專利名稱：2－烷基－2－金剛烷基酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為半導(dǎo)體抗蝕劑的制備原料的2-烷基-2-金剛烷基丙烯酸酯和2-烷基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯(以下，簡稱2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯)等2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法。
背景技術(shù)：
人們知道將2-烷基-2-金剛烷基酯作為原料制備的抗蝕劑對半導(dǎo)體制備工藝中的干法蝕刻耐受性高(例如特開平5-265212號公報)，作為半導(dǎo)體用抗蝕劑的前景受到關(guān)注。
作為2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，已知的是使用由有機金屬化合物構(gòu)成的烷基化試劑，對2-金剛烷酮烷基化，然后將得到的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基金屬通過酰鹵酯化的方法(特開平10-182552號公報等)。
上述反應(yīng)的前段的烷基化反應(yīng)中，作為烷基化試劑，在使用有機鎂化合物或有機鋁化合物進行烷基化反應(yīng)的情況下，如“TetrahedronLetters”1990年31卷22號3151頁等所示那樣，由于優(yōu)先引起還原反應(yīng)，烷基化物的收率降低。其結(jié)果存在目的物酯的收率顯著降低的問題。
例如，如后述比較例所示那樣，在使乙基碘化鎂和2-金剛烷酮反應(yīng)的情況下，生成物中的烷基化物(乙基化物)和還原物(2-金剛烷醇)的選擇率分別是25％和75％，以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)的酯化反應(yīng)收率約是20％，有顯著降低。進一步，因為此時酯的含量低，所以精制非常困難，采用通常的精制方法時，得不到高純度的酯。
一般來說，作為烷基化試劑使用烷基鋰進行烷基化時，引起上述還原反應(yīng)少，因此，可以解決上述問題。然而，例如“美國化學(xué)會志”(1941年63卷2480頁)中記載，從乙基溴和金屬鋰合成乙基鋰時的收率高達(dá)50％左右，另外，“有機化學(xué)實驗指南”(化學(xué)同人1988年34頁)中記載了乙基鋰的半衰期為54小時之短，合成烷基鋰本身時的收率低，因此價格也就高，而且，烷基鋰也是穩(wěn)定性低的化合物。
因此，使用烷基鋰的烷基化方法以整個制備工藝判斷時，從制備成本和操作繁雜上看，不能說是令人滿意的可行的方法。因此，前段的烷基化反應(yīng)的收率對酯化收率也有很大的影響。
另一方面，后段的酯化反應(yīng)按化學(xué)計量比進行的條件是已知的(特別在金屬是鋰的情況下)。然而，作為酰鹵，使用丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯(以下將丙烯酸和甲基丙烯酸簡稱為(甲基)丙烯酸)，將2-金剛烷酮烷基化得到的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基金屬酯化時，反應(yīng)中生成的酯發(fā)生聚合，存在整體收率降低的問題。
半導(dǎo)體用抗蝕劑材料要求有高的純度。因此，上述現(xiàn)有的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法從收率低和精制困難上看，工業(yè)上存在很大的問題。
另外發(fā)現(xiàn)，2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液添加到(甲基)丙烯酰氯中時，可以抑制該2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯的聚合。
另外進一步，本發(fā)明人對2-金剛烷酮的烷基化法進行銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使2-金剛烷酮、金屬鋰和烷基鹵反應(yīng)，不使用前述不穩(wěn)定的烷基鋰，可以將2-金剛烷酮烷基化。進一步發(fā)現(xiàn)，將溶有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液分成少量加入金屬鋰中時，可以更高效地進行2-金剛烷酮的烷基化反應(yīng)。此時因為能高純度地烷基化，不用再進行分離操作，可以將得到的反應(yīng)液直接用于接下來的酯化反應(yīng)，而且此種情況下能分離高純度的目的物。本發(fā)明基于以上發(fā)現(xiàn)而完成。
因此，本發(fā)明的第一方面的目的在于提供2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，該方法不使用烷基化鋰那樣的高價格的不穩(wěn)定的化合物，從2-金剛烷酮制得收率高、純度高的2-烷基-2-金剛烷基酯。
