CN117486728B - 一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用,以四甲基氯化铵为原料,先将其与碱反应生成四甲基氢氧化铵,四甲基氢氧化铵再与氟化氢反应生成氟化剂四甲基氟化铵,氟化剂四甲基氟化铵与底物发生氟化反应,取代生成氟化产物和季铵盐四甲基氯化铵,季铵盐四甲基氯化铵可重新用于制备氟化剂四甲基氟化铵,由此实现原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用;与现有技术相比,本发明从根本上避免了含氟废盐的产生,降低了反应成本和后处理成本,经济性高,且符合绿色环保的理念,工业化应用可行性高,属于有机合成技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域,尤其是涉及一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用。
背景技术
在有机合成的氟化反应中,应用广泛的氟源是碱金属氟化物,其中氟化钾由于其高活性和成本优势,已成为工业上应用最广泛的氟化剂。
然而,以氟化钾为氟化剂的氟化反应存在一些关键性问题:其一,由于氟化钾吸湿性强,使用前必须经过干燥,导致反应工序复杂;其二,氟化钾难溶于有机溶剂,即使在极性溶剂中溶解度也较差,由此导致氟化反应的反应效果受限,需要使用季铵盐催化剂,使不溶于有机溶剂的氟盐转变为可溶的季铵氟盐,再与氟化底物进行反应,才能取得较好的反应效果,然而季铵盐催化剂的使用导致反应成本增加,同时使用的季铵盐催化剂在反应后只能随废料丢弃,不能重复利用,造成反应成本进一步提高;其三,氟化反应过后剩余的大量废盐中含有未反应的氟离子,造成后处理难度增加,后处理成本升高。
有机氟化物是一种可溶性的氟源,用有机阳离子代替了金属阳离子,能增加氟源在有机溶剂中的溶解度,降低了键能,提高了氟离子的亲核性。季铵盐氟化剂作为氟源与氟化钾相比,反应时间短,反应温度低,且氟化反应后取代生成的季铵盐能通过系列反应重新生成季铵盐氟化剂,实现氟化剂的循环利用,避免了产生难处理的氟化废盐,降低了后处理成本。因此,开发一种经济高效且能循环使用的氟化剂用于氟化反应是很有必要的。
发明内容
为解决上述技术问题,本申请采用的技术方案是提供一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用,以解决现有的氟化剂存在的反应效果有限、反应后处理难度大、反应成本高的技术问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种高效循环的氟化试剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将四甲基氯化铵和碱加入到溶剂中,保温搅拌进行反应,得到四甲基氢氧化铵溶液;
(2)向四甲基氢氧化铵溶液中通入氟化氢,通入完毕后,保温搅拌进行反应,得到四甲基氟化铵。
优选的,步骤(1)中,溶剂为乙醇,四甲基氯化铵与乙醇的摩尔比为1:5~1:15;碱为氢氧化钠,四甲基氯化铵与氢氧化钠的摩尔比为1:1~1:4。
优选的,步骤(1)中,反应温度为10~40℃,反应时间为1~4h。
优选的,步骤(2)中,四甲基氯化铵与氟化氢的摩尔比为1:1.0~1:2.5。
优选的,步骤(2)中,反应温度为5~15℃,反应时间为0.5~2h。
本申请实施例的第二方面提供了上述任一项所述的制备方法制备得到的氟化剂四甲基氟化铵。
本申请实施例的第三方面提供了上述任一项所述的制备方法制备得到的氟化剂四甲基氟化铵的应用,包括以下步骤:
将四甲基氟化铵与氟化反应底物混合,保温搅拌进行氟化反应,反应结束后,对反应物料进行分离,得到氟化产物和四甲基氯化铵。
优选的,氟化反应底物为2,3-二氯硝基苯、3,4-二氯硝基苯、2,4-二氯-5-氟硝基苯的任意一种或至少两种的组合,四甲基氟化铵与氟化反应底物的摩尔比为1:1。
优选的,氟化反应的反应温度为40~55℃,反应时间为8~14h。
优选的,分离包括溶解、水洗、分液、精馏、脱水工序;溶解工序的具体操作为:向反应物料中加入溶剂,并置于60~70℃下进行水浴融化。
本发明提供了一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用,以四甲基氯化铵为原料,先将其与碱反应生成四甲基氢氧化铵,四甲基氢氧化铵再与氟化氢反应生成氟化剂四甲基氟化铵,氟化剂四甲基氟化铵与底物发生氟化反应,取代生成氟化产物和季铵盐四甲基氯化铵,季铵盐四甲基氯化铵可重新用于制备氟化剂四甲基氟化铵,由此实现原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明使用廉价的氟化氢和碱代替了价格昂贵的氟化钾作为氟化反应氟原子的来源,大幅度降低了氟化反应的原料成本,此外避免了昂贵催化剂的使用,减少了催化剂的原料成本,同时解决了催化剂分解不彻底造成的废水处理问题,降低了后处理成本,使反应更具有价格优势;
(2)本发明实现了原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用,从根本上避免了含氟废盐的产生,降低了反应成本和后处理成本,经济性高,且符合绿色环保的理念,工业化应用可行性高,其循环反应机理如下:
(3)本发明相较于以氟化钾等盐为氟源的反应,反应工序没有变得复杂,且氟化剂用量更低,反应条件更温和,反应收率更高,反应成本和后处理成本更低,具有很好的工业化应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例20的有机相固体产品的高效液相色谱图;
图2为2-氟-3-氯硝基苯标准物的高效液相色谱图;
