一种液晶中间体的合成方法
阅读说明：本技术 一种液晶中间体的合成方法 (Synthetic method of liquid crystal intermediate ) 是由 王立鹏 朱永丰 闫路 吴阳 尚锐 张卫波 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液晶中间体的合成方法,包括以下操作：制备化合物B1,化合物B1水解制得化合物B2；化合物B2与3,4-二氢-2H-吡喃进行成醚反应以保护醇羟基,生成化合物B3；4’-戊基-[1,1’-双(环己烷)]-4-甲酸与氯代试剂发生氯代反应制得化合物A1；化合物A1与对苯二酚进行酯化反应,生成化合物A2；化合物A2与化合物B3在催化剂下发生酯化反应,生成化合物A3；最后在催化剂对甲苯磺酸的作用下,化合物A3进行醇羟基的脱保护反应,生成化合物A4,得液晶中间体。本发明采用分步反应制备液晶中间体,反应选择性高,收率高,对环境友好,后处理简单,适合于工业化生产。(The invention discloses a synthetic method of a liquid crystal intermediate, which comprises the following operations: preparation of compound B1, hydrolysis of compound B1 to give compound B2; compound B2 and 3, 4-dihydro-2H-pyran are subjected to an ether-forming reaction to protect alcoholic hydroxyl group, and compound B3 is generated; the 4 '-amyl- [1,1' -bis (cyclohexane) ] -4-formic acid and a chlorinating agent are subjected to chlorination reaction to prepare a compound A1; carrying out esterification reaction on the compound A1 and hydroquinone to generate a compound A2; carrying out esterification reaction on the compound A2 and the compound B3 under the catalyst to generate a compound A3; and finally, under the action of a catalyst p-toluenesulfonic acid, carrying out deprotection reaction on alcoholic hydroxyl of the compound A3 to generate a compound A4, and obtaining a liquid crystal intermediate. The method adopts the step-by-step reaction to prepare the liquid crystal intermediate, has high reaction selectivity, high yield, environmental friendliness and simple post-treatment, and is suitable for industrial production.)
技术领域
本发明属于有机合成领域，涉及一种液晶中间体的合成方法。
背景技术
液晶材料是液晶显示器的关键材料，是属于固态和液态中间，具有一定有序性的有机物质。根据性质不同，各种相态的液晶材料都已广泛用于平板显示器中。近年来，随着液晶材料研究技术的不断发展，以及人们对液晶材料性质要求的不断提高，同时也为了满足液晶显示器越来越高的品质要求，开发具有高清亮点、低粘度、低阈值的液晶化合物已成为合成化学家的一个重点关注方向。其中，具有反式4-双环己基甲酸酯的结构单元的液晶材料应用广泛，因其具有高清亮点、较低粘度和较宽的向列相温区，在液晶材料领域有着广泛的应用，已逐渐成为中高档混合液晶材料不可或缺的组成部分。
目前生产液晶中间体的现有技术方法中，通常由环己醇类化合物经一步氧化反应制得，反应中多使用价格昂贵且有毒的氧化剂，如铬试剂、锰试剂及其他过渡金属氧化物、高价碘试剂等，且氧化剂的用量大多数均为过量状态，从而产生大量的废弃污染物，并且反应选择性不高，副产物多，环境污染大，对环保造成了巨大的压力。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种液晶中间体的合成方法，采用分步反应制备液晶中间体，反应选择性高，收率高，对环境友好，后处理简单，适合于工业化生产。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种液晶中间体的合成方法，包括以下操作：
(1)在缚酸剂下，尼泊金甲酯与8-氯-1-辛醇发生威廉姆森成醚反应，生成化合物B1：4-((8-羟基辛基)氧)苯甲酸甲酯；
