CN112574037A - 一种α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种α,γ,γ,γ‑四氯丁酸酯的合成方法，将四氯化碳和丙烯酸酯，与铜盐和/或亚铜盐主催化剂、有机胺类或咪唑类助催化剂和极性的惰性有机溶剂，先在室温下搅拌混合后，密闭反应釜，升温进行加成反应，再冷却至室温，过滤，滤液先常压蒸馏回收四氯化碳，再减压精馏，得α,γ,γ,γ‑四氯丁酸酯。本发明方法所得产品α,γ,γ,γ‑四氯丁酸酯的纯度高达99.5%，单程反应收率高达96.1%，且产物易于分离，反应副产物少，催化剂与配体催化效果优异，原料和催化剂廉价易得，溶剂和催化剂易于回收利用；本发明方法反应条件温和，工艺操作简单，生产成本低，经济效益好，适宜于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，具体涉及一种(α-甲基)-α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法。
背景技术
(α-甲基)-α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯是一类重要的有机合成原料，是丙烯酸树脂合成中的一类重要的引发剂，其在精细化学品的合成领域也具有较重要的用途；在农药合成领域，特别是在合成含氯拟除虫菊酯类化合物中具有广泛的应用前景。众所周知，氯是常用的活泼性强的非金属元素之一，基于其原子核结构特征，在电负性和键能方面有较强的反应优势，而经含氯化处理的材料在使用寿命、耐候性及防腐蚀等多项性能上有所强化。因此，(α-甲基)-α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯在新型材料行业具有很大的开发潜能。
(α-甲基)-α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法之一是：以(α-甲基)丙烯酸酯和CCl4为原料，在催化剂作用下，经自由基加成反应（ATRA），即卡拉西加成反应 (KharaschAddition Reaction)而得到，该反应的化学方程式如下式所示。
常用的催化剂为铜、铁、钴、钌、镍等元素的氯化物或氧化物，由于该类催化剂均为无机盐类或金属氧化物，其在有机溶剂中的溶解性较差。因此，该合成反应要得以顺利进行，一方面应选择合适的金属催化剂，另一方面应选择合适的配体，且合适的配体选择是使反应得以顺利进行的最重要原因，目前，有公开报道的配体主要为含氮、磷元素的有机分子。
Perez 等人公开了一种α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的微量合成方法，是以铜的蝎形配合物TptBu,MeCuCl作催化剂，以氘代苯为溶剂，采用核磁光谱法检测产物α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的产率达95%。虽然该方法原料的转化率可达95%，但是，制备催化剂所使用的硼盐配体制备困难，实验方案放大成本昂贵，难于实现工业化（InorganicChemistry, Vol. 46, No. 19, 2007,7725-7730）。
Pintauer等人公开了一种α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的微量制备方法，是以三[2-(二甲氨基)乙基]胺-铜配合物[CuII(Me6TREN)Cl][Cl]作催化剂，以AIBN为自由基引发剂，CCl4与丙烯酸甲酯在乙腈溶剂中反应。但是，采用核磁光谱法检测产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的产率仅为67%，且制备催化剂所使用的多齿胺配体合成副产物多，收率低，配体合成成本高，且引发剂AIBN的加入使反应过程变得难于可控，易导致体系爆聚，使反应产生焦油类高聚物的副产物增多，难于实现工业化（Dalton Trans. ,2011,40,4909-4917）。
Nicole等人公开了一种以双(2-吡啶基甲基)胺-铜配合物为催化剂，合成α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯和α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的方法，是以三(2-吡啶甲基)胺-铜配合物[CuII(TPMA)Cl][Cl]催化剂，以AIBN或V-70为引发剂。但是，以丙烯酸甲酯为基本原料合成α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的收率仅为47%；以甲基丙烯酸甲酯为基本原料合成α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的收率仅为66%，且催化剂三(2-吡啶甲基)胺-铜配合物的制备方法复杂，反应操作繁琐，反应副产物成分复杂，高沸点多聚焦油较多，后处理困难，不适合工业化应用（Dalton Trans., 2011,40, 3060-3066）。
