2-萘硼酸的中間試驗(yàn)研究

寧志強(qiáng)， 徐 虹， 楊 杰， 劉寧生， 于明慧， 李 猛

（黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，黑龍江，哈爾濱 150040）

2-萘硼酸的中間試驗(yàn)研究

寧志強(qiáng)， 徐 虹， 楊 杰， 劉寧生， 于明慧， 李 猛

（黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，黑龍江，哈爾濱 150040）

2-萘硼酸是有機(jī)硼酸中一個(gè)重要的中間體。以2-溴萘為原料，使用格氏試劑法合成2-萘硼酸?？疾炝酥性囈?guī)模物料配比，格氏試劑反應(yīng)條件及親核反應(yīng)的反應(yīng)條件，優(yōu)化并確定了反應(yīng)條件。優(yōu)化的反應(yīng)條件如下，2-溴萘∶鎂屑∶硼酸三甲酯=1∶1.05∶1.5，格氏試劑反應(yīng)溫度60℃，硼酸反應(yīng)溫度為(-25±2)℃，格氏試劑反應(yīng)時(shí)間3h，硼酸反應(yīng)時(shí)間為3h，產(chǎn)品收率72.4%。該反應(yīng)避免了昂貴易燃的丁基鋰，使生產(chǎn)成本大為降低。

2-萘硼酸；2-溴萘；格氏試劑法；中間試驗(yàn)

前 言

2-萘硼酸是有機(jī)硼酸中一個(gè)重要的中間體。2-萘硼酸的合成路線主要有3條，分別是格氏試劑法、有機(jī)鋰法，以及二萘基汞法。由于2-溴萘價(jià)格較低，更適合于使用格式試劑方法。

格氏試劑法是將2-溴萘在四氫呋喃溶劑中與鎂反應(yīng)，在回流溫度下形成格氏試劑，再冷卻至低溫-78℃下，滴加硼酸酯，加完后緩慢升至室溫，經(jīng)鹽酸水解后，得到2-萘硼酸，收率77%[1]。

另一種常使用的方法是有機(jī)鋰合成法，2-溴萘在以四氫呋喃為溶劑，低溫-78℃下先與有機(jī)鋰反應(yīng)，再與硼酸酯反應(yīng)，水解后，得到2-萘硼酸。有機(jī)鋰是正丁基鋰或異丁基鋰，硼酸酯有硼酸三甲酯和硼酸三異丙酯。2-萘硼酸的合成方法是以2-溴萘為原料，通過(guò)格氏試劑法合成萘基格式試劑，再與硼酸酯反應(yīng)，生成2-萘硼酸，反應(yīng)方程式如下。

將有機(jī)鋰法合成2-萘硼酸文獻(xiàn)列表如下。

表1 2-萘硼酸的有機(jī)鋰法合成路線Table1 Synthesis rountof 2-naphthaleneboronic acid by organolithium method

由以上文獻(xiàn)上來(lái)看，2-萘硼酸的丁基鋰法合成路線中，反應(yīng)溫度較低，如果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這樣的反應(yīng)溫度會(huì)帶來(lái)很多不利因素，會(huì)消耗大量的冷卻劑，如液氮等，提高反應(yīng)溫度是這一合成方法是否能產(chǎn)業(yè)化的重要因素。

除了以上的合成方法以外，還有其它的合成方法。BehrensMichaelis使用2-萘基汞與三氯化硼反應(yīng)，水解后生成2-萘硼酸[8]。Gary A.Molander等還使用2-萘基三氟化硼鉀鹽在SiO2存在下水解，收率為63%[7]。而2-萘基汞可以由2-萘基氯汞反應(yīng)制備，而2-萘基氯汞可以由2-萘胺和2-萘基硫酸鈉反應(yīng)制備，但收率很低[11]。所以，不管從收率來(lái)看，還是從污染角度來(lái)看，這種合成路線不適合合成2-萘硼酸。

文獻(xiàn)上來(lái)看，使用格氏試劑法是較為經(jīng)濟(jì)合理的，本研究中將使用格氏試劑法制備2-萘硼酸。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：高效液相色譜儀，DIONETP680，戴安公司；微量水份試驗(yàn)器（卡爾.費(fèi)休法），SYD-2122型，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；微量氧測(cè)定儀(便攜式)，WLY-3型，大慶市日上儀器制造有限公司。

實(shí)驗(yàn)試劑：2- 溴萘，99.2%，自制；碘，AR，上海實(shí)驗(yàn)室及有限公司；鎂，CP，天津市金鉑蘭精細(xì)化工有限公司；四氫呋喃，CP，天津市龍瀚化工貿(mào)易有限公司；濃鹽酸，CP，哈爾濱新科醫(yī)藥試劑有限公司；硼酸三甲酯，CP，上海昊化化工有限公司；氮?dú)猓I(yè)級(jí)，哈爾濱黎明氣體有限公司；氬氣，工業(yè)級(jí)，哈爾濱黎明氣體有限公司。以上試劑未經(jīng)處理，直接參與反應(yīng)。

