一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法与流程

1.本发明涉及化学制品工艺领域，具体为一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法。


背景技术：

2.二碳酸二叔丁酯分子式c
10h18
o5，cas，24424-99-5，分子量218.24，熔点22-23℃，无色结晶体，或无色液体，沸点～240℃(760mmhg)，加热易分解，温度越高分解越快。溶解于四氢呋喃、正己烷、苯、三氯甲烷、石油醚、乙酸乙酯等有机溶剂，微溶于水。二碳酸二叔丁酯(diboc)是一种氨基保护剂，有机合成中用来引入叔丁氧羰基(boc)保护剂，特别适用于氨基酸的氨基保护。多应用于医药、蛋白质及多肽合成、生物化学、食品、化妆品等多种产品的合成中；传统二碳酸二叔丁酯合成的方法是叔丁醇经氯甲酸叔丁酯制备，但是氯甲酸叔丁酯极不稳定，且收率低，为此我们提出了一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法，解决了上述的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法，包括以下步骤：
7.s1：由叔丁醇钠与二氧化碳反应生成单叔丁基碳酸钠；
8.s2：将生成的单叔丁基碳酸钠与光气、固光、脂肪族/芳香族磺酰氯反应生成三碳酸二叔丁酯；
9.s3：将生成的三碳酸二叔丁酯与催化剂三乙胺或n，n-四甲基乙二胺反应，放出一分子的二氧化碳，生成二碳酸叔丁酯。
10.优选的，所述s1中叔丁醇钠的制备包括以下步骤：
11.s21：投料：叔丁醇600克、正已烷400克和金属钠60克，先后投入2l的高压釜内并放入钢珠；
12.s22：操作高压釜加热约1小时，温度上升到100℃，随着温度的上升，反应釜的压力也随着往上升；
13.s23：温度上升到100℃，反应压力上升到0.15mpa，这时打开反应釜的放气阀，控制压力在0.15mpa至0.20mpa之间，反应6小时，压力不再上升，反应结束；
14.s24：进行脱溶：停止加热，打开放气阀，压力慢慢往下降，降至0.1mpa，溶剂开始蒸出，约1.5小时压力降至零，温度下降至100℃左右，再加热蒸出残余溶剂，直到温度达到90c，溶液流出很慢时，开始抽真空；
15.s25：将真空度慢慢往上调，真空表压力调至0.1mpa，抽1小时不再有溶剂流出为止，脱溶结束，冷却出料，得叔丁醇钠固体。
16.优选的，所述s1中叔丁醇钠与二氧化碳反应生成单叔丁基碳酸钠，包括以下步骤：
17.s31：将烧瓶通入干燥氮气，烧瓶中加入44.8克(0.40摩尔)不含醇的叔丁醇钠和550毫升无水四氢吠喃，搅拌5-10分钟使成溶液；
18.s32：将反应瓶浸入冰盐浴以保持5-10℃，在剧烈搅拌下，通入干燥二氧化碳，大约30分钟，生成稠密的浆状物；
19.s33：与此同时，将86毫升无水苯加入滴液漏斗中，并鼓入光气泡，直到光气在苯中的溶液体积达105毫升为止，相当于含有24克(0.24摩尔)的光气；
20.s34：当二氧化碳的加成反应完成后，在剧烈搅拌下将光气溶液滴加到冷却的反应物中，约需1小时，冷浴温度保持在5～10℃，反应混合物粘度变小，仍为白色乳状物，并得到单叔丁基碳酸钠；
21.s35：当光气的加成反应完成后，继续搅拌45分钟，同时通入无水氮乙毛以吹出大部分的过量光气。
22.优选的，所述s2中生成三碳酸二叔丁酯包括以下步骤：
