湘潭大学 硕士学位论文 2,3二甲氧基5甲基1,4苯醌的合成研究 姓名：陈健 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：杨运泉 20070501 湘潭大学硕士学位论文：2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌的合成研究 I 摘 要 辅酶 Q0(2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌)是合成辅酶 Q10和艾地苯醌的重要中间 体，也可用于减缓神经系统紊乱症的治疗，还可作为染发剂使用。本文在查阅大 量文献的基础上，选用了以对甲苯酚为原料，经过氧化溴化、甲氧基化、羟基烷 基化、Vilsmeier 反应、Dakin 反应、重铬酸盐氧化来合成辅酶 Q0的路线。此路线 具有原料易得、操作条件温和、环境污染较小的优点。 通过实验分别对每步反应进行了优化，最终得到较好的收率。第一步氧化溴化 反应，反应条件温和，对原工艺条件加以改进，通过加入双氧水来减少液溴的用 量，使对甲苯酚:液溴（摩尔比）由 1:2.2 降到 1:1.2，提高了反应速度，降低了生 产成本，反应收率达到 96%以上；第二步反应选用 CuI 为催化剂，提高了反应收 率，并进一步通过单因素实验法，对影响反应的各个因素分别进行了分析，得到 比较理想的反应收率，第二步反应的最优化条件为：T=110，原料:甲醇钠:CuI(质 量比)=1:3.4:0.28，收率为 91.8%。在第三步反应中，采用相转移催化反应，使用 相转移催化剂聚乙二醇，加快了反应速度，提高了反应收率。第四步由 Vilsmeier - Haack 反应合成 6-甲基-2,3,4-三甲氧基苯甲醛，采用正交实验设计，对影响反应的 四 个 因 素 进 行 了 考 察 ， 通 过 极 差 分 析 方 法 得 该 反 应 的 最 佳 工 艺 为 n(TMT):n(POCl3):n(DMF)=1:1.8:2.2，反应温度 70，反应时间 7h，在此工艺条件 下，此步反应收率可达 93.2%，6-甲基-2,3,4-三甲氧基苯甲醛纯度为 98.5%。最后 一步先由 Dakin 反应将 6-甲基-2,3,4-三甲氧基苯甲醛在对甲苯磺酸存在下用 30% 的双氧水将其氧化为 6-甲基-2,3,4-三甲氧基苯酚，然后不经分离，直接加入重铬酸 钠将其氧化为辅酶 Q0，通过重结晶得到晶型好、纯度高的目标产物，此步反应的 收率达到 74.4%。 关键词关键词：辅酶 Q0；辅酶 Q10；3,4,5-三甲氧基甲苯；Vilsmeier-Haack 反应；Dakin 反应；正交设计 湘潭大学硕士学位论文：2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌的合成研究 II ABSTRACT 2,3-Dimethoxy-5-methyl-1,4-benzoquinone called coenzyme Q0，a key fragment in coenzyme Qn series and a key intermediate for synthesizing coenzyme Q10 ,it can also be used to slow down the nervous system disorder and be used as hair dye. Based on the literature search, a commercial and practical synthesis route with p-cresol as a raw material was chosen. Coenzyme Q0 was prepared by oxidation bromination of p-cresol, methoxylation of 2,6-dibromide-p-cresol,following methylation of 2,6- dimethoxy-p-cresol, involving Vilsmeier-Haack Reaction, gave 3,4,5- trimethoxybenzaldehyde. the next step, involving Dakin Reaction with p- toluensulfonic acid as the catalyst, gave 6-methyl-2,3,4-trimethoxyphenol. In the last, Coenzyme Q0 was prepared through catalytic oxidation reaction with natrium dichromate as the oxidant. This route has easy to get raw materials and operating conditions moderate, pollution smaller advantages. Through experiments on each step of the reaction, and ultimately some improvements were made. The condition of the first step was moderate, it was a measurable reaction. By adding hydrogen peroxide to reduce the amount of bromine, and improving the reaction speed, lowering the cost of production, the yield was 96% above; The second step reaction choose CuI as a catalyst, improved the reaction yield, and further through the single factor experiment, The effects of the various factors were analyzed to obtain more satisfactory yield, The optimum conditions were: T=110 , m(2,6-dibromide-p-cresol) : m(sodium methoxide) :m(CuI) =1:3.4 : 0.28, the yield of 2,6-dimethoxy-p-cresol was 91.8%. In the third-step reaction, using phase-transfer catalysis, 3,4,5-trimethoxytoluene was synthesized. The use of phase-transfer catalyst polyethylene glycol, to accelerate the reaction rate and increase the yield of the reaction. 6-methyl-2 ,3, 4 - trimethoxybenzaldehyde is synthesized by Vilsmeier- Haack reaction of the fourth step, optimized with the orthogonal design, the experiment results indicate that the most favorite reaction condition were: n(TMT):n(POCl3):n(DMF)=1:1.8:2.2, 70 for 7h. Under optimum conditions, a yield of 93.2% with the purity of 98.5%. The last step ,first reaction of 6-methyl-2,3,4-trimethoxybenzaldehyde in the presence of p-toluenesulfonic acid with 30% hydrogen peroxide oxidation of 6-methyl-2,3,4 - trimethoxyphenol, then without separation, directly joining the sodium dichromate oxidation of coenzyme Q0 by 湘潭大学硕士学位论文：2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌的合成研究 III recrystallization be crystal, and the goal of high purity products, the further reaction of the total yield of 74.4%. Keywords: coenzymeQ0; coenzymeQ10;trimethoxy toluene; Vilsmeier-Haack Reaction; Dakin Reaction; uniform design 湘潭大学湘潭大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 湘潭大学硕士学位论文：2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌的合成研究 1 第一章 绪言 辅酶 Q0是合成辅酶 Q10和艾地苯醌的重要中间体，也可用于减缓神经系统紊 乱症的治疗，还可作为染发剂使用 1，而辅酶 Q10 作为动物线粒体和植物光合作用 链中重要的非蛋白电子载体 2，被广泛地用作营养添加剂以及药理学的活性剂，同 时，在治疗心脏病、坏血病、高血压、十二指肠溃疡、胃溃疡及病毒性肝炎、癌 症和延缓衰老及提高机体免疫力方面有着不可取代的作用 3。 1.1 辅酶 Q0的简介及性质 1.1.1 名称及结构 中文名称：辅酶Q0 英文名称：Coenzyme Q0 ；Ubiquinone 化学名称：2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌 2,3-dimethoxy-5-methyl-1,4-benzoquinone 化学结构式如下： 分子式：C9H10O4 分子量：182 1.1.2 基本性质 辅酶 Q0是一种醌类化合物，红色针状结晶固体，不含结晶水。无臭无味，熔 点 5960oC，易熔于氯仿、二氯甲烷、乙醚等溶剂；溶于石油醚、甲苯；微溶于 水，对温度和湿度较稳定。 1.1.3 用途 辅酶Q10存在于人体细胞线粒体内，作为与能量转换有关的若干酶系统的辅助 因子，是人体维持生命的必需物质，是具有极高应用价值的一种药物。据文献报 道，辅酶Q10的作用如下 3-6： 1.1.3.1 预防和治疗各种类型心血管疾病 在临床上， 辅酶 Q10在预防和治疗各种类型心血管疾病方面的功能已引起广泛 关注。它在预防导致动脉硬化的低密度脂蛋白胆固醇的氧化方面非常有效。日本 O O Meo Meo Me 湘潭大学硕士学位论文：2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌的合成研究 2 在大量研究的基础