CN1330656A - 单有机硼烷或二有机硼烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备全卤化单有机硼烷或二有机硼烷的新方法,该方法使得有可能在工业上在易于实施的条件下得到这些化合物。
Description
本发明涉及一种制备全卤化单有机硼烷或二有机硼烷的新方法，该方法使得有可能在工业上在容易实施的条件下制备这些化合物。
在现有技术中描述过制备二有机羟基硼烷的各种方法。因此，Davidson等人描述过使用格利雅化合物由二有机硼烷制备二有机羟基硼烷(J.M.Davidson等人，French Soc，1960，191)。同样还知道由路易斯碱-二有机氧基硼烷制备二有机羟基硼烷。为此目的，使用无机酸水溶液将二芳基羟基硼烷与2-氨基乙醇的化合物制成盐。酸解得到所需要的二有机羟基硼烷(R.L.Letsinger，I.Skoog，美国化学学会杂志(J.Am.Chem.Soc.)，77，1955，2491)。
因此，例如，三甲氧基环硼氧烷与2当量苯基溴化镁反应，接着与乙醇胺反应，得到(2-氨基乙氧基)双(苯基)硼烷，由该化合物可合成出相应的二苯基羟基硼烷，如T.P.Povlock，W.T.Lippincott，美国化学学会杂志，80，1958，5409中所描述的。三有机氧基硼烷与2当量格利雅化合物反应，接着水解得到所需的二有机羟基硼烷(R.M.Washburn，F.A.Billig，m.bloom，C.F.Albright，E.Levens，Advan.Chem.Ser.(高级化学丛书)，32，208，1961)。
通过这些方法还未得到部分卤化或全卤化的二苯基羟基硼烷。因此，通过在丙酮中水解二(五氟苯基)氯硼烷，可以制备出二(五氟苯基)羟基硼烷)(R.D.Chambers，T.Chivers，化学学会杂志(J.Chem.Soc.)1965，3933)。在弹管中于超大气压下，可以由二甲基双(五氟苯基)锡与三氯化硼反应制备二(五氟苯基)氯硼烷，因此，在工业上采用这种形式是不适用的。另外，采用这种方法得到的可用作制备二(五氟苯基)羟基硼烷的前体的二(五氟苯基)氯硼烷的产率极低，仅为36％(R.D.Chambers，T.Chivers，化学学会杂志(J.Chem.Soc.)1965，3933)。在丙酮中，使用化学计量的水，由二(五氟苯基)氯硼烷合成二(五氟苯基)羟基硼烷同样是不能令人满意的，因为得到的产率仅为49％。
有机硼化合物在用金属茂的烯烃聚合时是有效的助催化剂(M.Bochmann，化学学会杂志，Dalton Trans，1996，255-270)。部分卤化的或全卤化的二有机羟基硼烷特别地用作制备适当助催化剂的前体。
由于这种原因，非常需要一种制备上述化合物的非常简单的方法，首先，该方法能够以工业规模实施，同时避免在制备过程中生成锡烷化合物，其次，该方法可以提供具有良好产率的靶化合物。
我们现在惊奇地发现，可以在高温下通过水解，以实际定量产率将有机卤代芳基硼烷化合物转化成相应的二有机羟基化合物。
本发明提供一种制备下式(I)化合物的方法：
(C6R1 5)1＋1M(XR9 p)2－1 (I)式中：
R1是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子或C1-C20基团，如C1-C20-烷基、C6-C14-芳基、C1-C10-烷氧基、C2-C10-链烯基、C7-C20-芳烷基、C7-C20-烷芳基、C6-C10-芳氧基、C1-C10-卤代烷基、C6-C10-卤代芳基、C2-C10-链炔基或C3-C20-烷基甲硅烷基，
M是元素周期表主族III的元素，优选地是铝或硼，非常特别优选地是硼，
X是相同的或不同的，它们彼此独自代表元素周期分类表主族V或VI的元素，优选地是氧或氮，
R9是氢原子或C1-C20基团如C1-C20-烷基或C6-C14-芳基，
p是1或2
l是0或1，
该方法是在高于室温的温度下，由下式(II)与下式(III)或选择性地或附加地与下式(IV)的无机盐反应得到式(I)化合物，
所述式(II)：(C6R1 5)1＋nM1R2 2－n式中：
R1如式(I)中所定义的，