综上，亟待找到一种产品纯度和收率高，产物易于分离，反应副产物少，催化剂与配体催化效果优异，原料和催化剂廉价易得，溶剂和催化剂易于回收利用，反应条件温和，工艺操作简单，生产成本低，适宜于工业化生产的α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种产品纯度和收率高，产物易于分离，反应副产物少，催化剂与配体催化效果优异，原料和催化剂廉价易得，溶剂和催化剂易于回收利用，反应条件温和，工艺操作简单，生产成本低，适宜于工业化生产的α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，将四氯化碳和丙烯酸酯，与铜盐和/或亚铜盐主催化剂、有机胺类或咪唑类助催化剂和极性的惰性有机溶剂，先在室温下搅拌混合后，密闭反应釜，升温进行加成反应，再冷却至室温，过滤，滤液先常压蒸馏回收四氯化碳，再减压精馏，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯。本发明人研究发现，如果仅以无机铜盐如氯化铜盐和/或亚铜盐作催化剂，在同样的温度下，反应几乎不能进行；然而，向反应体系中加入适当的配体则有助于增加铜盐和/或亚铜盐催化剂在有机溶剂中的溶解性，从而提高催化效率。进一步的研究发现，铜盐和/或亚铜盐与有机胺类或咪唑类化合物配合，可形成含Cu-N结构的配合物，这种相对稳定的络合物结构能更有效地结合反应体系中的CCl4，诱导其C-Cl键均裂产生·CCl3自由基，并在一定的条件下又可释放氯原子自由基，从而进一步加快合成进程。
本发明方法的“一锅法”合成路线如下所示。
优选地，所述四氯化碳与丙烯酸酯的摩尔比为0.1～10.0:1（进一步优选0.2～9.0:1，更进一步优选1.5～8.0:1）。丙烯酸酯与CCl4作为反应原料，理论上两者按摩尔比1:1参与反应，即可得到产物，但为了使反应更加完全，使基本原料利用率更高，同时抑制相关副反应的发生，更优选其中一种原料用量大于另一种原料。同时，由于CCl4是甲烷氯化工业生产过程中不可避免产生的副产物，是《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》附件B中的第二类受控物质，我国已于2003年6月1日起在全国范围内禁止使用CCl4作为清洗剂，已于2019年1月1日起停止实验室用途使用CCl4，采用对符合要求的企业予以年度CCl4原料用途使用备案，对符合要求的经销商予以年度CCl4销售备案的方法严格限制CCl4的使用；然而，CCl4作为化工原料生产非ODS物质的应用是不受限制的。目前，在甲烷氯化生产二氯甲烷和氯仿的过程中不可避免地产生约5%的副产品CCl4，为了保护环境，平衡过剩的CCl4产能，开发CCl4规模化的新用途，提高下游产品的经济附加值，本发明方法更优选提高CCl4的投料比；且反应结束后，采用常压蒸馏的方法，可回收其中过量的原料，用于下一批次反应，不会造成浪费或污染排放。
优选地，以四氯化碳与丙烯酸酯中，摩尔数小的原料作为基准原料，主催化剂与基准原料的摩尔比为0.010～0.200:1（更优选0.010～0.100:1）。本发明方法中产物的理论产量也通过基准原料的摩尔数来换算。若催化剂的用量过多，则会使反应过程中产生的自由基浓度过高，从而使产物产生二聚及多聚现象，体系颜色变深，副产物增加，同时也增加了催化剂回收的能源等成本；若催化剂的用量过少，则会使反应全系中自由基的浓度过低，反应缓慢，产物收率低。
优选地，所述主催化剂与助催化剂的摩尔比为1:0.2～5.0（更优选1:1～4）。若所述比例过大，则会使助催化剂配体与主催化剂中的铜离子结合得过于充分，铜离子难以再与体系中的CCl4结合，从而难以有效地控制体系中自由基的浓度；若所述比例过低，则会使铜离子难以有效地分散到有机体系中，从而导致反应缓慢，产物收率低下。
优选地，所述极性的惰性有机溶剂与基准原料的体积质量比（mL/g）为0.5～20.0:1（更优选0.7～16.0:1）。若有机溶剂的用量过少，会使反应原料与催化剂溶解不充分，反应过程中出现结焦现象，若有机溶剂的用量过多，则会导致能源的浪费。
优选地，所述室温下搅拌混合的时间为20～40min。若搅拌时间过短，则会使主催化剂和助催化剂络合程度不够或者是部分主催化剂未能与助催化剂形成结构单一的催化体系，从而降低反应的选择性；若搅拌时间过长，虽有利于主催化剂与助催化剂形成结构单一的催化体系，但也会造成不必要的能源浪费。
优选地，所述升温至40～140℃（更优选80～120℃），进行加成反应5～20h（更优选10～20h）。若反应温度过高，则会使副反应增加，焦油含量升高，产品质量下降，反应收率降低，且CCl4及丙烯酸酯的蒸汽压力过大，从而使反应过程中反应釜承受的压力过高，增加了对设备的性能要求；若反应温度过低，则会使反应时间延长，生产效率降低。
优选地，所述常压蒸馏的温度为50～90℃，时间为1～3h。
优选地，所述减压精馏的温度为90～120℃，压力为10～30kPa，时间为1～3h。
优选地，先将主催化剂和助催化剂在有机溶剂中，进行回流反应，减压蒸馏后，洗涤分散，过滤，真空干燥，得催化剂配合物。由于主催化剂铜盐和/或亚铜盐为无机盐类，其在有机溶剂中的溶解度较小，因而会影响催化剂在有机相中的分散，从而部分抑制铜离子对CCl4中C-Cl键均裂的诱导活性，先将主催化剂和助催化剂制成结晶配合物，将大大提升主催化剂在有机溶剂中的溶解性。
本发明人研究发现，直接向CCl4与丙烯酸酯的混合体系中加入铜盐和/或亚铜盐与助催化剂配体的“一锅法”也只能得到中等偏上的产率，这主要是因为在“一锅法”中形成的配合物的结构和形貌多处于无定形状态，从而对加成产物的结构缺少均一、稳定的可控性，导致二聚及多聚的副产物增多，高聚物焦油含量增高。进一步研究发现，若预先将主催化剂与助催化剂合成催化剂配合物后，催化剂配合物中铜盐和/或亚铜盐与助催化剂配体的配位数可控，空间结构与组成高度一致，形貌整齐，晶形单一，其催化活性、选择性高，催化性能单一，不存在催化二聚或多聚反应的配合物分子，反应的副产物少，生产的安全性高。
