2,2-二氯丙烷的制备方法和纯化方法

技术领域

本发明涉及2,2-二氯丙烷的合成领域，具体而言，涉及一种2,2-二氯丙烷的制备方法和纯化方法。

背景技术

Simmons-Smith环丙烷化反应是一种非常高效的制备环丙烷的反应。在天然产物、合成化合物等具有生理活性以及医药品中大多存在环丙烷基团。即使是现在，开发高效的环丙烷化反应也是很有需求的。应用二卤甲烷对烯烃的环丙烷化的反应非常广泛，但采用2,2-二卤丙烷制备偕二甲基取代的环丙烷化合物却少有报道，原因之一就是目前现阶段市售的2,2-二卤丙烷，如2,2-二氯丙烷成本价格高，制备工艺难度系数高，危险系数大。现有技术中，合成2,2-二氯丙烷的相关报道较少。

方案1：Marc Tordeux等人（J. Org. Chem. 1993,58, 1939-1940）在1993年报道使用二甲基肟经氯气氯代，氯化氢加成得到目标产物，收率40%，体系含有其他位置氯代杂质，分离难度比较大，该合成工艺起始原料非大宗产品，使用的原料不易得，供应链困难；且工艺中使用氯气与氯化氢气体，对设备材质与生产控制增加难度，生产控制难度系数大，存在一定安全风险，该方案不适用于放大。

方案2：Griesbaum,K等(Chemische Berichte, 1973, vol. 106, p. 2001 –2008)使用氯化氢与丙炔进行加成反应得到2,2-二氯丙烷，但会生成四元环副产物，在分离上难度大，而且丙炔使用过程中安全风险较高。

方案3： Kharasch等人（Journal of Organic Chemistry, 1939, vol. 4, p.431-434）使用2-氯丙烯经三氯化铁催化条件下于氯化氢进行加成反应，得到目标产物。操作上相对简单，但2-氯丙烯供应无市售大宗产品。

方案4： A. T. MORSE等（Journal of Organic Chemistry, 1958，vol. 23，p.990-994）报道的使用丙酮与五氯化磷进行无溶剂的固液两相反应，放大风险高，该反应主要生成2-氯丙烯，2,2-二氯丙烷为主要副产物，造成2,2-二氯丙烷的收率很低，分离收率低于25%，产物分离困难，无商业化放大生产价值。

因此，上述现有技术中的四种方案均难以解决2,2-二氯丙烷放大生产的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种2,2-二氯丙烷的制备方法和纯化方法，以解决现有技术中2,2-二氯丙烷难以放大生产的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种2,2-二氯丙烷的制备方法，该制备方法包括：以丙酮和五氯化磷为底物，在酸催化剂的催化下，发生氯代反应，制备2,2-二氯丙烷；酸催化剂包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化硼、卤化硅、铝盐、铁盐、铜盐、锌盐、钛盐、锡盐、铋盐、有机硅卤化物、酰氯或质子酸中的一种或多种。

进一步地，酸催化剂优选包括铁盐、锌盐、酰氯或有机硅卤化物。

进一步地，碱金属卤化物包括卤化锂和/或卤化钠；优选地，碱土金属卤化物包括卤化镁和/或卤化钙；优选地，卤化锂包括氯化锂和/或溴化锂；优选地，卤化镁包括氯化镁和/或溴化镁；优选地，卤化钙包括氯化钙。

进一步地，卤化硼包括三氯化硼、三氟化硼乙醚络合物、三溴化硼或三碘化硼中的一种或多种；优选地，所诉卤化硅包括四氯化硅；优选地，铝盐包括三氯化铝；优选地，铜盐包括二价铜盐和/或一价铜盐；优选地，二价铜盐包括氯化铜；优选地，一价铜盐包括氯化亚铜；优选地，钛盐包括四氯化钛；优选地，锡盐包括四氯化锡；优选地，铋盐包括三氯化铋；优选地，质子酸包括氯化氢和/或氯化氢水溶液。

进一步地，铁盐包括三价铁盐和/或二价铁盐；优选地，三价铁盐包括三氯化铁、三氯化铁水合物、溴化铁或溴化铁水合物中的一种或多种；优选地，二价铁盐包括氯化亚铁和/或氯化亚铁水合物；优选地，锌盐包括氯化锌、氯化锌水合物、溴化锌或溴化锌水合物中的一种或多种。

进一步地，有机硅卤化物包括卤代硅烷；优选地，卤代硅烷包括氯硅烷；优选地，氯硅烷包括三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷或叔丁基二甲基氯硅烷中的一种或多种；优选地，酰氯包括二氯亚砜、乙酰氯或草酰氯中的一种或多种。

进一步地，底物在反应溶剂中发生反应，反应溶剂包括四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二氧六环、苯甲醚、甲基叔丁基醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、1,2-二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,2-二溴乙烷、正庚烷、正己烷或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

进一步地，五氯化磷与丙酮的摩尔比为1~10：1；优选地，五氧化磷的用量为丙酮的总摩尔量的1~5：1；优选地，酸催化剂与丙酮的摩尔比为1%~100%：1；优选地，酸催化剂的用量为丙酮的总摩尔量的5%~50%。