图3为本申请实施例20的有机相固体产品与2-氟-3-氯硝基苯标准物的光谱峰对比图;其中,(1)为实施例20的有机相固体产品;(2)为2-氟-3-氯硝基苯标准物。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本发明提供了一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用,以四甲基氯化铵为原料,先将其与碱反应生成四甲基氢氧化铵,四甲基氢氧化铵再与氟化氢反应生成氟化剂四甲基氟化铵,氟化剂四甲基氟化铵与底物发生氟化反应,取代生成氟化产物和季铵盐四甲基氯化铵,季铵盐四甲基氯化铵重新用于制备氟化剂四甲基氟化铵,由此实现原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用。
为了证实本发明的效果,以下结合实施例1~22进行说明。
(一)氟化剂四甲基氟化铵的制备方法
实施例1
一种高效循环的氟化试剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)向装有磁子的无水玻璃四口瓶中依次加入46.05g(1.0mol)乙醇和8g(0.2mol)氢氧化钠粉末,搅拌溶解后,再加入10.96g(0.1mol)四甲基氯化铵,在20℃下保温搅拌2h,进行反应;反应结束后,对反应物料进行过滤,取滤液,得到四甲基氢氧化铵溶液。
反应方程式如下:
(2)将四甲基氢氧化铵溶液转移至四氟反应瓶内,降温至10℃,同时,向反应瓶内通入氮气10min,对反应瓶内的气体进行置换,当反应瓶内的物料降至10℃且氮气置换完成后,开始以20mL/min的速度向物料液面下通入氟化氢气体,共计通入3.00g(0.15mol)氟化氢气体,期间通过调节通入时间来控制氟化氢的通入量;通入完毕后,继续保温搅拌1h,进行反应;反应结束后,对反应物料进行减压蒸馏浓缩、喷干,得到产物四甲基氟化铵8.69g,计算其摩尔收率为93.30%。
反应方程式如下:
实施例2
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,加入4g(0.1mol)氢氧化钠粉末,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵7.17g,计算其摩尔收率为76.98%。
实施例3
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,加入12g(0.3mol)氢氧化钠粉末,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.64g,计算其摩尔收率为92.76%。
实施例4
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,加入16g(0.4mol)氢氧化钠粉末,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.28g,计算其摩尔收率为88.90%。
由实施例1~4可知,四甲基氯化铵与碱反应过程中使用的氢氧化钠需要控制在合适的投料量,当氢氧化钠用量较低时,反应收率较低,而当氢氧化钠用量过大时,产物的收率没有提高反而降低了,因此,较合适的氢氧化钠投料量按摩尔计为四甲基氯化铵的2当量,即四甲基氯化铵与氢氧化钠的摩尔比优选为1:2。
实施例5
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,加入22.96g(0.5mol)乙醇,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.05g,计算其摩尔收率为86.43%。
实施例6
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,加入69.08g(1.5mol)乙醇,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵7.94g,计算其摩尔收率为85.25%。
由实施例1、5~6可知,对于四甲基氯化铵与碱反应过程中乙醇的投料量,如果溶剂投料量过小会导致反应进行困难,降低反应的收率,而如果投入过多量的溶剂乙醇,不仅会导致物料浓度降低,造成反应收率降低,还会造成原料浪费,因此,最适宜的乙醇投料量按摩尔计为四甲基氯化铵的10当量,即四甲基氯化铵与乙醇的摩尔比优选为1:10。
实施例7
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,在10℃下保温搅拌进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.43g,计算其摩尔收率为90.51%。
实施例8
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,在30℃下保温搅拌进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.62g,计算其摩尔收率为92.55%。
实施例9
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,在40℃下保温搅拌进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.59g,计算其摩尔收率为92.22%。
由实施例1、7~9可知,四甲基氯化铵与碱反应的反应温度需要控制在20℃,当温度过低,为10℃时,反应进行缓慢,同样条件下不能完成反应,而当反应温度过高,达到40℃时,会导致部分产物分解,造成反应收率降低,因此,四甲基氯化铵与碱反应的反应温度优选为20℃。
