CN113912620B - 9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种9,9‑二(三氟甲基)‑2,3,6,7‑氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,它是以3,3',4,4'‑四甲基二苯醚为起始原料,先与六氟丙酮在路易斯酸的催化下缩合得到9,9‑二(三氟甲基)‑2,3,6,7‑四甲基氧杂蒽,再用硝酸氧化得到9,9‑二(三氟甲基)‑2,3,6,7‑氧杂蒽四羧酸,最后脱水成酐得到9,9‑二(三氟甲基)‑2,3,6,7‑氧杂蒽四羧酸二酐。本发明的方法采用路易斯酸作为缩合反应催化剂,采用硝酸作为氧化剂,能够明显获得较高的反应收率。本发明的缩合反应采用的路易斯酸不仅价廉易得,而且对环境更友好。
Description
技术领域
本发明属于氧杂蒽衍生物技术领域,具体涉及一种9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法。
背景技术
近年来,随着显示装置等电子信息产业的高速发展,作为玻璃基板的替代品,柔性OLED 显示基板用聚酰亚胺浆料材料的产业化应用研究柔性基板进行研究逐渐成为行业研发的热点。芳香族的含氟聚酰亚胺由于具有突出的耐热性、电子绝缘性、耐燃性、良好的力学性能和光学性能,能很好地满足柔性OLED 显示基板对材料光、电、机械等性能等方面提出的苛刻且全面的要求,具有较好的应用前景。
9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐具有含氟刚性结构,能有效提高电子材料的光学性能、电性能和机械性能,在新的电子信息材料研发方面应用较为广泛。
目前,合成9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的方法基本都是以3,4-二甲基苯酚或者3,3',4,4'-四甲基二苯醚为起始原料,先与六氟丙酮缩合得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-四甲基氧杂蒽,再氧化得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸,最后脱水成酐得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐【参见文献1和文献2】。
对于缩合反应,文献1采用的催化剂为氢氟酸,用量超过10倍,收率最高只有41%;文献2采用的催化剂为三氟甲磺酸,收率为36%。
对于氧化反应,文献1和文献2均是采用高锰酸钾作为氧化剂在吡啶+水混合溶剂中进行,其中,文献1需要二次氧化,收率为61%;文献2氧化时间超过48h,收率为76%。
上述文献存在的主要不足包括:(1)收率均较低,前两步均不到30%;(2)文献1采用的氢氟酸属于高毒物质,对人体和环境有害;(3)文献2采用的催化剂三氟甲磺酸不易得到,不适合工业化大生产。
文献1:美国专利文献US5051520A,公开日1991年9月24日。
文献2:中国专利文献CN111303183A,公开日2020年6月19日。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,提供一种原料价廉易得、对人体和环境更友好、尤其是收率较高、适合工业化大生产的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法。
实现本发明目的的技术方案是:一种9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,它是以3,3',4,4'-四甲基二苯醚为起始原料,先与六氟丙酮缩合得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-四甲基氧杂蒽,再氧化得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸,最后脱水成酐得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐。
所述六氟丙酮优选为液态六氟丙酮。
所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述六氟丙酮的摩尔比为1∶1~1∶1.5,优选为1∶1~1∶1.1。
所述缩合采用的催化剂为路易斯酸;所述路易斯酸为三氯化铝、氯化锌、氯化铁、三氟化硼、五氯化铌中的一种或者两种以上,优选为三氯化铝。
所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述路易斯酸的摩尔比为1∶1~1∶2,优选为1∶1~1∶1.5。
所述缩合的反应温度为10~50℃,优选为30~40℃。
所述缩合的反应时间为10~25h。
所述缩合是在有机溶剂的存在下进行的;所述有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯苯、二硫化碳中的一种或者两种以上。
所述氧化采用的氧化剂为硝酸;所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述硝酸的摩尔比为1∶5~1∶10。
所述氧化是在二甲氨基吡啶存在下进行的;所述二甲氨基吡啶的用量为所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚重量的1%~5%。
所述氧化是在混合溶剂中进行的;所述混合溶剂由二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯苯、二硫化碳中的一种或者两种以上有机溶剂与水组成;优选由所述缩合采用的有机溶剂与水组成。
所述混合溶剂中,有机溶剂与水的体积比为1∶1~1∶3,优选为1∶2。
所述脱水成酐采用本领域常规方法。
本发明具有的积极效果:
(1)本发明的方法采用路易斯酸作为缩合反应催化剂,采用硝酸作为氧化剂,能够明显获得较高的反应收率。
(2)本发明的缩合反应采用的路易斯酸不仅价廉易得,而且对环境更友好。
(3)本发明采用硝酸进行氧化反应相比于高锰酸钾还能够明显缩短反应时间。
