DE4002896A1 - Verfahren zur herstellung von o-fluorarylboronsaeuren und deren estern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von o-fluorarylboronsaeuren und deren estern

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydriden oder deren Estern aus fluorierten Aromaten und Trialkylboraten, wobei man zu einem Gemisch aus dem fluorierten Aromaten und dem Trialkylborat eine starke Base zugibt, und anschließend die so erhaltenen Ester gegebenenfalls hydrolysiert.
o-Fluorphenylboronsäuren und deren trimeren Anhydriden oder deren Ester sind bedeutende Zwischenprodukte in der organischen industriellen Chemie. Entsprechend substituierte o-Fluorphenylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydriden oder deren Ester stellen insbesondere wertvolle Zwischenprodukte zur Synthese von hochveredelten Endprodukten für die Electronic-Industrie, wie z. B. Flüssigkristalle, für den Pflanzenschutz, wie z. B. Pestizide oder zur Herstellung von pharmazeutische hochwirksamen Substanzen, wie z. B. Dopamin-Rezeptor-Blocker, Antiemetika oder Antipsychotika.
Die bisher beschriebenen Verfahren zur Herstellung der o-Fluorphenylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Estern eignen sich nicht zur großtechnischen Produktion, sondern stellen Verfahren dar, die lediglich im Labormaßstab risikolos durchgeführt werden können.
So erhält man z. B. bei der von D. L. Ladd in J. Org. Chem. 46, 203 (1981) beschriebenen Metallierung von 1,4-Difluorbenzol mit Butyllithium bei <-65°C 1-Lithium-2,5-difluorbenzol, das bei gleicher (tiefer) Temperatur mit Trimethylborat zu 2,5-Difluorbenzolboronsäuredimethylester umgesetzt wird.
Aus dem Boronat entsteht durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid das entsprechende Phenol.
Diese Reaktionsfolge wird auch in der WO 89/2425 zur Herstellung des 2,3-Difluorphenols beschrieben, wobei die Reaktionstemperaturen nicht und die Reaktionsbedingungen nur wenig geändert sind:
Weiterhin wird in dieser internationalen Anmeldung beschrieben, wie man aus den o-Fluorphenylboronsäuren durch Kreuzkopplung in Gegenwart von komplexen Palladiumkatalysatoren und Natriumcarbonat mit 4-Bromalkylbenzolen oder 4′-Brom-4-alkylbiphenylen zu flüssigkristallinen lateral fluorierten Biphenylen bzw. p-Terphenylen gelangt.
Weiterhin kann man die o-Fluorphenylboronsäuren aus den entsprechenden o-Fluorbrombenzolen durch Umsetzung mit Magnesium zu o-Fluorphenylmagnesiumbromid und anschließende Derivatisierung mit Trialkylboraten herstellen (z. B. EP 02 38 272). Auch hier ist es unumgänglich, bei tiefen Temperaturen zu arbeiten.
Der Grund für die tiefen Reaktionstemperaturen liegt in der geringen Stabilität der o-Fluorphenyllithium- bzw. -magnesiumverbindungen. Insbesondere 2,3-Difluorphenyllithium- Derivate spalten oberhalb -50°C Lithiumfluorid ab, wobei 1-Fluor-2,3-benzin-Derivate entstehen, welche unkontrolliert zu unbekannten Folgeprodukten weiterreagieren.
Bei -50°C ist die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion der 2,3-Difluorphenyllithium-Derivate noch gering, sie verläuft jedoch explosionsartig bei -25°C (kritische Temperatur -22,5°C), wobei sich die 2,3-Difluorphenyllithium- Derivate schlagartig zersetzen.
Eine solche Synthese kann natürlich nur in kleinem Maßstab im Labor durchgeführt werden. Für größere Ansätze in Produktionsbetrieben kommt dieses Verfahren nicht in Frage, da beim Ausfall des Kühlmittels die Apparatur zur potentiellen Bombe wird.
Aufgrund neuerer Entwicklungen in der Electronic-Industrie ist ein erheblicher Bedarf an Flüssigkristallen entstanden, welche einen ein- oder mehrfach fluorierten 1,4-Phenylenrest, insbesondere einen 2,3-Difluor- bzw. 2,6-Difluor- 1,4-phenylenrest aufweisen. Die Bedriedigung dieses Bedarfs unter Anwendung der bisher bekannten Verfahren stellt eine unlösbare Aufgabe dar, da eine risikolose Durchführung dieser Tieftemperaturreaktion im großen Maßstab nicht gewährleistet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Herstellungsverfahren für o-Fluorphenylboronsäure bzw. deren Estern zu finden, das die beschriebenen Nachteile der bisherigen Verfahren nicht aufweist und risikolos im groß­ technischen Maßstab durchzuführen ist.
