CN102249900A - 2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金刚烷甲酸混合物的分离提纯方法，特别是一种2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法。包括酯化，分离步骤，要点是：酯化反应时以98％硫酸为催化剂，催化剂与原料比值为0.5～3∶10，反应时间为15～140min，反应温度为55～70℃；然后加水和NaOH，使溶液的PH≥10分离水层和酯层。本发明的目的是通过酯化反应实现1-金刚烷甲酸甲酯和2-金刚烷甲酸分离的，即通过利用2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸酯化的差异性实现的。所以，不仅方法简单易行，分离提纯后的产品纯度均可满足需要；特别是能使生产金刚烷甲酸的残渣得以充分利用，减少了“三废”排放，防止环境污染，经济效益和社会效益都极为显著，是一种实惠、环保的方法。

Description

2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法
技术领域
本发明涉及一种金刚烷甲酸混合物的分离提纯方法，特别是一种2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法。
背景技术
金刚烷是一种周正对称、非常稳定的笼状烃，它在医药、功能高分子、表面活性剂、润滑剂、照相感光材料、航空等等方面具有广泛用途。
1-金刚烷甲酸一般由金刚烷及其衍生物经Koch-haaf反应合成，1-金刚烷甲酸是合成盐酸金刚烷乙胺(rimantadine)的主要原料；1-金刚烷甲酸甲酯经还原后合成金刚烷甲醇(ZL200610052600.8)可用于生产光刻胶等。
2-金刚烷甲酸在医药及感光材料等方面也有良好应用前景，1973年Burkhard，Jiri；Janku，Josef在专利CS150711报道的合成路线：2-金刚烷醇先与甲酸反应生成酯，然后与甲酸、硫酸反应制备2-金刚烷甲酸，反应产物中含1-金刚烷甲酸1.5％。
1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸虽然有不同的合成方法，但无论是反应原料还是反应过程都有少量的同分异构体存在。由于两者拥有相同的分子量、官能团及母体环，因此二者之间的性质接近，混合物分离困难，尤其是含量接近的混合物(重结晶残渣等)分离更加困难，污染环境。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种简单易行的2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法。
一种2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法，包括酯化，分离步骤，其特征在于：酯化反应时以98％硫酸为催化剂，催化剂与原料比值为0.5～3∶10，反应时间为15～140min，反应温度为55～70℃；然后加水和NaOH，使溶液的PH≥10分离水层和酯层。
本发明的目的是通过酯化反应实现2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸分离的，即通过利用2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸酯化的差异性实现的。所以，不仅方法简单易行，分离提纯后的1-金刚烷甲酸甲酯和2-金刚烷甲酸产品纯度均可满足需要；特别是能使生产金刚烷甲酸的残渣得以充分利用，减少了“三废”排放，防止环境污染，经济效益和社会效益都极为显著，是一种实惠、环保的方法。
附图说明
图1为实施例1甲酯化过程中的GC图谱，
图2为实施例2提纯后2-金刚烷甲酸样品的GC图谱。
具体实施方式
实施例1
将2g 1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸混合物原料(约50∶50)加入的50mL圆底烧瓶中，加入10mL的甲醇，加0.2克的98％硫酸作催化剂，升温至65℃磁力搅拌进行酯化反应。反应15min后，对反应体系进行取样，加水1mL，用乙酸乙酯1mL萃取进样GC分析，反应结果如图1。其中tR7.972为1-金刚烷甲酸甲酯，tR8.235为2-金刚烷甲酸甲酯，tR10.431为1-金刚烷甲酸，tR10.872为2-金刚烷甲酸。1-金刚烷甲酸甲酯33.5％，2-金刚烷甲酸甲酯3.3％，1-金刚烷甲酸16.9％，2-金刚烷甲酸41.3％。停止反应进行分离，加水20mL，加10％NaOH溶液至碱性(PH≥10)，水溶液和酯分离，水层酸化得以2-金刚烷甲酸为主的粗品，粗品经乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂重结晶可得白色片状2-金刚烷甲酸0.5g，GC分析含量达95.2％。酯层经还原后合成1-金刚烷甲醇0.6克，GC分析含量达99.2％。
实施例2
将2g 1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸混合物原料(约50∶50)加入的50mL圆底烧瓶中，加入10mL的甲醇，加0.2克的98％硫酸作催化剂，升温至65℃磁力搅拌进行酯化反应。30min后检测，1-金刚烷甲酸甲酯44.2％，2-金刚烷甲酸甲酯4.3％，1-金刚烷甲酸6.8％。2-金刚烷甲酸40.1％。停止甲酯化反应，采用实施例1相同的后处理，水层得2-金刚烷甲酸0.6g，产品熔点140-142℃，GC分析含量达98.0％，如图2。其1H NMR(400MHZCDCl3)δ1.63-1.67(m 2H)δ1.68-1.78(m4H)δ1.86-1.93(m 6H)δ2.35(s 2H)δ2.67(s 1H)δ12.4(s 1H)；13C NMR(100MHZ CDCl3)27.36 27.37 29.37 33.54 37.31 38.06 49.44181.21。酯层得1-金刚烷甲醇0.8克，GC分析含量达99.0％。
