專利名稱：：4,9-二溴金剛烷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種制備4,9-二溴金剛垸的方法，更具體地，涉及一種以高收率制備工業(yè)上有用的4,9-二溴金剛垸并且產(chǎn)生更少量副產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
：金剛烷衍生物被發(fā)現(xiàn)具有各種有利的應(yīng)用。例如，在電子材料領(lǐng)域中，隨著高集成、多功能和高性能的發(fā)展，布線之間的電路電阻和電容器電容量增加，由此導(dǎo)致電功率消耗和延遲時間增加。為了通過降低這種延遲時間來實現(xiàn)加速器件的目的，需要降低寄生電阻和寄生電容量。作為降低這種寄生電容量的具體措施之一，人們嘗試了用低介電夾層絕緣膜覆蓋布線的周邊。此外，夾層絕緣膜需要具有優(yōu)良的耐熱性，所述耐熱性在制備安裝基底時應(yīng)當(dāng)足以經(jīng)受住薄膜形成步驟。由于金剛烷具有小的電子極化強度并且具有剛性的類金剛石的飽和烴結(jié)構(gòu)，因此已知的是，有利于用作具有低介電常數(shù)和高耐熱性的夾層絕緣膜的組分。作為其一個實例，可以參考美國專利申請公布2005/276964。在合成有益的具有各種官能團的金剛烷衍生物時，溴化的金剛垸作為合成衍生物的中間體起著重要的作用。目卩，在金剛垸上的溴原子可以被轉(zhuǎn)化成OH基、氨基、SH基、羧基、甲?；?、?；?、酰氨基、乙炔基、烷基、芳基等。關(guān)于合成溴取代的金剛垸的方法，已經(jīng)有一些報導(dǎo)。例如，如在JournalofOrganicChemistry,39,2987-3003(1974)中所述，公開了通過溴在催化量的溴化鋁的存在下起作用以合成一溴金剛烷、二溴金剛烷、三溴金剛垸和四溴金剛垸的方法。這些中，己知二溴金剛烷包括三種異構(gòu)體，即，1,4-二溴金剛烷、4,9-二溴金剛烷和1,6-二溴金剛垸。在它們之中，難于高收率、選擇性地單獨合成出4,9-二溴金剛烷，并且還不知道有效的方法。在常規(guī)已知條件下合成4,9-二溴金剛烷的嘗試導(dǎo)致在產(chǎn)生4,9-二溴金剛垸的同時，還產(chǎn)生其它的二溴金剛烷異構(gòu)體和單溴金剛烷以及三溴金剛烷。這種產(chǎn)物通過重復(fù)重結(jié)晶或柱色譜的純化導(dǎo)致收率的嚴重降低，并且純化的產(chǎn)物也只是具有不夠的純度。此外，在上述方法中，在溴化反應(yīng)中的熱量產(chǎn)生是如此之大，以致于難于控制內(nèi)部的溫度，因而難于放大反應(yīng)的規(guī)模。此外，溴的爆沸可能威脅到工人的安全。因此，鑒于這些觀點和工業(yè)生產(chǎn)率，需要極大地改善所述方法。
發(fā)明內(nèi)容鑒于常規(guī)技術(shù)中存在的這些問題，本發(fā)明提供了一種可以高收率、選擇性性制備4,9-二溴金剛烷的方法。作為深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述問題可以通過根據(jù)下列方法高收率地選擇性制備4,9-二溴金剛垸而得到解決，由此完成了本發(fā)明。<1>一種用于選擇性制備4,9-二溴金剛烷的方法，所述方法包括金剛烷與溴在路易斯酸和溶劑的存在下反應(yīng)的步驟，其中所述溶劑包括含有3至10個碳原子的取代或未取代的直鏈飽和烴，含有3至10個碳原子的取代或未取代的支鏈飽和烴，或含有3至10個碳原子的取代或未取代的環(huán)狀飽和烴，以及該步驟之后的反應(yīng)溶液滿足式(l):A/(A+B+C+D+E)>0.80式(l)其中，A表示通過反應(yīng)溶液的氣相色譜所獲得的4,9-二溴金剛垸的面積比(％)，B表示金剛垸的面積比，C表示1-溴金剛烷的面積比與4-溴金剛垸的面積比之和，D表示三溴金剛垸的面積比，以及E表示1,6-二溴金剛烷的面積比與1,4-二溴金剛烷的面積比之和。<2>根據(jù)<1>所述的方法，其中按每1摩爾的金剛烷計，所述溴(Br2)的量為3.5至7.0摩爾。<3>根據(jù)<1>所述的方法，其中所述溶劑選自由正己烷、環(huán)己烷和正庚烷組成的組中。<4>根據(jù)<1>所述的方法，其中按每l克的金剛垸計，所述溶劑的量為3至7ml。