CN117486916A - 一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3,4,5‑三氟苯硼酸的合成方法，包括以下步骤：以1,2,3‑三氟苯、频那醇硼烷（HBpin）为原料，1,5‑环辛二烯(η5‑茚)铱(I)（(Ind)Ir(COD)）为催化剂，1,2‑双(二苯基膦)乙烷（DPPE）为配位试剂制得3,4,5‑三氟苯基硼酸频那醇酯，再经高碘酸钠，乙酸铵，四氢呋喃与水体系中制得3,4,5‑三氟苯硼酸；该方法反应污染小、绿色环保，高效，催化剂与配位试剂经分离后可重复使用；水解条件温和，副产物少，后处理简单，可高收率的得到3,4,5‑三氟苯硼酸，属于有机化工技术领域。
Description
技术领域
本申请属于有机化工技术领域，尤其是涉及一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法。
背景技术
3,4,5-三氟苯硼酸是一种重要的农药中间体，主要用于合成琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI）类杀菌剂氟唑菌酰胺；氟唑菌酰胺是巴斯夫公司开发的一种高选择性吡唑酰胺类杀菌剂，其结构新颖，广谱高效，作用方式不同于现有杀菌剂，已成为杀菌剂研究的新热点，同时，3,4,5-三氟苯硼酸与卤代芳烃的Suzuki偶联反应的位置选择性和立体选择性好，各种化学官能团在反应中不发生变化，反应条件温和，且产率高，是形成C-C键的重要途径，其在有机合成反应如C-O键、C-N键、C-S键的形成反应中具有非常重要的应用。
3,4,5-三氟苯硼酸常用的合成路线是以3,4,5-三氟溴苯为原料，先通过格氏反应生成3,4,5-三氟苯基卤化镁，再与硼酸三甲酯经硼酸化反应制得3,4,5-三氟苯硼酸；此路线制备格式试剂时，可能会导致部分掉氟产物的生成，影响最终产品的纯度；同时，在此过程中还需使用低沸点的无水乙醚，且对反应温度的要求很严格，不适合大生产。
专利CN102093245A报道了一种由2,4,5-三氟溴苯制备2,4,5-三氟苯硼酸的方法；该方法采用金属镁，在溶剂无水乙醚中，通过格氏反应由2,4,5-三氟溴苯制成2,4,5-三氟苯基溴化镁，再在-78℃与硼酸三甲酯进行反应，通过后处理制备得2,4,5-三氟苯硼酸；这是氟溴苯类物质通过此法制备氟苯硼酸的一种通法。
专利CN105085557A报道了一种由3,4,5-三氟溴苯制备3,4,5-三氟苯硼酸的方法；以四氢呋喃为反应溶剂，3,4,5-三氟溴苯为反应原料，先与异丙基氯化镁经格氏交换反应制得3,4,5-三氟苯基氯化镁，然后再与硼酸三甲酯经硼酸化反应制得3,4,5-三氟苯硼酸。
文献“Polyfluorinated Aryl(dihydroxy)boranes and Tri(aryl)boroxins[J].Z.Anorg. Allg. Chem. H.-J. Frohn. 2002, 628, 2827-2833”报道了大量的多氟苯硼酸的合成方法，其中包括3,4,5-三氟苯硼酸；以3,4,5-三氟苯基溴化镁或3,4,5-三氟苯基锂与略微过量的B(OMe)3在醚中反应，随后用稀盐酸水解中间体3,4,5-三氟苯基三甲氧基硼酸酯得到3,4,5-三氟苯硼酸。
类似的方法必须以3,4,5-三氟溴苯为原料，其本身的合成路线非常复杂冗长，如国内目前的主流工艺之一为以邻二氯苯为起点，通过多步硝化、氟化、氯化、硝基还原、溴化、重氮还原最终合成3,4,5-三氟溴苯，虽然近年来不断有使用1,2,3-三氟苯一步溴化合成3,4,5-三氟溴苯的报道出现，但即便简化了3,4,5-三氟溴苯的合成路线，以1,2,3-三氟苯为起点制备3,4,5-三氟苯硼酸，也势必要多加一步溴化。
为通过新工艺改良3,4,5-三氟苯硼酸原有的合成路线，开创一条新的3,4,5-三氟苯硼酸的合成路线，希望以合成3,4,5-三氟溴苯的优质原料1,2,3-三氟苯为起点，找寻一条绿色，环保，安全，简洁，低成本的路线合成3,4,5-三氟苯硼酸。
发明内容
本申请在于提供一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，解决了传统工艺生产3,4,5-三氟苯硼酸纯度低，温度要求严格，合成路线复杂的问题。
本申请实施例提供了一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，包括以下步骤：
步骤（1）：以1,2,3-三氟苯、频那醇硼烷为原料，1,2-双(二苯基膦)乙烷和环己烷为溶剂，在1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)催化下反应，后处理得到3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯；
步骤（2）：3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与高碘酸钠、乙酸铵在四氢呋喃和水组成的混合溶液中反应，后处理得到3,4,5-三氟苯硼酸。
优选的，所述步骤（1）中1,2,3-三氟苯与1,2-双(二苯基膦)乙烷的摩尔比为1 :0.01-0.02，尤其是摩尔比为1 : 0.015。
优选的，所述步骤（1）中1,2,3-三氟苯与频那醇硼烷的摩尔比为1 : 1.5-3.0，尤其是摩尔比为1 : 2.0。
优选的，所述步骤（1）中1,2,3-三氟苯与1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)的摩尔比为1 :0.01-0.02，尤其是摩尔比为1 : 0.015。
优选的，所述步骤（1）中反应时间为3-11 h，尤其是反应时间为7 h。
优选的，所述步骤（1）中反应温度为80-140 ℃，尤其是反应温度为100 ℃。
优选的，所述步骤（2）中所述四氢呋喃和水的体积比为5 : 2。
