25—乙氧羰基甲氧基—26，27，28—三羥基杯[4]芳烴的合成條件的優(yōu)化

楊成梅

摘 要： 杯芳烴是由對(duì)叔丁基苯酚和甲醛在堿性條件下通過加熱攪拌發(fā)生聚合反應(yīng)而得到的環(huán)狀低聚物，是繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代主體超分子化合物。杯芳烴是一類較易合成的低聚物，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，空穴大小的調(diào)節(jié)具有較大的自由度，能夠與離子形成絡(luò)合物，和中性分子形成主-客體包結(jié)物，能夠在多個(gè)反應(yīng)活性點(diǎn)上進(jìn)行選擇性功能化，正是這些獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，引起了化學(xué)家們廣泛的興趣[1-6]，因此，近幾十年來，杯芳烴化學(xué)的研究得到了迅速的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 杯[4]芳烴；合成；實(shí)驗(yàn)

一、引言

杯[n]芳烴是一類具有極大吸引力的大環(huán)化合物，其空腔大小可調(diào)，構(gòu)象可變，易于修飾。對(duì)杯芳烴進(jìn)行功能化修飾，可以得到具有高度選擇性的主體分子，在生物、醫(yī)藥、分析、分離、環(huán)境化學(xué)及化學(xué)傳感器等眾多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

二、 25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴的合成

本論文以對(duì)叔丁基杯[4]芳烴為原料，合成了25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴。

1、對(duì)叔丁基杯[4]芳烴的合成

1.1合成方程式

1.2合成步驟

在裝有攪拌器及溫度計(jì)的250 mL的三口瓶中，依次加入對(duì)叔丁基苯酚10.0 g（65.3 mmol），固體氫氧化鈉0.12 g（2.9 mmol）和6.2 mL甲醛溶液，加熱至80-90 ℃，恒溫?cái)嚢?小時(shí)，反應(yīng)物由無(wú)色變?yōu)辄S色透明液體，再升溫至110-120 ℃，恒溫?cái)嚢?小時(shí)，此時(shí)產(chǎn)物逐漸粘稠，難以攪拌，停止加熱，冷卻至室溫，再向三口瓶中加入100 mL二苯醚，升溫至110-120 ℃，恒溫反應(yīng)1小時(shí)，升溫至259 ℃回流，反應(yīng)2小時(shí)后冷卻至室溫，加入100 mL乙酸乙酯，攪拌30 min后靜置1小時(shí)，析出固體。過濾，得到乳白色固體，依次用乙酸乙酯，乙酸和水洗滌，得白色粗品。甲苯重結(jié)晶，得到白色晶體5.6 g，產(chǎn)率為51.9 %。

2、杯[4]芳烴的合成

2.1合成方程式

2.2合成步驟

在裝有攪拌器及氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的250 mL三口瓶中，依次加入對(duì)叔丁基杯[4]芳烴6.0 g（9.3 mmol），AlCl3 6.0 g （43.2 mmol），甲苯90 mL，室溫下攪拌反應(yīng)3小時(shí)后，得到紅色粘稠狀產(chǎn)物，再加入1 mol/L的鹽酸90 mL攪拌，溶液逐漸變成透明的兩相，分液，有機(jī)相用無(wú)水Na2SO4干燥過夜。濾除Na2SO4，加入90 mL甲醇溶液攪拌，靜置待沉淀析出。過濾得白色固體3.0 g，產(chǎn)率76.4 %。

3、25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴的合成

3.1 合成方程式

3.2合成步驟

在裝有氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的100 mL的三口瓶中，依次加入杯[4]芳烴0.428 g

（1.0 mmol），氯乙酸乙酯0.148 g （1.2 mmol），碘化鉀0.0168 g （0.1 mmol），碳酸鉀0.1673 g （0.6 mmol）和50 mL丙酮，回流反應(yīng)15小時(shí)后，冷卻至室溫，過濾，除去無(wú)機(jī)鹽，蒸干溶劑，殘留物用25 mL二氯甲烷溶解，水洗后，無(wú)水硫酸鎂干燥過夜，過濾，減壓蒸出溶劑，用二氯甲烷-甲醇重結(jié)晶，得到白色固體。薄層色譜分離（四氯化碳：乙酸乙酯=8：1，V/V），收率38.8 %。