(2)化合物B1在碱性条件下水解，水解后将溶液调至酸性，得到化合物B2：4-((8-羟基辛基)氧)苯甲酸；
(3)在催化剂下，化合物B2与3,4-二氢-2H-吡喃进行成醚反应以保护醇羟基，生成化合物B3：4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酸；
(4)以N,N-二甲基甲酰胺为催化剂，4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酸与氯代试剂发生氯代反应，生成化合物A1：4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酰氯；
(5)在缚酸剂下，化合物A1与对苯二酚发生酯化反应，生成化合物A2：4-羟基苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己烷)]-4-甲酸酚酯；
(6)以二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶为催化剂，化合物A2与化合物B3发生酯化反应，生成化合物A3：4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酰)氧)苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己基)]-4-甲酸酚酯；
(7)以对甲苯磺酸为催化剂，化合物A3进行羟基脱保护反应，生成化合物A4：4-(4-((8-羟基辛烷)氧基)苯甲酰)氧)苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己基)]-4-甲酸酚酯，即得液晶中间体。
进一步，所述的步骤(2)中化合物B2的制备包括如下步骤：将化合物B1加入无水甲醇中，再加入氢氧化钠水溶液，升温至50-70℃，反应4h，降温至室温，加入浓盐酸，调节PH至3-4，经过滤、烘干处理后，得到化合物B2。
进一步，所述的步骤(3)中化合物B3的制备包括如下步骤：将化合物B2以及3，4-二氢-2H-吡喃加入四氢呋喃溶剂中，再加入对甲苯磺酸吡啶盐，升温至30-50℃，反应5h后，过滤除去对甲苯磺酸吡啶盐，减压蒸馏去除四氢呋喃，再经乙腈纯化后，得化合物B3。
进一步，所述的步骤(4)中化合物A1的制备包括如下步骤：将反式戊基双环己基甲酸加入二氯甲烷中，滴加N,N-二甲基甲酰胺进行催化反应，再滴加氯代试剂氯化亚砜，将混合物加热到38℃，反应2h后，将反应混合物冷却，蒸发溶剂，得到化合物A1。
进一步，所述的步骤(5)中化合物A2的制备包括如下步骤：将化合物A1滴至对苯二酚、吡啶、乙酸乙酯的混合溶液中，室温反应2h后，经纯化处理得化合物A2。
进一步，所述的步骤(6)中化合物A3的制备包括如下步骤：将化合物A2、化合物B3以及催化剂4-二甲氨基吡啶加入二氯甲烷中混合，搅拌均匀后滴加二环己基碳二亚胺与二氯甲烷的混合液，滴加完成后室温反应20h，过滤；向滤液中加入甲醇，析出白色固体，再次过滤，得到化合物A3。
进一步，所述的步骤(7)中化合物A4的制备包括如下步骤：将化合物A3、二氯甲烷和甲醇混合后，加入对甲苯磺酸，室温反应20h后，减压蒸馏除去二氯甲烷，析出白色固体，过滤得化合物A4。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种液晶中间体的合成方法，首先制备化合物B3，为了提高反应收率和反应选择性，本发明采用3,4-二氢-2H-吡喃对化合物B2的醇羟基进行保护，制得化合物B3；化合物B3与化合物A2发生酯化反应生成化合物A3后，最后再对化合物A3进行醇羟基的脱保护，制得液晶中间体，此过程反应条件温和，后处理简单，过程易控制，产品纯度高，反应收率高。
本发明以起始原料4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酸制备化合物A2，通过起始原料与氯代试剂发生氯代反应制得化合物A1；然后在缚酸剂下，化合物A1与对苯二酚发生酯化反应制得化合物A2，此过程反应条件温和，反应过程易控制，且副产物较少；然后在催化剂二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶作用下，化合物A2与化合物B3发生酯化反应生成化合物A3；最后在催化剂对甲苯磺酸下，化合物A3进行醇羟基的脱保护反应，生成化合物A4，即液晶中间体。本发明采用分步反应制备液晶中间体，反应选择性高，产物收率高，反应条件温和，对环境友好，后处理简单，适用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供了一种液晶中间体的合成方法，包括以下操作：
(1)在缚酸剂下，尼泊金甲酯与8-氯-1-辛醇发生威廉姆森成醚反应，生成化合物B1：4-((8-羟基辛基)氧)苯甲酸甲酯；
(2)化合物B1在碱性条件下水解，水解后将溶液调至酸性，得到化合物B2：4-((8-羟基辛基)氧)苯甲酸；
(3)在催化剂下，化合物B2与3,4-二氢-2H-吡喃进行成醚反应以保护醇羟基，生成化合物B3：4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酸；