进一步地，氯代反应的反应温度为-10~80℃；优选地，反应温度为5~40℃，更优选为20~25℃。

为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了一种2,2-二氯丙烷的纯化方法，该纯化方法包括：利用精馏方法，纯化上述制备方法制备的2,2-二氯丙烷。

应用本发明的技术方案，以丙酮和五氯化磷为底物，在酸催化剂的作用下，发生氯代反应，能够制备2,2-二氯丙烷。反应原料廉价易得，反应产率高，能够进行高生产效率、低成本的2,2-二氯丙烷放大生产。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

如背景技术所提到的，虽然现有技术中有关于2,2-二氯丙烷合成方法的报道，但由于反应条件、反应成本等限制，难以在工业上进行对2,2-二氯丙烷的放大生产。因而，在本申请中发明人尝试以大宗化学品丙酮和五氯化磷为底物，通过对催化剂的探究，发现了多种能够发挥催化作用的酸催化剂，能够以较高的效率和产率合成2,2-二氯丙烷，适合工业化生产。因而提出了本申请的一系列保护方案。

在本申请第一种典型的实施方式中，提供了一种2,2-二氯丙烷的制备方法，该方法以丙酮和五氯化磷为底物，在酸催化剂的作用下，发生氯代反应，制备2,2-二氯丙烷；酸催化剂包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化硼、卤化硅、铝盐、铁盐、铜盐、锌盐、钛盐、锡盐、铋盐、有机硅卤化物、酰氯或质子酸中的一种或多种。

在现有技术中，中国专利申请CN109678651A公开了一种利用五氯化磷与环丙基甲基酮发生氯代反应，生成α,α-二氯乙基环丙烷的制备方法。但对于原料丙酮，由于取代基的差异，丙酮的羰基相较于环丙基甲基酮的羰基，化学性质更加稳定，难以与五氯化磷发生氯代反应。在本申请的上述制备方法中，通过利用酸作为催化剂，能够使五氯化磷和丙酮之间原本难以发生的氯代反应正常进行，从而制备获得2,2-二氯丙烷。该制备方法所用的原料均为大宗化学品，产率高、价格低，首次使2,2-二氯丙烷的大规模工业化生产成为可能。上述酸催化剂的选取种类多样，在pH为0.01~7的范围内的酸均能够催化上述氯代反应的进行。

在一种优选的实施例中，酸催化剂包括碱金属卤化物、碱土金属卤化物、卤化硼、卤化硅、铝盐、铁盐、铜盐、锌盐、钛盐、锡盐、铋盐、有机硅卤化物、酰氯或质子酸中的一种或多种；优选地，酸催化剂包括铁盐、锌盐、酰氯或有机硅卤化物。

上述酸催化剂包括多种金属或非金属的卤化物、金属盐、硅化物、酰氯或酸等化合物，通过使用上述多种酸催化剂的一种或多种，均能够催化该氯代反应，均能以较高产率和效率完成2,2-二氯丙烷的制备。上述酸催化剂能够接受电子对，从而在上述氯代反应中发挥催化剂的活性，促进反应的进行。

在一种优选的实施例中，碱金属卤化物包括卤化锂和/或卤化钠；优选地，碱土金属卤化物包括卤化镁和/或卤化钙；优选地，卤化锂包括氯化锂和/或溴化锂；优选地，卤化镁包括氯化镁和/或溴化镁；优选地，卤化钙包括氯化钙。

在一种优选的实施例中，卤化硼包括三氯化硼、三氟化硼乙醚络合物、三溴化硼或三碘化硼中的一种或多种；优选地，卤化硅包括四氯化硅。

在一种优选的实施例中，铝盐包括三氯化铝；优选地，铁盐包括三价铁盐和/或二价铁盐；优选地，三价铁盐包括三氯化铁、三氯化铁水合物、溴化铁或溴化铁水合物中的一种或多种；优选地，二价铁盐包括氯化亚铁和/或氯化亚铁水合物；优选地，铜盐包括二价铜盐和/或一价铜盐；优选地，二价铜盐包括氯化铜；优选地，一价铜盐包括氯化亚铜；优选地，锌盐包括氯化锌、氯化锌水合物、溴化锌或溴化锌水合物中的一种或多种；优选地，钛盐包括四氯化钛；优选地，锡盐包括四氯化锡；优选地，铋盐包括三氯化铋。

在一种优选的实施例中，有机硅卤化物包括卤代硅烷；优选地，卤代硅烷包括氯硅烷；优选地，氯硅烷包括三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷或叔丁基二甲基氯硅烷中的一种或多种；优选地，酰氯包括二氯亚砜、乙酰氯或草酰氯中的一种或多种；优选地，质子酸包括氯化氢和/或氯化氢水溶液。

在一种优选的实施例中，通过将底物置于反应溶剂中进行上述氯代反应，反应溶剂包括但不限于四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二氧六环、苯甲醚、甲基叔丁基醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、1,2-二氯苯、二氯甲烷（DCM）、三氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,2-二溴乙烷、正庚烷、正己烷或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

