一种2,2-二甲基丁腈、其衍生物及合成方法技术

本发明专利技术涉及化学合成技术领域，具体公开一种2,2‑二甲基丁腈、其衍生物及合成方法。所述2,2‑二甲基丁腈的合成方法为：溶剂中，超声条件下，2‑氯代‑2‑甲基丁烷和氰化物，在催化剂与助催化剂，或催化剂、助催化剂与缚酸剂的作用下进行取代反应，得2,2‑二甲基丁腈；所述催化剂为硬脂酰肌氨酸盐、月桂酰肌氨酸盐或油酰肌氨酸盐中至少一种，所述助催化剂为冠醚化合物或聚乙二醇。本发明专利技术通过特定的合成工艺，制备得到了纯度可达99％以上，收率大于88％的2,2‑二甲基丁腈。以2,2‑二甲基丁腈为原料，经水解可制备得到2,2‑二甲基丁酸，将2,2‑二甲基丁酸经酰化反应、或酯化反应可制备得到2,2‑二甲基丁腈的衍生物。

【技术实现步骤摘要】
一种2,2-二甲基丁腈、其衍生物及合成方法
本专利技术涉及化学合成
，尤其涉及一种2,2-二甲基丁腈、其衍生物及合成方法。
技术介绍
2,2,-二甲基丁酸，是生产医药及农药的重要中间体，同时也可用于作为生产橡胶、染料等物质的中间体，有着广泛的用途。目前，工业上大规模生产2,2-二甲基丁酸的主要合成工艺是将二甲基乙酸和溴乙烷在-78℃反应制备得到；或是将二甲基乙酸酯和溴甲烷反应制备得到，或是将二甲基丙醇和一氧化碳经羰基化反应制备得到。但是，上述工艺均存在反应条件苛刻，且收率低和成本高的问题。2,2-二取代丁酸的衍生物主要有2,2-二取代丁酰氯、2,2-二取代丁酸酯，主要用作制备医药中间体或农药中间体，还可用于作为生产橡胶、染料的中间体。可通过2,2,-二甲基丁酸经酰化反应或酯化反应制备得到，但是也存在生产成本高、收率低等问题。因此，有必要研发一种反应条件温和、且收率和纯度均较高的2,2,-二甲基丁酸及其衍生物的合成方法。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种2,2-二甲基丁腈、其衍生物及合成方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：2,2-二甲基丁腈，结构如式(Ⅱ)所示：相对于现有技术，本专利技术提供了一种新的2,2-二甲基丁酸及其衍生物的中间体物质2,2-二甲基丁腈，以其为原料仅需通过常规的水解就可以制备得到2,2-二甲基丁酸，以及2,2-二甲基丁酸为原料，通过常规的酰化反应或酯化反应就可以制备得到一系列2,2-二甲基丁酸衍生物，如2,2-二取代丁酰氯或2,2-二取代丁酸酯。以2,2-二甲基丁腈为原料，制备得到的2,2-二甲基丁酸及其衍生物的含量均可达到99％以上，收率可达到80％以上，且反应条件温和，制备成本低，具有广阔的应用前景。本专利技术还提供了一种2,2-二甲基丁腈的合成方法，包括如下步骤：溶剂中，超声条件下，式(Ⅰ)所示的2-氯代-2-甲基丁烷和氰化物，在催化剂与助催化剂，或催化剂、助催化剂与缚酸剂的作用下进行取代反应，得式(Ⅱ)所示的2,2-二甲基丁腈；其中，所述催化剂为硬脂酰肌氨酸盐、月桂酰肌氨酸盐或油酰肌氨酸盐中至少一种，所述助催化剂为冠醚化合物或聚乙二醇。现有技术中，有机腈化合物的方法主要有氰化氢与醛酮化合物加成，氰化钠与酰氯、苄基氯、碘代烷烃等发生取代反应制备得到有机腈化合物，也有通过酰胺脱水反应制备有机腈化合物的报道。另一个大规模生产有机腈化合物的方法是由醇类物质与氧气和氨气在高温高压条件下通过氨氧化法制备有机腈，但是，该方法需要较高的反应温度、压力以及大量的氨气，对设备要求高，还存在三废污染大等问题。而且，由于饱和氯代烷烃活性较弱，通过其发生取代反应制备有机腈的转化率较低，因此，很少用于作为制备有机腈化合物的原料。针对现有技术，本专利技术提供了一种新物质2,2-二甲基丁腈的新合成方法，其以硬脂酰基氨酸盐、月桂酰肌氨酸盐或油酰基氨酸盐为催化剂，以冠醚化合物或聚乙二醇为助催化剂，并配合超声条件，显著提高了2-氯代-2甲基丁烷的反应活性和选择性，有效降低了副反应的发生，提高了目标产物的转化率，实现了以饱和氯代烷烃为原料制备2,2-二甲基丁腈的目的，制备所得的2,2-二甲基丁腈的含量可达99％以上，摩尔收率可达87％以上，且反应无需特殊的反应设备，生产成本低，适合工业化生产，为相关产业提供了一种新的廉价的中间体物质或反应原料，具有显著的社会和经济效益。优选的，所述冠醚化合物为12-冠-4、15-冠-5或18-冠-6中至少一种。优选的，所述聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇2000或聚乙二醇4000。可选的，本专利技术中所述硬脂酰基氨酸盐、月桂酰肌氨酸盐或油酰基氨酸盐为钠盐、钾盐或铵盐。优选的催化剂不仅可以提高2-氯代-2甲基丁烷的反应活性，加快反应速率，缩短反应时间，更重要的是，还可以提高反应的选择性，降低副反应的发生，进而提高目标化合物的纯度和收率。优选的，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、甲苯或二甲苯中至少一种优选的有机溶剂可以提高反应速率，并减少副反应的发生。优选的，所述氰化物为氰化钠、氰化钾或氰化氢。优选的，所述缚酸剂为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、三乙醇胺溶液或氨水中至少一种。优选的，超声频率为20KHZ-200MHz，超声功率密度为0.1-10W/cm2。进一步优选的，超声频率为40KHZ-100MHz，超声功率密度为0.3-5W/cm2。进一步优选的，超声频率为80KHZ-50MHz，超声功率密度为0.35-3W/cm2。优选的超声条件，可以促进反应的进行，提高反应速率，缩短反应时间。优选的，所述取代反应的温度为5-120℃，反应时间为1-6h。进一步优选的，所述取代反应的温度为5-120℃，反应时间为2-6h。优选的，所述2-氯代-2-甲基丁烷与氰化物的摩尔比为1:0.9-1.5。进一步优选的，所述2-氯代-2-甲基丁烷与氰化物的摩尔比为1:0.98-1.2。优选的反应温度和反应原料的摩尔比，可提高2-氯代-2-甲基丁烷的转化率，进而提高2,2-二甲基丁腈的纯度和收率。优选的，所述催化剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的0.2-10％。进一步优选的，所述催化剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的0.5-3％。优选的，所述助催化剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的0.01-5％。进一步优选的，所述助催化剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的0.05-1％。优选的催化剂和助催化剂的用量，可以保证在最大限度的提高反应活性和反应选择性的同时，还可避免催化剂加入量过多影响目标产物的纯度，节省生产成本。优选的，所述缚酸剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的1-2倍。进一步优选的，所述缚酸剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的1-1.5倍。优选的，所述溶剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的1-5倍。进一步优选的，所述溶剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的2-3倍。优选的溶剂的加入量，不但可以充分溶解反应原料和催化剂、助催化剂，使原料和催化剂、助催化剂充分接触，充分发挥催化剂、助催化剂的催化作用，而且还可以保证在副反应最少的前提下，充分提高反应速率，提高目标产物的收率。优选的，反应结束后还包括将反应液静置分液，水洗，蒸馏和精馏步骤。反应结束后，蒸馏和精馏均可按照本领域常规操作进行，蒸馏和精馏温度可按照常规设置进行选择。本专利技术还提供了一种2,2-二甲基丁腈衍生物的合成方法，包括如下步骤：步骤a，按照上述任一项所述的2,2-二甲基丁腈的合成方法制备2,2-二甲基丁腈；步骤b，将制备所得2,2-二甲基丁腈加入酸溶液中进行水解，或加入碱溶液中水解后酸化，得2,2-二甲基丁酸。本专利技术通过以2-氯代-2-甲基丁烷为原料，制备得到2,2-二甲基丁酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.2,2-二甲基丁腈，结构如式(Ⅱ)所示：/n

