CN103214349A - 光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法。该生产方法是将2-金刚烷酮与1~2当量卤代烃、2~3当量金属锂反应，反应液经过调节pH、萃取、减压除溶剂、水洗、分层、浓缩、析晶和淋洗得到高纯度的2-取代-2-金刚烷醇。本发明提供的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，在将反应规模扩大到数百公斤级别的同时，产率接近了现有技术中相同方法小规模制备的水准，并且通过简单的纯化步骤就能够得到高纯度的产品，具有较高的工业化前景。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的合成方法，特别涉及一种光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法。
背景技术
2-取代-2-金刚烷醇是非常重要的精细化工产品，可用于制备光刻胶单体碳刚性骨架结构丙烯酸酯化合物、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。
现有的2-取代-2-金刚烷醇主要是使用金属有机化合物对2-金刚烷酮进行烷基化，例如使用有机镁化合物、有机铝化合物或烷基锂。
然而，作为烷基化试剂，在使用有机镁化合物或有机铝化合物进行烷基化反应时，根据Tetrahedron Lett.,31,3151（1990）所述，由于优先引起还原反应，烷基化物的收率降低。
而使用烷基锂作为烷基化试剂时，引起的还原反应很少，基本可以解决上述问题。J.Am.Chem.Soc.,94,4628.(1972)中记载了2-金刚烷酮与乙基锂反应制备2-乙基-2-金刚烷醇，2-金刚烷酮与异丙基锂反应制备2-异丙基-2-金刚烷醇；专利US2012270917(A1)中记载了2-金刚烷酮与甲基锂反应制备2-甲基-2-金刚烷醇，都得到了较好的收率。
但是，上述公开的方法都只是运用于实验室规模的小量反应，并且都需要通过复杂的方法纯化才能得到高纯度的产品，如专利US2012270917(A1)中使用了柱层析纯化2-甲基-2-金刚烷醇；J.Am.Chem.Soc.,94,4628.(1972)中在-78℃下用戊烷重结晶两次后得到高纯度2-乙基-2-金刚烷醇，使用制备色谱纯化得到高纯度的2-异丙基-2-金刚烷醇。这些纯化方法都不适宜在工业化生产中使用。
专利CN 102276421A中还公布了一种2-金刚烷酮与锌粉、硼酸酯反应制备2-取代-2-金刚烷醇的方法，虽然得到了较高的收率，但是硼酸酯的价格大大超过了锂的价格，总体成本较高。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种成本较为低廉，产品纯度高，适用于工业化生产的2-取代-2-金刚烷醇的生产方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本较为低廉，产品纯度高的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，包括以下步骤：
（1）将2-金刚烷酮和1.3~2当量卤代烃充分溶解于有机溶剂中，滴加至含2~3当量金属锂的有机溶剂溶液中,反应过程中温度控制在0~10℃间。
所述卤代烃为卤代C1-6烷烃或C2-6烯烃，所述C1-6烷烃或C2-6烯烃既可以是直链，也可以是支链；优选的所述卤代C1-6烷烃或C2-6烯烃包括碘甲烷、溴甲烷、溴乙烷、溴丙烷或2-溴丙烷。
所述有机溶剂优选醚，更优选经过无水处理的四氢呋喃或乙醚。
（2）反应完毕后，反应液用水猝灭，并用酸将反应液pH调节至6~7，pH调节过程中控制温度在0℃～20℃，pH调节完成后升温至20～30℃搅拌后静止分层，用二氯甲烷萃取反应液，萃取液减压蒸馏除去有机溶剂得到2-取代-2-金刚烷醇粗品。
所述酸优选无机酸，更优选盐酸或者硫酸。
（3）2-取代-2-金刚烷醇粗品溶解于二氯甲烷中，经水洗、分层，二氯甲烷相浓缩至饱和，搅拌下加入溶析剂，冷却后过滤得到析出的固体，经溶析剂淋洗即得高纯度的2-取代-2-金刚烷醇。
该反应的反应式如下：
所述溶析剂是指与二氯甲烷完全互溶、而对2-取代-2-金刚烷醇溶解性较差的有机溶剂；所述溶析剂可以是正己烷、环己烷或石油醚；优选的，所述溶析剂为正己烷，正己烷的加入量与二氯甲烷的重量比为1:1~2:1，特别优选的为1.1:1。
