一种3,3-二甲基-1-丁炔的制备方法
阅读说明：本技术 一种3,3-二甲基-1-丁炔的制备方法 (Preparation method of 3,3-dimethyl-1-butyne ) 是由 李太同 朱义胜 尚林峰 昝金行 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3,3-二甲基-1-丁炔的制备方法,该方法以简单易得、价格便宜的叔丁醇和乙炔为起始原料,以市场上易得的过渡金属的盐为催化剂,在酸存在下直接反应得到产物,经简单的蒸馏分离得高纯产物,该方法操作简便、对环境污染少、产品质量好、收率高、成本低,更适合于工业化生产。(The invention discloses a preparation method of 3,3-dimethyl-1-butyne, which takes tert-butyl alcohol and acetylene which are easy to obtain and low in price as starting raw materials, takes transition metal salt which is easy to obtain in the market as a catalyst, directly reacts in the presence of acid to obtain a product, and obtains a high-purity product through simple distillation and separation.)
技术领域
本发明涉及一种3,3-二甲基-1-丁炔的制备方法，属于化学合成领域。
背景技术
盐酸特比萘芬是一种丙烯胺类抗真菌药，具有广谱抗真菌活性，而且抗菌作用强，既可杀菌又可抑菌，其MIC与MFC几乎相等，可广泛地应用于治疗各类皮肤真菌病尤其是甲真菌病。特比萘芬是目前唯一的既可外用又可口服的杀真菌药，它对多数致病真菌均有作用，其中最敏感者为皮肤癣菌。
3,3-二甲基-1-丁炔，是抗真菌药盐酸特比萘芬的重要中间体。英文名为3,3-Dimethyl-1-butyne，CAS号为917-92-0，分子式为C6H10，分子量为82.14，结构式为：
文献报道的3,3-二甲基-1-丁炔的合成过程，主要有以下几种：
Hsing-Pang Hsieh等报道了一种3,3-二甲基-1-丁基的合成方法(Hsieh H P,Chen A C,Villarante N R,et al.Substituent effects on the photorearrangementsof unsymmetrically substituted diazinobarrelenes[J].RSC Advances,2012,3(4):1165-1178.)。该方法以频哪酮为起始原料，经五氯化磷氯化的得到2,2-二氯-3,3-二甲基丁烷和1,2-二氯-3,3-二甲基丁烷的混合物，再在DMSO中经强碱脱氯得3,3-二甲基-1-丁烯，该路线步骤1后处理需加入大量水，且废水中含大量磷化物及氯化物，处理困难，步骤2溶剂DMSO不易回收，且产生大量无机盐，三废处理费用高昂，且与国家倡导的绿色环保相悖。
陈卫平等报道了以氯乙烯及氯代叔丁烷为原料的合成路线(陈卫平,刘丽琳,杨济秋.抗真菌药物特比萘芬的合成[J].中国医药工业杂志,1989(2):49-52.)，首先在三氯化氯的催化下，将氯乙烯气体通入氯代叔丁烷中反应得到1,1-二氯-3,3-二甲基丁烷，再以DMOS为溶剂，再氢氧化钾存在下脱氯得产物。该路线起始原料同样价格低廉，文献报道为收率63.14％，产品成本价格较低，但同样存在三废量大，处理困难的问题，对环境保护不力。
P.V.Kazakov等报道了以硫酸催化，叔丁醇与乙炔反应制备3,3-二甲基-1-丁烯的合成路线(Alkylation of acetylene by tert-butyl alcohol[J].Russian ChemicalBulletin,2002,51(11):2134-2135.)。在70％的硫酸的存在下，将乙炔通入叔丁醇反应得到3,3-二甲基-1-丁炔，但文献报道虽然叔丁醇转化率可达42％，但主要产物为二异丁烯，3,3-二甲基-1-丁烯仅为2.1％的产率
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种3,3-二甲基-1-丁炔的制备方法，该方法以简单易得、价格便宜的叔丁醇和乙炔为起始原料，以市场上易得的过渡金属的盐为催化剂，在酸存在下直接反应得到产物，经简单的蒸馏分离得高纯产物，该方法操作简便、对环境污染少、产品质量好、收率高、成本低，更适合于工业化生产。合成路线如下所示：
一种3,3-二甲基-1-丁炔的制备方法，包括如下步骤：
1)将叔丁醇、催化剂、有机酸和水加入反应釜中，降温到-5℃-5℃；
