一种香豆素的制备方法

技术领域

本发明属于香豆素的制备领域，具体涉及一种香豆素的制备方法。

背景技术

香豆素又称为香豆精，香豆素最初是在1820年提取而得，第一种天然香豆素是由Vogel从圭亚那的黄香草木犀中获得，其英文名称是“coumarou”。W.H.Perkin通过水杨醛研制出了香豆素，至1872年H.S.Biff才提出香豆素的正确结构。天然的香豆素主要存在花草植物中，可以制成天然的香料，香豆素及其衍生物结构存在碳碳双键，碳氧双键及内脂结构，是一种有机化合物，外观有三种形态，一般有针状、叶状、柱状，具有芳香气味。香豆素的工业合成是Perkin在1868年发明的，随后又开辟了许多合成路线。香豆素的生物合成是通过苯丙氨酸的代谢，香豆素类化合物具有特殊的结构特性，它有刚性共轭平面结构，所以在可见光区范围内具有很强的荧光性，香豆素会根据光线的不同呈现出不同的颜色。在紫外光照射下为蓝紫色的荧光，自然光照射下为浅黄色晶体也有可能无色，被广泛用做荧光增白剂、荧光染料和激光染料等。同时，它还具有发射强度高、荧光强烈等特点，成为近几年来有机荧光染料研究的热点之一，其结构如下：

香豆素有许多的合成方法，其中最常见的有Perkin、Witting、Knoevenagel、Pechmann等反应。这些反应一般所需的原材料为水杨醛或苯酚，通过在苯环建立内酯构造来形成吡喃环。

1.Perkin反应合成香豆素

Perkin在1868年通过水杨醛以及乙酸酐，用催化剂乙酸钠研制出了香豆素，然而该方法的反应收率并不高。为了提高香豆素的产率，研究人员通过对Perkin合成法的反应条件进行改进和优化，使该方法的产率较原始方法有了明显的提高。反应路线如下所示：

2.Knoevenagel反应合成香豆素

Knoevenagel反应也是碱催化的缩合反应。和醛醇缩合很相似，通过邻羟基苯甲醛/酮和具备活性亚甲基的乙酸衍生物并把碱性物质当作催化剂，可以获得香豆素。在该反应里，因为包含较为活泼的亚甲基的乙酸衍生物，所以催化剂只需使用普通的有机碱(如哌啶、吡啶、伯胺、仲胺等)，从而减少反应时长和温度。反应路线如下所示：

3.Pechmann反应合成香豆素

德国化学家Pechmann于1884年最初利用苹果酸以及苯酚研制出了香豆素，其中催化剂使用的是干燥二氯化锌和浓硫酸。反应路线如下所示：

4.Witting反应合成香豆素

此方法是把原材料为水杨醛以及乙氧基羰基鏻叶立德的溶液进行回流，以此来构成中间体，即邻羟基肉桂酸酯，接着把中间体进行分子内酯互换，由此来构成香豆素。合成路线如下所示：

5.Heck反应合成香豆素

文献Heterocyclic Communications(2010),16(2-3),113-120和AdvancedSynthesis&Catalysis(2012),354(4),627-641报道了以2-碘苯酚或2-溴苯酚与丙烯酸酯为原料，在盐酸和钯催化剂的作用下发生Heck偶联反应来合成香豆素。合成路线如下所示：

综上可知，香豆素的合成均采用强酸或者强碱作为催化剂，对于设备材质要求较高，对设备的腐蚀较大，催化剂无法回用，收率较低，成本较高，同时三废较多，对环境不友好。其合成工艺的改进对于合成香豆素工艺具有重要意义。因此，研究新的、高效的、对环境友好的香豆素的制备方法，具有重要意义。

针对上述工艺中存在的不足，需要开发一种新型的合成香豆素的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种香豆素的制备方法，通过本方法避免了强酸或者强碱催化剂的使用，降低了对设备的要求，减少了三废的产生，同时金属配合物催化剂可以套用，降低了成本。并且该方法使用金属配合物催化剂，易于分离，有效抑制4-(2-羟基苯基)丁-3-烯-2-酮选择性，可以有效的减少反应后处理操作步骤，降低能耗，并且催化剂对环境友好，避免污染环境的问题。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种香豆素的制备方法，包括以下步骤：在金属配合物催化剂作用下，2-氯苯酚与丙烯醛发生偶联加成反应，生成香豆素。

作为一个优选的方案，本发明所述的金属配合物催化剂选自以下1a、1b、2a、2b、3a、3b中的一种或多种：

本发明的反应路线如下：

作为一个优选的方案，所述制备方法中，催化剂的用量相对于2-氯苯酚为1-10wt％。

作为一个优选的方案，所述制备方法中，2-氯苯酚与丙烯醛的摩尔比为1:1.1-2.3，优选1:1.2-1:1.9。

作为一个优选的方案，所述制备方法中，偶联加成反应的条件为在反应温度40-60℃条件下反应2-5小时。

作为一个优选的方案，所述制备方法，是在溶剂的存在下进行的。所述溶剂为乙腈、N，N-二甲基甲酰胺、二氧六环、二氯甲烷、二氯乙烷中的一种或多种。

作为一个优选的方案，所述溶剂的用量为相对于2-氯苯酚质量的2-5倍。

本发明的第二个方面涉及制备香豆素所使用的金属配合物催化剂。

一种金属配合物催化剂，表示为M-X，催化剂中，金属M为活性组分，选自Cu、Zn、Pt中的一种或多种；X为配体，选自吡啶、喹啉及其衍生化合物中的一种或多种。

本发明中，所述的金属配合物催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将金属M前体化合物与配体X混合于乙腈/二氯甲烷溶剂中，在50-80℃条件下充分搅拌，反应1-3小时；

