CN102382109A - 1,8-二氮-9-芴酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种1，8-二氮-9-芴酮(以下简称DFO)的制备方法，其包括以下步骤：由2-甲氧基苯胺合成2-甲氧基-4-硝基苯胺；所述2-甲氧基-4-硝基苯胺还原生成2-甲氧基对苯二胺硫酸盐；所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐进行两次Skraup喹啉环合成，生成5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲；所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲氧化生成4，7-二氮杂菲-5，6-二酮；所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得到产物DFO，五步合成DFO总收率为26.3％。本发明的制备方法简化了制备的流程，有效地降低了生产成本，以本发明的方法制备的1，8-二氮-9-芴酮产质量能够满足国内对DFO的需求。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种1，8-二氮-9-芴酮的制备方法。
背景技术
1，8-二氮-9-芴酮(1，8-diazafloren-9-one，以下简称为DFO)为α-氨基酸多肽的荧光分析试剂，尤其适用于汗指纹的检测。所述DFO的化学结构式如式(i)所示。
所述DFO与α-氨基酸发生反应，生成一种显现强荧光的红色物质，后者分别在470nm(激发)和510nm(发射)有强吸收，籍以作为氨基酸和汗指纹的分析、检测手段。目前DFO已作为一种高灵敏度的汗指纹检测试剂被国内刑侦部门广泛使用。
长期以来，国内刑侦部门普遍使用水合茚三酮作为汗指纹的显示、检测试剂。该试剂的检测灵敏度较低，技术较为落后，在一定程度上影响取证率和检测效果。20世纪末国外推出一种新颖的高灵敏度汗指纹检测试剂DFO以及一套相应的汗指纹检测***。检测灵敏度远优于传统的水合茚三酮，大大提高了取证率，并显著改善了汗指纹的检测效果。21世纪初国内各大市区均先后从国外引进这种先进的DFO汗指纹检测***。但DFO进口试剂价格昂贵，因此尽快研发DFO的合成技术并组织DFO试剂国产化乃当务之急。
到目前为止，尚未检测到国内有关DFO合成的文献报导，下面对国外有关DFO的合成的主要文献及专利作简介。
(1)文献【CA80：36975n及Org.Synth，coll.3.566-572】公开了以下技术方案：
首先，以2-甲氧基-4-硝基苯胺，或者相应的N-乙酰化产物为原料，经skraup环化，生成6-硝基-8-甲氧基喹啉，收率分别为62％和68％。所述2-甲氧基-4-硝基苯胺、N-乙酰化产物及6-硝基-8-甲氧基喹啉的化学结构式如式(d)、(c)及(f′)所示。
所述6-硝基-8-甲氧基喹啉经Raney Ni催化加氢，得到6-氨基-8-甲氧基喹啉，所述6-氨基-8-甲氧基喹啉的化学结构式如式(f)所示。
(2)文献【J.Druey，P.Schmidt，Helv.Chim.Acta 33，1080(1950)】公开了以下技术方案：
以6-氨基-8-甲氧基喹啉为原料用砷酸作氧化剂，进行Skraup喹啉环化，生成5(6)-甲氧基-4，7-二氯杂菲，收率为40％，所述5(6)-甲氧基-4，7-二氯杂菲的化学结构式如式(g)所示。
最后，以所述5(6)-甲氧基-4，7-二氯杂菲经浓硝酸和发烟硫酸高温氧化，得到4，7-二氮杂菲-5，6-二酮，收率为90％，所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮的化学结构式如式(h)所示。
所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性介质中重排缩环得产物DFO，收率为58％，mp205℃。
综合文献(1)和文献(2)的合成法，总收率约为12.1-13.2％，而且其中，所述的Skraup喹啉环合成所用的氧化剂为极毒品砷酸。
(3)文献【K.Kloc etal，J.Prakt.Chemie，319(6)，959-967(1977)】公开了以下技术方案：
由5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲，在碱性条件下，用高锰酸钾氧化，一锅法合成DFO，但收率仅为7％，低收率的主要原因是所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲反应生成的氧化中间体4，7-二氮杂菲-5，6-二酮，被氧化开环，生成3，3′双吡啶-2，2′-二甲酸，文献【R.L.Willams，M.G.ElFdyoumy，J.Hetaocycl.chem.，9(5).1021-25(1972)】中公开，其化学结构式如式(j)所示。
(3)专利号为EP0311010的一欧洲专利文件公开了以下技术方案：
首先，以2-甲氧基对苯二胺硫酸盐为起始原料，所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐的化学结构式如式(e)所示。
