2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷的合成工艺研究

孔亚芬，范和良，蒋福丽

(1. 钦州学院，理学院，广西钦州 535000；2. 钦州学院，食品工程学院，广西 钦州 535000)

2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷的合成工艺研究

孔亚芬1*，范和良2，蒋福丽2

(1. 钦州学院，理学院，广西钦州 535000；2. 钦州学院，食品工程学院，广西 钦州 535000)

以溴乙醛缩二乙醇和1，4-丁二醇为初始原料，经过取代、消除反应合成重要的有机和药物合成中间体2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷，并探索了反应温度、反应时间和催化剂等因素对中间产物收率的影响，探索了碱、后处理方式对终产物收率的影响，确定了最佳合成工艺条件。目标化合物结构经由1HNMR进行表征确认。

合成工艺；取代；消除；表征

2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷[MDO]是一种无色、无毒、有刺激性气味、易燃、吸潮的热稳定的液体；MDO的分子中有一个含两个氧原子的七元杂环和一个亚甲基组成，是一种典型的富电子的环乙烯酮缩二乙醇类化合物，MDO特殊的化学结构使其成为非常重要的有机合成和药物中间体，被广泛的应用在生物可降解材料和医药领域。在酸性或某些阳离子存在条件下，MDO则可以自身发生自由基开环聚合生成聚酯，或通过乙烯基参与聚合生成含有七元环的聚合物。目前，MDO被用来和其他含有乙烯基的功能性的单体进行自由基开环共聚来制备主链含有酯基、侧链含有功能基的可生物降解的高分子材料，或者被用来合成一些在药物传递上应用的可降解的药物载体材料。研究发现，采用MDO及其衍生物和其他含有乙稀基的单体进行自由基开环共聚可得到高分子材料可被生物降解，原因是这类材料的主链上含有酯基结构，容易被微生物作为食物分解，进而可以达到完全降解效果，可有效替代现有合成高分子聚合材料，降低环境污染。因而，MDO及其衍生物的研究得到了业界广泛的关注，具有很高的应用价值和市场前景。

目前，国际上已有不少文献报道了有关MDO及其衍生物开环自聚生成聚酯的反应或者MDO成环的反应，并探索了聚合反应机理。Baily[1]等人采用自由基引发剂使幵环聚合，率先提出了自由基引发聚合机理。S. Jin[2]借用H1NMR 和C13NMR 光谱研究，揭示了MDO自由基开环聚合机理。Peter C[3], Zhi Wu[4]等先后揭示了酸性阳离子和路易斯酸引发开环聚合机理。Quinn Smith[5]等提出了原子转移开环聚合机理。阳离子引发聚合有利于合成髙分子量的共聚物，而自由基引发聚合则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开环制备了新型聚合物材料 ( BMDO-co-PFS )。Yen Wei[7]等报道了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]等报道了利用MDO一步合成(E)- 3 -(二甲基氨基)甲基丙烯酸酯，反应立体选择性非常高，收率达：49 %。Maurin[9],Mariet[10]课题组报道了一系列利用MDO与溴代芳杂环化合物发生[2+2]环加成反应制备芳杂环丁酮。Kitagawa[11-12]课题组先后报道了利用MDO与N-甲磺酰基环丙胺衍生物发生[3+2]环加成反应制备功能性环戊烷衍生生物大分子。Wu[13]课题组报道了和乙酸发生反应制备非对称性的1，4-丁二醇二酯。Diaz-Ortiz[14]等报道了利用MDO 通过Hetro-Diels-Alder反应制备恶唑啉酮和二氢吡喃-2-酮衍生物等重要的医药中间体。

本文改进了2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷的合成工艺，大大提高了2-亚甲基二氧杂环庚烧的回收率，减少了分离造成的损失。具体的方法：以1，4-丁二醇和溴乙醛缩二乙醇为初始原料，强酸性阳离子交换树脂作Dowex(50W×2 H+)为催化剂，经环化反应生成 2-溴甲基-1，3-二氧环庚烷，然后用四氢呋喃和叔丁醇混合作为溶剂，与叔丁醇钾发生消除脱溴反应，反应完成之后直接在反应容器上搭建减压蒸馏装置进行减压蒸馏，初次蒸馏之后，往反应容器中加入大量的正戊烷，再进行第二、三次减压蒸馏，合并收集的蒸馏液进行再此减压蒸馏，可得商品级别的2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷，收率达63.1 %。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

AM 400 MHz 核磁共振仪( TMS 为内标，德国Bruker 公司)；1，4-丁二醇，四氢呋喃，环戊烷，叔丁醇，叔丁醇钾(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)Dowex (50W×2 H+)(上海甄准生物科技有限公司)， 溴乙醛缩二乙醇( 分析纯，阿拉丁试剂公司)。

