（有机化学专业论文）99—双甲氧甲基芴的合成及工艺研究.pdf

9 9 - 双甲艇甲幕蕾静台成授下艺研究 摘要 = 醚化合物是z i e g l e r n a t t a 催化剂的一类新的给电子体，以9 ，9 诹甲氧甲基芴这种 二醚化合杨为给电子体的z i e g l e r - n a t t a 催化稍催化丙烯聚合时，在不需加入多 给电子体 豹条件下，聚合物翡等麓度缀高，活性魄凿绞豹第露代毫3 5 傣。本文黟 衮了合成9 , 9 双甲氧甲基芴的两步反应，发现由越制簧9 , 9 。双羟甲基芴的反应中，二甲基亚砜( d m s o ) 中加入少量乙醇可以有效地降低反应温度，提高9 , 9 双羟甲基芴的产率；利用三相相转 移催化方法，由9 , 9 双焱甲纂芴合成了9 , 9 。敞甲筏甲基芴。优化了反应条件，使两步反 应酶产率分裂遮裂7 3 耱7 l ，9 , 9 一双挈氧甲基薄弱慈产率趣避5 0 。合残豹9 , 9 淑甲 氧甲基芴经存关单位试验，作为z i e g l e r - n a t t a 催化剡的给电子体，催化剂涯性商达 1 3 0 k g p p g c a t ，聚合物等规度9 7 。研究了工业生产9 , 9 双甲氧甲基芴的工艺，并已申 报国家发明专刹，此工蕊已经得到工业界的认可，由菜工厂进行了工韭装置设计，即将 于近期投耩试运行。逶过薄艨色谱、 奎色谱、蠢靛滚裙色谱、按磁茭振等手段分褰分椽 了嚣步反应约剁产甥的缝残，确定了几静主要副产物豹结构，为回蜥4 愿这些副产物提 供了依据，第二步反应中的副产物只有9 羟甲基9 甲氯甲熬芴，j 黼于单羟基醚化的产物， 可以应用于循环反j 藏，提高9 , 9 一双甲氧甲基芴的产率。探索了在d m s o 溶液中由9 , 9 双羧甲基芴合成9 , 9 双举氧译基萄的薪方法，为今后9 , 9 一黢译裁军鏊芴生产静工艺菠进 提供了参考。 关键词：= 醚化合物；z i e g l e r - n a t t a 催化荆；9 ，9 - 双甲氯甲蒸芴：9 ，9 - 双羟甲基蒴 稆转移穰亿；副产物 9 9 双f f i 轼甲某芴的台成及工艺研究 a b s t r a c t d i e t h e ri san e wk i n d o fe l e c t r o nd o n o r sf o r z i e g l e r n a t t ac a t a l y s t u s e d 9 , 9 - b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n ea se l e c t r o nd o n o ro fz i e g l e r - n a t t ac a t a l y s t ，t h ei s o t a c t i c i t yo f p o l y m e ri sg o o d ，t h ep r o d u c t i v yi s3 - 5t i m e sh i g e rt h a nt h ef o u r t hz i e g l e r - n a t t ac a t a l y s t t h e t w os t e p si ns y n t h e s i so f9 , 9 - b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n ew e r es t u d i e d ，i tw a sc o n c l u d e dt h a t l o wt e m p e r a t u r eh a dp o s i t i v ee f f e c to nt h ef i r s tr e a c t i o na n dt h a ta d d i n gab i to fe t h a n o lt o d m s oc o u l dr e d u c et h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ee f f e c t i v e l ya n di n c r e a s et h ep r o d u c t i v i t yo f 9 , 9 一b i s ( h y d r o m e t h y l ) f l u o r e n e b y t h et h r e e p h a s e t r a n s f e r c a t a l y z i n gm e t h o d ， 9 , 9 一b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n ew a ss y n t h e s i z e db y9 , 9 - b i s ( h y d r o m e t h y i ) f l u o r e n e t h er e a c t i o n c o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e ds ot h a tt h ep r o d u c t i v i t i e so ft