M1是元素周期表主族III的元素，优选地是铝或硼，非常特别优选地是硼，
R2是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子或C1-C20基团如C1-C20-烷基、C6-C14-芳基或C6-C14-卤代芳基，特别优选地是C6-C8-氟代芳基，非常特别地是全氟化苯环以及
n是0-2中的整数，
所述式(III)：B1R3R4式中：
R3、R4是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子或C1-C20基团如C1-C20-烷基、C6-C14-芳基、C1-C10-烷氧基、C2-C10-链烯基、C7-C20-芳烷基、C7-C20-烷芳基、C6-C10-芳氧基、C1-C10-卤代烷基、C6-C10-卤代芳基、C2-C10-链炔基或C3-C20-烷基甲硅烷基、-OR6 2基团，其中R6是C1-C20基团如C1-C20-烷基、C6-C14-芳基，或R3或R4中的一个或多个基团构成-NR7 2基团，其中R7是氢原子、卤素原子或C1-C20基团如C1-C20-烷基、C6-C14-芳基，
B1是元素周期表主族V或VI的元素，优选地是氧或氮，特别优选地是氧，
所述式(IV)：Zj(VYh)i*B1R3R4式中：
R3，R4每个都是氢原子，
B1是元素周期表主族V或VI的元素，优选地是氧或氮，特别优选地是氧，
Z可以是元素周期表主族I、II、III或VI的元素，以及副族I-VIII的元素，及这些族的混合元素，或是(NH4)，
V是元素周期表主族IV、V、VI或VII的元素，以及副族I-VIII的元素，
Y是元素周期表主族IV、V、VI或VII的元素，以及副族I-VIII的元素，
j、h、i每个是0-1000内的一个数。
生成的式(I)产物，如果希望的话，可以采用适当的方法进一步加工。例如，可以使用对质子惰性的脂族和/或芳族烃萃取化合物(I)，这可对任何的固体残留物进行分离。
在萃取之后，分离掉萃取剂，根据所要求的纯度，还可以对化合物(I)进一步纯化。
优选的非限制性的式(III)化合物实例是水和/或醇如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇，以及它们的混合物。
优选的非限制性的式(IV)化合物实例是AlCl3·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Al2(SO4)3·18H2O、NH4Cr(SO4)2·12H2O、(NH4)2Fe(SO4)3·6H2O、(NH4)2Fe(SO4)3·12H2O、NH4MgpO4·6H2O、(NH4)2SO3·H2O、(NH4)2W7O24·6H2O、BaBr2·2H2O、Ba(ClO3)2·H2O、Ba(NO3)2·H2O、Cr(NO3)3·6H2O、Cr2(SO4)3·18H2O、Na2HPO4·12H2O、Fe(NO3)3·9H2O、FeSO4·7H2O、CdCl2·2.5H2O、KAl(SO4)2·12H2O、K4[Fe(CN)6]·3H2O、CuCl2·2H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Mg(NO3)2·6H2O、MgSO4·7H2O、Na2SO4·7H2O、NiSO4·7H2O以及这些化合物的混合物。
本发明的方法使得尤其是通过式(I)所述化合物有可能获得工业量的双(五氟苯基)羟基硼烷、二(苯基)羟基硼烷、二(邻-甲苯基)羟基硼烷、二(对-甲氧苯基)羟基硼烷、二(九氟联苯基)羟基硼烷、二(三氟甲基)苯基羟基硼烷、二(对-联苯基)羟基硼烷、二(对-氯苯基)羟基硼烷、二(对-氟-1-萘基)苯基羟基硼烷或五氟苯基二羟基硼烷化合物。
下面将详细描述实施本发明的方法：
首先，把一种或多种式(II)化合物放在反应容器中。该化合物可以溶于或悬浮于溶剂中或以物质形式存在。可以使用的溶剂是脂族或芳族烃如正-戊烷、异-戊烷、正-己烷、正-庚烷、环己烷、异十二烷、正-辛烷、正-壬烷、正-癸烷、石油醚、甲苯、苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯、1，2，3-三甲苯、1，2，4-三甲苯、1，2，5-三甲苯、1，3，5-三甲苯、乙苯、丙基苯等，以及这些化合物的混合物。起始加料的温度是-100℃至300℃，优选地是-80℃至200℃，特别优选地是0℃-150℃。式(II)化合物有利地呈液体相。