然后，经两步Skraup喹啉环化，合成5(6)-甲氧基-二氮杂菲，粗品收率为89.6％。
然后，所述5(6)-甲氧基-二氮杂菲用浓硫酸、浓硝酸氧化，得到4，7-二氮杂菲-5，6-二酮，收率为57％。
最后，所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得产物DFO，收率为30％。
该发明专利以2-甲氧基对苯二胺硫酸盐为原料，但四步反应的总收率为15.3％，偏低。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种制备步骤简短、制备成本低廉、制得率高的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，本方法弥补了国内1，8-二氮-9-芴酮制备方法的空白。
为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：
一种1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其包括以下步骤：
第1步：由2-甲氧基苯胺合成2-甲氧基-4-硝基苯胺；
第2步：所述2-甲氧基-4-硝基苯胺还原生成2-甲氧基对苯二胺硫酸盐；
第3步：所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐进行两次Skraup喹啉环合成，生成5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲；
第4步：所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲氧化生成4，7-二氮杂菲-5，6-二酮；
第5步：所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得到产物DFO，五步合成DFO总收率为26.3％。
以下，对上述技术方案作详细的说明。
(1)由2-甲氧基苯胺一锅法合成2-甲氧基-4-硝基苯胺，其包括以下步骤；
1)乙酰化；
所述乙酰化是由2-甲氧基苯胺与醋酐反应实现的，反应温度50-110℃，反应时间为1.5小时至6小时。
进一步的，所述2-甲氧基苯胺与醋酐的摩尔比为1.0∶1.0-1.0∶2.0。
增加醋酐用量对提高乙酰化反应收率有益。反应温度升高，则反应时间可缩短。乙酰化反应完成后，进行蒸馏，脱除副产物醋酸和过剩的醋酐。物料不加分离。直接进行随后的硝化反应。
2)硝化反应；
所述硝化反应用发烟硝酸作为硝化剂，反应温度为30℃-40℃，反应时间为1-4小时。
进一步的，所述发烟硝酸的用量为所述2-甲氧基苯胺的1.2-6.0摩尔量。
进一步的，所述硝化反应的反应介质为氯代烷烃。
进一步的，所述氯代烷烃的用量是2-甲氧基苯胺重量的2-6倍。
3)水解反应；
所述水解反应通过在反应体系中加入氢氧化钠水溶液实现，然后加热，脱除氯代烷烃后，将反应温度升高到70℃-100℃，反应1-3小时。
进一步的，所述氢氧化钠水溶液的碱液浓度为10-35％。
4)水解反应完成后，反应液冷却，结晶，过滤，水洗及干燥，得到2-甲氧基-4-硝基苯胺。
(2)所述2-甲氧基-4-硝基苯胺还原生成2-甲氧基对苯二胺硫酸盐；
所述2-甲氧基-4-硝基苯胺采用锌粉和氢氧化钠，在乙醇介质中进行还原，生成还原产物2-甲氧基对苯二胺硫酸盐。
进一步的，所述2-甲氧基-4-硝基苯胺与所述锌粉的摩尔比为1∶3-6。
进一步的，所述氢氧化钠用量为所述2-甲氧基-4-硝基苯胺的0.2-0.6摩尔比。
进一步的，所述氢氧化钠的浓度为10-40％。
进一步的，所述乙醇用量为所述2-甲氧基-4-硝基苯胺的3-5倍重量。
(3)所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐进行两次Skraup喹啉环合成，合成5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲，其包括以下步骤；
具体操作是先将2-甲氧基对苯二胺硫酸盐，氧化剂溶于浓硫酸中，然后加入甘油，最后升温回流反应。反应温度50-145℃，反应时间6-14小时。反应完成后，将反应液冷至室温并将它倒入冰水中。搅拌下用50％氢氧化钠水溶液调节PH＝10，然后用氯仿萃取，氯仿萃取液经干燥后，浓缩至干，即得棕褐色稠厚物，室温下立即固化，收率91％。不必精制，直接用于下一步操作。
本步骤中，采用一锅法操作，连续进行两步skraup喹啉环合成，直接得到所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲。
在步骤3的合成操作中，所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐、氧化剂、甘油及浓硫酸相对用量极为重要，把握好它们之间的摩尔比，是确保高收率的关键因素。
进一步的，所述skraup喹啉环合成法中氧化剂为间硝基苯磺酸。
进一步的，所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐与所述间硝基苯磺酸的摩尔比为1∶2-1∶4。
进一步的，所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐硫酸盐与所述甘油的摩尔比则为1∶2-1∶6。
