專利名稱：一種1,3-金剛烷二甲酸的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機合成技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種l， 3-金剛烷二甲酸的化學(xué)合 成方法。金剛烷二取代衍生物具有良好的抗病毒作用，同時，由于它具有雙官能 團很容易合成各種不同的高分子材料，這些材料材質(zhì)透明度好、硬度高、抗沖擊 及熱穩(wěn)定性能優(yōu)異，在有機新材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，特別在光通訊領(lǐng)域 應(yīng)用前景十分看好，也是一種很好的醫(yī)藥中間體。
背景技術(shù)：
金剛烷是一種飽和的籠狀烴，由10個碳原子和16個氫原子構(gòu)成，其基本骨架 類似于金剛石的一個晶格單元。在其分子量范圍內(nèi)，金剛烷是已知分子中最接近 球形的烴類分子，其剛性環(huán)系和對稱結(jié)構(gòu)決定了它具有獨特的物理特征和化學(xué)性 質(zhì).金剛垸的化學(xué)反應(yīng)活性比苯稍低，在通常條件和硝酸、鉻酸、重排等反應(yīng)。 如金剛垸的4個橋頭碳原子(1， 3， 5及7位)可以通過取代反應(yīng)(鹵化、硝化、磺 化、垸基化等)形成眾多的金剛垸，尤其是l， 3位的二取代衍生物。金剛垸及其 衍生物用途廣泛，己在生醫(yī)藥、功能高分子、潤滑油、催化劑、表面活性劑、感 光材料、農(nóng)藥等眾多領(lǐng)域(抗腫瘤、抗帕金森綜合癥、抗流行性感冒病毒甚至抗 SARS病毒)。
近年來歐美、日韓等國在合成含金剛垸基功能聚合物領(lǐng)域投入大量研究。研 究表明將金剛烷骨架結(jié)構(gòu)引入功能性高分子聚合物的主鏈或側(cè)鏈，能夠顯著提 高聚合物的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)穩(wěn)定性、介電性能及力學(xué)性能，從而制 備一系列具有特殊功能的液晶顯示材料、半導(dǎo)體光刻膠材料、全息光敏材料、膜 分離材料、角膜接觸鏡及藥物載體等。
金剛烷醇可采用臭氧、過氧化物、雙氧水等氧化劑氧化制備，但產(chǎn)物一般為 多種醇及酮的混合物，如l-金剛烷醇、2-金剛烷醇、1， 3， 5-金剛烷三醇、1-金
剛烷酮及2-金剛烷酮。本發(fā)明的研究表明，可以通過選擇合適的條件先將金剛烷鹵 化成二鹵取代物，再將二鹵取代物水解可得金剛垸二醇。
日本合成橡膠公司報道，金剛烷在三溴化硼(BBr3)催化下與液溴(Br2)反 應(yīng)，產(chǎn)物與硫酸銀(Ag2S04)及無水甲酸反應(yīng)生成l， 3-金剛垸二甲酸(Jap: 60100537)。本發(fā)明以鐵粉為催化劑，反應(yīng)效果很好，有利于控制步驟(O的無 水條件，若水量超過金剛垸的10%時，鹵代產(chǎn)物為一鹵代物。鹵代產(chǎn)物直接與硫酸 銀及無水甲酸反應(yīng)，硫酸銀及無水甲酸量的比例不容易控制，否則會有多種副產(chǎn) 物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種l， 3-金剛垸二甲酸的合 成方法，方法簡便易行，原料易得，反應(yīng)條件溫和，實驗條件易于實現(xiàn)，易于 控制，所得產(chǎn)物收率高、純度高。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種l， 3-金剛垸二甲酸的合成方法，其特征包括如下步驟
(1) 金剛垸的鹵代在鐵粉催化作用下，向金剛烷中緩慢的滴加液溴(Br2)，