三、 25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴合成條件的優(yōu)化

1、催化劑種類的確定

盡管下緣單取代的乙氧羰基甲氧基杯[4]芳烴合成反應(yīng)時(shí)間不是很長(zhǎng)，但是為了提高實(shí)驗(yàn)效率，本文中通過加入相轉(zhuǎn)移催化劑來縮短反應(yīng)時(shí)間，提高反應(yīng)產(chǎn)率。

杯[4]芳烴0.428 g，氯乙酸乙酯0.297 g，碘化鉀0.0168 g，碳酸鉀0.1673 g和50 mL丙酮，再分別向其中加入不同種類的相轉(zhuǎn)移催化劑，反應(yīng)15小時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。

由表4可以看出，在相同條件下，與空白體系相比，十二烷基苯磺酸鈉和聚乙二醇600對(duì)反應(yīng)有微弱的促進(jìn)作用，TEBA的催化效果最佳。所以在本文中選擇TEBA做為相轉(zhuǎn)移催化劑。

2、反應(yīng)時(shí)間的確定

按照實(shí)驗(yàn)3.2.1的實(shí)驗(yàn)條件，以TEBA為相轉(zhuǎn)移催化劑，用量均為6%，本次實(shí)驗(yàn)考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，結(jié)果見下表。

由表5可以看出隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，產(chǎn)率逐漸增大，當(dāng)達(dá)到一定值后，產(chǎn)率開始下降，因此最適反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)。

3、催化劑用量的確定

按照實(shí)驗(yàn)3.2.1的實(shí)驗(yàn)條件，以TEBA為相轉(zhuǎn)移催化劑，反應(yīng)時(shí)間為12 h，本次實(shí)驗(yàn)考察了不同相轉(zhuǎn)移催化劑用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，結(jié)果見下表。

由表6結(jié)果可知，適量的催化劑有助于提高反應(yīng)產(chǎn)率。當(dāng)TEBA質(zhì)量為底物質(zhì)量的4 %時(shí)，催化效果達(dá)到最好。

4、反應(yīng)物摩爾比的確定

杯[4]芳烴0.428 g，碘化鉀0.0168g，碳酸鉀0.1673 g，50 mL丙酮，TEBA為相轉(zhuǎn)移催化劑，用量均為4 %，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)，本次實(shí)驗(yàn)考察了不同的反應(yīng)物摩爾比[即n（杯[4]芳烴）：n（氯乙酸乙酯）]對(duì)25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴產(chǎn)率的影響，結(jié)果見下表。

由表7結(jié)果可知，25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴的產(chǎn)率隨著氯乙酸乙酯用量的增加而逐漸降低，當(dāng)n（杯[4]芳烴）：n（氯乙酸乙酯）=1：1.2時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率為最高。

5、正交實(shí)驗(yàn)

利用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴的合成條件。經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)率的主要因素有反應(yīng)時(shí)間、氯乙酸乙酯的用量、催化劑用量。因此，選用三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)表L9（33）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

由上表中的結(jié)果可知，三因素對(duì)產(chǎn)率影響的主次順序依次是：反應(yīng)時(shí)間>氯乙酸乙酯的用量>催化劑的用量。

由此得出合成25-乙氧羰基甲氧基-26，27，28-三羥基杯[4]芳烴的最佳反應(yīng)條件是：杯[4]芳烴每次用量0.428 g，氯乙酸乙酯0.148 g，碳酸鉀 0.1673 g，碘化鉀0.0168 g，催化劑用量6 %，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)。

在此條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，結(jié)果見下表。

參考文獻(xiàn)

[1] Gutsche C. D. Calixarenes， [p]. The Royal Society of Chemistry， Cambridge， England，1989.

[2] Gutshe C. D.. Calixarenes. Aldrichimica Acta， 1995， 28： 3.

[3] B？hmer V.. Calixarenes， Macrocycles with （Almost） Unlimited Possibilities. [J]. Angew Chem.， Int.Ed. Engl.， 1995， 34： 713-740.

[4] Mckervey M. A.， B？hmer V.. The Calixarenes. [J]. Chem .Brie. 1992， 28， 724-745.

[5] 鄭炎松.杯芳烴的配位性質(zhì). 化學(xué)進(jìn)展，1999，11（3）. 275-285.

[6] 陳淑華，李東紅，袁立華等. 杯芳烴類受體的分子識(shí)別作用研究進(jìn)展. 有機(jī)化學(xué)，1999， 19（4）， 339-347.