CN117304149A - 4-苯乙炔苯酐的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种4‑苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：①以卤代苯、4‑卤代苯酐以及乙炔为起始原料，在钯催化剂、催化剂配体、助催化剂以及有机胺缚酸剂的存在下，经催化偶联反应得到4‑苯乙炔苯酐粗品；②水解得到4‑苯乙炔邻苯二甲酸；③脱水成酐得到4‑苯乙炔苯酐成品。本发明的合成方法以卤代苯、4‑卤代苯酐以及乙炔为起始原料，将卤代苯与4‑卤代苯酐混合溶液滴入通有乙炔气体的反应体系中，在同一反应体系中，在乙炔基两头一次性接入两个不同的取代基，不仅反应效率较高，而且反应后通过先水解成酸、再脱水成酐的方法，能够彻底剔除反应过程中生成的副产物以及杂质，从而得到纯度≥99.5%的高质量产品。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种4-苯乙炔苯酐的合成方法。
背景技术
4-苯乙炔苯酐，全称4-苯基乙炔基邻苯二甲酸酐，简称4-PEPA，类白色至淡黄色粉末，分子式：C16H8O3，相对分子量：248.23，CAS号：119389-05-8，结构式如下：
。
以4-苯乙炔苯酐为封端剂制得的聚酰亚胺具有较高的耐热性能、耐溶剂性能、耐蠕变性能、耐磨性能以及优异的易成型性能（参见文献US5681967A），在航空航天领域具有较高的应用前景，而这就对4-苯乙炔苯酐的产品质量和制造成本提出了更高的要求。
然而，现有技术公开的4-苯乙炔苯酐的合成方法基本都是以苯乙炔为起始原料，与4-卤代苯酐（参见文献1～文献3）或者4-卤代邻苯二甲酸（参见文献4～文献6）在钯催化剂、催化剂配体三苯基膦、助催化剂碘化亚铜以及有机碱的存在下经催化偶联得到4-苯乙炔苯酐或者4-苯乙炔邻苯二甲酸，后者再脱水成酐得到4-苯乙炔苯酐。
该类方法的不足在于：
（1）苯乙炔价格较高且稳定性较差，导致原料成本较高。
（2）原料4-卤代邻苯二甲酸价格较高且不易得到，进一步导致原料成本较高。
（3）反应收率较低，大多在80%以下。
（4）产物纯度较低，产品质量不佳。
文献1：美国专利文献US5681967A，公开日1997年10月28日。
文献2：中国专利文献CN1544424A，公开日2004年11月10日。
文献3：中国专利文献CN1603317A，公开日2005年04月06日。
文献4：中国专利文献CN101550121A，公开日2009年10月07日。
文献5：中国专利文献CN101550122A，公开日2009年10月07日。
文献6：中国专利文献CN103641806A，公开日2014年03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、成本较低、反应收率和产物纯度均较高、适合工业化大生产的4-苯乙炔苯酐的合成方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①以卤代苯、4-卤代苯酐以及乙炔为起始原料，在钯催化剂、催化剂配体、助催化剂以及有机胺缚酸剂的存在下，经催化偶联反应得到4-苯乙炔苯酐粗品；
②将步骤①得到的4-苯乙炔苯酐粗品水解得到4-苯乙炔邻苯二甲酸；
③将步骤②得到的4-苯乙炔邻苯二甲酸脱水成酐得到4-苯乙炔苯酐成品。
合成路线如下：
。
其中：X=Cl、Br或者I。
所述卤代苯为氯苯、溴苯或者碘苯，优选为氯苯。
所述4-卤代苯酐为4-氯代苯酐、4-溴代苯酐或者4-碘代苯酐，优选为4-氯代苯酐。
所述4-卤代苯酐与所述卤代苯的摩尔比为1∶0.5～1∶2，优选为1∶1。
所述钯催化剂为双（三苯基膦）二氯化钯PdCl2(PPh3)2；所述双（三苯基膦）二氯化钯的用量为所述卤代苯重量的0.1～3wt%，优选为0.5～1.5wt%。
所述催化剂配体为三苯基膦；所述三苯基膦的用量为所述卤代苯重量的0.5～5wt%，优选为1～3wt%。
所述助催化剂为碘化亚铜；所述碘化亚铜的用量为所述卤代苯重量的0.1～3wt%，优选为0.5～1.5wt%。
所述有机胺缚酸剂为三乙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、N,N-二异丙基乙胺、二氮杂双环中的一种或者两种；所述有机胺缚酸剂与所述卤代苯的摩尔比为2∶1～8∶1，优选为3.5∶1～5.5∶1。
所述催化偶联是在有机溶剂中进行的；所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）中的一种或者两种。
所述催化偶联反应温度为50～110℃，优选为70～90℃。
所述催化偶联反应压力为0.1～1.0MPa，优选为0.2～1.0MPa，更优选为0.2～0.5MPa。
所述催化偶联反应中，所述卤代苯与所述4-卤代苯酐同时加入反应体系中。
所述水解反应是在相转移催化剂的存在下进行的；所述相转移催化剂为苄基三乙基溴化铵、己基三乙基溴化铵、辛基三乙基溴化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四甲基溴化铵、四丙基氯化铵、苯甲基三乙基氯化铵、甲基三辛基氯化铵中的一种或者两种。
所述相转移催化剂的用量为所述卤代苯重量的0.1～3wt%，优选为0.5～1.5wt%。
所述水解反应是在碱性条件下进行的。
所述脱水成酐为本领域常规方法，比如醋酐法，或者热升华法。
本发明具有的积极效果：
