具有金刚烷基的季铵盐的制备方法 【技术领域】
本发明涉及具有金刚烷基的季铵盐的制备方法， 更具体地说， 涉及以高收率、 高纯 度制备具有金刚烷基的季铵盐的方法。背景技术
金刚烷具有四个环己烷环稠合成笼形的结构， 对称性高， 是稳定的化合物， 其衍生 物表现出特异的功能， 因此已知作为药物原料、 高功能性工业材料的原料等是有用的。
例如， 金刚烷衍生物由于具有光学特性、 耐热性等， 尝试用于光盘基板、 光纤或透 镜等中 ( 例如参照专利文献 1 和 2)。
此外， 对于金刚烷酯类， 尝试利用其酸感应性、 干蚀刻耐性、 紫外线透过性等， 用作 光致抗蚀剂用树脂原料 ( 例如参照专利文献 3)。
金刚烷衍生物中， 具有金刚烷基的季铵盐被用作沸石用模板剂 ( 结构规定剂 )， 重 要性提高 ( 例如参照专利文献 4 ～ 6)。 这些专利文献中， 作为具有金刚烷基的季铵盐， 记载了 N， N， N- 三甲基 -1- 金刚烷 氢氧化铵， 作为其合成方法， 记载了将 1- 金刚胺溶解在三丁基胺与二甲基甲酰胺的混合物 中， 与碘甲烷反应的方法。
但是， 利用该合成方法时， 生成三丁基甲基胺碘化物盐， 不能提高纯度。
此外， 在非专利文献 1 中， 记载了由氨基金刚烷经过二甲基化， 使用卤代甲烷合成 季铵的卤盐的方法， 但是利用该合成方法时由于反应时间长而难以用于工业上， 由于原料 未完全反应、 不能纯化而不能以高纯度、 高收率得到目的物。
另一方面， 阳离子型季铵盐， 例如作为表面活性剂、 抗菌剂、 药物、 准药物和化妆品 的原料、 相转移催化剂或离子化溶剂等是非常重要的化合物。
[ 现有技术文献 ]
[ 专利文献 ]
[ 专利文献 1] 日本特开平 6-305044 号公报
[ 专利文献 2] 日本特开平 9-302077 号公报
[ 专利文献 3] 日本特开平 4-39665 号公报
[ 专利文献 4] 日本特开 1987-191418 号公报
[ 专利文献 5] 日本特开 1987-202814 号公报
[ 专利文献 6] 日本特开 1987-216914 号公报
[ 非 专 利 文 献 1]Russian Journal of Applied Chemistry， 74(11)， 1892-1898(2001)
发明内容
本发明是鉴于上述状况而提出的， 其目的在于， 提供可以以高收率、 高纯度有效地 制备具有金刚烷基的季铵盐的适于工业上的制备方法。本发明人进行了深入研究结果发现， 通过由作为起始原料的选自盐酸金刚胺、 1- 氨基金刚烷和 1- 卤代金刚烷中的化合物， 以 1- 金刚烷二甲基胺作为中间体制备具有金 刚烷基的季铵盐的方法可达成上述目的， 从而完成了本发明。
即， 本发明提供下述季铵盐制备方法。
1. 具有金刚烷基的季铵盐的制备方法， 其特征在于， 依次含有下述步骤 A 和 B，
步骤 A ： 选自下述步骤中的 1- 金刚烷二甲基胺 [ 下式 (2)] 的制备步骤 ：
使溶解在相对介电常数为 10.0 ～ 20.0 的溶剂 a 中的盐酸金刚胺 [ 下式 (1-1)] 和氢氧化碱金属的反应物与甲酸以及甲醛或多聚甲醛反应的步骤，
使溶解在溶剂 a 中的 1- 氨基金刚烷 [ 下式 (1-2)] 与甲酸以及甲醛或多聚甲醛反 应的步骤，
使 1- 卤代金刚烷 [ 下式 (1-3)] 与二甲基胺反应的步骤，
步骤 B ： 使溶解在溶剂 b 中的步骤 A 中得到的 1- 金刚烷二甲基胺 [ 下式 (2)] 与 卤代甲烷反应的 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐 [ 下式 (3)] 的制备步骤，
[ 化学式 1]
2. 如上述 1 所述的制备方法， 其中， 步骤 B 中的卤代甲烷为溴代甲烷或碘代甲烷。
3. 如上述 1 或 2 所述的制备方法， 其中， 步骤 A 中的溶剂 a 是相对介电常数为 10.0 ～ 18.7 的醇。
4. 如上述 3 所述的制备方法， 其中， 所述醇为仲醇。 5. 如上述 1 或 2 所述的制备方法， 其中， 步骤 A 中的 1- 卤代金刚烷为 1- 溴金刚烷。 6. 如上述 1 ～ 5 中任意一项所述的制备方法， 其中， 步骤 B 中的溶剂 b 为选自相对 介电常数为 4.0 ～ 20.0 的醇类溶剂、 酯类溶剂和醚类溶剂中的 1 种以上。