h et w or e a c t i o n sr e a c h e d7 3 a n d 7 1 r e s p e c t i v e l y , t h et o t a lp r o d u c t i v i t yo f9 , 9 - b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r i n ee x c e e d e d5 0 t h e 9 , 9 - b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n ew a st e s t e db ys o m ep l a n t i tw a ss h o w e dt h a ta c ta st h ee l e c t r o n d o n o ri n z i e g l e r - n a t t ac a t a l y s tr e s u l t e di ng o o de f f e c t ，t h ep r o d u c t i v i t yw a s1 3 0 k g g c a ta n d t h e i s o t a c t i c i t y o f p o l y m e r e x c e e d e d9 7 ，t h e p r o c e s sp r o d u c i n g 9 , 9 一b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n ew a ss t u d i e da n d h a d b e e na p p l i e df o rc h i n ap a t e n t t h ep r o c e s s w a sa c c e p t e d b yi n d u s t r y a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s ss o m ep l a n td e s i g n e dt h ei n d u s t r i a l e q u i p m e n t sa n dw i l lp u ti n t op r o d u c t i o ni nt h en e a rf u t u r e b yu s i n gt h i nl a y e rc h r o m a t g r a m ， c o l u m nc h r o m a t g r a m ，h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t g r a ma n dn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ， s o m ei m p o r t a n tc o m p o n e n t so ft h ea c c e s s o r ys u b s t a n c e sp r o d u c e df r o mt h et w or e a c t i o n s w e r ea n a l y z e da n dt h es t r u c t u r e sw e r eo b t a i n e d ，w h i c hp r o v i d e dr e f e r e n c e st or e c y c l i n go f t h e m o n l y9 - h y d r o m e t h y l - 9 - m e t h o m e h y l f l u o r e n eb e l o n g i n g t om o n o - e t h e r i z e ds u b s t a n c e w a s p r o d u c e d i nt h es e c o n dr e a c t i o n 9 , 9 - b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n eb y u s i n g 9 , 9 一b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n es y n t h e s i z e d s o l u t i o nw a si n v e s t i g a t e d ，w h i c hp r o v i d e d 9 , 9 b i s ( m e t h o m e t h y l ) f l u o r e n ei nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：d l e t h e r ：z i e g i e r n a t t a 9 9 - b is ( h y dr o m e t h y i ) f u o r e n e ：p h a s e s u b s t a n c e s i tw o u l d r e p e a t e d l y