CN113461566A - 一种二氰基类化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二氰基类化合物的制备方法，具体公开了一种通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：反应式如下，
Figure DDA0003128966000000011
式中：R选自烷烃基、芳香烃基或卤代芳香烃基中的一种；通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应生成通式(Ⅲ)所示的酰氰类化合物，经溶剂提取后，再在强碱性条件下直接与氰甲基膦酸二乙酯反应生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物。采用本发明方法，工艺原料成本低，副产品氯化亚铜不溶于所用溶剂，容易回收，过程中所用溶剂能回收套用，本发明方法可同时实现既降低了成本，又减小了环保压力的技术效果。

Description

一种二氰基类化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种二氰基类化合物的制备方法。
背景技术
顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈是一种特殊的化工原料，主要用于医药中间体和液晶显示材料的原料。
现有合成方法的主要工艺分两步，首先用纯溴(Br2)溴化叔丁基乙炔得到2-叔丁基-1,2-二溴乙烯，然后再用氰化亚铜氰化2-叔丁基-1,2-二溴乙烯得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。此方法所用的叔丁基乙炔价格昂贵；纯溴(溴素)为管制品，价格也较高；用二甲基甲酰胺(DMF)或者N-甲基吡咯烷酮(NMP)做溶剂，后处理困难，废水量巨大；此方法中需要用硅藻土助滤，其产生的含铜废渣难以回收套用，难处理。
发明内容
有鉴于此，本发明期望提供一种二氰基类化合物的制备方法，来解决现有技术中成本高、环保压力大的难题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明目的在于提供一种通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：反应式如下，
Figure BDA0003128965980000021
式中：R选自烷烃基、芳香烃基或卤代芳香烃基中的一种；
通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应生成通式(Ⅲ)所示的酰氰类化合物，经溶剂提取后，再在强碱性条件下直接与氰甲基膦酸二乙酯反应生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物。
进一步地，在生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物后再进行溶解、洗涤、活性炭脱色的精制工序。
进一步地，投料时，所述金属氰化物不低于所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物物质的量的1.05倍。
进一步地，所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应温度为120～140℃。
更进一步地，所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应温度为125～135℃，反应时间为20～28小时。
进一步地，所述溶剂为四氢呋喃或2-甲基四氢呋喃，用量与所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物的质量比为5.5～6.0:1。
进一步地，通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物:氰甲基膦酸二乙酯:碱的摩尔比为1:(0.9～1):(1～1.1)。
这里，氰甲基膦酸二乙酯投料不足1摩尔当量也可以反应完全，因为第一步合成的通式(Ⅲ)所示的酰氰类化合物的收率在90％左右(因R基团而异)。第二步碱要适当过量，因为第一步反应过后会产生酸性的杂质，会消耗一部分碱。
更进一步地，所述通式(Ⅲ)所示的酰氰类化合物在强碱性条件下与氰甲基膦酸二乙酯反应时的温度为25～80℃。
具体地，所述反应时的温度为30～80℃，反应时间为0.5～1小时。
这里，第二步反应过程中应分批加碱控制温度0～20℃，由于基团的位阻及诱导效应有差异，后要求保温温度30～80℃下进行反应。进一步优选保温温度为30℃。
这里，由于加碱过程就是反应过程，此反应放热，为了有效控制热效应及反应速率，必须分批加，如果不分批加，此反应，尤其在放大反应中可能导致反应失控，或者反应变杂。这里，采用冰水浴即通过控制反应温度，来决定分批的速度和批次多少。
这里，由于R基团具有一定位阻，而位阻越大越有利于生成顺式产物，但反应越难进行，就相应的需要较高温度反应。由于位阻作用，以及诱导共轭效应，使得羰基反应性能有很大差别，所以反应温度有差别。当R基团选择位阻小且没有共轭作用时，其反应温度会比较低，反之则高。当分批加碱步骤结束后，根据不同的R基团需要选择不同的反应温度时，可以考虑将反应移至油浴锅进行。
更进一步地，所述溶解时所用溶剂为二氯甲烷，用量与所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物的质量比为8.5～9.0:1。