7. 如上述 1 ～ 6 中任意一项所述的制备方法， 其进一步含有下述步骤 C，
步骤 C ： 将溶解在溶剂 c 中的步骤 B 中得到的 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐 [ 下式 (3)] 进行离子交换的 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐 [ 下式 (4)] 的制备步骤，
[ 化学式 2]
步骤 C
8. 如上述 7 所述的制备方法， 其中， 步骤 C 中的离子交换使用氢氧化碱金属来进行。 9. 如上述 8 所述的制备方法， 其中， 氢氧化碱金属为氢氧化钾。
10. 如上述 7 所述的制备方法， 其中， 步骤 C 中的离子交换使用碱性阴离子交换树 脂 (OH 型 ) 来进行。
11. 如上述 7 ～ 10 中任意一项所述的制备方法， 其中， 步骤 C 中的溶剂 c 为水和 / 或醇。
12. 如上述 7 ～ 11 中任意一项所述的制备方法， 其中， 步骤 C 中得到的 1- 金刚烷 三甲基氢氧化铵盐中含有的醇为 5 质量％以下， 碱金属和碱金属化合物按照碱金属原子换 算为 2 质量％以下， 卤离子按照卤原子换算为 2 质量％以下。
13. 如上述 1 ～ 6 中任意一项所述的制备方法， 其进一步含有下述步骤 D，
步骤 D ： 将步骤 B 中得到的 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐纯化的步骤。
14. 如上述 13 所述的制备方法， 其中， 步骤 B 中的卤代甲烷为溴代甲烷， 在步骤 D 中纯化了的 1- 金刚烷三甲基溴化铵盐中含有的溴离子按照溴原子换算为 28.3 质量％以 上， 1- 金刚烷二甲基胺为 0.5 质量％以下， 碱金属为 1000ppm 以下。
15. 如上述 13 所述的制备方法， 其中， 步骤 B 中的卤代甲烷为碘代甲烷， 在步骤 D 中纯化了的 1- 金刚烷三甲基碘化铵盐中含有的碘离子按照碘原子换算为 38.2 质量％以 上， 1- 金刚烷二甲基胺为 0.5 质量％以下， 碱金属为 1000ppm 以下。
通过本发明的制备方法， 可以在短时间内有效且在工业上高收率地制备作为具有 金刚烷基的季铵盐的 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐或 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐。
1- 金刚烷三甲基卤化铵盐的情况下， 可以制备该季铵盐中的溴离子按照原子换算 为 28.3 质量％以上或碘离子按照原子换算为 38.2 质量％以上， 中间体 1- 金刚烷二甲基胺 为 0.5 质量％以下， 碱金属按照原子换算为 1000ppm 以下的高纯度的季铵盐。
1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐的情况下， 可以制备该季铵盐中的醇为 5 质量％以 下， 碱金属和碱金属化合物按照碱金属原子换算为 2 质量％以下， 卤离子按照卤原子换算 为 2 质量％以下的高纯度的季铵盐。
具体实施方式
本发明的具有金刚烷基的季铵盐的制备方法的特征在于， 依次含有步骤 A 和步骤 B。
[ 步骤 A]
步骤 A 为选自下述反应式所示的步骤中的步骤， 包含选自下述步骤中的制造步 骤： 以盐酸金刚胺 [ 下式 (1-1)] 作为起始物质时， 使溶解在相对介电常数为 10.0 ～ 20.0 的溶剂 a 中的盐酸金刚胺和氢氧化碱金属等碱的反应物与甲酸以及甲醛或多聚甲醛反应，形成 1- 金刚烷二甲基胺 [ 下式 (2)] 的步骤， 或以 1- 氨基金刚烷 [ 下式 (1-2)] 作为起始 物质时， 使溶解在溶剂 a 中的 1- 氨基金刚烷与甲酸以及甲醛或多聚甲醛反应， 形成 1- 金刚 烷二甲基胺 [ 下式 (2)] 的步骤， 进而以 1- 卤代金刚烷 [ 下式 (1-3)] 作为起始物质时， 使 该 1- 卤代金刚烷与二甲基胺反应， 形成 1- 金刚烷二甲基胺 [ 下式 (2)] 的步骤。
