CN113233958A - 一种2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及有机合成技术领域，一种2‑(反式‑4‑正丙基环己基)丙烷‑1,3‑二醇的制备方法，包括如下步骤：(i)4‑正丙基环己醇和三溴化磷发生溴代反应生成1‑溴‑4‑正丙基环己烷；(ii)向甲醇锂的乙醇溶液中顺次加入丙二酸二乙酯和1‑溴‑4‑正丙基环己烷，进行烷基化反应生成2‑(4‑正丙基环己基)‑丙二酸二乙酯；(iii)向溶剂中顺次加入2‑(4‑正丙基环己基)‑丙二酸二乙酯、氯化锂和硼氢化钾，进行还原反应生成2‑(4‑正丙基环己基)丙烷‑1,3‑二醇，经过重结晶获得所述2‑(反式‑4‑正丙基环己基)丙烷‑1,3‑二醇。本申请具有安全、成本低、环保、且适于工业化生产的优点。
Description
技术领域
本申请涉及有机合成技术领域，更具体而言，其涉及一种2-(反式-4-正丙基环己基)丙 烷-1,3-二醇的制备方法。
背景技术
在液晶行业中，需要制备出具有电阻率高、耗电量低、驱动阈低电压且粘度较低的液 晶混合物，比如2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇这类产品属于已经验证过可以适用于 制备液晶混合物的中间体的有机材料。
目前公开的类似2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇此类产品的合成路线中均存在 危险工艺。例如授权公告日为2015年04月29日、授权公告号为CN103524305B的专利文献 中公开了一种1,3-丙二醇类衍生物的制备方法，以丙基环己酮丙和二酸二甲酯为起始物，顺 次经过偶联反应、加氢反应、还原反应得到反式2-(4-正丙基环己基)-1,3-丙二醇。其中，在偶 联反应中使用四氯化钛作为催化剂，四氯化钛在受热或遇水发生分解反应放热，并放出有毒 的腐蚀性烟气；在加氢反应中具有物理和化学爆炸危险性。
发明内容
为了提供一种安全、成本低、环保、且适于工业化生产的合成路线。本申请提供一种 2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的制备方法，采用如下的技术方案：
一种2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的制备方法，包括如下步骤：
(i)在惰性气氛中，重量比为1:(0.9-1.1)的4-正丙基环己醇和三溴化磷发生溴代反应生成1-溴-4- 正丙基环己烷；
(ii)在惰性气氛中，向甲醇锂的乙醇溶液中顺次加入丙二酸二乙酯和1-溴-4-正丙基环己烷，进 行烷基化反应生成2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯；所述1-溴-4-正丙基环己烷、丙二酸二 乙酯和甲醇锂的摩尔比为1:(1.0-1.2):(1.5-2.5)；
(iii)在惰性气氛中，向溶剂中顺次加入2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、氯化锂和硼氢化钾， 进行还原反应生成2-(4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇，经过重结晶获得所述2-(反式-4-正丙基 环己基)丙烷-1,3-二醇；所述2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、硼氢化钾和氯化锂的摩尔比 为1:(3-4):(3-4)。
优选的，所述溴代反应的条件是反应温度80-90℃、反应时间1.5-5h。
优选的，所述甲醇锂的乙醇溶液的物质的量浓度为1.0-1.2mol/L。
优选的，所述烷基化反应的条件是反应温度80-85℃、反应时间25-40h。
优选的，步骤(ii)中在丙二酸二乙酯和1-溴-4-正丙基环己烷加入过程中控制温度在 50-55℃之间。
优选的，所述还原反应的条件是在30-35℃下保温反应3-5h、升温至42-48℃并保温反 应7-10h；更优选的，所述还原反应的条件是在32℃下保温反应3-5h、升温至45℃并保温反 应7-10h；最优选的，所述还原反应的条件是在32℃下保温反应4h、升温至45℃并保温反应 8h。
优选的，步骤(iii)中在2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、氯化锂和硼氢化钾加入过程 中控制温度在30-35℃之间。
优选的，所述重结晶所使用溶剂选自正庚烷。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
第一、本申请以4-正丙基环己醇为起始物，顺次经过溴代反应、烷基化反应、还原反应得2-(4- 正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇，2-(4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇再经过重结晶获得2-(反式-4- 正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇，该合成路线具有安全、成本低、环保、且适于工业化生产的优 点。
