新型5-[10-(9-羧基蒽基)]-间苯二甲酸的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种刚性联芳基三羧酸配体化合物的合成方法，特别是一种新型 5-[10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法。
【背景技术】
[0002] 延长的刚性三羧酸类配体广泛应用于MOFs材料的合成中，这类材料通常具有良 好的孔道结构、大的内表面积，使这类材料在气体储藏、化学传感、催化及药物缓释等不同 领域具有潜在应用。比如以均苯三甲酸和硝酸铜在水热条件下合成的以轮状双核铜为次级 结构单元的三维多孔化合物（HKUST-I);与硝酸锌溶剂热方法合成的具有qom拓扑网络的 M0F-177, [Zn4O(BTB)2* (DMF)15(H2O)3]。该化合物的比表面积达到4500 Hi2g1,对于有机大分 子、多种气体分子和染料分子有较强的吸附性能。而延长的刚性三角羧酸配体通常能得到 结构新颖、比表面积大的多微孔MOFs材料，并能改变微孔结构，使其气孔内电子环境得到 优化从而提高上述应用性能，因此，设计合成结构新颖的延长多羧酸配体并应用于MOFs材 料的合成已成为当今研究的热点之一。然而，大尺寸的刚性多羧酸化合物合成比较困难。因 此本发明中所涉及的结构新颖的5-[10-(9_羧基蒽基）]-间苯二甲酸是一种具有巨大潜在 应用价值的配体。目前尚无文献报道该化合物。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种合成成本低、产率高、产品纯度高的新型5-[10-(9_羧 基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法。
[0004] 本发明的5-[10-(9_羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，合成步骤为： (i )以5-氨基-1，3_苯二甲酸二甲酯为原料，低温下加入15%氢溴酸溶液，加完 后快速搅拌下缓慢滴加亚硝酸钠溶液，随后缓慢滴加溴化亚铜的氢溴酸溶液，摩尔比5-氨 基-1，3-苯二甲酸二甲酯：亚硝酸钠：溴化亚铜为1:1. 1~1. 3:1. 4~1. 6,加完室温搅拌2小 时，真空抽滤得反应粗产物，干燥后按石油醚：乙酸乙酯体积比2~3:1的混合溶剂为洗脱剂 用柱色谱分离提纯得白色粉末A :5_溴-1，3-苯二甲酸二甲酯； (ii )在氩气或氮气保护的条件下，以5-溴-1，3-苯二甲酸二甲酯、联硼酸频那醇酯 和乙酸钾按摩尔比I : 1 ~ 1.5 : 2.5 ~ 3. 5混合后溶于无水二氧六环，5-溴-1，3-苯二 甲酸二甲酯与二氧六环的用量比是1毫摩：2.5 ~3. 5毫升，加入适量的催化剂，在110 ~ 130°C油浴下回流反应10 ~ 20小时，冷却后先用水稀释再用乙酸乙酯对体系进行萃取，然 后用饱和食盐水对有机层进行洗涤，收集有机相并用无水硫酸钠对其进行除水处理，过滤， 真空浓缩，最后以石油醚和乙酸乙酯按体积比为16 : 0.8 ~ 1.2的混合溶剂为洗脱剂用 柱色谱法分离提纯得到化合物B :3, 5-二甲氧羰基苯硼酸频那醇酯； (iii) 9-蒽甲酸溶于冰乙酸，冰浴下滴加液溴的醋酸溶液，9-蒽甲酸与溴的摩尔比为 1 : 1.5 ~ 1.8,滴完升温至65 °C反应2~4小时，反应液加入500~800 mL的冰水中，析出 沉淀，过滤。固体溶于500~600 mL 5~10% K2CO3溶液中，过滤清除杂质，滤液用稀HNO3酸化 析出沉淀，无水乙醇重结晶得淡黄色粉末C :10-溴-9-蒽甲酸； (iv) 10-溴-9-蒽甲酸中加过量的SOCl2,少许吡啶作催化剂，80 ° C反应10~12小 时，减压蒸馏除掉过量的SOCl2，冷却至常温，在圆底烧瓶中加入40~60 mL甲醇，加50~80 mL二氯甲烷作溶剂，85 ° C加热反应2~3小时，蒸出过量的甲醇，最后以石油醚和二氯 甲烷按体积比为4 : 0.8 ~ 1的混合溶剂为洗脱剂用柱色谱法分离提纯得到化合物D: 10-溴-9-蒽甲酸甲酯； (V )在氩气或氮气保护下，将B、D与K3P〇d$摩尔比1.2 :1 :3混合溶入80~100 mL 1，4_二氧六环溶剂中，通入N2 10分钟后，加入适量催化剂，在90~110°C油浴下反应10~20 小时，蒸出过量二氧六环，冷却后先用水稀释，再用二氯甲烷对体系进行萃取，收集有机相 并用无水亚硫酸钠对其进行除水处理，过滤，真空浓缩，然后以石油醚和乙酸乙酯按体积比 为100: 0.8~1为洗脱剂，用柱色谱法分离提纯得到白色产物E: 5-[ 10-(9-甲氧羰基蒽 基）]-间苯二甲酸二甲酯； (vi)将5-[ 10-(9-甲氧羰基蒽基）]-间苯二甲酸二甲酯和NaOH按摩尔比1:10~15 加入1，4-二氧六环和水的混合溶剂中，体积比为2~3:1。