2)利用氮气置换步骤1)中的反应釜中的空气，再使用纯净乙炔气通入反应釜中，置换反应釜中的气体3次，通纯净乙炔气至0.3-0.5MP，保持釜内温度0℃反应2-3h至不再吸乙炔；
3)通入氮气置换反应釜中空气，排空气体；
4)将反应釜内的物料转移后，常压蒸馏，收集37-40℃馏分，即可获得3,3-二甲基-1-丁炔。
进一步的，步骤1)中所述的催化剂为硫酸镍、硫酸钴、硫酸汞、硫酸铁、硫酸铑、硫酸钌中的一种与硫酸钯摩尔比的(2-8)：1的组合物。
进一步的，上述步骤1)中所述的有机酸为甲磺酸、三氟甲磺酸、三氟乙酸中的一种。
进一步的，上述步骤1)中所述的有机酸和叔丁醇的摩尔比为(0.05-0.3):1。
进一步的，上述步骤1)中所述的有机酸与水的摩尔比(1-5)：(1-5)。
进一步的，上述步骤1)中所述的催化剂与水的摩尔比(20-21)：(490-500)。
进一步的，上述步骤2)中所述的纯净乙炔气的制备方法为：取乙炔气通过40％氢氧化钠溶液、浓硫酸溶液及无水氯化钙干燥剂进行去除杂质的预处理，获得纯净乙炔气。
有益效果：
(1)直接采用简单易得且价格低廉的叔丁醇和乙炔反应制备得到3,3-二甲基-1-丁烯，该反应所用催化剂及有机酸、水因不易挥发，可重复多次利用。
(2)本发明的合成路线短，原料简单易得，无反应物及催化剂之外的其他有机溶剂，反应条件温和，后处理简单，所得产品质量好，收率高。
(3)该方法中经过常压蒸馏获得产物后，剩余的物料经过80℃减压浓缩可以循环使用，三废少，环境友好，适合于工业化生产。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部，本发明不受下述实施例的限制。
实施例1
实例1：3,3-二甲基-1-丁炔的制备
以叔丁醇和乙炔为起始原料，以市场上易得的过渡金属的盐为催化剂，在酸存在下直接反应得到产物，经简单的蒸馏分离得高纯产物，合成路线如下所示：
在2L内衬四氟高压釜中依次加入1000ml(10.5mol)叔丁醇，4.7g(0.018mol)六水合硫酸镍，0.6g(0.003mol)硫酸钯，101g(1.05mol)甲磺酸，9g(0.5mol)去离子水，降温至-5～5℃，先用氮气置换釜内空气，再将乙炔气分别通过40％氢氧化钠溶液、浓硫酸溶液及无水氯化钙干燥剂，通入反应釜置换釜内气体3次，通乙炔至0.5MP，保持釜内温度0℃反应3h至不再洗乙炔，用氮气置换釜内气体，排空气体，GC检测反应液叔丁醇含量≤2％，将物料转移至2L四口瓶，常压蒸馏，去除前馏分，收集37～40℃馏分得778.0g无色液体，为3,3-二甲基-1-丁炔，收率90.2％，产品纯度99.4％(GC法)。
实例2：3,3-二甲基-1-丁炔的制备中残留物的循环使用
将实例1蒸馏残留物保持外温80℃，-0.09Mp压力下减压蒸馏至无馏分蒸除，得共计122.5g棕红色固液混合物，将此混合物用1000ml叔丁醇冲洗入2L内衬四氟高压釜中，不再补加催化剂、甲磺酸及水，通乙炔如例1反应，共计得781.2g无色液体，收率90.7％，产品纯度99.4％(GC法)。
实例3：3,3-二甲基-1-丁炔的制备
在2L内衬四氟高压釜中依次加入1000ml(10.5mol)叔丁醇，7.2g(0.018mol)硫酸铁，0.6g(0.003mol)硫酸钯，101g(1.05mol)甲磺酸，9g(0.5mol)去离子水，降温至-5～5℃，先用氮气置换釜内空气，再将乙炔气分别通过40％氢氧化钠溶液、浓硫酸溶液及无水氯化钙干燥剂，通入反应釜置换釜内气体3次，通乙炔至0.5MP，保持釜内温度0℃反应3h至不再洗乙炔，用氮气置换釜内气体，排空气体，GC检测反应液叔丁醇含量≤2％，将物料转移至2L四口瓶，常压蒸馏，去除前馏分，收集37～40℃馏分得553.3g无色液体，为3,3-二甲基-1-丁炔，收率64.0％，产品纯度99.2％(GC法)。
实例4～7：3,3-二甲基-1-丁炔的制备
分别以硫酸钴、硫酸汞、硫酸铑及硫酸钌等摩尔量替代实例1中的硫酸镍进行同例1的反应，结果如下表1：
表1 实例4-7制备的产品情况
实例名称
催化剂组合
3,3-二甲基-1-丁烯收率
产品纯度(GC)
实例4
硫酸钴/硫酸钯
72.3％
99.1％
实例5
硫酸汞/硫酸钯
77.2％
99.0％
实例6
硫酸铑/硫酸钯
91.1％
99.5％
实例7
硫酸钌/硫酸钯
90.9％
99.4％
实例8：3,3-二甲基-1-丁炔的制备
以等摩尔量的三氟甲磺酸代替实例1中的甲磺酸，共计得到775.3g 3,3-二甲基-1-丁炔，收率89.9％，产品纯度99.3％
实例9：3,3-二甲基-1-丁炔的制备
以等摩尔量的三氟乙酸代替实例1中的甲磺酸，共计得到752.6g 3,3-二甲基-1-丁炔，收率87.4％，产品纯度99.5％。
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