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一種二氰基類化合物的制備方法與流程

文檔序號:26836303發布日期:2021-10-05 08:15
一種二氰基類化合物的制備方法與流程

本發明涉及一種二氰基類化合物的制備方法。

背景技術

順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈是一種特殊的化工原料,主要用于醫藥中間體和液晶顯示材料的原料。

現有合成方法的主要工藝分兩步,首先用純溴(Br2)溴化叔丁基乙炔得到2-叔丁基-1,2-二溴乙烯,然后再用氰化亞銅氰化2-叔丁基-1,2-二溴乙烯得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。此方法所用的叔丁基乙炔價格昂貴;純溴(溴素)為管制品,價格也較高;用二甲基甲酰胺(DMF)或者N-甲基吡咯烷酮(NMP)做溶劑,后處理困難,廢水量巨大;此方法中需要用硅藻土助濾,其產生的含銅廢渣難以回收套用,難處理。



技術實現要素:

有鑒于此,本發明期望提供一種二氰基類化合物的制備方法,來解決現有技術中成本高、環保壓力大的難題。

為達到上述目的,本發明的技術方案是這樣實現的:

本發明目的在于提供一種通式(Ⅰ)所示二氰基類化合物的制備方法,其特征在于:反應式如下,

式中:R選自烷烴基、芳香烴基或鹵代芳香烴基中的一種;

通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物與金屬氰化物反應生成通式(Ⅲ)所示的酰氰類化合物,經溶劑提取后,再在強堿性條件下直接與氰甲基膦酸二乙酯反應生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基類化合物。

進一步地,在生成所述通式(Ⅰ)所示二氰基類化合物后再進行溶解、洗滌、活性炭脫色的精制工序。

進一步地,投料時,所述金屬氰化物不低于所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物物質的量的1.05倍。

進一步地,所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物與金屬氰化物反應溫度為120~140℃。

更進一步地,所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物與金屬氰化物反應溫度為125~135℃,反應時間為20~28小時。

進一步地,所述溶劑為四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃,用量與所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物的質量比為5.5~6.0:1。

進一步地,通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物:氰甲基膦酸二乙酯:堿的摩爾比為1:(0.9~1):(1~1.1)。

這里,氰甲基膦酸二乙酯投料不足1摩爾當量也可以反應完全,因為第一步合成的通式(Ⅲ)所示的酰氰類化合物的收率在90%左右(因R基團而異)。第二步堿要適當過量,因為第一步反應過后會產生酸性的雜質,會消耗一部分堿。

更進一步地,所述通式(Ⅲ)所示的酰氰類化合物在強堿性條件下與氰甲基膦酸二乙酯反應時的溫度為25~80℃。

具體地,所述反應時的溫度為30~80℃,反應時間為0.5~1小時。

這里,第二步反應過程中應分批加堿控制溫度0~20℃,由于基團的位阻及誘導效應有差異,后要求保溫溫度30~80℃下進行反應。進一步優選保溫溫度為30℃。

這里,由于加堿過程就是反應過程,此反應放熱,為了有效控制熱效應及反應速率,必須分批加,如果不分批加,此反應,尤其在放大反應中可能導致反應失控,或者反應變雜。這里,采用冰水浴即通過控制反應溫度,來決定分批的速度和批次多少。

這里,由于R基團具有一定位阻,而位阻越大越有利于生成順式產物,但反應越難進行,就相應的需要較高溫度反應。由于位阻作用,以及誘導共軛效應,使得羰基反應性能有很大差別,所以反應溫度有差別。當R基團選擇位阻小且沒有共軛作用時,其反應溫度會比較低,反之則高。當分批加堿步驟結束后,根據不同的R基團需要選擇不同的反應溫度時,可以考慮將反應移至油浴鍋進行。

更進一步地,所述溶解時所用溶劑為二氯甲烷,用量與所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物的質量比為8.5~9.0:1。

更進一步地,所述洗滌時所用洗滌劑為稀氨水(10%濃度)和純水,用量分別為與所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物的質量比為8~8.5:1和15~17:1。

更進一步地,所述活性炭脫色時所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物與所用活性炭的用量的質量比為100:3~4。

進一步地,所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物為特戊酰氯,所述金屬氰化物為氰化亞銅,所述通式(Ⅰ)所示二氰基類化合物為順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。

本發明有益效果如下:

本發明與現有技術相比,采用本發明方法,工藝原料成本低,副產品氯化亞銅不溶于所用溶劑,容易回收,過程中所用溶劑能回收套用,本發明方法可同時實現既降低了成本,又減小了環保壓力的技術效果。

附圖說明

圖1為本發明合成反應通式;

圖2為本發明一種實施方式順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的合成反應式;

圖3為現有技術合成方法中的第一步溴化反應式;

圖4為現有技術合成方法中的第二步氰化反應式;