优选的，反应容器应当经过充分干燥并用惰性气体置换。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，该方法成本较为低廉，在将反应规模扩大到数百公斤级别的同时，产率接近了现有技术中相同方法小规模制备的水准，并且通过较为简单的纯化步骤就能够得到高纯度的产品，具有较高的工业化应用前景。烷基锂活性较高，对反应条件也要求较为苛刻，一般认为并不适用于工业规模的生产，所以本发明还在一定程度上消除了技术偏见。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述：
实施例1
在干燥的、经过氩气置换的1000L 1号反应釜中加入400kg无水四氢呋喃，0℃加入溴甲烷123.5kg，溴甲烷加入完全后，搅拌下加入150kg金刚烷酮至全溶，0℃保存备用。用氩气置换另一干燥的2000L2号反应釜中的空气，随后加入245kg无水四氢呋喃和14kg金属锂，边搅拌边降温至0℃。将溴甲烷和金刚烷酮的混合溶液匀速滴加至2号反应釜中，约40小时滴加完成，滴加完成后继续反应2小时，反应过程中维持反应液温度在5℃左右。取样加水淬灭，二氯甲烷萃取，GC检测原料小于1%后停止反应。
降温至0℃以下滴加300kg纯水猝灭，并加入浓盐酸调节反应液pH值到6左右，控制反应液温度在10℃左右，pH调节完成后升温至30℃搅拌1h后静止分层，水层用215kg二氯甲烷萃取两次，合并有机层，加入10kg725#活性炭搅拌1小时，过滤除去机械杂质，滤液减压蒸馏除去有机溶剂得到2-甲基-2-金刚烷醇粗品。
将2-甲基-2-金刚烷醇粗品加入至1100kg二氯甲烷中加热回流溶解，随后搅拌下加入400kg超纯水搅拌洗涤，分出下层二氯甲烷，重复洗涤6次后，转入预先用超纯水洗涤干燥的2000L浓缩釜中，常压蒸馏至剩余二氯甲烷约200L，搅拌下加入267kg正己烷，加热回流半小时，冷至0℃搅拌2小时，用预先用超纯水洗涤过干燥的过滤器过滤，所得固体用100kg正己烷淋洗，得到高纯度的2-甲基-2-金刚烷醇140.9kg，GC测定纯度为99.52%，产率为84.9%。
实施例2
在干燥的、经过氩气置换的1000L 1号反应釜中加入400kg无水四氢呋喃，0℃加入溴甲烷190kg，溴甲烷加入完全后，搅拌下加入150kg金刚烷酮至全溶，0℃保存备用。用氩气置换另一干燥的2000L2号反应釜中的空气，随后加入245kg无水四氢呋喃和21kg金属锂，边搅拌边降温至0℃。将溴甲烷和金刚烷酮的混合溶液匀速滴加至2号反应釜中，约40小时滴加完成，滴加完成后继续反应4小时，反应过程中维持反应液温度在0℃左右。取样加水淬灭，二氯甲烷萃取，GC检测原料小于1%后停止反应。
降温至0℃以下滴加300kg纯水猝灭，并加入浓盐酸调节反应液pH值到6左右，控制反应液温度在0℃左右，pH调节完成后升温至25℃搅拌1h后静止分层，水层用215kg二氯甲烷萃取两次，合并有机层，加入10kg725#活性炭搅拌1小时，过滤除去机械杂质，滤液减压蒸馏除去有机溶剂得到2-甲基-2-金刚烷醇粗品。
将2-甲基-2-金刚烷醇粗品加入至1100kg二氯甲烷中加热回流溶解，随后搅拌下加入400kg超纯水搅拌洗涤，分出下层二氯甲烷，重复洗涤6次后，转入预先用超纯水洗涤干燥的2000L浓缩釜中，常压蒸馏至剩余二氯甲烷约200L，搅拌下加入534kg正己烷，加热回流半小时，冷至0℃搅拌2小时，用预先用超纯水洗涤过干燥的过滤器过滤，所得固体用100kg正己烷淋洗，得到高纯度的2-甲基-2-金刚烷醇138.6kg，GC测定纯度为99.39%，产率为83.5%。
实施例3
在干燥的、经过氩气置换的1000L 1号反应釜中加入400kg无水四氢呋喃，0℃加入溴甲烷131kg，溴甲烷加入完全后，搅拌下加入150kg金刚烷酮至全溶，0℃保存备用。用氩气置换另一干燥的2000L2号反应釜中的空气，随后加入245kg无水四氢呋喃和17.33kg金属锂，边搅拌边降温至0℃。将溴甲烷和金刚烷酮的混合溶液匀速滴加至2号反应釜中，约40小时滴加完成，滴加完成后继续反应1小时，反应过程中维持反应液温度在10℃左右。取样加水淬灭，二氯甲烷萃取，GC检测原料小于1%后停止反应。
降温至0℃以下滴加300kg纯水猝灭，并加入浓盐酸调节反应液pH值到7左右，控制反应液温度在0℃左右，pH调节完成后升温至25℃搅拌1h后静止分层，水层用215kg二氯甲烷萃取两次，合并有机层，加入10kg725#活性炭搅拌1小时，过滤除去机械杂质，滤液减压蒸馏除去有机溶剂得到2-甲基-2-金刚烷醇粗品。
将2-甲基-2-金刚烷醇粗品加入至1100kg二氯甲烷中加热回流溶解，随后搅拌下加入400kg超纯水搅拌洗涤，分出下层二氯甲烷，重复洗涤6次后，转入预先用超纯水洗涤干燥的2000L浓缩釜中，常压蒸馏至剩余二氯甲烷约200L，搅拌下加入300kg正己烷，加热回流半小时，冷至0℃搅拌2小时，用预先用超纯水洗涤过干燥的过滤器过滤，所得固体用100kg正己烷淋洗，得到高纯度的2-甲基-2-金刚烷醇141.6kg，GC测定纯度为99.50%，产率为85.3%。