[ 化学式 3]
步骤 A
以盐酸金刚胺或 1- 氨基金刚烷作为原料时， 步骤 A 进行向伯胺中导入甲基的还原 性的氨基化反应， 即艾希魏勒 - 克拉克反应 (Eschweiler-Clarke 甲基化 )。
艾希魏勒 - 克拉克反应为向伯胺中加入过量的甲酸以及过量的甲醛 (HCOH) 或多 聚甲醛 [OH(CH2O)nH]， 进行加温， 还原成仲胺的反应。
由此， 对于伯胺导入甲基， 利用同样的反应机理对仲胺导入甲基， 可以有效且以高 纯度及高收率得到叔胺。
起始物质盐酸金刚胺 [1- 金刚烷胺盐酸盐 ] 从容易得到方面考虑， 可以使用市售 品。
步骤 A 中使用的溶剂 a 的相对介电常数为 10.0 ～ 20.0， 优选相对介电常数为 10.0 ～ 18.7 的醇， 更优选相对介电常数为 15.0 ～ 18.7 的醇。
若为 10.0 以上， 则盐酸金刚胺的溶解性良好， 若为 20.0 以下， 则通常可以用作反 应溶剂。
此外， 作为相对介电常数在上述范围内的醇， 可以举出例如， 1- 丙醇、 2- 丙醇、 1- 丁醇、 异丁醇、 仲丁醇、 叔丁醇、 1- 戊醇、 仲戊醇、 3- 戊醇、 2- 甲基 -1- 丁醇、 3- 甲基 -1- 丁 醇、 2- 甲基 -2- 丁醇、 3- 甲基 -2- 丁醇、 2， 2- 二甲基 -1- 丙醇、 1- 己醇、 2- 己醇、 3- 己醇、 1- 庚醇、 2- 庚醇、 3- 庚醇等。
其中， 作为溶剂 a， 更优选使用 2- 丙醇、 仲丁醇、 仲戊醇、 3- 戊醇、 3- 甲基 -2- 丁醇、 2- 己醇、 3- 己醇、 2- 庚醇和 3- 庚醇等仲醇。它们可以单独使用或将 2 种以上混合使用。
由盐酸金刚胺衍生的反应物或 1- 氨基金刚烷由于优选溶解或分散在溶剂 a 中， 溶
剂 a 的用量相对于盐酸金刚胺， 通常优选为 0.5 ～ 20 质量倍、 更优选为 1 ～ 10 质量倍。若 为 0.5 质量倍以上， 则上述反应物或 1- 氨基金刚烷溶解而良好地反应， 若为 20 质量倍以 下， 则整体的体积不会过大， 是适量的。
起始物质为盐酸金刚胺时， 作为使用的碱， 优选为氢氧化碱金属等， 可以举出例如 氢氧化钠和氢氧化钾等， 优选氢氧化钠。
氢氧化钠通常以水溶液形式加入到反应体系内， 氢氧化钠水溶液的浓度通常优选 为 50 ～ 80 质量％左右。
若为 50 质量％以上的浓度， 则盐酸金刚胺的溶解性良好， 若为 80 质量％以下则不 会产生氢氧化钠的不溶分解物。
氢氧化钠的用量相对于盐酸金刚胺， 通常优选为 0.9 ～ 1.1 摩尔倍。
此外， 使盐酸金刚胺与碱反应后， 无需反应物的分离、 纯化等， 而可以直接向反应 体系内加入甲酸以及甲醛或多聚甲醛进行反应。
步骤 A 中使用的甲酸， 通常优选以 80 ～ 97 质量％左右的甲酸水溶液形式加入到 反应体系内。若在上述范围内， 则整体的体积不大， 制备效率好。
甲酸的用量相对于甲醛或多聚甲醛， 通常优选为 0.3 ～ 0.7 摩尔倍， 更优选为 0.4 ～ 0.5 摩尔倍。 若为 0.3 摩尔倍以上， 则良好地进行反应， 即使多于 0.7 摩尔倍对反应也没有影 响， 因此 0.7 摩尔倍以下最合适。
步骤 A 中使用的甲醛或多聚甲醛通常优选以 30 ～ 50 质量％左右的水溶液形式加 入到反应体系内。若在上述范围内， 则反应的放热小、 制备效率好。
甲醛或多聚甲醛的用量相对于盐酸金刚胺或 1- 氨基金刚烷， 通常优选为 2 ～ 20 摩尔倍， 更优选为 3 ～ 8 摩尔倍。若为 2 摩尔倍以上， 则在短时间内进行反应， 即使多于 20 摩尔倍反应时间也大致相同， 因此 20 摩尔倍以下即可。
在步骤 A 中， 加入有甲酸以及甲醛或多聚甲醛之后的反应体系内的温度优选为 50 ～ 90℃左右。若在该温度内则反应快速进行， 反应产物不会热分解。
以盐酸金刚胺作为原料时， 例如可以按照以下的顺序进行步骤 A。
向反应容器中加入盐酸金刚胺， 加入 50℃的 2- 丙醇进行溶解。然后， 加入 50 质 量％氢氧化钠水溶液 ( 相对于盐酸金刚胺为相同摩尔量 )， 反应 2 小时。
