一種叔丁基鋰溶液的製備方法
2023-05-02 07:40:46 1
專利名稱：一種叔丁基鋰溶液的製備方法
一種叔丁基鋰溶液的製備方法技術領域
本發明屬於基礎化工領域，具體涉及一種叔丁基鋰溶液的製備方法。
背景技術：
有機鋰化合物是一類重要的有機金屬化合物，早在1929年就由K. Ziegler採用有機滷化物與金屬鋰反應製備得到，並隨後將其應用於有機合成中。目前，有機鋰化合物作為一種重要的合成試劑，在基礎理論研究和工業合成中起著重要的作用。
有機鋰化合物的化學性質類似烷基滷化鎂，但更活潑，可與金屬滷化物、含羰基物質、滷代烴和含有活潑氫的化合物反應。常用的有機鋰化合物包括丁基鋰和苯基鋰，其中， 丁基鋰主要用於拔除有機化合物中的活潑氫。丁基鋰又包括正丁基鋰和叔丁基鋰，同正丁基鋰相比，叔丁基的鹼性更強，可以拔去很多氫碳酸的氫，包括醚的α位氫苯，因此可以應用於很多正丁基鋰不適用的範圍。
有機鋰化合物一般通過製備鋰或鋰鈉合金在惰性有機液體中的分散體，然後添加適宜的烷基滷而製得的，使用時一般以溶液狀態使用。通常，叔丁基鋰通過採用氯代叔丁烷與2當量的鋰金屬反應而得到，化學反應式如下
C4H9Cl+2Li — C4H9Li+LiCl
目前，正丁基鋰在工業上已經能夠大規模的製備，而叔丁基鋰由於過於活潑，且原料相對更穩定，只能在實驗室中以小規模製備，當放大到工業規模的時候，反應往往難以引發，成功率較低，得不到目標產物。由於基礎研究和工業生產中叔丁基鋰的用量巨大且具有不可替代性，如何實現叔丁基鋰的規模化生產成為一個亟需解決的問題。發明內容
本發明提供了一種叔丁基鋰溶液的製備方法，採用該製備方法可以實現叔丁基鋰的大規模製備。
一種叔丁基鋰溶 液的製備方法，包括以下步驟
(I)在惰性氣體保護下，將鈉-鋰合金放置於惰性溶劑中，加熱攪拌使所述的鈉-鋰合金分散，冷卻後除去所述惰性溶劑，得到鈉-鋰合金分散體；
(2)在惰性氣體保護下，向步驟(I)得到的鈉-鋰合金分散體中加入戊烷，在30 38°C溫度時攪拌條件下，滴加氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液進行反應，反應完全後經處理得到所述的叔丁基鋰溶液；
所述的鈉-鋰合金中鈉的質量分數為2% 6% ；
所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數為O. 5 3% ;
所述的惰性溶劑為對鈉-鋰合金呈化學惰性的有機溶劑；
所述的惰性氣體為氬氣或者氮氣；
步驟(2)中的處理包括在氮氣保護條件下，進行過濾和用對叔丁基呈惰性的溶劑洗滌和稀釋。
本發明中，所述的鈉-鋰合金中鈉和所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中的氯代正丁烷起著活化反應的作用，使所述的反應能夠順利引發和進行。此時，所述的反應即使以公斤級的量進行時，也能順利的引發，得到目標產物。
由於所述的叔丁基鋰極為活潑，對空氣和水汽的敏感性較高，步驟(I)和步驟(2) 中，所述的惰性氣體優選為氬氣，氬氣的密度比空氣高，無水無氧條件易於控制。
步驟⑴中，所述的鈉-鋰合金分散體通過加熱所述惰性溶劑至溫度高於鈉-鋰合金的熔點，使所述鈉-鋰合金融化後得到，所述的惰性溶劑還需要滿足沸點較高的要求， 一般需要在200°C以上，優選為白油，白油價格便宜，不宜吸收水分和空氣，沸點360°C左右，能夠很好地滿足本發明的要求。
作為優選，步驟(I)中，所述的加熱攪拌的加熱溫度為205 210°C，加熱溫度的提高有利於減小得到的鈉-鋰合金分散體的顆粒度，從而使反應更加易於引發。作為進一步的優選，所述的加熱攪拌的加熱溫度為205 210°C
作為優選，步驟⑵中，所述的鈉-鋰合金中鈉的質量分數為3% 5%，所述的鈉-鋰合金中鈉的質量分數的增加，可以促進反應的引發更為順利，但是含量過高，會使產品中雜質的含量增加。
