CN102093257A - 一种制备2,2-二异丙基丙腈的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备2,2-二异丙基丙腈的方法，以异丙醇和磺酰氯为原料制备异丙基磺酸酯，所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱的催化作用下制备2,2-二异丙基丙腈；解决了现有技术中存在的原料价格昂贵、生产条件苛刻、生产周期长、不利于工业操作的问题，从而提供了一种生产成本低、生产过程简单、生产周期短、利于工业化生产的制备2,2-二异丙基丙腈的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备2,2-二异丙基丙腈的方法。具体地说是一种生产成本低、生产过程简单、生产周期短、利于工业化生产的制备2,2-二异丙基丙腈的方法。
背景技术
2,2-二异丙基丙腈是新型凉味剂凉味剂WS-23的关键中间体，WS-23的全名为N,2,3-三甲基-2-(1-甲基乙基)丁酰胺或N,2,3-三甲基-2-异丙基丁酰胺，广泛用于食品、饮料、糖果、化妆品、烟制品、医药等。
2,2-二异丙基丙腈的制备方法目前主要有两种，方法一：Simeon等人采用在二异丙基胺基锂/四氢呋喃的体系中，将溴甲烷和2,2-二异丙基乙腈缩合，合成2,2-二异丙基丙腈；或者在氨基钠/液氨存在的条件下，碘甲烷与2,2-二异丙基乙腈缩合，制备2,2-二异丙基丙腈，方法一的反应式如下：
方法二：李家玉等人采用丙腈为原料，在氨基钠/液氨的体系中与2-溴丙烷直接缩合得到2,2-二异丙基丙腈，反应时间为30小时；专利文献CN101823983A中公开了一种2,2-二异丙基丙腈的制备方法，具体步骤为：将氨气冷却至液态与氨基钠混合加入低温反应釜中，调节低温反应釜内的温度；将丙腈和2-溴乙烷加入高位搅拌滴加罐，得到的混合液缓慢滴加至低温反应釜中，调节低温反应釜内温度并保温，反应完全后蒸发回收液氨，随后加入水反应完剩余的氨基钠；加入乙酸乙酯萃取上一步得到的水相，将所得有机相用清水、食盐水分别洗涤，将最终有机相干燥、过滤、脱溶后，真空蒸馏制得2,3-二甲基-异丙基丁腈。方法二的反应式如下：
针对方法一的两条路线以及工艺条件而言，2,2-二异丙基乙腈几乎无来源供给并且合成制备方法复杂；溴甲烷为气体，工业化操作相对固液原料比较麻烦，同时与碘甲烷一样，价格较贵；此外，采用的强碱二异丙基胺基锂来源有限，价格昂贵；而氨基钠/液氨的反应体系，需要较低的反应温度，且对冷却装置要求较高。针对方法二的反应路线而言，原料易得，反应过程简单，但是氨基钠/液氨的反应体系属于超低温条件，并且由于时间长而导致生产周期过长，不利于工业操作过程。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中存在的原料价格昂贵、生产条件苛刻、生产周期长、不利于工业操作的问题，从而提供一种生产成本低、生产过程简单、生产周期短、利于工业化生产的制备2,2-二异丙基丙腈的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备2,2-二异丙基丙腈的方法，其特征在于：先以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯，然后所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R包括C1-C4的烷基、C1-C4的烷基衍生物、苯基及苯基衍生物，其化学反应式为：
以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤包括，先将磺酰氯溶解于有机溶剂，然后向所述磺酰氯溶液中缓慢滴加异丙醇并搅拌使之反应，然后减压蒸馏回收所述有机溶剂，得到主要成分为异丙腈磺酸酯的粗产物。
将减压蒸馏后所得残余物溶于有机溶剂得到有机层，水洗、干燥所述有机层，减压蒸馏除去所述有机层中的有机溶剂得到主要成份为异丙基磺酸酯的粗产物。
所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤包括，将丙腈溶于有机溶剂并与强碱混合，向所述丙腈溶液中滴加溶于有机溶剂的所述异丙基磺酸酯的粗产物并搅拌使之反应，然后减压蒸馏回收所述有机溶剂，将所得残余物溶于水后得到水层，用有机溶剂萃取所述水层得到有机层，水洗、干燥所述有机层并浓缩蒸出所述有机层中的有机溶剂，得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集2,2-二异丙基丙腈的馏分。
所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤包括，将丙腈溶于有机溶剂并与强碱混合，向所述丙腈溶液中滴加溶于有机溶剂的所述异丙基磺酸酯的粗产物并搅拌使之反应，产物中形成有机层，水洗、干燥所述有机层并浓缩蒸出所述有机层中的有机溶剂得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集2,2-二异丙基丙腈的馏分。