Es wurde nun gefunden, daß sich die gewünschte Reaktion überraschenderweise "sicher" machen läßt, wenn man den Zugabemodus der Reaktionspartner ändert: Bei Vorlegen des Fluorarylderivates und Trialkylborates in einem inerten Lösungsmittel und Zutropfen von Butyllithium oder einer anderen starken Base wird intermediär entstandene o-Fluor­ aryllithium-Verbindung sofort in-situ vom Trialkylborat abgefangen und kann sich nicht anreichern und somit zu gefährlichen Nebenreaktionen führen. Dies ist deshalb überraschend, weil Butyllithium und z. B. Lithiumdiiso­ propylamid selbst mit dem Trialkylborat reagieren kann und somit nicht ohne weiteres mit dem Entstehen der o-Fluorphenylboronsäureester gerechnet werden konnte.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Estern aus fluorierten Aromaten und Trialkylboraten, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem Gemisch aus dem fluorierten Aromaten und dem Trialkylborat eine starke Base zugibt, und anschließend die so erhaltenen Ester gegebenenfalls hydrolysiert, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung der o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren Estern der Formel I bzw. I′
wobei
R¹ H, F, Alkyl, Alkenyl, Alkoxy mit jeweils bis zu 18 C-Atomen oder eine mesogene Gruppe,
L¹, L² und L³ jeweils unabhängig voneinander H oder F und
R² und R³ H, Alkyl, Alkenyl oder Cycloalkyl mit jeweils bis zu 10 C-Atomen oder zusammengenommen eine Alkylendiylgruppe der Formel -(CH₂)n-, worin n 2, 3 oder 4 ist,
bedeuten.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten o-Fluorarylboronsäuren, deren trimeren Anhydride und Ester umfassen Mono-, Di-, Tri- und Tetra-Fluorphenyl­ boronsäuren und Ester sowie Pentafluorphenylboronsäure und deren Ester. Daneben können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch 2-Fluorpyridin-3-yl-boronsäuren, deren trimeren Anhydride und deren Ester sowie 4-Fluorpyrimidin- 5-yl-boronsäuren, deren trimeren Anhydride und deren Ester hergestellt werden. Ob neben den Fluorsubstituenten weitere Substituenten am aromatischen Ring vorhanden sind, ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unkritisch. Als weitere Substituenten seien beispielsweise genannt Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxygruppen, Halogene wie Chlor und Brom oder mesogene Gruppen genannt. Daneben können die fluorierten aromatischen Ringe auch Bestandteile von kondensierten Ringsystemen sein, wie z. B. Naphthalinen, Di- und Tetrahydronaphthaleinen oder von 2,3,4,5-Tetrahydro-1H-3-benzazepin- Derivaten.
Insbesondere können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren o-Fluorarylboronsäuren der Formel I, worin R¹ eine mesogene Gruppe der Formel II bedeutet, wobei
R⁰-A¹-Z¹-(-A²-Z²-)-m (II)
R⁰ einen unsubstituierten oder einen einfach durch CN, Halogen oder CF₃ substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils un­ abhängig voneinander durch -S- oder -O- so ersetzt sein können, daß S- und/oder O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CH₂O-, -OCH₂-, eine Einfachbindung oder eine Alkylengruppe mit 3 bis 6 C-Atomen, worin auch eine CH₂-Gruppe durch -O- ersetzt sein kann, und
A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander einen
  • (a) trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂- Gruppen durch -O- ersetzt sein können,
  • (b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
  • (c) Rest aus der Gruppe 1,3-Cyclobutylen, 1,3-Bicyclo(1,1,1)pentylen, 1,4-Cyclohexenylen, 1,4-Bicyclo(2,2,2)octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4- Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl,
wobei die Reste (a) und (b) durch Halogen substituiert sein können, und
m 0, 1 oder 2
bedeuten.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren Estern zur Herstellung der entsprechenden o-Fluorphenole, insbesondere von 2,3-Difluorphenol und 2,3-Difluorhydrochinon, durch oxidative Hydrolyse ihre Verwendung als Kopplungskomponenten bei der Übergangsmetall- katalysierten Kreuzkopplung mit Halogen- bzw. Per­ fluoralkylsulfonverbindungen sowie zur Herstellung der entsprechenden o-Fluorhalogenaromaten durch Halogenierung.