缓慢滴加 97 质量％甲酸水溶液 ( 相对于盐酸金刚胺为 3 摩尔倍 )， 缓慢滴加 37 质 量％甲醛水溶液 ( 相对于盐酸金刚胺为 4 摩尔倍 )， 升温至 80℃后， 反应 3 小时。
用气相色谱等确认盐酸金刚胺消失后， 用 25 质量％氢氧化钠水溶液将反应液调 整至 pH 10， 加入溶剂 b 进行分取。
分取的溶剂 b 直接用于以下步骤中。由于在步骤 A 中可以以高收率及高纯度得到 1- 金刚烷二甲基胺， 无需纯化就可以直接将粗品用于以下步骤中。
纯度低时， 还可以另外进行 1- 金刚烷二甲基胺的纯化将其分离用于以下步骤中。
以 1- 卤代金刚烷作为原料时， 起始物质 1- 氯金刚烷、 1- 溴金刚烷从容易得到方面 考虑， 可以使用市售品。
1- 溴金刚烷的情况下， 反应进行快， 所以优选。
不一定非要使用溶剂， 但是根据需要， 可以使用四氢呋喃、 二甲基亚砜、 N， N- 二甲
基甲酰胺等。
反应温度优选为 150℃～ 250℃左右。若过低则反应速度降低， 若过高则产生副反 应、 1- 金刚烷二甲基胺的收率降低。
二甲基胺的用量相对于 1- 卤代金刚烷， 通常优选为 2 ～ 10 摩尔倍， 更优选为 2.5 ～ 7 摩尔倍。
若过少则反应的进行变得缓慢， 若过多则加入量降低、 生产效率降低。
以 1- 溴金刚烷作为原料时， 例如可以按照以下的顺序进行步骤 A。
向耐压反应器中加入 1- 溴金刚烷、 二甲基胺 ( 相对于 1- 溴金刚烷为 3 摩尔倍 )， 升温至 200℃后， 反应 8 小时。
冷却至室温后， 加入与 1- 溴金刚烷相同质量的水以及 50 质量％氢氧化钠水溶液 ( 作为氢氧化钠相对于 1- 溴金刚烷为 1.2 摩尔倍 )， 相对于 1- 溴金刚烷加入质量为 2 倍的 乙酸乙酯， 分取有机层。
分取的有机层直接用于以下步骤中。由于在步骤 A 中可以以高收率及高纯度得到 1- 金刚烷二甲基胺， 无需纯化而可以直接将粗品用于以下步骤中。
纯度低时， 可以另外进行 1- 金刚烷二甲基胺的纯化来使其分离来用于以下步骤 中。
[ 步骤 B]
步骤 B 为下述反应式表示的步骤， 为使溶解在溶剂 b 中的步骤 A 中得到的 1- 金刚 烷二甲基胺 [ 下式 (2)] 与卤代甲烷反应的 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐 [ 下式 (3)] 的制备 步骤。
[ 化学式 4]
步骤 B
上式中， X 表示卤原子， 与 1- 金刚烷二甲基胺反应的卤代甲烷优选为溴代甲烷或 碘代甲烷。
卤代甲烷的用量相对于 1- 金刚烷二甲基胺， 通常优选为 0.9 ～ 5 摩尔倍， 更优选 为 1.1 ～ 2 摩尔倍。
若为 0.9 摩尔倍以上则反应良好， 若为 5 摩尔倍以下， 则可以降低来自卤素的副产 物的生成。
作为步骤 B 中使用的溶剂 b， 优选为相对介电常数为 4.0 ～ 20.0 的溶剂。若相对 介电常数为 4.0 以上， 则 1- 金刚烷二甲基胺的溶解性良好， 若为 20.0 以下， 则通常可以用 作反应溶剂。
此外， 溶剂 b 优选为醇类溶剂、 酯类溶剂、 酮类溶剂、 醚类溶剂， 可以举出例如， 2- 丙醇、 正丁醇、 仲丁醇、 叔丁醇、 2- 戊醇、 甲酸甲酯、 甲酸乙酯、 乙酸乙酯、 乙酸正丙酯、 甲 乙酮、 甲基正丙基酮、 甲基正丁基酮、 甲基异丁基酮、 1， 2- 二甲氧基乙烷等。 它们可以单独使 用或将 2 种以上混合使用。
反应温度在将卤代甲烷加入到反应体系内时， 通常优选为 -60 ～ 100℃左右， 进一 步优选为 -20℃～ 50℃。
若反应温度在上述范围内， 则反应良好地进行， 目的物形成结晶， 所以可以有效地 制备， 不会产生因热所导致的品质降低。
此外， 1- 金刚烷二甲基胺与卤代甲烷反应时， 由于放热， 优选通过保持上述反应温 度的同时滴加卤代甲烷等适当的方法来加入。
例如， 可以按照以下的顺序进行步骤 B。
将步骤 A 中得到的 1- 金刚烷二甲基胺溶解在 2- 丙醇中， 冷却至 0℃后， 滴加卤代 甲烷 ( 相对于 1- 金刚烷二甲基胺为 1.1 摩尔倍 ) 进行反应。