优选的，所述步骤（2）中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与高碘酸钠的摩尔比为1 :2.0-3.0，尤其是摩尔比为1 : 2.5。
优选的，所述步骤（2）中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与乙酸铵的摩尔比为1 :2.0-3.0，尤其是摩尔比为1 : 2.5。
优选的，所述步骤（2）中反应时间为8-14 h，尤其是反应时间为12 h。
一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，以1,2,3-三氟苯为起点，通过硼基化，水解两步制备3,4,5-三氟苯硼酸，具体反应路线如下：
所述硼基化反应机理推测如下：
频那醇硼烷（HBpin）与1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)（(Ind)Ir(COD)）生成1,5-环辛二烯双膦中间体，脱去COD生成18电子双膦化合物，18电子双膦化合物是硼化反应的有效催化剂，加入1,2,3-三氟苯，由于氟的强吸电子能力，5位C-H键易断裂，并且Ir催化剂对C-H活化具有高度选择性，5-C与18电子双膦化合物生成氟苯双膦化合物，B-H键和C-H键热脱氢偶联生成3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯。
本发明第一步原料廉价易得，2’-F对位C-H键更活泼，产率更高，反应成本更低，并且反应污染小、绿色环保，高效，第二步水解条件温和，副产物少，后处理简单，产率高，具有很好的工业化前景。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的气相色谱图。
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，对本申请进行进一步详细说明。
实施例1
步骤（1）：在装有温度计，机械搅拌装置的四口瓶中加入0.3035 g（0.7617 mmol）的1,2-双(二苯基膦)乙烷（DPPE），19.49 g（152.34 mmol）的频那醇硼烷（HBpin），0.3166 g（0.7617 mmol）的1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)（(Ind)Ir(COD)）与200 mL环己烷，使用水泵检查装置气密性，确定气密性良好后用氮气置换四口瓶内空气3次，搅拌10 min，在氮气保护下向混合物中加入10.06 g（76.17 mmol）1,2,3-三氟苯， 100 ℃油浴搅拌7 h；用水淬灭反应并分液，二氯甲烷萃取水层，用无水硫酸钠干燥有机相并过滤；减压除出溶剂，得到中间产物3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯粗品，使用液相标准曲线标定产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为15.03 g，收率76.49 %。
步骤（2）：在装有温度计，机械搅拌装置的四口瓶中加入20.03 g （77.62 mmol）3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯，32.66 g（155.24 mmol）高碘酸钠与11.77 g（155.24 mmol）乙酸铵，加入200 mL 四氢呋喃（THF）与水体积比为5：2的混合溶液，于25 ℃下搅拌10 h，将反应料液全部加入到冰水中，以乙酸乙酯萃取，减压除去溶剂，重结晶得到12.86 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.64 %（以气相色谱峰面积计算），收率95.41 %。
实施例2
本实施方法和实施例 1 不同的是DPPE质量为0.4556 g（1.14 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为16.51 g，收率84.02 %。
实施例3
本实施方法和实施例 1 不同的是DPPE质量为0.6067 g（1.52 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为16.45 g，收率83.72 %。
对比实施例1/2/3，其余操作相同，DPPE的摩尔比由0.010提高至0.015，3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯收率由76.49 %提高至84.02 %，继续提高DPPE摩尔比至0.020，收率略有降低为83.72 %，所以1,2,3-三氟苯与DPPE最优摩尔比为1 : 0.015。
实施例4
本实施方法和实施例 2不同的是HBpin质量为14.62 g（114.26 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为11.61 g，收率59.08 %。
实施例5
本实施方法和实施例 2不同的是HBpin质量为24.37 g（190.43 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为16.53 g，收率84.12 %。
实施例6
本实施方法和实施例 2不同的是HBpin质量为29.24 g（228.51 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为16.23 g，收率82.60 %。