(4)本发明的氧化反应采用的混合溶剂由缩合反应的有机溶剂与水组成,不仅能够减少溶剂浪费,而且能够获得较好的产物纯度。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法如下:
①向反应瓶中加入200mL的1,3-二氯苯、45.2g(0.2mol)3,3',4,4'-四甲基二苯醚以及26.7g(0.2mol)无水三氯化铝,然后降温至-30~-35℃,滴加33.2g(0.2mol)六氟丙酮,滴完升温至35±2℃反应12h。
反应结束后,降温至0~5℃,先滴加350mL冰水,再滴加36mL、30wt%盐酸,搅拌,分层,有机层水洗两次后用无水硫酸钠干燥。
②将步骤①干燥后的有机层加入到衬有四氟乙烯的高压反应釜中,加入400g水、1.5g二甲氨基吡啶以及90mL、65wt%硝酸(1.3mol),封闭反应釜,先升温至115±2℃,反应2h,再升温至180±2℃,反应10h。
反应结束后,降至室温,出料,分层,有机层浓缩至100mL,冷却结晶,过滤,将粗品用乙醇重结晶后,过滤,干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸51.2g,HPLC含量为98.1%,收率为51.8%。
③将50g步骤②制得的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸加入到75mL乙酸+75mL乙酸酐的混合溶剂中,加热回流4h,冷却,过滤,75~80℃真空干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐36.4g,外观为白色结晶性粉末,HPLC含量为99.1%,熔点为354.8℃,收率为78.5%。
(实施例2)
本实施例的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法如下:
①向反应瓶中加入200mL的1,2-二氯乙烷、45.2g(0.2mol)3,3',4,4'-四甲基二苯醚以及29.3g(0.22mol)无水三氯化铝,然后降温至-30~-35℃,滴加36.5g(0.22mol)六氟丙酮,滴完升温至35±2℃反应15h。
反应结束后,降温至0~5℃,先滴加320mL冰水,再滴加36mL、30wt%盐酸,搅拌,分层,有机层水洗两次后用无水硫酸钠干燥。
②将步骤①干燥后的有机层加入到衬有四氟乙烯的高压反应釜中,加入400g水、1.5g二甲氨基吡啶以及90mL、65wt%硝酸(1.3mol),封闭反应釜,先升温至115±2℃,反应2h,再升温至170±2℃,反应11h。
反应结束后,降至室温,出料,分层,有机层浓缩至60mL,然后加入40mL石油醚,冷却结晶,过滤,将粗品用甲醇重结晶后,过滤,干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸52.5g,HPLC含量为98.3%,收率为53.1%。
③将50g步骤②制得的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸加入到80mL乙酸+100mL乙酸酐的混合溶剂中,加热回流3h,冷却,过滤,75~80℃真空干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐35.1g,外观为白色结晶性粉末,HPLC含量为99.3%,熔点为355.1℃,收率为75.7%。
(实施例3)
本实施例的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法如下:
①向反应瓶中加入200mL二硫化碳、45.2g(0.2mol)3,3',4,4'-四甲基二苯醚以及40g(0.3mol)无水三氯化铝,然后降温至-30~-35℃,滴加34.9g(0.21mol)六氟丙酮,滴完升温至35±2℃反应14h。
反应结束后,降温至0~5℃,先滴加300mL冰水,再滴加36mL、30wt%盐酸,搅拌,分层,有机层水洗两次后用无水硫酸钠干燥。
②将步骤①干燥后的有机层加入到衬有四氟乙烯的高压反应釜中,加入400g水、1.5g二甲氨基吡啶以及100mL、68wt%硝酸(1.5mol),封闭反应釜,先升温至115±2℃,反应2h,再升温至175±2℃,反应10h。
反应结束后,降至室温,出料,分层,有机层浓缩至50mL,然后加入50mL石油醚,冷却结晶,过滤,将粗品用乙醇重结晶后,过滤,干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸52.9g,HPLC含量为98.5%,收率为53.5%。
③将50g步骤②制得的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸加入到80mL甲苯+150mL乙酸酐的混合溶剂中,加热回流4h,冷却,过滤,75~80℃真空干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐37.8g,外观为白色结晶性粉末,HPLC含量为99.0%,熔点为354.3℃,收率为81.5%。
(实施例4)
本实施例的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法如下:
①向反应瓶中加入200mL的1,2-二氯乙烷、45.2g(0.2mol)3,3',4,4'-四甲基二苯醚以及40.9g(0.3mol)无水氯化锌,然后降温至-30~-35℃,滴加33.2g(0.2mol)六氟丙酮,滴完升温至35±2℃反应22h。
反应结束后,降温至0~5℃,先滴加350mL冰水,再滴加36mL、30wt%盐酸,搅拌,分层,有机层水洗两次后用无水硫酸钠干燥。
②将步骤①干燥后的有机层加入到衬有四氟乙烯的高压反应釜中,加入400g水、1.2g二甲氨基吡啶以及90mL、65wt%硝酸(1.3mol),封闭反应釜,先升温至115±2℃,反应2h,再升温至180±2℃,反应10h。
