CN108047089A - 一种4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种4‑叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,属于有机合成技术领域。本发明的技术方案要点为:将邻二甲苯与氯代叔丁烷在催化剂碘的作用下反应制得4‑叔丁基邻二甲苯;将4‑叔丁基邻二甲苯经氧化剂高锰酸钾氧化制得4‑叔丁基邻苯二甲酸;将4‑叔丁基邻苯二甲酸在二氯亚砜中回流反应制得4‑叔丁基邻苯二甲酰氯;将4‑叔丁基邻苯二甲酰氯与氨溶液反应制得4‑叔丁基邻苯二甲酰胺;将4‑叔丁基邻苯二甲酰胺与脱水剂五氧化二磷经脱水反应制得4‑叔丁基邻苯二甲腈。本发明反应条件温和、收率较高、成本低廉且适合工业化生产,是一种具有工业生产价值的合成方法。

Description

一种4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法。
背景技术
酞菁是一种非常重要的工业原料,早期用作颜料、涂料、油墨和油漆的呈色填料。合成酞菁最重要的两类结构为邻苯二酐或邻苯二甲腈类化合物,其中4-叔丁基邻苯二甲腈由于结构中带有叔丁基,合成的酞菁结构溶解性能有大大改善,因此4-叔丁基邻苯二甲腈的合成研究具有重要的意义。
目前4-叔丁基邻苯二甲腈的合成方法包括:一、用4-叔丁基邻二溴苯与氰化物反应。1、2008年,Iqbal, Zafar等报道以4-叔丁基溴苯为原料,经四氯化碳中铁粉催化与溴素反应获得4-叔丁基邻二溴苯,继而在含有少量的聚甲基聚硅氧烷的N,N-二甲基乙酰胺中,用Pd2(dba)3和1,1'-双(二苯基膦)二茂铁作催化剂,120℃与氰化锌反应合成4-叔丁基(Synlett, (15), 2287-2290; 2008。),反应2小时,柱色谱分离收率80%;2、2002年,张英菊报道(Ranliao Gongye, 39(4), 27-29; 2002)报道用叔丁基苯为起始原料,在二硫化碳中用铁和碘作引发剂与溴素反应得到4-叔丁基邻苯二溴,继而在邻二氯苯溶剂中,在相转移催化剂苄基十二烷基二甲基溴化铵作用下,165℃与氰化铜反应得到4-叔丁基邻苯二甲腈,收率60.9%;3、1976年,Kovshev, E. I.(Zhurnal Vsesoyuznogo KhimicheskogoObshchestva im. D. I. Mendeleeva, 21(4), 465-6; 1976)报道用4-叔丁基邻二溴苯与氰化铜在DMF中制备4-叔丁基邻二苯甲腈。二、邻苯二甲腈付克叔丁基化反应。1、1998年,Panteleeva, E. V.(Russian Journal of Organic Chemistry (Translation ofZhurnal Organicheskoi Khimii), 34(11), 1632-1639; 1998。)报道用溴代叔丁烷与邻苯二甲腈反应制备4-叔丁基邻苯二甲腈,但是反应收率低13%,且以多种混合物存在;2、Wang, Chen1998年(Journal of Organic Chemistry, 63(26), 9956-9959; 1998。)报道在六正丁基二锡、DBU存在下,在苯中与碘代叔丁烷反应得到4-叔丁基邻苯二甲腈,收率90%。三、以4-叔丁基邻二苯甲醛为原料反应。1、1997年,Fukazawa, Kazuhito(JP09025261A)报道了用4-叔丁基邻苯二甲醛经与盐酸羟胺反应,再经三氯氧磷脱水得4-叔丁基邻苯二甲腈。四、4-叔丁基邻二甲苯氨氧化反应。1981年Shapovalov, A. A.(Izvestiya Akademii Nauk Kazakhskoi SSR, Seriya Khimicheskaya, (4), 56-8;1981)报道了用4-叔丁基邻二甲苯,经氨气,氧气氧化制得4-叔丁基邻苯二甲腈。