对比实施例2/4/5/6，其余操作相同，HBpin的摩尔比由1.5提高至2.0，3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯收率由59.08 %提高至84.02 %；继续提高HBpin摩尔比至2.5，收率基本不变为84.12 %；继续提高至3.0，收率降低为82.60 %，所以1,2,3-三氟苯与HBpin最优摩尔比为1 : 2.0。
实施例7
本实施方法和实施例 2不同的是(Ind)Ir(COD)质量为0.4750 g（1.14 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为17.32 g，收率88.12 %。
实施例8
本实施方法和实施例 2不同的是(Ind)Ir(COD)质量为0.6332 g（1.52 mmol），其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为16.84 g，收率85.70 %。
对比实施例2/7/8，其余操作相同，(Ind)Ir(COD)的摩尔比由0.010提高至0.015，3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯收率由84.02 %提高至88.12 %，继续提高DPPE摩尔比至0.020，收率降低为85.70 %，所以1,2,3-三氟苯与 (Ind)Ir(COD) 最优摩尔比为1 :0.015。
实施例9
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应温度为80 ℃，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为15.62 g，收率79.49 %。
实施例10
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应温度为120 ℃，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为16.53g，收率84.12%。
实施例11
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应温度为140 ℃，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为15.84g，收率80.61%。
对比实施例7/9/10/11，其余操作相同，反应温度由80 ℃提高至100 ℃后，3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯收率由79.49 %提高至88.12 %，继续提高温度至120 ℃，收率降低为84.12 %，继续提高温度至140 ℃，收率下降为80.61 %，所以最优反应温度为100 ℃。
实施例12
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应时间为3 h，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为10.48 g，收率53.33 %。
实施例13
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应时间为5 h，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为14.69 g，收率74.76 %。
实施例14
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应时间为9 h，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为15.29 g，收率77.81 %。
实施例15
本实施方法和实施例 7不同的是步骤（1）中反应时间为11 h，其余操作相同，粗品产物中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯质量为14.78 g，收率75.22 %。
对比实施例7/12/13/14/15，其余操作相同，反应时间由3 h提升至5 h，3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯收率由53.33 %提高至74.76 %，延长反应时间至7 h，收率提高至88.12 %，继续延长反应时间至9 h，会增加副反应将一定产物转化为多取代芳基硼酸频那醇酯，收率下降为77.81 %，继续延长时间至11 h，收率下降为75.22 %，所以最优反应时间为7 h。
按照实施例7的条件制备出粗品3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯516.32 g， 纯度为98.35 %，以下实例均使用其作为原料进行反应。
实施例16
本实施方法和实施例7不同的是高碘酸钠质量为40.83 g（194.05 mmol），其余操作相同，得到12.95 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.71 %，收率96.15 %。
实施例17
本实施方法和实施例7不同的是高碘酸钠质量为48.98 g（232.86 mmol），其余操作相同，得到12.91 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.65 %，收率95.79 %。
对比实施例7/16/17，其余操作相同，高碘酸钠摩尔比由2.0提高至2.5，收率由95.41 %提高至96.15 %，继续提高高碘酸钠摩尔比至3.0，收率略有下降为95.79 %，所以3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与高碘酸钠最优摩尔比为1 : 2.5。
实施例18