本发明方法中预先合成催化剂配合物（1）及将其作为催化剂（2）的合成路线如下所示。
由上可知，在反应（1）中，通过控制助催化剂配体的用量，可能获得组成和结构均一的配合物结晶体，对本反应体系具有更高的催化性能。
优选地，所述主催化剂与有机溶剂的质量体积比（g/mL）为1:5.0～40.0（更优选1:10.0～39.0）。若有机溶剂的用量过低，则会使反应原料与催化剂溶解不充分，反应过程中出现结焦现象，若有机溶剂用量太多，则会导致更大量的能源浪费。
优选地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或乙腈等中的一种或几种。所述溶剂有助于主催化剂与助催化剂充分溶解与络合，从而形成结构单一的催化反应体系。
优选地，所述回流反应的温度为10～80℃（更优选50～80℃），时间为1～10h（更优选2～6h）。回流反应过程中，主催化剂与助催化剂得到充分的络合，形成结构单一的配合物，所述回流温度过低或时间过短，均可能使所得催化剂配合物成分复杂，催化性能不稳定或明显失活。
优选地，所述减压精馏的温度为40～80℃，压力为10～30kPa，时间为1～3h。
优选地，用于洗涤分散的有机溶剂为乙醚。
优选地，所述真空干燥的温度为40～80℃，压力为10～30kPa，时间为8～20h。
优选地，所述丙烯酸酯的结构式为：
，其中，R1、R2相同或不同，R1为H或-CH3，R2为C1～C6直链或带支链的烷基或苄基。更优选地，所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、α-甲基丙烯酸丁酯、α-甲基丙烯酸苄基酯、α-甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等中的一种或几种。
优选地，所述铜盐或亚铜盐为铜或亚铜的氯化物、氧化物、硝酸盐、醋酸盐或硫酸盐，及其水合物等中的一种或几种。
优选地，所述有机胺类助催化剂为伯胺、仲胺、叔胺、脂肪胺、芳香胺或醇胺等中的一种或几种。更优选地，所述有机胺类助催化剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙胺、三乙醇胺、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、N,N,N’,N’-四甲基丙二胺或N,N-二甲基苯胺等中的一种或几种。更进一步优选N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。
优选地，所述咪唑类助催化剂的结构式为：
，其中，R1、R2相同或不同，R1为氢原子或甲基，R2为氢原子或含1～16个碳原子的烷基。更优选地，所述咪唑类助催化剂为咪唑、N-甲基咪唑、氯化-1-乙基-3-甲基咪唑、氯化-1-丁基-3-甲基咪唑、氯化-1-十二烷基-3-甲基咪唑或氯化-1-十六烷基-3-甲基咪唑等中的一种或几种。更进一步优选N-甲基咪唑或氯化-1-十二烷基-3-甲基咪唑。所述咪唑类助催化剂具有更好的活化铜盐和/或亚铜盐主催化剂的助催化活性，因为咪唑环上的氮原子具有较高的电负性，因而具有更好的络合铜离子的能力，而带有长链烷基的配体对咪唑环与铜盐和/或亚铜盐形成的络合物具有一定的乳化作用，从而促进配合物在有机相中的溶解。
优选地，所述极性的惰性有机溶剂为2～4个碳的烷基腈或苯甲腈等。更优选地，所述极性的惰性有机溶剂为乙腈、丙腈、丁腈或苯甲腈等中的一种或几种。
本发明方法单程反应收率的计算方法如下：
W%=m(TCA)*w%/[n(ACA或CTC)*M(TCA)]*100%，其中，m(TCA)为实际所得产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的质量，w%为产物纯度，n(ACA)为丙烯酸酯的摩尔数，n(CTC)为CCl4的摩尔数，M(TCA)为α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的摩尔质量)，以CCl4与丙烯酸酯中摩尔数小的原料作为基准原料，并将其摩尔数带入计算。
本发明方法的有益效果如下：
（1）本发明方法所得产品α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的纯度高达99.5%，单程反应收率高达96.1%，且产物易于分离，反应副产物少，催化剂与配体催化效果优异，原料和催化剂廉价易得，溶剂和催化剂易于回收利用；
（2）本发明方法反应条件温和，无需引发剂如光引发剂AIBN，也无需紫外光照等其它催化手段，工艺操作简单，生产成本低，经济效益好，适宜于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的核磁氢谱图；
图2是本发明实施例1所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的核磁碳谱图；
图3是本发明实施例2所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的质谱图；
图4是本发明实施例3所得氯化铜与N-甲基咪唑（摩尔比为1/2）配合物及其标准卡片（PDF＃32-1608）的XRD谱图；
图5是本发明实施例4所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的核磁氢谱图；