步驟(2)中，所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數優選為I 2%，所述的氯代正丁烷可以促進反應的引發，但是用量不易過多，否則會在產物中引入正丁基鋰，影響所述的叔丁基鋰溶液的使用，作為進一步的優選，所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數為I%。
同現有技術相比，本發明的有益效果體現在
(I)通過調節鈉-鋰合金中的鈉和氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數，使生成叔丁基鋰的反應能夠順利的引發和進行，同時，有效地控制了產品中雜質的含量，保證了產品的質量；
(2)通過製備顆粒度較細的鈉-鋰分散體，使反應能夠順利的引發和進行，提高了反應的成功率。
具體實施方式
實施例1
氬氣保護下，往裝有高速攪拌器的IL三口瓶中加入21g 3%的鈉-鋰合金和 150ml高沸點惰性溶劑(白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C， 使金屬完全熔融，此時攪拌速度上升至1200r/min，溫度高至210°C .在此溫度下高速攪拌10分鐘。停止加熱和攪拌，反應瓶置於冷水浴中儘快冷卻，溫度降至90°C後開動攪執進一步冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的戊烷洗滌三次。最後在氬氣保護下使溶劑揮發至幹，加入乾燥的470ml戊烷加熱使戊烷回流，在激烈攪拌下滴入 107ml (O. 979mol)氯代叔丁烷。在加入5ml後反應開始，待放出熱量時停止加熱。在保持一定的回流速度下繼續滴加氯代叔丁烷，約3h滴加完畢。其後進一步激烈攪拌2h。置空氣中自然冷卻後用砂板漏鬥過濾，反應瓶和濾 出物用戊烷(200ml)洗滌,得到濃度為10. 7%的叔丁基鋰溶液475g (收率80 % )。
實施例2
氬氣保護下，往裝有高速攪拌器IL三口瓶中加入21g 3%的鈉-鋰合金和150ml 高沸點惰性溶劑(白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C，使金屬完全熔融，此時攪拌速度上升至1200r/min，溫度高至210°C .在此溫度下高速攪拌 10分鐘。停止加熱和攪拌，反應瓶置於冷水浴中儘快冷卻，溫度降至90°c後開動攪執進一步冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的正己烷洗滌三次。最後在氬氣保護下使溶劑揮發至幹，加入乾燥的470ml正己烷加熱使正己烷回流，在激烈攪拌下滴入 107ml (O. 979mol)氯代叔丁烷，反應無法引發，反應失敗。
實施例3
氬氣保護下，往裝有高速攪拌器IL三口瓶中加入21g鋰和150ml高沸點惰性溶劑 (白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C，使金屬完全熔融，此時攪拌速度上升至1200r/min，溫度高至205°C .在此溫度下高速攪拌10分鐘。停止加熱和攪拌，反應瓶置於冷水浴中儘快冷卻，溫度降至90°C後開動攪執進一步冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的正己烷洗滌三次。最後在氬氣保護下使溶劑揮發至幹，加入乾燥的470ml戊烷加熱使戊烷回流，在激烈攪拌下滴入107ml (O. 979mol)氯代叔丁烷，反應無法引發，反應失敗。
實施例4
氬氣保護下，往裝有高速攪拌器IL三口瓶中加入21g 5%的鈉-鋰合金和150ml 高沸點惰性溶劑(白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C，使金屬完全熔融，此時攪拌速度上升至1200r/min，溫度高至210°C .在此溫度下高速攪拌10分鐘。停止加熱和攪拌，反應瓶置於冷水浴中儘快冷卻，溫度降至90°C後開動攪執進一步冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的戊烷洗滌三次。最後在氬氣保護下使溶劑揮發至幹，加入乾燥的470ml戊烷加熱使戊烷回流，在激烈攪拌下滴入107ml (O. 979mol) 氯代叔丁烷。在加入5ml後反應開始，待放出熱量時停止加熱。在保持一定的回流速度下繼續滴加氯代叔丁烷，約3h滴加完畢。其後進一步激烈攪拌2h。置空氣中自然冷卻後用砂板漏鬥過濾，反應瓶和濾出物用戊烷(200ml)洗滌，得到濃度為10.1 %的叔丁基鋰溶液 480g (收率 76% )。