進一步，本發(fā)明的第二方面的目的在于提供2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，該方法使用酰鹵，抑制在2-烷基-2-金剛烷基烷氧基金屬酯化反應(yīng)中得到的酯的聚合，可以以高收率制備2-烷基-2-金剛烷基酯。
達(dá)到上述目的的本發(fā)明如下所述。
2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，其特征在于，將含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液與金屬鋰混合反應(yīng)，得到2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰，然后，將前述得到的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰與酰鹵反應(yīng)。
上述[1]所述的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，其中將含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液與金屬鋰混合反應(yīng)的反應(yīng)，是將含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液加入金屬鋰中使其反應(yīng)。
根據(jù)[1]所述的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，其中，含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液與金屬鋰混合反應(yīng)的反應(yīng)，相對于2-金剛烷酮1mol，使用2克原子以下的金屬鋰。
根據(jù)[1]所述的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，其中，2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵的反應(yīng)是通過將2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液加入酰鹵中進行的。
根據(jù)[1]所述的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，其中，烷基鹵含有碳原子數(shù)1～6的烷基，酰鹵是(甲基)丙烯酰鹵。
根據(jù)[5]所述的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法，其中的烷基是乙基。
本發(fā)明中，因為將含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液與金屬鋰反應(yīng)來制備2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液，所以可以制備收率優(yōu)良的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰，同時，使得到的烷氧基金屬與酰鹵反應(yīng)，可以制備收率優(yōu)良的2-烷基-2-金剛烷基酯。
另外，在制備2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰時，在金屬鋰中加入含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液的情況下，能以高收率制備前述烷氧基金屬。進一步，將這樣制備的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液加入酯化劑或其溶液中的情況下，酯化反應(yīng)生成的目的物2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯的聚合受到抑制。其結(jié)果可以提高目的物的收率，同時，得到的目的物中的雜質(zhì)少而精制簡單，能得到高純度的目的物。
按照本發(fā)明的制備方法，使用格利雅試劑的制備方法時，也能得到高收率的目的物。進一步，因為有其他途徑合成的必要，而且，不使用不穩(wěn)定的烷基鋰，所以可以便宜、簡單地制備金剛烷基酯。
具體實施例方式
(2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰的制備)本發(fā)明中如前所述，首先用含有下式(1)表示的2-金剛烷酮和下式(2)表示的烷基鹵的溶液或懸浮液與金屬鋰混合，進行2-金剛烷酮的烷基化反應(yīng)，得到下式(3)表示的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰。 R1-X (2)(式中，R1為碳原子數(shù)1～6的烷基，X為鹵原子。)
(式中，R1為碳原子數(shù)1～6的烷基。)原料2-金剛烷酮可以直接使用作為試劑或工業(yè)用的市售品，或必要時經(jīng)重結(jié)晶，升華等精制后使用。
作為另一種原料烷基鹵(2)，沒有特別的限制，可以使用烷基溴化物、烷基碘化物、烷基氯化物等。從原料易得的角度來看，優(yōu)選具有碳原子數(shù)1～6的烷基的烷基溴化物或烷基碘化物。具體來說，可示例丁基氯、戊基氯、己基氯、甲基溴、乙基溴、丁基溴、甲基碘、乙基碘等。