图6是本发明实施例4所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的核磁碳谱图；
图7是本发明实施例4所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的质谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明实施例中所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。
将本发明实施例所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯溶于氘代氯仿溶液中进行核磁检测。
实施例1
将13.0g（84.5mmol）四氯化碳和6.54g（76.0mmol）丙烯酸甲酯，与0.13g（0.76mmol）CuCl2•2H2O主催化剂、0.088g（0.76mmol）N,N,N’,N’-四甲基乙二胺助催化剂和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌20min混合后，密闭反应釜，升温至110℃，进行加成反应12h，再冷却至室温，过滤，滤液先在70℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在90℃、20kPa下，减压精馏2h，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯14.87g。
经GC分析，本发明实施例中所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的纯度为95.6%，以丙烯酸甲酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%=14.87g*95.6%/(76 mmol*239.93g/mol)*100%= 78.0%。
如图1所示，经分析及对各信号峰归属可知，本发明实施例中所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的核磁氢谱表征的结果与目标产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的结构一致。
如图2所示，经分析及对各信号峰归属可知，本发明实施例中所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的核磁碳谱表征的结果与目标产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的结构一致。
实施例2
将23.4g（152.1mmol）四氯化碳和6.54g（76.0mmol）丙烯酸甲酯，与0.95g（3.8mmol）CuSO4•5H2O主催化剂、0.93g（15.2mmol）乙醇胺助催化剂和100mL丙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌40min混合后，密闭反应釜，升温至100℃，进行加成反应10h，再冷却至室温，过滤，滤液先在80℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在90℃、15kPa下，减压精馏3h，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯15.49g。
经GC分析，本发明实施例中所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的纯度为96.5%，以丙烯酸甲酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%=15.49g *96.5%/(76mmol*239.93g/mol)*100%= 82.0%。
如图3所示，质谱中无明显的分子、离子峰，但有明显的M+2同位素峰，符合含酯基、氯元素的有机物特点，m/z205、169；m/z117、83说明产物中含多个氯原子；结合核磁检测可以确定本发明实施例中所得产物即为目标产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯。
实施例3
先将2.59g（15.20mmol）CuCl2•2H2O主催化剂和2.50g（30.40mmol）N-甲基咪唑助催化剂在100mL甲醇中，在70℃下，进行回流反应2h，在50℃、10kPa下，减压精馏1.5h后，用乙醚洗涤分散，过滤，在50℃、10kPa下，真空干燥8h，得4.08g催化剂配合物1。
如图4所示，分析本发明实施例所得催化剂配合物氯化铜与N-甲基咪唑的XRD谱图，在2θ=14.25°、15.81°、17.58°、20.90°、24.22°、26.47°及26.67°均产生较强的吸收峰，该系列吸收峰与其标准卡片（PDF＃32-1608）的XRD谱图对比可知，本发明实施例所得催化剂配合物为氯化铜与N-甲基咪唑按摩尔比1:2形成的单一晶体。
将46.8g（304.2mmol）四氯化碳和6.54g（76.0mmol）丙烯酸甲酯，与0.23g催化剂配合物1（含CuCl2 0.76mmol、N-甲基咪唑1.52mmol）和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，升温至110℃，进行加成反应12h，再冷却至室温，过滤，滤液先在90℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在90℃、10kPa下，减压精馏2.5h，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯16.67g。