第二、本申请在烷基化反应中采用甲醇锂/乙醇体系进行1-溴-4-正丙基环己烷和丙二 酸二乙酯的烷基化反应所获得的产物2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯具有较高的收率，且 生成的副反应杂质少。
第三、本申请在还原反应中“先低温反应、后高温反应”有助于提高2-(4-正丙基环己 基)-丙二酸二乙酯在硼氢化钾/氯化锂的作用下的还原反应收率、减少副反应的发生。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
一种2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的合成路线：
以4-正丙基环己醇为起始物，顺次经过溴代反应、烷基化反应、还原反应得2-(4-正丙基 环己基)丙烷-1,3-二醇，2-(4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇再经过重结晶获得2-(反式-4-正丙基 环己基)丙烷-1,3-二醇。
1-溴-4-正丙基环己烷的合成实施例
投料前，确保反应釜干净、干燥，通氮气保护，向反应釜内加入4-正丙基环己醇100Kg，开 启搅拌，缓慢滴加三溴化磷100Kg，在滴加过程中控制反应釜内温度不高于65℃；滴加完成 后升温至85℃并继续搅拌2h。取样进行GC检测，要求原料残留≤0.5％。后处理：加水淬灭、 二氯甲烷萃取、分液水洗、溶剂浓缩，得到浓缩液146.5Kg(溴代物含量92％)，收率93.4％。
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成实施例1
1-溴-4-正丙基环己烷、甲醇锂和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1.1:2，反应体系为甲醇锂/乙醇， 且甲醇锂的乙醇溶液的物质的量浓度为1.2mol/L。
投料前，确保反应釜干净、干燥，通氮气保护，向反应釜内加入乙醇392Kg，开启搅拌，向反应釜内加入甲醇锂22.6Kg，开启升温，开启回流装置，控温在45-50℃之间，搅拌30min；采用滴加釜向反应釜中滴加丙二酸二乙酯170Kg，滴加过程中控制反应温度在50-55℃ 之间，滴加完成后，继续搅拌30min；采用滴加釜向反应釜中滴加1-溴-4-正丙基环己烷109Kg， 滴加过程中控制反应温度为在50-55℃之间，滴加完成后，继续搅拌30min；开启升温，控制 温度为82℃，进行回流反应，持续反应30h，取样进行GC检测(反式-1-溴-4-正丙基环己烷 的剩余量＝4.4％，2-(反式-4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯合成量＝33％)。
后处理过程：蒸出溶剂、乙酸乙酯萃取、分液水洗、溶剂浓缩、蒸出前馏除杂，得到浓缩液75kg(酯类含量95.68％)，收率：47.1％。
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成实施例2
1-溴-4-正丙基环己烷、甲醇锂和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1.1:1.9，反应体系为甲醇锂/乙醇， 甲醇锂的乙醇溶液的物质的量浓度为1.0mol/L。
投料前，确保反应釜干净、干燥，通氮气保护，向反应釜内加入乙醇374Kg，开启搅拌，向反应釜内加入甲醇锂18Kg，开启升温，开启回流装置，控温在45-50℃之间，搅拌30min； 采用滴加釜向反应釜中滴加丙二酸二乙酯130Kg，滴加过程中控制反应温度在50-55℃之间， 滴加完成后，继续搅拌30min；采用滴加釜向反应釜中滴加1-溴-4-正丙基环己烷88Kg，滴加 过程中控制反应液温度在50-55℃之间，滴加完成后，继续搅拌30min；开启升温，控制温度 为82℃，进行回流反应，持续反应30h，取样进行GC检测(反式-1-溴-4-正丙基环己烷的剩 余量＝4.1％，2-(反式-4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成量＝34％，副反应杂质含量＜15％)。
后处理过程：蒸出溶剂、乙酸乙酯萃取、分液水洗、溶剂浓缩、蒸出前馏除杂，得到浓缩液66kg(酯类含量93.68％，反式酯类含量53％)，收率50.7％。
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成对比例1
1-溴-4-正丙基环己烷、甲醇锂和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1.1:1.9，反应体系为甲醇锂/甲醇， 甲醇锂的甲醇溶液的物质的量浓度为1.0mol/L。
投料前，确保反应瓶干净、干燥，通氮气保护，向反应瓶内加入乙醇143.8g，开启搅拌，向反应瓶内加入甲醇锂6.92g，开启升温，开启回流装置，控温在45-50℃之间，搅拌30min； 采用恒压滴液漏斗向反应瓶内滴加丙二酸二乙酯50g，滴加过程中控制反应温度在50-55℃之 间，滴加完成后，继续搅拌30min；采用恒压滴液漏斗向反应瓶内滴加1-溴-4-正丙基环己烷 33.85g，滴加过程中控制反应液温度在50-55℃之间，滴加完成后，继续搅拌30min；开启升 温，控制温度为82℃，进行回流反应，持续反应30h，取样进行GC检测(副反应杂质含量 ＝20％)。
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成对比例2