进一步的，所述甘油与所述浓硫酸的摩尔比为1∶4-1∶8。
(4)所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲氧化生成4，7-二氮杂菲-5，6-二酮，其包括以下步骤；
先将所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲溶于发烟硫酸酸或浓硫酸中，再加入硝酸或发烟硝酸，加热回流反应；反应完成后，冷却至室温，加入冰水用碱液中和；过滤，滤饼水洗，烘干，即为4，7-二氮杂菲-5，6-二酮。
采用浓硝酸与发烟硫酸组合或发烟硝酸和浓硫酸组合，两者效果相仿。但使用上，发烟硝酸与浓硫酸配套比较方便。
优选的，所述发烟硝酸用量为所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲的4-15倍摩尔，所述浓硫酸与所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲的摩尔比为1∶8-1∶22。
(5)所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得到产物DFO，其包括以下步骤；
采用4，7-二氮杂菲-5，6-二酮，在碱性水溶液水溶液中，进行缩环反应，反应温度25-80℃，反应时间为2-16小时，反应完成后，用浓盐酸中和，过滤，滤液用氯仿萃取。氯仿萃取液经干燥、浓缩，即得最终产物DFO。
进一步的，所述碱性水溶液为氢氧化钠溶液浓度为8-40％。
进一步的，4，7-二氮杂菲-5，6-二酮与所述氢氧化钠的摩尔比为1∶8-1∶15。
由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和技术效果：
步骤(1)所述2-甲氧基-4-硝基苯胺的收率为93％。
步骤(2)所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐的还原收率高达96％。
步骤(3)由于中间体6-氨基-8-甲氧基喹啉不用分离，操作简化，损失减少，所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲收率达到92％。
步骤(4)所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮的收率为90％。
步骤(5)所述DFO的收率达36％
本发明的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，制备原料价廉易得，制备工艺简单高效，DFO的制得率为26.3％。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
具体实施方式
一种1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其包括以下步骤：
第1步：由2-甲氧基苯胺合成2-甲氧基-4-硝基苯胺；
第2步：所述2-甲氧基-4-硝基苯胺还原生成2-甲氧基对苯二胺硫酸盐；
第3步：所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐进行两次Skraup喹啉环合成，生成5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲；
第4步：所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲氧化生成4，7-二氮杂菲-5，6-二酮；
第5步：所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得到产物DFO，五步合成DFO总收率为26.3％。
以下，结合具体实验数据详细描述上述步骤。
第1步：由2-甲氧基苯胺合成2-甲氧基-4-硝基苯胺；
250ml四口烧瓶、配备电磁搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗及水浴或油浴锅。
先加入37.5克(0.3摩尔)2-甲氧基苯胺，搅拌滴加49.5克(0.48摩尔)醋酐，反应温度保持在45-50℃。醋酐加毕，升温至75℃，搅拌1小时后，减压蒸馏，回收醋酸和过剩的醋酐，将内温降到35℃以下，于蒸馏残液中加入120ml二氯甲烷，用冰浴将内温降至10℃，开始滴加28ml(0.66摩尔)发烟硝酸，内温保持在10-15℃，约半小时加完，卸下冰水浴，换成油浴加热。将内温保持在30-40℃，搅拌3小时，然后加入33.6克氢氧化钠和135ml水配成的碱液。内温升至50-60℃，蒸馏回收二氯甲烷后，将反应温度升至80-90℃，搅拌1小时。水解反应完成后，用冰水浴冷却结晶，过滤，滤饼用冰水洗净，真空干燥即得2-甲氧基-4-硝基苯胺47.6克，淡黄色针状结晶，熔点138-140℃，收率为93％。
第2步：所述2-甲氧基-4-硝基苯胺还原生成2-甲氧基对苯二胺硫酸盐；