经GC分析，本发明实施例中所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的纯度为99.5%，以丙烯酸甲酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%=16.67g *99.5%/(76mmol*239.93g/mol)*100%= 91.0%。
经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例所得产物与目标产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的结构一致。
实施例4
先将3.67g（15.20mmol）Cu(NO3)2•3H2O主催化剂和2.50g（30.4mmol）N-甲基咪唑助催化剂在60mL丙酮中，在60℃下，进行回流反应3h，在60℃、30kPa下，减压精馏2h后，用乙醚洗涤分散，过滤，在60℃、30kPa下，真空干燥12h，得3.94g催化剂配合物2。
经检测，本发明实施例所得催化剂配合物为硝酸铜与N-甲基咪唑按摩尔比1:2形成的单一晶体。
将93.5g（608.0mmol）四氯化碳和7.61g（76.0mmol）丙烯酸乙酯，与0.53g催化剂配合物2（含Cu(NO3)2 1.52mmol、N-甲基咪唑3.04mmol）和80mL丁腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，升温至90℃，进行加成反应20h，再冷却至室温，过滤，滤液先在90℃下，常压蒸馏3h，回收四氯化碳，再在100℃、10kPa下，减压精馏3h，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯19.42g。
经GC分析，本发明实施例中所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的纯度为95.5%，以丙烯酸乙酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%=19.42g *95.5%/(76.0mmol*253.96g/mol)*100%= 96.1%。
如图5、6、7所示，经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例所得产物与目标产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的结构一致。
实施例5
先将3.03g（15.20mmol）Cu(CH3COO)2•H2O主催化剂和4.99g（60.80mmol）N-甲基咪唑助催化剂在80mL丙酮中，在80℃下，进行回流反应4h，在70℃、20kPa下，减压精馏2.5h后，用乙醚洗涤分散，过滤，在70℃、20kPa下，真空干燥16h，得4.38g催化剂配合物3。
经检测，本发明实施例所得催化剂配合物为醋酸铜与N-甲基咪唑按摩尔比1:4形成的单一晶体。
将13.0g（84.5mmol）四氯化碳和10.8g（76mmol）α-甲基丙烯酸丁酯，与0.39g催化剂配合物3（含Cu(CH3COO)2 0.76mmol、N-甲基咪唑3.04mmol）和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，升温至140℃，进行加成反应6h，再冷却至室温，过滤，滤液先在70℃下，常压蒸馏1h，回收四氯化碳，再在90℃、15kPa下，减压精馏1.5h，得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸丁酯19.46g。
经GC分析，本发明实施例中所得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸丁酯的纯度为92.5%，以α-甲基丙烯酸丁酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%= 19.46g*92.5%/(76mmol*296.04g/mol)*100%=80.0%。
经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例中所得产物与目标产物α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸丁酯的结构一致。
实施例6
将17.54g（114.0mmol）四氯化碳和13.39g（76.0mmol）α-甲基丙烯酸苄基酯，与0.30g（1.50mmol）Cu(CH3COO)2•H2O主催化剂、0.32g（3.04mmol）二乙醇胺助催化剂和60mL苯甲腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌20min混合后，密闭反应釜，升温至60℃，进行加成反应18h，再冷却至室温，过滤，滤液先在80℃下，常压蒸馏1.5h，回收四氯化碳，再在110℃、10kPa下，减压精馏3h，得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸苄基酯21.23g。