i n c r e a s et h e p r o d u c t i v i t y o f t h e n e wt e c h n i c so f b y9 , 9 一b i s ( h y d r o m e t h y l ) f l u o r e n e i nd m s o r e f e r e n c e st ot h ei m p r o v e m e n to fp r o c e s so f c a t a i y s t ：9 9 - b is ( m e t h o m e t h y i ) f i u o r e n e ： t r a n s f e rc a t ay zn gm e t h o d ：a c c e s s o r y 9 ，9 - 最泽氧军基募豹告戒爱工慧研究 第章文献综述 1 1 零l 言 二醚讫台物( d i e t h e r ) 是z i e g l e r - n a t t a 秀烯聚合催化刿豹类薪豹绘电子髂， z i e g e r - n a t t an 烯聚合蠖化骞 i 悬以m g c l 2 为载钵，在受泼t i c l 4 熬过程中加入内给电子 髂，合成主催化刻，夏熄聚合对加入助催化铡婉基锻和外给电子体f l j 。内、外给电子体 在提高催化刘的活性、控制聚丙烯的等规度等方面超着重要的作用。研究和开发理想的 给电子体一直建z i e g l e l 。n a t t a 催化剂研究领域的热点，目前实隧应用的第四代z i e g l e r n a t t a 催化荆的内、外给电子体般是芳酸二酯和烷氧基硅化合物【2 ，引。：i 厦几年来，二醚 化合物的出现将这方面的研究推入了一个新的阶段，以二醚化合物作内给电子体合成的 新一类z i e g l e r - n a t t a 催化荆，在无需外加给电子体的情况下，就可以符到商活性的催 化齐u 和高等规度的聚丙烯魏“，二醚化合物这种优越的佳能，降低了获应体系的复杂链， 有祠予研究活靛中心绪掏和聚合梳疆，丽同时二醚舔为给电子体，催纯裁静镤讫活性淤 及得蓟聚合秘髂等瓶度等方面相比传统豹第四 弋z i e g l e r - n a s a 媸位翔有缀大豹提离，强 魏关予这类新给电子体二醚佬合物熬蛩 究拳工数开发号l 起了人们戆羹视。 1 。2 二醚化金物的结构 用于z i e g l e r - n a t t a 催化剂的二醚一般是2 位取代的1 ，3 丙= 醚化台物，结构见图 1 1 。根据2 位取代基的不同，一些研究者将其分为两类，烷基取代二醚与芳香取代二醚， 见图1 1 ( b ) ，( c ) 。芳香取代二醚中2 位取代基是芴基，茚基，环戊二烯灌及其衍生物等f 6 1 。 实际上这种命名方法并不最十分恰警，因为l ，3 丙二醚2 位碳同时也是萄、茚、环戊二 烯等分子环的一部分，将薪、茚、环戊= 烯等称为取代漆是不准确的。 可戳餐到，二醚化台物是其有黼个氧舔子静双蓊配体，与z i e g l e l - n a t t a 催纯裁串 m g c l 。载体配链静是氧蒙予，两个袋原予静阗l 曩决定着二醚分子与载俸及溪性中心敢终 焉能力。2 位取代基帮氧孤子上取代基数大小霹二醚分子痰鼹氧原予的阙距蠢羞定豹 影嫡，并爨很大程度上影确着会戏戆骥化裁约性能。从空闻效应着，2 位取代基较大时， 能起到空嘲位腿的信用，对二醚分子内两氧原子起到固定作用，有利于和载体稳定配位 及立体选撵活性中心的形成。氧原予上的取代基一般为甲基，用这样二醚合成的催化剂 性能较好，因为氧原子上的取代基较小，有利于氧原子与载体或活性中心作用，通过电 子效应达到调整活性中心的目的。 9 ，乳双甲氧移基芴的成及工艺疆究 x ：二三 国通式 r 3 r 。c h 2 7 c h 2 0 r 2( b ) 烷基取代二醚 r i ( c ) 芳香取代二醚 民r 8 图1 1 二= 醚化台物的结构 f i g u r e ，1 s t r u c t u r eo f d i e t h e r s a l b i z z a t i 等人通过分子结构统计分布方法计算出了多种二醚化合物的o - o 间距，见 表l ，l ，它们作为肉给电子体相对应的催纯稍催化丙烯聚合的活性及聚合物的等规发键 一并列出m 】。 研究者指出，当二醚的o o 间距的可能使接近于0 3 r i m 且范围窄时，催化剂的催 健效蒙较好，嚣当二醚化合甥夔o 0 阗距可能馕戆范围较爨时，催化裁熬效果裁魄较蓑。 但是从表中我们看到在o 。o 间距接近的情况下，催化剂的活性仍有较大的差异，这表明 肇凭0 0 瘸鞭是不足爨餐篷疆纯毵懿秣纯效巢豹。簿亿裁翡继纯效采是幽给电予俸熬电 子效应和空间效应作用的综合结聚决定的。般来说，电子效应决定催化剂的活性，而 空闺效应决定得到聚合豹的等规度。o o 闽瑟是二醚化合物空间效应的体现，阂此在粱 食物等规度方面符合研究蠢的结论，一般来说，含o 。o 间距范围窄的二醚化合物的催他 制催化得到的聚丙烯等规发都在9 5 以上。至于催化剂活性上的差别则可能是由于各个 二醚化合物黪2 馒取代基不同，搬应的瞧予效应不嗣丽产生的，凌表中霹戳蕾爨，2 艇 取代基越大，对应二醚化合物的催化剂活性越高，而且，2 位两个取代繁相同时，对廒 溪往逡更高些，反之爨较低。