一種1，3-金剛烷二甲酸的製備方法
2024-01-29 07:38:15
專利名稱：一種1，3-金剛烷二甲酸的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種1，3-金剛烷二甲酸的製備方法。
背景技術：
1，3_金剛烷二甲酸由於具有雙官能團容易合成各種不同金剛烷二取代衍生物，很 多金剛烷二取代衍生物也具有良好的抗病毒作用；同時，1，3_金剛烷二甲酸也可用於生物 高分子材料的合成，也很容易合成各種不同的高分子材料，如在酸催化下與丙烯醇酯化可 以方便地合成重要的高分子單體二烯丙基酯。這些材料材質透明度好、硬度高、抗衝擊及熱 穩定性能優異，在有機新材料領域有著廣泛的應用前景，特別在光通訊領域應用前景十分 看好。由於1-溴代金剛烷表現出介於叔丁基溴和1-溴代降冰片之間的反應活性，可以 利用其活性來合成許多其他金剛烷二取代衍生物，如鹼性水解成1-金剛烷醇，在濃硫酸作 用下與甲酸Koch-Haaf羧基化反應生成1_金剛烷甲酸，與尿素共熱合成1_金剛烷胺。但 是，1，3_ 二溴代金剛烷相對1-溴代金剛烷而言有特殊的穩定性，1，3_ 二溴代金剛烷在上述 條件下基本上不能發生類似的反應，因此無法直接用1，3_ 二溴代金剛烷在濃硫酸作用下 與甲酸起Koch-Haaf反應來合成1，3-金剛烷二甲酸。目前文獻報導的關於1，3_金剛烷二 甲酸的合成路線主要有兩種方法1、金剛烷溴代合成1，3_ 二溴代金剛烷，然後利用銀鹽使溴生成AgBr沉澱從 而水解成1，3-金剛烷二醇，進而利用1，3-金剛烷二醇在濃硫酸作用下與甲酸起Koch-Haaf 羧基化反應合成1，3_金剛烷二甲酸。 方法2、由金剛烷合成1-金剛烷甲酸，然後溴化、水解合成3-羥基-1-金剛烷甲 酸，進而利用3-羥基-1-金剛烷甲酸在濃硫酸作用下與甲酸起Koch-Haaf反應合成1，3_金
剛烷二甲酸。 這兩種方法反應路線較長、且都要經過溴代這一步，帶來環境汙染和後處理困難； 而且方法二中的二溴代金剛烷的水解需要用到硫酸銀，價格昂貴且不能回收重複利用，不 利於工業化生產。本發明採用金剛烷甲酸一步氧化得到3-羥基-1-金剛烷甲酸，再進行羧基化反應 製備1，3-金剛烷二甲酸，反應步驟只有兩步，原料易得、操作方法簡單易行，所得產物收率 和純度高，且避開了溴代反應。
發明內容
本發明的目的在於提供一種的1，3-金剛烷二甲酸的製備方法。本發明的技術方案如下本發明的一種1，3_金剛烷二甲酸的製備方法，包括以下步驟(1)金剛烷甲酸的氧化將金剛烷甲酸加入到硝酸中，使金剛烷甲酸懸浮於硝酸 中，攪拌，控制反應溫度在-10°c 20°C，在3小時內緩慢滴加濃硫酸，於-10°c 20°C溫度 條件下反應10小時，得到3-羥基-1-金剛烷甲酸；(2) 3-羥基-1-金剛烷甲酸的羧基化將步驟(1)製備的3-羥基-1-金剛烷甲酸 中加入濃硫酸，冰水浴，快速攪拌下緩慢滴加甲酸，50分鐘內滴加完畢，待滴加完畢後攪拌 反應30分鐘，得到1，3-金剛烷二甲酸。
所述步驟⑴中金剛烷甲酸與硝酸的摩爾比為1 4 6，金剛烷甲酸與濃硫酸的 摩爾比為1 15 25，反應完後倒入裝有碎冰的燒杯中，攪拌直至冰全部融化，冷卻析出淺 黃色沉澱，抽濾出粗產品，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，再用丙酮/水體積比=9 1的混合 溶液重結晶，真空乾燥箱乾燥，得到白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸。所述步驟(2)中金剛烷甲酸與甲酸的摩爾比為1 1.5 3，金剛烷甲酸與濃硫酸 的摩爾比為1 10 15，反應完後倒入裝有碎冰的燒杯中，攪拌直至冰全部融化，冷卻析出 淺白色沉澱，抽濾出粗產品，乙醇重結晶，真空乾燥箱乾燥，得到白色粉末1，3-金剛烷二甲 酸。本發明與現有技術相比較，具有如下有益效果(1)本發明提供了一種反應步驟少，操作簡單易行，收率和純度高的1，3_金剛烷 二甲酸製備方法。(2)本發明以金剛烷甲酸、濃硫酸、硝酸、甲酸等為原料，原料易得，避開了溴代反 應，易於工業化生產。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作出進一步的具體說明。實施例1在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸16mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，控制溫度在-10°C，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加90mL濃硫酸，滴加 完成後反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部融化，冷 卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混合液重 結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸14. 8g，產率68%，熔點為198 200°C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸35mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加3mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸8. 7g，產率78%,熔點為274 276°C。實施例2在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸18mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，冰浴，控制溫度在0°C，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加IOOmL濃硫酸， 滴加完成後再反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部 融化，冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混 合液重結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸15. 7g，產率72%，熔點為198 200 "C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸38mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加4mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸9. Ig,產率81 %，熔點為274 2760C。