Die o-Fluorphenylboronsäuren bzw. deren Ester der Formel I sind teilweise bekannt, teilweise neu. Die neuen darunter sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung, insbesondere die Verbindungen der Formeln III und IV
wobei
R² und R³ die vorgegebene Bedeutung besitzen und
R⁴ F, Alkyl, Alkyl(-A-)nCH₂CH₂ oder Alkyl(-H-)n-, worin -A- -O- oder -H-, und
n 1 oder 2 ist,
wobei
R² und R³ die angegebene Bedeutung besitzen und
R⁵ H, F, Alkoxy mit jeweils bis zu 18 C-Atomen oder eine der Formel II entsprechende mesogene Gruppe bedeutet,
sowie deren trimere Anhydride.
Der Einfachheit bedeuten im folgenden Phe eine 1,4-Phenylengruppe, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, wobei eine 1,4-Phenylengruppe auch durch ein oder zwei Halogenatome substituiert sein kann, ArF eine fluorierte 1,4-Phenylengruppe der Formel
Cy einen trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- ersetzt sein können, BX₂ bedeutet einen Trioxatriborinonrest der Formel
worin
Y die jeweils angegebene o-Fluorphenylgruppe bedeutet oder
eine Gruppe der Formel B(OR²) (OR³),
worin
R² und R³ die angegebene Bedeutung besitzen,
vorzugsweise sind R² und R³ gleich und bedeuten Wasserstoff, Methyl oder Isopropyl.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindungen der Formel I umfassen diejenigen der Formeln Ia bis Ig
Davon sind die Verbindungen der Formeln Ia, Ib, Id und Ig besonders bevorzugt. In den genannten Verbindungen der Formeln Ia bis Ig bedeutet R¹ vorzugsweise H, Alkyl oder Alkoxy mit jeweils 1 bis 12 C-Atomen oder einem mesogenen Rest, besonders bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbindungen der Formel Ib, worin R¹ H oder Alkoxy mit 1 bis 12, insbesondere mit 2 bis 4 C-Atomen bedeutet. Diese eignen sich besonders als Zwischenprodukte zur Herstellung von Flüssigkristallen mit einem 2,3-Difluor- 1,4-phenylen bzw. 2,3-Difluor-1,4-phenylenoxy- bzw. dioxy- Struktureinheit. Die Verbindungen der Formel I, welche einen mesogenen Rest der Formel II aufweisen, umfassen demnach die Verbindungen der Formeln I1 bis I13:
R⁰-A¹-ArF-BX₂ (I1)
R⁰-A¹-Z¹-ArF-BX₂ (I2)
R⁰-A¹-A²-ArF-BX₂ (I3)
R⁰-A¹-A²-Z²-ArF-BX₂ (I4)
R⁰-A¹-Z¹-A²-ArF-BX₂ (I5)
R⁰-A¹-Z¹-A²-Z²-ArF-BX₂ (I6)
R⁰-A¹-A²-ArF-BX₂ (I7)
R⁰-A¹-Z¹-A²-ArF-BX₂ (I8)
R⁰-A¹-A²-Z²-A²-ArF-BX₂ (I9)
R⁰-A¹-A²-A²-Z²-ArF-BX₂ (I10)
R⁰-A¹-Z¹-A²-Z²-A²-ArF-BX₂ (I11)
R⁰-A¹-Z¹-A²-A²-Z²-ArF-BX₂ (I12)
R⁰-A¹-A²-Z²-A²-Z²-ArF-BX₂ (I13)
Darunter sind die Verbindungen der Formeln I1, I2, I3, I4 und I7 besonders bevorzugt.
Von den Verbindungen der Formeln I1 sind diejenigen der Formeln I1a bis I1c besonders bevorzugt:
Alkyl-Phe-ArF-BX₂ (I1a)
Alkyl-Cyc-ArF-BX₂ (I1b)
Alkoxy-Phe-ArF-BX₂ (I1c)
Von denVerbindungen der Formel I2 sind diejenigen der Formeln I2a bis I2i besonders bevorzugt:
Alkyl-Phe-CH₂CH₂-ArF-BX₂ (I2a)
Alkyl-Phe-CH₂O-ArF-BX₂ (I2b)
Alkyl-Phe-C≡C-ArF-BX₂ (I2c)
Alkoxy-Phe-C≡C-ArF-BX₂ (I2d)
Alkoxy-Phe-CH₂O-ArF-BX₂ (I2e)
Alkoxy-Phe-CH₂CH₂-ArF-BX₂ (I2f)
Alkyl-Cyc-CH₂CH₂-ArF-BX₂ (I2g)
Alkyl-Cyc-CH₂O-ArF-BX₂ (I2h)
Alkyl-Cyc-C≡C-ArF-BX₂ (I2i)
Daneben eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von neuen Difluor-1,4-phenylendiboronsäuren bzw. deren Anhydride der Formel V
worin einer der Reste L¹, L² F bedeutet. Diese sind hervorragend zur Herstellung symmetrischer Flüssigkristalle durch Übergangsmetall katalysierte Kreuzkopplung bzw. zur Herstellung von Difluorhydrochinon, welches wiederum zur Synthese von Flüssigkristallen eingesetzt werden kann (z. B. gemäß Schema I) geeignet.
