CN104230712A - 一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法 - Google Patents

一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:由2-金刚烷酮和2-氯丙烷在金属催化条件下生成异丙基取代的活性中间体,该活性中间体与丙烯酸酐反应生成目标2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯。本发明提供了的合成2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯用的方法,该方法采用全新的合成路线,其反应过程更为温和,且反应时间短。

Description

一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法
技术领域
本发明涉及有机合成领域,特别提供了一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法。
背景技术
金刚烷,是一种周正、对称、高度稳定的笼状烃,因为,具有四个环己烷环缩合成笼形的结构,所以,是一种对称性高且稳定的化合物。已知其衍生物涉及医药、航空航天、功能材料、石油加工等领域。
值得一提的是,由于金刚烷具有例如光学特性、耐热性等性质,因此,其衍生物常被用于光盘基板、光纤或透镜灯中。可用作半导体用光致抗蚀剂、光半导体用密封剂、光学电子部件(光导管、光通信用透镜及光学薄膜等)及它们的粘接剂。
其中,以2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯类作为原料制造的电子元件,在半导体制造工艺中的干刻蚀耐性高,作为半导体用材料的发展前景广阔。
但是,现有的技术中,合成2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的方法往往较为复杂,如需获得纯度较高的产品则需多步反应多次纯化,如采用一锅法来进行则会使该过程中多次反应的副产物累加、聚合甚至影响主产物的生产,因此其产品往往很低,完全无法实现工业上的应用。
另外。采用现有技术中的已知方法得到的2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯往往由于副反应过多产生大量的杂质,导致分离过程复杂,无法通过结晶等方式取得纯产物,进而导致产率偏低,成本难以控制,也直接致使其不易被应用于工业上的生产。
发明内容
本发明旨在克服上述缺陷,提供一种操作简易、快捷的合成路线和方法。
本发明提供的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:由2-金刚烷酮和2-氯丙烷在金属催化条件下生成异丙基取代的活性中间体,该活性中间体与丙烯酸酐反应生成目标2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯。
其具体的合成路线如下所示:
上述合成方法的具体合成工艺如下所示:
步骤一、在保护气的体系中,将体系温度降至-10℃及以下后,向含有金属的溶剂中滴加2-金刚烷酮和2-氯丙烷的混合溶液;
上述金属可选自金属锂、金属镁等活泼金属;浓度优选为5-10%;
上述金属与2-金刚烷酮的摩尔比为2.2-2.8:1;
上述2-金刚烷酮与2-氯丙烷的摩尔比为1:1.1-1.8;优选为1:1.4-1.6;
上述2-金刚烷酮与2-氯丙烷的混合溶液用溶剂稀释,浓度优选为40-60%;最优选为45-53%;
上述溶剂可选自性质与THF相仿的低毒、低沸点、流动性好的溶剂。
由于该反应为放热反应,在滴加的过程中会出现体系温度快速上升的现象,为避免副反应的产生,在上述滴加的过程中,应当保持体系温度低于15℃。
步骤二、滴加完毕后,反应1-2小时;
加料完毕后,应当会有少量的锂漂浮在反应液面。
上述反应过程的反应温度应当控制在8-12℃的范围内。
反应终点以反应过程中取小样GC送检为准,当反应主原料2-金刚烷酮含量小于2%,则进入下一步反应。
步骤三、将上述反应液降温至-5℃及以下,滴加丙烯酸酐;
上述丙烯酸酐与2-氯丙烷的摩尔比为1:1-1.5。
由于上述反应过程为放热反应,为避免副产物的产生,上述滴加丙烯酸酐的过程应当控制反应体系的温度保持在-5℃-0℃的范围内。
步骤四、滴加完毕后,反应1-2小时;
上述步骤四的反应过程的反应温度控制在0-10℃的范围内。
反应终点以反应过程中取小样GC送检为准,当反应主原料含量小于2%,则进入下一步反应。
步骤五、经后处理获得目标产物。
后处理过程包括:
(1)搅拌的同时滴加水;
在上述步骤(1)的过程中,体系温度应当低于5℃。
滴加水的过程为放热反应过程,因此为了确保产品的不变质,须缓慢滴加,待加入水的过程中体系升温不在明显时可加快滴加速度。
加入水的总质量约为金刚烷酮原料的4-5倍。
(2)经静置分液和萃取分液后,合并其有机层;
搅拌30-60分钟后,静置分液,取上层有机相。
分离出的水相用沸点低于100℃的非极性溶剂,如正己烷等进行至少一次的萃取,萃取其有机相(合并至上述有机相中),萃取液的总质量约为2-3倍的金刚烷酮。
为实现更好的分液效果,每次萃取前的溶液应当搅拌混合30-60分钟。
(3)加入微量的聚阻剂,在小于35℃的水浴中减压浓缩获得粗产品;