（1）本发明的合成方法以卤代苯、4-卤代苯酐以及乙炔为起始原料，将卤代苯与4-卤代苯酐混合溶液滴入通有乙炔气体的反应体系中，在同一反应体系中，在乙炔基两头一次性接入两个不同的取代基，不仅反应效率较高，而且反应后通过先水解成酸、再脱水成酐的方法，能够彻底剔除反应过程中生成的副产物以及杂质，从而得到纯度≥99.5%的高质量产品，同时反应收率也能够达到90%以上。
（2）本发明的合成方法采用的原料卤代苯价格不到苯乙炔的1/30，从而能够大大降低原料成本，适合工业化大生产。
附图说明
图1为实施例1步骤②制得的中间体4-苯乙炔邻苯二甲酸的ESI-MS谱图。
图2为实施例1步骤③制得的目标产物经甲醇酯化得到的衍生物的ESI-MS谱图。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向2L高压釜中加入500mL甲苯、253.0g三乙胺（2.5mol）、0.3g双（三苯基膦）二氯化钯、0.7g三苯基膦以及0.4g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，向体系中通入乙炔气体，保持压力在0.2～0.4MPa，升温至75～90℃，接着向体系中滴加含氯苯56.3g（0.5mol）和4-氯代苯酐91.3g（0.5mol）的甲苯溶液（200mL），约8h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气置换乙炔气体三次，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至3L反应瓶中，向滤液中加入0.5g三乙基苄基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液100g，升温至75～85℃搅拌反应3h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸125.4g，收率为94.2%，HPLC纯度为99.2%。
本实施例制得的4-苯乙炔基邻苯二甲酸的ESI-MS谱图见图1，由图1可以看出，其分子量为265.9（M+H）。
③将80.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸和110g乙酸酐以及310mL二甲苯加入到反应瓶中，升温回流反应4h，然后降温至5～10℃，结晶，过滤，干燥，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐71.5g，收率为95.8%，HPLC纯度为99.6%，熔点为155.4～156.7℃。
本实施例制得的4-苯乙炔苯酐经甲醇酯化得到的衍生物的ESI-MS谱图见图2，由图2可以看出，其分子量为280.0（M+H）。
（实施例2）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向2L高压釜中加入500mL二甲苯、263.1g三乙胺（2.6mol）、0.5g双（三苯基膦）二氯化钯、1.0g三苯基膦以及0.5g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，向体系中通入乙炔气体，保持压力在0.2～0.4MPa，升温至70～80℃，接着向体系中滴加含氯苯56.3g（0.5mol）和4-氯代苯酐91.3g（0.5mol）的二甲苯溶液（200mL），约10h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气置换乙炔气体三次，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至3L反应瓶中，向滤液中加入0.5g四丁基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液90g，升温至75～85℃搅拌反应3.5h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸125.8g，收率为94.5%，HPLC纯度为99.3%，ESI-MS谱图与图1基本一致。
③将80.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸和110g乙酸酐以及310mL二甲苯加入到反应瓶中，升温回流反应4h，然后降温至10～20℃，结晶，过滤，干燥，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐70.8g，收率为94.9%，HPLC纯度为99.7%，熔点为155.6～156.7℃。
（实施例3）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向2L高压釜中加入500mL甲苯、202.4g三乙胺（2.0mol）、0.3g双（三苯基膦）二氯化钯、0.6g三苯基膦以及0.3g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，向体系中通入乙炔气体，保持压力在0.2～0.4MPa，升温至75～85℃，接着向体系中滴加含氯苯56.3g（0.5mol）和4-溴代苯酐113.5g（0.5mol）的甲苯溶液（200mL），约8h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气置换乙炔气体三次，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至3L反应瓶中，向滤液中加入0.5g四丁基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液80g，升温至75～85℃搅拌反应3h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸124.0g，收率为93.1%，HPLC纯度为99.1%，ESI-MS谱图与图1基本一致。