(4)以N,N-二甲基甲酰胺为催化剂，4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酸与氯代试剂发生氯代反应，生成化合物A1：4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酰氯；
(5)在缚酸剂下，化合物A1与对苯二酚发生酯化反应，生成化合物A2：4-羟基苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己烷)]-4-甲酸酚酯；
(6)以二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶为催化剂，化合物A2与化合物B3发生酯化反应，生成化合物A3：4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酰)氧)苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己基)]-4-甲酸酚酯；
(7)以对甲苯磺酸为催化剂，化合物A3进行羟基脱保护反应，生成化合物A4：4-(4-((8-羟基辛烷)氧基)苯甲酰)氧)苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己基)]-4-甲酸酚酯，即得液晶中间体。
进一步，所述的步骤(2)中化合物B2的制备包括如下步骤：将化合物B1加入无水甲醇中，再加入氢氧化钠水溶液，升温至50-70℃，反应4h，降温至室温，加入浓盐酸，调节PH至3-4，经过滤、烘干处理后，得到化合物B2。
进一步，所述的步骤(3)中化合物B3的制备包括如下步骤：将化合物B2以及3，4-二氢-2H-吡喃加入四氢呋喃溶剂中，再加入对甲苯磺酸吡啶盐，升温至30-50℃，反应5h后，过滤除去对甲苯磺酸吡啶盐，减压蒸馏去除四氢呋喃，再经乙腈纯化后，得化合物B3。
进一步，所述的步骤(4)中化合物A1的制备包括如下步骤：将反式戊基双环己基甲酸加入二氯甲烷中，滴加N,N-二甲基甲酰胺进行催化反应，再滴加氯代试剂氯化亚砜，将混合物加热到38℃，反应2h后，将反应混合物冷却，蒸发溶剂，得到化合物A1。
进一步，所述的步骤(5)中化合物A2的制备包括如下步骤：将化合物A1滴至对苯二酚、吡啶、乙酸乙酯的混合溶液中，室温反应2h后，经纯化处理得化合物A2。
进一步，所述的步骤(6)中化合物A3的制备包括如下步骤：将化合物A2、化合物B3以及催化剂4-二甲氨基吡啶加入二氯甲烷中混合，搅拌均匀后滴加二环己基碳二亚胺与二氯甲烷的混合液，滴加完成后室温反应20h，过滤除去副产物，得滤液；向滤液中加入甲醇，析出白色固体，再次过滤，得到化合物A3。
进一步，所述的步骤(7)中化合物A4的制备包括如下步骤：将化合物A3、二氯甲烷和甲醇混合后，加入对甲苯磺酸，室温反应20h后，减压蒸馏除去二氯甲烷，析出白色固体，过滤得化合物A4。
本发明的液晶中间体(化合物A4)的合成路线为：
其中，化合物B3(4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酸)的合成路线为：
从化合物A4和化合物B3的合成路线图中可以看出，本发明通过分步反应分别制备化合物B3和化合物A4，化合物B3是通过尼泊金甲酯与8-氯-1-辛醇发生威廉姆森成醚反应，生成化合物B1；然后化合物B1水解制得化合物B2，化合物B2与3,4-二氢-2H-吡喃进行成醚反应以保护醇羟基，生成化合物B3，待用。然后制备化合物A1，通过4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酸与氯代试剂发生氯代反应，生成化合物A1；然后化合物A1与对苯二酚发生酯化反应，生成化合物A2；在催化剂二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶作用下，化合物A2与化合物B3发生酯化反应，生成化合物A3；最后化合物A3在催化剂对甲苯磺酸作用下进行醇的脱保护反应，生成化合物A4，得液晶中间体。
具体的，本发明的分步反应的步骤包括如下操作：
步骤(1)：化合物B1(4-((8-羟基辛基)氧)苯甲酸甲酯)的制备
反应机理：在DMF(二甲基甲酰胺)溶剂中，碳酸钾为缚酸剂的条件下，尼泊金甲酯和8-氯-1-辛醇进行威廉姆森成醚反应，制备化合物B1。
具体实施为：将15.2g尼泊金甲酯加入121ml N,N-二甲基甲酰胺溶液中，再加入27.6g碳酸钾、17.5g 8-氯-1-辛醇，升温至100-130℃反应4h后，降温至室温，过滤除去不溶物，再减压下蒸出溶剂DMF，得白色蜡状固体，即得化合物B1粗品。
步骤(2)：化合物B2(4-((8-羟基辛基)氧)苯甲酸)的制备
反应机理：化合物B1在甲醇-水体系中用氢氧化钠进行碱水解，再使用盐酸将溶液调至酸性得到化合物B2。
具体实施为：将步骤(1)制得的化合物B1粗品加入至112ml无水甲醇中，再加入由8g氢氧化钠与112ml水配成的溶液，升温至50-70℃，反应4h，降温至室温，加入浓盐酸调节溶液PH至3-4；过滤，烘干后，得白色固体，即得化合物B2。
步骤(3)：化合物B3(4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酸)的制备