實施本發(fā)明的最佳方式下面，將詳細地描述本發(fā)明。在本發(fā)明中使用的金剛烷可以是可商購產(chǎn)品，或可以容易地根據(jù)在文獻(例如，OrganicSynthetis,53巻，70頁)中描述的方法合成。作為可以在本發(fā)明中使用的路易斯酸，可以使用任何對于反應(yīng)的進展沒有不利影響的路易斯酸。然而，優(yōu)選氯化鋁、溴化鋁、氯化鐵和溴化鐵，并且特別優(yōu)選溴化鋁D所使用的路易斯酸的量取決于反應(yīng)條件(路易斯酸的種類、濃度、溫度、溶劑種類、溴的量等)而變化，但是按每摩爾的金剛垸計，優(yōu)選為0.01至0.5摩爾，更優(yōu)選為0.03至0.3摩爾，特別優(yōu)選為0.05至0.25摩爾。作為可以在本發(fā)明中使用的反應(yīng)溶劑，優(yōu)選含有3至10個碳原子的取代或未取代的直鏈、支鏈或環(huán)狀的飽和烴(例如，l-氯丙烷、l-硝基丙垸、l-溴丁垸、正戊烷、環(huán)戊垸、正己烷、環(huán)己烷、1-甲基環(huán)己垸、正庚烷、正辛烷、正壬烷和正癸垸)，更優(yōu)選含有5至8個碳原子的未取代的直鏈或環(huán)狀飽和烴，并且特別優(yōu)選正己烷、環(huán)己垸和正庚垸。在本發(fā)明中被用作反應(yīng)溶劑的飽和烴可以具有的取代基的實例包括鹵素原子和硝基。具有這樣的取代基的飽和烴的分子量優(yōu)選為120以下。發(fā)現(xiàn)，使用飽和烴溶劑出乎意料地起著大大改善反應(yīng)選擇性和收率的作用，并且發(fā)現(xiàn)，通過溴化產(chǎn)生的熱量出乎意料地小，由此安全、大規(guī)模并且良好生產(chǎn)率地制備出最終產(chǎn)物。按每克的金剛垸計，反應(yīng)溶劑的量優(yōu)選為1至20ml，更優(yōu)選為2至20ml，特別優(yōu)選為3至7ml。按每摩爾的金剛烷計，在本發(fā)明中使用的溴(以Br2計)的量優(yōu)選為2.0至10摩爾，更優(yōu)選為2.5至8.0摩爾，特別優(yōu)選為3.5至7.0摩爾。添加溴時沒有特別的限制，但是鑒于提高溴化的選擇性考慮，特別優(yōu)選在金剛垸、路易斯酸和反應(yīng)溶劑的存在下滴加溴，同時保持反應(yīng)容器內(nèi)部的溫度在0。C以下。溴可以以液體形式添加，即，溴可以以溴本身或以用可以溶解溴的溶劑稀釋的溶液添加。在反應(yīng)時的內(nèi)部溫度優(yōu)選為-20。C至10°C，更優(yōu)選為-15。C至5。C，特別優(yōu)選為-10。C至0。C。反應(yīng)時間優(yōu)選為IO分鐘至IO小時，更優(yōu)選為1小時至8小時，特別優(yōu)選為2小時至6小時。通過氣相色譜法確定反應(yīng)的進展程度，使得能夠反應(yīng)合適時間。在殘留一溴金剛烷的情況下，為了將它們轉(zhuǎn)化成最終的產(chǎn)物的目的，可以使反應(yīng)進一步繼續(xù)在0°C至25°C進行1至5小時的后反應(yīng)。反應(yīng)優(yōu)選在惰性氣體(例如，氮氣或氬氣)的氣氛中進行。反應(yīng)產(chǎn)物可以通過反應(yīng)之后的溶液的氣相色譜進行確認。本發(fā)明的典型特征是實現(xiàn)A/(A+B+C+D+E)>0.80的關(guān)系(其中，A表示由反應(yīng)溶液的氣相色譜獲得的4,9-二溴金剛烷的面積比(％)，B表示金剛烷的面積比，C表示1-溴金剛烷的面積比和4-溴金剛烷的面積比之和，D表示三溴金剛垸的面積比，并且E表示1,6-二溴金剛烷的面積比和1，4-二溴金剛烷的面積比之和)。本文中，一溴金剛垸包括1-取代的金剛烷和4-取代的金剛烷，而三溴金剛垸包括1,4,6-三取代的金剛垸和1，4，9-三取代的金剛院。在當(dāng)A/(A+B+C+D+E)等于或小于0.80時的情況下，通過重結(jié)晶或色譜法的純化變得困難，導(dǎo)致分離收率降低，并且最終產(chǎn)品的純度下降，從工業(yè)觀點考慮，這構(gòu)成問題。A/(A+B+C+D+E)更優(yōu)選等于或大于0.90，并且更優(yōu)選等于或大于0.95。這些反應(yīng)產(chǎn)物可以通過上述方法獲得。