1-溴-4-正丙基环己烷、乙醇锂和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1.1:2，反应体系为乙醇锂/乙醇， 乙醇锂的乙醇溶液的物质的量浓度为1mol/L。
投料前，确保反应瓶干净、干燥，通氮气保护，向反应瓶内加入乙醇锂的乙醇溶液134.05mL，开启升温，开启回流装置，控温在45-50℃之间；采用恒压滴液漏斗向反应瓶内加入丙二酸二乙酯39g，滴加过程中控制反应温度为50-55℃，滴加完成后，继续搅拌30min；采用恒压滴液漏斗向反应瓶中滴加1-溴-4-正丙基环己烷25g，滴加过程中控制反应液温度为 50-55℃，滴加完成后，继续搅拌30min，开启升温，控制温度为65℃，进行回流反应，持续反应3h，取样进行GC检测(副反应杂质含量＝20.1％)。
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成对比例3
1-溴-4-正丙基环己烷、甲醇钠和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1.1:2，反应体系为甲醇钠/甲醇， 且甲醇锂的甲醇溶液的物质的量浓度为1.2mol/L。
投料前，确保反应釜干净、干燥，通氮气保护，向反应瓶内加入甲醇132.5g，开启搅拌，向反应瓶内加入甲醇钠10.85g，开启升温，开启回流装置，控温在45-50℃之间，搅拌30min；采用恒压滴液漏斗向反应瓶中滴加丙二酸二乙酯58.48g，滴加过程中控制反应温度在 50-55℃之间，滴加完成后，继续搅拌30min；采用恒压滴液漏斗向反应瓶中滴加1-溴-4-正丙 基环己烷37.44g，滴加过程中控制反应液温度为50-55℃，滴加完成后，继续搅拌30min。开 启升温，控制温度为65℃，进行回流反应，持续反应2h，取样进行GC检测(副反应杂质含 量＝29.5％)
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成对比例4
1-溴-4-正丙基环己烷、乙醇钠和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1.5:2，反应体系为乙醇钠/乙醇， 且乙醇钠的乙醇溶液的物质的量浓度为1mol/L。
投料前，确保反应瓶干净、干燥，通氮气保护，向反应瓶内加入乙醇钠的乙醇溶液(乙 醇钠59.10g，乙醇89.9g)，开启升温，开启回流装置，控温在45-50℃之间；采用恒压滴液漏 斗向反应瓶中滴加丙二酸二乙酯37.1g，滴加过程中控制反应温度为50-55℃，滴加完成后， 继续搅拌30min；采用恒压滴液漏斗向反应瓶中滴加1-溴-4-正丙基环己烷23.75g，滴加过程 中控制反应液温度为50-55℃，滴加完成后，继续搅拌30min；开启升温，控制温度为82℃， 进行回流反应，持续反应26h，取样进行GC检测(反式-1-溴-4-正丙基环己烷的剩余量＝7.162％， 副反应杂质含量＝18.014％)。
结合2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯的合成实施例1-2和合成对比例1-4可知，相 比于甲醇锂/甲醇、乙醇锂/乙醇、甲醇钠/甲醇、乙醇钠/乙醇体系，采用甲醇锂/乙醇体系进行 1-溴-4-正丙基环己烷和丙二酸二乙酯的烷基化反应所获得的产物2-(4-正丙基环己基)-丙二酸 二乙酯具有较高的收率，且副反应杂质含量低。
这是由于碱金属醇盐与丙二酸二乙酯中位于两个酯基之间的亚甲基上的氢发生作用， 形成有机物的碱金属盐，有机物的碱金属盐再与1-溴-4-正丙基环己烷发生亲核取代；与此同 时，1-溴-4-正丙基环己烷中α碳上的溴和β碳上的氢在碱性条件下会脱溴化氢，并生成杂质 烯。若碱金属醇盐的碱性太大，则导致生成大量的杂质烯；若碱金属醇盐的碱性太小，则不 能充分形成有机物的碱金属盐，大大减慢烷基化反应的反应速率，并且原料剩余过多且长时 间处于碱性体系下，同样会生成杂质烯。此外，有机醇的选择也会影响副反应的发生以及反 应收率。
2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的合成实施例1
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、硼氢化钾和无水氯化锂的摩尔比为1:3.5:3.5。
投料前，确保反应釜干净、干燥，通氮气保护，向反应釜内加入四氢呋喃607Kg并在室温下搅拌10min，再向反应釜内加入2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯126Kg(2-(4-正丙 基环己基)-丙二酸二乙酯的物质的量浓度为0.64mol/L，反式酯类含量53％)并搅拌10min， 继续向反应釜内加入氯化锂66.2Kg并搅拌10min，将硼氢化钾85Kg分为13等份并分批加入 反应釜中；在加料过程中控制反应釜内料液温度为32℃。完成加料后，温度保持在32℃并保 温反应4h，开启升温，温度控制在45℃并保温反应8h。取样进行GC检测(原料2-(4-正丙 基环己基)-丙二酸二乙酯＝0.3％)。
后处理过程：滴加重量百分比浓度为10％的盐酸并温度控制在10℃以下淬灭、乙酸乙 酯萃取、分液水洗、溶剂浓缩、2-4倍正庚烷重结晶，得到目标产物2-(反式-4-正丙基环己基) 丙烷-1,3-二醇25Kg(纯度≥99.8％，顺式单杂＜0.5％)，收率：53％。