经GC分析，本发明实施例中所得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸苄基酯的纯度为94.5%，以α-甲基丙烯酸苄基酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%= 21.23g*94.5%/(76mmol*330.06g/mol)*100%=80.0%。
经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例中所得产物与目标产物α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸苄基酯的结构一致。
实施例7
将9.23g（60.0mmol）四氯化碳和20.55g（180.0mmol）α-甲基丙烯酸乙酯，与0.29g（1.20mmol）Cu(NO3)2•3H2O主催化剂、0.29g（2.41mmol）N,N-二甲基苯胺助催化剂和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，升温至100℃，进行加成反应15h，再冷却至室温，过滤，滤液先在90℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在100℃、10kPa下，减压精馏3h，得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯15.38g。
经GC分析，本发明实施例中所得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的纯度为92%，以α-甲基丙烯酸乙酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(CTC)*M(TCA)]*100%= 15.38g*92%/(60mmol*267.98g/mol)*100%= 88%。
经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例中所得产物与目标产物α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸乙酯的结构一致。
实施例8
将17.54g（114.0mmol）四氯化碳和13.39g（76.0mmol）α-甲基丙烯酸苄基酯，与0.15g（1.52mmol）CuCl主催化剂、0.87g（3.03mmol）氯化-1-十二烷基-3-甲基咪唑助催化剂和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，升温至50℃，进行加成反应10h，再冷却至室温，过滤，滤液先在80℃下，常压蒸馏1.5h，回收四氯化碳，再在110℃、10kPa下，减压精馏2h，得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸苄基酯24.81g。
经GC分析，本发明实施例所得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸苄基酯的纯度为93%，以α-甲基-丙烯酸苄基酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%= 24.81g*93%/(76mmol*330.06g/mol)*100%= 92.0%。
经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例中所得产物与目标产物α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸苄基酯的结构一致。
实施例9
将11.69g（76.0mmol）四氯化碳和19.48g（152.0mmol）丙烯酸丁酯，与0.22g（1.54mmol）Cu2O主催化剂、0.45g（3.02mmol）三乙醇胺助催化剂和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌40min混合后，密闭反应釜，升温至100℃，进行加成反应10h，再冷却至室温，过滤，滤液先在80℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在100℃、20kPa下，减压精馏3h，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸丁酯17.70g。
经GC分析，本发明实施例所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸丁酯的纯度为91.5%，以丙烯酸丁酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(CTC)*M(TCA)]*100%= 17.70g*91.5%/(76mmol*282.01g/mol)*100%= 75.6%。
经核磁和GC-MS检测，可以确定本发明实施例中所得产物与目标产物α,γ,γ,γ-四氯丁酸丁酯的结构一致。
对比例1
将13.0g（84.5mmol）四氯化碳和6.54g（76.0mmol）丙烯酸甲酯，与0.125g（1.52mmol）N-甲基咪唑和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，进行升温至110℃加成反应12h，再冷却至室温，过滤。
经GC分析，本对比例所得滤液中无明显产物生成。
