專利名稱：一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種樹狀化合物活性中間體及其制備方法，特別是一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物及其制備方法。
背景技術：
樹狀大分子是大分子化學發展的一個重要里程碑。1952年，Flory首先從理論上證實了支化單元在大分子構筑中的潛在作用。1978年，Vogtle首次合成了低分子量的樹狀大分子。20世紀80年代中期，Tomalia類合成的聚(酰胺-胺)(PAMAM)型樹狀大分子和Newkome類合成的樹形物引起了人們的廣泛關注。隨著合成方法的不斷成熟，樹狀大分子的研究得到了快速發展。
合成樹狀大分子時通常利用如下傳統有機化學反應縮合反應(如醚化、酯化、酰胺化)、加成反應(如Michael加成)、外環聚合類。合成的方法有發散法、收斂法、發散收斂共用法類。
發散法由Vogtle類始創，由內向外構建大分子。發散法的單體種類眾多，在外圍安置官能團十分方便，但隨著代數增長，反應過程官能團成倍增長，容易導致反應不完全，造成分子中的結構缺陷，以至不能保證結構的單分散性，而且有缺陷的產物與目標產物的結構、性能相似，分離非常困難。
收斂法由Frechet類始創，由外向內構建大分子。收斂法每步只有有限的官能團參與反應，有利于反應完全，而且目標產物與合成體系中其它成分的結構、性能差別較大，使分離比發散法簡單，樹狀大分子的結構中缺陷減少。該法能在樹狀大分子外圍靈活地安置功能基，同一分子的外圍可以有不同的功能基，甚至每個扇形的外圍可以有一種功能基。收斂法的缺點是分子量增長較慢，合成大的結構時空間障礙很大，導致產率低。
發散收斂共用法包括兩種情況。一般是指先用發散法制得低代的樹狀大分子，稱為“超核(Hypercore)”，再用收斂法制得一定代數的扇形，稱為“支化的單體”，然后將“支化的單體”接到“超核”上。另一種又稱雙指數混合增長。該法只需采用一種單體就可合成樹狀大分子。發散收斂共用法結合了發散法和收斂法的優點，既能使合成樹狀大分子時產率提高，分子量增長加快，又能使分離純化變得簡單，減少大分子結構缺陷，從而使樹狀大分子的合成變得簡單靈活。
三羰基芳香化合物在苯環的周圍均勻地分布著三個活性基團，由于苯環的平面結構而使這三個活性基團在空間上向四周伸展，特別適合構筑樹狀分子。季戊四醇衍生物的分子外圍結構中含有四個活性官能團，空間四取向及結構較對稱，也非常適于構筑樹狀大分子，因此在樹狀大分子合成中具有重要作用。自上世紀80年代末期出現以季戊四醇合成的樹狀大分子以來，已合成出多種基于季戊四醇的樹狀大分子，這些樹狀大分子具有許多潛在的應用。但是由季戊四醇衍生物與三羰基芳香化合物組合而衍生出來的樹狀化合物“超核”尚未見文獻報道。在國家自然科學基金(20472064)和天津市自然科學基金(040884311)支持下，我們對三羰基芳香化合物和季戊四醇衍生物進行了研究，合成了一系列端基樹狀化合物“超核”，該類化合物的端基鹵素活性很高，將不同的“支化的單體”接到“超核”上通過發散收斂共用法制備樹狀分子。在本專利中，申請者將含有氧雜原子的樹狀縮醛酮化合物與丙二酸酯類化合物反應，合成了含四元螺環結構的樹狀化合物，該化合物在國內外均未見文獻報道。
發明內容
本發明的目的涉及一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物及其制備方法，它以苯為核，由氧、硫雜原子組成的前螺環作為支化單元的前樹狀縮醛酮化合物，它的制備方法主要是在酸催化下，三羰基芳香化合物與季戊四醇衍生物縮醛化反應合成所需活性中間體，而后與羰基化合物的α氫親核取代合成簡單的樹狀化合物，產物具有手性軸結構，其應用范圍可擴大到手性合成領域。
本發明的技術方案一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環活性中間體，可通過進一步反應而形成具有四、五、六元雜螺環的手性樹狀化合物，結構式如下所示。
一種上述所說的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛、三乙酰基苯類三羰基芳香化合物與季戊四醇衍生物反應，具體反應方程式如下 具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于溶劑中，在酸催化下反應4～12小時，處理得到粗產品，重結晶得純品，收率60-80％；(2)產品的合成將中間體和丙二酸酯類化合物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于有機溶劑中，加入催化劑，在回流溫度下反應4～8小時，再經蒸餾、萃取、分離、干燥工序，得粗產品，重結晶得純品，收率40-60％。
上述所說的步驟(1)可以包括以下兩種方法，即高溫下有機溶劑分水的合成方法I或低溫無須分水反應的方法II分別獲得目標中間體中間體的合成方法I將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于有機溶劑中，加入酸催化劑，在回流溫度下反應4-8小時，分離反應生成的水，用弱酸鹽溶液中和反應液至弱堿性，分離有機相，再經干燥、蒸餾，得粗產品，重結晶得純品，收率70-80％；中間體的合成方法II將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于溶劑中，將該溶液倒入酸溶液中，在室溫下反應6-12小時，抽濾得粗產品，重結晶得純品，收率60-70％。