250ml三口烧瓶中加入33.6克(0.2摩尔)2-甲氧基-4-硝基苯胺。18ml 20％氢氧化钠水溶液及120ml乙醇。搅拌加热至70％左右，分批加入60克锌粉，保持微沸状态。锌粉加完后，再回流1小时。过滤，滤渣用乙醇洗净，合并乙醇滤液，减压浓缩，将浓缩液冷却至室温，析出2-甲氧基对苯二胺结晶，过滤，冰水洗净真空干燥。将上述2-甲氧基对苯二胺结晶粗品用50ml，20％的硫酸溶液溶解，冰浴冷却结晶，过滤，真空干燥，得到2-甲氧基对苯二胺硫酸盐硫酸盐45.2克，收率为96％。
第3步：所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐进行两次Skraup喹啉环合成，生成5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲；
2000ml三口烧瓶，配电动搅拌器、温度计、250ml滴液漏斗及油浴装置。
加入630ml水搅拌下，滴加300ml浓硫酸，内温保持35-40℃，再加入242.5克(1.2摩尔)间硝基苯磺酸。搅拌溶解后，加入118克(0.5摩尔)2-甲氧基对苯二胺硫酸盐，内温保持在45-50℃，再滴加剩余的210ml浓硫酸。最后加入430ml甘油，搅拌下，将内温逐渐升至130-135℃，回流6小时，然后将反应物冷却至室温，并倒入3000ml冰水中，内温保持在20℃以下，分批加入40％的氢氧化钠溶液，调节PH＝10。混合物用氯仿萃取(2000ml ×4)，合并氯仿萃取法，经无水硫酸钠干燥后，浓缩回收氯仿。浓缩残液为棕褐色稠厚物，室温下立即固化，即为5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲，重量111克，含量86％，折合收率为91.8％。粗品不必精制，直接用于下一步合成。
第4步：所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲氧化生成4，7-二氮杂菲-5，6-二酮；
取上述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲粗品50克(含量86％，0.2摩尔)，在室温下与240ml浓硫酸混合均匀后，搅拌加热，内温保持在40℃以下，分批加入150ml发烟硝酸(d 1.51)。然后加热至回流状态，搅拌回流13小时。反应完成后，冷却至室温，倒入1500克碎冰中。用40％氢氧化钠溶液中和至PH 4-5。过滤，滤饼水洗，真空干燥(100℃，0.1mmHg)。得到4，7-二氮杂菲-5，6-二酮40.5克(含量95.6％)，收率为90％。甲醇重结晶，熔点295-297℃。
第5步：所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得到产物DFO。
取氢氧化钠溶液搅拌下加入4，7-二氮杂菲-5，6-二酮粗品15.6克(含量95.6％，0.07摩尔)，加热至65-70℃，搅拌6小时。反应完成后，用冰水浴将内温冷至20℃以下，用浓盐酸调PH＝5。过滤，滤液用氯仿萃取(80ml×5)，合并氯仿萃取液。经无水硫酸钠干燥后，浓缩至干。丙酮洗涤，真空干燥，即得橙黄色结晶4.9克。熔点为220-222℃，含量99.29％。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第1步：由式(a)所示的2-甲氧基苯胺合成式(d)所示的2-甲氧基-4-硝基苯胺；
第2步：所述2-甲氧基-4-硝基苯胺还原生成式(e)所示的2-甲氧基对苯二胺硫酸盐；
第3步：所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐进行两次Skraup喹啉环合成，生成式(g)所示的5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲；
第4步：所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲氧化生成式(h)4，7-二氮杂菲-5，6-二酮；
第5步：所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮在碱性水溶液中缩环，得到式(i)所示的1，8-二氮-9-芴酮；
2.根据权利要求1所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，所述第1步的合成步骤为一锅法操作，具体实施步骤如下：
1)乙酰化，所述乙酰化是由2-甲氧基苯胺与醋酐反应实现的，反应温度为50-110℃，反应时间为1.5小时至6小时；
2)硝化反应，使用发烟硝酸进行硝化反应，反应温度为30℃-40℃，反应时间为1-4小时；
3)水解反应，所述水解反应通过在反应体系中加入氢氧化钠水溶液实现，然后加热，脱除氯代烷烃后，将反应温度升高到70℃-100℃，反应1-3小时；
4)水解反应完成后，反应液冷却，结晶，过滤，水洗及干燥，得到2-甲氧基-4-硝基苯胺。
3.根据权利要求2所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，所述2-甲氧基苯胺与醋酐的摩尔比为1.0∶1.0-1.0∶2.0，所述发烟硝酸的用量为所述2-甲氧基苯胺的1.2-6.0摩尔量，所述氯代烷烃的用量是所述2-甲氧基苯胺重量的2-6倍，所述氢氧化钠水溶液的碱液浓度为10-35％。
