單分散寡聚乙二醇的合成與表征

第22卷第2期河南教育學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol 22 No. 22013年6月Journal of Henan Institute of Education( Natural Science Edition)Jun.2013doi:10.3969/j.isn.1007-0834.2013.02.001單分散寡聚乙二醇的合成與表征李永,王志玲,林鈺(河南教育學(xué)院應用化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科組,河南鄭州450046)摘要:寡聚乙二醇由于其獨特的結構靈活性、化學(xué)穩定性、水溶性、無(wú)毒和生物兼容性,作為合成模塊化合物被廣泛使用·以簡(jiǎn)單的商業(yè)低聚乙二醇為原料,采用威廉姆森醚合成法,通過(guò)4步反應合成了具有不同鏈長(cháng)的單分散五聚、六聚和七聚乙二醇,并通過(guò)'HNMR和"CNMR對其進(jìn)行了表征.該方法原料廉價(jià)易得,操作簡(jiǎn)單,收率高純度好,并可進(jìn)行大量合成關(guān)鍵詞:寡聚乙二醇;單分散性;威廉姆森反應;合成;表征中圖分類(lèi)號:0621.3文獻標識碼:A文章編號:1007-0834(2013)02-0001-03寡聚乙二醇( oligo( ethylene glycol),OEG)是一類(lèi)具有重復亞乙基氧結構單元的聚醚化合物,由于其結構的靈活性、化學(xué)穩定性、水溶性、無(wú)毒和生物兼容性使得寡聚乙二醇作為合成模塊化合物廣泛地應用于冠醚類(lèi)似物、表面活性劑和新材料的合成中4,其中,五聚、六聚和七聚乙二醇由于其合適的鏈長(cháng),是經(jīng)常使用的一類(lèi)合成原料.然而,盡管五聚、六聚、七聚的乙二醇是商業(yè)上可以買(mǎi)到的,但其銷(xiāo)售公司少、價(jià)格昂貴,作為起始原料很難進(jìn)行大量使用,以七聚乙二醇為例,其每克價(jià)格高達人民幣5500元,雖然有文獻報道其合成方法”,但往往使用價(jià)格昂貴的試劑或者操作比較繁瑣,因此尋找廉價(jià)、簡(jiǎn)便、高效和通用的單分散寡聚乙二醇合成方法具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值.我們以商業(yè)廉價(jià)的簡(jiǎn)單聚乙二醇為原料,合成了具有精確分子量的單分散五聚、六聚、七聚乙二醇,并對其進(jìn)行了表征,該方法簡(jiǎn)便高效,并可根據需要進(jìn)行大量合成1實(shí)驗乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、氯化芐、對甲基苯磺酰氯、4-二甲氨基吡啶、三乙胺和四氫呋喃均為分析純;氫化鈉為70%礦物油分散;鈀碳為10%含量.核磁共振儀為 Brucker-AV-300M;反應用TLC跟蹤1.1合成路線(xiàn)合成路線(xiàn)如圖1所示,以易得廉價(jià)的乙二醇極其衍生物為主要原料,利用威廉姆森醚合成法,經(jīng)過(guò)4步反應,以較高產(chǎn)率得到單分散的寡聚乙二醇化合物.首先以四乙二醇為原料,在氫化鈉作用下,與氯化芐反TSCL DMAP. NEttwo steps, 84% BnoHO(CH, CH,O). Hn=1, 2.3Pd/CBn(OCH, CH,). OHHO(CHCH,O),H97%~100%5:an=5.bn=6圖1寡聚乙二醇的合Fig. 1 Synthetic route of oligo( ethylene glycol)收稿日期:2013-04-14基金項目:國家自然科學(xué)基金(21202038);河南省教育廳自然科學(xué)研究項目(2010作者簡(jiǎn)介:李永(1979-),男,河南沈丘人,河南教育學(xué)院應用化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科組dyh中國煤化工CNMHG有機合成、不對稱(chēng)催化.河南教育學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)2013年應得到單芐基保護的四乙二醇2.化合物2在堿性條件下經(jīng)磺?；蓡纹S基保護的磺酸酯四乙二醇3.以化合物3為中間體,分別與不同鏈長(cháng)的乙二醇反應高產(chǎn)率得到鏈長(cháng)增加的化合物4,經(jīng)簡(jiǎn)單純化后利用鈀碳氫化去除保護基,定量得到目標產(chǎn)物51.2合成方法1.2.1化合物2的合成在干燥的500mL三口瓶中置入NaH(6.5g,188ml,70%礦物油分散)和無(wú)水THF(200mL),然后冰浴下慢慢滴加三縮四乙二醇(36.5g,188mmol).