上述步驟(1)中所說的原料三羰基化合物包括苯三甲醛、三乙酰基苯類多羰基化合物，其中結構式中的基團R包括各種支鏈的烷基和氫原子。
上述步驟(1)中所說的原料季戊四醇衍生物，其中結構式中的X代表羥基、巰基類活性質子基團，Y代表氟、氯、溴、碘鹵素原子。
上述步驟(2)中所說的中間體結構中的取代基團與步驟(1)中所述的原料的取代基團相對應一致。
上述步驟(1)中所說的溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應物發生反應的常用中性低沸點有機溶劑。
上述步驟(1)中所說的酸催化劑包括對甲苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸類有機、無機酸。
上述步驟(1)中所說的弱酸鹽包括醋酸鹽、碳酸氫鈉類有機、無機弱酸鹽。
上述步驟(1)中所說的重結晶為能將中間體溶解的有機溶劑，包括丙酮、乙醇、氯仿、四氯化碳或它們的混合溶液。
上述步驟(1)中所說的溶劑是指與水互溶的有機溶劑，包括乙醇、丙酮類有機溶劑。
上述步驟(2)中所說丙二酸二乙酯類型化合物結構中基團R為氫原子、烷基或丙二酸環內酯類化合物。
上述步驟(2)中所說的有機溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應物發生反應的常用中性低沸點有機溶劑或水。
上述步驟(2)中所說的催化劑包括相轉移催化劑或強堿，如叔丁基氯化銨、三苯基氯化銨類常用相轉移催化劑或NaOH類強堿性化合物。
本發明的優越性在于(1)得到的樹狀中間體和產品基本是由苯環及螺小環構成的，結構穩定，端基鹵素活性很高，可用作通用“超核”，將不同的“支化的單體”接到該分子上通過發散收斂共用法可制備不同的樹狀分子；(2)利用該樹狀中間體和產品可進一步反應而得到含有螺環結構的手性樹狀化合物，與當前含手性碳、氮、膦類不對稱元素及金屬配位的化合物有很大區別，分子是由C2軸對稱手性片段組成的大分子，手性濃度高。
附圖1為本發明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個活性中間體化合物的紅外光譜，其中基團R為甲基，X為氧原子，Y為溴原子。
附圖2為本發明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個活性中間體化合物的核磁光譜，其中基團R為甲基，X為氧原子，Y為溴原子。
附圖3為本發明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個產品，即樹狀活性中間體與2，2-二甲基-1，3-二氧六環-4，6-二酮反應所得樹狀產品的紅外光譜附圖4為本發明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個產品，即樹狀活性中間體與2，2-二甲基-1，3-二氧六環-4，6-二酮反應所得樹狀產品的核磁光譜。
具體實施例方式實施例1一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環活性中間體，可通過進一步反應而形成具有四、五、六元雜螺環的手性樹狀化合物，結構式如下所示。
一種上述所說的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛與二溴新戊二醇反應獲得中間體，然后所得到的中間體與丙二酸二乙酯反應方程式如下(其中X為羥基，Y為溴原子，R為氫，R’為乙基)
具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成方法I取1.6克苯三甲醛和6.0克二溴新戊二醇溶于100ml甲苯中，全部溶解后，將溶液倒入裝有分水器、冷凝器和機械攪拌的250ml三口燒瓶中，加入0.5克對甲苯磺酸作催化劑，加熱回流反應液5小時，降至室溫，加入50ml 5％的醋酸鈉溶液，攪拌半小時，靜置，分離有機層，無水硫酸鈉干燥1小時，蒸餾，得粗產品7.2克，重結晶得純產品6.3克，收率71.4％。
(2)產品的合成取1.0克苯三甲醛與二溴新戊二醇的縮醛產品和2.5克丙二酸二乙酯溶于100ml無水乙醇中，倒入裝有冷凝器和機械攪拌的250ml三口燒瓶中，加入0.5克乙醇鈉作催化劑，升溫回流反應7小時，蒸出50ml乙醇，降溫，依次加入50ml水和50ml苯，攪拌，靜置分離出有機層，無水氯化鈣干燥1小時，蒸餾，得粗產品2.6克，重結晶得純產品2克，收率45.9％。
實施例2一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環活性中間體，可通過進一步反應而形成具有四、五、六元雜螺環的手性樹狀化合物，結構式如下所示。
一種上述所說的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛、三乙酰基苯類三羰基芳香化合物與季戊四醇衍生物反應，具體反應方程式如下(其中X為巰基，Y為溴原子，R為甲基，R’為乙基)
具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成方法II產品的合成取1.8克三乙酰基苯和6.5克二溴新戊二醇溶于100ml乙醇中，全部溶解后，將溶液倒入150ml 10％鹽酸水溶液中，室溫下反應10小時，抽濾得粗產品6.8克，丙酮重結晶得純產品5.4克，收率61.2％。
