一種雙烯液晶化合物中異構(gòu)雜質(zhì)來(lái)源分析及改善

霍學(xué)兵

（北京欣奕華材料科技有限公司，北京100176）

雙烯液晶化合物具有高的彈性系數(shù)比K/K，能夠平衡快的響應(yīng)速度和高對(duì)比度的顯示需求，在液晶顯示材料中有非常重要的應(yīng)用。此類液晶化合物一般通過(guò)Wittig反應(yīng)合成，在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中較難提純的雜質(zhì)影響產(chǎn)品最終收率。本實(shí)驗(yàn)對(duì)一種雙烯類液晶化合物（圖1）中異構(gòu)雜質(zhì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析確定，該化合物采用圖2路線合成，雜質(zhì)色譜圖見(jiàn)圖3，并確定了產(chǎn)生雜質(zhì)的關(guān)鍵步驟為膦鹽合成部分，通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)鍵工序的工藝參數(shù)對(duì)雜質(zhì)實(shí)施有效控制。該實(shí)驗(yàn)對(duì)于提高雙烯類化合物品質(zhì)和收率有參考意義。

圖1 液晶化合物結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of liquid crystal compound

圖2 液晶化合物合成路線Fig.2 RoS of liquid crystal compound

圖3 雜質(zhì)色譜圖Fig.3 Chromatogram of impurity

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

Agilent 7890A5977E氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，安捷倫公司；1 L三口瓶。

四氫鋁鋰，四氫呋喃，4-ethylidenecyclohexanecar?boxylic acid，DL-酒石酸鉀鈉，三苯基膦，咪唑，甲苯，碘，NaHSO，無(wú)水硫酸鈉，石油醚，乙酸乙酯，叔丁醇鉀，以上均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

1.2.1 色譜條件

色譜柱Agilent HP-5 MS 30 m×0.25 mm×0.25 μm石英毛細(xì)管色譜柱；流速1.0 mL/min；柱溫升溫程序：初始溫度180℃，保持5 min，以10℃/min升至290℃保持40 min，汽化溫度300℃，載氣高純氦氣,樣品用三氯甲烷配制質(zhì)量比1%溶液后進(jìn)樣1 μL，分流比50∶1。

1.2.2 質(zhì)譜條件

EI電子轟擊能量70 eV，接口溫度300℃，離子源溫度250℃，質(zhì)量掃描范圍m/z 34～600。

1.3 表征及實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 質(zhì)譜分析及雜質(zhì)結(jié)構(gòu)推斷

樣品做氣質(zhì)分析，雜質(zhì)質(zhì)譜圖見(jiàn)圖4。由圖4可知，雜質(zhì)分子量為324，和產(chǎn)物分子量相同，應(yīng)該為異構(gòu)雜質(zhì)，碎片特征峰和產(chǎn)物特征峰高度相似，并結(jié)合該化合物合成路線推測(cè)雜質(zhì)分子結(jié)構(gòu)為圖5。

圖4 雜質(zhì)質(zhì)譜圖Fig.4 MS spectrum of impurity

圖5 雜質(zhì)推測(cè)結(jié)構(gòu)Fig.5 Inferred structure of impurity

1.3.2 推斷雜質(zhì)合成及確認(rèn)

按照?qǐng)D6路線推斷雜質(zhì)合成。

圖6 雜質(zhì)路線Fig.6 RoS of impurity

1.3.2.1 A1’(4-ethylidenecyclohexyl)methanol的制備

22 g四氫鋁鋰、200 mL四氫呋喃加入1 L干燥三口瓶中并攪拌15 min，將87 g 4-ethylidenecyclohexanecar?boxylic acid與100 mL四氫呋喃混合液緩慢滴入，過(guò)程保持平穩(wěn)回流，滴完加熱回流3 h。降至室溫，攪拌下向反應(yīng)液中滴加由200 g DL-酒石酸鉀鈉與160 mL水所配溶液。靜置，將上層清液分出，水洗兩遍，無(wú)水硫酸鈉干燥，用旋蒸儀蒸凈溶劑，得到A1’82 g，GC：98.8%。