更进一步地，所述洗涤时所用洗涤剂为稀氨水(10％浓度)和纯水，用量分别为与所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物的质量比为8～8.5:1和15～17:1。
更进一步地，所述活性炭脱色时所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与所用活性炭的用量的质量比为100:3～4。
进一步地，所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物为特戊酰氯，所述金属氰化物为氰化亚铜，所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物为顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。
本发明有益效果如下：
本发明与现有技术相比，采用本发明方法，工艺原料成本低，副产品氯化亚铜不溶于所用溶剂，容易回收，过程中所用溶剂能回收套用，本发明方法可同时实现既降低了成本，又减小了环保压力的技术效果。
附图说明
图1为本发明合成反应通式；
图2为本发明一种实施方式顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的合成反应式；
图3为现有技术合成方法中的第一步溴化反应式；
图4为现有技术合成方法中的第二步氰化反应式；
图5为本发明产物顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的核磁共振氢谱。
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。
通过本发明方法可合成出一类通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物，其中R可选自烷烃基、芳香烃基或卤代芳香烃基中的一种，优选为乙基、叔丁基、苯基、氯苯基、溴苯基、苯甲醚基中的一种，进一步优选为如下结构：
Figure BDA0003128965980000051
更进一步优选为顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。
这里，本发明具体实施方式以顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈为例进行详细阐述本发明，但本发明并不限于只合成制备顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。
本发明具体实施方式提供一种顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的制备方法，其特征在于：反应式如下，
Figure BDA0003128965980000052
特戊酰氯与氰化亚铜反应生成特戊酰氰中间体
Figure BDA0003128965980000053
经溶剂提取后，再在强碱性条件下直接与氰甲基膦酸二乙酯反应生成顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。
进一步地，再经溶解、洗涤、活性炭脱色得到精制的顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。
进一步地，投料时，所述氰化亚铜不低于特戊酰氯物质的量的1.05倍。
这里，要求氰化亚铜必须过量，以保证酰氯反应完全，因为酰氯反应不完会影响下一步反应，酰氯会消耗一部分碱，也会和氰甲基膦酸二乙酯反应生成杂质。而过量的氰化亚铜不溶于四氢呋喃或2-甲基四氢呋喃溶剂，可以过滤除去，不影响下一步反应，且可以回收再利用。
进一步地，所述特戊酰氯与氰化亚铜反应温度为120～140℃。
更进一步地，所述特戊酰氯与氰化亚铜反应温度为125～135℃，反应时间为20～28小时。
进一步地，所述溶剂为四氢呋喃或2-甲基四氢呋喃，用量与特戊酰氯的质量比为5.5～6.0:1。
进一步地，特戊酰氯:氰甲基膦酸二乙酯:碱的摩尔比为1:(0.9～1):(1～1.1)。
这里，氰甲基膦酸二乙酯投料不足1摩尔当量也可以反应完全，因为第一步合成的特戊酰氰中间体
Figure BDA0003128965980000061
的收率在90％左右，第二步碱要适当过量，因为第一步反应过后会产生酸性的杂质，会消耗一部分碱。
这里，对于碱性物质不作限定，例如可优选自叔丁醇钠、叔丁醇钾或氢化钠(钠氢)等。
更进一步地，所述通特戊酰氯在强碱性条件下与氰甲基膦酸二乙酯反应时的温度为25～80℃。
具体地，所述反应时的温度为30～80℃，反应时间为0.5～1小时。
这里，第二步反应过程中应分批加碱控制温度0～20℃，由于基团的位阻及诱导效应有差异，后要求保温温度30～80℃下进行反应。进一步优选保温温度为30℃。
这里，第二步反应过程中会有反式-2-叔丁基丁烯二腈副产物生成，可以结晶除掉该反式杂质。
这里，该反式杂质用小极性溶剂打浆，会溶于该小极性溶剂，再通过过滤除去，过滤后的固体即为纯品。此时，产品也会有部分溶于溶剂，会有少量损失。
更进一步地，所述溶解时所用溶剂为二氯甲烷，用量与特戊酰氯的质量比为8.5～9.0:1。
更进一步地，所述洗涤时所用洗涤剂为稀氨水(10％浓度)和纯水，用量分别为与特戊酰氯的质量比为8～8.5:1和15～17:1。
更进一步地，所述活性炭脱色时所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与所用活性炭的用量的质量比为100:3～4。
实施例1
