专利摘要
本发明提供了一种双环己烷类液晶单体的合成方法，（１）以上式为原料，与甲醇在酸性条件下发生酯化反应，得到化合物Ⅲ；（２）以硼氢化物或氢铝化物与金属盐混合体系为还原剂，在有机溶剂中将步骤（１）生成的化合物Ⅲ还原为化合物Ⅳ；（３）化合物Ⅳ与对甲苯磺酰氯（ＴｏｓＣｌ）在碱性条件下反应生成化合物Ⅴ；（４）化合物Ⅴ与格氏试剂烷基卤化镁反应有机溶剂中反应生成化合物Ⅰ。该合成方法所用原料的化学性质稳定、易得、便宜，合成路线短，收率高，总收率达到５５％以上，目标产物的纯度达９９．９６％，从整体上合成成本低，容易控制，便于操作，适合工业化大生产。
权利要求
1.一种双环己烷类液晶单体的合成方法，该双环己烷类液晶单体的结构式为：
采用如下合成路线：
其中R1为C2～C14的直链烷基，R2为C1～C13的直链烷基；X为Cl、Br或I；n为0，-Tos为对甲苯磺酰基；
具体采用如下方法制备：
(1)以 为原料，与甲醇在酸性条件下发生酯化反应，得到化合物III；
(2)以硼氢化物或氢铝化物与金属盐混合体系为还原剂，在有机溶剂中将步骤(1)生成的化合物III还原为化合物IV；
(3)化合物IV与对甲苯磺酰氯在碱性条件下反应生成化合物V；
(4)化合物V与格氏试剂烷基卤化镁在有机溶剂中反应生成化合物I；
步骤(4)中，化合物V与格氏试剂烷基卤化镁的反应温度控制在10-50℃；所述的硼氢化物包括LiBH4、KBH4或NaBH4；所述的氢铝化合物包括LiAlH4；所述的金属盐包括三氯化铝、卤化锂或氯化钙；在步骤(4)的反应中采用的催化剂为氯化铜锂，所述的氯化铜锂的物质的量为化合物V的物质的量的1-5％。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述液晶单体结构式为：
其中R1为C2～C14的直链烷基，R2为C1～C13的直链烷基。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述的R1为C2～C7的直链烷基，R2为C1～C6的直链烷基。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的化合物V与格氏试剂烷基卤化镁的反应温度控制在25-30℃。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(4)所述的有机溶剂包括醚类化合物、四氢呋喃或甲基四氢呋喃中的一种或两种以上的混合物，所述的醚类化合物包括乙醚、异丙醚、叔丁基甲醚。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的氯化铜锂的物质的量为化合物V的物质的量的2.5-3.5％。
说明书
技术领域
本发明涉及一种液晶单体材料的制备，具体地，涉及一种双反式环己烷类单体液晶的制备方法。
背景技术
随着TN-LCD、STN-LCD和TFT-LCD技术的发展，液晶显示技术在人们的生产和生活中应用越来越广泛，特别是TFT-LCD产品的应用，带来了显示技术的革命性的变革。为提高液晶材料性能，人们研究开发了含有双环己基的乙烷类、多氟类等新型液晶化合物，这些化合物具有低黏度、高电阻率等独特的性能，尤其是双环己基体系的黏度比对应的其它体系黏度要低得多，因此这些材料在液晶显示中得到了广泛的应用。
在专利DE332173中公开了4，4’-烷基取代双环乙烷的合成方法，以4-(4’-烷基-环己基)-环已烷羧酸为原料，通过下面反应过程得到：
该合成路线长，必将导致最终产品收率下降。
专利申请CN200610070271.X公开了一种制备双环己烷类单体液晶的方法，利用格氏反应来制备双环己烷类单体液晶的方法，其合成路线为：
该反应虽然合成路线短，但是以烷基酰氯为起始原料，而原料本身活性高，容易水解，对产物的收率和纯度都是不利的。
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种合成路线以及原料使用均合理的合成双己烷类单体液晶的合成方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种双环己烷类液晶单体的合成方法，该合成方法的反应路线比较短，原料易得，且稳定，反应条件温和，最终合成的产品的收率高、纯度高。
为实现本发明的目的，一种双环己烷类液晶单体的合成方法，该双环己烷类液晶单体的结构式为：
采用如下合成路线：
其中R1为C2～C14的直链烷基，R2为C1～C13的直链烷基；X为Cl、Br或I；n为0或1，其优选R1为C2～C7的直链烷基，R2为C1～C6的直链烷基。
在步骤(1)中，以 为原料，与甲醇在酸性条件下发生酯化反应，得到化合物III。
所述的酸包括但不限于浓硫酸、浓磷酸，其优选浓硫酸。
上述反应的温度控制在50-80℃，其优选65-70℃；反应时间为6-15小时。
上述酯化反应还可以在DCC和少量DMAP的作用下进行反应。
在步骤(2)中，以硼氢化物或氢铝化物与金属盐混合体系为还原剂，在有机溶剂中将步骤(1)生成的化合物III还原为化合物IV。
所述的硼氢化物包括LiBH4、KBH4NaBH4；所述的氢铝化合物包括LiAlH4。所述的金属盐包括三氯化铝、卤化锂或氯化钙等。其优选氯化锂与硼氢化钾混合体系为还原剂。