先于-10 20'C溫度條件下反應(yīng)0.5 2小時，再于50 110'C溫度條件下反應(yīng)3 8小 時，反應(yīng)結(jié)束后加入亞硫酸氫鈉溶液浸泡2 5小時，亞硫酸氫鈉必須是飽和的， 目的是除去多余的溴，粗產(chǎn)品經(jīng)過重結(jié)晶可得純度大于98%的1, 3-二溴代金剛垸， 熔點是108 110。C，收率達到70%以上。重結(jié)晶的溶劑可以是甲醇、乙醇、丙酮、 異丁醇、正丁醇、丙醇、異丙醇中的任意一種，優(yōu)選甲醇或丙酮中的任意一種。 而本發(fā)明的特征是步驟(1)采用的是飽和的亞硫酸氫納，通過選擇合適的重結(jié) 晶溶劑，可以提高產(chǎn)物的純度。
(2) 鹵代金剛烷的水解在步驟(1)合成的l， 3-二溴代金剛烷中加入硫酸銀
(加入的是硫酸銀而不能是硝酸銀，否則會有硝酸酯等副產(chǎn)物生成)，丙酮和水，在
40 110。C溫度條件下,加熱回流5 12小時,趁熱過濾，濾液冷卻(室溫20-25'C)析 出l， 3-金剛垸二醇，粗品可以不經(jīng)過再結(jié)晶，直接用于下一步的合成。
(3) 1， 3-金剛垸二醇的羧基化在步驟(2)合成的l， 3-金剛垸二醇中加入 適量濃硫酸,快速攪拌下滴加甲酸，1 5小時內(nèi)加畢,后繼續(xù)攪拌10 30min, 1， 3-
金剛垸二醇經(jīng)Koch-Haff反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)束后，析出白色固體，抽慮， 得粗產(chǎn)品。所得粗產(chǎn)品經(jīng)重結(jié)晶后得純度大于98%的1， 3-金剛垸二甲酸，熔點為 270 273°C，收率達到60%以上。重結(jié)晶的溶劑可以是甲醇，乙醇，丙酮，異丁醇， 正丁醇，丙醇，異丙醇中的任意一種，優(yōu)選乙醇和異丙醇中的其中任意一種。
步驟(1)所述的金剛垸與液溴的摩爾比為l: 2 6 ，所述的鐵粉與金剛烷的 摩爾比為l: 0.01 2 。
步驟(2)所述的l， 3-二溴代金剛垸與硫酸銀的摩爾比是l: 1.5 5 ，所述的 丙酮與水的比例是1:0.5 2 。
步驟(2)所述的l， 3-二溴代金剛烷與硫酸銀的摩爾比是l: 1.5 5，丙酮與 水的比例是l: 0. 5 2 。
步驟(3)所述的l， 3-金剛垸二醇的質(zhì)量與濃硫酸的體積比是l: 5 20,甲酸 與濃硫酸的體積比是1:5 15 。
所述的步驟(1)需在無水條件下完成。
所述的步驟(1)還包括反應(yīng)結(jié)束后的產(chǎn)物需用亞硫酸氫鈉飽和溶液浸泡，除 去多余的溴，過濾l， 3-二溴代金剛垸粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純度大于98%的1， 3-二溴 代金剛垸，熔點是108 I1(TC，收率達到70%以上。重結(jié)晶溶劑可以是甲醇、乙醇、 丙酮、異丁醇、正丁醇、丙醇及異丙醇中的任意一種，優(yōu)選甲醇和丙酮中的其中
任意一種。
所述步驟(2)中加入的是硫酸銀而不能是硝酸銀，否則會有硝酸酯等副產(chǎn)物牛成。
所述步驟(3)中甲酸需在快速攪拌的條件下緩慢滴加，且滴加完后還需繼續(xù) 攪拌10 30 min。
所述步驟(3)中抽慮后的l， 3-金剛垸二甲酸粗品，重結(jié)晶后得純度大于98% 的l， 3-金剛垸二甲酸，熔點為270 273。C，收率達到60%以上。重結(jié)晶的溶劑可 以是甲醇、乙醇、丙酮、異丁醇、正丁醇、丙醇及異丙醇中的任意一種，優(yōu)選乙 醇和異丙醇中的任意一種。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點和效果
(1)提供一種具有較高收率、高純度l， 3-金剛垸二甲酸的制備方法，產(chǎn)物收 率可達60°/。以上。
(2) 該方法以金剛垸、液溴、鐵粉、硫酸銀及甲酸等為原料，原料易得。
(3) 實驗方法簡便易行，反應(yīng)條件溫和，實驗條件易于實現(xiàn)，易于控制。
(4) 產(chǎn)物收率高且穩(wěn)定，純度高，具有一定的通用性，適宜中式放大及工業(yè)
化生產(chǎn)。


