CN105837396B - 一种5‑氯‑1‑戊烯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种5‑氯‑1‑戊烯的合成方法。以过量的4‑戊烯‑1‑醇和氯化亚砜为反应原料,以吡啶为溶剂,在低温条件下以催化剂催化氯化反应,高收率的得到5‑氯‑1‑戊烯;本发明通过改变工艺条件达到避免副反应发生的目的,最终实现了反应的高选择性、高转化率;反应液经处理后,通过简单蒸馏的手段即可得到98%含量以上的产品;通过添加三氧化铋作为催化剂催化反应,实现了低温反应,反应转化率最高可达到95.22%。

Description

一种5-氯-1-戊烯的合成方法
技术领域
本发明属于5-氯-1-戊烯的合成方法改进。
背景技术
5-氯-1-戊烯,分子结构式为:
5-氯-1-戊烯,纯品为无色透明液体。由于其分子结构为既有双键又有氯原子的直链烃,因此它同时具有烯烃和卤代烃的性质,故而其作为有机合成中间体有着广泛的应用前景。
目前,大多数有机合成中采用与其化学性质相似的5-溴-1-戊烯参加反应。但是5-溴-1-戊烯制备困难,产品含量低,价格极其昂贵。美国专利US5563230采用1,5-二溴戊烷为底物,通过对其中一端的溴进行消除反应来制得5-溴-1-戊烯。化学反应式如下:
这条工艺路线会有大量的脱两个溴化氢的消除副反应发生,即1,4-戊二烯,反应式如下:
US5563230报导最终产品收率仅为61.5%。其使用的消除反应催化剂为价格昂贵的三(二甲胺基)膦,反应温度在195℃以上。产品价格高昂、生产条件苛刻的缺点,在很大程度上限制了这个结构的化合物在有机合成中的应用。
5-氯-1-戊烯中的氯原子较之普通的饱和氯代烷烃要相对活泼,那是因为在其结构中的碳-碳双键与3号位的碳氢键相互作用引起了离域效应。这种由σ,π共轭造成的离域效应会使得3号位的碳正离子稳定性加强。同样的原因,双键对末端氯原子的诱导效应也使得5号位的碳正离子稳定性大于普通的饱和氯代烷烃。与之相连的氯原子更易发生取代反应。5-氯-1-戊烯这一特别的化学性质,使得采用5-氯-1-戊烯替代价格高昂的5-溴-1-戊烯应用在有机合成领域中变的更加有研究意义,也更加具备经济价值。
目前,关于5-氯-1-戊烯合成方法的公开文献很少,George W.Kabalka在其申请的专利US4450149中报导过5-氯-1-戊烯的合成。他采用过量的氯化亚砜与4-戊烯-1-醇为反应原料,以乙醚为溶剂,用稍稍过量的吡啶为缚酸剂,回流反应制得产品。最终反应收率为49%。这个方法存在反应过程选择性差、最终产品的纯度低等缺点,通过蒸馏得到的产物中依然有大量的副产物。产品应用在有机合成中,需要进一步精馏才能得到纯度高的产品。另外,反应收率低也使得5-氯-1-戊烯的合成成本居高不下。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的5-氯-1-戊烯的合成工艺,新工艺避免了大量副反应产物的生成,大幅提高了反应的选择性和转化率,最终反应物通过简单蒸馏即能获得高品质的5-氯-1-戊烯。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的,一种5-氯-1-戊烯的合成方法,其分子结构式如下:
其特征在于,所述合成方法是以过量的4-戊烯-1-醇和氯化亚砜为反应原料,以吡啶为溶剂,在低温条件下以催化剂催化氯化反应,高收率的得到5-氯-1-戊烯;
所述合成方法的化学反应式如下:
优选的,所述4-戊烯-1-醇和氯化亚砜的摩尔比为(1.05-1.5)/1。
优选的,所述合成方法采用吡啶为溶剂,吡啶同时也作为缚酸剂,吡啶用量是氯化亚砜质量的2-5倍。