1.3.2.2 A2’1-ethylidene-4-(iodomethyl)cyclohexane的制備

80 g A1’、三苯基膦228 g、咪唑59 g、甲苯800 mL分別加入2 L三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下控溫15℃加碘150 g攪拌3 h。停止攪拌后向反應(yīng)液中滴入30 g NaHSO與400 mL水所配溶液，攪拌30 min分水層，有機(jī)相用20 g無(wú)水硫酸鈉干燥旋蒸至干后，石油醚溶解過(guò)硅膠柱，下層固體用2倍石油醚沖洗2遍并過(guò)柱，旋凈溶劑得到A2’95 g，GC：98.30%。

1.3.2.3 A3’（（4-ethylidenecyclohexyl）methylene）triphe?nylphosphorane的制備

A2’48 g、三苯基膦50 g、DMF 150 mL加入1 L三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下95℃控溫?cái)嚢? h，停止攪拌，靜置，將反應(yīng)液倒入裝有500 g乙酸乙酯的燒杯中攪拌，過(guò)濾并烘干得到A3’75 g。

1.3.2.4 A4’1-(4-(2-(4-ethylidenecyclohexyl)vinyl)cyclo?hexyl)-4-methoxybenzene的制備

將A3’14 g、四氫呋喃40 mL加入250 mL三口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入3.6 g叔丁醇鉀，控溫0℃以下攪拌10 min。保持溫度在0℃～5℃，向反應(yīng)液中滴加5 g 4-（4-methoxyphenyl）cyclohexanecarbaldehyde和20 mLTHF混合液，滴畢室溫?cái)嚢? h。100 mL 5%的鹽水滴入反應(yīng)液中并攪拌30 min，將下層水相分出無(wú)水硫酸鈉，干燥旋干溶劑。石油醚過(guò)硅膠柱，旋干溶劑。乙醇重結(jié)晶得到A4’0.5 g，GC：98.5%。

A4’結(jié)構(gòu)確認(rèn)數(shù)據(jù)：GC-MS m/z：M324；H NMR（400 MHz，Chloroform-d）δ：7.17（d，2H），6.88（d，2H），5.61（q，1H），5.42（q，1H），5.18（q，1H），3.83（s，3H），2.57（m，1H）,1.98（m，11H），1.50（m，8H），1.21（m，2H）。

2 結(jié)果與討論

2.1 異構(gòu)雜質(zhì)分子結(jié)構(gòu)確認(rèn)

由以上合成出的A4’為標(biāo)樣，氣相色譜標(biāo)定產(chǎn)品中的雜質(zhì)為A4’，驗(yàn)證并確認(rèn)了產(chǎn)品中的異構(gòu)雜質(zhì)分子結(jié)構(gòu)為圖5，推測(cè)正確。

2.2 合成過(guò)程關(guān)鍵步驟分析

以每步合成的異構(gòu)雜質(zhì)A1’、A2’、A3’、A4’作為標(biāo)樣標(biāo)定，確定4批產(chǎn)品中每步產(chǎn)品A1、A2、A3、A4中異構(gòu)雜質(zhì)的位置后統(tǒng)計(jì)異構(gòu)雜質(zhì)含量，見(jiàn)表1。數(shù)據(jù)作圖分析（圖7），可以明顯看出，異構(gòu)雜質(zhì)生成的關(guān)鍵是A3的合成過(guò)程。

表1 每個(gè)合成步驟異構(gòu)雜質(zhì)含量

圖7 每個(gè)合成步驟異構(gòu)雜質(zhì)含量Fig.7 Isomer impurity assay for each synthesis step

2.3 A3異構(gòu)體改善

依據(jù)2.2中確定的異構(gòu)雜質(zhì)生成的關(guān)鍵是A3的合成過(guò)程，對(duì)合成A3的工藝過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)A3合成溫度，能有效降低異構(gòu)體的含量至0.2%以下。通過(guò)改善A3中的異構(gòu)體含量，雙烯液晶化合物中異構(gòu)雜質(zhì)降低到0.2%以下。

3 結(jié)論

利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對(duì)一種雙烯液晶化合物中異構(gòu)雜質(zhì)進(jìn)行分析，并合成出了目標(biāo)雜質(zhì)化合物，確定了異構(gòu)體的分子結(jié)構(gòu)。對(duì)合成過(guò)程進(jìn)行分析，識(shí)別出導(dǎo)致異構(gòu)產(chǎn)生的關(guān)鍵步驟為膦鹽合成工序。優(yōu)化該步驟反應(yīng)條件，使得異構(gòu)雜質(zhì)含量由0.6%降低到0.2%。