CN117964457A - 八氟萘的合成方法和2-溴七氟萘的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种八氟萘的合成方法和2‑溴七氟萘的合成方法，八氟萘的合成方法包括以下步骤：在季铵盐相转移催化剂的作用下，将八氯萘和氟化物在第三有机溶剂中进行第三反应，得八氟萘。本发明的有益效果为：本发明所述化合物八氟萘的合成方法能耗低，且纯化简单，适合商业化生产；本发明所述化合物2‑溴七氟萘的合成路线简单、产率高、经济效益高、质量稳定、成本，适合商业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及八氟萘的合成方法和2-溴七氟萘的合成方法。
背景技术
近年来，全氟烷基化合物的合成引起了人们极大的兴趣，因为它们具有特殊的物理性质，在材料科学、生物医药等领域有着广阔的应用前景。例如，它们可以用作制备液晶、n-型半导体和抗癌药物等。近年来的研究发现，2-溴七氟萘在抗癌药物的合成和液晶材料应用方面表现出了优异的性质，具有非常广阔的应用前景。
化合物2-溴七氟萘的结构式为：
2-溴七氟萘的合成路线主要有以下几种：
方法一：2014年，Bruce和Baton以市售的八氯萘为原料与氟化钾反应，将氯置换为氟生成八氟萘。随后水合肼与八氟萘发生肼代反应生成对应中间体，最后一步中间体在氢溴酸和过量溴化铜作用下发生溴代反应获得目标产物。该反应过程会产生难以分离的副产物，同时转化率较低，限制了其应用。
方法二：1980年，Burdon提出了以七氟萘作为原料，与丁基锂和液溴反应一步生成2-溴七氟萘产物。然而，七氟萘的制备较为复杂，价格昂贵，几乎不可能应用在大规模化工业生产。
综上所述，现有的2-溴七氟萘的合成方法存在着转化率低、收率低、原料价格过于昂贵、反应副产物无法分离等缺点，不利于工业化生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种新的2-溴七氟萘的合成方法，其工艺操作方便、反应条件温和、安全可控、后处理工序简单，并且产物的产率高、纯度高。
本发明的第一方面，提供一种八氟萘的合成方法，包括如下步骤：在季铵盐相转移催化剂的作用下，将八氯萘和氟化物在第三有机溶剂中进行第三反应，得八氟萘。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述方法还包括将第三反应后的混合物进行第二纯化处理，优选地，所述第二纯化处理包括向第三反应后的混合物中加入水，再加入石油醚萃取，得到八氟萘。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述季铵盐相转移催化剂选自四(二乙氨基)溴化磷、溴化十六烷基三丁基、溴化十六烷基三乙基磷、氯化十六烷基三丁基磷、N-(双(二乙基氨基)亚甲基)-N-乙基乙烷氯化铵中的一种或其混合物。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述氟化物选自氟化钙，氟化钾，氟化铯和氟化铵中的一种或其混合物。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第三有机溶剂为非质子溶剂；优选地，所述非质子溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、环丁砜的一种或多种非质子溶剂的组合。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述八氯萘与氟化物的摩尔比为1：(5-16)，比如：1:5、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:15、1:16。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述季铵盐相转移催化剂与八氯萘的摩尔比为1：(100-200)，比如1:100、1:120、1:130、1:140、1:160、1:180、1:200。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第三反应的温度为150-200℃，比如：150℃、160℃、165℃、170℃、175℃、185℃、200℃。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第三反应的反应时间为5-20h，比如：5h、8h、10h、12h、15h、18h、20h。
本发明的第二方面，提供了一种2-溴七氟萘的合成方法，该合成方法包括以下步骤：
(1)将八氟萘和格式试剂在第一有机溶剂中进行第一反应，得中间产物；
(2)在第一催化剂的作用下，将步骤(1)所得中间产物和含溴物质在第二有机溶剂中进行第二反应，得到2-溴七氟萘。
本发明采用格式试剂与八氟萘进行反应，反应时间短，转化率高、条件温和，该反应产物在催化剂和溴化物的作用下，高效转化为单一产物，反应结束后，加水析出固体产物，过滤即可获得分析纯产物，后处理简单。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述格式试剂的通式为R-Mg-X，其中R为脂肪烃基或芳香烃基，X为卤素，优选X为氯、溴或碘。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，R为C1-C6烷基。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，R为乙基。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第一有机溶剂选自四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯中的一种或几种。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第一反应的温度为-80℃至-20℃，比如：-80℃、-75℃、-70℃、-65℃、-50℃、-45℃、-30℃、-20℃。