用气相色谱等确认 1- 金刚烷二甲基胺消失之后， 减压蒸馏除去溶剂， 以粗品形式 得到 1- 金刚烷三甲基铵盐。
[ 步骤 C]
步骤 C 为下述反应式所示的步骤， 为将溶解在溶剂 c 中的步骤 B 中得到的 1- 金刚 烷三甲基卤化铵盐 [ 下式 (3)] 进行离子交换的 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐 [ 下式 (4)] 的制备步骤。
[ 化学式 5] 步骤 C作为离子交换的方法， 有向 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐的溶液中添加氢氧化钠、 氢 氧化钾等氢氧化碱金属盐， 除去析出的碱金属的卤化物的方法， 或与 OH 型阴离子交换树脂 接触的方法等。
使用氢氧化碱金属盐时， 将 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐溶解在溶剂 c 中时， 例如可 以以 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐的 0.8 ～ 5 摩尔倍量直接添加氢氧化钾、 或氢氧化钾的溶剂 c 的溶液， 通过过滤除去析出的中性无机盐后得到溶液， 由该得到的溶液得到 1- 金刚烷三 甲基氢氧化铵盐。
作为溶剂 c， 优选为 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐、 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐的溶 解度高、 而中性无机盐的溶解度低的溶剂， 例如使用水和 / 或醇。作为醇， 可以举出甲醇、 乙 醇、 正丙醇、 2- 丙醇、 正丁醇、 仲丁醇、 叔丁醇以及它们的混合物等。
反应温度优选使溶剂为液体且为 -30℃～ 120℃左右， 进一步优选为 0℃～ 100℃。
若在该范围内， 则离子交换反应良好地进行， 可以在中性无机盐的除去效率良好 的温度下实施反应， 根据需要还可以进行浓缩等操作， 不会产生因热所导致的品质降低。
使用 OH 型阴离子交换树脂时， 可以向 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐的溶剂 c 的溶液 中添加 OH 型阴离子交换树脂后， 通过过滤等除去 OH 型阴离子交换树脂得到溶液， 由该得 到的溶液得到 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐， 或向填充有 OH 型阴离子交换树脂的柱中加入 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐的溶剂 c 的溶液， 使用溶剂 c 作为展开溶剂、 从柱出口流出溶液， 由该流出的溶液得到 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐， 但是后者可以得到残留卤素少的 1- 金
刚烷三甲基氢氧化铵盐。
作为 OH 型阴离子交换树脂， 若为强碱性的树脂则可以使用， 可以举出例如， アン バ一ライト IRA400J( オルガノ社制 )、 ダイヤイオン SA10A( 三菱化学社制 ) 等作为代表性 的 OH 型阴离子交换树脂。
若为 OH 型则可以直接使用， 若为 Cl 型则先用碱离子交换为 OH 型来使用。
作为溶剂 c， 特别优选水， 但是也可以将作为其它溶剂 c 举出的溶剂 2 种以上混合 来使用。
OH 型阴离子交换树脂的使用温度优选为 0 ～ 80℃左右， 除去 OH 型阴离子交换树 脂之后， 与使用碱金属盐时同样地根据需要还可以进行浓缩等操作， 不会产生因热所导致 的品质降低。
[ 氢氧化季铵盐的纯度 ]
通过本发明的含有步骤 A、 步骤 B 和步骤 C 的方法制备的 1- 金刚烷三甲基氢氧化 铵盐， 可以使 1- 金刚烷三甲基氢氧化铵盐中含有的醇为 5 质量％以下、 碱金属和碱金属化 合物按照碱金属原子换算为 2 质量％以下、 卤离子按照卤原子换算为 2 质量％以下。