另外，瓢表中还胃跌蓍蹬，0 0 闻爨毽是蠡l2 篷取筏基决 定的，有这样的规律，2 位取代基立体位阻大的二醚化合物0 一o 间距范围就窄，如异闪 纂，环戊基等，相爱的，2 位取代基立俸位随，j 、的，如乙基，正丁基等，对瘦的二醚化 舍物的o o 闻距范围也就较宽。总之，2 位取代基较大旦对称，二醚化台物的电子效应 就好，对应的催化剂活性较高，2 位取代基立体位阻大，二醚化合物的空间效成就好， 对应的催化剂催伲季譬到的聚合妨镣援度较裹。 2 ! ! ! ：翌! 墼! 苎堑堕鱼壁墨三苎里壅 表1 1 二醚化台物的o o 间距及催化丙烯聚合效果 t a b l e l 1o od i s t a n c eo f1 ，3 - d i e t h e ra n dc 3 h 6p o l y m e r i z a t i o n 给电子体0 - 0 间距n m活性k g p p g c a t 等规度 02 9 0 4 7 4 06 4 9 0 3 9 0 7 23 0 07 4 9 犷一0 2 7 0 4 83 5 08 9 8 ，m - o 一 弋厂。一 。一 x ： ：疋： o r 。- o 一 ：) c ： ： x ： x ： 、厂。一 人一。一 弘： 0 2 9 4 0 09 4 9 0 ，3 0 4 2 09 6 4 0 2 7 0 3 23 3 0 9 5 6 0 2 85 2 0 9 7 5 0 2 6 0 4 13 4 8 9 2 5 0 2 6 0 3 04 2 6 9 6 3 0 2 4 o a o 6 2 19 2 6 0 2 6 4 8 3 9 5 6 0 2 8 0 4 1 4 4 8 9 3 6 0 2 6 5 3 69 5 4 。一0 2 6 6 5 0 9 5 7 a 3 9 , 9 一双甲氧甲基芴的合成及工艺研究 1 3 二醚化食物的特性 自从m g c l 2 为载体的负载型z i e g l e r n a t t a 催化刹出现以来，人们就已经发现给电子 化合物对于获得高等规度聚丙烯是必不可少的 g j o l 。传统的内给电子化合物如芳睃二酯 在催化剂的制备过程中与m g c l 2 载体配位，并定向负载上t i c l 4 ，形成若干立体选择活 性中心。聚合过程中，加入的助催化剂a l r 3 是一种l e w i s 酸，它对芳番二酯中羧基的 攻击，使之容翁脱离载俸表面而转向溶液，t i 原子周围失去了由给电子体构筑的空间效 应潋及电子效应，立体选择活波中心就会茵此而失活或者转化为菲立体选择活往中心， 最终导致催讫雾l 活性降低，褥至翡聚合裼等瓶黢下降。为了避兔这种情况的发生，在聚 合过程中，人们又 羹入了一转l e w i s 碱，鄂努绘毫予俸，采避免a l 鹣对内给电子俸的 攻击，以保持催化铡鲶立体选择活性，褥到裹等援嶷鲍聚合物。 一 由于二醚化合物的嚣个氧醚键配位魅力提强，在催化刘的铡餐过程审提黠稳定，又 由于醚类是化学性质稳定的化合物，聚合过程中不会受到助催化剐a l r 3 的攻击，不与 t i 。c 键，烈c 键，t i h 键等发生二次反应。因此，用二醚化合物作为z i e g l e r - n a t t a 催 化荆的内给电子体，聚合过程中无须添加外给电子体，即可以在保持倦化剂活性的同时， 得到高等规度的聚合物，另一方面，不需外给电子体降低了反应体系的复杂性，有利于 人们深入研究活性中心结构和聚合视理h j ，”j 。 4 二醚仡含物的合成方法 二醚纯含籽峦予其在z i e g l e r - n a t t a 催亿裁中翡崧焉，近黧年来才为人稻所认识。作 为一类毅躲他含物，人锯一基在努力寻找合戏它们懿方法，毽合成出了诲多薪静二醚纯 合物。由于其终构较为复杂，匿翦大部分二醚化合物熬合成方法磐爨处予实验室狳段。 根据2 位取代基的结构，二醚化合物的合成方法一般可以分为两类，第一类，对懿取代 二醚的合成，第二类，非对称取代二醚的合成，下面分别来讨论一下。 14 1 对称取代二醚的岔成 对称取代二醚怒指2 位上两个取代基相间的二醚化合物，一般来说，2 位取代基越 大，立体位阻越大，对应的二醚纯合物作为z i e g l e r - n a t t a 催化帮的给电子体的效果就越 好，僵是合成越来惫就越困难。 l i s k o l a 等人【1 3 1 报道了2 , 2 一二毋丁基i ，3 一二荦氧基嚣烷禹作谨纯裁翁内给电子体，褥 爝聚合效果不错。2 ，2 一二吴丁基一】，3 - 二甲矮基覆烧是利用丙二酸二乙酯为瘫物，经过三 步反应德到的 1 4 a 5 】，如图1 2 所示。 4 9 , 9 双甲氧甲基芴的合成及工艺研究 c o o c 2 h + 旧u b r 掣呈旦骘 h z c + i 即卧雨面产 c o o c 2 h 5 v 2 , 5 l i a i h 4 ( c 2 h 6 ) 2 0 i - b r , c h 2 0 h h 。