1.2 合成路线

1.3 2-溴甲基-1，3-二氧环庚烷(1)的合成

1500 mL单口瓶中依次加入溴乙醛缩二乙醇20.6 g ( 100 mmol )，1,4-丁二醇 9.9 g ( 110 mmol ), Dowex(50W×2 H+)0.5 g, 120 ℃氮气保护下反应4h，反应降至室温，用水泵进行减压蒸馏，逐渐升温至130 ℃，收集95～115 ℃下的馏分，然后将收集的馏分再次减压蒸馏收集105～110 ℃馏分，得到无色液体2-溴甲基-1，3-二氧环庚烷 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-亚甲基-1，3-二氧环庚烷 ( 2 ) 的合成

1000 mL三口瓶中依次加入100 mL叔丁醇，100 mL 四氢呋喃，叔丁醇钾12.0 g ，氮气保护下降温至0℃，磁力搅拌条件下，逐滴滴加2-溴甲基-1，3-二氧环庚烷(14.5 g, 74.7 mmol)的四氢呋喃溶液，保持温度上升范围不超过5℃, 滴加完毕之后，逐渐升温至室温，反应过夜，在三口瓶上直接搭建减压蒸馏装置，真空水泵作为减压装置，室温下减压蒸除部分四氢呋喃，然后缓慢升温，收集45-70℃馏分，待很少馏分蒸出之时，停止减压蒸馏，往三口瓶中添加正戊烷和四氢呋喃，充分搅拌后继续减压蒸馏，同样收集45-70℃馏分，重复操作两次之后，合并收集的馏分进行再次减压蒸馏，收集60～65℃馏分得到商品级别2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷 ( 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 结果与讨论

2.1 2-溴甲基-1，3-二氧环庚烷(1)的合成

2-溴甲基-1，3-二氧环庚烷的合成过程中，本文对反应温度对反应产率的影响做了研究，如表1所示，反应时间统一为6h，随着温度的升高反应产率逐渐升高，温度升到130℃以后，反应产率开始降低，主要原因可能是副反应增多。催化剂对此反应的影响也非常明显，本文对4种常用催化剂进行了筛选，如表2所示，阳离子树脂型催化剂的催化效果比较好，其中Dowex (50W×2 H+)的效果最好。反应时间对此反应也有一定的影响，如表3所示，反应4小时为最佳，时间长了副产物就会增加。综上所述，反应的最佳条件为温度120℃下反应4h，以作为Dowex (50W×2 H+)催化剂。另外，反应后处理减压蒸馏的时候，控制温度上升的速度缓慢些，并将蒸馏液分批收集，纯度较高的可以直接进行下一步反应，对纯度不高的部分进行第二次蒸馏，然后合并，这样可以得到较高的产率。

表1 温度对反应收率的影响

表2 催化剂对反应收率的影响

表3 反应时间对反应收率的影响

2.2 2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷 ( 2 ) 的合成

2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷的合成过程中，不同的碱对反应的收率影响比较明显，如表4所示，对比氢氧化钠、氢氧化钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾的反应可以看出，随着碱性增强反应产率增加，碱性越弱生成醚的可能性就越大，叔丁醇钠、叔丁醇钾在四氢呋喃和叔丁醇中有一定的溶解性，使得反应向着生成产物的方向进行。反应完成之后，本文采用直接在原装置上搭建减压蒸馏装置将反应产物蒸出，可以有效防止产物在空气中暴漏挥发分解造成的损失，对比转移抽滤之后再减压蒸馏这种后处理方式，产率可以提高10 %，原因是反应生成的溴化钾和叔丁醇钾在反应液中呈现黏胶状，比较难抽滤，产物长时间在空气中暴漏，吸水、挥发会造成一定的损失。综上所述，反应选用叔丁醇钾作碱，后处理不经过转移直接减压蒸馏可以得到较高收率的商品级别的产物。

表4 碱对反应收率的影响

3 结论

以溴乙醛缩二乙醇和1，4-丁二醇为初始原料制得 2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷。研究中产物的合成条件发现反应120℃下反应4h，以作为Dowex (50W×2 H+)催化剂为最佳，研究碱、后处理方式对终产物收率的影响发现以叔丁醇钾作碱、后处理不经过转移直接减压蒸馏为最佳工艺条件。

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(本文文献格式：孔亚芬，范和良，蒋福丽.2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷的合成工艺研究[J].山东化工，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

广西高校中青年教师基础能力提升项目(KY2016LY428 ),广西高校化学工艺重点学科基金(2015KLOG13)

孔亚芬(1983—)，女，山东曲阜人，硕士，钦州学院教师，主要从事有机合成方面的研究。

O63；TB324

A

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