反应结束后,降至室温,出料,分层,有机层浓缩至50mL,然后加入50mL正己烷,冷却结晶,过滤,将粗品用乙醇重结晶后,过滤,干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸48.7g,HPLC含量为98.1%,收率为49.3%。
③将25g步骤②制得的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸加入到40mL乙酸+40mL乙酸酐的混合溶剂中,加热回流4h,冷却,过滤,75~80℃真空干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐18.0g,外观为白色结晶性粉末,HPLC含量为98.5%,熔点为354.9℃,收率为77.7%。
(实施例5)
本实施例的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法如下:
①向反应瓶中加入100mL四氯化碳、22.6g(0.1mol)3,3',4,4'-四甲基二苯醚以及14.7g(0.11mol)无水三氯化铝,然后降温至-30~-35℃,滴加16.6g(0.1mol)六氟丙酮,滴完升温至35±2℃反应12h。
反应结束后,降温至0~5℃,先滴加150mL冰水,再滴加20mL、30wt%盐酸,搅拌,分层,有机层水洗两次后用无水硫酸钠干燥。
②将步骤①干燥后的有机层加入到衬有四氟乙烯的高压反应釜中,加入200g水、0.8g二甲氨基吡啶以及55mL、60wt%硝酸(0.72mol),封闭反应釜,先升温至115±2℃,反应2h,再升温至170±℃,反应12h。
反应结束后,降至室温,出料,分层,有机层浓缩至35mL,然后加入30mL石油醚,冷却结晶,过滤,将粗品用甲醇重结晶后,过滤,干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸26.3g,HPLC含量为98.0%,收率为53.2%。
③将25g步骤②制得的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸加入到100mL乙酸酐中,加热回流4h,冷却,过滤,75~80℃真空干燥,得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐17.5g,外观为白色结晶性粉末,HPLC含量为98.6%,熔点为354.6℃,收率为75.5%。
Claims (10)
1.一种9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,它是以3,3',4,4'-四甲基二苯醚为起始原料,先与六氟丙酮缩合得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-四甲基氧杂蒽,再氧化得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸,最后脱水成酐得到9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐;其特征在于:所述缩合采用的催化剂为路易斯酸;所述氧化采用的氧化剂为硝酸。
2.根据权利要求1所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述路易斯酸为三氯化铝、氯化锌、氯化铁、三氟化硼、五氯化铌中的一种或者两种以上;所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述路易斯酸的摩尔比为1∶1~1∶2。
3.根据权利要求2所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述路易斯酸为三氯化铝;所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述路易斯酸的摩尔比为1∶1~1∶1.5。
4.根据权利要求1至3之一所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述缩合是在有机溶剂的存在下进行的;所述有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯苯、二硫化碳中的一种或者两种以上。
5.根据权利要求1至3之一所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述缩合的反应温度为10~50℃,反应时间为10~25h。
6.根据权利要求1所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述硝酸的摩尔比为1∶5~1∶10。
7.根据权利要求1所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述氧化是在二甲氨基吡啶存在下进行的;所述二甲氨基吡啶的用量为所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚重量的1%~5%。
8.根据权利要求1所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述氧化是在混合溶剂中进行的;所述混合溶剂由二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,3-二氯苯、二硫化碳中的一种或者两种以上有机溶剂与水组成;其中,有机溶剂与水的体积比为1∶1~1∶3。
9.根据权利要求1所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述氧化包括先在105~125℃的温度下反应1~3h,再在160~190℃的温度下反应5~15h。
10.根据权利要求1所述的9,9-二(三氟甲基)-2,3,6,7-氧杂蒽四羧酸二酐的制备方法,其特征在于:所述六氟丙酮为液态六氟丙酮;所述3,3',4,4'-四甲基二苯醚与所述六氟丙酮的摩尔比为1∶1~1∶1.5。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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