圖l為一種l， 3-金剛烷二甲酸的合成方法的反應(yīng)原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施實例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。 一種l， 3-金剛烷二甲酸的合成方法，其驟如下 如圖1所示，本發(fā)明的反應(yīng)原理是通過以下三個步驟制得l， 3-金剛烷二甲酸 步驟(1)金剛垸的溴化在鐵粉作催化劑的作用下，向金剛垸中緩慢的滴加 液溴，先于-10 2(TC溫度條件下反應(yīng)0.5 2小時，再于50 110'C溫度條件下反應(yīng) 3 8小時，合成l， 3-二溴代金剛垸;
步驟(2)鹵代金剛垸的水解在步驟(1)合成的l， 3-二溴代金剛烷中加入硫
酸銀,丙酮和水在40 110。C溫度條件下,加熱回流5 12小時，合成l，3-金剛烷二醇； 步驟(3)是醇的羧基化在步驟(2)合成的l， 3-金剛垸二醇中加入一定量的 濃硫酸,快速攪拌下滴加甲酸，1 5小時加畢,后繼續(xù)攪拌10 30min，反應(yīng)結(jié)束后，析 出白色固體，抽慮，粗產(chǎn)品經(jīng)重結(jié)晶得l， 3-金剛烷二甲酸。
實施例1:
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗、溴化氫吸收裝置、氯化鈣干燥
裝置的100ml三口燒瓶中加入金剛垸13.6g，還原鐵粉O. 18g，滴液漏斗中加入液 溴15ml，冰水浴，溫度維持在-10或-5'C，緩慢滴加液溴，2 2.5小時內(nèi)加畢。伴 隨著液溴的加入，有棕紅色的氣體和白色煙霧產(chǎn)生，棕紅色會充滿整個冷凝管。 待液溴滴加完畢后，觀察反應(yīng)比較緩慢時，冰水浴裝置改換水浴加熱裝置，加熱 至65。C或70。C，恒溫回流3.5或4小時，停止。
所得產(chǎn)物先用亞硫酸氫鈉飽和溶液浸泡除去多余的溴，產(chǎn)物過濾，用甲醇重 結(jié)晶，得到淡黃色的固體l， 3-二溴代金剛垸19.2g。熔點是108 11(TC，收率是
73.3%。
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的125ml三口燒瓶中加入l， 3-二溴 代金剛垸10.2g,硫酸銀9.4g，丙酮和水(1: 1)的混合物44ml,水浴加熱，反應(yīng)過 程中有淡黃色溴化銀生成，反應(yīng)溫度5(TC或6(TC，恒溫回流6或8小時，趁熱過濾 得6.3g白色固體，產(chǎn)物直接用于下一步的反應(yīng)。
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗的250ml三口燒瓶中加入濃硫酸 50ml、 1， 3-金剛垸二醇6. 3g，快速攪拌下滴加8 ml甲酸，1 1. 5小時內(nèi)加畢，繼 續(xù)攪拌20min, 1， 3-金剛烷二醇經(jīng)Koch-Haff反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)束后，析 出白色固體，抽慮，得粗產(chǎn)品，所得粗產(chǎn)品經(jīng)乙醇重結(jié)晶后得純度98.5%的1， 3-金剛垸二甲酸5.6g，熔點是270 273'C，按l， 3-二溴代金剛烷計算，兩步反應(yīng)的 總收率是64。/。。
實施例2
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗、溴化氫吸收裝置、氯化鈣干燥 裝置的250ml三口燒瓶中加入金剛垸26g，還原鐵粉O. 5 g，滴液漏斗中加入液溴 20ml，冰水浴，溫度維持在0'C或5'C，緩慢滴加液溴，在1 2小時內(nèi)加畢。伴隨 著液溴的加入，有棕紅色的氣體和白色煙霧產(chǎn)生，棕紅色會充滿整個冷凝管。待 液溴滴加完畢后，觀察反應(yīng)比較緩慢時，冰水浴裝置改換水浴加熱裝置，加熱至 8(TC或卯。C，恒溫回流5或6小時，停止。