滴加完畢后逐漸加熱到100℃,向反應瓶中通過(guò)滴液漏斗緩慢加入氯化芐(5.5mL,47mmol).保溫反應3小時(shí)后,冷卻到室溫,加入甲醇淬滅反應,減壓除去溶劑后,加入5%的鹽酸溶液30mL和DCM萃取.有機相經(jīng)過(guò)無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾減壓除去溶劑后得到粗產(chǎn)品115g,收率88%,不用進(jìn)一步純化,直接用于下一步反應HNMR(300MHz,CDC1)8:3.47(s,1H),3.55-3.59(m,16H),4.45(s,2H),7.17-7.24(m,5H);"CNMR(75MHz,CDCl3)8:61.3,69.3,70.1,70.4,70.4,72.5,72.9,127.4,127.5,128.2,138.21.2.2化合物3的合成將化合物2(1.0g,38.7mmol),TsCl(8.1g,42.6mmol)和EN3(8.4mL,58.1mml)溶于150mLDCM中,加入催化量的DMAP(0.2g),室溫攪拌過(guò)夜,直接加入水洗滌(50mL×2).有機相用無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、減壓除去溶劑后得到油狀物,過(guò)硅膠柱純化得無(wú)色油狀液體16.2g,收率95%,HNMR(300MHz,CDCl2)8:2.38(s,3H),3.51~3.66(m,14H),4.11(t,2H),4.52(s,2H),7.24~7.33(m,7H),7.75(d,2H);"CNMR(75MHz,CDCl3)8:21.6,68.6,69.3,69.4,70.5,70.6,70.7,73.2,127.6,127.7,127.9128.3,129.8,133.0,138.3,144.8.1.2.3化合物4a的合成在干燥的500mL三口瓶中置入NaH(8.6g,0.25m0l,70%礦物油分散)和無(wú)水THF(200mL),然后冰浴下慢慢滴加乙二醇(15.5g,0.25mol).滴加完畢后逐漸加熱到100℃,向反應瓶中通過(guò)滴液漏斗加入含有化合物3(1lg,25mmol)的THF溶液50mL.保溫反應3h后,冷卻到室溫,加入甲醇淬滅反應。減壓除去溶劑后,加入5%的鹽酸溶液30mL和DCM萃取.有機相經(jīng)過(guò)無(wú)水硫酸鈉干燥、過(guò)濾、減壓除去溶劑后得到粗產(chǎn)品78g,收率95%,HNMR(300MHz,CDCl2)8:2.80(s,br,1H),3.57-3.71(m,20H),4.56(8,2H),725~7.34(m,5H);"CNMR(75MHz,CDCl3)8:61.7,694,70.3,70.6,70.6,70.6,72.5,73.2,127.6,1277,128.3,138.31.2.4化合物4b的合成參照化合物4a的合成HNMR(300MHz,CDCl3)8:2.85(s,br,1H),3.57-3.65(m,24H),4.56(s2H),7.27~734(m,5H);CNMR(75MHz,CDCl3)8:61.6,69.3,70.3,70.6,70.6,72.5,73.2,127.6,127.7,128.3,138.2.1.2.5化合物4c的合成參照化合物4a的合成.HNMR(300MHz,CDC1)8:2.78(s,br,1H),3.58~3.73(m,28H),4.56(s2H),7.26-~7.34(m,5H);"CNMR(75MHz,CDCl3)8:61.7,694,70.3,70.6,70.6,72.5,73.2,127.6127.7,128.3,138.3.1.2.6化合物5a的合成將化合物4a(1.5g,4.56mmol)溶于5 mL THF中,加入0.2gPd/C,置入不銹鋼反應釜中,充40X101.325kPa的氫氣,油浴加熱80℃反應12h逐漸冷卻到室溫后,小心釋放氫氣,過(guò)濾液體經(jīng)減壓除去溶劑后得到產(chǎn)物為微黃色油狀液體,收率當量.HNMR(300MHz,CDCl3)8:3.56(s,br,2H),3.59~3.61(m4H),3.67-3.68(m,12H),3.71-3.73(m,4H);"CNMR(75MHz,CDCl3)8:61.5,70.2,70.4,70.5,72.51.2.7化合物5b的合成參照化合物5a的合成.HNMR(300MHz,CDCl)8:3.22(s,br,2H),3.59-3.62(m,4H),3.67(s,16H),71-373(m,4H);"CNMR(75MH,CDCl)8:6.6,70.3,中國煤化工1.2.8化合物5c的合成CNMHG參照化合物5a的合成.HNMR(300MHz,CDCl2)8:3.02(s,br,2H),3.57~371(m,28H);"CNMR第2期永等:單分散寡聚乙二醇的合成與表征(75MHz,CDCl3)8:61.6,70.3,70.5,72.5結果與討論化合物3是合成系列寡聚乙二醇的重要中間體,芐基作為保護基具有對酸堿穩定和易干凈順利除去的優(yōu)點(diǎn),單磺酸酯化可以確保其作為官能團順利進(jìn)行乙二醇鏈的延長(cháng).