95 °C回流4~6小时，蒸除去过量 的1，4-二氧六环，加入过量的稀HNO3进行酸化至pH~2,析出黄色固体，真空干燥得最终 化合物F :5-[10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸。
[0005] 所述的一种新型5-[10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，制备A发生重 氮化反应时，反应温度应控制在5 °C以下，纯化A时的洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯体积比 2~3:1〇
[0006] 所述的一种新型5-[10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，以 5_溴-1，3-苯二甲酸二甲酯、联硼酸频那醇酯和乙酸钾按摩尔比1 : 1.2 : 2. 5合成化合 物B。纯化B用石油醚和乙酸乙酯体积比为16 : 1。
[0007] 所述的一种新型5-[10-(9_羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，制备化合物C 时，9-蒽甲酸与溴的摩尔比为1 : 1.8。
[0008] 所述的一种新型5_[ 10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，制备化合物D 时，SOClg甲醇都需过量，需加50~80 mL二氯甲烷作溶剂，石油醚和二氯甲烷按体积比为 4 : 1的混合溶剂为洗脱剂。
[0009] 所述的一种新型5-[10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，制备化合物B 使用的催化剂为[1，1' _双（二苯基膦基）二茂铁]二氯化钯，用量为参与反应物总质量 的 0? 5 ~ 1%〇
[0010] 所述的一种新型5-[10-(9_羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，制备化合物E 使用的催化剂为四（三苯基膦）钯，用量为参与反应物总质量的1 ~ 2%。
[0011] 所述的一种新型5-[10-(9-羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，制备化合物E 使用B、0与1( 3?04按摩尔比1. 2:1:3,石油醚和乙酸乙酯按体积比为100: 1为洗脱剂。
[0012] 所述的一种新型5-[10-(9_羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，5-[10-(9_甲 氧羰基蒽基）]-间苯二甲酸二甲酯和NaOH按摩尔比1:12,溶剂1，4-二氧六环和水的混合 溶剂中，体积比为2~3:1，酸化至pH=2。
[0013] 用本方法合成结构新颖的5-[10-(9_羧基蒽基）]_间苯二甲酸的有益效果是：延 长的刚性三羧酸类配体广泛应用于MOFs材料的合成中，这类材料通常具有良好的孔道结 构、大的内表面积，使这类材料在气体储藏、化学传感、催化及药物缓释等不同领域具有潜 在应用。延长的刚性三角羧酸配体通常能得到结构新颖、比表面积大的多微孔MOFs材料， 并能改变微孔结构，使其气孔内电子环境得到优化从而提高上述应用性能，因此，设计合成 结构新颖的延长多羧酸配体并应用于MOFs材料的合成已成为当今研究的热点之一。然而， 大尺寸的刚性多羧酸化合物合成比较困难。因此，用本方法合成结构新颖的5-[10-(9_羧 基蒽基）]_间苯二甲酸是一种具有巨大潜在应用价值的配体。
【附图说明】
[0014] 图1本发明中目标化合物F的化学结构式示意图。
