CN100516050C - 一种含氟原子的二苯基咪唑化合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含氟原子的二苯基咪唑化合物及其制备方法，用于印制线路板表面处理，它公开了2-(4’-氯苯基)4-(4’-氟苯基)咪唑A的化学结构式，以及公开了其制备方法，即先合成2’-氯4-氟苯乙酮B、4-氯苯甲脒盐酸盐C。B和C在氯仿-K2CO3水溶液两相中、搅拌下加热回流发生缩合反应得目标产物A。合适的配料比mol/mol：B∶C＝1∶1.1，回流反应时间为7小时，反应后产物经冷却、过滤得白色固体，经水洗、干燥得粗品。再用95%乙醇为溶剂纯化处理，纯品为白色结晶。本发明原料易得，反应条件温和，产率高，成本低，适合工业化生产。

Description

一种含氟原子的二苯基咪唑化合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含氟原子的二苯基咪唑化合物及其制备方法，具体是指应用于印制线路板表面处理液中活性成分2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑及其制备方法。
背景技术
二苯基咪唑化合物已广泛用于印制线路板表面处理液中的活性成分。在美国专利US 5,560,785(1996.10.01)、US 5,498,301(1996.03.12)、欧洲专利EP 0,627,499A(1994.12.07)等专利中，铜和铜合金的表面处理液(即有机可焊保护膜处理液)中，其活性组分均选自二芳基咪唑化合物。近年来，在使用无铅焊剂焊接时，为提高无铅焊剂相对于铜和铜合金的表面润湿性，从而具有良好的焊接性，特别是焊剂溢流性和焊剂延展性。本领域制造商都在从事多方面研究以求解决的方法。日本专利JP 2005 349 439(2005.12.22)及中国专利CN 1761773A(公开日2006.04.19)均使用2，4-二苯基咪唑化合物的2-位或4-位苯基被氯原子或溴原子取代的咪唑化合物为活性成分。由于生成的化学处理膜要求经多次高温焊接而不变化，但以上许多化合物仍不够理想。因此要求作为活性组分必须高温下极为稳定。特别是在制备方面，中国专利CN1761773A合成四个含两个氯原子二苯基咪唑化合物。方法1是配料比(mol/mol)卤代苯乙酮B∶苯甲酸脒盐酸盐C＝1∶1，缩合反应的碱为KHCO3，溶剂为四氢呋喃。在均相中回流反应2小时，粗品收率为62-71.3％(纯品收率为58.3-67％)。方法2，碱为CH3ONa，其他条件基本相同，粗品收率为46-55％。方法2使用强碱CH3ONa，需用极度危险品金属钠制备，不利工业化生产，且以上二种方法收率相对都较低。
发明内容
苯环上有氟原子是相当稳定的结构体系，本发明的目的之一是提供一种含氟原子的二苯基咪唑化合物作为有机助焊剂保护膜处理液中供选择的活性成分。
本发明的另一个目的是提供一种未见文献报道的含氟原子的二苯基咪唑化合物的制备方法。
本发明的技术解决方案是：2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑化学结构式为：
Figure C20071002875400041
2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑化合物A的M.P、薄层色谱法Rf、红外光谱IR、1H-NMR、13C-NMR谱、MS和元素分析EA数据如下：
M.P：227-228℃
TLC用硅胶F254板，CH2CL2为展开剂：Rf＝0.28
IRMax KBr(CM-1)：3440.1，3159.3，3080.0，2991.8，2886.4，1888.2，1648.5，1581.0，1493.4，1431.0，1216.1，1136.4，1102.3，834.0，619.1，512.8
1H-NMR(DMSO-d6)δ(ppm)：
7.21-7.35(m，2H，2d＝C-H)
7.45-7.55(m，2H，2b＝C-H)
7.73-8.14(m，5H，2a＝C-H，
2c＝C-H，g＝C-H)
12.82(s，1H，N-H)
Figure C20071002875400051
13C-NMR(DMSO-D6)δ(ppm)：
163.53，160.31(s，Ck)；
145.78(s，Ce)；        141.34(s，Cf)；
133.58(s，Ci)；        132.00(s，Ch)；
130.29，129.71(2d，2×Cb)；
129.40(2d，2×Ca)；    127.48(s，Cj)；
127.17，127.06(2d，2×Cc)；
116.31，116.03(2d，2×Cd)；
115.36(d，Cg)
MS(FAB)m/z：274(M++2，29.1)，273(M++1，16.1)，
272(M+，100)，237(M+-Cl，8.9)，210(6.3)，
151(9.0)，134(5.3)，108(12.0)，107(13.3)
89(4.5)，75(C6H3，3.8)
EA计算值(％)：C，66.07；H，3.696；N，10.27；Cl，13.00；F，6.97
测定值(％)：C，66.03；H，3.711；N，10.27。