实施例10
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,保温搅拌1h进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵7.38g,计算其摩尔收率为79.23%。
实施例11
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,保温搅拌3h进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.60g,计算其摩尔收率为92.33%。
实施例12
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(1)中,保温搅拌4h进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.55g,计算其摩尔收率为91.79%。
由实施例1、10~12可知,四甲基氯化铵与碱反应的反应时间应当为2h,反应时间过短时不能完成反应,使部分物料浪费,造成反应收率降低,而反应时间超过2h后,产物收率还会略微降低,可能是反应时间延长导致发生了部分副反应,因此,四甲基氯化铵与碱反应的反应时间优选为2h。
实施例13
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(2)中,共计通入2.00g(0.10mol)氟化氢气体,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.21g,计算其摩尔收率为88.14%。
实施例14
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(2)中,共计通入4.00g(0.20mol)氟化氢气体,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.70g,计算其摩尔收率为93.40%。
实施例15
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(2)中,共计通入5.00g(0.25mol)氟化氢气体,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.63g,计算其摩尔收率为92.65%。
由实施例1、13~15可知,四甲基氢氧化铵与氟化氢反应过程中,当氟化氢的投料量过低,为底物四甲基氢氧化铵的1.0当量时,会有部分底物未反应,导致反应收率较低,而当氟化氢用量达到底物的2.5摩尔当量时,产物收率并没有提高,还会造成原料的浪费,因此,最合适的氟化氢投料量按摩尔计为四甲基氢氧化铵的1.5~2.0当量;从降低成本的角度考虑,氟化氢投料量优选为四甲基氢氧化铵的1.5摩尔当量,即四甲基氯化铵与氟化氢的摩尔比为1:1.5。
实施例16
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(2)中,降温至5℃保温搅拌进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵6.64g,计算其摩尔收率为71.29%。
实施例17
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(2)中,降温至15℃保温搅拌进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵7.64g,计算其摩尔收率为82.02%。
由实施例1、16~17可知,四甲基氢氧化铵与氟化氢反应过程中,反应温度过低时,反应基本缓慢,而反应温度过高时,反应收率也会降低,因此,氟取代反应的反应温度优选为10℃。
实施例18
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(2)中,保温搅拌0.5h进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.09g,计算其摩尔收率为86.86%。
实施例19
本实施方法和实施例1不同的是,步骤(3)中,保温搅拌2h进行反应,其他步骤相同,最终得到产物四甲基氟化铵8.63g,计算其摩尔收率为92.65%。
由实施例1、18~19可知,四甲基氢氧化铵与氟化氢反应过程中,保温时间应当在1h以上,当保温时间过短,为0.5h时,部分原料未反应,会造成反应收率降低,当保温时间过长,为2h时,反应收率略微降低,由此可知,延长反应时间并没有优势,因此,氟取代反应的反应时间优选为1h。
为了更加直观地比较实施例1~19的工艺参数对氟化剂四甲基氟化铵的摩尔收率的影响,现形成如下表1。
表1 实施例1~19的工艺参数对氟化剂四甲基氟化铵的摩尔收率的影响
由表1可知,四甲基氯化铵与碱反应的优选反应条件为:四甲基氯化铵与乙醇的摩尔比为1:10,四甲基氯化铵与氢氧化钠的摩尔比为1:2,反应温度为20℃,反应时间为2h;氟取代反应(四甲基氢氧化铵与氟化氢反应)的优选反应条件为:四甲基氯化铵与氟化氢的摩尔比为1:1.5,反应温度为10℃,反应时间为1h;此时,四甲基氟化铵的摩尔收率高达93.30%。
对实施例1制备得到的产物进行检测分析,具体过程如下:
取实施例1制备得到的固体产物0.5g,经过65%硝酸水解消融后,采用氟离子电极对其进行检测,测得产物中的氟离子含量为20.39%,符合产物四甲基氟化铵中氟离子含量;同时取实施例1制备得到的固体产物0.5g,采用硝酸银滴定法对其进行检测,未检测到氯离子;由此可知,实施例1制备得到的产物为四甲基氟化铵,计算得到产物的摩尔收率为93.30%。
(二)氟化剂四甲基氟化铵的应用
实施例20