23.s41：卸除烧瓶上的仪器，塞上二颈，在减压下用旋转蒸发器将约650毫升溶剂浓缩至100毫升，烧瓶仍用冰盐浴冷却以保持5-10℃；
24.s42：由于反应混合物中残余少量光气，应将抽气泵或真空泵废气排入通风橱，收集在冷阱中的物料也在通风橱内抽空，含有很细分散的氯化钠的残余物用大口径砂芯漏斗吸滤，漏斗在用前经50毫升冰冷的戊烷进行预冷；
25.s43：过滤时，用一个大口径漏斗将过滤漏斗反盖着，并通入氮气使物料隔除潮湿空气，用冰冷的戊烷将烧瓶中残余物洗入过滤漏斗中，然后用200毫升冰冷的戊烷洗涤滤渣；
26.s44：将滤液与戊烷洗涤液合并，在0℃减压下，用旋转蒸发器浓缩至得白色固体，将粗品溶于1250毫升戊烷，冷至-15℃，拆出白色晶体，母液经旋转蒸发器浓缩后可得到三碳酸二叔丁酯纯品。
27.优选的，所述s3中三碳酸二叔丁酯反应生成二碳酸叔丁酯包括以下步骤：
28.s51：在放有电磁搅拌棒的烧杯中，加入20.0克(0.076摩尔)三碳酸二叔丁醋溶于四氯化碳的溶液和三乙胺作催化剂，立即迅速地释放出二氧化碳；
29.s52：在25℃搅拌45分钟使二氧化碳释放完全，然后加入足以使水层为弱酸性的含有适量柠檬酸的35毫升水溶液；
30.s53：分出有机层，用无水硫酸镁干燥，在25℃用旋转蒸发器浓缩，残余液经减压蒸馏，得到二碳酸二叔丁酚无色液体。
31.优选的，所述二碳酸二叔丁酯制备过程中所需制备设备包括烧瓶、机械搅拌器、200毫升恒压滴压漏斗、氯化钙干燥管、伸近瓶底的内径不小于6毫米的1升三颈烧瓶烘干和事先校准的滴液漏斗。
32.(三)有益效果
33.与现有技术相比，本发明提供了一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法，具备以下有益效果：
34.1、该采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法，通过由叔丁醇钠与二氧化碳反应生成单叔丁基碳酸钠，然后将生成的单叔丁基碳酸钠与光气、固光、脂肪族/芳香族磺酰氯反应生成三碳酸二叔丁酯，最后将生成的三碳酸二叔丁酯与催化剂三乙胺或n，n-四甲基乙二胺反应，放出一分子的二氧化碳，生成二碳酸叔丁酯，相对于传统的合成方法，合成过程稳定，且对于生成二碳酸叔丁酯收率高。
附图说明
35.图1为本发明方法流程结构示意图；
36.图2为本发明工艺流程示意图；
37.图3为本发明化学反应流程示意图；
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图1-3，一种采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法，包括以下步骤：
40.s1：由叔丁醇钠与二氧化碳反应生成单叔丁基碳酸钠；
41.s2：将生成的单叔丁基碳酸钠与光气、固光、脂肪族/芳香族磺酰氯反应生成三碳酸二叔丁酯；
42.s3：将生成的三碳酸二叔丁酯与催化剂三乙胺或n，n-四甲基乙二胺反应，放出一分子的二氧化碳，生成二碳酸叔丁酯，反应流程图如图3所示，反应式如下图所示：
[0043][0044]
且该二碳酸二叔丁酯制备过程中所需制备设备包括烧瓶、机械搅拌器、200毫升恒压滴压漏斗、氯化钙干燥管、伸近瓶底的内径不小于6毫米的1升三颈烧瓶烘干和事先校准
的滴液漏斗。
[0045]
s1中叔丁醇钠的制备包括以下步骤：
[0046]
s21：投料：将叔丁醇600克，正已烷400克和金属钠60克，先后投入2l的高压釜内并放入钢珠；
[0047]
