2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷的合成工藝研究

孔亞芬，范和良，蔣福麗

(1. 欽州學院，理學院，廣西欽州 535000；2. 欽州學院，食品工程學院，廣西 欽州 535000)

2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷的合成工藝研究

孔亞芬1*，范和良2，蔣福麗2

(1. 欽州學院，理學院，廣西欽州 535000；2. 欽州學院，食品工程學院，廣西 欽州 535000)

以溴乙醛縮二乙醇和1，4-丁二醇為初始原料，經過取代、消除反應合成重要的有機和藥物合成中間體2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷，并探索了反應溫度、反應時間和催化劑等因素對中間產物收率的影響，探索了堿、后處理方式對終產物收率的影響，確定了最佳合成工藝條件。目標化合物結構經由1HNMR進行表征確認。

合成工藝；取代；消除；表征

2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷[MDO]是一種無色、無毒、有刺激性氣味、易燃、吸潮的熱穩定的液體；MDO的分子中有一個含兩個氧原子的七元雜環和一個亞甲基組成，是一種典型的富電子的環乙烯酮縮二乙醇類化合物，MDO特殊的化學結構使其成為非常重要的有機合成和藥物中間體，被廣泛的應用在生物可降解材料和醫藥領域。在酸性或某些陽離子存在條件下，MDO則可以自身發生自由基開環聚合生成聚酯，或通過乙烯基參與聚合生成含有七元環的聚合物。目前，MDO被用來和其他含有乙烯基的功能性的單體進行自由基開環共聚來制備主鏈含有酯基、側鏈含有功能基的可生物降解的高分子材料，或者被用來合成一些在藥物傳遞上應用的可降解的藥物載體材料。研究發現，采用MDO及其衍生物和其他含有乙稀基的單體進行自由基開環共聚可得到高分子材料可被生物降解，原因是這類材料的主鏈上含有酯基結構，容易被微生物作為食物分解，進而可以達到完全降解效果，可有效替代現有合成高分子聚合材料，降低環境污染。因而，MDO及其衍生物的研究得到了業界廣泛的關注，具有很高的應用價值和市場前景。

目前，國際上已有不少文獻報道了有關MDO及其衍生物開環自聚生成聚酯的反應或者MDO成環的反應，并探索了聚合反應機理。Baily[1]等人采用自由基引發劑使幵環聚合，率先提出了自由基引發聚合機理。S. Jin[2]借用H1NMR 和C13NMR 光譜研究，揭示了MDO自由基開環聚合機理。Peter C[3], Zhi Wu[4]等先后揭示了酸性陽離子和路易斯酸引發開環聚合機理。Quinn Smith[5]等提出了原子轉移開環聚合機理。陽離子引發聚合有利于合成髙分子量的共聚物，而自由基引發聚合則有利于合成低分子量的共聚物。Seema Agarwal[6]等利用2,3,4,5,6-五氟苯乙烯和BMDO開環制備了新型聚合物材料 ( BMDO-co-PFS )。Yen Wei[7]等報道了MDO在TEMPO (四甲基哌啶氮氧化物) 的存在下生成聚酯PMDP。2011年，Robertson[8]等報道了利用MDO一步合成(E)- 3 -(二甲基氨基)甲基丙烯酸酯，反應立體選擇性非常高，收率達：49 %。Maurin[9],Mariet[10]課題組報道了一系列利用MDO與溴代芳雜環化合物發生[2+2]環加成反應制備芳雜環丁酮。Kitagawa[11-12]課題組先后報道了利用MDO與N-甲磺?；h丙胺衍生物發生[3+2]環加成反應制備功能性環戊烷衍生生物大分子。Wu[13]課題組報道了和乙酸發生反應制備非對稱性的1，4-丁二醇二酯。Diaz-Ortiz[14]等報道了利用MDO 通過Hetro-Diels-Alder反應制備惡唑啉酮和二氫吡喃-2-酮衍生物等重要的醫藥中間體。

本文改進了2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷的合成工藝，大大提高了2-亞甲基二氧雜環庚燒的回收率，減少了分離造成的損失。具體的方法：以1，4-丁二醇和溴乙醛縮二乙醇為初始原料，強酸性陽離子交換樹脂作Dowex(50W×2 H+)為催化劑，經環化反應生成 2-溴甲基-1，3-二氧環庚烷，然后用四氫呋喃和叔丁醇混合作為溶劑，與叔丁醇鉀發生消除脫溴反應，反應完成之后直接在反應容器上搭建減壓蒸餾裝置進行減壓蒸餾，初次蒸餾之后，往反應容器中加入大量的正戊烷，再進行第二、三次減壓蒸餾，合并收集的蒸餾液進行再此減壓蒸餾，可得商品級別的2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷，收率達63.1 %。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

AM 400 MHz 核磁共振儀( TMS 為內標，德國Bruker 公司)；1，4-丁二醇，四氫呋喃，環戊烷，叔丁醇，叔丁醇鉀(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)Dowex (50W×2 H+)(上海甄準生物科技有限公司)， 溴乙醛縮二乙醇( 分析純，阿拉丁試劑公司)。

1.2 合成路線

1.3 2-溴甲基-1，3-二氧環庚烷(1)的合成

1500 mL單口瓶中依次加入溴乙醛縮二乙醇20.6 g ( 100 mmol )，1,4-丁二醇 9.9 g ( 110 mmol ), Dowex(50W×2 H+)0.5 g, 120 ℃氮氣保護下反應4h，反應降至室溫，用水泵進行減壓蒸餾，逐漸升溫至130 ℃，收集95～115 ℃下的餾分，然后將收集的餾分再次減壓蒸餾收集105～110 ℃餾分，得到無色液體2-溴甲基-1，3-二氧環庚烷 14.5 g (yield ：71 %)，1H NMR (400 MHz, CDCl3):4.90 (t, 1H，J1=2.4, J2=4.8), 3.61-3.80 ( m, 4H ), 3.30 ( d, 2H, J=3.2 ), 1.69 ( m, 4H )。