优选的,所述合成方法采用三氧化二铋为催化剂,三氧化二铋用量为4-戊烯-1-醇质量的0.1%-1%。
优选的,所述氯化反应温度为10-30℃,氯化反应时间为24-72小时。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
第一,本发明通过改变工艺条件达到避免副反应发生的目的,最终实现了反应的高选择性、高转化率;第二,反应液经处理后,通过简单蒸馏的手段即可得到98%含量以上的产品;第三,通过添加三氧化铋作为催化剂催化反应,实现了低温反应,反应转化率最高可达到95.22%。
由4-戊烯-1-醇经氯代制得5-氯-1-戊烯的反应属于羟基的取代反应。羟基被氯原子取代的反应一般使用盐酸-氯化锌、三氯化磷、五氯化磷及氯化亚砜作为氯化剂。盐酸-氯化锌体系会有导构化、双键加成等副反应;三氯化磷会发生生成亚磷酸酯的副反应;五氯化磷会副产大量的三氯氧磷。本发明选择氯化亚砜作为氯化剂。
这个反应主要会有下面几种副反应发生:
一方面,反应放出的氯化氢气体会与末端双键发生加成副反应;另一方面,双键和3号位的碳原子之间的共轭效应导致了重排副反应,过渡态的历程如下:
1号位及3号位的碳正离子稳定性强,过渡态的负电荷得到有效的分散,故而无论是SN1还是SN2取代历程,1号位及3号位都是非常活泼的,会发生如上述2、3反应式所述的取代副反应。
及时将反应生成的氯化氢移出反应体系可以有效的避免加成副反应,提高反应转化率。本发明摒弃了US4450149所选择的乙醚。因为当乙醚为溶剂时,由于乙醚的氧原子上有未共用电子对,容易与主反应生成的氯化氢生成盐。由于这个原因,氯化氢在乙醚中有很大的溶解度,不能及时逸出或者与吡啶反应。生成的盐是很强的路易斯酸,可以催化加成反应,也可以直接与双键发生反应,生成加成产物。本发明选择吡啶即作溶剂也作为缚酸剂,一方面,副产物氯化氢一旦生成就立刻与吡啶反应生成吡啶盐酸盐,并以固体形式析出,从而移出反应体系;另一方面,吡啶作为强极性溶剂,也有利于亲核取代反应的进行。本发明吡啶的用量为氯化亚砜的2-5倍。
另外,由于双键引起的共轭效应,氯化亚砜也更容易取代与1号位及3号位碳原子相连的氢原子。本发明通过降低氯化亚砜的浓度及反应温度来减小这个副反应。本发明采用4-戊烯-1-醇过量,而非氯化亚砜过量。4-戊烯-1-醇与氯化亚砜摩尔比为(1.05-1.5)/1,这样可以避免过量的氯化亚砜取代1、3号位碳原子上的氢原子,有利于反应完全。反应温度越高,反应速度越快,但同时也会增加上述第2及第3种副反应的可能。本发明反应温度选择在10-30℃之间来避免第2及第3种副反应,然后通过添加催化剂和延长反应时间的方法提高主反应的反应速度及转化率,实际操作取得了很好的效果。本发明选择三氧化二铋为催化剂,催化剂的用量为4-戊烯-1-醇质量的0.1%-1%。反应时间选择在24-72小时。
本发明实际操作时,首先在反应瓶中放入称量好的4-戊烯-1-醇、催化剂及吡啶,在一定温度下滴加计量好的氯化亚砜,滴加结束后在10-30℃之间反应。一段时间后,过滤掉吡啶盐酸盐,滤液加入到蒸馏水中,分出下层油层。油层用水泵减压蒸馏,得到无色透明液体,即为5-氯-1-戊烯。
具体实施方式
具体参见以下实例:
实例1:
在装有机械搅拌器、滴加漏斗、回流冷凝器和温度计的2000ml四口烧瓶中,加入200g(2.33mol)4-戊烯-1-醇及900g吡啶。搅拌下用冰盐浴将体系温度降到0℃,此时用滴加漏斗向体系中滴加238g(2mol)氯化亚砜。控制滴加速度以保证物料温度不超过5℃,滴加结束,撤去冰盐浴。自然升温到10-30℃之间,搅拌反应48小时。温度超过30℃时用冰盐浴冷却到30℃以下。反应结束后,用布氏漏斗过滤,滤饼为吡啶盐酸盐,用200ml丙酮分两次淋洗滤饼。合并滤液和洗液,倒入1500ml蒸馏水中,静置,分出下层油层。油层继续用蒸馏水洗至中性,再用水泵减压蒸馏,收集馏头温度为88-95℃之间的馏分(真空度为250mmHg)。得到179.5g无色透明液体,收率为85.89%。气相色谱检测含量为98.93%。
