金剛烷季銨鹼及其製備方法
2023-05-14 21:28:01 1
專利名稱：金剛烷季銨鹼及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種季銨鹼的結構和製備方法，特別涉及一種金剛烷季銨鹼及其製備 方法。
背景技術：
金剛烷的碳原子排列相當於金剛石晶格中的部分碳原子排列，結構高度對稱，熔 點也較高，其結構上的氫原子易於發生取代反應，活性較高，尤其是金剛烷的衍生物可用於 藥物，如1-氨基金剛烷鹽酸鹽和1-金剛烷基乙胺鹽酸鹽能防治由A2病毒引起的流行性感 冒。由於其具有良好的潤滑能力和親油性，其衍生物用途廣泛。季銨鹼是一種強鹼，鹼性與氫氧化鈉和氫氧化鉀相當，易潮解，易溶於水並發生 100%電離。季銨鹼應用較廣(1)相轉移催化劑，與冠醚相比，其顯著的特點是無毒和價格 便宜，一些相轉移催化反應如在季銨鹼的作用下收率為65%左右，如果不使用，則反應收率 只有5% ;(2)作為陽離子表面活性劑，具有12個碳以上的烷基季銨鹼，是一種陽離子表面 活性劑，在殺菌、柔軟、增強流動性和潤滑領域，作用突出；C3)生理活性，有些季銨鹼也可 以促進碳水化合物和蛋白質的新陳代謝，作為添加劑，對動物申請調節保護。如果能以較低 的成本製造出相對活性較高、親油性好的季銨鹼，可以提高更多化學合成的收率和降低工 業過程的成本。現有的專利文獻報導的季銨鹼多集中在製備高純的的季銨鹼，如申請號是 200880016713. X，名稱為「季銨鹼的製備方法」中，介紹了一種抑制陰離子交換膜的劣性，長 期穩定製備高純度季銨鹼的方法，但是這種方法所選用的膜結構成本較高，在生產用途更 為廣泛的10個碳以上的季銨鹼時，成本更加高；除了對離子交換膜的改進，還有一類專利 文獻報導的重點在於通過季銨鹽與無機鹼反應製備季銨鹼的專利，這種季銨鹼通常都是直 連烷基季銨鹼，其潤滑性和親油性都具有一定的限制，而通過提高季銨鹼的濃度，並不能使 其具有更高的活性。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種金剛烷季銨鹼，通過活性較高的金剛烷 結構，通過化學過程，合成金剛烷季銨鹼，合成成本低，收率高；具有更高的親油性和潤滑能 力。本發明是通過以下的技術方案實現的一種金剛烷季銨鹼，所述金剛烷季銨鹼的結構是[R3NCltlH15]+0H_。所述三個R基是三個甲基、三個乙基、兩個甲基一個乙基、兩個乙基一個甲基。本發明還公開了上述結構的金剛烷季銨鹼的製備方法的技術方案一種金剛烷季銨鹼的製備方法(1)在1-金剛烷胺鹽酸鹽溶液中加入氫氧化鈉和二氯甲烷進行反應，至水層pH 為12，攪拌、提純、減壓濃縮溶劑得1-金剛烷胺；在冰水浴下，向容器中加入質量比是羧酸1-金剛烷胺=(1-1.5) 1的投料，攪拌反應，至反應完全，調節溶液pH為12後抽濾， 得烷基-1-金剛烷胺固體；(2)在冰水浴下，將上述烷基-1-金剛烷胺加入甲醇-滷代烷溶液中反應，投入的 質量比為烷基-1-金剛烷胺滷代烷甲醇=1 (1-3) (3-9)，反應完全後加壓濃縮溶 劑，加入甲基叔丁基醚，抽濾，得金剛烷滷代季銨鹽；(3)將上述金剛烷滷代季銨鹽配置成溶液，通過離子交換後加壓濃縮得濃度是 25-30 %的金剛烷季銨鹼溶液。所述步驟(1)中的放熱升溫是升至溫度為50_55°C時進行補水，待溫度降至 30-35 0C時加入醛，之後升溫至40-45 °C，待所述1_金剛烷胺固體溶清後，升溫至80-85 °C， 反應2-汕。所述步驟(1)中加入醛的質量為加入的1-金剛烷胺的質量的1. 5-2倍。所述步驟O)中甲醇-滷代烷溶液是溴烷烴和碘烷烴中的一種。所述步驟(3)中金剛烷滷代季銨鹽配置成溶液的濃度為20-25%。所述步驟(3)中所得的金剛烷季銨鹼溶液是在35°C條件下濃縮得到的。以下是R基是三個甲基和R基是兩個甲基和一個乙基的本發明的化學反應過程本發明的有益效果為(1)方法簡單、收率高、活性高。(2)將金剛烷結構引入季銨鹼具有很高的親油性和潤滑能力。(3)結構可變性高，可以在相轉移催化、表面活性劑和提高生理活性方面中更廣泛 的應用。
