CN100436649C - 联苯的电化学合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种联苯的电化学合成方法,属于电化学技术领域。在可通入保护气的一室型电解池中,不锈钢片作阴极,锌片作阳极,饱和甘汞电极SCE作参比电极,氯化镉和氯化钠的饱和的DMF溶液作盐桥,氯化2,2'-联吡啶合镍,即NiCl2bpy作催化剂,DMF作溶剂,四氟硼酸四乙基铵,即(Et)4NBF4作支持盐电解质,卤代苯为反应物,在室温、氮气保护下,恒定电位-1.3~-1.8V vs.SCE下电解,电解结束后,电解液经后处理,得产物联苯,产率介于53.6~83.9%。有设备要求简单、电极易于制备、反应在常温下进行、能源消耗小、收率较高和适合工业化生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种联苯的电化学合成方法,属于电化学技术领域。
背景技术
联苯是一种芳烃,分子式C12H10,无色片状晶体,熔点71℃,沸点255.9℃,相对密度0.8660(20/4℃),不溶于水,溶于乙醇、乙醚和苯等有机溶剂,化学性质与苯相似,存在于煤焦油中。热稳定性高,其蒸气不易分解,可用作传热液体、有机热载体,也是高质量绝缘液的原料,用作增塑剂,防腐剂,还用于制造燃料、工程塑料和高能燃料。26.5%联苯和73.5%二苯醚组成的低共熔混合物,在9.5大气压下可加热到400℃。
M.Troupel在两室型电解池中,以四氢呋喃(THF)/六甲基磷酰三胺(HMPT)作混合溶剂,氯化二(三苯基磷)合镍(NiCl2(PPh3)2)作催化剂,过量三苯基磷(PPh3)作稳定剂,汞作电极,室温下电解偶联溴苯(PhBr),产率为58%,但该方法采用的汞电极有环境污染大,难以加工,不易工业化的缺点。Y.Rollin在一室型电解池中,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,溴化2,2’-联吡啶合镍(NiBr2bpy)作催化剂,过量2,2-联吡啶(bpy)作稳定剂,黄金网作阴极,室温下电解偶联溴苯,产率为75%,但该方法采用的金电极,成本很高。M.A.Fox在两室型电解池中,以二甲亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等作溶剂,锂作阳极,碳作阴极,1,2-二(二-2-丙基磷)苯镍配合物作催化剂,电解偶联卤代苯(PhX),65℃下氯苯(PhCl)在DMSO中的产率最高为80%,但该方法使用极活泼的碱金属锂作阳极,电极制备和操作困难,并且在65℃时才能得到较好的收率,还有能耗高的缺点。
有机合成上用Ullmann反应来实现溴苯或氯苯的偶联,但该方法需要在高温下进行,反应时间长,需要化学剂量的镍配合物。目前工业上联苯由苯(C6H6)在高温(750~850℃)下去氢制得,该方法环境污染大,对设备要求高,能源消耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联苯的电化学合成方法,该方法有设备要求简单、电极易于制备、反应在常温下进行、能源消耗小、收率较高和适合工业化生产的优点。
本发明的技术方案是在可通入保护气的一室型电解池中,不锈钢片作阴极,锌片作阳极,饱和甘汞电极SCE作参比电极,氯化镉和氯化钠的饱和的DMF溶液作盐桥,氯化2,2’-联吡啶合镍,即NiCl2bpy作催化剂,DMF作溶剂,四氟硼酸四乙基铵,即(Et)4NBF4作支持盐电解质,溴苯或氯苯为反应物,在室温、氮气保护下,恒定电位-1.3~-1.8V vs.SCE下电解,电解结束后,电解液经后处理,得产物联苯,产率介于53.6~83.9%。
现详细说明本发明的技术方案。一种联苯的电化学合成方法,其特征在于,具体操作步骤:
第一步设备准备
电解池为可通入保护气的圆柱型电解池,阴极为不锈钢片,阳极为锌片,参比电极为饱和甘汞电极,即SCE,用氯化镉、氯化钠的饱和的DMF溶液作盐桥,将所述的电极装入所述的电解池,通干燥的N2除去所述的电解池中的氧气;
第二步电解液制备
电解液由1份重量的(Et)4NBF4与30~50份重量的DMF混合而成,将所述的电解液注入所述的电解池;
第三步电解过程
在室温下,将0.25~0.50份重量的NiCl2bpy和1.5~2.5份重量的溴苯或氯苯加入所述的电解池中,向所述的电解池通入保护气N2,恒定电位-1.3~-1.8V vs.SCE下电解,通电量为每mol卤代苯1.2F;
第四步后处理
用传统的方法,向所述的电解液中加入稀盐酸,再用乙酸乙酯萃取,合并乙酸乙酯萃取相,然后用水洗涤,除去乙酸乙酯中残留的DMF,旋转蒸发除去乙酸乙酯,得产物联苯,产率为53.6~83.9%。
本发明的技术方案的进一步特征在于,第三步中,卤代苯是溴苯。
本发明的技术方案的进一步特征在于,第三步中,卤代苯是氯苯。
与背景技术相比,本发明的优点在于:
1.反应在室温下进行,能耗低。
2.采用一室型电解池,比两室型电解池所需电压低。
3.用不锈钢作阴极,比汞阴极污染小、易于加工,比金阴极价格便宜。
4.用NiCl2bpy作催化剂,成本低,易于制备。
