CN114591199A - 一种溴乙腈的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溴乙腈的制备方法,是以乙腈和溴素为原料,在催化剂的存在下,经溴代反应一步合成溴乙腈;所述催化剂包括亚磷酸酯类化合物。本发明的反应转化率高,产品纯度高,工艺简单,成本低,适合放大生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体涉及一种溴乙腈的制备方法。
背景技术
溴乙腈是一种应用于农药、医药和新材料的重要中间体。溴乙腈在有机合成时,于特定反应位点上引入氰甲基非常高效方便,因此常作为有机合成和新药合成的有机砌块。溴乙腈和氯乙腈相比,其活性更高但制备难度更大,主要包括以下几种制备方法:
(1)氯乙腈置换法[Helvetica Chimica Acta,1971,vol.54,p.2543-2551],反应式如下:
但是,该方法反应过程中由于溴化钾为无机盐,在甲醇的溶解度不高,且存在化学平衡问题,转化率较低,不适合放大生产;
(2)NBS溴代法[Journal of Organic Chemistry,1953,vol.18,p.501,502],反应式如下:
但是,该方法反应过程中收率很低,另加入自由基引发剂BPO及AIBN仍不能提高产品收率,不适合放大生产;
(3)乙腈-溴素电解法[Journal of Organic Chemistry,2004,vol.69,#7,p.2423-2426],反应式如下:
但是,该方法会产生二溴乙腈杂质,文献中无具体收率,且此电解方法不太适合放大生产;
(4)溴乙酰胺脱水法[Journal of general chemistry of the USSR,1962,vol.32,p.890-894]等,该方法为溴乙腈的传统制备方法,以溴乙酸为原料酯化或氯代、胺解后脱水得到溴乙腈,反应式如下:
但是,该方法需要三个步骤,反应生产周期长,而且中间体溴乙酸乙酯(或溴乙酸甲酯)具有强烈刺激性(曾用做军用毒气),脱水步骤用到五氧化二磷,污染大难处理,总体成本较高。
(4)溴素-三溴化磷法[JP20454987A],该方法以溴素为溴源,乙腈作为原料及溶剂,在三溴化磷的存在下升温反应,反应液水洗后精馏得到溴乙腈;但是,该方法存在3个问题:①三溴化磷可同时与溴素反应生成五溴化磷,在反应条件下五溴化磷(固体)易升华堵冷凝器,难以放大生产;②由于乙腈水溶性大,直接水洗产品损失多;③精馏过程中产生较多黑色焦油类物质,可能为聚合物[Spectrochimlca Acta,Vol.34A,p.423-433;ChemBioChem(2017),18(4),387-395],直接影响了产品的收率。
可见,溴乙腈的制备方法存在合成路线长、收率低、产品易聚合损失、难以工业化生产等问题,因此开发一种新的溴乙腈制备方法非常必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点,提供一种收率高、工艺简单、纯度高、适于工业化生产的溴乙腈制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种溴乙腈的制备方法,是以乙腈和溴素为原料,在催化剂的存在下,经溴代反应一步合成溴乙腈;所述催化剂包括亚磷酸酯类化合物。
所述溴素的用量为乙腈质量的0.10~0.50倍;亚磷酸酯类化合物的用量为乙腈质量的0.01~0.20倍。溴素滴加和保温的温度为40~80℃;保温的反应时间优选为2~8h。
所述亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯、亚磷酸三苯酯的一种或多种;优选亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯。
优选的,所述催化剂还包括硅胶,硅胶的用量为乙腈质量的0.03~0.20倍。所述硅胶优选主成分为二氧化硅的柱层层析硅胶,如符合层析硅胶行业标准的普通型和精制型柱层层析硅胶;更优选符合规格3的200~300目的柱层层析硅胶。
优选的,在合成溴乙腈之后,对反应液进行后处理,先加入饱和氯化钠溶液进行静置分液,有机相干燥及过滤后加入阻聚剂,然后精馏纯化,得到溴乙腈纯品;所述饱和氯化钠溶液的用量为乙腈质量的0.3~0.5倍,阻聚剂的用量为乙腈质量的0.001~0.020倍;所述阻聚剂为丙烯酸铜、甲基丙烯酸铜、二甲二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜的一种或多种,优选为丙烯酸铜。
更优选的,所述溴乙腈的制备方法,包括下述步骤:
(1)在乙腈溶液中加入乙腈质量的0.05~0.15倍的硅胶,加入0.03~0.10倍的亚磷酸酯类化合物,室温搅拌,升温至60~80℃,滴加0.1~0.3倍的溴素,然后保温反应3~8h,停止反应,得到产物溴乙腈溶液;
(2)将产物溴乙腈溶液进行后处理,降至室温,加入乙腈质量的0.3~0.5倍的饱和氯化钠溶液,静置分液,有机相用无水硫酸镁干燥,过滤,滤液加入0.001~0.010倍的阻聚剂后转移至精馏装置;
(3)升温精馏,收集溴乙腈纯品;同时,回收的乙腈用于下批次投料,含溴乙腈的前后馏分套用至下批次精馏。
本发明的反应通式为:
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果:
(1)本发明采用硅胶和亚磷酸酯类化合物为催化剂,反应转化率高,工艺简单,适合放大生产。
(2)本发明的粗品反应液用饱和氯化钠洗后加入阻聚剂,降低了纯化过程的聚合损失,提高了产品收率。
(3)本发明在后处理中,精馏后的乙腈及含产品的前后馏分可以回收套用,有利于降低生产成本。
附图说明
图1为实施例1制备得到的溴乙腈的核磁图。
图2为实施例1制备得到的溴乙腈的GC图谱。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但是,不以任何形式限制本发明。应该指出的是,对本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,本发明还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将500g乙腈加入到1000ml三口瓶中,加温度计及回流冷凝管。室温机械搅拌下加入50g硅胶,后加入25g亚磷酸三乙酯,室温搅拌1h。升温至80±2℃,滴加150g溴素,滴加完毕,控温80±2℃保温反应3h,停止反应,降温。
降至室温,搅拌下加入200g饱和氯化钠溶液,静置分液,有机相用无水硫酸镁干燥,过滤,滤液加入2.5g丙烯酸铜后转移至精馏装置。
升温精馏,收集溴乙腈纯品。回收乙腈用于下批次反应,含溴乙腈的前后馏分套用于下批次精馏。
乙腈及前后馏分按本实施例上述方法套用2次,三批反应共得到溴乙腈纯品314.3g(以溴素计算收率为93.05%,GC纯度均>98.0%)。溴乙腈纯品的核磁图谱见附图1,GC图谱见附图2。
实施例2
仅不加阻聚剂丙烯酸铜。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品221.9g,收率65.70%。
实施例3
仅不加硅胶。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品277.9g,收率82.28%。
