CN104628557B - 2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法 - Google Patents

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本发明提供的2‑甲基‑2‑金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在低温条件下,金刚烷酮与溴甲烷在金属锂的作用下形成活性中间体后,由该活性中间体与丙烯酸酐反应得到2‑甲基‑2‑金刚烷醇丙烯酸酯。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。

Description

2-甲基-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-甲基-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,以烷基金刚烷基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。
现有技术中,已知烷基金刚烷酯的制造方法中,是采用有机金属化合物构成的烷基化试剂对金刚烷酮烷基化后,将得到的金刚烷基醇盐,通过卤化物酯化的方法获得。
多采用酰氯作为酰卤化物进行酯化反应,因而就造成该反应的副产物为氯化物。宗所周知,如将氯化物作为杂志混入电子元件等材料中,即使是含量较低也会存在降低电子元材料本身性能的问题。
此外,由于酰卤化合物活性较高,往往在生产的过程中,需要现取现用。而且,就该类型化合物本身的性质而言,存在腐蚀性高,生产要求严格的问题。故而,使用该类型的原料存在保存和生产上的困难。
发明内容
本发明旨在克服上述缺陷,提供一种高产率、高纯度、环保、价格低廉、可进行工业生产的2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法。
为实现上述目的,本发明涉及的2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在低温条件下,金刚烷酮与溴甲烷在金属锂的作用下形成活性中间体后,由该活性中间体与丙烯酸酐反应得到2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯。
2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯制备过程的温度应当控制在15℃以下。
具体反应方程式如下:
上述2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法的具体工艺步骤如下:
步骤一、将溴甲烷滴加于金刚烷酮中,形成预备液一。
在实践中,一般采用将质量百分比浓度为50-65%的溴甲烷的四氢呋喃溶液在搅拌的情况下滴加入质量百分比浓度为40-50%的金刚烷酮的无水四氢呋喃溶液中,搅拌直至溶清。反之亦然,可将金刚烷酮溶液滴加于溴甲烷溶液中。
此处,值得注意的是,溴甲烷与金刚烷的摩尔比为1:0.8-1.9;优选摩尔比为1:1.5-1.9。
其中,溴甲烷可溶于四氢呋喃、二乙基醚、甲苯、苯、烷烃中的一种或几种的组合物,其质量百分比浓度优选为57-59%,该过程优选为将溴甲烷通入到-5℃--0℃的溶剂中去。
金刚烷酮可溶于无水四氢呋喃、二乙基醚、甲苯、苯、烷烃中的一种或几种的组合物,其质量百分比浓度优选为44-50%。
此处的溴甲烷还可以被代替为其他气态卤代化合物,特别是卤代脂肪烃。
步骤二、将金属锂加入溶剂中,形成预备液二。
该溶剂可选自无水四氢呋喃、二乙基醚、甲苯、苯、烷烃中的一种或几种的混合物,金属锂的质量百分比浓度为2-6%,优选为4-6%。