所得產(chǎn)物先用亞硫酸氫鈉不飽和溶液浸泡除去未反應(yīng)的溴，產(chǎn)物過濾，用正 丁醇重結(jié)晶，得到淡黃色的固體l， 3-二溴代金剛垸32g。熔點是108 11(TC,收 率是63. 4%。
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口燒瓶中加入l， 3-二溴 代金剛烷20g,硫酸銀22g，丙酮和水(3: 1)的混合物80ml，水浴加熱，反應(yīng)過 程中有淡黃色溴化銀生成，反應(yīng)溫度70'C或8(TC,恒溫回流4或5小時，趁熱過濾 得11.6g白色固體，產(chǎn)物直接用于下一步的反應(yīng)。
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗的250ml三口燒瓶中加入濃硫酸50 ml、 1， 3-金剛烷二醇11.6g，快速攪拌下滴加20ml甲酸，2小時加完，繼續(xù)攪拌 20min, 1， 3-金剛垸二醇經(jīng)Koch-Haff反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)束后，析出白色
固體，抽慮，得粗產(chǎn)品，所得粗產(chǎn)品經(jīng)乙醇重結(jié)晶后得純度99.6%的1， 3-金剛垸 二甲酸9.8g，熔點是270 273'C，按l， 3-二溴代金剛烷計算，兩步反應(yīng)的總收率 是57. 6%。 實施例3
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗、溴化氫吸收裝置、氯化鈣干燥 裝置的100ml三口燒瓶中加入金剛烷13.6g，還原鐵粉0.2g ,滴液漏斗中加入液 溴20ml，冰水浴，溫度維持在10'C或15'C，緩慢滴加液溴，在3 3.5小時內(nèi)加畢。 伴隨著液溴的加入，有棕紅色的氣體和白色煙霧產(chǎn)生，棕紅色會充滿整個冷凝管。 待液溴滴加完畢后，觀察反應(yīng)比較緩慢時，冰水浴裝置改換水浴加熱裝置，加熱 至80'C或9(TC，恒溫回流6小時，停止。
所得產(chǎn)物先蒸出溴，再飽和的亞硫酸氫鈉浸泡，產(chǎn)物過濾，用丙酮重結(jié)晶， 得到淡黃色的固體l， 3-二溴代金剛垸16.5g 。熔點是108 110。C，收率是63%。
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的125ml三口燒瓶中加入l， 3-二溴 代金剛垸IO. 5g,硫酸銀9.2g，丙酮和水(1: 3)的混合物44ml,水浴加熱，反應(yīng)過 程中有淡黃色溴化銀生成，反應(yīng)溫度7(TC或80'C，恒溫回流6小時，趁熱過濾得6. 32 g白色固體，產(chǎn)物直接用于下一步的反應(yīng)。
向裝有電動攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗的250ml三口燒瓶中加入濃硫酸 50ml、 1， 3-金剛烷二醇6. 32g，快速攪拌下滴加8 ml甲酸，l小時加完，繼續(xù)攪拌 10min, 1， 3-金剛烷二醇經(jīng)Koch-Haff反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)產(chǎn) 物倒入80ml冷水中，析出白色固體，冷卻吸慮，得粗產(chǎn)品，所得粗產(chǎn)品經(jīng)乙醇重 結(jié)晶后得純度99.1%的1， 3-金剛垸二甲酸5.3g，熔點是270 273'C，按l， 3-二溴 代金剛垸計算，兩步反應(yīng)的總收率是59%。