實施方案下列實施例起著說明本發(fā)明的作用，并不解釋為限制本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明中使用的氣相色譜(GC)是由ShimadzuMfg.Works制造的GC-2010,其中注射進口的溫度為280°C，柱子(DB-5MS;內(nèi)徑0.25mm;0.25|am膜厚度x30m長度；填料5%-苯基)-甲基聚硅氧烷)由AgilentTechnologies制造，柱溫為180。C(3分鐘)—10°C/min~>280°C(17分鐘))，并且柱流量為0.32ml/min。<實施例1>將340ml的環(huán)己垸和25.5g的溴化鋁引入到1000-ml三口燒瓶中，之后在室溫、氮氣氛中，用于機械攪拌器將混合物攪拌15分鐘。內(nèi)部溫度被降低到10。C或低于10°C，并且向其中添加80g金剛烷。此外，內(nèi)部溫度被降低到3。C，并且向其中滴加12.7ml的溴，滴加時間為5分鐘。然后，內(nèi)部溫度被降低到-5°C，并且向其中滴加115ml溴，滴加時間為2小時。在滴加過程中，內(nèi)部溫度被保持在-10。C至-5。C。在完成溴的滴加之后，內(nèi)部溫度為-10。C至-5。C的情況下，將反應(yīng)混合物攪拌另外2小時。在這個階段，從反應(yīng)溶液中獲得樣品，并且用己烷/亞硫酸鈉水溶液預(yù)處理樣品，并且通過氣相色譜(GC)分析樣品。分析的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)金剛烷:一溴金剛烷4，9-二溴金剛烷三溴金剛烷其它二溴金剛烷的面積比為0:7.4:92.6:0:0(A/(A+B+C+D+E)=0.93)。在25。C的內(nèi)部溫度進一步攪拌l小時之后，反應(yīng)溶液通過GC進行分析，并且發(fā)現(xiàn)金剛烷一溴金剛垸4,9-二溴金剛烷三溴金剛烷其它二溴金剛垸的面積比為0:2.9:96.1:1.0:0(A/(A+B+C+D+E)=0.96)。將430g亞硫酸鈉溶解在2000ml水中并且冷卻到10°C。在攪拌下，將反應(yīng)溶液分批加入到這種水溶液中。向其中添加1200ml甲苯和120g氫氧化鈉，之后加熱到70。C。分離出水層并且廢棄，并且有機層用純水純化2次，每次用1000ml純水。將甲苯在減壓下移除以濃縮，并且向殘留物中添加400ml丙酮，之后在10。C攪拌1小時以進行結(jié)晶。將由此獲得的晶體過濾，獲得103g的4,9-二溴金剛垸。收率70%。通過粉末的GC測量，發(fā)現(xiàn)粉末純度為99.0%。<實施例2〉除了使用1270g金剛垸、5.4L環(huán)己烷、404g溴化鋁和總共2027ml溴之外，以與實施例1相同的方式合成4,9-二溴金剛垸。在反應(yīng)完成之后的溶液的GC測量顯示A/(A+B+C+D+E)為0.93。4,9-二溴金剛烷的產(chǎn)量為1848g并且收率79.1%。粉末的純度通過粉末的GC測試發(fā)現(xiàn)為99.0%。<實施例3>將51ml正庚垸、0.86g溴化鋁和8.0g金剛烷引入到100-ml四口燒7瓶中，之后將內(nèi)部溫度降低到3。C以下。向其中滴加11.47ml溴，滴加時間為2小時。在滴加過程中，內(nèi)部溫度被保持在-10。C至-5。C。在完成溴的滴加之后，將反應(yīng)混合物在-10。C至-5。C的內(nèi)部溫度攪拌另外2小時。在0。C的內(nèi)部溫度攪拌另外1小時之后，通過GC測量反應(yīng)溶液，并且結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)金剛烷一溴金剛烷4，9-二溴金剛烷三溴金剛垸其它二溴金剛烷的面積比為0:2.9:96.7:0.3:0.(A/(A+B+C+D+E)=0.96)。將4.3g亞硫酸鈉在20ml純水中的水溶液添加到反應(yīng)溶液中。隨后，向其中添加120ml甲苯和180ml亞硫酸鈉水溶液，之后在50°C攪拌，并且分離溶液。用純水純化有機層兩次，每次用100ml。隨后，在減壓下移除甲苯進行濃縮。向殘留物中添加40ml丙酮，之后在0。C攪拌30分鐘以進行結(jié)晶。將由此獲得的晶體過濾，獲得14.7g的4,9-二溴金剛烷。收率86%。通過粉末的GC測量，發(fā)現(xiàn)粉末的純度為99.0%。<實施例4至10>除了按表1所示改變反應(yīng)條件之外，以與實施例1相同的方式進行合成。