CN107556332A - 一种常温下制备2,4‑二氟苯硼酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成领域,公开了一种在常温下制备2,4‑二氟苯硼酸的方法,该方法以2,4‑二氟溴苯、镁屑、硼酸酯为原料,辅助醚类溶剂,通过瞬时控制反应液中2,4‑二氟溴苯的浓度,使2,4‑二氟苯基溴化镁浓度保持在较低水平,再利用超声辐射加快2,4‑二氟苯基溴化镁转化成2,4‑二氟苯硼酸,大大减少了副产物的产生,并使用萃取‑反萃取技术除去副产物,最高收率达到70%,纯度95~99%。本发明使用的原料廉价易得,反应条件温和,工艺简单安全,生产成本低,所得产品收率高、纯度好,具有重要的产业化前景。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法。
背景技术
芳基硼酸性质稳定,在空气中不易被氧化潮解,且与卤代芳烃的Suzuki偶联反应有较好的位置及立体选择性,反应条件温和。含氟苯硼酸是芳基硼酸重要代表之一,氟原子具有很强的吸电子,往往会使原来分子的电子性质发生很大的变化,从而使含氟苯硼酸具有良好的稳定性和大的介电各向异性, 近年在有机合成、生物医学、农药及材料学方面都有非常重要的作用,在液晶显示材料方面作用尤为显著。
2,4-二氟苯硼酸(2,4-diflorophenyl-1-boronic acid)是一种含氟的单取代芳基硼酸化合物,其化学结构式如下:
目前合成单取代芳基硼酸方法主要有格氏试剂法、有机锂试剂法、“一锅法”和超声法。格氏试剂法通常需要低温、无水和无氧等条件,反应条件苛刻;有机锂试剂法也是低温操作,耗能大,且有机锂试剂价格昂贵,易爆炸,操作危险性较高;“一锅法”常温下操作,反应条件较简单,仍需严格无水无氧;超声法操作简单,反应速度快,收率高,为单取代芳基硼酸提供了一条简捷的潜在合成途径。专利CN102146099B以2,4-二氟溴苯为原料,在-35℃下将2,4-二氟溴苯制成格氏试剂后,在-60℃下与硼酸酯反应合成2,4-二氟苯硼酸,反应条件苛刻,称重收率比较低,仅为40%。有机锂试剂法(Frohn HJ. , et al. , Z Anorg AllgChem, 2002, 2827-2833.)在-70℃下反应,2,4-二氟苯硼酸称重收率为77%,其反应条件苛刻,操作危险性高,且试剂价格昂贵。由于2,4-二氟苯硼酸是氟邻位的单取代芳基硼酸化合物,产生的中间体2,4-二氟苯基溴化镁不稳定易生成副产物,且副产物难以通过重结晶法除去,目前尚未见到“一锅法”或超声法直接合成2,4-二氟苯硼酸的文献报道。
针对传统方法合成2,4-二氟苯硼酸过程中,反应温度过低,条件苛刻,操作危险性高,反应收率低及副产物难以分离等不足,本发明公开一种在常温下安全高效合成2,4-二氟苯硼酸的方法,该方法主要通过瞬时控制反应液中2,4-二氟溴苯的浓度,使2,4-二氟苯基溴化镁浓度保持在较低水平,再利用超声辐射加快2,4-二氟苯基溴化镁转化成2,4-二氟苯硼酸,大大减少副产物的产生,并使用萃取-反萃取联合技术除去副产物,不但提高产物收率,同时提高产物的纯度。本发明使用的原料廉价易得,反应条件温和,工艺简单安全,生产成本低,所得产品收率高、纯度好,具有重要的产业化前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法。
本发明的技术方案是:
1.一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,其特征在于:以硼酸酯、镁屑为底物,在一定超声条件下,用滴加方式加入2,4-二氟溴苯和醚类溶剂的预混液开始合成反应,在反应一定程度后得到2,4-二氟苯硼酸酯反应液,再酸化后得到产品粗液,再通过萃取、反萃取得到高纯度2,4-二氟苯硼酸产品;
所述硼酸酯为硼酸三异丙酯、硼酸三乙酯、硼酸三丁酯中的一种;
所述醚类溶剂为四氢呋喃、甲基四氢呋喃、乙醚中的一种;
所述硼酸酯、镁屑的摩尔比为1:1~6;
所述预混液为2,4-二氟溴苯与醚类溶剂组成的混合物,体积比为1:8~16;
所述超声条件为超声功率为150w~250w,超声温度0~50℃;
所述滴加方式为匀速滴加,滴加时间20min~50min,使2,4-二氟溴苯浓度保持在0.17~0.41mmol/ml;