如图2，向装有氮气导管、温度计和搅拌器的三口烧瓶中加入60g特戊酰氯和47.5g氰化亚铜，通氮、开动搅拌、升温至130℃，反应24小时。冷却至室温，加入350g四氢呋喃，搅拌20分钟。过滤掉不溶物。滤液再回到反应装置中，加入氰甲基磷酸二乙酯85g。在搅拌下分批、缓慢加入叔丁醇钾，控制温度不超过20℃，叔丁醇钾总量为58g，加完后保持温度30℃反应30分钟后，负压脱出溶剂。加入520g二氯甲烷，溶解后加入稀氨水(10％浓度)500g洗涤,搅拌5分钟，静置20分钟，分出上层水溶液。再用稀氨水洗涤一次，分出水溶液。最后用纯水1000g洗涤一次，分出水溶液，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。
向上述顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入2g活性炭，搅拌脱色1小时，过滤。滤液负压脱出溶剂，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色结晶体48.1g。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。
实施例2
如图2，向装有氮气导管、温度计和搅拌器的三口烧瓶中加入60g特戊酰氯和47.0g氰化亚铜，通氮、开动搅拌、升温至135℃，反应20小时。冷却至室温，加入2-甲基四氢呋喃330g，搅拌20分钟。过滤掉不溶物。滤液再回到反应装置中，加入氰甲基磷酸二乙酯85g。在搅拌下分批、缓慢加入叔丁醇钾，控制温度不超过20℃，叔丁醇钾总量为58g，加完后保持温度30℃反应30分钟后，负压脱出溶剂。加入510g二氯甲烷，溶解后加入稀氨水(10％浓度)480g洗涤,搅拌5分钟，静置20分钟，分出上层水溶液。再用稀氨水洗涤一次，分出水溶液。最后用纯水900g洗涤一次，分出水溶液，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。
向上述顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入1.8g活性炭，搅拌脱色1小时，过滤。滤液负压脱出溶剂，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色结晶体48.7g。1HNMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm 5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。
实施例3
如图2，向装有氮气导管、温度计和搅拌器的三口烧瓶中加入60g特戊酰氯和48.0g氰化亚铜，通氮、开动搅拌、升温至125℃，反应28小时。冷却至室温，加入350g四氢呋喃，搅拌20分钟。过滤掉不溶物。滤液再回到反应装置中，加入氰甲基磷酸二乙酯84g。在搅拌下分批、缓慢加入叔丁醇钾，控制温度不超过30℃，叔丁醇钾总量为61g，加完后保持温度25℃反应45分钟后，负压脱出溶剂。加入520g二氯甲烷，溶解后加入稀氨水(10％浓度)500g洗涤,搅拌5分钟，静置20分钟，分出上层水溶液。再用稀氨水洗涤一次，分出水溶液。最后用纯水1000g洗涤一次，分出水溶液，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。
向上述顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入2g活性炭，搅拌脱色1小时，过滤。滤液负压脱出溶剂，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色结晶体48.1g。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。
实施例4
如图2，向装有氮气导管、温度计和搅拌器的三口烧瓶中加入60g特戊酰氯和47.5g氰化亚铜，通氮、开动搅拌、升温至130℃，反应24小时。冷却至室温，加入360g四氢呋喃，搅拌20分钟。过滤掉不溶物。滤液再回到反应装置中，加入氰甲基磷酸二乙酯89g。在搅拌下分批、缓慢加入氢化钠(钠氢)，控制温度不超过30℃，钠氢总量为12g，加完后保持温度30℃反应30分钟后，负压脱出溶剂。加入540g二氯甲烷，溶解后加入稀氨水(10％浓度)510g洗涤,搅拌5分钟，静置20分钟，分出上层水溶液。再用稀氨水洗涤一次，分出水溶液。最后用纯水1020g洗涤一次，分出水溶液，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。
向上述顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入2.4g活性炭，搅拌脱色1小时，过滤。滤液负压脱出溶剂，得到顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色结晶体49.4g。1HNMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm 5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。
对比例1
如图3，准备好冰盐浴，将装有氮气导管、温度计和搅拌器的三口烧瓶置于其中，往该三口烧瓶中加入41g 3,3-二甲基-1-丁炔、0.2g催化剂过氧化苯甲酰和1000mL的无水己烷，往其中逐滴加入纯溴溶液共计26mL,2小时内加完，并控制温度不超过-10℃。将上述混合物在-10℃下搅拌4小时，并在室温下搅拌另外0.5小时，同时使用450W钨灯的连续照射。减压蒸发溶剂。然后，将残余物通过硅胶柱色谱法纯化，以甲苯为洗脱剂，得到黄色油状的目标化合物1,2-二溴-3,3-二甲基-1-丁烯49.68g(含顺式及反式结构)。