5.与有机合成方法Ullmann反应相比,具有不需要高温、反应时间短、只需要催化剂量的镍催化剂的优点。
具体实施方式
现通过实施例进一步说明本发明的技术方案。所有的实施例完全按照所述的合成方法的操作步骤进行操作。
实施例一
第二步中,电解液由0.84g(Et)4NBF4和37.8g DMF组成;第三步中,将NiCl2bpy和溴苯加入所述的电解池中,溴苯的重量和浓度分别为1.27g和0.2mol L-1,NiCl2bpy的重量和浓度分别为0.23g和0.02mol L-1,恒定电位-1.3V vs.SCE下电解,电解过程中通以保护气N2;第四步中,稀盐酸的容量和浓度分别为20mL和0.5mol L-1,依次用20mL、10mL和10mL乙酸乙酯萃取三次,分别用5mL水洗涤两次,合并乙酸乙酯相,旋转蒸发去溶剂后,得产物联苯,产率为53.6%。
实施例二
第二步中,电解液由0.84g(Et)4NBF4和37.8g DMF组成;第三步中,将NiCl2bpy和溴苯加入所述的电解池中,溴苯的重量和浓度分别为1.27g和0.2mol L-1,NiCl2bpy的重量和浓度分别为0.23g和0.02mol L-1,恒定电位-1.5V vs.SCE下电解,电解过程中通以保护气N2;第四步中,稀盐酸的容量和浓度分别为20mL和0.5mol L-1,依次用20mL、10mL和10mL乙酸乙酯萃取三次,分别用5mL水洗涤两次,合并乙酸乙酯相,旋转蒸发去溶剂后,得产物联苯,产率为79.7%。
实施例三
第二步中,电解液由1.26g(Et)4NBF4和37.8g DMF组成;第三步中,将NiCl2bpy和溴苯加入所述的电解池中,溴苯的重量和浓度分别为1.27g和0.2mol L-1,NiCl2bpy的重量和浓度分别为0.23g和0.02mol L-1,恒定电位-1.8V vs.SCE下电解,电解过程中通以保护气N2;第四步中,稀盐酸的的容量和浓度分别为20mL和0.5molL-1,依次用20mL、10mL和10mL乙酸乙酯萃取三次,分别用5mL水洗涤两次,合并乙酸乙酯相,旋转蒸发去溶剂后,得产物联苯,产率为83.9%。
实施例四
第二步中,电解液由0.84g(Et)4NBF4和37.8g DMF组成;第三步中,将NiCl2bpy和氯苯加入所述的电解池中,氯苯的重量和浓度分别为0.91g和0.2mol L-1,NiCl2bpy的重量和浓度分别为0.23g和0.02mol L-1,恒定电位-1.8V vs.SCE下电解,电解过程中通以保护气N2;第四步中,稀盐酸的容量和浓度分别为20mL和0.5mol L-1,依次用20mL、10mL和10mL乙酸乙酯萃取三次,分别用5mL水洗涤两次,合并乙酸乙酯相,旋转蒸发去溶剂后,得产物联苯,产率为67.4%。
实施例五
第二步中,电解液由1.26g(Et)4NBF4和37.8g DMF组成;第三步中,将NiCl2bpy和氯苯加入所述的电解池中,溴苯的重量和浓度分别为1.88g和0.3mol L-1,NiCl2bpy的重量和浓度分别为0.23g和0.02mol L-1,恒定电位-1.8V vs.SCE下电解,电解过程中通以保护气N2;第四步中,稀盐酸的容量和浓度分别为20mL和0.5mol L-1,依次用20mL、10mL和10mL乙酸乙酯萃取三次,分别用5mL水洗涤两次,合并乙酸乙酯相,旋转蒸发去溶剂后,得产物联苯,产率为68.0%。
实施例六
第二步中,电解液由1.26g(Et)4NBF4和37.8g DMF组成的溶液;第三步中,将NiCl2bpy和氯苯加入所述的电解池中,溴苯的重量和浓度分别为1.27g和0.2mol L-1,NiCl2bpy的重量和浓度分别为0.33g和0.03mol L-1,恒定电位-1.8V vs.SCE下电解,电解过程中通以保护气N2;第四步中,稀盐酸的容量和浓度分别为20mL和0.5mol L-1,依次用20mL、10mL和10mL乙酸乙酯萃取三次,分别用5mL水洗涤两次,合并乙酸乙酯相,旋转蒸发去溶剂后,得产物联苯,产率为83.7%。
Claims (1)
1.一种联苯的电化学合成方法,其特征在于,具体操作步骤:
第一步设备准备
电解池为可通入保护气的圆柱型电解池,阴极为不锈钢片,阳极为锌片,参比电极为饱和甘汞电极,即SCE,用氯化镉、氯化钠的饱和的DMF溶液作盐桥,将所述的电极装入所述的电解池,通干燥的N2除去所述的电解池中的氧气;
第二步电解液制备
电解液由1份重量的(Et)4NBF4与30~50份重量的DMF混合而成,将所述的电解液注入所述的电解池;
第三步电解过程
在室温下,将0.25~0.50份重量的NiCl2bpy和1.5~2.5份重量的溴苯或氯苯加入所述的电解池中,向所述的电解池通入保护气N2,恒定电位-1.3~-1.8V vs.SCE下电解,通电量为每mol卤代苯1.2F;
第四步后处理
用传统的方法,向所述的电解液中加入稀盐酸,再用乙酸乙酯萃取,合并乙酸乙酯萃取相,然后用水洗涤,除去乙酸乙酯中残留的DMF,旋转蒸发除去乙酸乙酯,得产物联苯,产率为53.6~83.9%。
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