晋 图122 , 2 一二异丁基一i ，3 - 二甲氧基丙烷的合成路线 f i g u r e1 2s y n t h e s i so f 2 ，2 一d i i s o b u t y l 一1 ，3 一d i m e t h o x y p r o p a n e 第一步，二异丁基丙二酸二乙骼的合成。在氮气保护下，于无水乙醇溶剂中，丙二 酸二乙酯和异丁基溴在乙醇钠的存在下发生反应，丙二酸二乙酯2 位碳上的活泼氢被异 丁基取代，得到2 ，2 二异丁基丙二酸二乙酯。 第二步，2 , 2 二异丁基一1 ，3 丙二醇的合成。在无水条件下，二异丁基丙二酸二乙酯 在二乙醚溶剂中与强还原剂氢化铝锂作用，酯基还原成羟基，经过水洗，萃取，重结晶 等操作，制得2 ，2 一二异丁基1 ，3 丙二醇。 第三步，在无水氮气保护环境中，2 , 2 二异丁基一l ，3 丙二醇在强碱特丁醇钾的催化 下，与碘甲烷反应，取代甲基化生成2 ，2 一二异丁基一1 ，3 一二甲氧基丙烷，沸点1 0 0 1 0 1 2 2 m m h g 。 从上面的合成方法可以看到，这种醚实际上是利用b 一二羰基化合物丙二酸二乙酯 c t 碳上氢的活泼性，在碱的存在下和卤代烷发生两次取代反应，得到2 位的两个取代基， 然后经过还原得到1 ，3 一丙二醇，最后，】，3 一丙二醇醚化制得产物二醚。类似于这三步反 应，可以制备大多数的对称取代二醚，例如2 ，2 异丙基一1 ，3 二甲氧基丙烷，2 ，2 一二苄基一1 ，3 一 二甲氧基丙烷，2 ，2 二异丁基1 ，3 一二丁氧基丙烷，2 , 2 一二异丁基一1 ，3 一二乙氧基丙烷等等。 这种合成方法简单明了，几步反应都是典型的有机合成手段，实验室合成很方便，但是 使用的试剂如氢化铝锂、特丁醇钾等很昂贵，工业生产难以承受。 h h c c c c u u b b h h o 0 心 心 c c b b h h c c c c b b 心 心 趣 趣 h h c c 电 培 ! ：! ：翌! 壑! 苎蔓塑鱼垡墨三茎翌塞 1 4 2 非对称取代二醚的合成 利用丙二酸二乙酯1 3 一二羰基合成方法适合于2 位取代基相同的对称取代二醚的合 成，但是对于非对称取代二醚，这种方法就不适用了。g i o v a i l n i 等人【1 硇给出了某些特殊 结构非对称取代二醚的合成方法，如2 - 异丙基2 一异戊基一1 ，3 一二甲氧基丙烷的合成，步骤 见图1 3 。 z 。) 2 c h c h ：c h 。焉警 c h o ( c h a ) z c h c h 2 c h = c c h ( c h 3 ) 2 + h 2 0 c i h o 。 c h o ( c h 3 ) 2 c h c h 2 c h = 6 c h ( c h 3 ) 2 j ! ! 一 ( c h 3 ) 2 c h c h 2 c h 2 占h c h ( h 3 ) 2 p d 。 。c w 删删，l ：置。c ，+ 唧。塑 c h 3 k c h c h 2 c h zc h c h c h 。) 2 + h c h o 1 e i i ：若百- ( c h 3 ) 2 c h c h 2 c h 2 v c h 2 0 h ( c h 3 ) 2 c h c h 2 0 h c h 洲c h z c h z c h ：洲+ c h 。i 兰竺 c h 。2 c hc h z o h ( ： ( c h 3 ) = c h c h 2 c h 2 c 吃。c h 3 八 ( c h 3 ) 2 c hc h 2 0 c h 3 图1 32 - 异丙基一2 一异戊基i ，3 甲氧基丙烷的合成路线 f i g u r e1 3s y n t h e s i so f 2 一i s o p e n t y l - 2 i s o p r o p y l - 1 ，3 m e t h o x y p r o p 矗e 第一步，2 一异戊烯基异戊醛的合成。反应物为异戊醛，在季胺碱的催化下，加热 高温缩合脱水即可以得到2 - 异戊烯基异戊醛。反应过程中，将生成的水不断分出可以使 反应顺利进行。 第二步，2 一异戊基异戊醛的合成。利用b r a u n 等人的方法，乙醇溶液中，在p a 催化剂的催化下，2 异戊烯基异戊醛加氢得到2 一异戊基异戊醛。 第三步，2 - 异丙基一2 一异戊基一1 ，3 丙二醇的合成。第- - z 夜滤去 p a 催化剂，加入4 0 1 拘甲醛水溶液及k 2 c 0 3 ，搅拌，加热回流下反应4 小时，水洗， 乙醚萃取，蒸出乙醚，减压蒸馏于1 6 5 。c 2 m mh g 得到2 - 异丙基一2 一异戊基1 ，3 丙二醇。 9 , 9 一双甲氧甲基萄的合成及工艺研究 第四步，2 异丙基2 一异戊基1 ，3 一二甲氧基丙烷的合成。在无水氮气保护环境中，2 一 异丙基2 异戊基一1 ，3 丙二醇在强碱特丁醇钾的催化下，与碘甲烷反应，生成2 一异丙基一2 一 异戊基1 ，3 - 二甲氧基丙烷，沸点1 3 0 1 3 3 。c 3 5 m mh g 。 羟醛缩合脱水、氢化反应、c a n n i z z a r o 缩合和醚化反应，一个一元醛经过这几步反 应得到了2 位非对称取代的二醚化合物，这种方法很巧妙，它先是设计得到了2 位的两 个取代基，然后一步c a n n i z z a r o 缩合反应得到想要的1 ，3 一丙二醇，最后醚化制得二醚化 合物。 