該烷基鹵的使用量，從提高2-金剛烷酮的轉(zhuǎn)化率這點來看，以摩爾比表示，優(yōu)選2-金剛烷酮∶烷基鹵＝1∶1～1∶1.2。
作為溶解或分散上述2-金剛烷酮和烷基鹵的溶劑或分散劑，可以使用對金屬鋰、烷基鋰和烷氧基鋰穩(wěn)定的有機溶劑。作為這樣的有機溶劑，可舉二乙基醚、二噁烷、四氫呋喃等醚類溶劑，己烷、甲苯等烴類溶劑以及它們的混合溶劑等。
這些有機溶劑的使用量沒有特別的限制，從釜收率或溶解度、反應(yīng)速度的觀點來看，優(yōu)選調(diào)制2-金剛烷酮的濃度為0.01～10mol/l，特別優(yōu)選0.1～5mol/l。
金屬鋰的總使用量沒有特別的限制，從收率和防止金屬鋰過量使用的觀點來看，相對2-金剛烷酮1mol，優(yōu)選使用1.6～2.4克原子，特別優(yōu)選1.8～2.2克原子。
另外，在繼續(xù)后述的酯化反應(yīng)的情況下，優(yōu)選使上述烷基化反應(yīng)完成后的反應(yīng)液中存在的金屬鋰、或者反應(yīng)體系內(nèi)生成的烷基鋰幾乎沒有剩余，這樣，金屬鋰的使用量，相對于2-金剛烷酮1mol，優(yōu)選2克原子以下，特別優(yōu)選1.8～2.0克原子。
使含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液(有機原料液)與金屬鋰混合、反應(yīng)的方法，沒有特別的限制。也就是說，作為添加順序，可以將有機原料液添加到金屬鋰中，也可以將金屬鋰添加到有機原料液中。另外作為混合方法，將各原料同時混合、逐次混合或連續(xù)混合均可。
這些混合方法中，將有機原料液添加到金屬鋰中的方法，因為能防止金屬鋰失活，增大反應(yīng)速度，避免反應(yīng)結(jié)束后金屬鋰殘留而優(yōu)選。該方法按照后述的條件控制反應(yīng)溫度，同時，用較長的時間分成少量、連續(xù)或間歇等手段向金屬鋰中滴加有機原料液。
相比之下，在向有機原料液中慢慢加入金屬鋰的情況下，每次加入金屬鋰時需要使金屬表面活化的時間。因此，從反應(yīng)整體上看，反應(yīng)進行變慢。然而，按照上述的將有機原料液加入金屬鋰中的混合方法，因為能使所用的金屬鋰在反應(yīng)開始時就活化，可以使反應(yīng)很順利地進行。
作為將上述有機原料液加入金屬鋰中的時間，因制備規(guī)模的大小而異，通常優(yōu)選0.5～48小時。
此時，作為使用的金屬鋰的形狀，若使用顆粒狀、薄片狀、微粒狀等表面積大的形狀的鋰，反應(yīng)速度就會變大，因而優(yōu)選。
另外，上述有機原料液的添加速度因使用的烷基鹵的種類而異，不能一概而論。一般來說，希望調(diào)節(jié)添加速度，使反應(yīng)溫度不超過烷基鹵的沸點或所用的有機溶劑的沸點中低的一方。
特別是在烷基鹵是碘化物的情況下，從控制副反應(yīng)的觀點看，希望將反應(yīng)溫度保持在0℃以下添加有機原料液。另外，烷基鹵是溴化物的情況下，優(yōu)選在滿足上述條件、且調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度在20℃以上(也就是說，反應(yīng)溫度是20℃～烷基鹵的沸點或所用的有機溶劑的沸點中低的一方的溫度)的同時，向金屬鋰中加入有機原料液。通過這樣的調(diào)節(jié)，可防止金屬鋰的失活。在向鋰中添加有機原料液時，優(yōu)選攪拌溶劑。
上述烷基化反應(yīng)的反應(yīng)時間因使用的金屬鋰的量和冷卻效率等而異，通常優(yōu)選在有機原料液添加完后0.5～10小時。另外，為了防止金屬鋰失活，希望在氬等惰性氣氛中進行反應(yīng)。
(酯化反應(yīng))本發(fā)明的2-烷基-2-金剛烷基酯的制備方法中，用上述烷基化反應(yīng)制備的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基金屬和酰鹵反應(yīng)，制備2-烷基-2-金剛烷基酯。
該酯化反應(yīng)的一個原料2-烷基-2-金剛烷醇，可以不用分離上述制備的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰，直接供給反應(yīng)?；蛘?，也可以分離并根據(jù)需要精制后，供給反應(yīng)。
從反應(yīng)液中分離2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰時，也可以不必分離2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰本身。能在溶液狀態(tài)分離前述烷氧基金屬和殘留的金屬鋰時，也可以在溶液的狀態(tài)下分離。在前述烷基化反應(yīng)完成后的反應(yīng)液中，金屬鋰基本上不存在時，可以將該反應(yīng)液直接作為酯化反應(yīng)的原料使用。
另外，在上述反應(yīng)液中殘存大量的金屬鋰或烷基鋰時，若將其作為酯化反應(yīng)的原料使用，會引起酰鹵失活或生成的2-烷基金剛烷基酯聚合，結(jié)果，作為目的物的2-烷基-2-金剛烷基酯的收率降低。