本发明的制备方法，第一步是先用Friedel-Crafts酰基化反应合成2’-氯4-氟苯乙酮B，第二步是用4-氯苯甲腈与无水乙醇在氯化氢存在下，进行加成反应得4-氯苯亚氨基乙氧基醚盐酸盐D，D再与氨的乙醇溶液发生反应，乙氧基被氨基取代生成4-氯苯甲脒盐酸盐C。第三步是B和C以mol/mol配料比：B∶C＝1∶1.07-1.13，在氯仿-K2CO3水溶液两相中进行，搅拌回流7小时发生缩合反应得目标产物。经冷却、过滤、水洗、干燥得粗品，再经提纯得纯品A，为白色结晶。
本发明的反应式如下：
第一步：
Figure C20071002875400061
第二步：
Figure C20071002875400062
第三步：
Figure C20071002875400071
第三步缩合重排可能反应机理，见下式：
Figure C20071002875400072
Figure C20071002875400081
式一、缩合重排可能反应机理
缩合反应采用4-氯苯甲脒盐酸盐C过量，因C在碱性水溶液中溶解性较大，不易析出，且2’-氯-4-氟苯乙酮B在水溶液中有催泪性，故用过量的C与B完全反应，合适的配料比mol/mol：B∶C＝1.0∶1.1。
缩合反应宜在CHCl3-30％K2CO3水溶液两相中进行，曾用NaOH或KOH强碱代替K2CO3，则反应产物颜色变为棕黄，产率明显降低；改用溶剂THF代替CHCl3，使成均相进行反应，产品颜色变黄，需增加脱色处理步骤，并使产率略为降低。同时THF易着火，改用CHCl3-30％K2CO3水溶液两相进行反应，更为安全。
试剂、薄层层析板：
2’-氯-4-氟苯乙酮：自行制备。白色结晶，M.P 48-49℃，TLC(CH2Cl2为展开剂)，Rf＝0.85。
4-氯苯甲脒盐酸盐：自行制备。白色结晶，M.P 243-245℃，TLC(CH3COOH为展开剂)，Rf＝0.72。
TLC用Merck硅胶F254薄层层析板。
仪器：
美国Varian公司INOVA 500MB超导核磁共振仪；
德国Bruker公司EQUINOX 55傅里叶变换红外光谱-红外显微镜联用仪；
美国Thermo公司MAT95XP高分辨质谱仪；
德国Elementar公司Vario EL元素分析仪。
本发明2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑的制备方法如下：
第一步酰基化反应制备2’-氯4-氟苯乙酮B。
参照文献[李学恕等，合成化学，Vol.11第3期250-254]的方法，用氯仿为溶剂，氟苯、氯乙酰氯在无水三氯化铝催化下，进行傅列德尔-克拉夫茨(Friedel-Crafts)酰基化反应，合成2’-氯-4-氟苯乙酮B，为白色结晶。产率93.8％，M.P 48-49℃。
TLC(CH2Cl2为展开剂)，Rf＝0.85。
IRMax KBr(CM-1)：2970(w，HCH)，1698(s，C＝O)，1598(s，Ar C＝C)，1510(m，Ar C＝C)，1185(m，Ar＝C-H)，852(m，Ar＝C-H)。
MS(FAB)m/z：173(M+，3％)；125(M++1-CH2Cl，8％)；124(M+-CH2Cl，100％)；95(C6H4F，44％)；75(C6H3，17％)；50(CH2Cl，5％)。
第二步4-氯苯甲脒盐酸盐C的制备。
参照文献[US.4，500，533(Feb，19.1985)]的方法，将4-氯苯甲腈溶于无水乙醇和无水乙醚混合液中通氯化氢进行加成反应得4-氯苯甲亚氨基乙氧基醚盐酸盐，再将后者与氨的乙醇溶液反应，结果乙氧基被氨基取代生成4-氯苯甲脒盐酸盐C。为白色结晶，总产率73.2％，M.P 243-245℃。
IRMax Kbr(CM-1)：3238，3054，1677，1460，1401，1033，715
1H-NMR(DMSO-d6)δ(ppm)：7.61-7.77(m，3-H，2H)；7.86-7.97(m，2-H，2H)；8.38-8.40(br，s，4H，NH，＝N-H)
TLC(CH3COOH为展开剂)，Rf＝0.72。
第三步缩合反应制备2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑。
比较例
参照中国专利CN1761773A(实施例1-2、1-4)的反应条件进行缩合反应。
将24.3g(0.107mol)4-氯苯甲脒盐酸盐、43.1g(0.43mol)碳酸氢钾、169ml四氢呋喃和42.2ml水的悬浮液加热回流的同时，用30分钟滴加18.5g(0.107mol)2’-氯-4-氟苯乙酮和46.4ml四氢呋喃溶液。滴加结束后，加热回流2小时。然后，将反应液减压蒸馏蒸出四氢呋喃、水后，过滤收集固体物，并用水洗、甲苯洗，得9.1g黄色粗品。粗品用95％乙醇热溶后，加活性炭脱色，乘热过滤，烘干，得白色结晶2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑
Figure C20071002875400101
