一种制备2-硝基联苯类化合物的方法与流程

本发明属于精细化工，涉及一种制备2-硝基联苯类化合物的方法。

背景技术：

1、2-硝基联苯类化合物主要应用于合成液晶材料、农药啶酰菌胺、氟唑菌酰胺、联苯吡菌胺、联苯吡嗪菌胺等。

2、2-硝基/氨基联苯类化合物的制备主要有脱羧偶联、苯肼偶联、苯硼酸偶联和全合成四类方法。

3、脱羧偶联法以取代溴苯和2-硝基苯甲酸为原料，以钯盐、cui或菲罗啉为催化剂，130℃以上脱除羧基实现芳环偶联，在合成热稳定性较好的产物时能取得较高收率，钯盐用量较大；苯肼偶联法以取代苯肼和过量的取代苯胺为原料反应，能实现肼基碳与苯胺邻位碳的偶联，原材料容易获取，但收率不高，氨基联苯产物从取代苯胺、取代苯肼、氨基联苯异构体中分离难度较高；全合成法以取代溴苯为起始原料，先后制备芳香甲醛、芳香基-β-硝基乙烯、芳香基-2-硝基环己-4-烯、取代基-2-硝基联苯，合成路线较长，总收率偏低；苯硼酸偶联法为铃木偶联反应，以有机硼化合物与取代卤苯为原料，以三苯基膦等作为配体，在催化剂钯盐或镍盐的作用下偶联反应生成产物，钯盐或镍盐的摩尔用量一般为原料取代卤苯的1～5％，催化剂价格昂贵，回收工艺复杂，且废水中存在大量含磷有机物，废水处理难度大。

4、近年，苯硼酸偶联法对以邻氯硝基苯为底物的研究取得较大进展，钯盐用量大幅度降低。wo2018149813a1中报道将特殊配体四氟硼酸二叔丁基苯基膦鎓盐作为配体与钯盐等摩尔量配合制备催化剂，成功地将钯盐摩尔用量降至邻氯硝基苯的0.0025％～0.0055％，四氟硼酸二叔丁基苯基膦鎓盐的制备方法是：以氯代叔丁烷为原料制备成格氏试剂，再与三氯化磷反应合成中间体二叔丁基氯化膦；以溴苯和镁制备成格氏试剂，与中间体反应、加氟硼酸成盐制备成配体。该配体的合成有4～5步反应，路线偏长、收率较低。us10683256 b2公开了以特殊配体4-(9-蒽基)-3-(叔丁基)-2,3-二氢苯并[1,3]氧膦戊轭(antphos)与钯盐等摩尔量混合制备催化剂，也使钯盐摩尔用量降至邻氯硝基苯的0.0054％。以上利用两种高效配体制备产物的收率均较高，实施例中收率分别达到94％、95％，钯盐与这两种特殊配体配位后，催化能力大大加强。antphos分子的磷原子连接三种不同基团叔丁基、氧甲基和苯基，相较四氟硼酸二叔丁基苯基膦鎓盐，其制备方法更为繁琐，反应长达9步(us20180155375、wo2020103945)。

5、

6、在本领域，期望开发一种贵金属盐以及配体用量较低的2-硝基联苯类化合物的制备方法，特别是配体制备方法简单、售价较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备2-硝基联苯类化合物的方法。本发明的制备方法在贵金属或其盐以及配体用量更低的情况下，能够高效催化反应，反应收率高，且所用配体市场售价较低、可以大量购买获得，同时所用配体制备方法简单。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种制备2-硝基联苯类化合物的方法，所述方法包括以下步骤：

4、将苯硼酸类化合物或苯硼酸酯类化合物与邻氯硝基苯类化合物、贵金属或其盐、以及配体在无氧环境中反应，得到所述2-硝基联苯类化合物，

5、所述配体为如下式i所示结构的化合物，或者三叔丁基膦四氟硼酸盐或四苯基硼化三叔丁基膦；

6、

7、在本发明中，所述原料在所述结构的配体，以及贵金属或其盐的作用下，在无氧环境中高效催化取代苯硼酸或取代苯硼酸酯与邻氯硝基苯类化合物进行反应，高收率地得到2-硝基联苯类化合物。在本发明中，无需添加非离子型表面活性剂等助剂。

8、在本发明中，使用的配体结构简单，优选地，所述配体为三叔丁基膦四氟硼酸盐，该配体分子上磷原子连接3个同样的基团，即叔丁基，与其它种类配体相比其结构更为简单，2步反应即可制备，市场售价较低。