該酯化反應(yīng)中使用的另一個原料酰鹵，只要是與目的物的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的酰鹵，就沒有特別的限制，作為鹵素，可以示例氯、溴、碘，從容易制備酰鹵等的方面看，優(yōu)選氯。
酯化反應(yīng)可使用的酰鹵，具體來說，可舉乙酰氯、乙酰溴、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、苯甲酰氯、4-乙烯基苯甲酰氯等。
其中，丙烯酰鹵或甲基丙烯酰鹵，特別是丙烯酰氯或甲基丙烯酰氯是作為抗蝕劑很有用的烷基金剛烷基酯的優(yōu)選的制備原料。
在酯化反應(yīng)中使用的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵的混合量，相對于1mol 2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰，優(yōu)選0.9～2.0mol，從提高收率方面看，更優(yōu)選1.0～1.3mol。
上述的酯化反應(yīng)通過使2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵在溶劑中接觸進行。
作為溶劑，只要不引起烷氧基金屬和酯化劑反應(yīng)，可使用任意的溶劑。具體來說，可以示例乙醚、四氫呋喃(THF)、二噁烷等醚類溶劑，己烷、甲苯、二甲苯等烴類溶劑。
前述溶劑中的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰濃度優(yōu)選0.01～10mol/l，從操作上看更優(yōu)選0.1～1mol/l。
溶劑中使2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵相接觸的方法，沒有特別的限定?？梢圆捎?-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰(或其溶液)和酰鹵(或其溶液)各自同時加入溶劑中的方法、在2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液中添加酰鹵(或其溶液)的方法、或在酰鹵溶液中加入2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰(或其溶液)的方法等。
使2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵在溶劑中相接觸的特別優(yōu)選的方法如下，將2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液加入上述酰鹵或其溶液中，使其進行酯化反應(yīng)，制備2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯。
在該接觸方法的情況下，能有效防止反應(yīng)中生成的該2-烷基-2-金剛烷基(甲基)丙烯酸酯因2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰的-OLi基的存在而誘發(fā)的聚合，提高目的物收率。酰鹵是丙烯酰鹵或甲基丙烯酰鹵時，特別能顯著發(fā)揮上述作用。
采用將上述2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液加入到酰鹵或其溶液中的方法時，優(yōu)選按照后述條件控制反應(yīng)溫度的同時，且用較長的時間，每次少量、連續(xù)地或間歇地將2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液滴加入酰鹵或其溶液中等手段添加。因此，滴加時間根據(jù)制備規(guī)模的大小而異，通常多為1～48小時左右。
反應(yīng)時間因滴加時間的長短而異，通常優(yōu)選滴加結(jié)束后0.5～10小時。
該酯化反應(yīng)的反應(yīng)溫度沒有特別的限制，優(yōu)選-20～100℃，從兼顧反應(yīng)速度和防止聚合上看，特別優(yōu)選-20～50℃。
另外，從防止酰鹵或2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰失活的觀點來看，優(yōu)選反應(yīng)在氮氣或氬氣之類的惰性氣氛中進行。
反應(yīng)體系中也可以加入與烷氧基鋰不反應(yīng)的阻聚劑。作為這樣的阻聚劑，可舉吩噻嗪等不含酚羥基的阻聚劑。
通過這樣進行酯化反應(yīng)，可以得到與使用的烷基鹵和酰鹵對應(yīng)的結(jié)構(gòu)的目的物—烷基金剛烷基酯。例如，作為烷基鹵，使用含有碳原子數(shù)目為1～6的烷基的烷基鹵，作為酰鹵，使用丙烯酰鹵或甲基丙烯酰鹵時，可以得到下式(4)表示的烷基金剛烷基(甲基)丙烯酸酯。 (式中，R1為碳原子數(shù)1～6的烷基，R2為氫原子或甲基。)另外，作為從酯化反應(yīng)后的反應(yīng)液中回收目的物的方法，可以將副反應(yīng)生成的鹵化鋰用適當(dāng)?shù)姆椒?，例如，水洗除去，除去溶劑后，根?jù)各自的化合物的性狀，用柱色譜、蒸餾、重結(jié)晶等適宜的方法精制。
實施例以下，列舉實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于社些實施例。