實施例3在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸20mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，冰浴，控制溫度在0°C，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加120mL濃硫酸， 滴加完成後再反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部 融化，冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混 合液重結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸16. 8g，產率77%，熔點為198 200 "C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸40mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加4mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸9. 7g，產率85%,熔點為274 276°C。實施例4在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸22mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，控制溫度在10°c，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加140mL濃硫酸，滴加 完成後再反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部融化， 冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混合液 重結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸16. lg，產率74%。熔點為198 200 "C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸38mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加5mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸8. 7g，產率78%。熔點為274 276°C。實施例5在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸25mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，控制溫度在20°C，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加150mL濃硫酸，滴加 完成後再反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部融化， 冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混合液 重結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸14. lg，產率65%。熔點為198 200 "C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸40mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加5mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸9. 3g，產率83%，熔點為274 2760C0實施例6在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸30mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，控制溫度在10°c，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加150mL濃硫酸，滴加完成後再反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部融化， 冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混合 液重結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸15. 9g，產率73%，熔點為198 200 "C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸40mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加2mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸6. 9g，產率62%,熔點為274 276°C。實施例7在250mL三口燒瓶中，加入金剛烷甲酸20g(0. lllmol)，硝酸30mL，安裝好冷凝回 流裝置，磁力攪拌，冰浴，控制溫度在0°C，3小時內用恆壓滴液漏鬥緩慢滴加130mL濃硫酸， 滴加完成後再反應10h，將反應後混合物倒入含200g碎冰的大燒杯中，攪拌直至碎冰全部 融化，冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出沉澱，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，丙酮/水=9 1的混 合液重結晶，真空乾燥，得白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸16. 3g，產率75%，熔點為198 200 "C。稱取乾燥後的3-羥基-1-金剛烷甲酸IOg (0. 051mol)，濃硫酸38mL，加入到150mL 單口燒瓶中，安裝好冷凝回流裝置，磁力快速攪拌，冰水浴，50分鐘內用恆壓滴液漏鬥緩慢 滴加3mL甲酸，待滴加完畢後反應30min，將反應後混合物倒入含有IOOmL冰水的大燒杯中， 冷卻析出白色沉澱，抽濾出沉澱，乾燥，乙醇重結晶，真空乾燥，得白色粉末1，3_金剛烷二 甲酸9. 2g，產率82%,熔點為274 276°C。
權利要求
一種1，3 金剛烷二甲酸的製備方法，其特徵在於包括以下步驟(1)金剛烷甲酸的氧化將金剛烷甲酸加入到硝酸中，使金剛烷甲酸懸浮於硝酸中，攪拌，控制反應溫度在 10℃～20℃，在3小時內緩慢滴加濃硫酸，於 10℃～20℃溫度條件下反應10小時，得到3 羥基 1 金剛烷甲酸；(2)3 羥基 1 金剛烷甲酸的羧基化將步驟(1)製備的3 羥基 1 金剛烷甲酸中加入濃硫酸，冰水浴，快速攪拌下緩慢滴加甲酸，50分鐘內滴加完畢，待滴加完畢後攪拌反應30分鐘，得到1，3 金剛烷二甲酸。
2.根據權利要求1所述的1，3_金剛烷二甲酸的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中 金剛烷甲酸與硝酸的摩爾比為1 4 6，金剛烷甲酸與濃硫酸的摩爾比為1 15 25， 反應完後倒入裝有碎冰的燒杯中，攪拌直至冰全部融化，冷卻析出淺黃色沉澱，抽濾出粗產 品，水洗滌3次，乙醚洗滌3次，再用丙酮/水體積比=9 1的混合溶液重結晶，真空乾燥 箱乾燥，得到白色固體3-羥基-1-金剛烷甲酸。
3.根據權利要求1所述的1，3_金剛烷二甲酸的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中 金剛烷甲酸與甲酸的摩爾比為1 1.5 3，金剛烷甲酸與濃硫酸的摩爾比為1 10 15， 反應完後倒入裝有碎冰的燒杯中，攪拌直至冰全部融化，冷卻析出淺白色沉澱，抽濾出粗產 品，乙醇重結晶，真空乾燥箱乾燥，得到白色粉末1，3_金剛烷二甲酸。全文摘要
本發明公開了一種1，3-金剛烷二甲酸的製備方法，具體來說，本發明以金剛烷甲酸為原料，通過以下兩步反應製備1，3-金剛烷二甲酸(1)金剛烷甲酸的氧化以濃硫酸和硝酸為氧化劑，金剛烷甲酸一步氧化得到3-羥基-1-金剛烷甲酸；(2)3-羥基-1-金剛烷甲酸的羧基化在濃硫酸作用下，3-羥基-1-金剛烷甲酸與甲酸發生Koch-Haaf羧化反應，得到1，3-金剛烷二甲酸，兩步反應的總收率達到65％，本發明方法簡單易行，反應步驟少，產物收率較高。
文檔編號C07C51/347GK101898958SQ20101022978
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者蔡璐, 謝炳玉, 郭建維 申請人:廣東工業大學