产率30.1％，M.P226-227℃。显示含氟原子的二苯基咪唑化合物的反应性能明显不同于含氯原子的二苯基咪唑化合物，必须根据含氟原子的二苯基化合物的特殊法，探索较理想的缩合条件。经过探索，找到较理想的缩合反应条件，即配料比(mol/mol)2’-氯-4-氟苯乙酮B∶4-氯苯甲脒盐酸盐C＝1∶1.1，缩合反应我们避开了金属钠，而采用的碱为K2CO3，在CHCl3-30％K2CO3水溶液两相中进行，回流时间由2小时延长至7小时，产率从以上二个实施例的30.1％提高到82.0％。这个与比较例完全不同的制备工艺具有原料易得，反应条件温和、产率高，成本低、安全性好等优点，适合工业化生产。
另一方面，本发明的含氟原子的二苯基咪唑化合物，未见文献上应用于印制线路板表面处理液中的活化成分。为了选择耐高温的活性成分和扩大活性组分的范围，有必要寻找新型的潜在的活性成分。苯环含氟的2，4-二芳基化合物，其氟原子比氯原子、溴原子稳定的多。如卤代烃与镁发生反应生成镁有机化合物(即格氏试剂)的难易程度各不相同，由易到难一般是：
RI＞RBr＞RCl＞RF
这是因为C-F键特别稳定的缘故。(王葆仁著，有机合成反应，下册，科学出版社，1985.1 P1032)。
发明人曾将四个含二个卤原子的二苯基咪唑化合物的熔点及热熔后冷却的结晶情况作一比较，发现2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑熔点最高，高温熔化后，再冷却，仍为白色结晶。现表列如下：
含两个卤原子的二苯基咪唑   熔点   热熔后经冷却的结晶情况
2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑 226-227℃   升温至260℃，再冷却，仍为白色结晶
2-(4’-氯苯基)-4-(4’-溴苯基)咪唑 206-207℃   升温至260℃，再冷却，结晶变为浅黄色
2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氯苯基)咪唑 190-191℃   升温至260℃，再冷却，结晶部分变浅黄色
2-(4’-氯苯基)-4-苯基5-甲基咪唑 201-203℃   加热至230℃，熔化后冷却，部分发生分解，残留物变黄色
试验表明，含氟原子的2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑在上述四种类似物中，比含溴原子、氯原子的二苯基化合物耐高温性能要稳定得多。
本发明的优点是提供了一种新型供选择的活性成分，它可耐高温，加入有机助焊剂保护膜处理液中经多次高温焊接而不变化，本发明的制造方法温和安全，产率高，原料易得，成本低，适合工业化生产。
具体实施方式
实施例一
将24.3g(0.107mol)4-氯苯甲脒盐酸盐、250ml氯仿、17.3g(0.10mol)2’-氯-4-氟苯乙酮溶于175ml氯仿的溶液，混合搅拌下，滴加30％K2CO3水溶液500ml，出现白色棉花状物，然后加热回流5小时，棉花状物消失。TLC跟踪反应终点。[用CH2Cl2为展开剂，在254nm紫外光灯下观察。产生一个新的紫色荧光斑点，Rf＝0.28，二个原料斑点(Rf＝0.85，Rf＝0)基本消失]，停止反应，冷却，过滤[注1]，DI水洗至中性，干燥，得白色固体粗品19.3g，M.P 224-225℃。
粗品用95％乙醇为溶剂，热溶后，乘热过滤，在搅拌下加DI水析出结晶，抽滤，烘干，得白色结晶2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑A 18.2g，产率66.7％，M.P 227-228℃。
化学结构式为：
[注1]反应后得溶剂CHCl3和水相分离后，可蒸馏回收以减少污染，同时，收集固体物其中仍有产物，可用95％乙醇二次纯化处理，约得2g纯品。
产物A的IR、1H-NMR、13C-NMR谱、MS和元素分析EA数据如下：
IRMax KBr(CM-1)：3440.1，3159.3，3080.0，2991.8，2886.4，1888.2，1648.5，1581.0，1493.4，1431.0，1216.1，1136.4，1102.3，834.0，619.1，512.8。
1H-NMR(DMSO-d6)δ(ppm)：
7.21-7.35(m，2H，2d＝C-H)
7.45-7.55(m，2H，2b＝C-H)
7.73-8.14(m，5H，2a＝C-H，
2c＝C-H，g＝C-H)
12.82(s，1H，N-H)。
13C-NMR(DMSO-d6)δ(ppm)：
163.53，160.31(s，Ck)；
145.78(s，Ce)；         141.34(s，Cf)；
133.58(s，Ci)；         132.00(s，Ch)；
130.29，129.71(2d，2×Cb)；
129.40(2d，2×Ca)；     127.48(s，Cj)；
127.17，127.06(2d，2×Cc)；
116.31，116.03(2d，2×Cd)；
115.36(d，Cg)。
MS(FAB)m/z：274(M++2，29.1)，273(M++1，16.1)，
272(M+，100)，237(M+-Cl，8.9)，210(6.3)，
151(9.0)，134(5.3)，108(12.0)，107(13.3)
89(4.5)，75(C6H3，3.8)。
EA计算值(％)：C，66.07；H，3.696；N，10.27；Cl，13.00；F，6.97。