圖5為本發明產物順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的核磁共振氫譜。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是,此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明,并不用于限制本發明。

通過本發明方法可合成出一類通式(Ⅰ)所示二氰基類化合物,其中R可選自烷烴基、芳香烴基或鹵代芳香烴基中的一種,優選為乙基、叔丁基、苯基、氯苯基、溴苯基、苯甲醚基中的一種,進一步優選為如下結構:

更進一步優選為順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。

這里,本發明具體實施方式以順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈為例進行詳細闡述本發明,但本發明并不限于只合成制備順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。

本發明具體實施方式提供一種順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的制備方法,其特征在于:反應式如下,

特戊酰氯與氰化亞銅反應生成特戊酰氰中間體經溶劑提取后,再在強堿性條件下直接與氰甲基膦酸二乙酯反應生成順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。

進一步地,再經溶解、洗滌、活性炭脫色得到精制的順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈。

進一步地,投料時,所述氰化亞銅不低于特戊酰氯物質的量的1.05倍。

這里,要求氰化亞銅必須過量,以保證酰氯反應完全,因為酰氯反應不完會影響下一步反應,酰氯會消耗一部分堿,也會和氰甲基膦酸二乙酯反應生成雜質。而過量的氰化亞銅不溶于四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃溶劑,可以過濾除去,不影響下一步反應,且可以回收再利用。

進一步地,所述特戊酰氯與氰化亞銅反應溫度為120~140℃。

更進一步地,所述特戊酰氯與氰化亞銅反應溫度為125~135℃,反應時間為20~28小時。

進一步地,所述溶劑為四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃,用量與特戊酰氯的質量比為5.5~6.0:1。

進一步地,特戊酰氯:氰甲基膦酸二乙酯:堿的摩爾比為1:(0.9~1):(1~1.1)。

這里,氰甲基膦酸二乙酯投料不足1摩爾當量也可以反應完全,因為第一步合成的特戊酰氰中間體的收率在90%左右,第二步堿要適當過量,因為第一步反應過后會產生酸性的雜質,會消耗一部分堿。

這里,對于堿性物質不作限定,例如可優選自叔丁醇鈉、叔丁醇鉀或氫化鈉(鈉氫)等。

更進一步地,所述通特戊酰氯在強堿性條件下與氰甲基膦酸二乙酯反應時的溫度為25~80℃。

具體地,所述反應時的溫度為30~80℃,反應時間為0.5~1小時。

這里,第二步反應過程中應分批加堿控制溫度0~20℃,由于基團的位阻及誘導效應有差異,后要求保溫溫度30~80℃下進行反應。進一步優選保溫溫度為30℃。

這里,第二步反應過程中會有反式-2-叔丁基丁烯二腈副產物生成,可以結晶除掉該反式雜質。

這里,該反式雜質用小極性溶劑打漿,會溶于該小極性溶劑,再通過過濾除去,過濾后的固體即為純品。此時,產品也會有部分溶于溶劑,會有少量損失。

更進一步地,所述溶解時所用溶劑為二氯甲烷,用量與特戊酰氯的質量比為8.5~9.0:1。

更進一步地,所述洗滌時所用洗滌劑為稀氨水(10%濃度)和純水,用量分別為與特戊酰氯的質量比為8~8.5:1和15~17:1。

更進一步地,所述活性炭脫色時所述通式(Ⅱ)所示的酰氯類化合物與所用活性炭的用量的質量比為100:3~4。

實施例1

如圖2,向裝有氮氣導管、溫度計和攪拌器的三口燒瓶中加入60g特戊酰氯和47.5g氰化亞銅,通氮、開動攪拌、升溫至130℃,反應24小時。冷卻至室溫,加入350g四氫呋喃,攪拌20分鐘。過濾掉不溶物。濾液再回到反應裝置中,加入氰甲基磷酸二乙酯85g。在攪拌下分批、緩慢加入叔丁醇鉀,控制溫度不超過20℃,叔丁醇鉀總量為58g,加完后保持溫度30℃反應30分鐘后,負壓脫出溶劑。加入520g二氯甲烷,溶解后加入稀氨水(10%濃度)500g洗滌,攪拌5分鐘,靜置20分鐘,分出上層水溶液。再用稀氨水洗滌一次,分出水溶液。最后用純水1000g洗滌一次,分出水溶液,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。

向上述順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入2g活性炭,攪拌脫色1小時,過濾。濾液負壓脫出溶劑,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色結晶體48.1g。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。