氟化剂四甲基氟化铵用于氟化2,3-二氯硝基苯的方法,包括以下步骤:
向洁净无水的反应器内加入57.6g(0.3mol)2,3-二氯硝基苯和27.94g(0.3mol)四甲基氟化铵,混合均匀后,升温至40℃,保温搅拌8h,进行氟化反应;反应结束后,向反应物料中加入200g纯化水,置于60℃水浴融化物料,然后水洗打浆,分液,得到有机相和水相,对有机相进行精馏处理,得到固体产品52.936g,使用高效液相色谱仪对其进行检测,通过外标法计算得出固体产品中含有94.36%的氟化产物2-氟-3-氯硝基苯49.95g,其摩尔收率为94.85%;对水相进行脱水,得到固体产品32.44g,消解后采用硝酸银滴定法测得其中的氯离子含量为30.69%,采用电极法测得氟离子含量为4.97%,计算得出固体产品中四甲基氯化铵纯度为94.87%,摩尔收率为99.83%。
反应方程式如下:
实施例21
氟化剂四甲基氟化铵用于氟化3,4-二氯硝基苯的方法,包括以下步骤:
向洁净无水的反应器内加入57.6g(0.3mol)3,4-二氯硝基苯和27.94g(0.3mol)四甲基氟化铵,混合均匀后,升温至40℃,保温搅拌10h,进行氟化反应;反应结束后,向反应物料中加入200g纯化水,置于60℃水浴融化物料,然后水洗打浆,分液,得到有机相和水相,对有机相进行精馏处理,得到固体产品52.898g,使用高效液相色谱仪对其进行检测,通过外标法计算得出固体产品中含有94.81%的氟化产物4-氟-3-氯硝基苯50.16g,其摩尔收率为95.25%;对水相进行脱水,得到固体产品32.46g,消解后采用硝酸银滴定法测得其中的氯离子含量为30.83%,采用电极法测得氟离子含量为4.50%,计算得出固体产品中四甲基氯化铵纯度为95.33%,摩尔收率为99.82%。
实施例22
氟化剂四甲基氟化铵用于氟化2,4-二氯-5-氟硝基苯的方法,包括以下步骤:
向洁净无水的反应器内加入63.0g(0.3mol)2,4-二氯-5-氟硝基苯和27.94g(0.3mol)四甲基氟化铵,混合均匀后,升温至55℃,保温搅拌14h,进行氟化反应;反应结束后,向反应物料中加入200g纯化水,置于70℃水浴融化物料,然后水洗打浆,分液,得到有机相和水相,对有机相进行精馏处理,得到固体产品54.25g,使用高效液相色谱仪对其进行检测,通过外标法计算得出固体产品中含有89.58%的氟化产物2,4,5-三氟硝基苯48.60g,其摩尔收率为91.48%;对水相进行脱水,得到固体产品32.28g,消解后采用硝酸银滴定法测得其中的氯离子含量为29.88%,采用电极法测得氟离子含量为7.24%,计算得出固体产品中四甲基氯化铵纯度为92.37%,摩尔收率为99.58%。
为了更加直观地比较实施例20~22中氟化剂四甲基氟化铵对氟化反应的影响,现形成如下表2。
表2 实施例20~22中氟化剂四甲基氟化铵对氟化反应的影响
由表2中实施例20~22可知,四甲基氟化铵用作氟化剂与底物进行氟化反应时,其投料比例并不需要过高,并且在较低的反应温度下就可取得较高的反应收率,由此可知,氟化剂四甲基氟化铵在较温和的反应条件下即可表现出高效的氟化活性。
此外,在四甲基氟化铵与底物的氟化反应中,四甲基氯化铵的反应收率也很高,季铵盐四甲基氯化铵可重新用于制备四甲基氟化铵,由此说明,以四甲基氟化铵为氟化剂,可以实现原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用。
对实施例20的有机相固体产品进行检测,得到其高效液相色谱图如图1所示,对购买自麦克林公司的2-氟-3-氯硝基苯标准物进行检测,得到其高效液相色谱图如图2所示。从图1中可以看出,产物的光谱峰出峰时间为7.422min,从图2中可以看出,2-氟-3-氯硝基苯标准物的光谱峰出峰时间为7.417min,由此可知,实施例20的有机相固体产品的出峰时间与2-氟-3-氯硝基苯标准物的出峰时间大致相同。对实施例20的有机相固体产品与2-氟-3-氯硝基苯标准物的吸收峰进行对比,得到两者的光谱峰对比图如图3所示,其中,(1)为实施例20的有机相固体产品;(2)为2-氟-3-氯硝基苯标准物。从图3中可以看出,两种物质的光谱峰基本重合在一起,由此表明,两种物质为同一种物质,即实施例20的有机相固体产品为2-氟-3-氯硝基苯。
本发明提供了一种高效循环的氟化试剂及其制备方法与应用,以四甲基氯化铵为原料,先将其与碱反应生成四甲基氢氧化铵,四甲基氢氧化铵再与氟化氢反应生成氟化剂四甲基氟化铵,氟化剂四甲基氟化铵与底物发生氟化反应,取代生成氟化产物和季铵盐四甲基氯化铵,季铵盐四甲基氯化铵可重新用于制备氟化剂四甲基氟化铵,由此实现原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用。
与现有技术相比,(1)本发明使用廉价的氟化氢和碱代替了价格昂贵的氟化钾作为氟化反应氟原子的来源,大幅度降低了氟化反应的原料成本,此外避免了昂贵催化剂的使用,减少了催化剂的原料成本,同时解决了催化剂分解不彻底造成的废水处理问题,降低了后处理成本,使反应更具有价格优势;(2)本发明实现了原料四甲基氯化铵与氟化剂四甲基氟化铵的循环利用,从根本上避免了含氟废盐的产生,降低了反应成本和后处理成本,经济性高,且符合绿色环保的理念,工业化应用可行性高;(3)本发明相较于以氟化钾等盐为氟源的反应,反应工序没有变得复杂,且氟化剂用量更低,反应条件更温和,反应收率更高,反应成本和后处理成本更低,具有很好的工业化应用前景。
需要说明的是:本发明所使用的原料和装置,如无特殊规定,均为常规的市售产品,本发明中所使用的方法,如无特殊规定,均为常规的方法。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高效循环的氟化试剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将四甲基氯化铵和碱加入到溶剂中,保温搅拌进行反应,得到四甲基氢氧化铵溶液;其中,反应温度为10~40℃,反应时间为1~4h;