上述聚阻剂可选自酚类阻聚剂、醌类阻聚剂、芳烃硝基化合物阻聚剂中的一种或几种的组合物。
聚阻剂的用量约为0.0001-0.2%质量的金刚烷酮。
上述减压环境的真空度应大于0.095MPa。
此时,所谓的醋产品为透明液体,GC约为70%。
(4)经降温、至少一次的过滤、至少一次的萃取、至少一次的减压浓缩和至少一次的重结晶后获得纯产品。
具体地,用3-5倍(下述倍数均为相对于金刚烷酮质量的倍数)的萃取液稀释粗产品后,降低体系温度至0℃及以下,进行过滤。
值得注意的是,为确保过滤效果,在过滤前,于反应液中添加硅藻土;试验者不应当使用硅胶或直接过滤的方式进行该步骤,否则会造成大量的产品损失或其他如团聚等不良结果。
再次加入总量为2-4倍的萃取液多次洗涤后,静置分液,有机相加入8-10倍的水分多次洗涤至水相PH为7左右,为保证分液效果,每次分液前最好能混合搅拌均匀,合并有机相。
将有机相过硅胶柱,用萃取液进行多次洗涤,后合并溶剂。
于小于35℃的水浴中减压浓缩获得较纯的产品,一般来说,此时的GC〉97%。
如需要获得纯度更高的产品,试验者还可采用重结晶的手段来实现,其可选用的重结晶溶剂选自碳原子数小于10的醇、醚、烷烃中的一种或几种的组合物。此时的GC〉99%。
本发明的作用和效果
本发明提供了一种新的合成2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯用的方法,该方法采用全新的合成路线,其反应过程更为温和,且反应时间短。
具体地,本发明通过保护气保护、低温反应、反应时间等条件的控制获得一种副产物少、分离过程简单、产品纯度高、产率高的制备2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的方法。
此外,本发明提供的具体合成工艺中,严格限定了各反应阶段的反应参数,如温度、反应比例等,采用本发明的合成工艺,特别是后处理步骤能获得的摩尔收率高达65-80%。经验证发现,本发明制备的产品对热十分敏感,所以要求在反应时要严格控制温度。为保证产品纯度,提高产品产率,本发明主张将反应温度、浓缩温度均应控制在上述低温条件下进行,从而避免了杂质(烯)的生成。此外,杂质烯一旦生成在纯化过程,也会造成大量的产品损失,因此纯化阶段的温度也应当控制在0℃以下。特别地,减压浓缩的过程中也应当将温度控制在35℃以下。否则影响产品质量和收率。
此外,本发明采用通过多种纯化的手段能获得不同生产要求(即、纯度要求)的产物,其中,最优产物的纯度能高于99%。
本发明还指出,制备锂试剂过程中要严格控制水分和空气,所以要采用保护气保护的措施。
综上所述,本发明提供的合成方法中,通过各步骤反应条件的选择,如:反应温度、反应比例、反应时间、反应原料等,克服了现有技术公开中,提纯困难、成本过高、反应产率低、产品纯度低、不适用于大规模的工业化生产等问题。
具体实施方式:
A、总的反应方程式如下所示:
B、具体工艺步骤:
步骤一、
向1L三口瓶中加入80g干燥THF,金属锂6g,氮气保护,降温至-10℃,搅拌滴加入50g2-金刚烷酮,42g2-氯丙烷,178g四氢呋喃混合液,(体系温度快速上升,体系由无色,变为淡紫;过程中控制温度低于15℃。加料完毕,有少量的锂漂浮在反应液面,控制温度10℃左右,继续反应1小时,送样检测2-金刚烷酮含量小于2%,进入下一步反应。
步骤二、
将上述反应体系的温度降到-5℃,滴加61g的丙烯酸酐(GC=94%)(温度上升,体系很快变为淡黄色)(控制T=-5-0℃),滴加完毕。升温至0-10℃,1小时取样(加正己烷提取水洗至中性送有机相),停止反应(IPAA1#Li=25%)。
步骤三、
后处理一:保持后处理体系的温度不超过5℃,滴加200g水(开始滴加须缓慢,升温明显,后面可加快速度)搅拌30分钟,静置分液(上层为有机层)。水相加67g*2正己烷提取,每次搅拌30分钟,静置分层(下层为水相),合并有机层,加入TEMPO(聚阻剂还可以为MEHQ/HQMME、阻聚剂701、ST-1/2、阻聚剂702等相似聚阻剂,其使用量可以为0.001g、0.005g、0.02g等不同剂量)0.01g,水浴温度不超过35度浓缩至无液体滴出(水泵浓缩,真空度大于0.095MPa),得到95g粗品(透明液体GC=70%)。
后处理二:用167g正己烷稀释,降温至0℃,加硅藻土,过滤除去聚合物(用硅胶或不加任何东西非常难过滤),加134g正己烷洗涤聚合物,静止分层,有机层加水200g*2水洗至水相PH=7,每次搅拌30分钟,静置分液。再加入200g去离子水洗涤,搅拌30分钟,静置分液,在沙芯漏斗中加80g硅胶,将洗过的有机层倒入硅胶中过滤,待抽干后再用167g正己烷洗涤硅胶,抽干。合并滤液,(TLC,如有极性大的杂质则在芯漏斗中再加80g硅胶再过滤再用167g正己烷洗涤硅胶,合并滤液,再TLC,直至无TLC没有极性大的杂质为止,否则再按上法洗涤)。滤液中加入0.01g的TEMPO,浓缩,温度<35℃,真空度≥-0.095MPa,称重72g,GC=96.8%。
后处理三:浓缩完后按1g:2ml甲醇重结晶,在-20℃冷冻结晶20小时得到65gGC=98.9%,需要搅拌结晶可能产品就合格。
后处理四:将所得32g产品用油泵方法除溶剂(真空度=100Pa,T=30℃)得63gGC=99%。
C、反应中控条件:
D、采用不同反应条件下对本发明反应的影响:

Claims (10)

1.一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
由2-金刚烷酮和2-氯丙烷在金属催化条件下生成异丙基取代的活性中间体,该活性中间体与丙烯酸酐反应生成目标2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯。
2.如权利要求1所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,具体合成工艺如下所示:
步骤一、在保护气的体系中,将体系温度降至-10℃及以下后,向含有金属的溶剂中滴加2-金刚烷酮和2-氯丙烷的混合溶液;
步骤二、滴加完毕后,反应1-2小时;
步骤三、将上述反应液降温至-5℃及以下,滴加丙烯酸酐;
步骤四、滴加完毕后,反应1-2小时;
步骤五、经后处理获得目标产物。
3.如权利要求2所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
所述金属与2-金刚烷酮的质量比为0.1-0.18:1;
所述2-金刚烷酮与2-氯丙烷的摩尔比为1:1.1-1.8。
4.如权利要求2所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
所述丙烯酸酐与2-氯丙烷的摩尔比为1:1-1.5。
5.如权利要求2所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
所述步骤一的滴加过程,应当保持体系温度低于15℃。
6.如权利要求2所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
所述步骤二的反应过程的反应温度控制在8-12℃的范围内。
7.如权利要求2所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
所述步骤四的反应过程的反应温度控制在0-10℃的范围内。
8.如权利要求2所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,所述步骤五的后处理过程包括:
(1)搅拌的同时滴加水;
(2)经静置分液和萃取分液后,合并其有机层;
(3)加入微量的聚阻剂,在小于35℃的水浴中减压浓缩获得粗产品;
(4)经降温、至少一次的过滤、至少一次的萃取、至少一次的减压浓缩和至少一次的重结晶后获得纯产品。
9.如权利要求8所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
所述步骤(1)的过程中,体系温度低于5℃。
10.如权利要求8所述的一种2-异丙基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:
后处理过程中萃取采用的萃取液可选自沸点低于100℃的非极性溶剂;
过滤前,在反应液中添加硅藻土;
重结晶溶剂选自碳原子数小于10的醇、醚、烷烃中的一种或几种的组合物。
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