如图4，首先将反式-1,2-二溴-3,3-二甲基-1-丁烯作为杂质除去，得28.84g顺式-1,2-二溴-3,3-二甲基-1-丁烯，在氮气导入下，将其和32.16g CuCN在DMF(200mL)中进行加热回流8小时。冷却至室温后，将该混合物倒入氨水(1000mL)中并吹入空气24小时。然后用甲苯(200mL)萃取溶液三次。合并的萃取液用水洗涤，用无水硫酸镁干燥，蒸发。粗产物在硅胶柱上用石油醚/氯仿(1:1)作为洗脱液进行色谱分离。减压蒸发溶剂，得到白色顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈目标化合物7.28g。
表1实施例与对比例的降本和环保效益比较
Figure BDA0003128965980000111
注：这里一次合成实验总成本，实施例扣除可回收原料及溶剂后再计算；对比例总花费包括预计环保处理费。
以上涉及到公知常识的内容不作详细描述，本领域的技术人员能够理解。
以上所述仅为本发明的一些具体实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：反应式如下，
Figure FDA0003128965970000011
式中：R选自烷烃基、芳香烃基或卤代芳香烃基中的一种；
通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应生成通式(Ⅲ)所示的酰氰类化合物，经溶剂提取后，再在强碱性条件下直接与氰甲基膦酸二乙酯反应生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物。
2.根据权利要求1所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：在生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物后再进行溶解、洗涤、活性炭脱色的精制工序。
3.根据权利要求1所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：投料时，所述金属氰化物不低于所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物物质的量的1.05倍。
4.根据权利要求1所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应温度为120～140℃。
5.根据权利要求4所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与金属氰化物反应温度为125～135℃，反应时间为20～28小时。
6.根据权利要求1所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述溶剂为四氢呋喃或2-甲基四氢呋喃，用量与所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物的质量比为5.5～6.0:1。
7.根据权利要求1所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物:氰甲基膦酸二乙酯:碱的摩尔比为1:(0.9～1):(1～1.1)。
8.根据权利要求7所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述通式(Ⅲ)所示的酰氰类化合物在强碱性条件下与氰甲基膦酸二乙酯反应时的温度为25～80℃。
9.根据权利要求8所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述反应时的温度为30～80℃，反应时间为0.5～1小时。
10.根据权利要求2所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述溶解时所用溶剂为二氯甲烷，用量与所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物的质量比为8.5～9.0:1。
11.根据权利要求2所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述洗涤时所用洗涤剂为稀氨水(10％浓度)和纯水，用量分别为与所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物的质量比为8～8.5:1和15～17:1。
12.根据权利要求2所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述活性炭脱色时所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物与所用活性炭的用量的质量比为100:3～4。
13.根据权利要求1所述的通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物的制备方法，其特征在于：所述通式(Ⅱ)所示的酰氯类化合物为特戊酰氯，所述金属氰化物为氰化亚铜，所述通式(Ⅰ)所示二氰基类化合物为顺式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。
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