CN108586528A - 一种2,2′-双二苯基膦基-1,1′-联萘的合成方法 - Google Patents
一种2,2′-双二苯基膦基-1,1′-联萘的合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种2,2'‑双二苯基膦基‑1,1'‑联萘的合成方法，通过如下方法实现：向反应釜中加入金属锂片、配体、2,2'‑双乙氧基‑1,1'‑联萘和醚类溶剂，然后升温至60‑140℃，反应6‑12小时，然后在0℃下滴加二苯基氯化膦，温度回升到室温后，反应结束生成产品。当量水淬灭后，浓缩产品溶液，过滤，而后滤饼用甲醇洗涤，真空干燥得到产品2,2'‑双二苯基膦基‑1,1'‑联萘(BINAP)。该方法收率高、生产成本低、后处理简单、产品纯度高、适合工艺放大。
Description
技术领域
本发明属于有机膦类化合物合成技术领域，具体涉及一种2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法。
背景技术
随着新药物和新材料产业的发展，高效、绿色以及原子经济性的合成工艺越发重要。近些年，新型催化体系在科学研究以及产业应用中得到了快速发展。化学反应中的催化剂可以有效的加快反应速率，提高反应的产率和选择性，从而实现绿色化学的长远目标。值得注意的是，调控催化反应的有机膦配体在新型催化体系中起到了至关重要的作用。因此，有机膦配体成为一类应用广泛的新型化工产品，也是具有高附加值的精细化学品，市场容量达到几十亿规模，属于国家产业技术政策重点支持范围。
2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘(简称BINAP)作为一类重要的有机膦配体，自从上世纪80年代被引入催化反应以来，在Buchwald–Hartwig胺化、Suzuki偶联等重要催化反应中发挥了关键的作用。目前，BINAP已经实现了产业化，被广泛应用于多种新药和新材料的合成当中，具有重要的社会意义和广阔的市场前景。
2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘常用的合成方法有三种：Noyori/Takasago方法、Merck Inc.方法、Monsanto方法，下面分别作详细介绍：
一、Noyori/Takasago方法，反应路线如下：
最早合成BINAP的方法是Noyori与Takasago在1980年报道的(专利JP59020294和EP135392)，他们的合成方法如图所示。Noyori/Takasago方法是以联萘二酚(BINOL)为原料，先经过高温溴化生成联萘二溴中间体，由于这步反应温度达到了320℃，使得该方法对生产设备要求极为苛刻，同时溴化反应产率也只有45％，这就限制该方法的工业化应用。
二、Merck方法，反应路线如下：
第二种方法是1994年默克公司在美国研发的(专利US252306和US5399771)。此方法的起始原料同样是联萘二酚BINOL，联萘二酚首先与三氟甲磺酸酐进行酯化反应生成2,2'-双三氟甲磺酸酯基-1,1'-联萘中间体。接下来，三氟甲磺酸酯中间体在镍催化下与二苯基膦氢偶联得到2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘。该方法反应条件相对温和，但工艺中采用高活性的二苯基膦氢对空气敏感，操作相对困难，不便于工业化放大生产。同时，反应路线需要当量的三氟甲磺酸酐和镍催化剂，而三氟甲磺酸酐和镍催化剂市场价格较高，使得该方法生产成本很高。
三、Monsanto方法，反应路线如下：
第三种方法是Monsanto公司发展的(专利US5902904)，2,2'-双三氟甲磺酸酯基-1,1'-联萘中间体和二苯基氯化膦在过量锌粉的存在下，经过催化偶联反应得到产物BINAP。这一方法屏蔽了高活性原料二苯基膦氢的使用，降低了工艺难度。但是，Monsanto法同样需要价格昂贵的三氟甲磺酸酐和镍催化剂，使得该方法生产成本依然很高。
2014年，中国专利(CN104370963)报道了一类新的方法来合成2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘。该方法采用的4-甲基苯磺酸酐来替代Merck和Monsanto方法中的三氟甲磺酸酐，这在一定程度上降低了生产成本。但是该方法采用镍和贵金属钯作为混合催化剂来完成最后一步催化偶联反应，这使得新的偶联方法生产成本仍然很高。同时，催化偶联方法需要惰性气氛(如氮气、氩气)来保护反应体系，这样就造成催化偶联合成工艺(Merck方法、Monsanto方法和中国专利CN104370963)仍具有很大的操作难度。
鉴于2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘广阔的市场前景，促使人们研究成本更低、操作更简易、产品纯度更高的工艺路线。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，该方法收率高、生产成本低、后处理简单、产品纯度高、适合工艺放大。而且该法不需要采用价格昂贵的三氟甲磺酸酐和贵金属催化剂，无需惰性气氛保护，后续处理简单，环境友好。
本发明的目的是以下述方式实现的，反应路线如下：
一种2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，通过如下方法实现：向反应釜中加入金属锂片、配体、2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘和醚类溶剂，然后升温至60-140℃，反应6-12小时，然后在0℃下滴加二苯基氯化膦，温度回升到室温后，反应结束生成产品。当量水淬灭后，浓缩产品溶液，过滤，而后滤饼用甲醇洗涤，真空干燥得到产品2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘(BINAP)。
所述的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，由联二萘酚BINOL和碘乙烷在碳酸钾的作用下，通过亲电取代反应合成。
所述醚类溶剂为四氢呋喃、甲基叔丁醚、二氧六环和二丁醚中的一种或两种。
所述配体为12-冠-4，四甲基乙二胺或六甲基磷酰三胺。
所述金属锂片的用量为2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘的5当量，配体的用量为金属锂片的1-2当量。
所述当量水的用量为金属锂的1当量。
所述浓缩产品溶液采用旋转蒸发仪，旋蒸温度为40-60℃，转速为35rpm。
相对于现有技术，本发明制备方法具有以下优点：反应通过乙氧基取代的中间体与金属锂的还原锂化反应构建联萘二锂，之后通过滴加二苯基氯化膦得到产品。反应不需要活性较高的二苯基膦氢作为膦化试剂，而是采用更为稳定的二苯基氯化膦(相对于Merck方法占优)；反应不需要采用价格昂贵的三氟甲磺酸酐作为原料，碘乙烷替代了三氟甲磺酸酐，其作为大宗化工原料价格低廉而且易得，有效的降低了生产成本(相对于Monsanto方法占优)；反应通过金属锂的还原锂化反应来活化碳氧键，不需要贵金属(镍、钯)催化，进一步降低了生产成本(相对于中国专利CN104370963占优)；该发明不仅原料成本相对低廉，反应收率较高，后处理简单，利于工业放大，具有较强的工业应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的1H-NMR谱图；
图2是实施例1制备的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的13C-NMR谱图。
图3是实施例1制备的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的31P-NMR谱图。