实例2:
在装有机械搅拌器、滴加漏斗、回流冷凝器和温度计的2000ml四口烧瓶中,加入200g(2.33mol)4-戊烯-1-醇及700g吡啶。搅拌下用冰盐浴将体系温度降到0℃,此时用滴加漏斗向体系中滴加264g(2.22mol)氯化亚砜。控制滴加速度以保证物料温度不超过5℃,滴加结束,撤去冰盐浴。自然升温到10-30℃之间,搅拌反应24小时。温度超过30℃时用冰盐浴冷却到30℃以下。反应结束后,用布氏漏斗过滤,滤饼为吡啶盐酸盐,用200ml丙酮分两次淋洗滤饼。合并滤液和洗液,倒入1500ml蒸馏水中,静置,分出下层油层。油层继续用蒸馏水洗至中性,再用水泵减压蒸馏,收集馏头温度为82-95℃之间的馏分(真空度为225mmHg)。得到191g无色透明液体,收率为82.33%。气相色谱检测含量为98.09%。
实例3:
在装有机械搅拌器、滴加漏斗、回流冷凝器和温度计的2000ml四口烧瓶中,加入200g(2.33mol)4-戊烯-1-醇、2g三氧化铋及700g吡啶。搅拌下用冰盐浴将体系温度降到0℃,此时用滴加漏斗向体系中滴加238g(2mol)氯化亚砜。控制滴加速度以保证物料温度不超过5℃,滴加结束,撤去冰盐浴。自然升温到10-30℃之间,搅拌反应72小时。温度超过30℃时用冰盐浴冷却到30℃以下。反应结束后,用布氏漏斗过滤,滤饼为催化剂及吡啶盐酸盐,用200ml丙酮分两次淋洗滤饼。合并滤液和洗液,倒入1500ml蒸馏水中,静置,分出下层油层。油层继续用蒸馏水洗至中性,再用水泵减压蒸馏,收集馏头温度为88-95℃之间的馏分(真空度为255mmHg)。得到199g无色透明液体,收率为95.22%。气相色谱检测含量为98.27%。
实例4-7:
同实例1同样操作,固定4-戊烯-1-醇投料量为200g、吡啶投料量为750g,改变氯化亚砜及催化剂的用量及反应时间,结果如下表:
序号 氯化亚砜g 醇/砜摩尔比 催化剂g 反应时间h 收率% 含量%
4 195 1.42/1 1 72 94.95 99.38
5 250 1.11/1 0.2 48 91.97 98.56
6 250 1.11/1 0 72 83.61 97.81
7* 238 1.17/1 2* 24 93.45 98.19
*:将实例3及实例4的滤饼用大量水洗,溶去三乙胺盐酸盐。残留的三氧化铋经烘干后,直接套用在实例7中使用,用量为2g。

Claims (5)

1.一种5-氯-1-戊烯的合成方法,其分子结构式如下:
其特征在于,所述合成方法是以过量的4-戊烯-1-醇和氯化亚砜为反应原料,以吡啶为溶剂,在低温条件下以三氧化二铋为催化剂催化氯化反应,得到5-氯-1-戊烯;
所述合成方法的化学反应式如下:
2.根据权利要求1所述的5-氯-1-戊烯的合成方法,其特征在于,所述4-戊烯-1-醇和氯化亚砜的摩尔比为(1.05-1.5)/1。
3.根据权利要求1所述的5-氯-1-戊烯的合成方法,其特征在于,所述合成方法采用吡啶为溶剂,吡啶同时也作为缚酸剂,吡啶用量是氯化亚砜质量的2-5倍。
4.根据权利要求1所述的5-氯-1-戊烯的合成方法,其特征在于,所述三氧化二铋用量为4-戊烯-1-醇质量的0.1%-1%。
5.根据权利要求1所述的5-氯-1-戊烯的合成方法,其特征在于,所述氯化反应温度为10-30℃,氯化反应时间为24-72小时。
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