9、优选地，所述贵金属选自钯。

10、优选地，所述贵金属盐选自乙酸钯、二氯化钯或双乙酰丙酮钯中的任意一种。

11、在本发明中，所述贵金属或其盐以及配体能够在较低的用量下实现高效的催化反应。优选地，所述贵金属或其盐与邻氯硝基苯类化合物用量的摩尔比为(10-5～5×10-4):1，例如10-5:1、3×10-5:1、5×10-5:1、8×10-5:1、10-4:1、3×10-4:1或5×10-4:1，优选(2×10-5～5×10-5):1。

12、优选地，所述配体与邻氯硝基苯类化合物用量的摩尔比为(5×10-6～5×10-4):1，例如5×10-6:1、8×10-6:1、10-5:1、3×10-5:1、5×10-5:1、8×10-5:1、10-4:1、3×10-4:1或5×10-4:1，优选(10-5～5×10-5):1。

13、在本发明中，如果配体的用量过多，不影响产物含量和反应收率，但会造成催化剂和配体用量过多，合成成本增加，三废量增加。

14、优选地，所述苯硼酸类化合物为苯硼酸或者取代的苯硼酸、或者两分子苯硼酸或两分子取代的苯硼酸自聚形成的双苯基硼酸或双(取代苯基)硼酸、三分子苯硼酸或三分子取代的苯硼酸自聚形成的苯硼酸酐或取代基苯硼酸酐、三分子苯硼酸或三分子取代的苯硼酸聚合形成的三苯基硼或三(取代苯基)硼、四分子苯硼酸或四分子取代的苯硼酸聚合形成的四苯基硼酸盐或四(取代苯基)硼酸盐。

15、优选地，所述苯硼酸类化合物为具有如下结构的化合物中的任意一种：

16、其中r为氢、氟、氯、氰基、醛基、羧基、氨基、三氟甲基、硝基、1-5个碳原子的烷基、1-3个碳原子的卤代烷基、3-8个碳原子的环烷基、1-6个碳原子的烷氧基、1-6个碳原子的卤代烷氧基中的一种，n为1、2或3，m+为碱金属离子。

17、优选地，所述取代的苯硼酸中取代基为氟、氯、氰基、醛基、羧基、氨基、三氟甲基、硝基、1-5个碳原子的烷基、1-3个碳原子的卤代烷基、3-8个碳原子的环烷基、1-6个碳原子的烷氧基或1-6个碳原子的卤代烷氧基中的任意一种或至少两种的组合。

18、优选地，所述苯硼酸酯类化合物为苯硼酸酯或取代的苯硼酸酯。

19、优选地，所述取代的苯硼酸酯中取代基为氟、氯、氰基、醛基、羧基、硝基、三氟甲基、1-6个碳原子的烷基、1-6个碳原子的烷氧基、1-6个碳原子的卤代烷基、3-8个碳原子的环烷基中的任意一种或至少两种的组合。所述取代基的取代位置可以位于苯硼酸酯中苯环上或者位于苯硼酸酯中硼酸酯基上。

20、优选地，所述邻氯硝基苯类化合物为邻氯硝基苯或取代的邻氯硝基苯，所述取代的邻氯硝基苯为苯环3-6位中至少一个位置上的氢被氟、醛基、硝基、羧基、苯基、氰基、三氟甲基、1-3个(例如1、2或3个)碳原子的烷基、1-3个(例如1、2或3个)碳原子的烷氧基、1-3个(例如1、2或3个)碳原子的卤代烷基或1-3个(例如1、2或3个)碳的卤代烷氧基取代的邻氯硝基苯类化合物。

21、在本发明中，要实现在贵金属盐以及配体用量更低的情况下，能够高效催化反应，关键的因素还在于控制体系为充分的无氧环境，优选地，所述无氧环境是通过如下操作实现的：减压，通入惰性气体置换反应釜内气体8次以上，每次置换将釜内压力减压至15000～25000pa，例如15000pa、18000pa、20000pa、22000pa或25000pa。

22、优选地，所述惰性气体为氦气或氩气。

23、优选地，所述苯硼酸类或苯硼酸酯类化合物与邻氯硝基苯类化合物的摩尔比为(0.1～5)/m：1，优选(0.95～1.05)/m:1:(1～2.2)；当苯硼酸类化合物为苯硼酸或取代的苯硼酸时，m＝1；当苯硼酸类化合物为双苯基硼酸或双(取代苯基)硼酸时，m＝2；当苯硼酸类化合物为三苯基硼或三(取代苯基)硼、苯硼酸酐或取代苯硼酸酐时，m＝3；当苯硼酸类化合物为四苯基硼酸盐或四(取代苯基)硼酸盐时，m＝4。