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第一反应的时间为0.5-4h，比如：0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第一催化剂选自氯化亚铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮锰中的一种或几种。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述含溴物质选自液溴、溴化铜、溴化亚铜、溴化铝、溴化锂中的一种或几种。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第二有机溶剂选自四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯中的一种或几种。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第二反应的温度为15-30℃，比如：15℃、20℃、25℃、30℃。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第二反应的时间为0.5-3h，比如：0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述格式试剂与八氟萘的摩尔比为(1.0-1.2):1，比如：1:1、1.1:1、1.2:1。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第一催化剂与八氟萘的摩尔比为(0.001-0.02):1，比如：0.001:1、0.005:1、0.01:1、0.015:1、0.02:1。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述含溴物质与八氟萘的摩尔比为(1.0-1.2):1，比如：1:1、1.1:1、1.2:1。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述方法还包括将第二反应后的混合物进行第一纯化处理，优选地，所述第一纯化处理包括向第二反应后的混合物中加水析出产物，得到2-溴七氟萘。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，本发明第二方面所述合成方法采用八氟萘由本发明第一方面所述合成方法获得。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述氟化物是KF。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述格式试剂为乙基溴化镁。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述含溴物质为溴素。
根据本发明所述合成方法的一些实施方案，所述第一催化剂为Fe(acac)3。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明所述八氟萘的合成方法能耗低，且纯化简单，适合商业化生产；本发明所述2-溴七氟萘的合成方法路线简单、2-溴七氟萘产率高、经济效益高、质量稳定、成本低，适合商业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的八氟萘的19F核磁谱；
图2为实施例9制备的2-溴七氟萘的19F核磁谱：
图3为实施例9制备的2-溴七氟萘的DSC图谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于构成对本发明的任何限制。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。这样的结构和技术在许多出版物中也进行了描述。
实施例1：八氟萘的制备
将氟化钾(2500g,43.1mol)溶解在干燥后的环丁砜(6000g)中，随后进一步加入八氯萘(1470g,3.64mol)和催化剂四(二乙氨基)溴化磷(10g,0.025mol)。将混合物置入反应器内加热到反应温度180℃，经10小时反应完成，停止加热，降温。待温度降低到常温条件下后，向反应体系中加入水(2L)，随后加入石油醚萃取(5L)，合并萃取液，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，获得分析纯产物八氟萘635g(2.33mol)，产率65％。
实施例1所得八氟萘的19F核磁谱图如图1所示。
实施例2：八氟萘的制备
与实施例1的不同仅在于，反应温度为160℃，经15-20小时反应完成。
结果：温度较低的情况下，反应时间延长，获得分析纯产物682g(2.51mol)，产率70％。
实施例3：八氟萘的制备
与实施例1的不同仅在于，反应温度为200℃，经8小时反应完成。
结果：获得分析纯产物八氟萘672g(2.47mol)，产率69％。
实施例4：八氟萘的制备
与实施例1的不同仅在于，反应温度为250℃，经8小时反应完成。
结果：温度过高，大量环丁砜发生分解，生成黑色的聚合物和二氧化硫，导致后续处理困难，产物不易分离。通过柱层析法纯化产物获得分析纯八氟萘623g(2.29mol)，产率63％。
对比例1：八氟萘的制备
与实施例1的不同仅在于，小试，投料量按照实施例1的比例缩小50倍，采用的催化剂为碘化钾(摩尔量不变)，反应温度为250℃，经10小时反应完成。
结果：温度过高，环丁砜发生分解，生成黑色的聚合物和二氧化硫，后处理较为困难。同时，该反应的产率较低，获得分析纯产物八氟萘4.952g(0.0182mol)，产率25％。
对比例2：八氟萘的制备
与实施例1的不同仅在于，小试，投料量按照实施例1的比例缩小50倍，采用的催化剂为碘化钾(摩尔量不变)，反应温度为180℃，反应时间25小时。
结果：温度过低，并未检测到产物的生成。
对比例3：八氟萘的制备
与实施例1的不同仅在于，小试，投料量按照实施例1的比例缩小50倍，未加入催化剂四(二乙氨基)溴化磷。
结果：该反应检测到一系列无法分离的产物以及大量的原料并未发生反应。
对比例4：
向反应瓶中加入500g丙酮，20ml水和100g八氯萘，缓慢加入100g氟化钠。加完后，在氮气保护下将反应液升温至回流20小时。反应完成后，将反应液降温至室温，加入3L水，搅拌30分钟，过滤得固体。结果：经检测，固体均为八氯萘，不含八氟萘。
实施例5：八氟萘的制备