其中,金刚烷酮与金属锂的摩尔比为1:1.8-2.8,优选1:2.3-2.8。
此外,本发明中优选使用金属锂,除此以外还可使用金属镁。
步骤三、将预备液一缓慢滴加至预备液二中,反应温度为5-15℃,反应时间0.5-1.5个小时。
在实践中,应当保持预备液二处于搅拌状态,边搅拌边降温至零度以下,优选温度为-5℃~0℃。
值得注意的是,由于本发明的产品或其中间体对温度相当敏感,为提高产品的产率,在反应的过程中,应当密切关注温度的控制问题。
此外,预备液一滴加至预备液二的过程中,滴速应当控制在0.6-1.2%/min的速率,滴加实践约为2-3个小时,期间,为避免产品的过反应现象,应当将反应温度控制在5℃~15℃之间。
滴加工序完成后,保温0.5-1.5个小时。期间,反应终点的判断,通过过程中取样加水淬灭反应后TLC(PE:EA=10:1,碘显色,水浸泡),同时送样GC检测合格后确认。
步骤四、将反应体系降温至-5℃以下,加入催化量的聚阻剂。
上述反应结束后,对体系进行降温处理,优选温度为-10--8℃。
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。使用量为金刚烷酮质量的0.5-3%。
步骤五、滴加丙烯酸酐,反应温度为-10℃~-5℃,反应时间0.5-1.5个小时,加水淬灭反应。
其中,金刚烷酮与丙烯酸酐的摩尔比为1:0.6-1.4,优选为1.2-1.4。
反应终点的判断优选采用GC检测的方法。
值得注意的是,加水淬灭反应的过程中的温度控制在-5℃以下,优选为-10--8℃。在淬灭反应时滴加水的速度要以反应液温度不超过-5℃为宜,否则可能会有杂质烯生成。
水的用量为金刚烷酮质量的2-4倍,优选为2.5-3倍。
步骤六、经后处理得到2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯。
该后处理过程包括至少一次的萃取、至少一次的过滤和减压蒸馏。
其中,溶剂的质量为金刚烷酮的5-50倍,优选为8-15倍。
在实践中,加水淬灭反应后,优选静止分液30-60分钟,减压蒸馏有机层,水层用萃取液萃取至少一次,合并浓缩有机层。其中,萃取液选自烷烃、醚类、环烷烃、酯类中的一种或几种得混合物。
经多次加入烷烃后,过滤,合并有机层浓缩得到产物,产率为65-99%。
值得注意的是,过滤载体多选用硅胶,由于在过程中可能会产生其它杂质,应控制过滤的次数。经实验发现,用丙烯酸酐反应有一个不明杂质产生(该杂质不显荧光),该杂质用重结晶方法不易除去,虽然,减压蒸馏可以将该杂质除去,但是减压蒸馏时如遇真空度不够高(导致内温过高)会产生大量的烯(杂质),经实验发现硅胶能将该杂质除去,因此,在本发明中选用硅胶配合减压蒸馏的方式进行,但是在过硅胶时如溶液浓度过低则除杂效果不佳所以过两遍硅胶后要将溶液浓缩后再过硅胶基本可以将杂质除去。
硅胶的用量为金刚烷酮质量的5-20倍。
此外,由于本发明所涉及的产品对热十分敏感,减压蒸馏时的温度不宜高过20℃,否则会有杂质(如:烯)生成。
发明的作用与效果
本发明通过选用丙烯酸酐来代替常规技术中的卤化剂进行酯化的反应路线来制备2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯。
经验证发现,丙烯酸酐反应比丙烯酰氯更优。传统工艺中使用的原料丙烯酰氯反应后有大量的聚合物产生,但是,使用丙烯酸酐则不存在上述聚合物过多的问题。此外,丙烯酰氯类的卤化物往往存在反应结束后难以完全剔除的问题,而该物质的存在严重影响了该产品在电子品生产领域的应用前景。
因此,本发明将丙烯酰氯替换为丙烯酸酐后来进行该成酯反应,该原料不但易于取得,反应副产物少,且在后处理的过程中易于分离,进而也不会影响到该产品的应用。