[0015] 图2本发明中化合物A和B的合成示意图。
[0016] 图3本发明中化合物C和D的合成示意图。
[0017] 图4本发明中化合物E和F的合成示意图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明的5-[10-(9_羧基蒽基）]-间苯二甲酸的合成方法，合成步骤为： 以5-氨基-1，3-苯二甲酸二甲酯为原料，重氮化溴取代生成5-溴-1，3-苯二甲酸二 甲酯（A)，A与联硼酸频那醇酯经偶联反应生成3, 5-二甲氧羰基苯硼酸频那醇酯（B)，合成 路线如图2所示。此外，以9-蒽甲酸为原料，溴化反应生成10-溴-9-蒽甲酸（C)，C与二 氯亚砜反应生成10-溴-9-蒽甲酰氯，然后与甲醇反应生成10-溴-9-蒽甲酸甲酯（D)，合 成路线如图3所示。最后，化合物B与D经Suzuki偶联反应生成5-[ 10-(9-甲氧羰基蒽 基）]-间苯二甲酸二甲酯（E)，E再经过水解得到目标产物5- [ 10- (9-羧基蒽基）]-间苯二 甲酸（F)，合成路线如图4所示。
[0019] 具体实施例如下： (i )如图2所示：称取5-氨基-1,3-苯二甲酸二甲酯（10.0 g，47. 6 mmol)于500 mL三口瓶中，缓慢滴加氢溴酸溶液（15%，225 mL)，滴毕，冰浴冷却溶液至5 °C，快速搅拌 下缓慢滴加亚硝酸钠溶液（2.5 M，23 mL)，向三口瓶中缓慢滴加CuBr (9.8 g)的氢溴酸 (45%，90 mL)溶液，保持反应温度低于5 °C，加完室温搅拌2 h，过滤得粗产物，干燥后经 硅胶柱层析（洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=8/3)纯化得白色粉末A(8. 28 g )，产率63. 4%。 熔点：88~89 °C。
[0020]化合物 A 核磁1H NMR、13C NMR 和高分辨质谱数据=1H NMR (400 MHz, CDCl3) S 8.59 (s，1H)，8.34 (s，2H)，3.95 (s，7H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) S 164.78， 136.53，132.12，129.22，122.49，52.62。HRMS(EI), C10H9BrO4,实测值（计算值），a?/ 273. 0812 [M+] (273. 0801) 〇
[0021] ( ii )如图2所示：称取5-溴-1，3-苯二甲酸二甲酯（5. 4 g，19. 8 mmol)，联硼 酸频那醇酯（6.0 g, 23.6 mmol)，乙酸钾（5.6 g, 57.2 mmol)，置于250 mL三口瓶中，加 无水1，4-二氧六环（50 mL)作溶剂，通N2保护，0? 5 h之后加Pd(dppf) 2C12 (〇? 2 g，0? 27 mmol)，升温至100 °C反应12 h，待温度降至室温后蒸出过量的1，4-二氧六环，加入H2O (20 mL)稀释，乙酸乙酯（30 mL)萃取，连续萃取3次，收集有机相，无水Na2SO3干燥，滤液旋蒸 后得粗产物，粗产物经硅胶柱层析（洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯=94/6)纯化得白色粉末B (4. 59 g)，产率 72. 5%。熔点：126~127 °C。
[0022] 化合物B核磁1HNMR、13CNMR和高分辨质谱数据=1HNMR(400MHz,CDCl3)S 8.75 (t,J=1.7Hz, 1H), 8.64-8.61 (m, 2H), 3.94 (s, 6H), 1.35 (s, 12H).13C NMR(101MHz,CDCl3)S166.30，139.88，133.35，132.19，130.02，84.11，52.37， 24. 86。HRMS(EI)，C16H21BO6,实测值（计算值），餘々：320. 1455 [M+] (320. 1453)。
[0023] (iii)如图3所示：取9-蒽甲酸（5.0 g，22. 5 mmol)于500 mL三口瓶中，加冰 乙酸（300 mL)于三口瓶中溶解9-蒽甲酸，冰浴冷却至5 °C，缓慢滴加Br2 (2 mL 39 mmol) 的20 mL乙酸溶液，滴毕，升温至65 °C反