实施例4
在干燥的、经过氩气置换的500L 1号反应釜中加入400kg无水四氢呋喃，0℃通入溴甲烷131kg，溴甲烷通入完全后，搅拌下加入150kg金刚烷酮至全溶，0℃保存备用。用氩气置换另一干燥的1000L2号反应釜中的空气，随后加入245kg无水四氢呋喃和17.33kg金属锂，边搅拌边降温至0℃。将溴甲烷和金刚烷酮的混合溶液匀速滴加至2号反应釜中，约40小时滴加完成，滴加完成后继续反应1小时，反应过程中反应液温度在10℃左右。取样加水淬灭，二氯甲烷萃取，GC检测原料小于1%后停止反应。
反应液降温至0℃以下，滴加300kg纯水猝灭，并加入115kg浓盐酸调节反应液pH值到6.5，控制反应液温度在10℃左右，pH调节完成后升温至30℃搅拌1h后静止分层，水层用215kg二氯甲烷萃取两次，合并有机层，加入10kg725#活性炭搅拌1小时，过滤除去机械杂质，滤液减压蒸馏除去有机溶剂得到2-甲基-2-金刚烷醇粗品。
将2-甲基-2-金刚烷醇粗品加入至1100kg二氯甲烷中加热回流溶解，随后搅拌下加入400kg超纯水搅拌洗涤，分出下层二氯甲烷，重复洗涤6次后，转入预先用超纯水洗涤干燥的2000L浓缩釜中，常压蒸馏至剩余二氯甲烷约200L，搅拌下加入300kg正己烷，加热回流半小时，冷至0℃搅拌2小时，用预先用超纯水洗涤过干燥的过滤器过滤，所得固体用100kg正己烷淋洗，得高纯度的2-甲基-2-金刚烷醇142.9kg，GC测定纯度为99.55%，产率为86.1%。
实施例5
除使用2-溴乙烷150kg取代溴甲烷外，其余操作同实施例4，结果得到2-乙基-2-金刚烷醇142.5kg，GC测定纯度为99.79%，产率为79.2%。
实施例6
除使用2-溴丙烷170kg取代溴甲烷外，其余操作同实施例4，结果得到2-异丙基-2-金刚烷醇137.6kg，GC测定纯度为99.3%，产率为70.9%。
试验例
本发明还对析晶时溶析剂正己烷与二氯甲烷的重量比做了详细的研究。
当溶析剂正己烷与二氯甲烷的重量比为1.1:1时，得到产品纯度>99.5%的同时，产率最高。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于，将2-金刚烷酮与卤代烃、金属锂反应，反应液经过调节pH、萃取、减压除溶剂、水洗、分层、浓缩、析晶和淋洗得到2-取代-2-金刚烷醇；所述卤代烃为卤代C1-6烷烃或C2-6烯烃。
2.如权利要求1所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将2-金刚烷酮和1.3~2当量卤代烃充分溶解于有机溶剂中，滴加至含2~3当量金属锂的有机溶剂溶液中，反应过程中温度控制在0~10℃间；
(2)反应完毕后，用水猝灭反应，并用酸将反应液pH调节至6~7，pH调节过程中控制温度在0℃～20℃，pH调节完成后升温至20～30℃搅拌后静止分层，用二氯甲烷萃取反应液，萃取液减压蒸馏除去有机溶剂得到2-取代-2-金刚烷醇粗品；
(3)粗品溶解于二氯甲烷中，经水洗、分层，二氯甲烷相浓缩至饱和，搅拌下加入溶析剂，冷却，过滤得到析出的固体，经溶析剂淋洗即得终产物2-取代-2-金刚烷醇。
3.如权利要求1或2所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于，所述有机溶剂为无水四氢呋喃或乙醚。
4.如权利要求1或2所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于，所述卤代烃为碘甲烷、溴甲烷、溴乙烷、溴丙烷或2-溴丙烷。
5.如权利要求4所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于，反应容器经过干燥并用惰性气体置换其中的空气。
6.如权利要求5所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于，所述的溶析剂为正己烷。
7.如权利要求6所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于所述的正己烷加入量与二氯甲烷的重量比为1:1~2:1。
8.如权利要求7所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于所述的正己烷加入量与二氯甲烷的重量比为1.1:1。
9.如权利要求8所述的光刻胶单体碳刚性骨架结构2-取代-2-金刚烷醇的工业化生产方法，其特征在于所述酸为盐酸或硫酸。
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