尤其值得指出的是,在本发明中还指出由于本产品对热十分敏感,所以要求在反应时要严格控制温度;本发明主张将反应温度控制在20℃以下的低温条件下进行,从而避免了杂质(烯)的生成,保证了产品的纯度,提高了产品的产率。
此外,考虑到上述产品特性,为保证产品转化率,进一步地降低生产成本,在反应完成后的淬灭反应阶段,滴加水的速度要以反应液温度不超过-5℃为宜,否则可能会有杂质烯生成。
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
实施例一、
步骤一、将120g金刚烷酮溶于272ml无水四氢呋喃中,搅拌下加入192g的59.37%(wt/wt)溴甲烷的四氢呋喃溶液中(溴甲烷通入到-5℃--0℃的四氢呋喃中),溶清后待用。
步骤二、将13g的金属锂和300ml无水四氢呋喃(水分小于200ppm)加至带机械搅拌的1000ml反应瓶中,边搅拌边降温至-5℃~0℃开始滴加上述混合溶液约2小时滴完,控制温度在5℃~15℃,滴完后保温1小时后取样加水淬灭反应后TLC(PE:EA=10:1,碘显色,水浸泡),同时送样GC检测合格后(中控1),降温至-10℃~-8℃。
步骤三、加入2g吩噻嗪搅拌10min。
步骤四、开始滴加120g丙烯酸酐控制滴加速度将温度控制在-10℃~-5℃,滴完后保温1小时后取样加水淬灭反应后送样GC(中控2),将反应体系温度将至-10℃~-8℃向1000ml反应瓶中滴加300ml去离子水淬灭反应后将反应液转移至1000ml分液漏斗中静止1小时待溶液分清。
步骤五、萃取有机层,转移至旋转蒸发仪上20℃减压蒸至无液体留出时取下,水层用300ml正己烷萃取,将有机层和合并并蒸干(约300g黄色液体),加入500ml正己烷稀释有大量的粘稠固体析出,过滤后滤液用300×2的去离子水洗涤后分去水层,用30g无水硫酸钠干燥后过硅胶(200g)后用1000ml正己烷冲洗,再过一次硅胶(200g)后用300ml正己烷冲洗硅胶后,母液20℃减压浓缩至无液体留出,取样送样GC,得到无色透明液体172g(粗产品).
步骤六、用1000ml正己烷稀释后过硅胶(200g)后用300ml正己烷冲洗硅胶后,取样送样GC(中控3),母液20℃减压浓缩至无液体留出,得到无色透明液体141.36g(纯度〉98.3%)(水泵拉干3小时)。
实施例二、
步骤一、将150g金刚烷酮溶于375ml无水四氢呋喃中,搅拌下加入溴甲烷的四氢呋喃溶液中(180g溴甲烷通入到-5℃--0℃的315ml四氢呋喃中),溶清后待用。
步骤二、将19.6g的金属锂和330ml无水四氢呋喃(水分小于200ppm)加至带机械搅拌的1000ml反应瓶中,边搅拌边降温至-5℃~0℃开始滴加上述混合溶液约2.5小时滴完,控制温度在5℃~15℃,滴完后保温1.5小时后取样加水淬灭反应后TLC(PE:EA=10:1,碘显色,水浸泡),同时送样GC检测合格后(中控1),降温至-10℃~-5℃。
步骤三、加入4.5g吩噻嗪搅拌20min。
步骤四、开始滴加176g丙烯酸酐控制滴加速度将温度控制在-10℃~-5℃,滴完后保温1.5小时后取样加水淬灭反应后送样GC(中控2),将反应体系温度将至-10℃~-8℃向1000ml反应瓶中滴加450ml去离子水淬灭反应后将反应液转移至1000ml分液漏斗中静止1.5小时待溶液分清。
步骤五、萃取有机层,转移至旋转蒸发仪上20℃以下的温度减压蒸至无液体留出时取下,水层用300ml环己烷萃取两次,将有机层和合并并蒸干(约389g黄色液体),加入500ml环己烷稀释有大量的粘稠固体析出,过滤后滤液用300×2的去离子水洗涤后分去水层,用45g无水硫酸钠干燥后过硅胶(200g)后用1000ml环己烷冲洗,再过一次硅胶(250g)后用400ml环己烷冲洗硅胶后,母液20℃减压浓缩至无液体留出,取样送样GC,得到无色透明液体252g(粗产品).