反应机理：化合物B2在四氢呋喃体系中，对甲苯磺酸吡啶盐为催化剂，与3,4-二氢-2H-吡喃进行成醚反应进行醇羟基的保护。
具体实施为：将21.3g化合物B2、10.1g 3,4-二氢-2H-吡喃加入至128ml四氢呋喃中，再加入2g对甲苯磺酸吡啶盐，升温至30-50℃，反应5h，过滤除去对甲苯磺酸吡啶盐，减压蒸去四氢呋喃，再经乙腈纯化，得白色固体，即得化合物B3。
步骤(4)：化合物A1(4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酰氯)的制备
反应机理：4’-戊基-[1,1’-双(环己烷)]-4-甲酸在二氯甲烷体系中，以N,N-二甲基甲酰胺为催化剂，氯化亚砜为氯代试剂进行氯代反应。
具体实施为：将15g(53.4mmol)反式戊基双环己基甲酸加入30ml二氯甲烷中，加入1滴N,N-二甲基甲酰胺催化，滴加6.7g(56.3mmol)氯化亚砜，并将混合物加热到38℃，反应2h后，将反应混合物冷却，蒸发溶剂，得淡黄色的油性产物，即得化合物A1。
步骤(5)：化合物A2(4-羟基苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己烷)]-4-甲酸酚酯)的制备
反应机理：4’-戊基-[1,1’-双(环己烷)]-4-甲酰氯与对苯二酚在乙酸乙酯体系中，以吡啶做缚酸剂进行酯化反应。
具体实施为：将上述化合物A1滴到含11.8g对苯二酚、8.5g吡啶、200ml乙酸乙酯的溶液中，室温反应2h后，经纯化得白色固体，即得化合物A2。
步骤(6)：化合物A3(4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酰)氧)苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己基)]-4-甲酸酚酯)的制备
反应机理：4-羟基苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己烷)]-4-甲酸酚酯与4-(4-((8-四氢吡喃氧基辛烷)氧基)苯甲酸在二氯甲烷体系中使用二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶催化下进行酯化反应。
具体实施为：将14.84g化合物A2、12.7g化合物B3、0.4g催化剂4-二甲氨基吡啶与101.6ml二氯甲烷混合，在搅拌中滴加由8.22g二环己基碳二亚胺与25.4ml二氯甲烷配置的溶液，滴加完成后室温反应20h，过滤除去副产物DCU，向滤液中加入127ml甲醇，析出白色固体，再次过滤，得白色固体，即得化合物A3。
步骤(7)：化合物A4(4-(4-((8-羟基辛烷)氧基)苯甲酰)氧)苯基4'-戊基-[1,1'-二(环己基)]-4-甲酸酚酯)的制备
反应机理：化合物A3在二氯甲烷甲醇混合溶剂体系中，使用对甲苯磺酸为催化剂，进行醇的脱保护反应。
具体实施为：将20g化合物A3、80ml二氯甲烷和80ml甲醇投入反应容器中，加入0.5g对甲苯磺酸，室温反应20h后，减压蒸出二氯甲烷，析出白色固体，过滤得白色固体，即为液晶中间体，产物纯度达96.7％，产物收率为90.2％。
本发明通过分别制备化合物B3和化合物A2，通过二者发生酯化反应制备化合物A3，最后对化合物A3进行醇的脱保护反应，制得化合物A4；本发明的反应路线新颖，反应原料易得，反应条件温和，反应过程绿色环保，反应选择性高，副产物少，最终得到的产物的纯度和收率都很高，适合工业话生产。
由以上技术方案，本发明提供了一种液晶中间体的合成方法，首先制备化合物B3，为了提高反应收率和反应选择性，本发明采用3,4-二氢-2H-吡喃对化合物B2的醇羟基进行保护，制得化合物B3；化合物B3与化合物A2发生酯化反应生成化合物A3后，最后再对化合物A3进行醇羟基的脱保护，制得液晶中间体，此过程反应条件温和，过程易控制，反应收率高。
本发明在制备化合物B3时，采用易得的起始原料尼泊金甲酯和8-氯-1-辛醇，通过尼泊金甲酯和8-氯-1-辛醇发生威廉姆森成醚反应生成化合物B1；然后化合物B1经碱性水解后，将溶液用酸调至酸性以制得化合物B2，此过程反应条件温和，反应过程易控制；然后为了对醇羟基进行保护，采用3,4-二氢-2H-吡喃与化合物B2进行成醚反应，生成化合物B3。然后再以起始原料4'-戊基-[1,1'-双(环己烷)]-4-甲酸制备化合物A2，通过起始原料与氯代试剂发生氯代反应制得化合物A1；然后在缚酸剂下，化合物A1与对苯二酚发生酯化反应制得化合物A2，此过程反应条件温和，反应过程易控制，且副产物较少；然后在催化剂二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶作用下，化合物A2与化合物B3发生酯化反应生成化合物A3；最后在催化剂对甲苯磺酸下，化合物A3进行醇羟基的脱保护反应，生成化合物A4，即液晶中间体。本发明采用分步反应制备液晶中间体，反应选择性高，产物收率高，反应条件温和，对环境友好，适用于工业化生产。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
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