如上所述， 通过本发明的制备方法可以制备高纯度的氢氧化季铵盐。 而且， 若不是上述纯度的氢氧化季铵盐， 则用作沸石制备用模板剂时， 由于收率降 低而难以使用。
而且， 根据需要， 在步骤 A、 步骤 B 和步骤 C 之后， 可以通过析晶等纯化 1- 金刚烷三 甲基氢氧化铵盐， 进一步提高纯度。
[ 步骤 D]
本发明的具有金刚烷基的季铵盐的制备方法， 优选在步骤 A 和步骤 B 之后， 进行将 步骤 B 中得到的 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐纯化的步骤 D。
纯化的步骤中， 含有通过重结晶析出盐的步骤， 进一步含有过滤或洗涤等。 纯化可 以进行数次直至卤化季铵盐的纯度提高。
重结晶例如使用丙酮作为溶剂， 由此可以得到高收率、 高纯度的 1- 金刚烷三甲基 卤化铵盐。
[ 卤化季铵盐的纯度 ]
通过本发明的含有步骤 A、 步骤 B 和步骤 D 的方法制备的 1- 金刚烷三甲基卤化 铵盐， 使用溴代甲烷作为卤代甲烷时， 溴离子的含量按照溴原子换算可以为 28.3 质量％以 上， 使用碘代甲烷作为卤代甲烷时， 碘离子的含量按照碘原子换算可以为 38.2 质量％以 上。
此外， 作为 1- 金刚烷三甲基卤化铵盐中含有的杂质， 步骤 B 中未反应的 1- 金刚烷 二甲基胺的含量可以为 0.5 质量％以下， 进一步地， 碱金属的含量可以为 1000ppm 以下。
如上所述， 通过本发明的制备方法可以制备高纯度的卤化季铵盐。 而且， 若不是上 述纯度的卤化季铵盐， 则用作沸石制备用模板剂时， 由于收率降低而难以使用。
[ 实施例 ]
接着， 通过实施例对本发明进行更具体的说明， 但是本发明不被这些例子所限定。
[ 实施例 1]
向 具 有 回 流 冷 凝 管、 温 度 计、 搅 拌 机 的 500ml 三 颈 烧 瓶 中 加 入 盐 酸 金 刚 胺
39.4g[FW ： 187.11、 0.21mol]、 2- 丙醇 ( 相对介电常数 ： 18)200mL， 进行溶解。将溶液的温度 升至 50℃， 然后， 缓慢滴加 50 质量％氢氧化钠水溶液 17g， 搅拌 1 小时， 缓慢滴加 97 质量％ 甲酸水溶液 30ml[FW ： 46.03、 0.77mol]。搅拌的同时， 用 30 分钟滴加 37 质量％甲醛水溶液 85g[FW ： 30.03、 1.05mol]。滴加结束后， 升温至 80℃， 进行 3 小时反应。将反应液冷却， 使 用 25 质量％氢氧化钠水溶液， 调整至 pH 10。加入乙酸乙酯 250ml， 分取有机相。
向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 500ml 三颈烧瓶中加入分取的粗 1- 金刚烷 基二甲基胺溶液， 冷却至 0 ℃。冰冷却下， 搅拌的同时用 4 小时滴加溴代甲烷 19.9g[FW ： 94.94、 0.21mol]。滴加结束后， 使反应液反应 5 小时。将反应液冷却后， 过滤固体成分， 进而用丙酮洗涤后， 进行干燥， 得到目的物金刚烷基三甲基溴化铵 51.8g[FW ： 274.24、 收率 90.0％ ]( 白色粉末 )。
[ 实施例 2]
向 具 有 回 流 冷 凝 管、 温 度 计、 搅 拌 机 的 500ml 三 颈 烧 瓶 中 加 入 盐 酸 金 刚 胺 39.4g[FW ： 187.11、 0.21mol]、 2- 丙醇 200mL， 进行溶解。 将溶液的温度升至 50℃， 然后， 缓慢 滴加 50 质量％氢氧化钠水溶液 17g， 搅拌 1 小时， 缓慢滴加 97 质量％甲酸水溶液 30ml[FW ： 46.03、 0.77mol]。 搅 拌 的 同 时， 用 30 分 钟 滴 加 37 质 量 ％ 甲 醛 水 溶 液 85g[FW ： 30.03、 1.05mol]。滴加结束后， 升温至 80℃， 进行 3 小时反应。冷却反应液， 使用 25 质量％氢氧化 钠水溶液， 调整至 pH 10。加入乙酸乙酯 250ml， 分取有机相。 向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 500ml 三颈烧瓶中加入分取的粗 1- 金刚烷 基二甲基胺溶液， 冷却至 0 ℃。冰冷却下， 搅拌的同时用 4 小时滴加碘代甲烷 29.8g[FW ： 141.94、 0.21mol]。滴加结束后， 使反应液反应 5 小时。反应液冷却后， 过滤固体成分， 进 而用丙酮洗涤后， 进行干燥， 得到目的物金刚烷基三甲基碘化铵 58g[FW ： 312.2、 收率 86％ ] ( 白色粉末 )。