将氟化铯(3200g,21.07mol)溶解在干燥后的环丁砜(6000g)中，随后进一步加入八氯萘(1470g,3.64mol)和催化剂溴化十六烷基三乙基磷(10g,0.026mol)。将混合物置入反应器内加热到150℃，经15-20小时反应完成，停止加热，降温。待温度降低到常温条件下后，向反应体系中加入水(3L)，随后加入石油醚萃取(5L)，合并萃取液，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，获得分析纯产物八氟萘763g(2.80mol)，产率78％。
实施例6：八氟萘的制备
将氟化钙(2800,35.86mol)溶解在干燥后的N-甲基吡咯烷酮(6000g)中，随后进一步加入八氯萘(1470g,3.64mol)和催化剂溴化十六烷基三乙基磷(10g,0.026mol)。将混合物置入反应器内加热到160℃，经15-20小时反应完成，停止加热，降温。待温度降低到常温条件下后，向反应体系中加入水(3L)，随后加入石油醚萃取(5L)，合并萃取液，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，获得分析纯产物八氟萘757g(2.78mol)，产率76％。
实施例7：格式反应：
用四氢呋喃溶解步骤(1)中所获得的产物八氟萘(3000g,9.67mol)，随后将反应液降温到-45℃，在搅拌的条件下缓慢加入乙基溴化镁(1equiv)，低温下搅拌1小时后，缓慢升温回到室温。获得的格式产物中间体不需要进一步处理，直接投入下一步反应。
实施例8：格式反应：
用乙醚溶解步骤(1)中所获得的产物八氟萘(3000g,9.67mol)，随后将反应液降温到-80℃，在搅拌的条件下缓慢加入乙基溴化镁(1equiv)，低温下搅拌1小时后，缓慢升温回到室温，获得的格式产物中间体不需要进一步处理，直接投入下一步反应。
实施例9：溴代反应：
在反应容器中加入催化剂乙酰丙酮铁(III)0.8mol％(原料八氟萘用量摩尔数的0.8％)，随后将步骤(2)中所获得的格式产物中间体溶液缓慢加入，充分搅拌混匀后，缓慢加入液溴(1equiv)到混合物中，室温(25℃)条件下反应2小时。反应结束后，加入大量的水析出产物，过滤获得无色晶体2-溴七氟萘产物，产率82％，纯度为98％。
实施例8所得2-溴七氟萘产物的19F核磁谱如图2所示，DSC图谱如图3所示。
实施例10：溴代反应：
在反应容器中加入催化剂氯化亚铁(II)0.8mol％(原料八氟萘用量摩尔数的0.8％)，随后将步骤(2)中所获得的格式产物中间体溶液缓慢加入，充分搅拌混匀后，缓慢加入溴化铜(1equiv)到混合物中，室温(25℃)条件下反应1小时。反应结束后，加入大量的水析出产物，过滤获得无色晶体2-溴七氟萘产物，产率90％，纯度为99％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种八氟萘的合成方法，包括如下步骤：在季铵盐相转移催化剂的作用下，将八氯萘和氟化物在第三有机溶剂中进行第三反应，得八氟萘。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述方法还包括将第三反应后的混合物进行第二纯化处理，优选地，所述第二纯化处理包括向第三反应后的混合物中加入水，再加入石油醚萃取，得到八氟萘；
优选地，所述季铵盐相转移催化剂选自四(二乙氨基)溴化磷、溴化十六烷基三丁基、溴化十六烷基三乙基磷、氯化十六烷基三丁基磷、N-(双(二乙基氨基)亚甲基)-N-乙基乙烷氯化铵中的一种或其混合物；
和/或，所述氟化物选自氟化钙，氟化钾，氟化铯和氟化铵中的一种或其混合物；
和/或，所述第三有机溶剂为非质子溶剂；优选地，所述非质子溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、环丁砜的一种或多种非质子溶剂的组合；
和/或，所述八氯萘与氟化物的摩尔比为1：(5-16)；
和/或，所述季铵盐相转移催化剂与八氯萘的摩尔比为1：(100-200)；
和/或，所述第三反应的温度为150-200℃；
和/或，所述第三反应的反应时间为5-20h。
3.一种2-溴七氟萘的合成方法，包括以下步骤：
(1)将八氟萘和格式试剂在第一有机溶剂中进行第一反应，得中间产物；
(2)在第一催化剂的作用下，将步骤(1)所得中间产物和含溴物质在第二有机溶剂中进行第二反应，得到2-溴七氟萘。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，
所述格式试剂的通式为R-Mg-X，其中R为脂肪烃基或芳香烃基，X为卤素；
X为氯、溴或碘；R为C1-C6烷基；
和/或，所述第一有机溶剂选自四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯中的一种或几种。
5.根据权利要求3或4所述的合成方法，其特征在于，
所述第一反应的温度为-80℃至-20℃；
和/或，所述第一反应的时间为0.5-4h。
6.根据权利要求3-5任一项所述的合成方法，其特征在于，
所述第一催化剂选自氯化亚铁、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮锰中的一种或几种；
和/或，所述含溴物质选自液溴、溴化铜、溴化亚铜、溴化铝、溴化锂中的一种或几种；
和/或，所述第二有机溶剂选自四氢呋喃、乙醚、苯、甲苯中的一种或几种。
7.根据权利要求3-6任一项所述的合成方法，其特征在于，
所述第二反应的温度为15-30℃；和/或，所述第二反应的时间为0.5-3h。
8.根据权利要求3-7任一项所述的合成方法，其特征在于，
所述格式试剂与八氟萘的摩尔比为(1.0-1.2):1，
和/或，所述第一催化剂与八氟萘的摩尔比为(0.001-0.02):1；
和/或，所述含溴物质与八氟萘的摩尔比为(1.0-1.2):1。
9.根据权利要求3-8任一项所述的合成方法，其特征在于，所述方法还包括将第二反应后的混合物进行第一纯化处理，所述第一纯化处理包括向第二反应后的混合物中加水析出产物，得到2-溴七氟萘。
10.根据权利要求3-9任一项所述的合成方法，其特征在于，八氟萘由权利要求1-2任一项所述合成方法获得。
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