CN105294752A - 一种制备三甲基碘硅烷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备三甲基碘硅烷的方法，该方法包括以下步骤：1)在保护气体存在下，将阴离子交换树脂和水加入到反应容器中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷，加入三甲基氯硅烷后升温至65-75℃搅拌反应1.5-3小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷；2)在保护气体存在下，将六甲基二硅氧烷和铝粉加入到另一反应容器中，开动搅拌，升温至55℃，然后加入碘单质，碘单质加入完成后浴温升至120-140℃，反应回流2-3小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷。该方法能够提高了三甲基碘硅烷的收率，操作简单，条件温和，适合大规模生产及推广。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体地，涉及一种制备三甲基碘硅烷的方法。
背景技术
三甲基碘硅烷在药物合成以及有机合成领域常作为氨基、羟基、巯基等官能团的保护试剂，由于其活性高、反应条件温和等优点使其具有广泛的应用，尤其在药物合成如头孢吡肟、头孢匹罗的合成中的应用。
目前，三甲基碘硅烷的合成方法有多种，工业上常用的合成方法是六甲基二硅氧烷与碘和铝粉反应制备三甲基碘硅烷。工业上，六甲基二硅氧烷主要通过三甲基氯硅烷水解得到，由于水解后反应体系呈酸性，往往需要加入有机或无机碱作为缚酸剂，加入无机碱中和反应剧烈，造成对产品稳定性的影响，六甲基二硅氧烷收率降低；而加入有机碱，会造成产品与有机碱难以分离，产品纯度难以保证，杂质很容易带入后续的反应中，从而影响最终产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有的制备三甲基碘硅烷的方法中收率低、副产物多等缺陷，提供一种制备三甲基碘硅烷的方法。
本发明的发明人通过研究发现，三甲基碘硅烷的关键原料六甲基二硅氧烷通过三甲基氯硅烷水解得到，该水解过程中，体系呈强酸性，会抑制进一步水解反应并且强酸会破坏部分六甲基二硅氧烷，从而收率很低。另外，该过程产生的低沸点杂质如四甲基硅烷等难以除去，直接影响三甲基碘硅烷的合成过程以及其纯度。现有技术中加入有机碱如N,N-二甲基苯胺作为缚酸剂，而反应后有机碱和产物都处于反应液上层，难以直接分离，并且N,N-二甲基苯胺会与部分产物或原料共沸，加大了产品纯化的难度。本发明的发明人发现，将阴离子交换树脂用于三甲基氯硅烷的水解反应，加速了反应，并且反应后，分离简单，大大简化了操作，由此得到的六甲基二硅氧烷收率高、纯度高，进而参加后续反应得到三甲基碘硅烷收率更高、纯度高。
为了实现上述目的，本发明提供一种三甲基碘硅烷的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)在保护气体存在下，将阴离子交换树脂和水加入到反应容器中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷，加入三甲基氯硅烷后升温至65-75℃搅拌反应1.5-3小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷；
2)在保护气体存在下，将六甲基二硅氧烷和铝粉加入到另一反应容器中，开动搅拌，升温至55℃，然后加入碘单质，碘单质加入完成后浴温升至120-140℃，反应回流2-3小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷。
在本发明中，为了进一步提高反应的收率以及原子利用率，优选情况下，在步骤1)中，三甲基氯硅烷与水的用量的摩尔比为1:2-4；阴离子交换树脂的用量为三甲基氯硅烷重量的30-50％；进一步优选情况下，三甲基氯硅烷与水的用量的摩尔比为1:3-4；阴离子交换树脂的用量为三甲基氯硅烷重量的35-45％。
在本发明中，对于阴离子交换树脂并没有特别的限定，例如所述阴离子交换树脂为强碱型或弱碱型阴离子交换树脂。作为市售品，所述强碱型阴离子交换树脂可以为201×7(717)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、201×4(711)强碱性苯乙烯系I型阴离子交换树脂或D201大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂等；所述弱碱型阴离子交换树脂可以为303弱碱性环氧系阴离子交换树脂、D301大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂或D311大孔丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂等。
本发明提供的制备方法，在步骤2)中，优选情况下，六甲基二硅氧烷、铝粉和碘单质的用量的摩尔比为1:1.5-1.8:3-4。
在本发明中，发明人发现，使用不同粒径的铝粉对反应的收率和反应效率均有影响，例如，铝粉平均粒径过大则使得铝粉与碘单质接触面积过小反应时间长，而铝粉的平均粒径过小则容易颗粒集聚反应不均匀，优选情况下，所述铝粉的平均粒径为30-50μm。
为了进一步提高反应收率，所述碘单质通过加料漏斗分三次加入，总的加入时间为15-25分钟。
在发明中，所述保护气体为氦气、氩气和氮气中的一种或多种。
在本发明中，可以根据需要选用合适的反应容器，例如三口烧瓶，可以根据需要装配加料漏斗、冷凝管、温度计或者机械搅拌等。在本发明中优选在搅拌下进行反应，搅拌方法可以采用本领域常规的机械搅拌或磁力搅拌。
在本发明中，过量的碘单质可以通过本领域的常规方法进行回收。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1.中间体六甲基二硅氧烷收率更高，纯化更加简单；2.三甲基碘硅烷杂质少、无低沸点杂质生成，纯化简单即可获得高纯度产品。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种制备三甲基碘硅烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，将阴离子交换树脂17.4g(201×4(711)强碱性苯乙烯系I型阴离子交换树脂)和水26ml(1.4mol)加入到三口烧瓶中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷43.4g(400mmol)，加入三甲基氯硅烷后升温至75℃搅拌反应2.5小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷30.5g，纯度99.5％，收率93.8％；
2)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，加入步骤1)六甲基二硅氧烷16.2g(100mmol)和铝粉4.9g(180mmol，平均粒径为35μm)，开动磁力搅拌，升温至55℃，然后通过加料漏斗分三次加入碘单质76.2g(300mmol，每次25.4g)，每次加料时间为5分钟，碘单质加入完成后浴温升至130℃，反应回流2小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷37.6g，纯度99.8％，收率93.9％。
实施例2