進行GC測量以測定4,9-二溴金剛烷的分離收率。<比較例1>根據(jù)在JournalofOrganicChemistry,39，第3000頁(1974)中描述的方法，進行反應(yīng)。將在100-ml燒瓶中的8.0g金剛烷和40ml溴進行冰冷卻，并且向其中添加0.40g的溴化鋁，添加時間為2小時，伴隨產(chǎn)生非常大量的熱。之后，將內(nèi)部溫度保持在0。C的同時，將反應(yīng)溶液混合3小時，然后向其中添加0.40g溴化鋁，之后在0°C的內(nèi)部溫度攪拌2小時。此時，通過GC測量反應(yīng)溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金剛垸一溴金剛烷4,9-二溴金剛烷三溴金剛垸其它二溴金剛垸的面積比為0:5.0:46.0:6.0:43.0(A/(A+B+C+D+E)=0.46)。根據(jù)實施例1中描述的方式的后處理產(chǎn)生5.4g粗晶。通過GC測量粉末表明4，9-二溴金剛垸的含量為85%。這種粗產(chǎn)物通過硅膠柱色譜(洗脫溶液己垸/氯仿=98/2)進行純化，并且從甲苯/丙酮中重結(jié)晶，獲得4.1g8的4,9-二溴金剛垸。產(chǎn)物由GC測量出的純度為95%。<比較例2至5>除了改變表1中所示的反應(yīng)條件之外，以與實施例1相同的方式進行合成。進行GC測量以確定4,9-二溴金剛烷的分離收率。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>括號內(nèi)的數(shù)值是以每摩爾金剛烷計的摩爾數(shù)?？梢钥闯觯景l(fā)明的合成方法是一種可以以高收率和高分離收率提供4,9-二溴金剛烷的優(yōu)異方法。本申請己經(jīng)要求外國優(yōu)先權(quán)的權(quán)益的每個外國專利申請的全部公開內(nèi)容都通過引用結(jié)合在此，如同全文列出一樣。權(quán)利要求1.一種用于選擇性制備4，9-二溴金剛烷的方法，所述方法包括金剛烷與溴在路易斯酸和溶劑的存在下反應(yīng)的步驟，其中所述溶劑包括含有3至10個碳原子的取代或未取代的直鏈飽和烴、含有3至10個碳原子的取代或未取代的支鏈飽和烴、或含有3至10個碳原子的取代或未取代的環(huán)狀飽和烴，以及在所述步驟之后的反應(yīng)溶液滿足式(1)A/(A+B+C+D+E)＞0.80式(1)其中，A表示通過所述反應(yīng)溶液的氣相色譜所獲得的4，9-二溴金剛烷的面積比(％)，B表示金剛烷的面積比，C表示1-溴金剛烷的面積比與4-溴金剛烷的面積比之和，D表示三溴金剛烷的面積比，以及E表示1，6-二溴金剛烷的面積比與1，4-二溴金剛烷的面積比之和。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中按每1摩爾的所述金剛烷計，所述溴(Br2)的量為3.5至7.0摩爾。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶劑選自由正己垸、環(huán)己垸和正庚烷組成的組中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中按每1克的所述金剛垸計，所述溶劑的量為3至7ml。全文摘要一種選擇性制備4，9-二溴金剛烷的方法包括金剛烷和溴在路易斯酸和溶劑的存在下反應(yīng)的步驟，其中所述溶劑包括含有3至10個碳原子的取代或未取代的直鏈、支鏈或環(huán)狀飽和烴，以及在所述步驟之后的反應(yīng)溶液滿足式(1)A/(A+B+C+D+E)＞0.80式(1)，其中A表示通過反應(yīng)溶液的氣相色譜所獲得的4，9-二溴金剛烷的面積比(％)，B表示金剛烷的面積比，C表示1-溴金剛烷的面積比與4-溴金剛烷的面積比之和，D表示三溴金剛烷的面積比，以及E表示1，6-二溴金剛烷的面積比與1，4-二溴金剛烷的面積比之和。文檔編號C07C23/46GK101516814SQ20078003512公開日2009年8月26日申請日期2007年9月25日優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日發(fā)明者中山昌也,森田健介,渡邊克之申請人:富士膠片株式會社