1.4 2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷 ( 2 ) 的合成

1000 mL三口瓶中依次加入100 mL叔丁醇，100 mL 四氫呋喃，叔丁醇鉀12.0 g ，氮氣保護下降溫至0℃，磁力攪拌條件下，逐滴滴加2-溴甲基-1，3-二氧環庚烷(14.5 g, 74.7 mmol)的四氫呋喃溶液，保持溫度上升范圍不超過5℃, 滴加完畢之后，逐漸升溫至室溫，反應過夜，在三口瓶上直接搭建減壓蒸餾裝置，真空水泵作為減壓裝置，室溫下減壓蒸除部分四氫呋喃，然后緩慢升溫，收集45-70℃餾分，待很少餾分蒸出之時，停止減壓蒸餾，往三口瓶中添加正戊烷和四氫呋喃，充分攪拌后繼續減壓蒸餾，同樣收集45-70℃餾分，重復操作兩次之后，合并收集的餾分進行再次減壓蒸餾，收集60～65℃餾分得到商品級別2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷 ( 2 ) 5.4 g, yeild : 63.1 %。1H NMR (400 MHz, CDCl3): 3.83～3.96 (m, 4 H), 3.44 (s, 2H), 1.66～1.74 (m, 4H)。

2 結果與討論

2.1 2-溴甲基-1，3-二氧環庚烷(1)的合成

2-溴甲基-1，3-二氧環庚烷的合成過程中，本文對反應溫度對反應產率的影響做了研究，如表1所示，反應時間統一為6h，隨著溫度的升高反應產率逐漸升高，溫度升到130℃以后，反應產率開始降低，主要原因可能是副反應增多。催化劑對此反應的影響也非常明顯，本文對4種常用催化劑進行了篩選，如表2所示，陽離子樹脂型催化劑的催化效果比較好，其中Dowex (50W×2 H+)的效果最好。反應時間對此反應也有一定的影響，如表3所示，反應4小時為最佳，時間長了副產物就會增加。綜上所述，反應的最佳條件為溫度120℃下反應4h，以作為Dowex (50W×2 H+)催化劑。另外，反應后處理減壓蒸餾的時候，控制溫度上升的速度緩慢些，并將蒸餾液分批收集，純度較高的可以直接進行下一步反應，對純度不高的部分進行第二次蒸餾，然后合并，這樣可以得到較高的產率。

表1 溫度對反應收率的影響

表2 催化劑對反應收率的影響

表3 反應時間對反應收率的影響

2.2 2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷 ( 2 ) 的合成

2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷的合成過程中，不同的堿對反應的收率影響比較明顯，如表4所示，對比氫氧化鈉、氫氧化鉀、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀的反應可以看出，隨著堿性增強反應產率增加，堿性越弱生成醚的可能性就越大，叔丁醇鈉、叔丁醇鉀在四氫呋喃和叔丁醇中有一定的溶解性，使得反應向著生成產物的方向進行。反應完成之后，本文采用直接在原裝置上搭建減壓蒸餾裝置將反應產物蒸出，可以有效防止產物在空氣中暴漏揮發分解造成的損失，對比轉移抽濾之后再減壓蒸餾這種后處理方式，產率可以提高10 %，原因是反應生成的溴化鉀和叔丁醇鉀在反應液中呈現黏膠狀，比較難抽濾，產物長時間在空氣中暴漏，吸水、揮發會造成一定的損失。綜上所述，反應選用叔丁醇鉀作堿，后處理不經過轉移直接減壓蒸餾可以得到較高收率的商品級別的產物。

表4 堿對反應收率的影響

3 結論

以溴乙醛縮二乙醇和1，4-丁二醇為初始原料制得 2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷。研究中產物的合成條件發現反應120℃下反應4h，以作為Dowex (50W×2 H+)催化劑為最佳，研究堿、后處理方式對終產物收率的影響發現以叔丁醇鉀作堿、后處理不經過轉移直接減壓蒸餾為最佳工藝條件。

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(本文文獻格式：孔亞芬，范和良，蔣福麗.2-亞甲基-1，3-二氧環庚烷的合成工藝研究[J].山東化工，2017，46(10)：22-24.)

Study on the Synthesis Technology of 2-Methylene-1,3-dioxepane

KongYafen1*,FanHeliang2,JiangFuli2

(1, College of Science, Qinzhou University, Qinzhou 535000,China;2, College of food engineering Qinzhou University, Qinzhou 535000,China)

An important organic and pharmaceutical intermediate 2-methylene-1,3-dioxepane was synthesized by the reaction of substitution,elimination from Bromoacetaldehyde diethyl acetal and 1,4-butanediol . Effect of temperture,time and catalyst on the yield of intermediate compound and effect of base,processing mode on the yield of target compound were studied. The optimization of synthesis technology conditions was established. The structure of target compound was confirmed by1HNMR.

synthesis technology;substitution;elimination;characterization

2017-03-23

廣西高校中青年教師基礎能力提升項目(KY2016LY428 ),廣西高?；瘜W工藝重點學科基金(2015KLOG13)

孔亞芬(1983—)，女，山東曲阜人，碩士，欽州學院教師，主要從事有機合成方面的研究。

O63；TB324

A

1008-021X(2017)10-0022-03