所述的有机溶剂包括四氢呋喃、乙醚或异丙醚等，其优选四氢呋喃；反应温度控制在50-70℃，反应时间为4-8小时。
在步骤(3)中，化合物IV与对甲苯磺酰氯(TosCl)在碱性条件下反应生成化合物V。
步骤(3)反应所用的溶剂包括氯仿、二氯甲烷、吡啶之一或其混合物；为了保持碱性条件在溶剂中另加入三乙胺。该反应还可以加入催化剂DMAP加快反应速度。
上述反应回流反应6-12小时。
步骤(4)中，化合物V与格氏试剂烷基卤化镁在有机溶剂中反应生成化合物I。
所述的有机溶剂包括醚类化合物、四氢呋喃或甲基四氢呋喃中的一种或两种以上的混合物，所述的醚类化合物包括乙醚、异丙醚、叔丁基甲醚等。
在步骤(4)的反应中采用了催化剂氯化铜锂。使用该催化剂可以大大加快反应速度，并减少副产物的产生，提高了反应效率。
所述的催化剂的物质的量为化合物V物质的量的1-5％，其优选2.5-3.5％。
在该反应中-OTos基团的离去能力很强，所以该反应在比较温和的条件下即可顺利进行，生成目标产物化合物I。反应温度控制在10-50℃，其优选25-30℃。
其中在该步反应中所用的格氏试剂烷基卤化镁采用现有技术公开的任何合成格氏试剂的方法；所述的氯化铜锂是由现有技术公开的任何方法制备而成。
本发明提供的双己烷类液晶单体的合成方法，尤其适合制备如下液晶单体：
其采用的合成过程为：
其中R1为C2～C14的直链烷基，R2为C1～C13的直链烷基；X为Cl、Br或I；n为0或1，其优选R1为C2～C7的直链烷基，R2为C1～C6的直链烷基。
本发明的双己烷类液晶单体的合成方法，更适合制备的液晶单体为：
其中R1为C2～C14的直链烷基，R2为C1～C13的直链烷基；其优选R1为C2～C7的直链烷基，R2为C1～C6的直链烷基。
与现有技术相比，本发明的突出的优点：
1、本发明所使用的原料 其化学性质稳定、易得、便宜，降低了合成原料成本。
2、本发明合成化合物I合成路线短，收率高，总收率达到55％以上，在合成过程中没有异构化现象发生，目标产物的纯度达99.96％，从整体上合成成本低。
3、本发明的每一步反应条件温和，容易控制，便于操作，适合工业化大生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步的说明本发明要求保护的技术方案，但本发明不限于这里所给的具体实施方式。
实施例1
化合物 合成方法：
(1)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯的制备
在反应容器中加入200g(7.5mol)甲醇和130g(0.56mol)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸，搅拌下向反应容器中滴加147g(1.5mol)浓H2SO4，控温65℃，在搅拌下反应12h结束后，冷却后静置分液，将下层液分离出去，上层为产品层。用石油醚提取下层硫酸层，合并有机层，用水将有机层洗涤至中性。浓缩有机层，可得139.1g化合物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯。
所得产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯的H-NMR：δ0.8-0.9(5H)，0.9-1.1(6H)，1.2(3H)，1.3(2H)，1.4(2H)，1.7(2H)，1.8(4H)，2.0(2H)，2.2(1H)，3.1-3.2(3H)。
(2)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇的制备
将31.2g三氯化铝、25g四氢铝锂加入到350ml乙醚中，并加热至60℃，滴加含有139克反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯的四氢呋喃溶液，搅拌下加热回流反应8h。常压蒸发有机溶剂，然后加入适量l水降至常温，控温在15℃向反应体系中滴加36％的盐酸200ml，再加入250ml二氯甲烷，加热搅拌至澄清。静置分液，用二氯甲烷提取水层，合并有机层。用水洗涤有机层至中性。浓缩有机层，减压蒸发溶剂，用石油醚重结晶，干燥得120.9g产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇，收率为98.61％，产物的气相纯度大于99.24％。
所得产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇H-NMR：δ0.8-1.0(13H)，1.1-1.2(3H)，1.2-1.3(3H)，1.4(1H)，1.7-1.8(8H)，3.4(2H)。
(3)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯的制备
将23.8g(0.113mol)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇，14.1g三乙胺和50ml二氯甲烷混合，控温在15℃，加入24.8g(0.13mol)对甲苯磺酰氯，加热回流反应10h，向反应液中加水，静置分液，用二氯甲烷萃取水层，合并有机层，用饱和食盐水洗至有机层至中性，浓缩有机层，然后用石油醚重结晶、过滤，用甲醇搅拌洗涤滤饼，过滤、干燥后得35.0g产品，收率85.4％。