(2)向四甲基氢氧化铵溶液中通入氟化氢,通入完毕后,保温搅拌进行反应,得到氟化剂四甲基氟化铵;其中,四甲基氯化铵与氟化氢的摩尔比为1:1.0~1:2.5,反应温度为5~15℃,反应时间为0.5~2h。
2.根据权利要求1所述的高效循环的氟化试剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,溶剂为乙醇,四甲基氯化铵与乙醇的摩尔比为1:5~1:15;碱为氢氧化钠,四甲基氯化铵与氢氧化钠的摩尔比为1:1~1:4。
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Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06219998A (ja) * | 1991-08-09 | 1994-08-09 | Tohkem Prod:Kk | フッ素化有機第四級アンモニウム塩の製造方法 |
US6274770B1 (en) * | 1997-03-13 | 2001-08-14 | Victrex Manufacturing Limited | Process for preparation of aromatic compounds |
US6471735B1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-10-29 | Air Liquide America Corporation | Compositions for use in a chemical-mechanical planarization process |
CN1400964A (zh) * | 2000-02-08 | 2003-03-05 | 巴斯福公司 | 由1,3,5-三氯苯制备3,5-二氟苯胺的方法 |
CN1948268A (zh) * | 2005-10-10 | 2007-04-18 | 浙江师范大学 | 季铵盐的合成方法 |
CN101591211A (zh) * | 2008-05-30 | 2009-12-02 | 南京理工大学 | 微波卤素交换氟化制备氟代化合物的方法 |
JP2011012044A (ja) * | 2009-06-03 | 2011-01-20 | Tokuyama Corp | 水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法 |
WO2011036942A1 (ja) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | 株式会社トクヤマ | 水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法 |
CN102603460A (zh) * | 2012-02-20 | 2012-07-25 | 西安近代化学研究所 | 一种2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷的制备方法 |
CN103992275A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-20 | 东北大学 | 一种氟化盐离子液体的合成方法 |
CN104892433A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-09-09 | 荣成青木高新材料股份有限公司 | 一种甲基三乙基四氟硼酸铵的制备方法 |
CN109904426A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-18 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用 |
CN114853560A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-05 | 湖南复瑞生物医药技术有限责任公司 | 一种2,4,5三氟苄基溴和2,4,5-三氟苯甲酸的制备方法 |
CN115124434A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-30 | 苏利制药科技江阴有限公司 | 一种亲核氟化试剂及其合成工艺、应用 |
CN115433122A (zh) * | 2022-10-18 | 2022-12-06 | 大连双硼医药化工有限公司 | 一种6-氟烟酸的制备方法 |
CN116836060A (zh) * | 2023-05-26 | 2023-10-03 | 山东京博农化科技股份有限公司 | 一种2,3,4-三氟硝基苯的制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100160702A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | Chevron Phillips Chemical Company Lp | Methods of Preparing an Aromatization Catalyst |
CN103254041B (zh) * | 2013-05-03 | 2016-04-13 | 巨化集团技术中心 | 一种氢氟醚的制备方法 |
-
2023