步骤六、用1200ml环己烷稀释后过硅胶(250g)后用350ml环己烷冲洗硅胶后,取样送样GC(中控3),母液20℃以下的温度减压浓缩至无液体留出,得到无色透明液体207.10g(纯度〉98.3%)(水泵拉干3小时)。
实施例三、
步骤一、将150g金刚烷酮溶于300ml无水苯中,搅拌下加入178g的65%(wt/wt)溴甲烷的苯溶液中(溴甲烷通入到-5℃--0℃的无水苯中),溶清后待用。
步骤二、将13g的金属锂和220ml无水苯加至带机械搅拌的1000ml反应瓶中,边搅拌边降温至-5℃~0℃开始滴加上述混合溶液约3小时滴完,控制温度在5℃~15℃,滴完后保温1小时后取样加水淬灭反应后TLC(PE:EA=10:1,碘显色,水浸泡),同时送样GC检测合格后(中控1),降温至-10℃~-8℃。
步骤三、加入1g吩噻嗪搅拌10min。
步骤四、开始滴加75g丙烯酸酐控制滴加速度将温度控制在-10℃~-5℃,滴完后保温0.5小时后取样加水淬灭反应后送样GC(中控2),将反应体系温度将至-10℃~-8℃向1000ml反应瓶中滴加200ml去离子水淬灭反应后将反应液转移至1000ml分液漏斗中静止1小时待溶液分清。
步骤五、萃取有机层,转移至旋转蒸发仪上15℃减压蒸至无液体留出时取下,水层用200ml石油醚萃取,将有机层和合并并蒸干(约330g黄色液体),加入300ml石油醚稀释有大量的粘稠固体析出,过滤后滤液用200×2的去离子水洗涤后分去水层,用20g无水硫酸钠干燥后过硅胶(150g)后用分别400ml石油醚冲洗两次,再过一次硅胶(150g)后用200ml石油醚冲洗硅胶后,母液15℃减压浓缩至无液体留出,取样送样GC,得到无色透明液体215.2g(粗产品).
步骤六、用800ml石油醚稀释后过硅胶(150g)后用300ml石油醚冲洗硅胶后,取样送样GC(中控3),母液15℃以下温度减压浓缩至无液体留出,得到无色透明液体187.9g(纯度〉98%)(水泵拉干3小时)。

Claims (7)

1.一种2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:在低温条件下,金刚烷酮与溴甲烷在金属锂的作用下形成活性中间体后,由该活性中间体与丙烯酸酐反应得到2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯;
其中,所述低温条件为所述2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备过程的温度控制在20℃以下;
由以下具体工艺步骤来实现:
步骤一、将溴甲烷和金刚烷酮分别溶于溶剂中后,将溴甲烷溶液滴加于金刚烷酮的溶液中,形成预备液一;
步骤二、将金属锂加入溶剂中,形成预备液二;
步骤三、将预备液一缓慢滴加至预备液二中,反应温度为5-15℃,反应时间0.5-1.5个小时;
步骤四、将反应体系降温至-5℃以下,加入催化量的聚阻剂;
步骤五、滴加丙烯酸酐,反应温度为-10℃~-5℃,反应时间0.5-1.5个小时,加水淬灭反应;
步骤六、经后处理得到2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯;
所述步骤五中加水淬灭反应的过程中的温度控制在-5℃以下;
所述步骤六中的后处理为至少一次的萃取、至少一次的过滤和减压蒸馏。
2.如权利要求1所述的一种2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:所述金刚烷酮、金属锂、溴甲烷和丙烯酸酐的摩尔比为1:1.8-2.8:0.8-1.9:0.6-1.4。
3.如权利要求1所述的一种2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:所述金刚烷酮、金属锂、溴甲烷和丙烯酸酐的摩尔比优选为1:2.3-2.8:1.5-1.9:1.2-1.4。
4.如权利要求1所述的一种2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:所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。
5.如权利要求1所述的一种2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:所述溶剂可选自无水四氢呋喃、二乙基醚、甲苯、苯、烷烃中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种2-甲基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:所述减压蒸馏的温度低于20℃。
7.一种2-烷基-2-金刚烷醇丙烯酸酯的制备方法,其特征在于:将权利要求1-6中的溴甲烷替代为任意气态的卤代化合物。
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