所述2,2-二异丙基丙腈的馏分为反应产物在74-76℃条件下，压强为2mmHg时的馏分。
异丙基磺酸酯与丙腈的反应温度为0℃至120℃。
所述以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤中，所述溶解磺酰氯的有机溶剂为吡啶。
所述以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤中，所述溶解残余物的有机溶剂为乙酸乙酯。
所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤中，所述溶解丙腈的有机溶剂为四氢呋喃、甲苯或乙醇。
所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤中，所述用于萃取的有机溶剂为乙酸乙酯。
所述强碱包括金属胺化物、金属氢化物、金属醇碱，所述金属包括锂、钠、钾、钙。
所述强碱与所述丙腈的摩尔质量比为2:1。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
以异丙醇和磺酰氯为原料制备异丙基磺酸酯，先以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯，然后所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R包括C1-C4的烷基、C1-C4的烷基衍生物、苯基及苯基衍生物，所述反应路线原料廉价易得、安全低毒，反应过程简单，简化了操作过程；异丙基磺酸酯的沸点较高，不需要超低温的反应条件，生产周期短，降低了生产成本，更利于工业化生产；并且该方法得到的产品收率高、质量好。
具体操作步骤简单，以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤中，先将磺酰氯溶解于有机溶剂，然后向所述磺酰氯溶液中缓慢滴加异丙醇并搅拌；减压回收溶剂将所得残余物溶于另一种有机溶剂后得到酯层，水洗、干燥所述酯层，减压除去所述另一种有机溶剂得到异丙基磺酸酯粗产物；所得异丙基磺酸酯粗产物的纯度较高，不需要纯化即可直接用于下一步反应，并且回收后的溶剂可以循环利用。
异丙基磺酸酯与丙腈制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤中，使用强碱作催化剂，利于异丙基磺酸酯中-OSO2R基团的消去，促成异丙基磺酸酯与丙腈的缩合反应；减压回收溶剂，将所得残余物溶于水后得到水层，用合适的有机溶剂萃取所述水层得到有机层，水洗、干燥所述有机层并浓缩蒸出所述合适的有机溶剂后得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集2,2-二异丙基丙腈，能够有效去除产物中的无机物杂质、有机溶剂及副产物，并且不会对生成的2,2-异丙基丙腈造成影响，回收后的有机溶剂可以循环利用。
所述2,2-二异丙基丙腈的馏分为反应产物在74-76℃条件下，压强为2mmHg时的馏分；该条件下的馏分中2,2-二异丙腈的收率高，收集到的产物纯度高。
所述以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤中，所述有机溶剂为吡啶，与该步骤中的产物异丙基磺酸酯存在沸点差异，通过加压回收溶剂既可以将溶剂与产物分离；所述另一种有机溶剂为乙酸乙酯，能够较大程度的溶解该步骤中的有机物产物。
所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤中，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、乙醇，与该步骤中的产物2,2-二异丙基丙腈沸点差异，通过加压回收溶剂既可以将溶剂与产物分离；所述合适的有机溶剂为乙酸乙酯，能够较大程度的溶解该步骤中的有机物产物。根据该方法涉及到的化学反应及方法步骤中选择的溶剂，选择0-120℃作为异丙基磺酸酯与丙腈的反应温度，可以使反应最大程度的进行，产物的生成率较高，便于工业生产过程的温度控制。整个制备方法中所用溶剂的沸点较高，反应体系不需要苛刻的超低温条件即可顺利进行并且生产周期短，优化了工艺条件。
所述强碱包括金属的胺化物、氢化物、醇碱盐，所述金属包括锂、钠、钾、钙，能够有效地催化异丙基磺酸酯与丙腈的反应，并且不会产生副反应，对产物纯度无影响。所述强碱与所述丙腈的摩尔质量比为2:1，能够高效地催化异丙基磺酸酯和丙腈的反应。
具体实施方式
本发明使用的原料均由国药集团提供的分析纯或化学纯。
实施例1
以异丙醇和甲磺酰氯为原料制备异丙基磺酸酯，所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱氨基锂的催化作用下制备2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R为甲基，其化学反应式为：
制备步骤为：（1）将甲磺酰氯11.5g（0.1mol）溶解于50ml吡啶溶剂中，室温下缓缓滴加异丙醇6.0g（0.1mol），加毕维持搅拌2小时使之反应；