- 2023-12-28 CN CN202311823397.XA patent/CN117486728B/zh active Active
Patent Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06219998A (ja) * | 1991-08-09 | 1994-08-09 | Tohkem Prod:Kk | フッ素化有機第四級アンモニウム塩の製造方法 |
US6274770B1 (en) * | 1997-03-13 | 2001-08-14 | Victrex Manufacturing Limited | Process for preparation of aromatic compounds |
US6471735B1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-10-29 | Air Liquide America Corporation | Compositions for use in a chemical-mechanical planarization process |
CN1400964A (zh) * | 2000-02-08 | 2003-03-05 | 巴斯福公司 | 由1,3,5-三氯苯制备3,5-二氟苯胺的方法 |
CN1948268A (zh) * | 2005-10-10 | 2007-04-18 | 浙江师范大学 | 季铵盐的合成方法 |
CN101591211A (zh) * | 2008-05-30 | 2009-12-02 | 南京理工大学 | 微波卤素交换氟化制备氟代化合物的方法 |
JP2011012044A (ja) * | 2009-06-03 | 2011-01-20 | Tokuyama Corp | 水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法 |
WO2011036942A1 (ja) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | 株式会社トクヤマ | 水酸化テトラアルキルアンモニウムの製造方法 |
CN102603460A (zh) * | 2012-02-20 | 2012-07-25 | 西安近代化学研究所 | 一种2-氯-1,1,1,2-四氟丙烷的制备方法 |
CN103992275A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-08-20 | 东北大学 | 一种氟化盐离子液体的合成方法 |
CN104892433A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-09-09 | 荣成青木高新材料股份有限公司 | 一种甲基三乙基四氟硼酸铵的制备方法 |
CN109904426A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-18 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种MXene诱导生长的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用 |
CN114853560A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-05 | 湖南复瑞生物医药技术有限责任公司 | 一种2,4,5三氟苄基溴和2,4,5-三氟苯甲酸的制备方法 |
CN115124434A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-30 | 苏利制药科技江阴有限公司 | 一种亲核氟化试剂及其合成工艺、应用 |
CN115433122A (zh) * | 2022-10-18 | 2022-12-06 | 大连双硼医药化工有限公司 | 一种6-氟烟酸的制备方法 |
CN116836060A (zh) * | 2023-05-26 | 2023-10-03 | 山东京博农化科技股份有限公司 | 一种2,3,4-三氟硝基苯的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
"Reactions of the "Naked" Fluoride Ion: Syntheses and Structures of SeF62- and BrF6-";Ali Reza Mahjoub,et al.;《Chent. Etrr. J》;19951231;第1卷(第4期);第261-265页 * |
"Tetramethylammonium Fluoride: Fundamental Properties and Applications in C-F Bond-Forming Reactions and as a Base";Vladimir Iashin,et al.;《Catalysts》;20220218;第12卷(第233期);第1-58页 * |
"四甲基氢氧化铵制备方法及应用";王宏葛 等;《化工生产与技术》;20061231;第13卷(第5期);第37-39页 * |
"芳香族化合物置换氟化反应研究";徐珍 等;《精细与专用化学品》;20061021;第14卷(第20期);第9-13页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117486728A (zh) | 2024-02-02 |
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