實施例1在具有攪拌翼、溫度計、冷凝管、滴液漏斗的500ml的4口燒瓶中，在氮氣氛下加入四氫呋喃30g，金屬鋰2.78g(0.4mol)。在該溶液中，在氮氣氛下，使反應(yīng)溫度控制在40℃左右，滴加預(yù)先溶解在四氫呋喃90g中的2-金剛烷酮30g(0.2mol)和乙基溴26.2g(0.24mol)的溶液。滴加結(jié)束后，升溫至45℃，進行1小時反應(yīng)熟化。
目視確認(rèn)金屬鋰消失后，加入乙基溴4.36g(0.04mol)，再于45℃攪拌1小時，調(diào)制2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液。用氣相色譜法(GC)分析確認(rèn)此時2-金剛烷酮的轉(zhuǎn)化率為98％。
用氮氣置換具有攪拌翼、溫度計、冷凝管的500ml的4口燒瓶，向其中加入甲基丙烯酰氯22.0g(0.21mol)和作為阻聚劑的吩噻嗪0.08g(0.4mmol)，在氮氣氛下、反應(yīng)溫度在10℃以下，用2小時滴加前段調(diào)制的2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液。滴加結(jié)束后，在10℃以下攪拌4小時，使反應(yīng)熟化。
反應(yīng)熟化后，在10℃以下加入甲醇10g和10質(zhì)量％的氫氧化鈉水溶液16g，攪拌1小時后，分離有機層。進一步用10質(zhì)量％的氫氧化鈉水溶液洗滌有機層后，減壓蒸餾除去溶劑。在得到的殘渣中加入甲醇150g，攪拌，有固體析出。進一步，在室溫攪拌3小時后，過濾得到0.09g固體物。此時的過濾時間為1分鐘左右。
從得到的濾液中減壓蒸餾除去溶劑后，將殘渣溶解于150g庚烷中，再向其中加入活性碳10g，攪拌后，Celite過濾除去活性碳，其后減壓蒸餾除去庚烷。將殘渣用異丙醇25g重結(jié)晶，得到24.6g(以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率49.4％)的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。用GC分析該結(jié)晶的純度為99.0％.
實施例2在具有攪拌翼、溫度計、冷凝管、滴液漏斗的500ml的4口燒瓶中，在氮氣氛下使2-金剛烷酮30g(0.2mol)和乙基溴26.2g(0.24mol)溶解在四氫呋喃120g中。在氮氣氛下，控制反應(yīng)溫度在40℃左右，向該溶液中分5次加入金屬鋰2.78g(0.4mol)(前4次每次0.5g，最后1次加0.78g)。滴加結(jié)束后，升溫至45℃，進行1小時反應(yīng)熟化。
目視確認(rèn)金屬鋰消失后，加入乙基溴4.36g(0.04mol)，再于45℃攪拌1小時，調(diào)制2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液。用氣相色譜法(GC)分析確認(rèn)此時2-金剛烷酮的轉(zhuǎn)化率為93％。
其后，按照實施例1繼續(xù)處理，在殘渣中加入甲醇的階段，析出固體0.09g。此時的過濾時間為1分鐘左右。
其后，還按照實施例1進行活性碳處理、重結(jié)晶處理。結(jié)果得到22.8g(以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率46.0％)的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。用GC分析該結(jié)晶的純度為99.2％。
實施例3按照實施例1操作，調(diào)制2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰的溶液。用氣相色譜法(GC)分析確認(rèn)此時2-金剛烷酮的轉(zhuǎn)化率為98％。
在得到的前述溶液中，加入作為阻聚劑的吩噻嗪0.08g(0.4mmol)，在氮氣氛下，使反應(yīng)溫度冷卻在10℃以下，向其中滴加甲基丙烯酰氯22.0g(0.21mol)，用2小時滴畢。滴加結(jié)束后，在10℃以下攪拌4小時，使反應(yīng)熟化。
反應(yīng)熟化后，在得到的反應(yīng)液中保持10℃以下加入甲醇10g和10質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液16g，攪拌1小時后，分離有機層。進一步用10質(zhì)量％的氫氧化鈉水溶液洗滌有機層后，減壓蒸餾除去溶劑。在得到的殘渣中加入甲醇150g，攪拌，析出粘度高的油狀物，粘附在攪拌翼、燒瓶壁上。進一步，于室溫攪拌3小時后，過濾反應(yīng)液，得油狀化合物。過濾后的油狀化合物的重量為4.4g。該油狀化合物粘度高，過濾需要30分鐘。
從得到的濾液中減壓蒸餾除去溶劑后，將殘渣溶解于150g庚烷中，向其中加入活性碳10g，攪拌，其后，Celite過濾除去活性碳，然后減壓蒸餾，從庚烷溶液中除去庚烷。將殘渣用異丙醇25g重結(jié)晶，得到21.7g(以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率43.8％)的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。用GC分析該結(jié)晶的純度為99.1％.
