CN102276375A

CN102276375A - 一种金刚烷醇类化合物的制备方法

Info

Publication number: CN102276375A
Application number: CN2011101435543A
Authority: CN
Inventors: 史翔; 张鸿; 傅绍莲; 牟敏
Original assignee: LUZHOU DAZHOU CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: LUZHOU DAZHOU CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开了一种金刚烷醇类化合物的制备方法，依次包括合成阶段和水解阶段，所述合成阶段为将金刚烷类化合物与硝酸反应得到金刚烷类的硝酸酯类化合物，所述的水解阶段为将合成得到的金刚烷类的硝酸酯类化合物进行水解，得到金刚烷醇类化合物，该方法可以将大部分硝酸回收套用，仅有少量的硝酸被消耗掉，因此成本很低，且产生的废水大大减少，适合工业化生产，同时，避免了采用其他酸比如硫酸时需要昂贵的碳正离子生成物和有机腈化合物，也避免了使用昂贵的催化剂，成本低、收率高，经济效益好；没有铬等对环境污染很大的污染物排放，环境友好。

Description

一种金刚烷醇类化合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金刚烷醇类化合物的制备方法。

背景技术

金刚烷醇类化合物是非常重要的精细化工产品，可用于制备光致抗蚀剂的单体、光致变色化合物、医药中间体等，并且在涂料、粘合剂、膜、吸附材料等方面也有着广泛的用途。

关于金刚烷醇类化合物的制备方法，已知的主要有将金刚烷类溴化，然后在一定压力下高温水解或使用过量的硫酸银水解；在催化剂的存在下，将金刚烷类用氧气（或空气）氧化；在乙酸中使用三氧化铬将金刚烷类氧化；将金刚烷类与硫酸及有机腈化合物反应，再水解；将金刚烷类与发烟硫酸反应生成金刚烷硫酸盐，再水解。这些方法均存在不同的缺点：

例如，专利公开号为CN101492348A的中国专利申请中，将金刚烷溴化，然后在一定压力下高温水解制备1-金刚烷醇。该法使用了过量的资源性物质溴素，价格昂贵且运输不便，导致生产成本较高。文献J. Org. Chem., 26. 2207(1961)中更是使用了价格昂贵的硫酸银将溴代金刚烷水解。

欧洲专利EP0844228A中，将金刚烷类在NHPI和钴离子的催化下，用氧气氧化制备金刚烷醇类化合物。该法催化剂昂贵，选择性差，分离方法复杂，并且用氧气氧化危险性大。

日本特许第510654号公报中，将金刚烷类在乙酸中使用三氧化铬氧化制备金刚烷醇类化合物。该法使用昂贵的三氧化铬，成本高，且生成的含铬废弃物多，对环境污染大，不好处理。

日本特开平1-283236号公报、日本特许第3998966号公报及中国专利申请CN101891570A中，将金刚烷类与硫酸及有机腈化合物反应，再水解制备金刚烷醇类化合物。该法使用了昂贵的碳正离子生成物（叔丁醇、叔丁基氯、叔丁基溴等）和有机腈化合物（乙腈等），后处理中无法与硫酸溶液分离，导致成本高，废水多且很难处理。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种成本低、收率高、三废少、有利于工业化生产的金刚烷醇类化合物的制备方法。

本发明人为实现上述目的进行了深入的研究，经过大量实验发现，将金刚烷类与硝酸进行反应，可以得到金刚烷类的硝酸酯，此时可以将大部分硝酸通过蒸馏的方法回收套用，将剩余的硝酸酯水解，即可得到金刚烷醇类化合物。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种金刚烷醇类化合物的制备方法，依次包括合成阶段和水解阶段，所述合成阶段为将金刚烷类化合物与硝酸反应得到金刚烷类的硝酸酯类化合物，所述的水解阶段为将合成得到的金刚烷类的硝酸酯类化合物进行水解，得到金刚烷醇类化合物，反应方程式为：

其中，金刚烷骨架为：

Figure 2011101435543100002DEST_PATH_IMAGE004

其中，1、3、5、7四个叔碳完全等同，可以从任意一个开始编号，2、4、6、8、9、10六个仲碳也完全等同。因此要根据取代基团的位置从相应的叔碳开始编号。

对于上述反应方程式中的R，为取代基，可以为烷基、芳基、芳烷基、氨基、羟基、羧基、氰基或卤素原子，对于本发明，R的取代位置在金刚烷骨架的叔碳上，且金刚烷骨架上的1位、3位、5位、7位（即骨架上的叔碳原子）至少有一个未被R取代。