本实施方法和实施例16不同的是乙酸铵质量为14.71 g（194.05 mmol），其余操作相同，得到13.11 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.82 %，收率97.44 %。
实施例19
本实施方法和实施例16不同的是乙酸铵质量为17.66 g（232.86 mmol），其余操作相同，得到13.07 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.78 %，收率97.11%。
对比实施例16/18/19，其余操作相同，乙酸铵摩尔比由2.0提高到2.5时，收率由96.15 %提高至97.44 %，继续提高乙酸铵摩尔比至3.0，收率略有下降为97.11 %，所以3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与乙酸铵最优摩尔比为1 : 2.5。
实施例20
本实施方法和实施例18不同的是步骤（2）中反应时间为8 h，其余操作相同，得到11.59 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.78 %，收率86.11 %。
实施例21
本实施方法和实施例18不同的是步骤（2）中反应时间为12 h，其余操作相同，得到13.22 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.69 %，收率98.13 %，气相色谱如图1所示。
实施例22
本实施方法和实施例18不同的是步骤（2）中反应时间为14 h，其余操作相同，得到13.15 g 3,4,5-三氟苯硼酸，纯度为99.65 %，收率97.57 %。
对比实施例18/20/21/22，其余操作相同，反应时间由8 h延长至12 h，收率由86.11 %提高至98.13 %，延长反应时间至14 h，收率下降为97.57 %，所以最优反应时间为12 h。
按照实施例21的条件制备出纯度为99.69 %的3,4,5-三氟苯硼酸，收率为98.13%。
综上，本发明提供了一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，以1,2,3-三氟苯，频那醇硼烷（HBpin）为原料，1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)（(Ind)Ir(COD)）为催化剂，1,2-双(二苯基膦)乙烷（DPPE）为配位试剂，加热下制得 3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯，再经高碘酸钠，乙酸铵，THF与水体系室温下水解制得3,4,5-三氟苯硼酸；该方法第一步1,2,3-三氟苯廉价易得，由于1,2,3位3个氟的强吸电子能力，4’-C上的H变活泼，C-H键易断裂，使得产率更高；催化剂与配位试剂经分离后可重复使用，省去了传统制备工艺芳基预官能团化等环节，反应成本更低，并且反应污染小、绿色环保，高效，第二步水解条件温和，副产物少，后处理简单，可高收率的得到 3,4,5-三氟苯硼酸，具有很好的工业化前景。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，由以下步骤组成：
步骤（1）：以1,2,3-三氟苯、频那醇硼烷为原料，1,2-双(二苯基膦)乙烷和环己烷为溶剂，在1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)催化下反应，后处理得到3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯；
步骤（2）：3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与高碘酸钠、乙酸铵在四氢呋喃和水组成的混合溶液中反应，后处理得到3,4,5-三氟苯硼酸。
2. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）中1,2,3-三氟苯与1,2-双(二苯基膦)乙烷的摩尔比为1 : 0.01-0.02。
3. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）中1,2,3-三氟苯与频那醇硼烷的摩尔比为1 : 1.5-3.0。
4. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）中1,2,3-三氟苯与1,5-环辛二烯(η5-茚)铱(I)的摩尔比为1 : 0.01-0.02。
5. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）中反应时间为3-11 h。
6. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）中反应温度为80-140 ℃。
7. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述四氢呋喃和水的体积比为5 : 2。
8. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（2）中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与高碘酸钠的摩尔比为1 : 2.0-3.0。
9. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（2）中3,4,5-三氟苯基硼酸频那醇酯与乙酸铵的摩尔比为1 : 2.0-3.0。
10. 根据权利要求1所述的一种3,4,5-三氟苯硼酸的合成方法，其特征在于，所述步骤（2）中反应时间为8-14 h。
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