實施例4在具有攪拌翼、溫度計、冷凝管、滴液漏斗的5000ml的4口燒瓶中，在氮氣氛下使四氫呋喃500ml和金屬鋰23.3g(3.33克原子，1.0當(dāng)量)分散，將該溶液冷卻至-10℃。在該分散液中，滴加預(yù)先溶解在四氫呋喃2000ml中的2-金剛烷酮250g(1.67mol)和甲基碘237g(1.67mol)的溶液。滴加過程中，進行充分冷卻，使反應(yīng)溫度不超過0℃。滴加結(jié)束后，在0℃進行3小時反應(yīng)熟化。
目視確認(rèn)金屬鋰消失，由此得到2-甲基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液。用氣相色譜分析確認(rèn)此時的2-金剛烷酮的轉(zhuǎn)化率為98％。
在具有攪拌翼、溫度計、冷卻管的5000ml四口燒瓶中加入500ml四氫呋喃和170g甲基丙烯酰氯(1.63mol)，冷卻到0℃。在該燒瓶中滴加2-甲基-2-金剛烷基烷氧基鋰的溶液，冷卻，使反應(yīng)溫度不超過10℃。滴加完畢后，在室溫攪拌3小時，使反應(yīng)熟化。
反應(yīng)熟化后，加入0.1質(zhì)量％氫氧化鈉的甲醇溶液100ml，終止反應(yīng)，進一步向其中加入2000ml己烷。分離有機層，有機層依次用5質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液，20質(zhì)量％食鹽水洗凈。加入作為阻聚劑的吩噻嗪0.2g后，減壓蒸餾除去溶劑。將得到的殘渣溶解于200ml氯仿中，將其加到甲醇2000ml中，攪拌，有固體物析出。進一步，在室溫攪拌3小時后，過濾得到1.0g固體物。
從得到的濾液中減壓蒸餾除去溶劑后，進一步減壓蒸餾，得到232g(0.99mol，以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)的分離收率59％)的2-甲基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。
實施例5用丁基溴33g(0.24mol)替代乙基溴，其他同實施例1制得2-丁基-2-金剛烷基烷氧基金屬的溶液，按照實施例1使其與甲基丙烯酰氯發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)熟化后，保持10℃以下的溫度向反應(yīng)液中加入甲醇10g和10質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液16g，攪拌1小時后，分離有機層。用10重量％的氫氧化鈉水溶液洗凈有機層后，減壓蒸餾除去溶劑后，進一步減壓蒸餾，得到22g(以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率40％)的2-丁基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。
實施例6用丙烯酰氯22g(0.24mol)替代甲基丙烯酰氯，其他按照實施例1操作。反應(yīng)熟化后，按照實施例1進行后處理。減壓蒸餾后，得到21g(以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率48％)的2-乙基-2-金剛烷基丙烯酸酯。
實施例7將2-金剛烷酮250g(1.67mol)溶解于四氫呋喃2500ml中，再加入甲基碘237g(1.67mol)，將溶液冷卻至-10℃以下，使溫度不超過-10℃，在冷卻的同時，加入金屬鋰，最初每次加入約1g，共加入金屬鋰23.3g(3.33克原子，1.0當(dāng)量)。其后，目視確認(rèn)金屬鋰消失后，將反應(yīng)液加入甲基丙烯酰氯170g(1.63mol)中，使反應(yīng)液升溫至室溫。
然后，用GC分析確認(rèn)反應(yīng)充分進行后，向反應(yīng)液中加入0.1質(zhì)量％氫氧化鈉的甲醇溶液100ml，使反應(yīng)停止，再加入2500ml己烷。其后，用5質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液、20質(zhì)量％食鹽水洗滌有機層。向反應(yīng)液中加入作為阻聚劑的吩噻嗪0.2g，然后，減壓蒸餾除去溶劑。在得到的粗生成物中加入氯仿200ml，溶解后，注入到甲醇2000ml中。然后，過濾除去不溶物(22g)后，減壓蒸餾除去溶劑。將得到的物質(zhì)進一步減壓蒸餾，得到200g(0.85mol，以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率51％)的2-甲基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。