（2）减压回收溶剂，将所得残余物溶于30ml乙酸乙酯后得到酯层，用水洗涤酯层，用无水硫酸钠干燥酯层，减压除去乙酸乙酯，得到甲磺酸异丙酯粗品13.0g，收率为94.2%，所述甲磺酸异丙酯粗品无需纯化，直接进行下一步反应；
（3）在冰浴条件下，将丙腈5.5g（0.1mol）溶于30ml四氢呋喃中，再加入氨基锂4.6g（0.2mol）混合，将13.0g甲磺酸异丙酯粗品溶于10ml四氢呋喃中，边搅拌边向所述丙腈溶液中滴加，滴加15分钟后，反应温度维持在0℃，反应3小时；
（4）减压回收溶剂，将所得残余物溶于30ml水后得到水层，再用乙酸乙酯20mlх3次萃取水层得到有机层，所述有机层经水洗，干燥，浓缩蒸出溶剂得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集74-76℃、2mmHg即1.60kPa时的馏分，得到11.6g 2,2-二异丙基丙腈无色液体，此时2,2-二异丙基丙腈的收率为83.7%，通过GC-MS（m/z）分析，检测到其中分子量为140[M+H]+，97，82的碎片并进行分析得到所得产物中2,2-二异丙基丙腈的含量为98%。
实施例2
以异丙醇和苯甲磺酰氯为原料制备异丙基磺酸酯，所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱氢化钙的催化作用下制备2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R为苯甲基，其化学反应式为：
。
制备步骤为：（1）将苯甲磺酰氯17.5g（0.1mol）溶解于60ml吡啶溶剂中，室温下缓缓滴加异丙醇6.0g（0.1mol），加毕维持搅拌5小时使之反应；
（2）减压回收溶剂，将所得残余物溶于40ml乙酸乙酯后得到酯层，用水洗涤酯层，用无水硫酸钠干燥酯层，减压除去乙酸乙酯，得到苯甲磺酸异丙酯粗品17.2g，收率86.0%，所述苯甲磺酸异丙酯粗品无需纯化，直接进行下一步反应；
（3）在冰浴条件下，将丙腈5.5g（0.1mol）溶于20ml甲苯中，再加入氢化钙8.4g（0.2mol）混合，将17.2g苯甲磺酸异丙酯粗品溶于20ml甲苯溶液中，边搅拌边向所述丙腈溶液中滴加，滴加15分钟后，反应温度维持在110℃，反应5小时；
（4）反映完毕后产物中形成有机层，所述有机层经水洗，干燥，浓缩蒸出溶剂得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集74-76℃、2mmHg即1.60kPa时的馏分，得10.2g 2,2-二异丙基丙腈无色液体，此时2,2-二异丙基丙腈的收率为收率85.4%，通过GC-MS（m/z）分析，检测到其中分子量为140[M+H]+，97，82的碎片并进行分析得到所得产物中2,2-二异丙基丙腈的含量为98%。
实施例3
以异丙醇和三氟甲磺酰氯为原料制备异丙基磺酸酯，所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱乙醇钠的催化作用下制备2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R为三氟甲基，其化学反应式为：
制备步骤为：（1）将三氟甲磺酰氯16.8g（0.1mol）溶解于40ml吡啶溶剂中，室温下缓缓滴加异丙醇6.0g（0.1mol），加毕维持搅拌3小时使之反应；
（2）减压回收溶剂，将所得残余物溶于30ml乙酸乙酯后得到酯层，用水洗涤酯层，用无水硫酸钠干燥酯层，减压除去乙酸乙酯，得到三氟甲磺酸异丙酯粗品18.4g，收率为95.8%，所述三氟甲磺酸异丙酯粗品无需纯化，直接进行下一步反应；
（3）在冰浴条件下，将丙腈5.5g（0.1mol）溶于60ml乙醇中，再加入乙醇钠13.6g（0.2mol）混合。将18.4g三氟甲磺酸异丙酯粗品溶于10ml乙醇中，滴加15分钟后，反应温度维持在20℃，反应12小时；
（4）减压回收溶剂，将所得残余物溶于30ml水后得到水层，再用乙酸乙酯20mlх3次萃取水层得到有机层，所述有机层经水洗，干燥，浓缩蒸出溶剂得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集74-76℃、2mmHg即1.60kPa时的馏分，得到9.6g 2,2-二异丙基丙腈无色液体，此时2,2-二异丙基丙腈的收率为69.3%。G通过GC-MS（m/z）分析，检测到其中分子量为140[M+H]+，97，82的碎片并进行分析得到所得产物中2,2-二异丙基丙腈的含量为98%。
实施例4
以异丙醇和苯磺酰氯为原料制备异丙基磺酸酯，所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱乙醇钾的催化作用下制备2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R为苯基，其化学反应式为：
制备步骤为：（1）将苯磺酰氯18.1g（0.1mol）溶解于50ml吡啶溶剂中，室温下缓缓滴加异丙醇6.0g（0.1mol），加毕维持搅拌4小时使之反应；