所得产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯H-NMR：δ0.8-1.0(13H)，1.1(3H)，1.3(2H)，1.5-1.8(9H)，3.8(2H)，7.2-7.8(4H)。
(4)反式-1-庚基-4-(反式-4-丙基环己基)环己烷的制备
向反应容器中加入6.5g Mg屑、200ml四氢呋喃，氮气保护下加热至60℃，保温60℃，向体系中加入55g1-氯代正己烷，至Mg屑完全反应为止，然后控温在15℃滴加39.2g(0.10784mol)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯150mlTHF以及16.8ml 0.2mol/L氯化铜锂溶液的混合物滴加完后，控温50℃反应12小时，反应完毕后，滴加20％的硫酸和600ml水的混合液，完后室温搅拌1h。静置，分出水层，用石油醚提取三次，合并有机层，水洗有机层至中性。浓缩有机层，得到反式-1-庚基-4-(反式-4-丙基环己基)环己烷粗品。用石油醚将粗品溶清后，用浓硫酸洗涤，然后用饱和食盐水洗涤有机层至中性，然后经氧化铝柱层析，浓缩除去石油醚，剩余物用异丙醇重结晶得到21.5克产品反式-1-庚基-4-(反式-4-丙基环己基)环己烷，GC纯度为99.84％。
实施例2
化合物 合成方法：
(1)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯的制备
在反应容器中加入240g(7.5mol)甲醇和126g(0.56mol)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸，搅拌下向反应容器中滴加147g(1.5mol)浓H2SO4，控温65℃，在搅拌下反应12h结束后，冷却后静置分液，将下层液分离出去，上层为产品层。用100ml×3温度为100℃石油醚提取下层硫酸层，合并有机层，用水将有机层洗涤至中性。浓缩有机层，可得136g化合物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯。
所得产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯的H-NMR：δ0.8-0.9(5H)，0.9-1.1(6H)，1.2(3H)，1.3(2H)，1.4(2H)，1.7(2H)，1.8(4H)，2.0(2H)，2.2(1H)，3.1-3.2(3H)。
(2)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇的制备
将21.2g氯化锂、27g硼氢化钾加入到306ml四氢呋喃中，并加热至60℃，滴加含有136克反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲酸甲酯的四氢呋喃溶液，20min滴加完毕，搅拌下加热回流反应6h。常压蒸发有机溶剂四氢呋喃，控温50℃以上，滴加250ml水，降至常温，然后控温在15℃向反应体系中滴加87g盐酸和110ml水的混合液，再加入210ml二氯甲烷，加热搅拌至澄清。静置分液，用100ml×2的二氯甲烷提取水层二次，合并有机层。用水洗涤有机层至中性。浓缩有机层，减压蒸发溶剂，用石油醚重结晶，干燥得115g产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇，收率为98.29％，产物的气相纯度大于99.6％。
所得产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇H-NMR：δ0.8-1.0(13H)，1.1-1.2(3H)，1.2-1.3(3H)，1.4(1H)，1.7-1.8(8H)，3.4(2H)。
(3)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯的制备
将23.8g(0.113mol)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇，14.1g三乙胺和75ml二氯甲烷混合，控温在15℃，将24.8g(0.13mol)对甲苯磺酰氯在10min内加完。加热回流反应10h，向反应液中加水，静置分液，用二氯甲烷萃取水层二次，合并有机层。用饱和食盐水洗至有机层至中性，浓缩有机层，然后用石油醚重结晶、过滤，用甲醇搅拌洗涤滤饼，过滤、干燥后得35.7g产品，收率87％。
所得产物反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯H-NMR：δ0.8-1.0(13H)，1.1(3H)，1.3(2H)，1.5-1.8(9H)，3.8(2H)，7.2-7.8(4H)。
(4)反式-1-乙基-4-(反式-4-丙基环己基)环己烷的制备