作为优选：所述硝酸的质量浓度为65%及其以上，所述合成阶段的反应温度为0~80℃，所述水解阶段的水解温度为20~100℃，所述合成阶段和水解阶段的压力均为0~2MPa，所述合成阶段加入的金刚烷类化合物与硝酸按摩尔比计为1：（5~100），所述水解阶段加入的水的量与金刚烷类化合物按摩尔比计为（5~200）：1；本发明中的硝酸作为氧化剂使用，可以使用试剂级或工业级的硝酸，当用金刚烷合成1-金刚烷醇时，优选65%~70%的浓硝酸，其它金刚烷类化合物反应优选95~100%的发烟硝酸。

进一步的：所述合成阶段的反应温度为40~70℃。

进一步的：所述水解阶段的水解温度为40~80℃。

作为优选：所述合成阶段的反应时间为4-7h。

作为优选：所述合成阶段是将金刚烷类化合物加到硝酸中进行合成反应。如将硝酸加入到金刚烷中，因为不容易搅拌，反应温度不好控制，容易局部过热导致冲料，容易引起原料浪费和安全事故。

作为优选：还包括精制步骤，所述精制步骤为将水解后的液体冷却、析出晶体、过滤、重结晶进行精制，或者用有机溶剂，如二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯等萃取水解液、浓缩、过滤、重结晶进行精制。

作为优选：所述金刚烷类化合物为金刚烷骨架上的四个叔碳（即1位、3位、5位、7位的碳原子）中至少一个未被取代的化合物，优选1-甲基金刚烷、1,3-二甲基金刚烷、1-金刚烷醇或1-金刚烷甲酸。

作为优选：所述金刚烷醇类化合物为羟基均位于金刚烷骨架的叔碳上。

进一步的：所述金刚烷醇类化合物为1-金刚烷醇、1,3-金刚烷二醇、3-甲基-1-金刚烷醇、3,5-二甲基-1-金刚烷醇、5-甲基-1,3-金刚烷二醇或3-羟基-1-金刚烷甲酸。

本发明得到的金刚烷醇类化合物，均采用气-质联用（GC-MS）和核磁共振氢谱（H-NMR）碳谱（C-NMR）进行结构确认，同时采用气相色谱（GC）、用对照品进行定性定量分析，具体地，使用非极性毛细血管柱，使用火焰离子化检测器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：该方法可以将大部分硝酸回收套用，仅有少量的硝酸被消耗掉，因此成本很低，且产生的废水大大减少，适合工业化生产，同时，避免了采用其他酸比如硫酸时需要昂贵的碳正离子生成物和有机腈化合物，也避免了使用昂贵的催化剂，成本低、收率高，经济效益好；没有铬等对环境污染很大的污染物排放，环境友好。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

在1000ml四颈烧瓶中加入69%浓度的浓硝酸600ml（9.6 mol），冷水浴冷却并搅拌下，分批加入金刚烷65g（0.48 mol），加完后，在60℃反应4小时；通过GC-MS、核磁共振氢谱、碳谱测定、并对照标准数据进行定性确认，并用气相色谱法（GC）用标准品进行定量分析，此时反应液中金刚烷含量0.8%，1-金刚烷醇含量98.2%，1,3-金刚烷二醇含量0.6%。减压蒸出大部分硝酸。

向剩余物中加入水180 ml，在60℃水解4小时，冷却至10℃搅拌2小时，过滤，用10℃冷水50ml洗， 10℃的冷乙醇30ml洗，90℃下烘干，得1-金刚烷醇69.5g，收率为95.7%，GC分析含量99.8%。

实施例2

在1000ml四颈烧瓶中加入98%浓度的发烟硝酸600ml（14 mol），冷水浴冷却并搅拌下，分批加入金刚烷65g（0.48 mol），加完后，在60℃反应7小时。通过GC-MS、核磁共振氢谱、碳谱测定、并对照标准数据进行定性确认，并用气相色谱法（GC）用标准品进行定量分析，此时反应液中1-金刚烷醇含量1.2%，1,3-金刚烷二醇含量97.8%。减压蒸出大部分硝酸。