實施例8將2-金剛烷酮30g(0.2mol)溶解于四氫呋喃30ml中，向其中加入乙基溴24g(0.22mol)。劇烈攪拌溶液的同時，使溶液的溫度不超過30℃，向該溶液中加入金屬鋰，最初每次加入0.1g的金屬鋰，共加入2.5g(0.36克原子，0.82當(dāng)量)的金屬鋰，目視確認(rèn)金屬鋰消失后，將反應(yīng)液加入甲基丙烯酰氯21g(0.2mol)中。
用GC分析確認(rèn)反應(yīng)結(jié)束后，在該溶液中加入甲醇30ml和5質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液3ml，室溫攪拌1小時后，使反應(yīng)停止。然后，分離含有目的物的有機層，在減壓蒸餾除去溶劑的殘渣中，加入己烷200ml，再分別用10％氫氧化鈉水溶液、20％食鹽水洗凈。其后，減壓蒸餾除去己烷，得粗生成物。向其中加入吩噻嗪0.3g、二甘醇3g后，減壓蒸餾得到17.3g(0.07mol，以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率35％)的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。純度為95.3％。
實施例9將2-金剛烷酮390g(2.6mol)溶解于四氫呋喃3500ml中，向其中加入乙基溴303g(2.8mol)。劇烈攪拌溶液的同時，使溶液的溫度不超過50℃，向該溶液中加入金屬鋰，最初每次加入2g的金屬鋰，最后每次加入5g，共加入36g(5.1克原子，0.98當(dāng)量)的金屬鋰，室溫攪拌該溶液過夜。確認(rèn)金屬鋰消失后，在溶液中加入吩噻嗪0.05g，將該溶液加到甲基丙烯酰氯279g(2.7mol)中。
用GC分析確認(rèn)反應(yīng)進行后，在反應(yīng)液中加入甲醇10ml和5質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液10ml，再加入己烷2000ml后，將其分別用5質(zhì)量％氫氧化鈉水溶液、20質(zhì)量％食鹽水洗凈。其后，減壓蒸餾除去有機溶劑。在得到的殘渣中加入甲醇2000ml，過濾除去不溶成分(18g)后，減壓蒸餾去除甲醇。在除去甲醇而得到的殘渣中加入己烷2000ml，過濾除去不溶成分，減壓蒸餾除去己烷。將得到的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯的種晶放置一夜，過濾、取出生成的結(jié)晶。
再將該結(jié)晶溶解于己烷中，加入活性碳30g攪拌，用Celite過濾，除去活性碳，減壓蒸餾除去己烷。
從己烷中重結(jié)晶，得到55g(0.22mol，以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)的分離收率8.5％)的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。用GC分析該結(jié)晶的純度為99.1％。
實施例10將2-金剛烷酮250g(1.67mol)溶解于四氫呋喃2500ml中，再加入甲基碘237g(1.67mol)，將溶液冷卻至-10℃以下，使溫度不超過-10℃，在冷卻的同時，加入金屬鋰，最初每次加入約1g，共加入金屬鋰23.3g(3.33克原子，1.0當(dāng)量)。
其后目視確認(rèn)金屬鋰消失后，在反應(yīng)液中加入甲基丙烯酰氯170g(1.63mol)，使反應(yīng)液升溫至室溫。
然后，用GC分析確認(rèn)反應(yīng)充分進行后，在反應(yīng)液中加入0.1質(zhì)量％氫氧化鈉的甲醇溶液100ml，使反應(yīng)停止，再加入2500ml己烷。其后，分別用5％氫氧化鈉水溶液、20％食鹽水洗凈有機層。加入作為阻聚劑的吩噻嗪0.2g后，減壓蒸餾除去溶劑，在得到的粗生成物中加入氯仿200ml溶解。將其注入甲醇2000ml中，過濾除去不溶物(5.1g)后，減壓蒸餾除去溶劑。進一步減壓蒸餾，得到200g(0.85mol，以2-金剛烷酮為基準(zhǔn)，分離收率51％)的2-甲基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯。
比較例1將金屬鋰0.7g(0.1克原子)放入新蒸餾的乙醚20ml中，一邊于室溫攪拌，一邊緩慢滴加乙基碘7.8g(0.05mol)。溶液開始緩慢回流，隨著滴加完畢，返回到室溫。將該溶液滴加到溶有2-金剛烷酮4g的新蒸餾的四氫呋喃20ml的溶液中，于室溫攪拌。