Schema I
MG¹, MG² = mesogene Gruppen entsprechend dem Rest der Formel II.
Die neuen Difluorphenylboronsäuren der Formeln III und IV eignen sich weiterhin zur Herstellung neuer flüssigkristalliner Difluorphenyldioxaborinane der Formeln IIIa bzw. IVa
worin
R¹ die angegebene Bedeutung besitzt und
R⁶ Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 18 C-Atomen oder eine der Formel II entsprechende mesogene Gruppe bedeutet.
Die neuen Difluorphenyldioxanborinane der Formeln IIIa und IVa sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
In den bevorzugten Verbindungen der vor- und nachstehenden Formeln ist R¹ bzw. R⁰ eine Alkylgruppe mit vorzugsweise 1 bis 10 C-Atomen, eine Alkoxy- oder eine Alkenylgruppe mit vorzugsweise jeweils 1 bis 10 C-Atomen.
Besonders bevorzugte Alkylgruppen sind Hexyl, Pentyl, Butyl, i-Butyl, Propyl, i-Propyl, Methyl und Ethyl, insbesondere Methyl; besonders bevorzugte Alkoxygruppen sind Hexoxy, Pentoxy, i-Butoxy, Propoxy, i-Propoxy, Methoxy und Ethoxy, insbesondere Methoxy; besonders bevorzugte Alkenylgruppen sind Hexenyl, Pentenyl, Butenyl und Allyl.
In den bevorzugten Verbindungen der vor- und nachstehenden Formeln können die Alkylreste, in denen auch eine CH₂-Gruppe (Alkoxy bzw. Oxaalkyl) durch ein O-Atom ersetzt sein kann, geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise haben sie 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 C-Atome und bedeuten demnach bevorzugt Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Propoxy, Ethoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy, Octoxy, Nonoxy oder Decoxy, ferner auch Undecyl, Dodecyl, Undecoxy, Dodecoxy, 2-Oxapropyl (=2-Methoxymethyl), 2- (=Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (=2-Methoxypentyl), 2-, 3- oder 4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl.
A¹ und A² sind bevorzugt Cyc oder Phe. In den Verbindungen der vor- und nachstehenden Formeln bedeutet Phe vorzugsweise eine 1,4-Phenylen-(Ph), eine ein- oder zweifach durch F oder CN substituierte 1,4-Phenylengruppe (PheX) eine Pyrimidin-2,5-diyl- (Pyr), eine Pyridin-2,5-diyl- (Pyn), eine Pyrazin-3,6-diyl- oder eine Pyridazin-2,5- diyl-Gruppe, insbesondere bevorzugt Ph, PheX, Pyr oder Pyn. Vorzugsweise enthalten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindungen nicht mehr als eine 1,4-Phenylengruppe, worin eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sind. Cyc bedeutet vorzugsweise eine 1,4-Cyclohexylengruppe. Insbesondere bevorzugt sind jedoch Verbindungen der Formel I, worin eine der Gruppen A¹ und A² eine in 1- oder 4-Position durch CN substituierte 1,4- Cyclohexylengruppe bedeutet und die Nitrilgruppe sich in axialer Position befindet, d. h. die Gruppe A² bzw. A² die folgende Konfiguration aufweist:
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel I und der vorstehenden Teilformeln, die eine Gruppierung -Phe-Phe- enthalten. -Phe-Phe- ist vorzugsweise -Ph-Ph-, Pyr-Phe oder Ph-Pyn. Besonders bevorzugt sind die Gruppen
sowie ferner unsubstituiertes oder ein- oder mehrfach durch Fluor substituiertes 4,4′-Biphenylyl.
Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formel I und der nachstehenden Teilformeln, die eine 2,3-Difluor- 1,4-phenylengruppe enthalten.
Die Gruppen Z¹ und Z² bedeuten jeweils unabhängig voneinander bevorzugt eine Einfachbindung, in zweiter Linie bevorzugt -C≡C- oder -CH₂CH₂--Gruppen. Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln I, worin eine Gruppe Z¹-CH₂CH₂- bedeutet.