上述反应溶剂，为化学反应中常用溶剂，均能分散五氯化磷。溶剂的使用能够降低丙酮和五氯化磷在反应体系中的浓度，防止五氯化磷固体与丙酮液体直接高浓度的接触，防止反应速率过快、大量放热、产生副产物等不利影响。此外，通过将五氯化磷固体分散于反应溶剂后滴加丙酮到体系中，便于具体反应的操作和定量控制。上述反应溶剂也不与原料、催化剂和反应产物发生反应，化学性质稳定。

在一种优选的实施例中，五氯化磷与丙酮的摩尔比为1~10：1，包括但不限于1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1；优选地，五氧化磷的用量为丙酮的总摩尔量的1~5：1；优选地，酸催化剂与丙酮的摩尔比为1%~100%：1，包括但不限于1%:1、2%:1、3%:1、5%:1、10%:1、20%:1、30%:1、40%:1、50%:1、60%:1、70%:1、80%:1、90%:1或100%:1；优选地，酸催化剂的用量为丙酮的总摩尔量的5%~50%。

虽然在该氯代反应中，丙酮和五氯化磷的反应摩尔比为1:1。但在实际的制备方法中，利用上述的摩尔比，在反应体系中保持五氯化磷相对于丙酮的等量或过量，能够提高丙酮的转化率，降低反应成本。优选五氧化磷的用量为丙酮的总摩尔量的1~5：1，能够使丙酮转化更完全。利用上述酸催化剂的比例，能够缩短生产周期，节省生产成本。

在一种优选的实施例中，氯代反应的反应温度为-10~80℃；优选地，反应温度为5~40℃，更优选为20~25℃。

在上述制备方法中，根据不同的催化剂，适当调整本申请的反应温度，通过提高或降低反应温度，也能够控制反应速率，在安全生产的前提下适当提高反应速率。上述制备方法能够在室温条件下进行反应，能够进一步地节约反应成本，降低生产所需的设备要求。

在本申请第二种典型的实施方式中，提供了一种2,2-二氯丙烷的纯化方法，该纯化方法利用精馏方法，纯化上述制备方法制备的2,2-二氯丙烷。

由于反应体系中，底物、反应溶剂和产物等物质的物理性质差别均较大，能够在反应结束后利用常用的精馏方法，如精馏塔等常规装置进行分离，从而获得纯度较高的2,2-二氯丙烷。纯化成本低，不引入其他试剂或填料，防止外源的杂质引入，影响产物的纯化。利用精馏，也能够将上述制备方法中的反应溶剂进行分离回收，从而在后续的生产中循环利用，降低生产成本和污染。

下面将结合具体的实施例来进一步详细解释本申请的有益效果。

实施例 1

20~25℃下，将二氯甲烷（5vol.，665 kg）加入到干燥洁净的2000 L搪瓷釜中，搅拌，加入五氯化磷（1.2 eq.，430.24 kg），控温20~25℃。先后加入酸催化剂三甲基氯硅烷（0.2 eq.，37.41 kg），丙酮（1.0 eq.，100 kg）的二氯甲烷（2vol.，266 kg）溶液，滴毕保温20~25℃反应20h，体系由淡黄色悬浊液逐渐变为淡黄色澄清均一体系，反应毕逐滴加入到纯化水（5vol.，500 kg）中，控温20~30℃。淬灭毕，分液，有机相水洗一次，有机相精馏塔精馏，分离得到产品2,2-二氯丙烷167 kg产品（GC纯度99.2%，含量99%），分离收率85%。分离收率即从混合物体系中分离出来高纯度的目标产物的收率，分离收率≤转化率。

实施例2-14

反应步骤同实施例1，区别在于，基准物料丙酮投料量为10 kg（1.0 eq），五氯化磷（1.2eq），实施例中使用的酸催化剂和收率等数据参见表1。

表1

实施例15-20

反应步骤同实施例1，区别在于部分实例溶剂种类为1，2-二溴乙烷（DBE），基准物料丙酮投料量为10 kg（1.0 eq），五氯化磷（1.2eq），反应温度不同，具体反应条件参见表2。

表2

实施例21-24

反应步骤同实施例1，区别在于，基准物料丙酮投料量为10 kg（1.0 eq），基准物料丙酮和五氧化磷的投料比不同，具体反应条件参见表3。

表3

实施例25~29

反应步骤同实施例1，区别在于，基准物料丙酮投料量为10 kg（1.0 eq），基准物料丙酮和酸催化剂的投料比不同，具体反应条件参见表4。

表4

对比例1

反应步骤同实施例1，区别在于，丙酮投料量为10 kg，且不加入酸催化剂。

得到产品2,2-二氯丙烷7.54kg产品（GC纯度99%，含量98%），分离收率38%。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：利用多种路易斯酸，均能够催化丙酮与五氯化磷发生反应，且反应的量级均能够满足工业化生产的需求，从而以较低的成本实现2,2-二氯丙烷的工业化合成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。