对于某些特殊取代基的对称取代二醚，如2 ，2 二苯基l ，3 二甲氧基丙烷，由于2 位 取代的两个苯基难于利用丙二酸二乙酯的活泼氢取代，也可以借鉴c a n n i z z a r o 缩合反应 来获得，见图1 4 。 q唧。 a 洲叫o + 弋i ：百丽 _ 1 洲2 洲+ c 岩争 +u h j ：五i c h 2 0 h c h 2 0 h c h 2 0 h c h 2 0 c h 3 c h 2 0 c h 3 图142 , 2 - 二苯基l ，3 - - - 甲氧基丙烷的台成路线 f i g u r e1 4s y n t h e s i so f 2 ，2 - d i p h e n y l - 1 ，3 - d i m e t h o x y p r o p a n e 反应底物为乙醛n 氢对称取代化合物二苯基乙醛，在k 2 c 0 3 的催化下，二苯基乙 醛与甲醛发生c a n n i z z a r o 缩合反应生成2 , 2 二苯基丙二醇，接下来利用强碱氢化钠的催 化发生醚化反应，二醇与碘甲烷作用得到最终的产物2 ，2 - 二苯基l ，3 一二甲氧基丙烷，熔 点1 0 2 1 0 4 。 综合以上对称取代二醚及非对称取代二醚的合成方法，可以看到，在二醇醚化生成 二醚这步反应中均使用了诸如特丁醇钾之类的强碱试剂，造价昂贵，这使得二醚的合成 及应用局限于实验皇研究。b o r s o t f i 等人【1 1 开发了一种新的醚化反应方法，应用n a o h 作为碱试剂替代特丁基钾等昂贵的强碱试剂，得到了产率良好的二醚化合物，譬如2 - 异丙基一2 一异戊基1 二二甲氧基丙烷的合成，见图1 5 。 9 , 9 双甲氧甲基芴的合成及工艺研究 c h 3 ) 2 c h c h 2 c h 2 锾 锄；溶剂对于反虚影响很大，一般就反应活性说来，l ，2 二甲基乙婉( d m e ) 四氢呋 喃( 哪) 二氧六环( d i o x a n e ) 。 +n a 1 8 0 - 2 0 0 ( a ) w e i s s g e r b e r 的方法 + n a n h 2 b o i l i n g d e c a l i n n a h n a h ( b ) g r e e n h o w 游方法 图1 7 芴的碱垒j ；l 墓衍生物的台成方法 f i g u r e1 7s y n t h e s i sm e t h o d so f a l k a l im e t a ld e r i v a t i v e s 9 q g 9 , 9 一双甲氧甲基芴的合成及工艺研究 芴的碱金属衍生物性质十分活泼，见水见氧都立即分解，最常用作中间体制备其他 的芴基衍生物( 下面即将讨论) ，所咀9 一芴钾等制好之后一般就置于溶剂中，并不提出， 测定浓度后可以方便地进行下步反应。 1 5 1 2 烷基取代衍生物 芴的碱金属衍生物和卤代烷反应可以得到芴的烷基取代化合物，这是烷基取代芴的 主要合成方法。 h u c k e l 等人【3 3 】利用9 芴钠或9 , 9 二芴钠在氨和乙醚的混合溶剂中于- - 2 0 。c 的温度 下，与溴甲烷反应，分别制得了9 一甲基芴及9 , 9 二甲基芴。反应式见图1 8 ( a ) 。s c h e r f 等人【3 4 。3 6 详尽地研究了通过9 芴钾制备芴的9 取代衍生物的反应，钾和芴在沸腾的二氧 六环中反应生成9 一芴钾，进而与各类卤代烷反应生成各式各样的衍生物，包括9 , 9 一二甲 基芴，9 , 9 二苄基芴，9 , 9 二烯丙基芴，9 , 9 一二苯基芴等等。 n a + c h 3 b r h n h 3 c 2 h 5 0 c 2 h 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 一2 0 c ( a ) h u c k e l 的方法 n a h +ch3 j d m s 0 ( b ) b e m a r d 的方法 + c h z = c h c h a c i 嚣 c h 2 c h = c h 2 c h 2 c h = c h 2 ( c ) 相转移方法 图1 8 芴的烷基衍生物的合成方法 f i g u r ei 8s y n t h e s i sm e t h o d so f a l k y ld e r i v a t i v e s 除了通过碱金属衍生物间接制各之外，人们也在探索其他的一些方法获得芴的9 取 1 0 o 、h 渊洲 霞莎霞莎 八漱蜃w 9 , 9 - 双甲氧甲基芴的合成及工艺研究 代衍生物。b e r n a r d 等人0 7 1 提出，d m s o 溶液中，芴和碘甲烷可以在氢化钠的作用下发 生反应生成9 , 9 一二甲基芴，见图l s ( b ) 。m a k o s z a 等人【3 3 】利用相转移催化的方法， p h c h 2 n e t 3 c 1 作相转移催化剂，5 0 的n a o h 溶液，芴与烯丙级氯反应可以得到收率不 错的9 , 9 一二烯丙基芴，图1 8 ( c ) ，另外，同样的条件下，芴与丁基溴反应可以得到单取 代和二取代的混合物，与1 , 4 一二溴丁烷反应得到芴的螺环物。 