實施例5
氬氣保護下，往裝有快速攪拌器的500L反應釜中加入7kg 3%的鈉-鋰合金和 150L高沸點惰性溶劑(白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C， 使金屬完全熔融，加快攪拌速度至180r/min，溫度高至20(TC .在此溫度下快速攪拌30分鐘。停止加熱，攪拌下反應釜通循環冷凍液儘快冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的戊烷洗滌三次，在氬氣保護下，加入乾燥的157L戊烷加熱使戊烷回流，在激烈攪拌下滴入36L(326mol)氯代叔丁烷，反應無法引發，反應失敗。
實施例6
氬氣保護下，往裝有高速攪拌器的IL三口瓶中加入21g 3%的鈉-鋰合金和 150ml高沸點惰性溶劑(白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C， 使金屬完全熔融，此時攪拌速度上升至1200r/min，溫度高至210°C .在此溫度下高速攪拌 10分鐘。停止加熱和攪拌，反應瓶置於冷水浴中儘快冷卻，溫度降至90°c後開動攪執進一步冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的戊烷洗滌三次。最後在氬氣保護下使溶劑揮發至幹，加入乾燥的470ml戊烷加熱使戊烷回流，在激烈攪拌下滴入106m氯代叔丁烷和Iml氯代正丁烷的混合液。在加入3ml後反應開始，待放出熱量時停止加熱。在保持一定的回流速度下繼續滴加氯代叔丁烷，約3h滴加完畢。其後進一步激烈攪拌2h。置空氣中自然冷卻後用砂板漏鬥過濾，反應瓶和濾出物用戊烷(200ml)洗滌,得到濃度為10.3% 的叔丁基鋰溶液48Ig (收率78% )。
實施例7
氬氣保護下，往裝有高速攪拌器的500L反應釜中加入7kg 3%的鈉-鋰合金和 150L高沸點惰性溶劑(白油)。用氬氣置換體系中空氣後，慢慢開動攪拌並加熱至200°C， 使金屬完全熔融，·在此溫度下至180r/min快速攪拌30分鐘，停止加熱，攪拌下反應釜通循環冷凍液快速冷卻至室溫。在氬氣流下壓濾出溶劑，並用鈉處理過的戊烷洗滌三次。最後在氬氣保護下使溶劑揮發至幹，加入乾燥的157L戊烷加熱使戊烷回流，在快速攪拌下滴 A36L(326mol)氯代叔丁烷和氯代正丁烷的混合液(其中，氯代正丁烷的在該混合液中的質量分數為1%)。在加入1-2L後反應開始，待放出熱量時停止加熱。在保持一定的回流速度下繼續滴加氯代叔丁烷，約8h滴加完畢。其後進一步激烈攪拌2h。置空氣中自然冷卻後用砂板漏鬥過濾，反應瓶和濾出物用戊烷(60L)洗滌，得到濃度為9. 5%的叔丁基鋰溶液 140kg(收率70% )。經過進一步濃縮後成為1. 3 1. 6M的叔丁基鋰溶液進行出售。
本發明得到的叔叔丁基鋰溶液的濃度通過酸鹼滴定的方法進行測定，具體方法如下
I)滴定試劑lmol/L的仲丁醇/ 二甲苯溶液(仲丁醇和二甲苯均須用活化過的5A 分子篩乾燥)
2)指示劑2，2'-聯二吡啶
3)溶劑二甲苯(須用活化過的5A分子篩乾燥)
4)操作方法在氬氣保護下,往帶一個翻口塞的IOOml的三口瓶中加入磁子，20ml 二甲苯，少量指示劑，然後用一個帶精確刻度2ml注射器準確量取2ml叔丁基鋰快速轉移到瓶中(注射器中的空氣需要用氬氣置換，且抽取叔丁基鋰時需排除針筒中的氬氣，並在叔丁基鋰溶液中來回抽排幾次，以免針筒中微量的水和空氣影響滴定的準確度)，體系變為紫紅色，然後將同一個針筒(用同一個針筒的目的是為了減小滴定誤差)洗乾淨，吹乾，用滴定劑洗滌兩至三次，準確量取滴定劑滴定之體系突變為黃色，此為滴定終點。
5)重複滴定一次，兩次誤差在2%以內，則可認為結果準確。