③将80.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸和122g乙酸酐以及300mL二甲苯加入到反应瓶中，升温回流反应4h，然后降温至5～10℃，结晶，过滤，干燥，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐71.0g，收率为95.2%，HPLC纯度为99.5%，熔点为155.3～156.6℃。
（实施例4）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向2L高压釜中加入500mL甲苯、205.7g吡啶（2.6mol）、0.6g双（三苯基膦）二氯化钯、1.2g三苯基膦以及0.5g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，向体系中通入乙炔气体，保持压力在0.2～0.4MPa，升温至75～85℃，接着向体系中滴加含氯苯56.3g（0.5mol）和4-氯代苯酐91.3g（0.5mol）的甲苯溶液（200mL），约8h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气置换乙炔气体三次，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至3L反应瓶中，向滤液中加入0.5g四丁基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液90g，升温至75～85℃搅拌反应3.5h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸124.6g，收率为93.6%，HPLC纯度为99.2%，ESI-MS谱图与图1基本一致。
③将80.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸和110g乙酸酐以及120mL乙酸加入到反应瓶中，升温回流反应4h至反应完全，减压浓缩回收溶剂，然后加入220mL甲苯，接着降温至10～15℃，结晶，过滤，干燥，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐71.5g，收率为95.9%，HPLC纯度99.5%，熔点为155.5～156.6℃。
（实施例5）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向2L高压釜中加入400mL甲苯、100mL的DMAc、263.1g三乙胺（2.6mol）、0.5g双（三苯基膦）二氯化钯、1.0g三苯基膦以及0.5g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，向体系中通入乙炔气体，保持压力在0.2～0.4MPa，升温至70～80℃，接着向体系中滴加含氯苯56.3g（0.5mol）和4-氯代苯酐91.3g（0.5mol）的甲苯溶液（200mL），约10h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气置换乙炔气体三次，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至3L反应瓶中，向滤液中加入0.5g四丁基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液90g，升温至75～85℃搅拌反应3.5h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸121.8g，收率为91.5%，HPLC纯度为99.3%，ESI-MS谱图与图1基本一致。
③将80.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸和110g乙酸酐以及310mL二甲苯加入到反应瓶中，升温回流反应4h，然后降温至10～20℃，结晶，过滤，接着用乙酸酐和甲苯混合溶液精制一次，干燥，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐69.4g，收率为93.0%，HPLC纯度为99.9%，熔点为155.7～156.7℃。
（实施例6）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向2L反应瓶中加入500mL甲苯、202.4g三乙胺（2.0mol）、0.4g双（三苯基膦）二氯化钯、0.8g三苯基膦以及0.4g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，常压密封条件下向体系中持续通入乙炔气体，升温至75～85℃，接着向体系中滴加含氯苯56.3g（0.5mol）和4-氯代苯酐91.3g（0.5mol）的甲苯溶液（200mL），约10h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气吹扫体系中剩余的乙炔气体，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至3L反应瓶中，向滤液中加入0.5g四丁基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液90g，升温至75～85℃搅拌反应3.5h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸115.2g，收率为86.5%，HPLC纯度为98.5%，ESI-MS谱图与图1基本一致。