在已经报道的合成路线中,要么起始物料来源不易,要么反应用到剧毒试剂或昂贵试剂,要么反应温度超高或高压,都不适合工业化生产。因此开发一条适合工业化生产的4-叔丁基邻苯二甲腈合成工艺具有现实意义。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种反应条件温和、收率较高、成本低廉且适合工业化生产的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案,一种4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于具体步骤为:
(1)将邻二甲苯与氯代叔丁烷在催化剂碘的作用下反应制得4-叔丁基邻二甲苯;
(2)将4-叔丁基邻二甲苯经氧化剂高锰酸钾氧化制得4-叔丁基邻苯二甲酸;
(3)将4-叔丁基邻苯二甲酸在二氯亚砜中回流反应制得4-叔丁基邻苯二甲酰氯;
(4)将4-叔丁基邻苯二甲酰氯与氨溶液反应制得4-叔丁基邻苯二甲酰胺;
(5)将4-叔丁基邻苯二甲酰胺与脱水剂五氧化二磷经脱水反应制得4-叔丁基邻苯二甲腈。
进一步优选,步骤(1)的具体过程为:将氯代叔丁烷加入到邻二甲苯中,再加入催化剂碘,于0-50℃反应,反应结束后将反应体系用硫代硫酸钠水溶液洗涤,干燥后减压蒸馏得到无色液体4-叔丁基邻二甲苯。
进一步优选,所述邻二甲苯、氯代叔丁烷与催化剂碘的投料摩尔比为1:1-10:0.01-0.3。
进一步优选,步骤(2)的具体过程为:将4-叔丁基邻二甲苯加入到溶剂叔丁醇、冰醋酸与水的混合溶液中,再分批加入氧化剂高锰酸钾,回流反应,反应结束后趁热过滤,滤饼水洗,合并滤液和滤饼水洗液,用盐酸调节pH=2-3后蒸干得到4-叔丁基邻苯二甲酸。
进一步优选,所述4-叔丁基邻二甲苯、叔丁醇、冰醋酸和水投料配比为1g:3mL:0.5-1mL:3mL,4-叔丁基邻二甲苯与氧化剂高锰酸钾的投料摩尔比为1:4-8。
进一步优选,步骤(3)的具体过程为:将4-叔丁基邻苯二甲酸加入到二氯亚砜中回流反应,反应结束后常压回收二氯亚砜,剩余物减压蒸馏得到4-叔丁基邻苯二甲酰氯。
进一步优选,所述4-叔丁基邻苯二甲酸与二氯亚砜的投料配比为1g:5-10mL。
进一步优选,步骤(4)的具体过程为:将4-叔丁基邻苯二甲酰氯溶于1,4-二氧六环中,于-5-0℃加入到1,4-二氧六环氨溶液中,然后升温至室温搅拌过夜,旋干溶剂得到白色固体4-叔丁基邻苯二甲酰胺。
进一步优选,步骤(5)的具体过程为:将4-叔丁基邻苯二甲酰胺加入到溶剂乙腈中,再分批加入脱水剂五氧化二磷,回流反应,反应结束后浓缩,将剩余物倒入冰水混合物中,析出白色固体,过滤得到目标产物4-叔丁基邻苯二甲腈。
进一步优选,所述4-叔丁基邻苯二甲酰胺与溶剂乙腈的投料配比为1g:5-20mL,4-叔丁基邻苯二甲酰胺与脱水剂五氧化二磷的投料摩尔比为1:1.5-5。
本发明利用邻二甲苯为起始原料,经上叔丁基、氧化、成酰氯、氨化、脱水制备4-叔丁基邻苯二甲腈,该合成路线较长,但是反应条件温和、收率较高、成本低廉且适合工业化生产,是一种具有工业生产价值的合成方法。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明,但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
在三口瓶中,加入邻二甲苯106 g(1.0 mol)和氯代叔丁烷92g(1.0 mol),加入催化剂碘2.54 g(0.01 mol),于0℃反应,点板监控反应结束,将反应体系用硫代硫酸钠水溶液洗涤,干燥后减压蒸馏得无色液体4-叔丁基邻二甲苯160g,收率98.7%,气相纯度99.8%。
在三口瓶中,加入4-叔丁基邻二甲苯162 g(1.0 mol),加入叔丁醇486 mL、水486mL和冰醋酸82 mL的混合溶液,分批加入高锰酸钾632 g(4mol),回流反应,TLC监控反应结束,趁热过滤,滤饼水洗,合并滤液和滤饼水洗液,用盐酸调节pH值为2-3左右,蒸干得到产品4-叔丁基邻苯二甲酸 221g,收率99.5%,液相纯度98.5%。