6)滴定結果滴定劑量(ml)/ 2即為叔丁基鋰的摩爾濃度
應用例I
在氮氣保護下，將3，4-2H-二氫吡喃(1. 68g,20mmol)溶解於四氫呋喃(30mL)中， 冷卻至-78°C，然後向其中滴加實施例7製得的叔丁基鋰溶液(14mL，1. 6M,22mmol)，15分鐘左右滴完，滴完後攪拌2小時，升至0°C，再攪拌lh，得到反應液。
在0°C時，向上述反應液中滴加乙醯丙酸甲酯(2. 34g，18mmol)的四氫呋喃溶液 20mL, 10分鐘滴完，滴完後升至室溫，攪拌過夜，加入飽和氯化銨的水溶液淬滅反應，然後加入乙酸乙酯(100mL*3)進行萃取，萃取完成後，依次用水洗，飽和食鹽水洗，無水硫酸鈉乾燥，過濾，旋幹溶劑，得到粗產物，粗產物用矽膠柱進行分離，得到5-甲基-5- (3，4-2H-吡喃基-6-)-2 (3H)-呋喃酮(產量2. 16g ;產率66% ；CAS :66262-00-8)。反應化學式如下
權利要求
1.一種叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)在惰性氣體保護下，將鈉-鋰合金放置於惰性溶劑中，加熱攪拌使所述的鈉-鋰合金分散，冷卻後除去所述惰性溶劑，得到鈉-鋰合金分散體；(2)在惰性氣體保護下，向步驟(I)得到的鈉-鋰合金分散體中加入戊烷，在30 38°C 溫度時攪拌條件下，滴加氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液進行反應，反應完全後經處理得到所述的叔丁基鋰溶液；所述的鈉-鋰合金中鈉的質量分數為2% 6% ;所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數為O. 5 3%。
2.根據權利要求1所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中，所述的惰性溶劑為白油。
3.根據權利要求1所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，步驟⑴和步驟(2) 中，所述的惰性氣體為氬氣。
4.根據權利要求1或2所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中，所述的加熱攪拌的加熱溫度為200 220°C。
5.根據權利要求1所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，步驟(I)中，所述的加熱攪拌的加熱溫度為205 210°C。
6.根據權利要求1所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述的鈉-鋰合金中鈉的質量分數為3% 5%。
7.根據權利要求1或6所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數為I 2%。
8.根據權利要求7所述的叔丁基鋰溶液的製備方法，其特徵在於，所述的氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液中氯代正丁烷的質量分數為I%。
全文摘要
本發明公開了一種叔丁基鋰溶液的製備方法，包括以下步驟(1)在惰性氣體保護下，將鈉-鋰合金放置於惰性溶劑中，加熱攪拌使所述的鈉-鋰合金分散，冷卻後除去所述惰性溶劑，得到鈉-鋰合金分散體；(2)在惰性氣體保護下，向步驟(1)得到的鈉-鋰合金分散體中加入戊烷，在30～38℃溫度時攪拌條件下，滴加氯代正丁烷-氯代叔丁烷混合液進行反應，反應完全後經處理得到所述的叔丁基鋰溶液。該製備方法通過向氯代叔丁烷中加入催化量的氯代正丁烷，使製備叔丁基鋰的反應能夠順利的引發和進行，實現了叔丁基鋰的工業化規模的生產。
文檔編號C07D407/04GK103044461SQ20131001635
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者李典正, 張江林, 何光明 申請人:上虞華倫化工有限公司