测定值(％)：C，66.03；H，3.711；N，10.27。
实施例二
配料比：2’-氯-4-氟苯乙酮B 17.3g(0.10mol)
4-氯苯甲脒盐酸盐C 25.0g(0.11mol)
反应条件及操作与实施例一相同。
所得产物A M.P 227-228℃，产量19.9g，产率73.1％，产物的TLC Rf值、IR、1H-NMR、13C-NMR、MS和EA测定结果与实施例一一致，以下实施例三、四、五、六的M.P、TLC Rf值、光谱和EA数据也基本相同。
实施例三
B仍为17.3g(0.10mol)，C改为25.7g(0.113mol)
反应条件及操作与实施例一相同，
所得产物A产量20.0g，产率73.2％。
实施例四
配料比B为17.3g(0.10mol)
C为24.3g(0.11mol)
加热回流时间由5小时改为7小时，
其它反应条件及操作与实施例一相同，
所得产物A产量22.2g，产率81.4％。
实施例五
加热回流时间由5小时改为8小时，
其它配料比、投料量、反应条件及操作与实施例一相同，
所得产物A产量21.17g，产率81.3％。
实施例六
投料量比实施例四相比放大6倍，其它物料投料量相应增加。
即配料比B为103.8g(0.60mol)
C为145.8g(0.66mol)
加热回流时间为7小时，
其它反应条件及操作与实施例一相同，
所得产物A产量134.2g，产率82.0％。
表一、比较例、实施例一～六缩合反应条件及产率
比较例   实施例一   实施例二   实施例三   实施例四   实施例五   实施例六
  配料比B∶C(mol/mol) 1∶1 1∶1.07 1∶1.10 1∶1.13 1∶1.1 1∶1.1   1∶1.1放大6倍量
  碱   KHCO<sub>3</sub>   K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>   K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>   K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>   K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>   K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>   K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
溶剂均相或两相 THF均相   CHCl<sub>3</sub>-30％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>水溶液两相   CHCl<sub>3</sub>-30％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>水溶液两相   CHCl<sub>3</sub>-30％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>水溶液两相   CHCl<sub>3</sub>-30％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>水溶液两相   CHCl<sub>3</sub>-30％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>水溶液两相   CHCl<sub>3</sub>-30％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>水溶液两相
  回流时间(小时)   2   5   5   5   7   8   7
  产率(％)   30.1   66.7   73.1   73.2   81.4   81.3   82.0

Claims (5)

1、一种含氟原子的二苯基咪唑化合物，其特征是2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑，化学结构式为：
2、2-(4’-氯苯基)-4-(4’-氟苯基)咪唑A的制备方法，其特征是先用Friedel-Crafts酰基化反应合成2’-氯-4-氟苯乙酮B，以及用4-氯苯甲腈为原料合成4-氯苯甲脒盐酸盐C，B和C以mol/mol配料比：B∶C＝1∶1.07-1.13，在氯仿-K2CO3水溶液两相中，搅拌加热回流5-8小时发生缩合反应得目标产物，经冷却、水洗得粗品，经提纯得纯品A，为白色结晶。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征是第三步缩合反应，合适的配料比mol/mol：B∶C＝1∶1.1。
4、根据权利要求2所述的制备方法，其特征是第三步缩合反应，搅拌下加热回流时间为7小时。
5、根据权利要求2所述的制备方法，其特征是缩合反应所得粗品，用95％乙醇为溶剂进行纯化处理。
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