实施例 1 和实施例 2 中得到的下式所示的季铵盐的光谱数据如下所示。
[ 化学式 6]
光谱数据
核磁共振谱 ( 溶剂 ： CDCl3) 日本电子株式会社制 JNM-ECA500 1
H-NMR(500MHz) ： 1.69(b， 6H)、 2.05(c， 6H)、 2.35(d， 6H)、 3.3(a， 9H) 13
C-NMR(125MHz) ： 30.0(e)、 35.0(d、 c)、 48.0(a)、 72.5(b)
[ 实施例 3]
向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 500ml 三颈烧瓶中加入 1- 氨基金刚烷 31g[FW ： 151.25、 0.21mol]、 2- 丙醇 200mL， 进行溶解。将溶液的温度升至 50℃， 缓慢滴加 97 质量％甲酸水溶液 30ml[FW ： 46.03、 0.77mol]。搅拌的同时， 用 30 分钟滴加 37 质量％甲醛
水溶液 85g[FW ： 30.03、 1.05mol]。滴加结束后， 升温至 80℃， 进行 3 小时反应。冷却反应 液， 使用 25 质量％氢氧化钠水溶液， 调整至 pH 10。加入乙酸乙酯 250ml， 分取有机相。
向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 500ml 三颈烧瓶中加入分取的粗 1- 金刚烷 基二甲基胺溶液， 冷却至 0 ℃。冰冷却下， 搅拌的同时用 4 小时滴加碘代甲烷 31.3g[FW ： 141.94、 0.22mol]。滴加结束后， 使反应液反应 5 小时。反应液冷却后， 过滤固体成分， 进 而用丙酮洗涤后， 进行干燥， 得到目的物金刚烷基三甲基碘化铵 61g[FW ： 312.2、 收率 93％ ] ( 白色粉末 )。
[ 实施例 4]
向具有温度计、 搅拌机的 30mL 压力容器中加入 1- 溴金刚烷 6.65g[FW ： 215.13、 30.9mmol]、 二甲基胺 4.18g[FW ： 45.08、 92.7mmol]。 搅拌的同时升温至 200℃， 在 200℃下反 应 8 小时。反应结束后， 冷却至 25℃， 缓慢加入水 5ml、 50 质量％的氢氧化钠水溶液 2.97g。 进一步地， 加入乙酸乙酯 10ml， 分取有机层。
向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 50ml 三颈烧瓶中加入分取的粗 1- 金刚烷基 二甲基胺溶液， 冷却至 0℃。 冰冷却下， 搅拌的同时用 1 小时滴加溴代甲烷 2.93g[FW ： 94.94、 0.21mol]。滴加结束后， 反应 5 小时。反应液冷却后， 过滤固体成分， 进而用丙酮洗涤后， 进 行干燥， 得到目的物金刚烷基三甲基溴化铵 7.54g[FW ： 274.24、 收率 89.0％ ]( 白色粉末 )。
[ 实施例 5]
向具有温度计、 搅拌机的 200ml 压力容器中加入实施例 1 中得到的金刚烷基三甲 基溴化铵 20.0g[FW ： 274.24、 73mmol]、 甲醇 66ml 进行溶解。在冷却、 搅拌使其为 30℃以下 的同时向其中用 30 分钟滴加使 85 质量％氢氧化钾 4.82g[FW ： 56.11、 73mmol] 溶解在甲 醇 10ml 中而成的溶液， 则随着离子交换反应的进行无机盐析出。然后， 在 25℃下进行 30 分钟搅拌后， 冷却至 5℃， 进行过滤。将滤液浓缩、 干固， 得到三甲基金刚烷基氢氧化铵盐 14.62g[FW ： 211.35、 69mmol、 收率 95mol％ ]。
[ 实施例 6]