目标产物的表征：
Mp：111.8-112.7℃；
IRνmax(KBr)：3340,2955,2908,2845,1435,1379,1026,970,669cm-1；
1H-NMR：δ:3.87(2H,dd,J＝4.0Hz,10.4Hz),3.81(2H,dd,J＝7.6Hz,10.4Hz),2.05(2H,brs), 1.79-1.70(4H,m),1.60-1.52(1H,m),1.42-1.24(4H,m),1.19-1.15(3H,m),1.08-0.96(2H,m), 0.92-0.80(4H,m)。
2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的合成实施例2
2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、硼氢化钾和无水氯化锂的摩尔比为1:3.5:3.5。
投料前，确保反应釜干净、干燥，通氮气保护，向反应釜内加入四氢呋喃607kg并在室温下搅拌10min，再向反应釜内加入2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯126kg(2-(4-正丙基 环己基)-丙二酸二乙酯的物质的量浓度为0.64mol/L，反式酯类含量53％)并搅拌10min，继 续向反应釜内加入氯化锂66.2kg并搅拌10min，将硼氢化钾85kg分为13等份并分批加入反 应釜中；在加料过程中控制反应釜内料液温度为32℃。完成加料后，开启升温，温度控制在 45℃并持续反应12h。取样进行GC检测(原料反式2-(4-丙基-环己基)-丙二酸二乙酯＝0.4％)。
后处理过程：滴加重量百分比浓度为10％的盐酸并温度控制在10℃以下淬灭、乙酸乙 酯萃取、分液水洗、溶剂浓缩、2-4倍正庚烷重结晶，得到目标产物2-(反式-4-正丙基环己基) 丙烷-1,3-二醇22kg(纯度≥99.8％，顺式单杂＜0.5％)，收率：46.8％。
结合2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的合成实施例1和合成实施例2可知，相 比于完成投料后直接高温反应，“先低温反应、后高温反应”有助于提高2-(4-正丙基环己基)- 丙二酸二乙酯在硼氢化钾/氯化锂的作用下的还原反应收率、减少副反应的发生。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在 阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的 权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(i)在惰性气氛中，重量比为1:(0.9-1.1)的4-正丙基环己醇和三溴化磷发生溴代反应生成1-溴-4-正丙基环己烷；
(ii)在惰性气氛中，向甲醇锂的乙醇溶液中顺次加入丙二酸二乙酯和1-溴-4-正丙基环己烷，进行烷基化反应生成2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯；所述1-溴-4-正丙基环己烷、丙二酸二乙酯和甲醇锂的摩尔比为1:(1.0-1.2):(1.5-2.5)；
(iii)在惰性气氛中，向溶剂中顺次加入2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、氯化锂和硼氢化钾，进行还原反应生成2-(4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇，经过重结晶获得所述2-(反式-4-正丙基环己基)丙烷-1,3-二醇；所述2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、硼氢化钾和氯化锂的摩尔比为1:(3-4):(3-4)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溴代反应的条件是反应温度80-90℃、反应时间1.5-5h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲醇锂的乙醇溶液的物质的量浓度为1.0-1.2mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烷基化反应的条件是反应温度80-85℃、反应时间25-40h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(ii)中在丙二酸二乙酯和1-溴-4-正丙基环己烷加入过程中控制温度在50-55℃之间。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应的条件是在30-35℃下保温反应3-5h、升温至42-48℃并保温反应7-10h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(iii)中在2-(4-正丙基环己基)-丙二酸二乙酯、氯化锂和硼氢化钾加入过程中控制温度在30-35℃之间。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述重结晶所使用溶剂选自正庚烷。
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