實施例2

如圖2,向裝有氮氣導管、溫度計和攪拌器的三口燒瓶中加入60g特戊酰氯和47.0g氰化亞銅,通氮、開動攪拌、升溫至135℃,反應20小時。冷卻至室溫,加入2-甲基四氫呋喃330g,攪拌20分鐘。過濾掉不溶物。濾液再回到反應裝置中,加入氰甲基磷酸二乙酯85g。在攪拌下分批、緩慢加入叔丁醇鉀,控制溫度不超過20℃,叔丁醇鉀總量為58g,加完后保持溫度30℃反應30分鐘后,負壓脫出溶劑。加入510g二氯甲烷,溶解后加入稀氨水(10%濃度)480g洗滌,攪拌5分鐘,靜置20分鐘,分出上層水溶液。再用稀氨水洗滌一次,分出水溶液。最后用純水900g洗滌一次,分出水溶液,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。

向上述順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入1.8g活性炭,攪拌脫色1小時,過濾。濾液負壓脫出溶劑,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色結晶體48.7g。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm 5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。

實施例3

如圖2,向裝有氮氣導管、溫度計和攪拌器的三口燒瓶中加入60g特戊酰氯和48.0g氰化亞銅,通氮、開動攪拌、升溫至125℃,反應28小時。冷卻至室溫,加入350g四氫呋喃,攪拌20分鐘。過濾掉不溶物。濾液再回到反應裝置中,加入氰甲基磷酸二乙酯84g。在攪拌下分批、緩慢加入叔丁醇鉀,控制溫度不超過30℃,叔丁醇鉀總量為61g,加完后保持溫度25℃反應45分鐘后,負壓脫出溶劑。加入520g二氯甲烷,溶解后加入稀氨水(10%濃度)500g洗滌,攪拌5分鐘,靜置20分鐘,分出上層水溶液。再用稀氨水洗滌一次,分出水溶液。最后用純水1000g洗滌一次,分出水溶液,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。

向上述順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入2g活性炭,攪拌脫色1小時,過濾。濾液負壓脫出溶劑,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色結晶體48.1g。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。

實施例4

如圖2,向裝有氮氣導管、溫度計和攪拌器的三口燒瓶中加入60g特戊酰氯和47.5g氰化亞銅,通氮、開動攪拌、升溫至130℃,反應24小時。冷卻至室溫,加入360g四氫呋喃,攪拌20分鐘。過濾掉不溶物。濾液再回到反應裝置中,加入氰甲基磷酸二乙酯89g。在攪拌下分批、緩慢加入氫化鈉(鈉氫),控制溫度不超過30℃,鈉氫總量為12g,加完后保持溫度30℃反應30分鐘后,負壓脫出溶劑。加入540g二氯甲烷,溶解后加入稀氨水(10%濃度)510g洗滌,攪拌5分鐘,靜置20分鐘,分出上層水溶液。再用稀氨水洗滌一次,分出水溶液。最后用純水1020g洗滌一次,分出水溶液,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液。

向上述順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈的二氯甲烷溶液中加入2.4g活性炭,攪拌脫色1小時,過濾。濾液負壓脫出溶劑,得到順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈白色結晶體49.4g。1H NMR(300MHz,CDCl3):δ,ppm 5.871(s,1H,Ha),1.270(s,9H,tBu)。

對比例1

如圖3,準備好冰鹽浴,將裝有氮氣導管、溫度計和攪拌器的三口燒瓶置于其中,往該三口燒瓶中加入41g 3,3-二甲基-1-丁炔、0.2g催化劑過氧化苯甲酰和1000mL的無水己烷,往其中逐滴加入純溴溶液共計26mL,2小時內加完,并控制溫度不超過-10℃。將上述混合物在-10℃下攪拌4小時,并在室溫下攪拌另外0.5小時,同時使用450W鎢燈的連續照射。減壓蒸發溶劑。然后,將殘余物通過硅膠柱色譜法純化,以甲苯為洗脫劑,得到黃色油狀的目標化合物1,2-二溴-3,3-二甲基-1-丁烯49.68g(含順式及反式結構)。

如圖4,首先將反式-1,2-二溴-3,3-二甲基-1-丁烯作為雜質除去,得28.84g順式-1,2-二溴-3,3-二甲基-1-丁烯,在氮氣導入下,將其和32.16g CuCN在DMF(200mL)中進行加熱回流8小時。冷卻至室溫后,將該混合物倒入氨水(1000mL)中并吹入空氣24小時。然后用甲苯(200mL)萃取溶液三次。合并的萃取液用水洗滌,用無水硫酸鎂干燥,蒸發。粗產物在硅膠柱上用石油醚/氯仿(1:1)作為洗脫液進行色譜分離。減壓蒸發溶劑,得到白色順式-2-叔丁基-2-丁烯二腈目標化合物7.28g。

表1實施例與對比例的降本和環保效益比較

注:這里一次合成實驗總成本,實施例扣除可回收原料及溶劑后再計算;對比例總花費包括預計環保處理費。

以上涉及到公知常識的內容不作詳細描述,本領域的技術人員能夠理解。

以上所述僅為本發明的一些具體實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容,必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。

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