Verbindungen der vor- und nachstehenden Formeln mit ver­ zweigten Flügelgruppen R¹ bzw. R⁰ können von Bedeutung sein. Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als zwei Kettenverzweigungen. R¹ bzw. R⁰ ist vorzugsweise eine geradkettige Gruppe oder eine verzweigte Gruppe mit nicht mehr als einer Kettenverzweigung.
Bevorzugte verzweigte Reste sind Isopropyl, 2-Butyl (=1-Methylpropyl), Isobutyl (=2-Methylpropyl), tert.- Butyl, 2-Methylbutyl, Isopentyl (=3-Methyllbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 2-Ethylhexyl, 5-Methylhexyl, 2-Propylpentyl, 6-Methylheptyl, 7-Methyloctyl, Isopropoxy, 2-Methylpropoxy, 2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methylpentoxy, 2-Ethylhexoxy, 1-Methylhexoxy, 1-Methylheptoxy, 2-Oxa- 3-methylbutyl, 3-Oxa-4-methylpentyl.
Der Rest R¹ bzw. R⁰ kann auch ein optisch aktiver organischer Rest mit einem asymmetrischen Kohlenstoffatom sein. Vorzugsweise ist dann das asymmetrische Kohlenstoffatom mit zwei unterschiedlich substituierten C-Atomen, einem H-Atom und einem Substituenten ausgewählt aus der Gruppe Fluor, Alkyl oder Alkoxy mit jeweils 1 bis 5 C-Atomen und CN verknüpft. Der optisch aktive organische Rest R hat vorzugsweise die Formel
worin
X′ -O-, -S- oder eine Einfachbindung,
Q′ Alkylen mit 1 bis 5 C-Atomen, worin auch eine nicht mit X′ verknüpfte CH₂-Gruppe durch -O- ersetzt sein kann, oder eine Einfachbindung,
Y′ CN, F, CF₃, Methyl oder Methoxy und
R⁷ eine von Y′ verschiedene Alkylgruppe mit 1 bis 15 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -S-, -O- ersetzt sein können,
bedeutet.
X′ ist vorzugsweise eine Einfachbindung.
Q′ ist vorzugsweise -CH₂-, -CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung, insbesondere bevorzugt eine Einfachbindung.
Y′ ist vorzugsweise CH₃, -CN oder F, insbesondere bevorzugt CN oder F.
R⁷ ist vorzugsweise geradkettiges oder verzweigtes Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 10, insbesondere mit 1 bis 7 C-Atomen.
Unter den Verbindungen der Formel I sowie Ia bis Ig sind diejenigen bevorzugt, in denen mindestens einer der darin enthaltenen Reste eine der angegebenen bevorzugten Bedeutungen hat.
Die als Ausgangsstoffe benötigten Verbindungen der Formel
worin R¹, L¹, L² und L³ die angegebene Bedeutung besitzen, sind bekannt oder werden nach an sich bekannten Methoden, wie sie in der Literatur beschrieben sind (z. B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart), und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.
Die Reaktionsdurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist einfach, wobei man die Ausgangsstoffe bei Temperaturen von -100 bis 100°C, vorzugsweise -40 bis 40°C, insbesondere 0 bis 35°C, und bei erhöhten oder vermindertem Druck, vorzugsweise bei Normaldruck, umsetzen kann.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten ist die Tatsache, daß man nicht bei tiefen Temperaturen (-100 bis -65°C) arbeiten muß, um eine explosionsartige Zersetzung des o-Fluorphenyllithiums bei höheren Temperaturen zu verhindern, da dieses nur in situ gebildet wird und von dem vorhandenen Trialkylborat stets abgefangen wird.
Zweckmäßigerweise legt man den fluorierten Aromaten im Gemisch mit den Trialkylboraten in einem inerten Lösungsmittel vor und gibt die starke Base hinzu. Die Reaktion kann ohne oder vorteilhaft in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels ausgeführt werden, wobei als Lösungsmittel die konventionellen Lösungsmittel für Umsetzungen mit starken Basen in Betracht kommen, z. B. Ether wie Diethylether, Tetrahydrofuran oder Methyl-tert.-Butylether, Kohlenwasserstoffe wie Pentan, Hexan, Heptan, Benzol, Toluol, Xylol oder Cyclohexan oder Gemische der genannten Lösungsmittel. Diesen Lösungsmitteln können auch Cosolventien, wie z. B. Hexa­ methylphosphorsäuretriamid (HMPT), Tetramethylethylendiamin (TMEDA), Dimethylpropylenharnstoff (DMPU) oder Kronenether, wie 18-Crown-6, zugesetzt werden. Die Lösungsmittelmenge ist nicht kritisch, im allgemeinen können 100 bis 1000 g Lösungsmittel je Mol fluorierter aromatischer Verbindung verwendet werden.