具体实施方式
实施例1：
(1)2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘的合成
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入5.7Kg联萘二酚，4.7Kg碘乙烷，8.3Kg碳酸钾和30L乙腈，搅拌下加热至80℃，反应12小时。待反应液恢复室温后，过滤除掉碳酸钾，浓缩乙腈得到粗产品2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，水洗涤，然后真空干燥得到白色固体2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘6.3Kg，收率92％。蒸馏浓缩出的乙腈溶剂保留，下批次可以继续使用。
(2)2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg上述步骤(1)中制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，5.8kg四甲基乙二胺和30L四氢呋喃，搅拌下加热至65℃，反应10小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体6.0Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率97％，液相色谱仪分析产物纯度为99.8％。
实施例2：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，5.8kg四甲基乙二胺和30L二丁醚，搅拌下加热至140℃，反应6小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.8Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率93％，液相色谱仪分析产物纯度为99.6％。
实施例3：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，5.8kg四甲基乙二胺和30L二氧六环，搅拌下加热至100℃，反应8小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.9Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率95％，液相色谱仪分析产物纯度为99.6％。
实施例4：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，5.8kg四甲基乙二胺和30L甲基叔丁醚，搅拌下加热至60℃，反应12小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.6Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率91％，液相色谱仪分析产物纯度为99.5％。
实施例5：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，5.8kg四甲基乙二胺和15L四氢呋喃和15L二丁醚，搅拌下加热至70℃，反应7小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.7Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率92％，液相色谱仪分析产物纯度为99.5％。
实施例6：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，8.8kg12-冠-4和30L四氢呋喃，搅拌下加热至65℃，反应12小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.9Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率96％，液相色谱仪分析产物纯度为99.6％。
实施例7：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，9kg六甲基磷酰三胺和30L四氢呋喃，搅拌下加热至65℃，反应12小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.6Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率91％，液相色谱仪分析产物纯度为99.5％。
实施例8：
在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入3.4Kg实施例1中步骤(1)制备的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，350g金属锂片，9kg六甲基磷酰三胺和30L四氢呋喃，搅拌下加热至65℃，反应12小时后，降至0℃，滴加8.8Kg二苯基氯化膦，之后加900g水淬灭反应。浓缩产品溶液，过滤并用甲醇洗涤，然后真空干燥得到类白色固体5.8Kg，产品经1H-NMR，13C-NMR和31P-NMR确定结构为2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘，收率94％，液相色谱仪分析产物纯度为99.5％。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于，通过如下方法实现：向反应釜中加入金属锂片、配体、2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘和醚类溶剂，然后升温至60-140℃，反应6-12小时，然后在0℃下滴加二苯基氯化膦，温度回升到室温后，反应结束生成产品。当量水淬灭后，浓缩产品溶液，过滤，而后滤饼用甲醇洗涤，真空干燥得到产品2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘(BINAP)。
2.根据权利要求1所述的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于：所述的2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘，由联二萘酚BINOL和碘乙烷在碳酸钾的作用下，通过亲电取代反应合成。
3.根据权利要求1所述的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于：所述醚类溶剂为四氢呋喃、甲基叔丁醚、二氧六环和二丁醚中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于：所述配体为12-冠-4，四甲基乙二胺或六甲基磷酰三胺。
5.根据权利要求1所述的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于：所述金属锂片的用量为2,2'-双乙氧基-1,1'-联萘的5当量，所述配体的用量为金属锂片的1-2当量。
6.根据权利要求1所述的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于：所述当量水的用量为金属锂的1当量。
7.根据权利要求1所述的2,2'-双二苯基膦基-1,1'-联萘的合成方法，其特征在于：所述浓缩产品溶液采用旋转蒸发仪，旋蒸温度为40-60℃，转速为35rpm。
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