实施例4
仅改变催化剂亚磷酸三乙酯的量为50g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品310.2g,收率91.84%。
实施例5
仅改变催化剂亚磷酸三乙酯的量为15g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品302.0g,收率89.41%。
实施例6
仅改变阻聚剂的量为5.0g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品311.6g,收率92.25%。
实施例7
仅改变阻聚剂的量为0.5g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品296.2g,收率87.69%。
实施例8
仅改变硅胶的量为75g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品305.6g,收率90.48%。
实施例9
仅改变硅胶的量为25g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品309.4g,收率91.60%。
实施例10
仅改变:反应温度(溴素滴加及保温)为40℃,反应时间为8h。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品217.3g,收率64.34%。
实施例11
仅改变:反应温度(溴素滴加及保温)为60℃,反应时间为8h。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品297.3g,收率88.02%。
实施例12
仅改变:反应温度(溴素滴加及保温)为80℃,反应时间为2h。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品292.4g,收率86.57%。
实施例13
仅改变:反应温度(溴素滴加及保温)为80℃,反应时间为5h。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品302.2g,收率89.47%。
实施例14
仅改变:硅胶的量为25g,亚磷酸三乙酯的量为15g,溴素每批投料的量为100g,反应温度(溴素滴加及保温)为70℃,反应时间为5h。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品208.7g,收率92.68%。
实施例15
仅改变:硅胶的量为100g,亚磷酸三乙酯的量为50g,溴素每批投料的量为250g,反应温度(溴素滴加及保温)为70℃,反应时间为5h,饱和氯化钠的量为250g,丙烯酸铜的量为10g。其他操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品418.5g,收率73.34%。
实施例16
仅改变:硅胶的量为15g,亚磷酸三乙酯的量为5g,溴素每批投料的量为50g,反应温度(溴素滴加及保温)为60℃,反应时间为8h,饱和氯化钠的量为150g,丙烯酸铜的量为0.5g。其他操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品80.6g,收率71.59%。
实施例17
仅改变:催化剂种类为亚磷酸三甲酯,用量为25g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品311.3g,收率92.17%。
实施例19
仅改变:不加硅胶,催化剂种类为亚磷酸三甲酯,亚磷酸三甲用量为25g。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化后,得到溴乙腈纯品269.5g,收率79.79%。
对比例1
仅不加催化剂亚磷酸三乙酯。其他物料量及操作和实施例1完全相同,在纯化时,未得到溴乙腈。
以上所述仅为本发明的实施例,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种溴乙腈的制备方法,其特征在于:是以乙腈和溴素为原料,在催化剂的存在下,经溴代反应一步合成溴乙腈;所述催化剂包括亚磷酸酯类化合物。
2.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:所述溴素的用量为乙腈质量的0.10~0.50倍;亚磷酸酯类化合物的用量为乙腈质量的0.01~0.20倍。
3.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:溴素滴加和保温的温度为40~80℃;反应时间为2~8h。
4.根据权利要求1或2所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:所述亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三异丙酯、亚磷酸三苯酯的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:所述亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯。
6.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:所述催化剂还包括硅胶,硅胶的用量为乙腈质量的0.03~0.20倍。
7.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:在合成溴乙腈之后,对反应液进行后处理,先加入饱和氯化钠溶液进行静置分液,有机相干燥及过滤后加入阻聚剂,然后精馏纯化,得到溴乙腈纯品。
8.根据权利要求7所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:所述饱和氯化钠溶液的用量为乙腈质量的0.3~0.5倍,阻聚剂的用量为乙腈质量的0.001~0.020倍;所述阻聚剂为丙烯酸铜、甲基丙烯酸铜、二甲二硫代氨基甲酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸铜的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:所述阻聚剂为丙烯酸铜。
10.根据权利要求1所述的溴乙腈的制备方法,其特征在于:包括下述步骤:
(1)在乙腈溶液中加入乙腈质量的0.05~0.15倍的硅胶,加入0.03~0.10倍的亚磷酸酯类化合物,室温搅拌,升温至60~80℃,滴加0.1~0.3倍的溴素,然后保温反应3~8h,停止反应,得到产物溴乙腈溶液;
(2)将产物溴乙腈溶液进行后处理,降至室温,加入乙腈质量的0.3~0.5倍的饱和氯化钠溶液,静置分液,有机相用无水硫酸镁干燥,过滤,滤液加入0.001~0.010倍的阻聚剂后转移至精馏装置;
(3)升温精馏,收集溴乙腈纯品;同时,回收的乙腈用于下批次投料,含溴乙腈的前后馏分套用至下批次精馏。
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