（2）减压回收溶剂，将所得残余物溶于30ml乙酸乙酯后得到酯层，用水洗涤酯层，用无水硫酸钠干燥酯层，减压除去乙酸乙酯，得到苯磺酸异丙酯粗品17.6g，收率为94.2%，所述苯磺酸异丙酯粗品无需纯化，直接进行下一步反应；
（3）在冰浴条件下，将丙腈5.5g（0.1mol）溶于30ml四氢呋喃中，再加入乙醇钾4.6g（0.2mol）混合，将17.6g苯磺酸异丙酯粗品溶于10ml四氢呋喃中，边搅拌边向所述丙腈溶液中滴加，滴加15分钟后，反应温度维持在120℃，反应8小时；
（4）减压回收溶剂，将所得残余物溶于30ml水后得到水层，再用乙酸乙酯20ml萃取水层得到有机层，所述有机层经水洗，干燥，浓缩蒸出溶剂得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集74-76℃、2mmHg即1.60kPa时的馏分，得到12.4g 2,2-二异丙基丙腈无色液体，此时2,2-二异丙基丙腈的收率为81.0%，通过GC-MS（m/z）分析，检测到其中分子量为140[M+H]+，97，82的碎片并进行分析得到所得产物中2,2-二异丙基丙腈的含量为98%。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种制备2,2-二异丙基丙腈的方法，其特征在于：先以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯，然后所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈，所述异丙基磺酸酯中的R包括C1-C4的烷基、C1-C4的烷基衍生物、苯基及苯基衍生物，其化学反应式为：
。
2.根据权利要求1 所述的制备方法，其特征在于：以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤包括，先将磺酰氯溶解于有机溶剂，然后向所述磺酰氯溶液中缓慢滴加异丙醇并搅拌使之反应，然后减压蒸馏回收所述有机溶剂，得到主要成分为异丙基磺酸酯的粗产物。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：将减压蒸馏后所得残余物溶于有机溶剂得到有机层，水洗、干燥所述有机层，减压蒸馏除去所述有机层中的有机溶剂得到主要成份为异丙基磺酸酯的粗产物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤包括，将丙腈溶于有机溶剂并与强碱混合，向所述丙腈溶液中滴加溶于有机溶剂的所述异丙基磺酸酯的粗产物并搅拌使之反应，然后减压蒸馏回收所述有机溶剂，将所得残余物溶于水后得到水层，用有机溶剂萃取所述水层得到有机层，水洗、干燥所述有机层并浓缩蒸出所述有机层中的有机溶剂，得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集2,2-二异丙基丙腈的馏分。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤包括，将丙腈溶于有机溶剂并与强碱混合，向所述丙腈溶液中滴加溶于有机溶剂的所述异丙基磺酸酯的粗产物并搅拌使之反应，产物中形成有机层，水洗、干燥所述有机层并浓缩蒸出所述有机层中的有机溶剂得到残余物，减压蒸馏所述残余物，收集2,2-二异丙基丙腈的馏分。
6.根据权利要求4或5中所述的制备方法，其特征在于：所述2,2-二异丙基丙腈的馏分为反应产物在74-76℃条件下，压强为2mmHg时的馏分。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：异丙基磺酸酯与丙腈的反应温度为0℃至120℃。
8.根据权利要求2至7中任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤中，所述溶解磺酰氯的有机溶剂为吡啶。
9.根据权利要求3至7中任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述以异丙醇和磺酰氯为原料制备得到异丙基磺酸酯的步骤中，所述溶解残余物的有机溶剂为乙酸乙酯。
10.根据权利要求4至7中任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤中，所述溶解丙腈的有机溶剂为四氢呋喃、甲苯或乙醇。
11.根据权利要求4或6或7所述的制备方法，其特征在于：所述异丙基磺酸酯与丙腈在强碱作用下制备得到2,2-二异丙基丙腈的步骤中，所述用于萃取的有机溶剂为乙酸乙酯。
12.根据权利要求1至11中任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述强碱包括金属胺化物、金属氢化物、金属醇碱，所述金属包括锂、钠、钾、钙。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述强碱与所述丙腈的摩尔质量比为2:1。
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