(2)反应结束后，过滤除去沉淀物；滤液经蒸馏脱除溶剂得到催化剂粗品，将催化剂粗品再次溶解至二氯甲烷中得到澄清溶液；

(3)将上述澄清溶液经水洗，干燥，过滤，浓缩后得到催化剂。

本发明所述催化剂的制备方法中，步骤(1)中，溶剂乙腈与二氯甲烷的体积比例为1:2-1:3，溶剂的用量并无特别限制，例如可以将所加入的金属M前体化合物与配体X完全溶解即可。

本发明所述催化剂的制备方法中，步骤(1)中，所述的金属M前体化合物选自金属氯化物、氯酸物、氯酸盐中的一种或多种，优选H

本发明所述催化剂的制备方法中，步骤(1)中，所述配体X选自吡啶、喹啉及其衍生化合物中的一种或多种，优选的，配体X选自2-苯基吡啶、3-苄基吡啶、2-苯基喹啉中的一种或多种。

本发明所述催化剂的制备方法中，步骤(1)中，所述金属M前体化合物与配体X的摩尔比为1:2～1:4。

作为一个优选的方案，本发明所述金属配合物催化剂选自以下结构式1a、1b、2a、2b、3a、3b中的一种或多种：

本发明优选的金属配合物催化剂通过使用大的C-N杂环供体配体来形成配位饱和扭曲方形平面的金属配合物结构，同时由于N杂环配体具有强的σ-给电子能力，与之结合的金属或金属离子表现出更强的稳定性和催化底物活化的能力，从而更优地应用于2-氯苯酚与丙烯醛的催化偶联加成反应中。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的工艺路线简单，操作简单，原料成本低；避免了使用强酸、强碱带来的影响。

(2)本发明的金属配合物催化剂对环境友好，且易于分离，可循环套用，降低了成本。

(3)本发明可以在较低的操作温度下生产香豆素，原料转化率达到97％以上，产物选择性在95％以上。

具体实施方式

本发明结合下面实施例作进一步的详细说明，但本发明的范围并不局限于这些实施例。

产品的气相色谱分析条件：岛津气相色谱仪，RTX-DB-5柱子，10℃/min升至120℃；20℃/min升至240℃；20℃/min升至320℃，保持5min。

以下实施例中仪器来源如下表1：

表1

如无特别说明，以下实施例中使用的无机盐、试剂均为市售。

实施例1

将59.83g H

实施例2

将74.6g K

实施例3

将40.57g H

实施例4

将40.04g ZnCl

实施例5

将催化剂1(5.14g，4wt％)加入装配有机械搅拌器、热电偶的1000mL三口烧瓶中，将2-氯苯酚(128.56g，1mol)、丙烯醛(67.27g，1.2mol)和乙腈(257.12g)加入至三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于油浴锅中，然后开启机械搅拌，设置油浴锅升温至40℃，反应3小时。反应结束后过滤除去固体催化剂，分离出反应液，将反应液蒸馏除溶剂乙腈，放置于50℃烘箱中6h，得到白色固体的产物香豆素，并经核磁确认产物为香豆素。

产物核磁分析结果：

实施例6

将催化剂2(6.43g，10wt％)加入装配有机械搅拌器、热电偶的1000mL三口烧瓶中，将2-氯苯酚(64.28g，0.5mol)、丙烯醛(47.65g，1.7mol)和乙腈(128.56g)加入至三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于油浴锅中，然后开启机械搅拌，设置油浴锅升温至50℃，反应3小时。

实施例7

将催化剂3(7.71g)加入装配有机械搅拌器、热电偶的1000mL三口烧瓶中，将2-氯苯酚(128.59g)、丙烯醛(72.88g，1.3mol)和乙腈(257.14g)加入至三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于油浴锅中，然后开启机械搅拌，设置油浴锅升温至60℃，反应2小时。

实施例8

将催化剂4(1.93g，1wt％)加入装配有机械搅拌器、热电偶的1000mL三口烧瓶中，将2-氯苯酚(192.84g，1.5mol)、丙烯醛(100.91g，1.8mol)和乙腈(385.68g)加入至三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于油浴锅中，然后开启机械搅拌，设置油浴锅升温至50℃，反应3小时。

对比例1

将实施例5中的催化剂1替换为2-苯基吡啶(5.14g)，其余条件同实施例5，40℃，反应3小时。未生成香豆素。

对比例2

将实施例5中的催化剂1替换为H

对比例3

将40.57g H

将实施例7中的催化剂1替换为催化剂5(7.71g)，其余条件同实施例5。40℃，反应3小时。

实施例5-8与对比例2、3相应的色谱分析结果如表2：

表2

*副产物4-(2-羟基苯基)丁-3-烯-2-酮(CAS：6051-53-2)。