Als Trialkylborate kommen üblicherweise Verbindungen der Formel B(OR²)₂(OR³) in Betracht, vorzugsweise B(OR²)₃, wobei R² Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl oder Isopropyl, insbesondere Methyl oder Isopropyl bedeutet, in Betracht.
Die Art der einzusetzenden starken Base richtet sich nach den eingesetzten fluorierten Aromaten. Besonders geeignete starke Basen sind Alkalimetalle wie Lithium, Natrium oder Kalium, Alkalimetallhydride wie Lithium-, Natrium- oder Kaliumhydrid, Erdalkalimetallhydride wie Calciumhydrid, metallorganische Verbindungen, wie n-Butyllithium, sec.- Butyllithium, tert.-Butyllithium, Methyllithium, Ethyllithium oder Phenyllithium, insbesondere n-Butyllithium, starke Amidbasen wie Natriumamid, Kaliumamid, Lithiumdiiso­ propylamid, Lithium-cyclohexyl-isopropylamid, Lithium­ dicyclohexylamid, 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yllithium, Lithiumhexamethyldisilazan oder Kaliumhexamethyldisilazan, insbesondere Lithiumdiisopropylamid.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es jederzeit gefahrlos unterbrochen und später wieder aufgenommen werden kann, da während des Eintropfens der Base nur unreaktive Verbindungen, wie der fluorierte Aromat, das Trialkylborat, Metallalkoholat und der o-Fluor­ arylboronsäureester vorliegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens legt man den Fluoraromaten zusammen mit etwa 10-80%, insbesondere 15-25%, des einzusetzenden Trialkylborats in einem inerten Lösungsmittel, vorzugsweise Tetrahydrofuran, vor und gibt unter Inertgasatmosphäre gleichzeitig die Base, vorzugsweise Lithiumdiisopropylamid, in einem inerten Lösungsmittel zusammen mit der restlichen Menge des Trialkylborates (20-90%, vorzugsweise 75 bis 85%) hinzu.
In der Regel benötigt man auf 1 Mol des zu deprotonierenden Fluoraromaten 0,8 bis 2,2 Mol, vorzugsweise 1,2 bis 1,8 Mol Base und 0,8 bis 1,5 Mol, vorzugsweise 1,0 bis 1,3 Mol Trialkylborat.
Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches und die Isolierung der Produkte erfolgt in üblicher Weise, z. B. indem man das Reaktionsgemisch auf Wasser und/oder Eis bzw. verdünnte Säure gießt und nach Abtrennen der wäßrigen Phase die o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Ester durch Destillation oder Kristallisation gewinnt. Sowohl die trimeren Anhydride als auch die freien Boronsäuren können jedoch auch ohne Reinigungsschritt durch Umsetzung mit H₂O₂ zu den entsprechenden o-Fluorphenolen hydrolysiert werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es überraschend möglich, die o-Fluorarylboronsäuren, deren trimeren Anhydride und deren Ester, die wertvolle Zwischenprodukte beispielsweise für Flüssigkristalle, Hilfsstoffe, Pflanzen­ schutzmittel und Pharmaka sind, in gegenüber dem Stand der Technik einfacher Art, gefahrlos, in größerem Maßstab und in höheren Ausbeuten herzustellen. Weiterhin können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren neue Difluorphenylboronsäuren bzw. deren trimere Anhydride der Formeln III und IV hergestellt werden, welche wichtige Zwischenprodukte zur Herstellung der neuen flüssigkristallinen Difluor­ phenyldioxaborinane der Formel IIIa und IVa sind.
Die ¹H-Kernresonanzspektren sind aufgenommen mit einem 200-MHz-Spektrometer der Fa. Bruker.