(2)中間體5的合成方法取1.5克三乙酰基苯與二溴新戊二醇的縮醛化產品和2.1克環內酯溶于100ml無水乙醇中，倒入裝有冷凝器和機械攪拌的250ml三口燒瓶中，加入0.6克乙醇鈉作催化劑，升溫回流反應7小時，蒸出50ml乙醇，降溫，依次加入50ml水和50ml苯，攪拌，靜置分離出有機層，無水氯化鈣干燥1小時，蒸餾，得粗產品3.0克，重結晶得純產品2.2克，收率46.4％。
權利要求
1.一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環活性中間體，可通過進一步反應而形成具有四、五、六元雜螺環的手性樹狀化合物，結構式如下所示。
2.根據權利要求1所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于結構式中的基團R包括各種支鏈的烷基和氫原子，X代表氧、硫雜原子，Y代表氟、氯、溴、碘鹵素原子。
3.一種上述所說的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛、三乙酰基苯類三羰基芳香化合物與季戊四醇衍生物反應，具體反應方程式如下 具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于溶劑中，在酸催化下反應4～12小時，處理得到粗產品，重結晶得純品；(2)產品的合成將中間體和丙二酸酯類化合物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于有機溶劑中，加入催化劑，在回流溫度下反應4～8小時，再經蒸餾、萃取、分離、干燥工序，得粗產品，重結晶得純品。
4.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于所說的步驟(1)可以包括以下兩種方法，即高溫下有機溶劑分水的合成方法I或低溫無須分水反應的方法II分別獲得目標中間體中間體的合成方法I將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于有機溶劑中，加入酸催化劑，在回流溫度下反應4-8小時，分離反應生成的水，用弱酸鹽溶液中和反應液至弱堿性，分離有機相，再經干燥、蒸餾，得粗產品，重結晶得純品，收率45-80％；中間體的合成方法II將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于溶劑中，將該溶液倒入酸溶液中，在室溫下反應6-12小時，抽濾得粗產品，重結晶得純品，收率35-70％。
5.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說的原料三羰基化合物包括苯三甲醛、三乙酰基苯類多羰基化合物，其中結構式中的基團R包括各種支鏈的烷基和氫原子；步驟(1)中所說的原料季戊四醇衍生物，其中結構式中的X代表羥基、巰基類活性質子基團，Y代表氟、氯、溴、碘鹵素原子；步驟(2)中所說的中間體結構中的取代基團與步驟(1)中所述的原料的取代基團相對應一致。
6.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說的溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應物發生反應的常用中性低沸點有機溶劑；步驟(1)中所說的溶劑是指與水互溶的有機溶劑，包括乙醇、丙酮類有機溶劑；步驟(2)中所說的有機溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應物發生反應的常用中性低沸點有機溶劑或水。
7.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說的酸催化劑包括對甲苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸類有機、無機酸；弱酸鹽包括醋酸鹽、碳酸氫鈉類有機、無機弱酸鹽。
8.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說的重結晶為能將中間體溶解的有機溶劑，包括丙酮、乙醇、氯仿、四氯化碳或它們的混合溶液。
9.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(2)中所說丙二酸二乙酯類型化合物結構中基團R為氫原子、烷基或丙二酸環內酯類化合物。
10.根據權利要求3所說的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(2)中所說的催化劑包括相轉移催化劑或強堿，如叔丁基氯化銨、三苯基氯化銨類常用相轉移催化劑或NaOH類強堿性化合物。
全文摘要
一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于以苯為核，由氧、硫雜原子組成的前螺環作為支化單元的前樹狀縮醛酮化合物。此外該類化合物的合成方法，包括中間體的合成和產品的合成。本發明的優越性在于(1)得到的樹狀中間體和產品基本是由苯環及螺小環構成的，結構穩定，端基鹵素活性很高，可用作通用“超核”，將不同的“支化的單體”接到該分子上通過發散收斂共用法可制備不同的樹狀分子；(2)利用該樹狀中間體和產品可進一步反應而得到含有螺環結構的手性樹狀化合物，與當前含手性碳、氮、膦類不對稱元素及金屬配位的化合物有很大區別，分子是由C
文檔編號C07D407/00GK1966501SQ20061010146
公開日2007年5月23日 申請日期2006年5月15日 優先權日2005年11月2日
發明者魏榮寶, 陳蘇戰, 劉秀明, 李洪波, 梁婭 申請人:天津理工大學