1 529 ，9 - 双羟甲基芴的合成 很早人们就知道芴的9 位碳的亚甲基可以和醛酮等羰基化合物在碱的存在下缩合生 成二苯富烯化合物( i i ) ，见图1 9 0 ) 3 9 , 4 0 1 。就这个反应来讲，一般认为，反应是经过一 个a l d o l 缩合生成芴基原醇( i ) ，再经过一步脱水最终生成富烯化合物，但是一直以来 人们未能从芴与醛酮的这类反应中分离出这种原醇。g h e r a 和s p r i n z x k 等人1 4 1j 指出芴和 醛在毗啶溶剂中，在苯基三甲基氢氧化铵( t r i t o nb ) 的催化下很容易发生反应，并且 保持足够的低温，避免原醇的脱水，就能够定量的得到这种化合物。另外他们还发现， 芴和过量的多聚甲醛在这种条件下反应，可以发生两分子甲醛与芴的a l d o l 缩合，生成 芴基二醇，即9 , 9 一双羟甲基芴，不过收率不高，只有2 8 。w e s s l e n m 埽0 用芴和多聚甲 醛在二甲基亚砜中反应得到了收率良好的9 , 9 双羟甲基芴。 娶+ r c 二r 蜃h 2 0 巾 r c o h - r ii i 苯富烯的合成 n a o c 2 h 5 d m s o ( b ) 9 , 9 - 双羟甲基芴的合成 图1 99 , 9 - 双羟甲基芴的合成方法 f i g u r e1 9s y n t h e s i so f 9 ，9 - b i s ( h y d r o m e t h y i ) f l u o r e n e 1 1 c h 2 0 h c h 。o h c r 尺 9 , 9 - 职甲氧甲基芴的合成及工藏研究 1 5 39 ，9 - 双甲氧甲基蒴的合成 g i a m p i e r o 等人给出了9 , 9 ，双荦氧甲簦芴的合成方法，鲡图i 1 0 所示。 e h 2 渊+ 洲竖+ c h 。i 一 e h 2 0 h t h f c h 2 0 c h 3 c h 2 0 c h 3 图1 1 09 , 9 双甲氧甲基芴的合成 f i g u r e1 1 0s y n t h e s i so f 9 ，9 一b i s ( m e t h o x y m e t h y l ) f l u o r e n e 在蹬氯呋醺溶剡中，在强碱n a h 熬存焱下9 , 9 - 双羟甲基藜与碘零烷殷痤玺残9 , 9 双 甲氧甲基芴。反应结束质水淡，产品自溶剂中析如，过滤褥到的粗产品用乙醇重结晶即 得到纯的9 , 9 取甲氧甲熬芴。 ，s 本课题疆究的背景致意义 二醚化合物作为z i e g l e r n a t t a 催化刘的内给电子体，聚合过程中无需加入外给电子 体，反应体系中不存在内、外给电子体及助催化剂间的交换反应，降低了反应体系的复 杂往。同时，以二醚纯合物为内给电子体的催化翮与传统第西代催化剂楣比简化了工艺 滚鬈，撬葛了生产效率，淫经整大大掇赛，翅9 ，垫双攀氧攀基荔应瑟于嚣烯聚合，活性 离达8 0 1 2 0 k g g c a t 。 2 0 , 2 1 l ，是健统的第四代健化剂魄3 5 倍，工业上有羞广阑的应用裁景。 目前国内外尚未出现9 , 9 。双甲氧甲基芴的工业生产。 9 , 9 一敞甲氧甲纂芴的合成所需要的主要原料跫芴，它怒煤化工工业的一个翮产品， 国浅产量缀大，毽怒应_ 霹l 方嚣有缀大静局限牲。若是艉我裂合逡戆反应路线及工艺条 孛 实现9 , 9 双甲甄甲熬萄魄工业化生产，既可以得到性优越的z i e g l e r - n a t t a 媸他刻给电 子体，推动聚两烯工业的发展，又可以充分利用国内丰富的芴资源，可以说是一举两得。 本谦题就是在这样的背豢下开展的。 2 9 , 9 一双甲氧甲整萄的台成及工艺研究 第二章实验部分 2 实验试剂及药品 实验使用的药品及试剂列于表2 1 。 表2 1 试剂及药品 t a b l e2 ，1 ； e a g e n t su s e di nt h ee x p e r i m e n t s 2 。2 分析仪器 气相色谱仪s h i m a d z ug c - 8 a 紫外可见分光光魔佼h p 8 4 5 3 核磁共叛渡谱饺v a r i a ni n o v a4 0 0 商效液相色谱仪k r o m a s i lc 1 8 w a t e r s2 6 9 0s e p a r a t i o nm o u d u l e w a t e r s9 9 6p h o t o d i o d ea r r a yd e t e c t o r 1 9 , 9 一双译氧译鏊荔的台成厦工蕊研究 2 s 实验搡侔 2 3 荔的精制 在1 l 的阐底烧瓶中，加入粗芴( 砂糖状) 6 0 9 ，倒入9 5 乙醇8 0 0 毫升，安装回流 冷凝器，搅捧下趣热，糖翦罄镩全都溶瓣，趁热过滤，滤簿不溶耪，滤液充分冷裙君檬 出白色片状固体，过滤，用少凝的乙醇洗涤，锶到精芴。晾于后称重为5 4 9 ，收率9 0 ， 经气相色谱测得纯度达到9 9 8 。 2 3 29 ，9 - 双羟甲纂芴的合成 9 , 9 。