Beispiel 1 2,3-Difluor-benzolboransäure-Anhydrid (trimer)
In einem 20-ml-Dreihalskolben werden 700 g 1,2-Difluorbenzol, 1,2 l Tetrahydrofuran und 168 ml Trimethylborat unter Stickstoff und Rühren vorgelegt. Binnen 2 Stunden werden gleichzeitig 658 ml Trimethylborat und 6,58 l einer Lithiumdiisopropylamid-Tetrahydrofuran-Lösung (hergestellt aus 1,09 l Diisopropylamin, 4,49 l Butyllithium 15% in Hexan und 1 l abs. Tetrahydrofuran) zugetropft, wobei die Temperatur durch gelegentliche Wasserkühlung zwischen 19 und 23°C gehalten wird. Man rührt 30 min nach und läßt nacheinander 800 ml Eisessig und 1600 g 50%ige Schwefelsäure zulaufen, rührt 30 min und läßt absitzen. Die wäßrige Phase wird 2mal mit je 250 ml Methyltert.-butylether extrahiert und die vereinigten organischen Phasen wäscht man 2mal mit je 250 ml gesättigter Natriumbikarbonatlösung. Nach Trocknen über Natriumsulfat und Einengen bei 50-70°C im Vakuum verbleiben 717 g des trimeren Anhydrids der 2,3-Difluorbenzolboronsäure (Molgewicht - MW -: 420) Massenspektrum (MS): 421 (Mol-peak), 325, 279, 253, 235.
Auf analoge Weise werden hergestellt:
4-n-Propyl-2,6-difluorbenzolboronsäure-anhydrid (MW: 489)
4-(4-Propyl-)cyclohexyl)-2,3-difluorbenzolboronsäureanhydrid (MW: 735)
4-Propyl-2,3-difluorbenzolboronsäure-anhydrid (MW: 489)
4-(4-Ethyl-)phenyl-2,3-difluorbenzolboronsäure-anhydrid (MW: 675)
4-(2-(4-(4-Propyl-)cyclohexyl-)cyclohexyl-)ethyl-2,3- difluorbenzolboronsäure-anhydrid (MW: 1065)
4-Ethoxy-2,3-difluorphenylboronsäure-anhydrid (MW: 495)
Beispiel 2
Aus 1,2-Difluorbenzol, Lithiumdiisopropylamind und Tri­ methylborat werden nach Beispiel 1 10 g trimeres 2,3- Difluorphenylboronsäureanhydrid hergestellt. Das Anhydrid wird in 200 ml kochendem Wasser gelöst. Man filtriert die heiße Lösung und läßt langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Nach Abtrennen des Feststoffs und Trocknen erhält man 2,3-Difluorphenylboronsäure mit einem Schmelzpunkt von 89°C.
¹H-NMR (CDCl₃/TMS): δ = 5,2 (2 H), 7,1-7,4 (2 H), 7,6 (1H).
Beispiel 3 4-Propyl-2,6-difluorphenylboronsäuredimethylester
4,9 g 4-Propyl-2,6-difluorbenzolboronsäureanhydrid (hergestellt nach Beispiel 1) werden in 100 ml Methanol gelöst, mit 0,3 g p-Toluolsulfonsäure und 5 g Molekularsieb 4 Å versetzt und 1 Stunde unter Rückfluß gekocht. Man versetzt mit 1 g basischem Aluminiumoxid, filtriert, engt das Filtrat zum Rückstand ein und erhält 5,4 g 4-Propyl- 2,6-difluorbenzolboronsäuredimethylester
¹H-NMR (CDCl₃/TMS): δ = 6,95 (2 H), 2,9 (6 H) ppm.
Beispiel 4 1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-2,6-dioxaborinon
4,9 g 4-Propyl-2,6-difluorbenzolboronsäureanhydrid (hergestellt nach Beispiel 1) werden in 200 ml Toluol gelöst und mit 3 g Propandiol-1,3 sowie 0,3 g p-Toluolsulfonsäure und 5 g Molekularsieb 4 Å versetzt. Man erhitzt 3 Stunden auf 60°C, kühlt ab und filtriert die Mischung über eine mit 20 g basischem Aluminiumoxid gefüllte Chromatographiesäule. Mit Toluol wird nacheluiert. Nach Einengen der substanz­ tragenden Fraktionen erhält man das reine Produkt.
¹H-NMR (CDCl₃/TMS): δ = 6,95 (2 H), 2,9 (6 H) ppm.