如以其為原料可以與不同鏈長(cháng)的乙二醇及其衍生物反應得到鏈長(cháng)增加的化合物4.由于從化合物2進(jìn)行磺酸酯化非常容易,因此化合物2的合成對總收率具有重要影響.為了得到高產(chǎn)率單羥基保護的化合物2,需要使用4倍量的四聚乙二醇;另外在加入氯化芐時(shí),應注意快速攪拌下緩慢滴加,避免局部濃度過(guò)高,生成雙芐基化的副產(chǎn)物.反應結束后,減壓下除去溶劑,經(jīng)過(guò)淬滅、中和后,用二氯甲烷進(jìn)行萃取有機相用水洗兩次除去水溶性雜質(zhì),此法得到的化合物2純度滿(mǎn)足要求,無(wú)需進(jìn)一步純化,可直接用于下步反應,收率可達88%.化合物2在三乙胺和DMAP存在下,與對甲基苯磺酰氯反應順利得到中間體3.經(jīng)SO2柱色譜分離,以95%的收率得到純凈的化合物3,兩步反應總收率為84%與第一步類(lèi)似,以化合物3為中間體,分別與過(guò)量的不同鏈長(cháng)的乙二醇及其衍生物經(jīng)過(guò)第二次威廉姆森反應,以83%~95%的收率得到鏈長(cháng)增加的化合物4,經(jīng)簡(jiǎn)單純化后利用鈀碳氫化去除保護基,定量得到目標化合物5.在去除保護基時(shí),以10%的鈀碳作為催化劑,分別考察了乙醇和四氫呋喃兩種溶劑,實(shí)驗發(fā)現在常溫常壓氫氣條件下很難完全反應,延長(cháng)反應時(shí)間和升高反應溫度依然如此,最后在高壓反應釜中以四氫呋喃為溶劑,在40×1.01×1.325kPa的氫氣壓力和80℃條件下能夠順利完成反應,以定量收率得到目標化合物5.通過(guò)4步反應,最高收率達到80%,所有反應中間體和產(chǎn)物均通過(guò)HNMR和CNMR進(jìn)行了表征3結論本文以簡(jiǎn)單的商業(yè)低聚乙二醇為原料,采用威廉姆森醚合成法,通過(guò)4步反應合成了具有不同鏈長(cháng)的單分散五聚、六聚和七聚乙二醇,并通過(guò)HNMR和CNMR對其進(jìn)行了表征.該方法原料廉價(jià)易得,操作簡(jiǎn)單,收率高,純度好,并可進(jìn)行大量合成參考文獻[1] STEED J W, ATWOODJ L.超分子化學(xué)[M]趙耀鵬,孫震,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006[2]GHOSH S, RAMAKRISHNAN S. 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J Org Chem, 1999, 64: 6870-6873Synthesis and Characterization of Monodisperse Oligo( Ethylene Glycol)LI Yong, WANG Zhi-ling, LiN YIKey Discipline Group of Applied Chemistry, Henan institute of Education, Zhengzhou 450046, ChiAbstract: Oligo( ethylene glycol) has been a fascinating building compound because of flexibility, chemical stabil-ity, water solubility, nontoxicity and biological compatibility. The monodisperse oligo( ethylene glycol) could beeasily obtained from the commercially available ethylene glycol by Williamson reaction, and their structures werecharacterized by 'H NMR andC NMR. This synthetic method has the fe中國煤化工ble starting materials, simple operations, high yields and good purity, ar-sis In quantityCNMHGKey words: oligo( ethylene glycol); monodispersity: Williamson reactio