向剩余物中加入水180 ml，在60℃水解4小时，冷却至5℃搅拌4小时，过滤， 5℃冷水30ml洗，10℃的冷乙醇30ml洗，90℃下烘干，得1,3-金刚烷二醇74.9g，收率为93.4%，GC分析含量99.6%。

实施例3

在1000ml四颈烧瓶中加入98%浓度的发烟硝酸600ml（14 mol），冷水浴冷却并搅拌下，分批加入1-金刚烷醇75g（0.49 mol），加完后，在60℃反应5小时。通过GC-MS、核磁共振氢谱、碳谱测定、并对照标准数据进行定性确认，并用气相色谱法（GC）用标准品进行定量分析，此时反应液中1-金刚烷醇含量0.9%，1,3-金刚烷二醇含量98.4%。减压蒸出大部分硝酸。

向剩余物中加入水180 ml，在60℃水解4小时，冷却至5℃搅拌4小时，过滤，5℃的水30ml洗，5℃，得1,3-金刚烷二醇79.0g，收率为95.2%，GC分析含量99.7%。

实施例4

除使用1-甲基金刚烷74g（0.49 mol）代替1-金刚烷醇以外，其余操作同实施例3，结果得到3-甲基-1金刚烷醇78.9g，收率为96.3%，GC分析含量99.6%。

实施例5

除使用1,3-二甲基金刚烷79g（0.48 mol）代替金刚烷以外，其余操作同实施例2，结果得到3,5-二甲基-1金刚烷醇82.1g，收率为94.7%，GC分析含量99.4%。

实施例6

除使用1-金刚烷甲酸87g（0.48 mol）代替金刚烷以外，其余操作同实施例2，结果得到3-羟基-1金刚烷甲酸90.5g，收率为95.6%，GC分析含量99.5%。

比较例1

除使用1-甲基金刚烷72g（0.48 mol）代替金刚烷以外，其余操作同实施例1，结果，在与硝酸反应24小时以后，GC分析反应液中3-甲基-1金刚烷醇含量仅为8.4%。

本比较例与实施例1的区别在于硝酸的浓度，只有无取代的金刚烷上一个羟基可以用69%硝酸（实施例1），其它都要用98%硝酸（实施例2~6），位阻越大反应时间越长，要发生两个羟基取代的时间也延长，如实施例2。

Claims

1.一种金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：依次包括合成阶段和水解阶段，所述合成阶段为将金刚烷类化合物与硝酸反应得到金刚烷类的硝酸酯类化合物，所述的水解阶段为将合成得到的金刚烷类的硝酸酯类化合物进行水解，得到金刚烷醇类化合物。

2.根据权利要求1所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述硝酸的质量浓度为65%及其以上，所述合成阶段的反应温度为0~80℃，所述水解阶段的水解温度为20~100℃，所述合成阶段和水解阶段的压力均为0~2MPa，所述合成阶段加入的金刚烷类化合物与硝酸按摩尔比计为1：（5~100），所述水解阶段加入的水的量与金刚烷类化合物按摩尔比计为（5~200）：1。

3. 根据权利要求2所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述合成阶段的反应温度为40~70℃。

4. 根据权利要求2所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述水解阶段的水解温度为40~80℃。

5. 根据权利要求1所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述合成阶段的反应时间为4-7h。

6. 根据权利要求1所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述合成阶段是将金刚烷类化合物加到硝酸中进行合成反应。

7. 根据权利要求1所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：还包括精制步骤，所述精制步骤为将水解后的液体冷却、析出晶体、过滤、重结晶进行精制，或者用有机溶剂萃取水解液、浓缩、过滤、重结晶进行精制。

8. 根据权利要求1所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述金刚烷类化合物为1-甲基金刚烷、1,3-二甲基金刚烷、1-金刚烷醇或1-金刚烷甲酸。

9. 根据权利要求1所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述金刚烷醇类化合物为羟基均位于金刚烷骨架的叔碳上。

10. 根据权利要求9所述的金刚烷醇类化合物的制备方法，其特征在于：所述金刚烷醇类化合物为1-金刚烷醇、1,3-金刚烷二醇、3-甲基-1-金刚烷醇、3,5-二甲基-1-金刚烷醇、5-甲基-1,3-金刚烷二醇或3-羟基-1-金刚烷甲酸。