CN101039949B - 甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高产率制备通式R1R2R3Si-R4-O-CH2X代表的甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的方法，其中R1、R2、和R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的二价烃基，和X为卤原子，该方法包括使(a)通式R1R2R3Si-R4-OH代表的甲硅烷基醇化合物，其中R1、R2、R3和R4如上定义，与(b)甲醛或其聚合物和(c)卤代硅烷反应。
Description
发明领域
本发明涉及一种制备甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的新方法，产物易于获得并且产率高。
背景技术
甲硅烷基烷氧基甲基卤化物是众所周知的。在这些化合物中，尤其是三甲基甲基硅烷基甲氧基甲基氯化物和苯基二甲基甲硅烷基甲氧基甲基氯化物在具有复杂结构的生物活性物质和天然产物的合成中是非常重要的，它们作为保护含有活泼氢的官能团的试剂。
一些合成甲硅烷基烷氧基甲基卤化物例如三甲基甲基硅烷基甲氧基甲基氯化物和苯基二甲基甲硅烷基甲氧基甲基氯化物的方法的实例已见报道(参见Bruce H.Lipshutz et al.，Tetrahedron Letters(Great Britian)，Volume21(1980)，pp.3343-3346；Denis Guedin-Vunong et al.，Bulletin de laSociete Chimique de France(France)，No.2(1986)，pp.245-252；Arthur G.Schultz et al.，Organic Preparations and Procedures International(US)，Volume 27(1995)，pp.572-574；and G.J.P.H.Boons et al.，TetrahedronLetters(Great Britain)，Volume 31(1990)，pp.2197-2200)。这些合成实例涉及在甲醛聚合物的存在下用氯化氢气体使相应的甲硅烷基醇氯甲基化。
然而，在工业化生产上实施该方法步骤时存在严重问题。特别是，在使用氯化氢气体氯甲基化的过程中不可避免副产物水的生成，和这些水与产物反应，导致产物分解。结果是目标产物甲硅烷基烷氧基甲基氯化物的产率显著降低成者完全得不到目标产物甲硅烷基烷氧基甲基氯化物。
在上述提及的文献中，通过引入脱水剂例如硫酸镁在反应后立即从体系中去除副产物水。但是，在工业化规模上实施该方法步骤既麻烦又复杂，并且在所需的实施脱水处理期间产物还是会分解。而且，脱水剂必须通过例如过滤从产物中分离，这将延长生产时间，增加废物量，提高生产成本并使产率降低。
除上述问题之外，氯化氢气体为气态试剂，因此其比常规的液态试剂更难以处理。特别是，难以测量在反应中的使用量，导致需要使用大量过量的气体并因此提高成本和废物量。
A.G.Shipov等人，Zhurnal Obshchei Khimii(以前的USSR)，Volume 59(1989)，pp.1204-1205，描述了一种通过使通式(3)R-OH的芳基醇或烷基醇(其中R为苯甲基或具有1、5、8、10或12个碳原子的烷基)与多聚甲醛在氯代三甲基硅烷中反应来生产烷氧基甲基氯化物的方法。但是，该参考文献既没有描述也没有建议使用甲硅烷基醇作为起始原料。
发明概述
本发明解决了上述提及的问题，目的是介绍高产率生产甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的方法。所述方法不需要使用难处理的氯化氢气体，不会生成副产物水，不需要脱水剂，几乎不生成固体废物，并且与现有方法相比，生产甲硅烷基烷氧基甲基卤化物所需时间更短。
因此，根据本发明，已经发现通式(1)代表的甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的高效率合成方法，
其中，R1、R2、R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的二价烃基，和X为卤原子，
该方法包括使下述物质(a)与(b)和(c)反应，
(a)通式(2)代表的甲硅烷基醇化合物
其中R1、R2、R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的二价烃基，
(b)甲醛或其聚合物，和