向反应容器中加入9.0g Mg屑、200ml四氢呋喃，氮气保护下加热至60)℃，加入少许甲基氯化镁的四氢呋喃溶液，保温60℃，向体系中通入一氯甲烷气体，至Mg屑完全反应为止，然后降温至15℃，在控温15℃下滴加39.2g(0.10784mol)反式-4-(反式-4-丙基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯120mlTHF以及30ml 0.2mol/L氯化铜锂溶液的混合物，滴加完后，控温25℃反应12小时，反应完毕后，控温35℃时，滴加98g浓硫酸和500ml水的混合液，完后室温搅拌1h。静置，分出水层，用石油醚提取三次，合并有机层，水洗有机层至中性。浓缩有机层，得到26g粗品。用200ml石油醚将粗品溶清后，用浓硫酸洗涤，然后用饱和食盐水洗涤有机层至中性，然后经氧化铝柱层析，浓缩除去石油醚，剩余物用异丙醇重结晶得到18.2克产品反式-1-乙基-4-(反式-4-丙基环己基)环己烷，GC纯度为99.95％。
实验例3
化合物 合成方法：
(1)反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲酸甲酯的制备
反应容器中加入240g甲醇和157g反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲酸。搅拌下向反应容器中滴加134g浓H3PO4，控温70℃，搅拌反应8h后，冷却后静置分液，分出下层硫酸层，上层为产品层。用温度为120℃石油醚提取下层硫酸层，合并有机层。用水将有机层洗涤至中性，浓缩有机层，可得163g。
(2)反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲醇的制备
将24.6g氯化钙、29g硼氢化钠加入到350ml四氢呋喃。加热至50℃，滴加含有163g反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲酸甲酯的四氢呋喃混合液，搅拌下加热回流反应8h，常压蒸出四氢呋喃。之后，控温50℃以上，加入适量的水，降至常温，控温20℃时向体系中滴加37％盐酸120ml，加入250ml二氯甲烷，加热搅拌至澄清。静置分液，用二氯甲烷提取水层二次，合并有机层。用热水洗涤有机层至中性。浓缩有机层，减压蒸发溶剂，用石油醚重结晶、干燥得到144.2g产物反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲醇，受率97.78％，气相纯度大于99.5％。
(3)反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯的制备
将45.6g反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲醇加入90ml吡啶中，控温20℃时，分批加入37.5g对甲苯磺酰氯，加热回流10小时，反应完毕后，向反应液中加入水，静置分液，用饱和食盐水洗至有机层至中性，浓缩有机层除尽溶剂，用石油醚重结晶，再用甲醇搅拌洗涤滤饼，过滤后61.62g产品，收率85.9％。
(4)反式-1-乙基-4-(反式-4-庚基环己基)环己烷的制备
向反应容器中加入9.0g Mg屑，200ml THF，氮气保护下加热至60℃以上，保温60℃，向体系中通入一氯甲烷气体，至Mg完全反应为止，氮气保护下控温至20℃，下滴加46.5g反式-4-(反式-4-庚基环己基)环己基甲醇对甲苯磺酸酯的四氢呋喃溶液以及15ml 0.2mol/L氯化铜锂溶液的混合物，滴加完后，控温10℃反应12h，反应完毕，滴加20％硫酸600ml，完后室温搅拌1h。静置，分出水层，用石油醚提取三次，合并有机层。水洗有机层至中性。浓缩有机层，得到31.5g粗品。用石油醚将粗品31.5g溶清后，用硫酸溶液洗涤，然后用饱和食盐水洗涤有机层至中性。氧化铝柱层析，浓缩除去石油醚，剩余物用异丙醇重结晶得到21.8g产品反式-1-庚基-4-(反式-4-丙基环己基)环己烷，GC纯度为99.88％。
采用类似的制备方法，可以得到以下双环己烷液晶单体，不同的是步骤(1)采用相应的原料和步骤(4)使用的格氏试剂不同。
化合物 GC纯度99.51％。
化合物 GC纯度99.1％。
化合物 GC纯度99.1％。
实施例4
该实施例制备的是反式-1-乙基-4-(顺式-4-丙基环己基)环己烷，操作如同实施例1，步骤(1)采用的原料为反式-4-(顺式-4-丙基环己基)环己基甲酸，所用的格氏试剂为CH3MgBr，可制的反式-1-乙基-4-(顺式-4-丙基环己基)环己烷，其GC纯度为98.98％。
实施例5
该实施例制备的是1-(反-4-乙基环己基)-2-(反-4’-丙基环己基)乙烷，操作如同实施例1，不同的是步骤(1)采用的原料为1-(反-4-乙基环己基)-2-(反-4’-甲酸环己基)乙烷，所用的格氏试剂为CH3MgI，可制得1-(反-4-乙基环己基)-2-(反-4’-丙基环己基)乙烷，其GC纯度为99.21％。
上述实施例2-5所述制备方法中的每一步所得产物进行如实施例1HNMR检测结构，其结果均证实为目标产物。
一种双环己烷类液晶单体的制备方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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