GC分析的結(jié)果，沒有檢測出2-乙基-2-金剛烷醇。生成2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰時，通過GC分析，檢測出2-乙基-2-金剛烷醇，由此確認(rèn)該比較例中沒有生成2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰。
本比較例中，可以認(rèn)為因為前段反應(yīng)中的乙基鋰的收率低，所以反應(yīng)沒進行?？紤]如果采用增加金屬鋰的使用量等方法，提高乙基鋰的收率，反應(yīng)就可以進行。然而，金屬鋰的過量使用不僅存在成本上的問題，而且存在為了避免如前所述的問題，在酯化反應(yīng)前必須除去該金屬鋰的問題。
比較例2將鎂3.7g(0.15克原子)放入乙醚5ml中，滴入乙基碘30g(0.19mol)的乙醚(30ml)溶液。將這樣得到的乙基碘化鎂溶液滴加入2-金剛烷酮20g(0.13mol)的四氫呋喃(100ml)溶液中，于室溫攪拌過夜。GC分析結(jié)果表明生成還原的2-金剛烷醇75％，2-乙基-2-金剛烷醇25％。
得到的反應(yīng)液中加入甲基丙烯酰氯15.8g(0.15mol)，同實施例1進行反應(yīng)和精制。結(jié)果得到液體32g。GC分析該液體顯示，作為目的物的2-乙基-2-金剛烷基甲基丙烯酸酯的峰面積比為20％，副產(chǎn)物2-金剛烷基甲基丙烯酸酯的峰面積比為70％。然而，實質(zhì)上不能從該液體中分離這些化合物。
比較例3將2-金剛烷酮14g(0.093mol)溶解于甲苯200ml中，室溫下向其中滴入0.95mol/L的三乙基鋁甲苯溶液100ml(0.095mol)。GC分析結(jié)果表明，因為反應(yīng)沒有進行，使反應(yīng)液溫度上升，20℃～40℃有氣泡產(chǎn)生。將其直接升溫至80℃，攪拌2小時。經(jīng)GC分析，結(jié)果只檢測出2-金剛烷酮被還原生成的2-金剛烷醇，沒有測出基于2-乙基-2-金剛烷基烷氧基鋰的2-乙基-2-金剛烷醇的峰。
權(quán)利要求
1.一種制備2-烷基-2-金剛烷基酯的方法，其特征在于，將含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液和金屬鋰混合，反應(yīng)，得到2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰，然后使前述得到的2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1所述的制備2-烷基-2-金剛烷基酯的方法，其中，混合含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液和金屬鋰、使其反應(yīng)的反應(yīng)，是將含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液加到金屬鋰中進行反應(yīng)。
3.權(quán)利要求1所述的制備2-烷基-2-金剛烷基酯的方法，其中，混合含有2-金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液和金屬鋰、使其反應(yīng)的反應(yīng)中，相對于2-金剛烷酮1摩爾，使用2克原子以下的金屬鋰。
4.權(quán)利要求1所述的制備2-烷基-2-金剛烷基酯的方法，其中，2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵的反應(yīng)是通過將2-烷基-2-金剛烷基烷氧基鋰溶液加入酰鹵中進行的。
5.權(quán)利要求1所述的制備2-烷基-2-金剛烷基酯的方法，其中，烷基鹵含有碳原子數(shù)1～6的烷基，酰鹵是(甲基)丙烯酰鹵。
6.權(quán)利要求5所述的制備2-烷基-2-金剛烷基酯的方法，其中，烷基為乙基。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備2－烷基－2－金剛烷基酯的方法，其特征在于，將含有2－金剛烷酮和烷基鹵的溶液或懸浮液和金屬鋰混合，使其反應(yīng)，得到2－烷基－2－金剛烷基烷氧基鋰，然后使前述得到的2－烷基－2－金剛烷基烷氧基鋰和酰鹵反應(yīng)。
文檔編號C07C67/14GK1429195SQ01809566
公開日2003年7月9日 申請日期2001年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月16日
發(fā)明者山口真男, 菊地秀樹, 廣田吉洋 申請人:株式會社德山