接着，加入一种或多种式(III)化合物如水和/或醇，和/或式(IV)化合物如其中式(III)化合物呈结合形式存在的无机盐。这些化合物同样地可以溶于或悬浮于溶剂中，或可以以物质形式存在。可以使用的溶剂是上述的那些溶剂；优选使用同样的溶剂。进行加合的时间为1分钟至96小时。优选地，进行加合的时间为10分钟至8小时。加合期间，开始加料的温度是-100℃至300℃，优选地是-80℃至40℃，特别优选地是0℃-150℃。温度如此选择，以致至少一种反应剂呈液相。另外，该反应可以在大气压下进行，但也可以在超大气压下进行，尽管这需要相应的反应器。根据式(II)化合物的物理性质，还可采用致冷剂操作的低温冷却器进行冷却。
在本发明的方法中，在开始就可以定量地把式(III)和/或式(IV)化合物加入式(II)化合物中，接着将混合物加热到高于室温的温度。如果式(III)和/或式(IV)化合物加入式(II)化合物时，起始物料的温度已高于室温，则反应随加料就开始。为了完全进行该反应，可以进一步提高温度和/或可以把另外适当量的式(III)和/或式(IV)化合物加到式(II)化合物中。把式(III)和/或式(IV)化合物加到式(II)化合物的顺序以及接着的加热不是特别关键。根据式(II)化合物的反应性，式(III)和/或式(IV)化合物可以加到已预先加热的含有式(II)化合物的起始物料中。
式(II)化合物与式(III)和/或式(IV)化合物之间的化学计量比是1∶1000至1∶100。特别优选的式(II)化合物与式(III)化合物之间的化学计量比是1∶100至1∶1；对于式(III)化合物，特别优选的化学计量比是1∶1.2，对于式(IV)化合物，特别优选的化学计量比是1∶1.7。
反应温度是室温(20℃)以上，优选地是30-200℃，特别优选地40-180℃，尤其是50-170℃。
优选地，至少一种反应剂以液相存在。该反应特别优选地在回流下进行。加热浴的浴温为50-200℃也是有利的，因此反应时间大大缩短。取决于所选择的反应温度，反应时间可以是1分钟至95小时。优选的反应时间是10分钟至8小时。
加工反应混合物所使用的萃取剂是对质子惰性的脂族或芳族烃或其混合物；萃取还可以用于将生成的任何副产物与式(I)靶化合物的分离。合适的萃取剂是例如正-戊烷、异-戊烷、正-己烷、正-庚烷、环己烷、异十二烷、正-辛烷、正-壬烷、正-癸烷、石油醚、甲苯、苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯、1，2，3-三甲苯、1，2，4-三甲苯、1，2，5-三甲苯、1，3，5-三甲苯、乙苯、丙基苯等，以及这些化合物的混合物。使用式(IV)化合物时，必须进行附加的过滤步骤，以便除去反应混合物中的无机分解产物。
取决于所要求的纯度，可以采用如蒸馏、重结晶、萃取或升华的已知技术，进一步纯化先已纯化过的式(I)化合物。
通过下述非限制性实施例说明本发明。
总的说明：在氩保护气下，在没有空气和水分的条件下，进行化合物的制备与处理(Schlenk技术)。所有需要的溶剂使用前都要干燥处理，即在适当的干燥剂上沸腾数小时，接着在氩气下进行蒸馏处理。
实施例1：制备双(五氟苯基)羟基硼烷的方案A
a)三(五氟苯基)硼烷·3H2O(1)的合成
20克(39毫摩尔)三(五氟苯基)硼烷悬浮于150毫升戊烷中，再在回流下，在30分钟内加入含1.8毫升(97.5毫摩尔)水的40毫升甲苯溶液。接着该混合物在回流下搅拌2小时。溶液接着冷却到0℃。20分钟内，产物以白色固体形式沉淀出来。分离产物，并在油泵真空中进行干燥。这样得到20.5克(91％)无色的三(五氟苯基)硼烷·3H2O。1H-NMR(C6D6，400MHz)：-135.0(m，6F，o-B(C6F5)2)，-154.5(m，3F，p-B(C6F5)2)，-162.5(m，6F，m-B(C6F5)2)ppm.