(c)卤代硅烷反应。
还发现，通过在低压下蒸馏出在反应中生成的副产物卤化氢、过量的卤代硅烷以及水和卤代硅烷的反应产物；和此后加入(d)叔胺，和蒸馏甲硅烷基烷氧基甲基卤化物，可高产率地得到高纯度的甲硅烷基烷氧基甲基卤化物。
本发明的方法能够得到高产率和实现工业化，且不需要使用氯化氢气体和脱水剂，高效地合成通式(1)代表的甲硅烷基烷氧基甲基卤化物：
其中R1、R2、R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的二价烃基，和X为卤原子，且该方法降低了固体废物量。
发明详述
根据该方法，(a)通式(2)所代表的甲硅烷基醇化合物是主要的初始原料，
通式(2)中的R1、R2、R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的二价烃基。R1、R2、R3可具体例举：烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基和异己基；环烷基，例如环戊基、环己基、环庚基；芳基，例如苯基、甲苯基、二甲苯基和萘基；卤原子，例如氯原子和氟原子。R4可具体例举：亚甲基；具有2-10个碳原子的亚烷基，例如亚乙基、亚丙基和亚丁基；具有3-10个碳原子的亚环烷基，例如亚环戊基和亚环己基；具有6-10个碳原子的亚芳基，例如亚苯基和亚萘基。当根据本发明制备的通式(1)代表的化合物作为保护含活泼氢的官能团的试剂时，R1、R2、R3优选甲基、乙基、丙基、异丙基或苯基，和R4优选亚甲基、亚乙基或亚丙基，更优选亚乙基。所述通式(2)所代表的甲硅烷基醇化合物可具体例举三甲基甲硅烷基甲醇、2-三甲基甲硅烷基乙醇、3-三甲基甲硅烷基丙醇、2-三乙基甲硅烷基乙醇，2-三异丙基甲硅烷基乙醇和2-二甲基苯基甲硅烷基乙醇。这些甲硅烷基醇化合物在某些情况下可以试剂形式获得，必要时也可以通过已知的方法合成。
所述(b)甲醛或其聚合物是通常已知的甲醛等价物。这里尤其可使用的是气态甲醛，三噁烷(三聚体)和多聚甲醛(聚合物)。考虑到反应性和易于处理，尤其优选粒状多聚甲醛。由于水级分的负面效应不希望使用甲醛水溶液。相对通式(2)的甲硅烷基醇化合物，所述甲醛或其聚合物可以稍过量，优选为1-1.5当量。
所述(c)卤代硅烷的功能是与甲硅烷基醇化合物反应和从而生成卤甲基化反应所需的卤化氢，且同时功能是带走生成的副产物水。当根据本发明制备的通式(1)代表的化合物用作保护含活泼氢的官能团的试剂时，所述卤代硅烷优选是氯代硅烷或溴代硅烷，更优选是氯代硅烷。具体的例子有四氯硅烷、甲基三氯硅烷、氯三甲基硅烷和氯三乙基硅烷。当考虑到易获得性和除去水后易于分离产物，最优选氯三甲基硅烷。相对于(a)通式(2)代表的甲硅烷基醇化合物，希望使用过量的(c)卤代硅烷，其中优选2-20当量，更优选3-5当量，相对于(a)通式(2)代表的甲硅烷基醇化合物。
仅通过混合各组分来容易地进行(a)通式(2)代表的甲硅烷基醇化合物、(b)甲醛或其聚合物和(c)卤代硅烷之间的反应。但是，为了避免过于剧烈的反应，理想的是采用将一种组分滴加到其它组分的混合物中的方法。更优选，通过将(a)通式(2)代表的甲硅烷基醇化合物滴加到(b)甲醛或其聚合物和(c)卤代硅烷的混合物中来合适地进行。为避免产物分解，优选低的反应温度，最优选0-10℃。该反应不要求溶剂，但视需要，可以使用相对各组分为惰性的溶剂，例如甲苯、二甲苯和己烷。
反应后，通过在低压下蒸馏出卤化氢、过量的卤代硅烷和水/卤代硅烷反应产物，得到目标产物。理想地，通过蒸馏进行纯化，以进一步提高目标产物的纯度。可以通过添加(d)叔胺到这一蒸馏纯化中，以中和在低压下没有完全蒸馏掉的卤化氢，从而更有效地抑制产物分解，来提高甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的纯度和反应产率。该叔胺优选三乙醇胺或二异丙基乙基胺，和更优选二异丙基乙基胺。
根据本发明的方法制备的通式(1)代表的甲硅烷基烷氧基甲基卤化物可例举(三甲基甲硅烷基)甲氧基乙基氯化物、2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物、3-(三甲基甲硅烷基)丙氧基甲基氯化物、2-(三乙基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物、2-(三异丙基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物和2-(二甲基苯基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物。
实施例