实施例3
将2g 1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸混合物原料(约50∶50)加入的50mL圆底烧瓶中，加入10mL的甲醇，滴加0.8克的98％硫酸作催化剂，升温至65℃磁力搅拌进行酯化反应。反应15min后，进样GC分析，1-金刚烷甲酸甲酯51.6％，2-金刚烷甲酸甲酯41.2％，2-金刚烷甲酸6.3％。1-金刚烷甲酸0.8％。反应30min后，1-金刚烷甲酸甲酯52.3％，2-金刚烷甲酸甲酯43.0％，2-金刚烷甲酸4.5％。1-金刚烷甲酸0.3％。经分离2-金刚烷甲酸少于0.1克。说明硫酸催化剂用量加大，甲酯化速度加快。反应速度太快，则反应终点控制比较困难。甲酯化反应进行的过于彻底，则2-金刚烷甲酸的回收率过低，已经失去分离的实际意义。酯层采用实施例1相同的后处理，得1-金刚烷甲醇0.8克，GC分析含量达92.8％。
对于不同硫酸用量，在保持其它反应原料及反应条件不变，考察反应时间的影响。为了同时保证2-金刚烷甲酸的质量及回收率，GC分析跟踪反应至2-金刚烷甲酸：1-金刚烷甲酸大于4时(2-金刚烷甲酸占总酸量80％)，停止甲酯化反应。采用实施例1相同的后处理，水层得2-金刚烷甲酸，酯层得1-金刚烷甲醇，并用GC分析得以下实验结果：
  硫酸(克)   0.05   0.1   0.2   0.2   0.4
  反应时间   140min   60min   15min   30min   10min
  2-金刚烷甲酸(克)   0.5   0.6   0.5   0.6   0.5
  含量％   97.9   97.8   95.2   98.0   97.9
  1-金刚烷甲醇(克)   0.7   0.8   0.6   0.8   0.8
  含量％   99.2   99.1   99.2   99.0   89.8
实施例4
将2g 1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸混合物原料(约50∶50)加入的50mL圆底烧瓶中，加入10mL的甲醇，加入10mL的异丙醇，加0.2克98％硫酸作催化剂，升温至65℃磁力搅拌进行酯化反应。反应30min后，对反应体系进行取样，GC分析，1-金刚烷甲酸甲酯43.0％，2-金刚烷甲酸甲酯4.2％，1-金刚烷甲酸6.9％。2-金刚烷甲酸40.5％。水层用实施例1相同的后处理，得2-金刚烷甲酸0.6g，GC分析含量达97.5％。酯层经分离后与10％NaOH水溶液回流反应1小时，反应完成后用1∶1盐酸酸化得1-金刚烷甲酸0.7克，产品熔点174-176℃，GC分析含量达99.1％。结果表明：与实施例2结果比较，甲酯化反应速度略变慢，甲酯化反应产物比例基本不变；1-金刚烷甲酸甲酯经水解后可回收1-金刚烷甲酸。
实施例5
将40g 1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸混合物原料(约50∶50)加入的250mL圆底烧瓶中，加入60mL的甲醇，滴加2克的98％硫酸作催化剂，升温至55℃磁力搅拌进行酯化反应。反应约60min后，对反应体系进行取样，GC分析，1-金刚烷甲酸甲酯44.0％，2-金刚烷甲酸甲酯4.1％，1-金刚烷甲酸6.8％。2-金刚烷甲酸40.2％。停止甲酯化反应。加水200mL，加10％NaOH溶液至碱性，水溶液和酯分离，水层酸化得以2-金刚烷甲酸为主的粗品，粗品经乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂重结晶可得白色片状2-金刚烷甲酸13.0g，GC分析含量达97.9％。酯层采用实施例1相同的后处理，得1-金刚烷甲醇16.5克，GC分析含量达99.3％。反应结果表明，减少甲醇的投料比、降低反应温度，反应速度均有所下降，甲酯化反应产物比例基本不变。
实施例6
将2g 1-金刚烷甲酸和2-金刚烷甲酸混合物原料(约50∶50)加入的50mL圆底烧瓶中，加入10mL的乙醇，加0.2克98％硫酸作催化剂，升温至65℃磁力搅拌进行酯化反应。反应30min后，对反应体系进行取样，进样GC分析，1-金刚烷甲酸乙酯43.8％，2-金刚烷甲酸乙酯4.0％，1-金刚烷甲酸6.9％。2-金刚烷甲酸40.4％。用实施例1相同的后处理，得2-金刚烷甲酸0.6g，GC分析含量97.6％；1-金刚烷甲醇0.6克，GC分析含量达95.6％。反应结果表明，2种金刚烷甲酸乙酯化也较易进行。对应的乙酯与甲酯化反应产物比例基本相似。考虑生产成本及1-金刚烷甲酸的回收利用，因此甲酯化比乙酯化更合理。
综上所述，本发明主要是利用酯化、分离实现的；然后将分离后的水层经酸化和乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂重结晶得到2-金刚烷甲酸；将酯层水解后可得1-金刚烷甲酸，如果将酯层还原合成后还可得到1-金刚烷甲醇。酯化最好采用甲酯化，即酯化为甲酯化。酯化反应时间最好为30min，反应温度最好为65℃，即酯化反应时间为30min，反应温度为65℃。

Claims (3)

1.一种2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法，包括酯化和分离步骤，其特征在于：酯化反应时以98％硫酸为催化剂，催化剂与原料比值为0.5～3∶10，反应时间为15～140min，反应温度为55～70℃；然后加水和NaOH，使溶液的PH≥10分离水层和酯层。
2.根据权利要求1所述的2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法，其特征在于：酯化为甲酯化。
3.根据权利要求1或2所述的2-金刚烷甲酸和1-金刚烷甲酸的分离提纯方法，其特征在于：酯化反应时间为30min，反应温度为65℃。
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