在三口瓶中,加入4-叔丁基邻苯二甲酸222g(1.0 mol),加入二氯亚砜1100mL,回流反应,反应结束常压回收二氯亚砜,剩余物减压蒸馏得到4-叔丁基邻苯二甲酰氯250g,收率96.5%。
在三口瓶中,将4-叔丁基邻苯二甲酰氯258 g(1.0 mol)溶于溶剂1,4-二氧六环中,慢慢加入1,4-二氧六环氨溶液中,控制反应内温-5℃,滴加完毕,升温到室温搅拌过夜,旋干溶剂得白色固体4-叔丁基邻苯二甲酰胺215 g,收率97.7%,液相纯度99.3%。
在三口瓶中,将4-叔丁基邻苯二甲酰胺220 g(1.0 mol)溶于1100mL溶剂乙腈中,分批加入213g五氧化二磷,回流反应,反应结束后浓缩,将剩余物倒入冰水混合物中,析出白色固体,过滤得到4-叔丁基邻苯二甲腈182g,收率98.9%,气相纯度99.5%。
实施例2
在三口瓶中,加入邻二甲苯106 g(1.0 mol)和氯代叔丁烷920 g(10.0 mol),加入催化剂碘7.26 g(0.30 mol),于50℃反应,点板监控反应结束,将反应体系用硫代硫酸钠水溶液洗涤,干燥后减压蒸馏得无色液体4-叔丁基邻二甲苯161g,收率99.3%,气相纯度99.9%。
在三口瓶中,加入4-叔丁基邻二甲苯162 g(1.0 mol),加入叔丁醇486 mL、水486mL和冰醋酸162 mL的混合溶液,分批加入高锰酸钾1264 g(8 mol),回流反应,TLC监控反应结束,趁热过滤,滤饼水洗,合并滤液和滤饼水洗液,用盐酸调节pH值为2-3左右,蒸干得到产品4-叔丁基邻苯二甲酸 220g,收率99.1%,液相纯度99.0%。
在三口瓶中,加入4-叔丁基邻苯二甲酸222g(1.0 mol),加入二氯亚砜2220mL,回流反应,反应结束常压回收二氯亚砜,剩余物减压蒸馏得到4-叔丁基邻苯二甲酰氯258g,收率99.6%。
在三口瓶中,将4-叔丁基邻苯二甲酰氯258 g(1.0 mol)溶于溶剂1,4-二氧六环中,慢慢加入1,4-二氧六环氨溶液中,控制反应内温不超过0℃,滴加完毕,升温到室温搅拌过夜,旋干溶剂得到白色固体4-叔丁基邻苯二甲酰胺215 g,收率97.7%,液相纯度99.3%。
在三口瓶中,将4-叔丁基邻苯二甲酰胺220 g(1.0 mol)溶于4400mL溶剂乙腈中,分批加入710g五氧化二磷,回流反应,反应结束后浓缩,将剩余物倒入冰水混合物中,析出白色固体,过滤得到白色4-叔丁基邻苯二甲腈180g,收率97.8%,气相纯度99.3%。
实施例3
在三口瓶中,加入邻二甲苯106 g(1.0 mol)和氯代叔丁烷200 g(2.2 mol),加入催化剂碘5.08 g(0.20 mol),于25℃反应,点板监控反应结束,将反应体系用硫代硫酸钠水溶液洗涤,干燥后减压蒸馏得无色液体4-叔丁基邻二甲苯161g,收率99.3%,气相纯度99.1%。
在三口瓶中,加入4-叔丁基邻二甲苯162 g(1.0 mol),加入叔丁醇486 mL、水486mL和冰醋酸125 mL的混合溶液,分批加入高锰酸钾790 g(5 mol),回流反应,TLC监控反应结束,趁热过滤,滤饼水洗,合并滤液和滤饼水洗液,用盐酸调节pH值为2-3左右,蒸干得到产品4-叔丁基邻苯二甲酸 219g,收率98.6%,液相纯度98.5%。
在三口瓶中,加入4-叔丁基邻苯二甲酸222g(1.0 mol),加入二氯亚砜1500 mL,回流反应,反应结束常压回收二氯亚砜,剩余物减压蒸馏得到4-叔丁基邻苯二甲酰氯255g,收率98.4%。
在三口瓶中,将4-叔丁基邻苯二甲酰氯258 g(1.0 mol)溶于溶剂1,4-二氧六环中,慢慢加入1,4-二氧六环氨溶液中,控制反应内温不超过-3℃,滴加完毕,升温到室温搅拌过夜,旋干溶剂得到白色固体4-叔丁基邻苯二甲酰胺218 g,收率99.0%,液相纯度99.0%。
在三口瓶中,将4-叔丁基邻苯二甲酰胺220 g(1.0 mol)溶于1500 mL溶剂乙腈中,分批加入250 g五氧化二磷,回流反应,反应结束后浓缩,将剩余物倒入冰水混合物中,析出白色固体,过滤得到白色4-叔丁基邻苯二甲腈183 g,收率99.4 %,气相纯度99.3 %。