③将80.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸和110g乙酸酐以及310mL二甲苯加入到反应瓶中，升温回流反应4h，然后降温至10～20℃，结晶，过滤，干燥，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐69.7g，收率为93.4%，HPLC纯度为99.1%，熔点为155.3～156.5℃。
（实施例7）
本实施例的4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①向5L高压釜中加入1500mL甲苯、758.9g三乙胺（7.5mol）、1.5g双（三苯基膦）二氯化钯、3.0g三苯基膦以及1.5g碘化亚铜。
封闭高压釜，用氮气置换体系中的空气三次，然后排空氮气，向体系中通入乙炔气体，保持压力在0.3～0.5MPa，升温至70～80℃，接着向体系中滴加含氯苯168.8g（1.5mol）和4-氯代苯酐273.8g（1.5mol）的甲苯溶液（600mL），约16h滴完，然后继续搅拌反应1h，监测反应至完全。
②反应结束后，停止向体系中通乙炔气体，用氮气置换乙炔气体三次，然后向体系中加500mL水，接着将物料过滤至5L反应瓶中，向滤液中加入1.5g四丁基溴化铵和30wt%的氢氧化钠溶液270g，升温至75～85℃搅拌反应3.5h。
反应结束后，降温至40～50℃，静置分层，向水层中加入浓盐酸调节pH至1～2，再降温至5～10℃，过滤，水洗，干燥，得到4-苯乙炔基邻苯二甲酸379.8g，收率为95.1%，HPLC纯度为99.1%，ESI-MS谱图与图1基本一致。
③将50.0g步骤①得到的4-苯乙炔基邻苯二甲酸加入到升华仪中，在氮气保护下，在160～180℃的温度下进行常压升华，得到白色结晶粉末4-苯乙炔苯酐44.7g，收率为95.9%，HPLC纯度为99.8%，熔点为155.6～156.6℃。
Claims (10)
1.一种4-苯乙炔苯酐的合成方法，具有以下步骤：
①以卤代苯、4-卤代苯酐以及乙炔为起始原料，在钯催化剂、催化剂配体、助催化剂以及有机胺缚酸剂的存在下，经催化偶联反应得到4-苯乙炔苯酐粗品；
②将步骤①得到的4-苯乙炔苯酐粗品水解得到4-苯乙炔邻苯二甲酸；
③将步骤②得到的4-苯乙炔邻苯二甲酸脱水成酐得到4-苯乙炔苯酐成品。
2.根据权利要求1所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述卤代苯为氯苯、溴苯或者碘苯；所述4-卤代苯酐为4-氯代苯酐、4-溴代苯酐或者4-碘代苯酐；所述4-卤代苯酐与所述卤代苯的摩尔比为1∶0.5～1∶2。
3.根据权利要求2所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述卤代苯为氯苯；所述4-卤代苯酐为4-氯代苯酐；所述4-卤代苯酐与所述卤代苯的摩尔比为1∶1。
4.根据权利要求1所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述钯催化剂为双（三苯基膦）二氯化钯；所述催化剂配体为三苯基膦；所述助催化剂为碘化亚铜。
5.根据权利要求4所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述双（三苯基膦）二氯化钯的用量为所述卤代苯重量的0.5～1.5wt%；所述三苯基膦的用量为所述卤代苯重量的1～3wt%；所述碘化亚铜的用量为所述卤代苯重量的0.5～1.5wt%。
6.根据权利要求1所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述有机胺缚酸剂为三乙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、N,N-二异丙基乙胺、二氮杂双环中的一种或者两种；所述有机胺缚酸剂与所述卤代苯的摩尔比为3.5∶1～5.5∶1。
7.根据权利要求1所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述催化偶联是在有机溶剂中进行的；所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或者两种。
8.根据权利要求1所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述催化偶联反应温度为50～110℃；所述催化偶联反应压力为0.1～1.0MPa。
9.根据权利要求8所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述催化偶联反应温度为70～90℃；所述催化偶联反应压力为0.2～0.5MPa。
10.根据权利要求8所述的4-苯乙炔苯酐的合成方法，其特征在于：所述水解反应是在碱性条件以及相转移催化剂的存在下进行的；所述相转移催化剂为苄基三乙基溴化铵、己基三乙基溴化铵、辛基三乙基溴化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、四甲基溴化铵、四丙基氯化铵、苯甲基三乙基氯化铵、甲基三辛基氯化铵中的一种或者两种。
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