b)双(五氟苯基)羟基硼烷的合成
20.5克(36毫摩尔)在步骤a)制备的三(五氟苯基)硼烷·3H2O加合物(1)溶于150毫升甲苯中，并回流煮沸2.5小时。在这个时间之后，在油泵真空中除去溶剂。残留物接着在油泵真空中干燥，不必进一步纯化。这样得到8.7克(67％)无色双(五氟苯基)羟基硼烷。环硼氧烷含量是10％。1H-NMR(C6D6，400MHz)：-133.1(m，4F，o-B(C6F5)2)，-147.9(m，2F，p-B(C6F5)2)，-161.1(m，4F，m-B(C6F5)2)ppm.
实施例2：制备双(五氟苯基)羟基硼烷的方案B
20克(39毫摩尔)三(五氟苯基)硼烷悬浮于150毫升庚烷中，在回流下，在30分钟内加入含1.8毫升(97.5毫摩尔)水的40毫升甲苯中的溶液。接着该混合物在回流下另搅拌5小时。溶液接金着冷却到0℃。30分钟内，产物以白色固体形式沉淀出来。分离产物，再每次用50毫升戊烷洗涤3次，接着在油泵真空进行干燥。这样得到11.5克(80％)无色双(五氟苯基)羟基硼烷。环硼氧烷含量是10％。1H-NMR(C6D6，400MHz)：-133.1(m，4F，o-B(C6F5)2)，-147.9(m，2F，p-B(C6F5)2)，-161.1(m，4F，m-B(C6F5)2)ppm.
实施例3：制备双(五氟苯基)羟基硼烷的方案C
20克(39毫摩尔)三(五氟苯基)硼烷与150毫升甲苯一起放入反应冷却中，混合物接着加热到100℃。在30分钟内，往这种溶液滴加含1.8毫升(97.5毫摩尔)水的40毫升甲苯中的溶液。接着该混合物在100℃下另搅拌2小时。在这个时间之后，在油泵真空中除去溶剂。残留物不必进一步进行纯化。这样得到12.6克(89％)无色双(五氟苯基)羟基硼烷。环硼氧烷含量是5％。1H-NMR(C6D6，400MHz)：-133.1(m，4F，o-B(C6F5)2)，-147.9(m，2F，p-B(C6F5)2)，-161.1(m，4F，m-B(C6F5)2)ppm.
实施例4：制备双(五氟苯基)羟基硼烷的方案D(使用无机盐)
676.9克三(五氟苯基)硼烷甲苯溶液(10.4％以重量计强度＝70.37克)与8.8克在研钵中研磨的硫酸铝十八水合物混合，该混合物在回流下搅拌15.5小时。从热反应溶液分离掉不溶的硫酸铝，在油泵真空中除去滤液中的溶剂。残留物溶于700毫升甲苯中，在室温下搅拌30分钟，接着用G4玻璃料过滤板分离不溶残留物。在油泵真空中除去滤液中的溶剂。褐色的残留物溶于200毫升庚烷中，再搅拌1小时。混合物接着过滤，得到的残留物用2×30毫升庚烷洗涤。留在G4玻璃料过滤板上的白色固体在油泵真空中干燥。这样得到45.6克(91％)双(五氟苯基)硼酸。环硼氧烷含量小于1％。1H-NMR(C6D6，400MHz)：-133.1(m，4F，o-B(C6F5)2)，-147.9(m，2F，p-B(C6F5)2)，-161.1(m，4F，m-B(C6F5)2)ppm.