双羟甲基萄的合成沿用了w e s s l e n 的方法m 1 ，见反应式2 i 。 + ( c h 2 0 ) “百n a 聂o 砉c h ， c h 2 0 h ( 2 1 ) c h 。o h 在2 5 0 m l 熬三墨浇瓶上，热装梳攘搅拌，露冰汞浴冷嫠，肉三潮烧麓孛谈次麓入 3 9 多聚甲醛、o 7 9 乙醇钠、3 ，5 m l 无水乙醇、5 0 m l d m s o ，冰水浴下搅拌。在3 0 s 内加 入溶有8 9 芴的5 0 m ld m s o 溶液，反应3 r a i n 赠用l m l 浓盐酸终止反应。加水2 0 0 m l ， 有鑫色瓣体掇遗，铡入分滚漏斗中，分裂臻乙酸乙酯8 0 ，4 0 ，2 0 m l 萃取三次，合并萃 取液加水蒸馏出乙酸乙醚和水的共沸物，得到固体粮产品，用5 0 m l 甲苯重结晶即可得 到针状黼体产品9 , 9 双羟甲基芴，晾干后称重，计算产率，用毛细管熔点仪测得熔点为 1 4 3 i 4 4 。 重结晶过滤剩下的甲苯残液蒸馏出甲苯得到固体，留存，用作薄层色谱分析及高效 液相色谱分析等。 2 3 39 9 - 双甲氧嗣基芴的合成 f 1 ) 相转移方法 反寝式觅式2 2 。 向加装机械搅拌及滴液漏斗的1 0 0 m l 三口烧瓶中，依次加入5 9 9 ，9 ，双羟甲慕芴， o 1 2 5 9 凹正丁基硫酸氢铵，l o g 氢氯化钠的5 0 水溶液，3 0 r a l 甲苯。另外，将硫酸二 荦淹5 魄秽甲苯3 0 m l 戆混合物热入漓液漏立 中。掇械搅拌下滚热辘酸二甲要帮季苯 的混合物。滴加速度约为1 0 滴分，在2 小时内滴加完后，继续搅拌5 小时。停止搅拌 后烧瓶中上层甲苯黧淡黄色清液，下层为臼色n a o h 溶液，分出上层甲苯清液，用水洗 1 4 9 , 9 - 积节氧平基棼的台成及工艺研究 至中性，倒入烧瓶中加水蒸馏，蒸出甲苯和水的共沸物，得到淡黄色固体若干，加入1 5 m l 乙醇藿缍燕，辩可以德至l9 , 9 。双零鬣串基蘩，呈自魏豺狭鑫髂。充分干燥居拣重诗舞收 率，用毛细管熔点仪狈4 定熔点为9 9 - 1 0 0 。c 。 c h 2 0 h + ( c 卜f 3 ) 2 s 0 4 c h 。o h p k 甲苯，n a o h ，h 2 0 e 珏2 0 e 珏3 c h 2 0 c h 3 重结晶过滤后剩余的乙醇残液蒸馏，将乙醇蒸豳，得到黄色固体留存，待遴行漳层 色谱及赢效液相色谱分析等。| ( 2 ) d m s o 均相反应方法 反应式见式2 3 。 c h 2 0 h k o h + c h c i c h 2 0 h 。dmso c h 2 0 c h 3 ( 2 3 ) c h 2 0 c h 3 在1 0 0 m l 管式反应器上面安装歧型管，一口塞以橡皮塞插入继管至反应器底部约 l c m 楚，羯予运氯绎烷气抟，另一强! 装一鼓泡器，耀于敖气并控锻气钵迢入速度。反应 管外置电磁搅拌及水浴。向反应器中加入4 9 9 ，9 - 双羟甲基芴，4 0 m ld m s o ，9 ，9 - 双羟甲 基笏溶瓣，再热入k o h 粉寒2 9 ，涪渡变红，在搅拌下通入氯甲烷气体，水浴1 5 ，控 制气体流爨使之恰不溢出为佳。开始吸收气体很快，有白色固体析出，溶液红色渐渐褪 去，后寒吸牧变蠼，2 小时后基本不吸收了，再加入k o h 粉末2 9 ，继续通气，4 小时 后又加入k o h 粉末2 9 ，继续通气，反应6 小时精停止通气。将葳应d m s o 溶液稚水 8 0 m l ，有幽色圆体手厅出，过滤，用水洗涤得到的围体，晾干后，称重，进行高效液褶色 谱分析。 2 3 ，4 薄鼷色谱定性分析 从两步反应重结晶的残液中都得到了一些残余的圈体，用薄层色谱初步定性分析这些固 9 , 9 - 双甲氧甲基苟的合成及工艺研究 体物。 ( 1 ) 制板 选择硅胶g f 2 5 4 作为吸附剂，采用湿法铺层，将待铺层的玻璃板擦洗干净，称取 5 0 9 的硅胶g f 2 5 4 ，加入1 5 0 9 水调成稀的糊状，渐次倒适量于玻璃板上，倾倒使之铺层 均匀。水平放置，晾干之后放入烘箱中，升温至1 0 5 1 1 0 。c ，在此温度下活化1 小时， 取出置于干燥器中待用。 ( 2 ) 展开剂的选择 选择乙酸乙酯和正庚烷的混合溶液作为展开剂，两种溶剂的不同体积配比的混合溶 液对芴、9 , 9 一双羟甲基芴、9 , 9 一双甲氧甲基芴的比移值( r f ) 列于表2 2 。 表2 2 不同溶剂配比下的比移值 t a b l e2 2r fo fd i f f e r e n tr a t i o so f r e s o l v e n t 由表中可以看出，乙酸乙酯与正庚烷的体积配比为l ：4 时，薄层色谱的比移值比 较理想，三种试样都能明显分开。本论文采用的展开剂为乙酸乙酯与正庚烷1 ：4 的混 合溶液。 ( 3 ) 定性分析 将蒸馏甲苯残液得到的固体取少许溶于乙酸乙酯，用毛细管点样，电吹风吹干，最 好再分别点芴及9 , 9 双羟甲基芴的两个样作为对比，放于展开槽中采用上行展开法展开， 结束后取出薄板，标识好展开剂上行的最高位置，晾干薄板后，放入碘槽中显色，过1 5 m i n 后取出，各个组分已清晰分出，标出各个组