通过下述实施例来描述本发明，但是本发明并不限于这些实施例。在这些实施例中，反应产物的气相色谱和质谱数据是使用GCMS-QP5050A(shimadzuCorporation)测试的。通过使用GCMS-QP5050A得到的反应产物的测试结果与商业获得(Tokyo Kasei)的2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物参照物质的测量结果间的一致性来证实反应产物。通过对照各自的峰面积比，由参照物与反应产物的气相色谱测量(GCMS-QP5050A)的结果，来计算纯化的2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物的纯度
实施例1
在装有温度计和搅拌器的300mL四颈烧瓶中加入13.5g(0.45mol)多聚甲醛和125.0g(1.15mol)氯三甲基硅烷。在30分钟内，在搅拌和冰浴冷却的同时，加入54.4g(0.46mol)2-三甲基甲硅烷基乙醇。加热该混合物至室温后，使用抽风机降压至100mmHg，和除去氯化氢。蒸馏出低沸点馏分，和进一步进行真空蒸馏，得到34.0g 2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物。该2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物产物的纯度为76％，和产率为33％。
对比例1
在装有温度计和搅拌器的100mL四颈烧瓶中加入6.0g(0.2mol)多聚甲醛和23.7g(0.2mol)2-三甲基甲硅烷基乙醇。在搅拌和冰浴冷却下，鼓泡氯化氢气体，但反应终点不清楚。当确认在冰浴下2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物产生时，在将混合物加热至室温时产生的2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物发生分解，并且没有得到目标产物。
实施例2
在装有温度计和搅拌器的200mL四颈烧瓶中加入6.0g(0.2mol)多聚甲醛和108.6g(1mol)的氯三甲基硅烷。在30分钟内，在搅拌和冰浴下冷却的同时，滴加23.7g(0.2mol)2-三甲基甲硅烷基乙醇。加热该混合物至室温后，使用抽风机降压至100mmHg，和除去氯化氢。然后加入5滴二异丙基乙基胺后，蒸馏出低沸点馏分，进行进一步真空蒸馏，得到22.9g 2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物。所得的2-(三甲基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物的纯度非常高，即98％，和产率为68％。
实施例3
在与实施例2相同的条件下进行反应，但使用36.1g(0.2mol)的2-二甲基苯基甲硅烷基乙醇代替2-三甲基甲硅烷基乙醇。得到33.4g 2-(二甲基苯基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物。该2-(二甲基苯基甲硅烷基)乙氧基甲基氯化物的纯度非常高，即99％，和产率为73％。
本发明的方法可用于工业化生产甲硅烷基烷氧基甲基卤化物，例如三甲基甲硅烷基甲氧基甲基氯化物和苯基二甲基甲硅烷基甲氧基甲基氯化物。
Claims (4)
1.一种制备下述通式((1))代表的甲硅烷基烷氧基甲基卤化物的方法，
其中R1、R2、和R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的亚烷基和具有3-10个碳原子的亚环烷基，和X为卤原子，
该法包括使下述物质(a)与(b)和(c)反应：
(a)通式(2)代表的甲硅烷基醇化合物
其中R1、R2、和R3为烷基、环烷基、芳基或卤原子，R4为具有1-10个碳原子的亚烷基和具有3-10个碳原子的亚环烷基，
(b)甲醛或其聚合物，和
(c)卤代硅烷；
还包括在低压下蒸馏出反应中生成的副产物卤化氢、过量的卤代硅烷以及水和卤代硅烷的反应产物，和此后加入(d)叔胺。
2.根据权利要求1的方法，还包括通过进一步蒸馏来纯化甲硅烷基烷氧基甲基卤化物。
3.根据权利要求1或2的方法，其中(a)甲硅烷基醇化合物为三烷基甲硅烷基乙醇，和甲硅烷基烷氧基甲基卤化物为三烷基甲硅烷基乙氧基甲基卤化物。
4.根据权利要求1或2的方法，其中(c)卤代硅烷为氯三烷基硅烷、和甲硅烷基烷氧基甲基卤化物为甲硅烷基烷氧基甲基氯化物。
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