所述反应一定程度为滴加结束后,在超声条件下继续反应60~90 min,反应液最终变为淡黄色浊液。
2. 如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,硼酸酯、镁屑、2,4-二氟溴苯摩尔比为1:1~4:1~2。
3.如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,所述的酸化是将2,4-二氟苯硼酸酯反应液除去未反应的镁屑后,通过滴加0.5mol/L的盐酸调节滤液pH至1~4。
4. 如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,所述的萃取包括:用乙酸乙酯将酸化后的反应液萃取再分液,得到有机相I和水相I,取有机相I再水洗分液得到有机相II和水相II,合并水相得到水相III,再用乙酸乙酯萃取水相Ⅲ得到有机相III,将有机相II与有机相III合并得到有机相IV,再在35℃~60℃下旋蒸,除去醚类溶剂和乙酸乙酯,析出的棕黄色固体即2,4-二氟苯硼酸粗产品,最高收率达到73%,纯度80%以上。
5. 如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,所述的反萃取包括:通过向2,4-二氟苯硼酸粗产品中滴入5~10ml 0.5mol/L的NaOH溶液至pH为10~13,形成2,4-二氟苯硼酸钠溶液,通过乙酸乙酯萃取分液得到有机相I和水相I,取有机相I再用10-20ml纯水洗2-3次得到有机相II和水相II,合并水相I和水相II得到水相III,再用0.5mol/L的盐酸溶液将水相III的pH调节到1~3,使2,4-二氟苯硼酸钠酸化形成2,4-二氟苯硼酸混合物,再用乙酸乙酯萃取2-3次,旋蒸除去乙酸乙酯,得到白色高纯度2,4-二氟苯硼酸,两步收率最高达到70%,纯度95~99%。
本发明的有益效果:本发明克服了传统方法中反应温度过低、条件苛刻、操作危险性高、反应收率低及副产物难以分离等不足,本方法原料廉价易得,反应条件温和,只需常温下反应,操作简单安全,生产成本低,最高收率达到70%,纯度达到95~98%,具有重要的产业化前景。
附图说明
图1 为合成2,4-二氟苯硼酸的工艺流程图。
图2 为2,4-二氟苯基溴化镁生成反应式。
图3 为 2,4-二氟苯硼酸生成反应式。
图4 为主要副反应反应式。
图5 为2,4-二氟苯硼酸红外图谱3086.39cm-1归属于苯环上的C-H吸收峰,1435.46cm-1、1614.93cm-1归属于苯环骨架变形振动,1400cm-1-1100cm-1为C-F收缩振动吸收,733.20cm-1、682.70cm-1归属于苯环邻位三取代C-H面外弯曲振动吸收,3403.10cm-1归属于缔合的O-H的伸缩振动吸收,1342.25cm-1归属于B-O的伸缩振动吸收。
具体实施方式
实施例1、“一锅法”合成2,4-二氟苯硼酸
在装有冷凝管,恒压滴定漏斗的三口烧瓶中加入0.3mol(0.76g)镁屑、0.1mol(1.88g)硼酸三异丙酯和一颗搅拌子,将0.15mol(2.88g)2,4-二氟溴苯和20ml四氢呋喃加入60ml恒压滴定漏斗,在氮气保护下,边滴加边反应,反应温度40℃,60min滴完,滴完后继续反应180min。反应结束后,滤除未反应的镁屑。向滤液中加入5ml 0.1mol/L盐酸,溶液将出现白色絮状物,继续添加5ml 0.1mol/L的盐酸,絮状物消失,溶液变澄清,用20ml乙酸乙酯萃取分液,有机相用15ml纯水洗涤一次,水相用乙酸乙酯萃取2×10ml,然后合并有机相,在55℃下旋蒸30min得0.88g粗产物。经液相色谱检测产品纯度为54.46%,产品收率为30.33%。
实施例2、超声法合成2,4-二氟苯硼酸
在装有冷凝管的100ml圆底烧瓶中加入0.3mol(0.76g)镁屑、0.10mol(1.88g)硼酸三异丙酯,20ml四氢呋喃、0.15mol(2.88g)2,4-二氟溴苯,开启超声反应,超声功率175w,反应温度40℃,反应40min。反应结束后,向滤液中加入5ml 0.1mol/L盐酸,溶液将出现白色絮状物,继续添加5ml 0.1mol/L的盐酸,絮状物消失,溶液变澄清,用20ml乙酸乙酯萃取分液,有机相用15ml纯水洗涤一次,水相用乙酸乙酯萃取2×10ml,然后合并有机相,在55℃下旋蒸30min得0.97g粗产物。经液相色谱检测产品纯度为67.28%,产品收率为41.31%。