产品表征:1H NMR(400MHz,CDCl3):δ(ppm)=1.36 (s, 9H), 7.75(d, 2H), 7.82(t, 1H)。13C NMR(400MHz,CDCl3): 30.6,35.6,112.7,115.6,115.7,115.8,130.5,131.0,133.4,157.8。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明原理的范围下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于具体步骤为:
(1)将邻二甲苯与氯代叔丁烷在催化剂碘的作用下反应制得4-叔丁基邻二甲苯;
(2)将4-叔丁基邻二甲苯经氧化剂高锰酸钾氧化制得4-叔丁基邻苯二甲酸;
(3)将4-叔丁基邻苯二甲酸在二氯亚砜中回流反应制得4-叔丁基邻苯二甲酰氯;
(4)将4-叔丁基邻苯二甲酰氯与氨溶液反应制得4-叔丁基邻苯二甲酰胺;
(5)将4-叔丁基邻苯二甲酰胺与脱水剂五氧化二磷经脱水反应制得4-叔丁基邻苯二甲腈。
2.根据权利要求1所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于步骤(1)的具体过程为:将氯代叔丁烷加入到邻二甲苯中,再加入催化剂碘,于0-50℃反应,反应结束后将反应体系用硫代硫酸钠水溶液洗涤,干燥后减压蒸馏得到无色液体4-叔丁基邻二甲苯。
3.根据权利要求2所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于:所述邻二甲苯、氯代叔丁烷与催化剂碘的投料摩尔比为1:1-10:0.01-0.3。
4.根据权利要求1所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于步骤(2)的具体过程为:将4-叔丁基邻二甲苯加入到溶剂叔丁醇、冰醋酸与水的混合溶液中,再分批加入氧化剂高锰酸钾,回流反应,反应结束后趁热过滤,滤饼水洗,合并滤液和滤饼水洗液,用盐酸调节pH=2-3后蒸干得到4-叔丁基邻苯二甲酸。
5.根据权利要求4所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于:所述4-叔丁基邻二甲苯、叔丁醇、冰醋酸和水投料配比为1g:3mL:0.5-1mL:3mL,4-叔丁基邻二甲苯与氧化剂高锰酸钾的投料摩尔比为1:4-8。
6.根据权利要求1所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于步骤(3)的具体过程为:将4-叔丁基邻苯二甲酸加入到二氯亚砜中回流反应,反应结束后常压回收二氯亚砜,剩余物减压蒸馏得到4-叔丁基邻苯二甲酰氯。
7.根据权利要求6所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于:所述4-叔丁基邻苯二甲酸与二氯亚砜的投料配比为1g:5-10mL。
8.根据权利要求1所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于步骤(4)的具体过程为:将4-叔丁基邻苯二甲酰氯溶于1,4-二氧六环中,于-5-0℃加入到1,4-二氧六环氨溶液中,然后升温至室温搅拌过夜,旋干溶剂得到白色固体4-叔丁基邻苯二甲酰胺。
9.根据权利要求1所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于步骤(5)的具体过程为:将4-叔丁基邻苯二甲酰胺加入到溶剂乙腈中,再分批加入脱水剂五氧化二磷,回流反应,反应结束后浓缩,将剩余物倒入冰水混合物中,析出白色固体,过滤得到目标产物4-叔丁基邻苯二甲腈。
10.根据权利要求9所述的4-叔丁基邻苯二甲腈的制备方法,其特征在于:所述4-叔丁基邻苯二甲酰胺与溶剂乙腈的投料配比为1g:5-20mL,4-叔丁基邻苯二甲酰胺与脱水剂五氧化二磷的投料摩尔比为1:1.5-5。
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