s22：操作高压釜加热约1小时，温度上升到100℃，随着温度的上升，反应釜的压力也随着往上升；
[0048]
s23：温度上升到100℃，反应压力上升到0.15mpa，这时打开反应釜的放气阀，控制压力在0.15mpa至0.20mpa之间，反应6小时，压力不再上升，反应结束；
[0049]
s24：进行脱溶：停止加热，打开放气阀，压力慢慢往下降，降至0.1mpa，溶剂开始蒸出，约1.5小时压力降至零，温度下降至100℃左右，再加热蒸出残余溶剂，直到温度达到90c，溶液流出很慢时，开始抽真空；
[0050]
s25：将真空度慢慢往上调，真空表压力调至0.1mpa，抽1小时不再有溶剂流出为止，脱溶结束，冷却出料，得叔丁醇钠固体。
[0051]
s1中叔丁醇钠与二氧化碳反应生成单叔丁基碳酸钠，包括以下步骤：
[0052]
s31：将烧瓶通入干燥氮气，烧瓶中加入44.8克(0.40摩尔)不含醇的叔丁醇钠和550毫升无水四氢吠喃，搅拌5-10分钟使成溶液；
[0053]
s32：将反应瓶浸入冰盐浴以保持5-10℃，在剧烈搅拌下，通入干燥二氧化碳，大约30分钟，生成稠密的浆状物；
[0054]
s33：与此同时，将86毫升无水苯加入滴液漏斗中，并鼓入光气泡，直到光气在苯中的溶液体积达105毫升为止，相当于含有24克(0.24摩尔)的光气；
[0055]
s34：当二氧化碳的加成反应完成后，在剧烈搅拌下将光气溶液滴加到冷却的反应物中，约需1小时，冷浴温度保持在5～10℃，反应混合物粘度变小，仍为白色乳状物，并得到单叔丁基碳酸钠；
[0056]
s35：当光气的加成反应完成后，继续搅拌45分钟，同时通入无水氮乙毛以吹出大部分的过量光气。
[0057]
在上述制配过程中排除掉引入硫元素的磺酰氯，余下固光与光气的差别，实际即是以气光代替固光。
[0058]
s2中生成三碳酸二叔丁酯包括以下步骤：
[0059]
s41：卸除烧瓶上的仪器，塞上二颈，在减压下用旋转蒸发器将约650毫升溶剂浓缩至100毫升，烧瓶仍用冰盐浴冷却以保持5-10℃；
[0060]
s42：由于反应混合物中残余少量光气，应将抽气泵或真空泵废气排入通风橱，收集在冷阱中的物料也在通风橱内抽空，含有很细分散的氯化钠的残余物用大口径砂芯漏斗吸滤，漏斗在用前经50毫升冰冷的戊烷进行预冷；
[0061]
s43：过滤时，用一个大口径漏斗将过滤漏斗反盖着，并通入氮气使物料隔除潮湿空气，用冰冷的戊烷将烧瓶中残余物洗入过滤漏斗中，然后用200毫升冰冷的戊烷洗涤滤渣；
[0062]
s44：将滤液与戊烷洗涤液合并，在0℃减压下，用旋转蒸发器浓缩至得白色固体，将粗品溶于1250毫升戊烷，冷至-15℃，拆出白色晶体，母液经旋转蒸发器浓缩后可得到三碳酸二叔丁酯纯品。
[0063]
s3中三碳酸二叔丁酯反应生成二碳酸叔丁酯包括以下步骤：
[0064]
s51：在放有电磁搅拌棒的烧杯中，加入20.0克(0.076摩尔)三碳酸二叔丁醋溶于四氯化碳的溶液和三乙胺作催化剂，立即迅速地释放出二氧化碳；
[0065]
s52：在25℃搅拌45分钟使二氧化碳释放完全，然后加入足以使水层为弱酸性的含有适量柠檬酸的35毫升水溶液；
[0066]
s53：分出有机层，用无水硫酸镁干燥，在25℃用旋转蒸发器浓缩，残余液经减压蒸馏，得到二碳酸二叔丁酚无色液体。
[0067]
该采用相转移催化法合成二碳酸二叔丁酯的方法工艺流程图如图2所示，且对于二碳酸二叔丁酯产出收率高达80-91％。
[0068]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。