Analog werden hergestellt:
1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-4-ethyl-2,6-dioxyborinan
1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-4-propyl-2,6-dioxyborinan
1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-4-butyl-2,6-dioxyborinan
1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-4-pentyl-2,6-dioxyborinan
1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-4-hexyl-2,6-dioxyborinan
1-(4-Propyl-2,6-difluorphenyl)-4-heptyl-2,6-dioxyborinan
1-(4-Pentyl-2,6-difluorphenyl)-4-ethyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Pentyl-2,6-difluorphenyl)-4-propyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Pentyl-2,6-difluorphenyl)-4-butyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Pentyl-2,6-difluorphenyl)-4-pentyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Pentyl-2,6-difluorphenyl)-4-hexyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Pentyl-2,6-difluorphenyl)-4-heptyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Ethoxy-2,3-difluorphenyl)-4-ethyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Ethoxy-2,3-difluorphenyl)-4-propyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Ethoxy-2,3-difluorphenyl)-4-butyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Ethoxy-2,3-difluorphenyl)-4-pentyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Ethoxy-2,3-difluorphenyl)-4-hexyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Ethoxy-2,3-difluorphenyl)-4-heptyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Propyl-2,3-difluorphenyl)-4-ethyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Propyl-2,3-difluorphenyl)-4-propyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Propyl-2,3-difluorphenyl)-4-butyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Propyl-2,3-difluorphenyl)-4-pentyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Propyl-2,3-difluorphenyl)-4-hexyl-2,6-dioxaborinan
1-(4-Propyl-2,3-difluorphenyl)-4-heptyl-2,6-dioxaborinan
Anwendungsbeispiel 1 Darstellung von 4-Ethoxy-2,3-difluor-4′-pentylbiphenyl
Eine Lösung von 4-Ethoxy-2,3-difluorphenylboronsäure- anhydrid (3,7 g) in Ethanol wird bei 20°C zu einer Lösung von 3,8 g p-Pentylbrombenzol und 0,16 g Tetrakis-(tri­ phenylphosphin)-palladium (0) in einem Lösungsmittelgemisch aus Benzol (20 ml) und 2M-Na₂CO₃ (20 ml) gegeben. Die Mischung wird 30 h auf 95°C erhitzt. Nach Abkühlen wird die Mischung 1 h mit 30%igem H₂O₂ (2 ml) bei Raum­ temperatur gerührt. Nach üblichem Aufarbeiten und Um­ kristallisation erhält man das reine Produkt.
Anwendungsbeispiel 2 Darstellung von 2,3-Difluorphenol
4,4 g des nach Beispiel 1 hergestellten 2,3-Difluor­ phenylboronsäure-anhydrids werden nach der Methode von M. F. Hawthorne, J. Org. Chem. (1957) 22, 1001, mit 25 ml 30%igem H₂O₂ umgesetzt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Estern aus fluorierten Aromaten und Trialkylboraten, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zu einem Gemisch aus dem fluorierten Aromaten und dem Trialkylborat eine starke Base zugibt, und anschließend die so erhaltenen Ester gegebenenfalls hydrolysiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung der o-Fluor­ arylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Esten der Formel I bzw. I′ wobei
R¹ H, F, Alkyl, Alkenyl, Alkoxy mit jeweils bis zu 18 C-Atomen oder eine mesogene Gruppe,
L¹, L² und L³ jeweils unabhängig voneinander H oder F und
R² und R³ H, Alkyl, Alkenyl oder Cycloalkyl mit jeweils bis zu 10 C-Atomen oder zusammengenommen eine Alkenyldiylgruppe der Formel -(CH₂)n-, worin n 2, 3 oder 4 ist,
bedeuten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ eine mesogene Gruppe der Formel II bedeutet, wobei R⁰ einen unsubstituierten oder einen einfach durch CN, Halogen oder CF₃ substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -S- oder -O- so ersetzt sein können, daß S- und/oder O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CH₂O-, -OCH₂-, eine Einfachbindung oder eine Alkylengruppe mit 3 bis 6 C-Atomen, worin auch eine CH₂-Gruppe durch -O- ersetzt sein kann, und
A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander einen
  • (a) trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂- Gruppen durch -O- ersetzt sein können,
  • (b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
  • (c) Rest aus der Gruppe 1,3-Cyclobutylen, 1,3-Bicyclo(1,1,1)pentylen, 1,4-Cyclohexenylen, 1,4-Bicyclo(2,2,2)octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4- Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl,
wobei die Reste (a) und (b) durch Halogen substituiert sein können, und m 0, 1 oder 2bedeuten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in einem inerten Lösungsmittel durchführt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur zwischen -100 und +100°C liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als starke Base ein Alkalimetall, eine metallorganische Verbindung oder ein Alkalimetallamid einsetzt.
7. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Estern zur Herstellung der entsprechenden o-Fluorphenolen durch oxidative Hydrolyse.
8. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Estern als Kopplungs­ komponenten bei der Übergangsmetall-katalysierten Kreuzkopplung mit Halogen- bzw. Perfluoralkylsulfonverbindungen.
9. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten o-Fluorarylboronsäuren bzw. deren trimeren Anhydride oder deren Estern zur Herstellung der entsprechenden o-Fluor-halogenaromaten durch Halogenierung.
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EP0238272A2 (de) * 1986-03-13 1987-09-23 Btg International Limited Zwischenprodukte, nützlich bei der Produktion von Pestiziden

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