由此可知，在其它条件相同的情况下，若反应体系中不加入主催化剂，反应几乎无法进行。
对比例2
将13.0g（84.5mmol）四氯化碳和6.54g（76.0mmol）丙烯酸甲酯，0.13g（0.76mmol）CuCl2•2H2O和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，进行升温至110℃加成反应12h，再冷却至室温，过滤，滤液先在80℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在100℃、30kPa下，减压精馏3h，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯6.91g。
经GC分析，本对比例所得α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的纯度为83.5%，以丙烯酸甲酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%= 6.91g*83.5%/(76mmol*239.93g/mol)*100%= 31.6%，反应液中存在大量的焦油状高聚物。
由此可知，在其它条件相同的情况下，若反应体系中不加入助催化剂，反应产物几乎无任何价值。
对比例3
将13.0g（84.5mmol）四氯化碳和7.61g（76.0mmol）α-甲基丙烯酸甲酯，与0.26g实施例3所得催化剂配合物1（含CuCl2 0.76mmol、N-甲基咪唑1.52mmol）和10mL乙腈，置于聚四氟内胆的不锈钢反应釜中，先在室温下搅拌30min混合后，密闭反应釜，进行升温至180℃加成反应12h，再冷却至室温，过滤，滤液先在80℃下，常压蒸馏2h，回收四氯化碳，再在105℃、10kPa下，减压精馏2h，得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯10.24g。
经GC分析，本对比例所得α-甲基-α,γ,γ,γ-四氯丁酸甲酯的纯度为90.5%，以α-甲基丙烯酸甲酯为基准原料计算单程反应收率为：W%= m(TCA)*w%/[n(ACA)*M(TCA)]*100%=10.24g *90.5%/(76mmol*253.96g/mol)*100%=48.0%，反应液中有较多的焦油生成，其主要成分为加聚反应生成的高聚物。
由此可知，在其它条件相同的情况下，反应温度对产品收率影响较大，若反应温度过高，不仅产物收率会大幅降低，产品外观和纯度也较差。
Claims (5)
1.一种α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，其特征在于：将四氯化碳和丙烯酸酯，与铜盐和/或亚铜盐主催化剂、有机胺类或咪唑类助催化剂和极性的惰性有机溶剂，先在室温下搅拌混合后，密闭反应釜，升温进行加成反应，再冷却至室温，过滤，滤液先常压蒸馏回收四氯化碳，再减压精馏，得α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯。
2.根据权利要求1所述α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，其特征在于：所述四氯化碳与丙烯酸酯的摩尔比为0.1～10.0:1；以四氯化碳与丙烯酸酯中，摩尔数小的原料作为基准原料，主催化剂与基准原料的摩尔比为0.010～0.200:1；所述主催化剂与助催化剂的摩尔比为1:0.2～5.0；所述极性的惰性有机溶剂与基准原料的体积质量比为0.5～20.0:1。
3.根据权利要求1或2所述α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，其特征在于：所述室温下搅拌混合的时间为20～40min；所述升温至40～140℃，进行加成反应5～20h；所述常压蒸馏的温度为50～90℃，时间为1～3h；所述减压精馏的温度为90～120℃，压力为10～30kPa，时间为1～3h。
4.根据权利要求1～3之一所述α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，其特征在于：先将主催化剂和助催化剂在有机溶剂中，进行回流反应，减压蒸馏后，洗涤分散，过滤，真空干燥，得催化剂配合物；所述主催化剂与有机溶剂的质量体积比为1:5.0～40.0；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或乙腈中的一种或几种；所述回流反应的温度为10～80℃，时间为1～10h；所述减压精馏的温度为40～80℃，压力为10～30kPa，时间为1～3h；用于洗涤分散的有机溶剂为乙醚；所述真空干燥的温度为40～80℃，压力为10～30kPa，时间为8～20h。
5.根据权利要求1～4之一所述α,γ,γ,γ-四氯丁酸酯的合成方法，其特征在于：所述丙烯酸酯的结构式为：
，其中，R1、R2相同或不同，R1为H或-CH3，R2为C1～C6直链或带支链的烷基或苄基；所述铜盐或亚铜盐为铜或亚铜的氯化物、氧化物、硝酸盐、醋酸盐或硫酸盐，及其水合物中的一种或几种；所述有机胺类助催化剂为伯胺、仲胺、叔胺、脂肪胺、芳香胺或醇胺中的一种或几种；所述咪唑类助催化剂的结构式为：
，其中，R1、R2相同或不同，R1为氢原子或甲基，R2为氢原子或含1～16个碳原子的烷基；所述极性的惰性有机溶剂为2～4个碳的烷基腈或苯甲腈。
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