在柱中填充阴离子交换树脂 ( アンバ一ライト IRA402BL OHAG( オルガノ社 制 ))350ml， 用纯水充分洗涤。使实施例 1 中得到的金刚烷基三甲基溴化铵 20.0g[FW ： 274.24、 73mmol] 溶解在纯水 20ml 中， 并流过填充柱， 然后以 40ml/min 流通作为展开溶剂的 纯水， 回收 pH 值为 12 以上的流出液。将回收的水溶液在 40℃下浓缩、 干固， 得到三甲基金 刚烷基氢氧化铵盐 15.0g[FW ： 211.35、 71mmol、 收率 97mol％ ]。
[ 比较例 1]
向 200ml 三 颈 烧 瓶 中 加 入 1- 氨 基 金 刚 烷 10.0g(66mmol)、三 丁 基 胺 29.0g(156mmol)、 二甲基甲酰胺 60ml， 进行溶解后， 用冰浴冷却。 用 30 分钟向其中滴加碘代 甲烷 28.4g(200mmol)。数小时后看到结晶的析出， 15 小时后除去冰浴， 恢复至室温。将析 出的结晶过滤后， 用 60ml 的四氢呋喃洗涤， 进而用 60ml 的二乙基醚洗涤后， 进行真空干燥 得到金刚烷基三甲基碘化铵 12.8g(40mmol、 第 1 结晶 )。
对于滤液， 加入二乙基醚 60ml、 丙酮 60ml， 在冰箱中放置一夜， 进而过滤析出的结 晶， 进行与上述相同的回收， 得到目的的金刚烷基三甲基碘化铵 2.5g(8mmol、 第 2 结晶 )。 [ 总收量 15.3g(48mol)、 收率 73％ ]。
[ 比较例 2]向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 500ml 三颈烧瓶中加入 1- 氨基金刚烷 31g[FW ： 151.25、 0.21mol]、 乙醇 ( 相对介电常数 ： 24.3)200mL， 进行溶解。将溶液的温度升 至 50℃， 然后， 缓慢滴加 97 质量％甲酸水溶液 30ml[FW ： 46.03、 0.64mol]。搅拌的同时， 用 30 分钟滴加 37 质量％甲醛水溶液 85g[FW ： 30.03、 0.84mol]。滴加结束后， 升温至 80℃， 进 行 3 小时反应。冷却反应液， 使用 25 质量％氢氧化钠水溶液， 调整至 pH 10。加入乙酸乙酯 250ml， 分取有机相。
向具有回流冷凝管、 温度计、 搅拌机的 500ml 三颈烧瓶中加入分取的粗 1- 金刚烷 基二甲基胺溶液， 冷却至 0 ℃。冰冷却下， 搅拌的同时用 4 小时滴加碘代甲烷 31.3g[FW ： 141.94、 0.22mol]。滴加结束后， 使反应液反应 5 小时。反应液冷却后， 过滤固体成分， 进而 用丙酮洗涤后， 进行干燥， 得到目的物金刚烷基三甲基碘化铵 19.7g[FW ： 312.2、 收率 30％ ] ( 白色粉末 )。
[ 比较例 3]
向 具 有 回 流 冷 凝 管、 温 度 计、 搅 拌 机 的 500ml 三 颈 烧 瓶 中 加 入 盐 酸 金 刚 胺 39.4g[FW ： 187.11、 0.21mol]、 2- 丙醇 200mL， 进行溶解。将溶液的温度升至 50℃， 缓慢滴加 97 质量％甲酸水溶液 30ml[FW ： 46.03、 0.77mol]。搅拌的同时， 用 30 分钟滴加 37 质量％甲 醛水溶液 85g[FW ： 30.03、 1.05mol]。滴加结束后， 升温至 80℃， 但是未看到向 1- 金刚烷二 甲基胺的反应的进行。
实施例和比较例中得到的季铵盐中含有的溴离子 ( 溴成分、 溴原子换算值 ) 和碘 离子 ( 碘成分、 碘原子换算值 ) 的含量用离子色谱测定， 钠和钠化合物 ( 钠原子换算值 ) 以 及钾和钾化合物 ( 钾原子换算值 ) 的含量通过 ICP 质量分析法 (ICP-MS) 测定， 1- 金刚烷基 二甲基胺、 甲醇含量通过 FID-GC 测定。此外通过用高效液相色谱 (HPLC-RI 法 ) 进行测定， 对 1- 金刚烷二甲基胺的含量和目的物季铵盐的纯度进行分析。上述测定结果如表 1 所示。
[ 表 1]
产业实用性
根据本发明， 可以在短时间内有效且在工业上高收率地制备具有金刚烷基的季铵 盐。此外， 通过本发明的方法得到的季铵盐由于纯度高， 可以用于沸石制备用的模板剂、 表 面活性剂、 抗菌剂等中。15