一种双烯液晶化合物中异构杂质来源分析及改善

霍学兵

（北京欣奕华材料科技有限公司，北京100176）

双烯液晶化合物具有高的弹性系数比K/K，能够平衡快的响应速度和高对比度的显示需求，在液晶显示材料中有非常重要的应用。此类液晶化合物一般通过Wittig反应合成，在实际工作中发现产品中较难提纯的杂质影响产品最终收率。本实验对一种双烯类液晶化合物（图1）中异构杂质分子结构进行分析确定，该化合物采用图2路线合成，杂质色谱图见图3，并确定了产生杂质的关键步骤为膦盐合成部分，通过调节关键工序的工艺参数对杂质实施有效控制。该实验对于提高双烯类化合物品质和收率有参考意义。

图1 液晶化合物结构Fig.1 Structure of liquid crystal compound

图2 液晶化合物合成路线Fig.2 RoS of liquid crystal compound

图3 杂质色谱图Fig.3 Chromatogram of impurity

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

Agilent 7890A5977E气相色谱/质谱联用仪，安捷伦公司；1 L三口瓶。

四氢铝锂，四氢呋喃，4-ethylidenecyclohexanecar⁃boxylic acid，DL-酒石酸钾钠，三苯基膦，咪唑，甲苯，碘，NaHSO，无水硫酸钠，石油醚，乙酸乙酯，叔丁醇钾，以上均为分析纯。

1.2 实验条件

1.2.1 色谱条件

色谱柱Agilent HP-5 MS 30 m×0.25 mm×0.25 μm石英毛细管色谱柱；流速1.0 mL/min；柱温升温程序：初始温度180℃，保持5 min，以10℃/min升至290℃保持40 min，汽化温度300℃，载气高纯氦气,样品用三氯甲烷配制质量比1%溶液后进样1 μL，分流比50∶1。

1.2.2 质谱条件

EI电子轰击能量70 eV，接口温度300℃，离子源温度250℃，质量扫描范围m/z 34～600。

1.3 表征及实验步骤

1.3.1 质谱分析及杂质结构推断

样品做气质分析，杂质质谱图见图4。由图4可知，杂质分子量为324，和产物分子量相同，应该为异构杂质，碎片特征峰和产物特征峰高度相似，并结合该化合物合成路线推测杂质分子结构为图5。

图4 杂质质谱图Fig.4 MS spectrum of impurity

图5 杂质推测结构Fig.5 Inferred structure of impurity

1.3.2 推断杂质合成及确认

按照图6路线推断杂质合成。

图6 杂质路线Fig.6 RoS of impurity

1.3.2.1 A1’(4-ethylidenecyclohexyl)methanol的制备

22 g四氢铝锂、200 mL四氢呋喃加入1 L干燥三口瓶中并搅拌15 min，将87 g 4-ethylidenecyclohexanecar⁃boxylic acid与100 mL四氢呋喃混合液缓慢滴入，过程保持平稳回流，滴完加热回流3 h。降至室温，搅拌下向反应液中滴加由200 g DL-酒石酸钾钠与160 mL水所配溶液。静置，将上层清液分出，水洗两遍，无水硫酸钠干燥，用旋蒸仪蒸净溶剂，得到A1’82 g，GC：98.8%。

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

80 g A1’、三苯基膦228 g、咪唑59 g、甲苯800 mL分别加入2 L三口瓶中，氮气保护下控温15℃加碘150 g搅拌3 h。停止搅拌后向反应液中滴入30 g NaHSO与400 mL水所配溶液，搅拌30 min分水层，有机相用20 g无水硫酸钠干燥旋蒸至干后，石油醚溶解过硅胶柱，下层固体用2倍石油醚冲洗2遍并过柱，旋净溶剂得到A2’95 g，GC：98.30%。

1.3.2.3 A3’（（4-ethylidenecyclohexyl）methylene）triphe⁃nylphosphorane的制备

A2’48 g、三苯基膦50 g、DMF 150 mL加入1 L三口瓶中，氮气保护下95℃控温搅拌8 h，停止搅拌，静置，将反应液倒入装有500 g乙酸乙酯的烧杯中搅拌，过滤并烘干得到A3’75 g。

1.3.2.4 A4’1-(4-(2-(4-ethylidenecyclohexyl)vinyl)cyclo⁃hexyl)-4-methoxybenzene的制备

将A3’14 g、四氢呋喃40 mL加入250 mL三口瓶中，氮气保护下加入3.6 g叔丁醇钾，控温0℃以下搅拌10 min。保持温度在0℃～5℃，向反应液中滴加5 g 4-（4-methoxyphenyl）cyclohexanecarbaldehyde和20 mLTHF混合液，滴毕室温搅拌3 h。100 mL 5%的盐水滴入反应液中并搅拌30 min，将下层水相分出无水硫酸钠，干燥旋干溶剂。石油醚过硅胶柱，旋干溶剂。乙醇重结晶得到A4’0.5 g，GC：98.5%。

A4’结构确认数据：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 结果与讨论

2.1 异构杂质分子结构确认

由以上合成出的A4’为标样，气相色谱标定产品中的杂质为A4’，验证并确认了产品中的异构杂质分子结构为图5，推测正确。

2.2 合成过程关键步骤分析

以每步合成的异构杂质A1’、A2’、A3’、A4’作为标样标定，确定4批产品中每步产品A1、A2、A3、A4中异构杂质的位置后统计异构杂质含量，见表1。数据作图分析（图7），可以明显看出，异构杂质生成的关键是A3的合成过程。

表1 每个合成步骤异构杂质含量

图7 每个合成步骤异构杂质含量Fig.7 Isomer impurity assay for each synthesis step

2.3 A3异构体改善

依据2.2中确定的异构杂质生成的关键是A3的合成过程，对合成A3的工艺过程进行了优化，发现通过调节A3合成温度，能有效降低异构体的含量至0.2%以下。通过改善A3中的异构体含量，双烯液晶化合物中异构杂质降低到0.2%以下。

3 结论

利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对一种双烯液晶化合物中异构杂质进行分析，并合成出了目标杂质化合物，确定了异构体的分子结构。对合成过程进行分析，识别出导致异构产生的关键步骤为膦盐合成工序。优化该步骤反应条件，使得异构杂质含量由0.6%降低到0.2%。