实施例3、本发明单因素试验考察
取镁屑、硼酸三异丙酯加入圆底烧瓶,取2,4-二氟溴苯、醚类溶剂加入恒压滴定漏斗,边滴加超声。反应结束后,滤除未反应的镁屑,向滤液中加入5ml 0.1mol/L盐酸,溶液将出现白色絮状物,继续添加5ml 0.1mol/L的盐酸,絮状物消失,溶液变澄清,用20ml乙酸乙酯萃取分液,有机相用15ml纯水洗涤一次,水相用乙酸乙酯萃取2×10ml,然后合并有机相,在60℃下旋蒸得粗产物。用液相色谱检测产品纯度,并计算产品收率。
(1)在2,4-二氟溴苯0.15mol(2.88g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应温度为40℃,反应功率为175w ,四氢呋喃用量为20ml,反应时间为100min,滴加时间为30min条件下,镁屑与硼酸三异丙酯的摩尔比影响如表1所示:
表1
镁:硼酸三异丙酯摩尔比 | 1: 1 | 2: 1 | 3: 1 | 4: 1 |
产物质量/g | 0.96 | 1.15 | 1.34 | 1.38 |
产物纯度/% | 32.43 | 82.41 | 85.43 | 80.22 |
反应收率/% | 20.53 | 52.16 | 73.01 | 70.12 |
(2)在镁屑0.3mol(0.76g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应温度为 40℃,反应功率为175w,四氢呋喃用量为20ml,反应时间为100min,滴加时间为30min条件下, 2,4-二氟溴苯与硼酸三异丙酯的摩尔比影响如表2所示:
表2
2,4-二氟溴苯:硼酸三异丙酯摩尔比 | 1: 1 | 1.25: 1 | 1.5: 1 | 1.75: 1 |
产物质量/g | 0.87 | 1.18 | 1.34 | 1.06 |
产物纯度/% | 73.43 | 76.16 | 85.43 | 20.28 |
反应收率/% | 40.43 | 56.88 | 73.01 | 12.84 |
(3)在镁屑0.3mol(0.76g),2,4-二氟溴苯0.15mol(1.92g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应功率为175w,四氢呋喃用量为20ml,反应时间为100min,滴加时间为30min条件下,反应温度的影响如表3所示:
表3
反应温度/℃ | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
产物质量/g | 0.9 | 0.96 | 1.17 | 1.34 | 0.97 |
产物纯度/% | 68.63 | 77.86 | 66.73 | 85.43 | 72.76 |
反应收率/% | 39.09 | 47.31 | 56.74 | 73.01 | 44.67 |
(4)在镁屑0.3mol(0.76g),2,4-二氟溴苯0.15mol(1.92g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应温度为 40℃,四氢呋喃用量为20ml,反应时间为100min,滴加时间为30min条件下,超声功率的影响如表4所示:
表4
反应功率/W | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 |
产物质量/g | 1.15 | 1.04 | 1.34 | 1.57 | 1.32 |
产物纯度/% | 79.95 | 79.73 | 85.43 | 51.10 | 65.48 |
反应收率/% | 58.19 | 52.50 | 73.01 | 51.70 | 51.36 |
(5)在镁屑0.3mol(0.76g),2,4-二氟溴苯0.15mol(1.92g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应功率为175w,反应温度为 40℃,反应时间为100min,滴加时间为30min条件下,醚类溶剂的用量和种类的影响如表5所示:
表5
四氢呋喃用量/ml及种类 | 10 | 20 | 30 | 40 | 20(MeTHF) |
产物质量/g | 1.22 | 1.34 | 1.08 | 1.09 | 1.09 |
产物纯度/% | 81.89 | 85.43 | 70.05 | 77.06 | 62.80 |
反应收率/% | 63.23 | 73.01 | 47.88 | 53.16 | 42.32 |
(6)在镁屑0.3mol(0.76g),2,4-二氟溴苯0.15mol(1.92g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应功率为175w,反应温度为 40℃,四氢呋喃用量为20ml,滴加时间为30min条件下,反应时间的影响如表6所示:
表6
反应时间/min | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 |
产物质量/g | 1.13 | 1.05 | 1.13 | 1.34 | 1.17 |
产物纯度/% | 72.89 | 76.37 | 82.31 | 85.43 | 80.60 |
反应收率/% | 52.13 | 50.75 | 58.87 | 73.01 | 59.69 |
(7)在镁屑0.3mol(0.76g),2,4-二氟溴苯0.15mol(1.92g),硼酸三异丙酯0.10mol(1.88g),反应功率为175w,反应温度为 40℃,四氢呋喃用量为20ml,反应时间为100min条件下,滴加时间的影响如表7所示:
表7
滴加时间/min | 0 | 10 | 30 | 50 | 70 |
产物质量/g | 1.43 | 1.17 | 1.34 | 1.15 | 0.80 |
产物纯度/% | 44.69 | 73.48 | 85.43 | 64.52 | 80.09 |
反应收率/% | 40.45 | 54.41 | 73.01 | 46.96 | 43.08 |
实施例4
(1)取一个100ml圆底烧瓶,一个60ml恒压滴定漏斗,取0.3mol(0.76g)镁屑、0.10mol(1.88g)硼酸三异丙酯加入圆底烧瓶,取0.15mol(2.88g)2,4-二氟溴苯、20ml四氢呋喃加入恒压滴定漏斗,边滴加超声,超声功率175w,反应温度40℃,30min滴完,滴完后继续反应70min。反应结束后,滤除未反应的镁屑,向滤液中加入5ml 0.1mol/L盐酸,溶液将出现白色絮状物,继续添加5ml 0.1mol/L的盐酸,絮状物消失,溶液变澄清,用20ml乙酸乙酯萃取分液,有机相用15ml去离子水洗涤一次,水相用乙酸乙酯萃取2×10ml,然后合并有机相,在55℃下旋蒸30min得1.30g粗产物。经液相色谱检测产品纯度为86.36%,产品收率为71.05% 。
(2)取所制得粗产品1.30g溶于10ml乙酸乙酯,再加入0.1mol/L NaOH溶液6ml,调节pH至10,萃取分液,并用去离子水洗两次油相,合并水相,用0.5mol/L的盐酸调节水相的pH至1,用乙酸乙酯萃取水相,分液,取油相旋蒸,得白色固体1.05g,经液相色谱检测纯度97.89%,两步收率为65.05% 。
实施例5
(1)取一个100ml圆底烧瓶,一个60ml恒压滴定漏斗,取0.3mol(0.76g)镁屑、0.10mol(1.88g)硼酸三异丙酯加入圆底烧瓶,取0.15mol(2.88g)2,4-二氟溴苯、20ml四氢呋喃加入恒压滴定漏斗,边滴加超声,超声功率175w,反应温度40℃,30min滴完,滴完后继续反应70min。反应结束后,滤除未反应的镁屑,向滤液中加入5ml 0.1mol/L盐酸,溶液将出现白色絮状物,继续添加5ml 0.1mol/L的盐酸,絮状物消失,溶液变澄清,用20ml乙酸乙酯萃取分液,有机相用15ml去离子水洗涤一次,水相用乙酸乙酯萃取2×10ml,然后合并有机相,在55℃下旋蒸30min得1.40g粗产物。经液相色谱检测产品纯度为80.84%,产品收率为71.63%。