24、优选地，所述反应在碱性物质存在下进行。

25、优选地，所述碱性物质为碳酸钠、碳酸钾、磷酸钾或磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合。

26、优选地，所述邻氯硝基苯类化合物与碱性物质的摩尔比为1:(1～5)，例如1:1、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.5、1:2.8、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5，优选1:(1～2.2)。

27、优选地，所述反应的溶剂为有机溶剂和水的混合物。

28、优选地，所述有机溶剂为醚类溶剂，或者由甲苯、二甲苯或三甲苯中的一种与醚类溶剂混合而成。

29、优选地，所述醚类溶剂为四氢呋喃或2-甲基四氢呋喃。

30、优选地，所述甲苯、二甲苯或三甲苯中的一种与醚类溶剂的质量比为(0～100)：1，例如0.5:1、1:1、3:1、5:1、8:1、10:1、20:1、30:1、40:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1，优选(0～5)：1。

31、优选地，所述有机溶剂、水、邻氯硝基苯类化合物的质量比为(0.1～10):(0.5～10):1，例如0.1:0.5:1、0.8:0.8:1、1:1:1、1:2:1、1:3:1、1：4：1、1:5:1、2:1:1、2:3:1、3:5:1、5:1:1、5:3:1、5:4:4、6:1:1、6:3:1、6:7:1、6:10:1、7:3:1、7:5:1、7:7:1、7:9:1、7:10:1、9:1:1、9:4:1、9:5:1、9:7:1、10:1:1、10:3:1、10:5:1、10:7:1、10:10:1等，优选(1～5):(1～5):1。

32、优选地，所述反应的温度为70～130℃，例如70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、100℃、110℃、120℃或130℃，优选90～110℃；反应的时间为0.5～10h，例如0.5h、0.8h、1h、3h、5h、8h或10h，优选2～4h。

33、在本发明的反应液中的贵金属盐在反应完后转化为钯黑，悬浮于水相与有机相中间，采取过滤反应液的方式即可回收钯黑。

34、作为优选技术方案，所述2-硝基联苯类化合物的制备方法包括以下步骤：

35、将苯硼酸类化合物或苯硼酸酯类化合物与邻氯硝基苯类化合物、贵金属或其盐、以及配体在无氧环境中，70～130℃反应0.5～10h，得到所述2-硝基联苯类化合物，

36、所述配体为如下式i所示结构的化合物，或者三叔丁基膦四氟硼酸盐或四苯基硼化三叔丁基膦；

37、

38、其中所述贵金属或其盐与邻氯硝基苯类化合物用量的摩尔比为(10-5～5×10-4):1，所述配体与邻氯硝基苯类化合物用量的摩尔比为(5×10-6～5×10-4):1；

39、实现所述无氧环境的操作为：减压，通入惰性气体置换反应釜内气体8次以上，每次置换将釜内压力减压至15000～25000pa。

40、在本发明中，三叔丁基膦四氟硼酸盐可以在实验室中通过两步反应制备，市场售价也不高。

41、三叔丁基膦四氟硼酸盐的制备(参考cn109553639)：在氩气保护下，向干燥反应器中依次加入200ml四氢呋喃、18.4g(0.1mol)磷化钙、81.6g(0.6mol)溴代叔丁烷和1.28g(0.005mol)二乙酰丙酮镍，升温至60℃反应12h，加100ml水淬灭，分层，用50ml四氢呋喃萃取水相，合并有机相，30℃以下向有机相中缓慢滴入35.1g(0.2mol)50％四氟硼酸水溶液搅拌反应2h，冷却至0℃结晶，过滤，干燥后得到46g三叔丁基膦四氟硼酸盐，收率79％。

42、以乐研试剂网查询到的配体试剂单价比较(2022年3月)如下表1所示：

43、表1

44、 配体 规格 单价(元) antphos 98％、5g 2776 四氟硼酸二叔丁基苯基膦鎓盐 97％、5g 291 三叔丁基膦四氟硼酸盐 98％、5g 55

45、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

46、本发明中的制备方法中使用的配体结构简单，市场售价低，易于从市场上大量购买使用；同时本发明中使用的配体也易于自行制备使用，这可以进一步降低目标产物的制造成本。本发明中的制备方法在贵金属盐以及配体用量低的情况下(配体用量低至邻氯硝基苯类化合物用量的0.0005mol％～0.05mol％，更优选0.001mol％～0.005mol％)，能够在无氧环境中高效催化反应，反应收率高达94％以上，而且本发明的制备方法中也不需要添加非离子型表面活性剂等助剂。