具體實施例方式以下結合實施例，對本發明做進一步說明。首先製備1-金剛烷胺將1-金剛烷胺鹽酸鹽500g溶解在水中，配成溶液，向其中 加入氫氧化鈉和二氯甲烷，水層PH為12，攪拌分層，提取兩次，減壓濃縮溶劑得1-金剛烷胺 330g。使用所製備的1-金剛烷胺330g進行金剛烷季銨鹼的製備過程。實施例1製備R基是三個甲基的金剛烷季銨鹼。在250ml三口瓶中，加入98%的甲酸61g，在冰水浴下加入1_金剛烷胺50g，攪拌， 放熱至溫度為50°C，向溶液中補充水20g，使其降溫，當溫度降至30°C後，加入甲醛81g，攪 拌後撤去冰水浴，在室溫條件下攪拌IOmin後，開始油浴升溫，當溫度是40°C時，固體溶清， 此時再升溫是85°C，反應2h，原料反應完全後，開始降溫，至10°C時，滴加氫氧化鈉溶液，至
N X
、N QHPH在12時，加入二氯甲烷300ml/次，萃取兩次，用無水硫酸鈉進行乾燥20-30min，之後進 行抽濾旋幹，得略帶黃色的油狀液體，在冰凍下析出固體60g。為N，N-二甲基-1-金剛烷胺。 在冰水浴下，將60g的N，N- 二甲基-1-金剛烷胺加入^Oml的甲醇-溴甲烷溶液 中，其中溴甲烷為80g，套上氣球攪拌，過夜，旋幹溶劑，得白色固體，加入250ml甲基叔丁基 醚，攪拌30min，抽濾後，烘乾得到79. Sg白色固體。 安裝離子交換柱，有效直徑為2cm，高度是Mcm，去離子水蓋過樹脂液面，將25g的 溴代季銨鹽水溶液稀釋後進行離子交換，至流動相PH為中性，然後將液體在35°C條件下濃 縮成三甲基金剛烷季銨鹼，濃度是25%。實施例2製備R基是三個乙基的金剛烷季銨鹼。在250ml三口瓶中，加入98%的乙酸120g，在冰水浴下加入1_金剛烷胺80g， 攪拌，放熱至溫度為55°C，向溶液中補充水40g，使其降溫，當溫度降至33°C後，加入乙醛 160g，攪拌後撤去冰水浴，在室溫條件下攪拌IOmin後，開始油浴升溫，當溫度是45°C時，固 體溶清，此時再升溫是80°C，反應2h，原料反應完全後，開始降溫，至10°C時，滴加氫氧化鈉 溶液，至pH在12時，加入二氯甲烷300ml/次，萃取兩次，用無水硫酸鈉進行乾燥20-30min， 之後進行抽濾然後減壓濃縮，得略帶黃色的油狀液體，在冰凍下析出固體100g。為N，N-二 乙基-1-金剛烷胺。在冰水浴下，將80g的N，N- 二乙基-1-金剛烷胺加入560ml的甲醇-溴乙烷溶液 中，其中溴乙烷為240g，套上氣球攪拌，過夜，旋幹溶劑，得白色固體，加入300ml甲基叔丁 基醚，攪拌30min，抽濾後，烘乾得到88. 5g白色固體。安裝離子交換柱，有效直徑為2cm，高度是Mcm，去離子水蓋過樹脂液面，將25g稀 釋後的溴代季銨鹽水溶液進行離子交換，至流動相PH為中性，然後將液體在35°C條件下濃 縮成三乙基金剛烷季銨鹼，濃度是22%。實施例3製備R基是兩個甲基一個乙基的金剛烷季銨鹼。在250ml三口瓶中，加入98%的甲酸55g，在冰水浴下加入1_金剛烷胺50g，攪拌， 放熱至溫度為52°C，向溶液中補充水25g，使其降溫，當溫度降至33°C後，加入甲醛75g，攪 拌後撤去冰水浴，在室溫條件下攪拌IOmin後，開始油浴升溫，當溫度是42°C時，固體溶清， 此時再升溫是85°C，反應3h，原料反應完全後，開始降溫，至10°C時，滴加氫氧化鈉溶液，至 PH在12時，加入二氯甲烷300ml/次，萃取兩次，用無水硫酸鈉進行乾燥20-30min，之後進 行抽濾旋幹，得略帶黃色的油狀液體，在冰凍下析出固體58g。為N，N-二甲基-1-金剛烷 胺。在冰水浴下，將58g的N，N- 二甲基-1-金剛烷胺加入300ml的甲醇-碘乙烷溶液 中，其中碘乙烷為60g，套上氣球攪拌，過夜，旋幹溶劑，得白色固體，加入250ml甲基叔丁基 醚，攪拌30min，抽濾後，烘乾得到65. 5g白色固體。 安裝離子交換柱，有效直徑為2cm，高度是Mcm，去離子水蓋過樹脂液面，將25g稀 釋後的溴代季銨鹽水溶液進行離子交換，至流動相PH為中性，然後將液體在35°C條件下濃 縮成甲基乙基金剛烷季銨鹼，濃度是25 %。