工業(yè)應(yīng)用'性好，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有較高收率、高純度l， 3-金剛垸 二甲酸的制備方法。該方法以金剛垸、液溴、鐵粉、硫酸銀、甲酸等為原料，原 料易得；實驗方法簡便易行，反應(yīng)條件溫和，實驗條件易于實現(xiàn)，易于控制；產(chǎn) 物收率高且穩(wěn)定，純度高的優(yōu)點，具有的一定的通用性，適宜中式放大及工業(yè)化 生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1、一種1，3-金剛烷二甲酸的合成方法，其步驟如下(1)金剛烷的鹵代在鐵粉催化作用下，向金剛烷中滴加液溴，先于-10～20℃溫度條件下反應(yīng)0.5～2小時，再于50～110℃溫度條件下反應(yīng)3～8小時，反應(yīng)結(jié)束后加入亞硫酸氫鈉飽和溶液浸泡2～5小時，除去多余的溴，經(jīng)過重結(jié)晶得1，3-二溴代金剛烷，熔點是108～110℃；(2)鹵代金剛烷的水解在步驟(1)合成的1，3-二溴代金剛烷中加入硫酸銀、丙酮和水，在40～110℃溫度條件下，加熱回流5～12小時，趁熱過濾，濾液冷卻室溫析出1，3-金剛烷二醇，粗品不經(jīng)過重結(jié)晶，直接用于下一步的合成；(3)1，3-金剛烷二醇的羧基化在步驟(2)合成的1，3-金剛烷二醇中加入濃硫酸，攪拌下滴加甲酸，1～5小時內(nèi)加畢，后繼續(xù)攪拌10～30min，1，3-金剛烷二醇經(jīng)Koch-Haff反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)結(jié)束后，析出白色固體，抽慮，得產(chǎn)品，所得產(chǎn)品經(jīng)重結(jié)晶后得1，3-金剛烷二甲酸，熔點為270～273℃，所述的重結(jié)晶的溶劑是甲醇、乙醇、丙酮、異丁醇、正丁醇、丙醇、異丙醇中的任意一種。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種l， 3-金剛垸二甲酸的合成方法,其特征在于步 驟(1)所述的金剛烷與液溴的摩爾比為l: 2 6 ,所述的鐵粉與金剛烷的摩爾比為l: 0.01 2 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種l， 3-金剛垸二甲酸的合成方法，其特征在于步 驟(2)所述的1， 3-二溴代金剛烷與硫酸銀的摩爾比是l: 1.5 5 ，所述的丙酮與 水的比例是1:0.5 2 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種l， 3-金剛烷二甲酸的合成方法,其特征在于步 驟(3)所述的l， 3-金剛烷二醇的質(zhì)量與濃硫酸的體積比是l: 5 20,甲酸與濃硫 酸的體積比是1:5 15 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種1，3-金剛烷二甲酸的合成方法，其步驟(1)金剛烷的鹵代在鐵粉催化作用下，向金剛烷中滴加液溴，在一定條件下，合成1，3-二溴代金剛烷；(2)鹵代金剛烷的水解在步驟(1)合成的1，3-二溴代金剛烷中加入硫酸銀，丙酮和水，在一定溫度條件下，加熱回流，合成1，3-金剛烷二醇；(3)1，3-金剛烷二醇的羧基化在步驟(2)合成的1，3-金剛烷二醇中加入濃硫酸，攪拌滴加甲酸，繼續(xù)攪拌，析出白色固體，抽慮，粗產(chǎn)品經(jīng)重結(jié)晶后得純度大于98％的1，3-金剛烷二甲酸，收率達到60％以上。該方法簡便易行，原料易得，反應(yīng)條件溫和，易于實現(xiàn)，產(chǎn)物收率高且穩(wěn)定，純度高，具有通用性，適宜中試放大及工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C07C55/30GK101386576SQ20081019745
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者銀 劉, 李廣學(xué), 王亞男, 王劍波, 陶昭才 申請人:安徽理工大學(xué)