(2)取制得粗产品1.40g溶于10ml乙酸乙酯,再加入0.1mol/L NaOH溶液6ml,调节pH至13,萃取分液,并用去离子水洗两次油相,合并水相,用0.5mol/L的盐酸调节水相的pH至3,用乙酸乙酯萃取水相,分液,取油相旋蒸,得白色固体1.09g,经液相色谱检测纯度98.99%,两步收率为68.29%。
实施例6
(1)取一个100ml圆底烧瓶,一个60ml恒压滴定漏斗,取0.3mol(0.76g)镁屑、0.10mol(1.88g)硼酸三异丙酯加入圆底烧瓶,取0.15mol(2.88g)2,4-二氟溴苯、20ml四氢呋喃加入恒压滴定漏斗,边滴加超声,超声功率175w,反应温度40℃,30min滴完,滴完后继续反应70min。反应结束后,滤除未反应的镁屑,向滤液中加入5ml 0.1mol/L盐酸,溶液将出现白色絮状物,继续添加5ml 0.1mol/L的盐酸,絮状物消失,溶液变澄清,用20ml乙酸乙酯萃取分液,有机相用15ml去离子水洗涤一次,水相用乙酸乙酯萃取2×10ml,然后合并有机相,在55℃下旋蒸30min得1.34g粗产物。经液相色谱检测产品纯度为86%,产品收率为73%。
(2)取制得粗产品1.34g溶于10ml乙酸乙酯,再加入0.1mol/L NaOH溶液6ml,调节pH至13,萃取分液,并用去离子水洗两次油相,合并水相,用0.5mol/L的盐酸调节水相的pH至1,用乙酸乙酯萃取水相,分液,取油相旋蒸,得白色固体1.15g,经液相色谱检测纯度96%,两步收率为70%。
Claims (5)
1.一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,其特征在于:以硼酸酯、镁屑为底物,在一定超声条件下,用滴加方式加入2,4-二氟溴苯和醚类溶剂的预混液开始合成反应,在反应一定程度后得到2,4-二氟苯硼酸酯反应液,再酸化后得到产品粗液,再通过萃取、反萃取得到高纯度2,4-二氟苯硼酸产品;
所述硼酸酯为硼酸三异丙酯、硼酸三乙酯、硼酸三丁酯中的一种;
所述醚类溶剂为四氢呋喃、甲基四氢呋喃、乙醚中的一种;
所述硼酸酯、镁屑的摩尔比为1:1~6;
所述预混液为2,4-二氟溴苯与醚类溶剂组成的混合物,体积比为1:8~16;
所述超声条件为超声功率为150w~250w,超声温度0~50℃;
所述滴加方式为匀速滴加,滴加时间20min~50min,使2,4-二氟溴苯浓度保持在0.17~0.41mmol/ml;
所述反应一定程度为滴加结束后,在超声条件下继续反应60~90 min,反应液最终变为淡黄色浊液。
2.如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,硼酸酯、镁屑、2,4-二氟溴苯摩尔比为1:1~4:1~2。
3.如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,所述的酸化是将2,4-二氟苯硼酸酯反应液除去未反应的镁屑后,通过滴加0.5mol/L的盐酸调节滤液pH至1~4。
4.如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,所述的萃取包括:用乙酸乙酯将酸化后的反应液萃取再分液,得到有机相I和水相I,取有机相I再水洗分液得到有机相II和水相II,合并水相得到水相III,再用乙酸乙酯萃取水相Ⅲ得到有机相III,将有机相II与有机相III合并得到有机相IV,再在35℃~60℃下旋蒸,除去醚类溶剂和乙酸乙酯,析出的棕黄色固体即2,4-二氟苯硼酸粗产品,最高收率73%,纯度80%以上。
5.如权利要求1所述一种常温下制备2,4-二氟苯硼酸的方法,所述的反萃取包括:通过向2,4-二氟苯硼酸粗产品中滴入5~10ml 0.5mol/L的NaOH溶液至pH为10~13,形成2,4-二氟苯硼酸钠溶液,通过乙酸乙酯萃取分液得到有机相I和水相I,取有机相I再用10-20ml纯水洗2-3次得到有机相II和水相II,合并水相I和水相II得到水相III,再用0.5mol/L的盐酸溶液将水相III的pH调节到1~3,使2,4-二氟苯硼酸钠酸化形成2,4-二氟苯硼酸混合物,再用乙酸乙酯萃取2-3次,旋蒸除去乙酸乙酯,得到白色高纯度2,4-二氟苯硼酸,两步收率最高达到70%,纯度95~98%。
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