4.根据权利要求1所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，所述第2步骤中，采用锌粉和氢氧化钠，在乙醇介质中进行还原，生成还原产物2-甲氧基对苯二胺，然后用硫酸酸化成2-甲氧基对苯二胺硫酸盐，所述2-甲氧基-4-硝基苯胺与所述锌粉的摩尔比为1∶3-6，所述氢氧化钠用量为所述2-甲氧基-4-硝基苯胺的0.2-0.6摩尔比，所述氢氧化钠的浓度为10-40％，所述乙醇用量为所述2-甲氧基-4-硝基苯胺的3-5倍重量。
5.根据权利要求1所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，第3步骤的合成步骤为一锅法操作，具体实施步骤如下：
先将2-甲氧基对苯二胺硫酸盐，及氧化剂间硝基苯磺酸溶于浓硫酸中，然后加入甘油，最后升温回流反应；反应温度50-145℃，反应时间6-14小时；反应完成后，将反应液冷至室温并将它倒入冰水中；搅拌下用50％氢氧化钠水溶液调节PH＝10，然后用氯仿萃取，氯仿萃取液经干燥后，浓缩至干，即得棕褐色稠厚物，室温下立即固化。
6.根据权利要求5所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐与所述间硝基苯磺酸的摩尔比为1∶2-1∶4，所述2-甲氧基对苯二胺硫酸盐与所述甘油的摩尔比则为1∶2-1∶6，所述甘油与所述浓硫酸的摩尔比为1∶4-1∶8。
7.根据权利要求1所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，第4步骤的具体实施步骤如下：
先将所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲溶于发烟硫酸或浓硫酸中，再加入硝酸或发烟硝酸，加热回流反应；反应完成后，冷却至室温，加入冰水用碱液中和；过滤，滤饼水洗，烘干，即为4，7-二氮杂菲-5，6-二酮。
8.根据权利要求7所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，所述发烟硝酸用量为所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲的4-15倍摩尔，所述浓硫酸与所述5(6)-甲氧基-4，7-二氮杂菲的摩尔比为1∶8-1∶22。
9.根据权利要求1所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，第5步骤的具体实施步骤如下：
采用所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮，在浓度为8-40％氢氧化钠水溶液中，进行缩环反应，反应温度25-80℃，反应时间为2-16小时，反应完成后，用浓盐酸中和，过滤，滤液用氯仿萃取，氯仿萃取液经干燥、浓缩，即得最终产物1，8-二氮-9-芴酮。
10.根据权利要求9所述的1，8-二氮-9-芴酮的制备方法，其特征在于，所述4，7-二氮杂菲-5，6-二酮与所述氢氧化钠的摩尔比为1∶8-1∶15。
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| CN105061232A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-11-18 | 响水恒利达科技化工有限公司 | 一种红色基b的制备方法 |
| CN109776337A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-21 | 福建振新化学有限公司 | 2-甲氧基-4-硝基苯胺的制备方法 |
| CN113527128A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-22 | 淮阴工学院 | 一种连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法 |
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| EP0311010A2 (en) * | 1987-10-06 | 1989-04-12 | The Du Pont Merck Pharmaceutical Company | Alpha,Alpha-disubstituted aromatics and heteroaromatics as cognition enhancers |
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2010
- 2010-08-30 CN CN2010102658101A patent/CN102382109A/zh active Pending
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| CN113527128B (zh) * | 2021-07-16 | 2024-03-26 | 淮阴工学院 | 一种连续合成2-甲氧基-4-硝基乙酰苯胺的方法 |
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