【技术特征摘要】
1.2,2-二甲基丁腈，结构如式(Ⅱ)所示：





2.权利要求1所述的2,2-二甲基丁腈的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
溶剂中，超声条件下，式(Ⅰ)所示的2-氯代-2-甲基丁烷和氰化物，在催化剂与助催化剂，或催化剂、助催化剂与缚酸剂的作用下进行取代反应，得式(Ⅱ)所示的2,2-二甲基丁腈；



其中，所述催化剂为硬脂酰肌氨酸盐、月桂酰肌氨酸盐或油酰肌氨酸盐中至少一种，所述助催化剂为冠醚化合物或聚乙二醇。


3.如权利要求2所述的2,2-二甲基丁腈的合成方法，其特征在于，所述冠醚化合物为12-冠-4、15-冠-5或18-冠-6中至少一种；和/或
所述溶剂为水、甲醇、乙醇、甲苯或二甲苯中至少一种；和/或
所述氰化物为氰化钠、氰化钾或氰化氢；和/或
所述缚酸剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺或氨水中至少一种。


4.如权利要求2或3所述的2,2-二甲基丁腈的合成方法，其特征在于，超声频率为20KHZ-200MHz，超声功率密度为0.1-10W/cm2；和/或
所述取代反应的温度为5-120℃，反应时间为1-6h。


5.如权利要求2所述的2,2-二甲基丁腈的合成方法，其特征在于，所述2-氯代-2-甲基丁烷与氰化物的摩尔比为1:0.9-1.5；和/或
所述催化剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的0.2-10％；和/或
所述助催化剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的0.01-5％；和/或
所述缚酸剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的1-2倍；和/或
所述溶剂的用量为2-氯代-2-甲基丁烷质量的1-5倍。


6.如权利要求5所述的2,2-二甲基丁腈的合成方法，其特征在于，所述2-氯代-2-甲基丁烷与氰化物的摩尔比为1:0.98-1.2；和/或
所述催化剂的用量为2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辰亮，徐鑫光，李娟，袁康，范李科，琚朋朋，刘晓明，胡志彪，李成果，
申请(专利权)人：河北诚信集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13