一种制备三甲基碘硅烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，将阴离子交换树脂19.4g(D201大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂)和水23ml(1.2mol)加入到三口烧瓶中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷43.4g(400mmol)，加入三甲基氯硅烷后升温至70℃搅拌反应1.5小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷29.8g，纯度99.6％，收率91.7％；
2)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，加入六甲基二硅氧烷16.2g(100mmol)和铝粉4g(150mmol，平均粒径为30μm)，开动磁力搅拌，升温至55℃，然后通过加料漏斗分三次加入碘单质88.8g(350mmol，每次29.6g)，每次加料时间为8分钟，碘单质加入完成后浴温升至120℃，反应回流3小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷36.7g，纯度99.8％，收率91.8％。
实施例3
一种制备三甲基碘硅烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，将阴离子交换树脂15.2g(303弱碱性环氧系阴离子交换树脂)和水30ml(1.6mol)加入到三口烧瓶中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷43.4g(400mmol)，加入三甲基氯硅烷后升温至65℃搅拌反应2小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷29.5g，纯度99.8％，收率90.9％；
2)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，加入六甲基二硅氧烷16.2g(100mmol)和铝粉4.3g(160mmol，平均粒径为50μm)，开动磁力搅拌，升温至55℃，然后通过加料漏斗分三次加入碘单质101.4g(400mmol，每次33.8g)，每次加料时间为7分钟，碘单质加入完成后浴温升至125℃，反应回流2.5小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷37.5g，纯度99.6％，收率93.7％。
实施例4
一种制备三甲基碘硅烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，将阴离子交换树脂13g(201×7(717)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂)和水17ml(800mmol)加入到三口烧瓶中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷43.4g(400mmol)，加入三甲基氯硅烷后升温至75℃搅拌反应3小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷27.8g，纯度99.6％，收率85.7％；
2)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，加入六甲基二硅氧烷16.2g(100mmol)和铝粉4.9g(130mmol，平均粒径为85μm)，开动磁力搅拌，升温至55℃，然后通过加料漏斗分三次加入碘单质76.2g(300mmol，每次25.4g)，每次加料时间为7分钟，碘单质加入完成后浴温升至135℃，反应回流2.5小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷36.1g，纯度99.8％，收率90.2％。
实施例5
一种制备三甲基碘硅烷的方法，该方法包括以下步骤：
1)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，将阴离子交换树脂21.6g(201×7(717)强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂)和水18ml(1mol)加入到三口烧瓶中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷43.4g(400mmol)，加入三甲基氯硅烷后升温至65℃搅拌反应2.5小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷27.7g，纯度99.8％，收率85.4％；
2)250ml三口烧瓶，装置加料漏斗、氮气导管和回流冷凝管，开启氮气吹扫，加入六甲基二硅氧烷16.2g(100mmol)和铝粉4.9g(130mmol，平均粒径为85μm)，开动磁力搅拌，升温至55℃，然后通过加料漏斗分三次加入碘单质76.2g(300mmol，每次25.4g)，每次加料时间为5分钟，碘单质加入完成后浴温升至140℃，反应回流3小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷36.6g，纯度99.5％，收率91.5％。
对比例1
如实施例1制备三甲基碘硅烷的方法，所不同的是，不加入阴离子交换树脂，步骤1)得六甲基二硅氧烷15.7g，纯度85.5％，收率48.2％。
对比例2
如实施例1制备三甲基碘硅烷的方法，所不同的是，将阴离子交换树脂替换成相同重量的N,N-二甲基苯胺，步骤1)得六甲基二硅氧烷22.1g，纯度91.7％，收率68.1％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种制备三甲基碘硅烷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)在保护气体存在下，将阴离子交换树脂和水加入到反应容器中，开动搅拌，升温至45℃，加入三甲基氯硅烷，加入三甲基氯硅烷后升温至65-75℃搅拌反应1.5-3小时，常压蒸馏，收集99-100℃馏分，用无水硫酸钠干燥，过滤，得六甲基二硅氧烷；
2)在保护气体存在下，将铝粉和步骤1)所得的六甲基二硅氧烷加入到另一反应容器中，开动搅拌，升温至55℃，然后加入碘单质，碘单质加入完成后浴温升至120-140℃，反应回流2-3小时，装置改为蒸馏装置，常压蒸馏，收集106-107℃馏分，得三甲基碘硅烷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，三甲基氯硅烷与水的用量的摩尔比为1:2-4；阴离子交换树脂的用量为三甲基氯硅烷重量的30-50％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，三甲基氯硅烷与水的用量的摩尔比为1:3-4；阴离子交换树脂的用量为三甲基氯硅烷重量的35-45％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述阴离子交换树脂为强碱型或弱碱型阴离子交换树脂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，六甲基二硅氧烷、铝粉和碘单质的用量的摩尔比为1:1.5-1.8:3-4。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述铝粉的平均粒径为30-50μm。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述碘单质通过加料漏斗分三次加入，总的加入时间为15-25分钟。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护气体为氦气、氩气和氮气中的一种或多种。
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