Claims (8)
1、一种制备下式(I)化合物的方法：
(C6R1 5)1＋1M(XR9 p)2－1 (I)式中：
R1是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子或C1-C20基团，
M是元素周期表主族III的元素，
X是相同的或不同的，它们彼此独自代表元素周期表主族V或VI的元素，
R9是氢原子或C1-C20基团，
p是1或2
l是0或1，
该方法是在高于室温的温度下，由下式(II)与下式(III)或选择性地或附加地与下式(IV)的无机盐反应得到式(I)化合物，
所述式(II)：(C6R1 5)1＋nM1R2 2-n式中：
R1如式(I)中所定义的，
M1是元素周期表主族III的元素，
R2是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子或C1-C20基团，
n是0-2中的整数，
所述式(III)：B1R3R4式中：
R3、R4是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子、C1-C20基团、-OR6 2基团，其中R6是C1-C20基团，或R3或R4中的一个或多个基团构成-NR7 2基团，其中R7是氢原子、卤素原子或C1-C20基团，
B1是元素周期表主族V或VI的元素，
所述式(IV)：Zj(VYh)i* B1R3R4
式中
R3，R4每个都是氢原子，
B1是元素周期表主族V或VI的元素，优选地是氧或氮，特别优选地是氧，
Z可以是元素周期表主族I、II、III或VI的元素，以及副族I-VIII的元素，或这些族的混合元素，或是(NH4)，
V是元素周期表主族IV、V、VI或VII的元素，以及副族I-VIII的元素，
Y是元素周期表主族IV、V、VI或VII的元素，以及副族I-VIII的元素，
j、h、i每个是0-1000内的一个数。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，式(III)化合物中：
R1是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子、C1-C20-烷基、C6-C14-芳基、C1-C10-烷氧基、C2-C10-链烯基、C7-C20-芳烷基、C7-C30-烷芳基、C6-C10-芳氧基、C1-C10-卤代烷基、C6-C10-卤代芳基、C2-C10-链炔基或C3-C20-烷基甲硅烷基，
M是铝或硼，
X是相同的或不同的，它们彼此独自代表氧或氮，
R9是氢原子、C1-C20-烷基或C6-C14-芳基，
p是1或2
l是0或1，
M1是铝或硼，
R2是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子或C1-C20-烷基、C6-C14-芳基或C6-C14-卤代芳基，
n是0-2中的整数，
R3、R4是相同的或不同的，它们彼此独自代表氢原子、卤素原子、C1-C20-烷基、C6-C14-芳基、C1-C10-烷氧基、C2-C10-链烯基、C7-C20-芳烷基、C7-C20-烷芳基、C6-C10-芳氧基、C1-C10-卤代烷基、C6-C10-卤代芳基、C2-C10-链炔基或C3-C20-烷基甲硅烷基、-OR6 2基团，其中R6是C1-C20-烷基、C6-C14-芳基、或R3或R4中的一个或多个基团构成-NR7 2基团，其中R7是氢原子、卤素原子或C1-C20-烷基或C6-C14-芳基，
B1是氧或氮。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，式(IV)化合物中：
R3、R4各自代表氢原子
B1是氧或氮，优选地是氧，
Z可以是元素周期表主族I、II、III或VI的元素，以及副族I-VIII的元素，及这些族的混合元素，或是(NH4)，
V是元素周期表主族IV、V、VI或VII的元素，以及副族I-VIII的元素，
Y是元素周期表主族IV、V、VI或VII的元素，以及副族I-VIII的元素，
j、h、i每个是0-100内的一个数。
4、根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，M、M1各是硼，而R2是C6-C8-氟芳基，特别是全氟化苯环。
5、根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，使用的式(III)化合物是水或醇或这些化合物的混合物。
6、根据权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，式(IV)化合物是无机盐，其中水以结合形式存在，或是这类盐的混合物。
7、根据权利要求1-6中任一权利要求所述的方法，其特征在于，反应温度是30-200℃。
8、根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法，其特征在于，式(I)化合物是：
双(五氟苯基)羟基硼烷、二(苯基)羟基硼烷、二(邻-甲苯基)羟基硼烷、二(对-甲氧苯基)羟基硼烷、二(九氟联苯基)羟基硼烷、二(三氟甲基)苯基羟基硼烷、二(对-联苯基)羟基硼烷、二(对-氯苯基)羟基硼烷、二(对-氟-1-萘基)苯基羟基硼烷或五氟苯基二羟基硼烷化合物。
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