實施例4製備R基是一個甲基兩個乙基的金剛烷季銨鹼。在250ml三口瓶中，加入98%的甲酸96g，在冰水浴下加入1_金剛烷胺80g，攪拌， 放熱至溫度為，向溶液中補充水50g，使其降溫，當溫度降至30°C後，加入甲醛160g，攪 拌後撤去冰水浴，在室溫條件下攪拌IOmin後，開始油浴升溫，當溫度是45°C時，固體溶清， 此時再升溫是85°C，反應3h，原料反應完全後，開始降溫，至10°C時，滴加氫氧化鈉溶液，至 PH在12時，加入二氯甲烷300ml/次，萃取兩次，用無水硫酸鈉進行乾燥20-30min，之後進 行抽濾旋幹，得略帶黃色的油狀液體，在冰凍下析出固體95g。為N，N-二甲基-1-金剛烷 胺。在冰水浴下，將95g的N，N- 二甲基金剛烷胺加入300ml的甲醇-碘乙烷溶液 中，其中碘乙烷為90g，套上氣球攪拌，過夜，旋幹溶劑，得白色固體，加入250ml甲基叔丁基 醚，攪拌30min，抽濾後，烘乾得到95. 5g白色固體。安裝離子交換柱，有效直徑為2cm，高度是Mcm，去離子水蓋過樹脂液面，將25g稀 釋後的溴代季銨鹽水溶液進行離子交換，至流動相PH為中性，然後將液體在35°C條件下濃 縮成甲基乙基金剛烷季銨鹼，濃度是25 %。以上實施例1-4分別使R基為三個甲基、三個乙基、兩個甲基和一個乙基、一個甲 基和兩個乙基，除上述烷烴官能團外，R基還可以是其。他增加本發明潤滑性和親油性的官 能
權利要求
1.一種金剛烷季銨鹼，其特徵在於所述金剛烷季銨鹼的結構是[R3NCltlH15]+0H_。
2.如權利要求1所述的金剛烷季銨鹼，其特徵在於所述三個R基是三個甲基、三個乙基 或者兩個甲基一個乙基、兩個乙基一個甲基。
3.一種金剛烷季銨鹼的製備方法，其特徵在於是通過以下的步驟實現的(1)在1-金剛烷胺鹽酸鹽溶液中加入氫氧化鈉和二氯甲烷進行反應，至水層PH為12， 攪拌、提純、減壓濃縮溶劑得1-金剛烷胺；在冰水浴下，向容器中加入質量比是98%的羧 酸1-金剛烷胺=(1-1.5) 1的投料，攪拌反應，至反應完全，後處理至溶液pH為12抽 濾，得到烷基-1-金剛烷胺固體；(2)在冰水浴下，將上述烷基-1-金剛烷胺加入甲醇-滷代烷溶液中反應，投入的質量 比為烷基-1-金剛烷胺滷代烷甲醇=1 (1-3) (3-9)，反應完全後濃縮溶劑，加入 甲基叔丁基醚，抽濾，得金剛烷滷代季銨鹽；(3)將上述金剛烷滷代季銨鹽配置成溶液，通過離子交換後減壓濃縮得到濃度是 25-30%的金剛烷季銨鹼溶液。
4.如權利要求3所述的金剛烷季銨鹼的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中的 放熱升溫是升至溫度為50-55°C時進行補水，待溫度降至30-35°C時加入醛，之後升溫至 40-45 °C，待所述1-金剛烷胺固體溶清後，升溫至80-85 °C，反應2_汕。
5.如權利要求3所述的金剛烷季銨鹼的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中加入醛 的質量為加入的1-金剛烷胺的質量的1. 5-2倍。
6.如權利要求3所述的金剛烷季銨鹼的製備方法，其特徵在於所述步驟O)中甲 醇-滷代烷溶液是溴烷烴和碘烷烴中的一種。
7.如權利要求3所述的金剛烷季銨鹼的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中金剛烷 滷代季銨鹽配置成溶液的濃度為20-25%。
8.如權利要求3所述的金剛烷季銨鹼的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中所得的 金剛烷季銨鹼溶液是在35°C條件下濃縮得到的。
全文摘要
本發明公開了一種金剛烷季銨鹼及其製備方法，其特徵在於所述金剛烷季銨鹼的結構是[R3NC10H15]+OH-；製備方法如下(1)在1-金剛烷胺鹽酸鹽溶液中加入氫氧化鈉和二氯甲烷進行反應，提純、減壓濃縮溶劑得1-金剛烷胺；在冰水浴下，向甲酸溶液中加入所述1-金剛烷胺，反應完全，後處理得N，N-二甲基-1-金剛烷胺固體；(2)在冰水浴下，將上述N，N-二甲基-1-金剛烷胺加入甲醇-滷代甲烷溶液中反應，得金剛烷滷代季銨鹽；(3)將上述金剛烷滷代季銨鹽通過離子交換樹脂後經減壓濃縮得到濃度是25-30％的金剛烷季銨鹼。本發明方法簡單、收率高、活性高。
文檔編號B01F17/18GK102115448SQ201010573990
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者傅志偉, 賀寶元 申請人:上海博康精細化工有限公司