1.2 2-萘硼酸的合成簡(jiǎn)述

測(cè)定四氫呋喃含水量在100ppm以下，可以使用。在50L玻璃釜中，加入415g鎂屑，置換氮?dú)?，測(cè)定氧含量低于200ppm，通入低流量氬氣。釜中加入150g 2-溴萘和2000mL四氫呋喃的溶液及20g碘引發(fā)。引發(fā)成功后，調(diào)節(jié)水浴溫度，使反應(yīng)溫度保持在（55±5）℃。泵入 3.3kg2-溴萘 (總 2-溴萘3.45kg，16.66mol)和 26000mL 四氫呋喃(總 28000mL THF)的溶液，約3h加完。加完后，保持反應(yīng)溫度在60℃，3h取樣，加少量水，取上層有機(jī)相分析，證明2-溴萘完全反應(yīng)后，冷卻到20～30℃。

100L玻璃釜降溫至-40℃后，從50L玻璃釜底向100L玻璃釜轉(zhuǎn)移格氏試劑。轉(zhuǎn)移完成后，氬氣保護(hù)，并降溫至-30℃。經(jīng)恒壓滴液漏斗向三口瓶中逐滴滴加2450mL硼酸三甲酯(21.57mol)，保持溫度在（-25±2）℃，約3h滴畢，保溫反應(yīng)3h。自然升溫至20℃，緩慢加入11L 8%的冷鹽酸，攪拌1h。靜置分層，分出有機(jī)層，水層用乙酸乙酯萃取（3×5000mL）,合并有機(jī)相。有機(jī)相減壓蒸出溶劑后，精制，得到白色粉末2.075kg。純度99.1%，收率72.4%。

2 結(jié)果與討論

2.1 2-萘硼酸的合成條件優(yōu)化

2.1.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)格氏試劑反應(yīng)的影響

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)格氏試劑反應(yīng)的影響Table 2 Effectof reaction time on Grignard reaction

反應(yīng)條件：3.45kg 2-溴萘，415g鎂屑，28000mL THF，反應(yīng)溫度60℃，取樣加入稀鹽酸中，取上層清液液相分析。

由表2可以看出，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于3h后，格氏試劑中2-溴萘完全消耗，因此格氏試劑反應(yīng)時(shí)間選3h為宜。

2.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)格氏試劑反應(yīng)的影響

表3 不同反應(yīng)溫度對(duì)格氏試劑反應(yīng)的影響Table 3 Effectof reaction temperature on Grignard reaction

反應(yīng)條件：3.45kg 2-溴萘，415g鎂屑，28000mL THF，反應(yīng)時(shí)間3h，取樣加入稀鹽酸中，取上層清液液相分析。

由表3可以看出，溫度低于50℃時(shí)格氏試劑中含有2-溴萘，因此應(yīng)選用反應(yīng)溫度為60℃。

2.2 2-萘硼酸合成條件考察

2.2.1 親核取代溫度對(duì)2-萘硼酸收率的影響

本文考察了親核取代溫度對(duì)2-萘硼酸收率的影響，見(jiàn)表4。

表4 不同反應(yīng)溫度對(duì)2-萘硼酸收率的影響Table 4 Effectof reaction temperature on 2-naphthaleneboronic acid yield

反應(yīng)條件：3.45kg 2-溴萘，415g鎂屑，28000mL THF，60℃3h后制備成格氏試劑，滴加2450mL硼酸三甲酯，反應(yīng)時(shí)間為3h。

表4顯示，隨溫度降低，2-萘硼酸收率有所增加，但增加幅度較小。反應(yīng)的主要副產(chǎn)物是格氏試劑的脫去生成萘及偶聯(lián)生成聯(lián)萘，以及進(jìn)行多取代生成硼酐，由于萘基自身空間位阻較大，一定程度上抑制了硼酐的生成，在低溫下也能夠抑制格氏試劑的其它副反應(yīng)。所以，本實(shí)驗(yàn)選取反應(yīng)溫度為（-25±2）℃。

2.2.2 不同硼酸三甲酯與2-溴萘物質(zhì)的量比對(duì)2-萘硼酸收率的影響

表5 物料比對(duì)2-萘硼酸收率的影響Table 5 Effectofmaterial ratio on 2-naphthaleneboronic acid yield

反應(yīng)條件：3.45kg2-溴萘，415g鎂屑，28000mL THF，60℃3h后制備成格氏試劑，滴加硼酸三甲酯，反應(yīng)溫度（-25±2）℃，反應(yīng)時(shí)間3h。

表5顯示，隨著n(硼酸三甲酯)與n(2-溴萘)的比值增加，2-萘硼酸收率增加，這是由于隨著硼酸三甲酯濃度增加，發(fā)生二取代的碰撞幾率減小，但達(dá)到1.3后，增加幅度不大，所以本文選擇最佳物料比為n(硼酸三甲酯):n(2-溴萘)=1:1.3。

2.2.3 親核取代時(shí)間對(duì)2-萘硼酸收率的影響

表6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)2-萘硼酸收率的影響Table 6 Effectof reaction time on 2-naphthaleneboronic acid yield

反應(yīng)條件：3.45kg 2-溴萘，415g鎂屑，28000mL THF，60℃3h后制備成格氏試劑，滴加2450mL硼酸三甲酯，反應(yīng)溫度（-25±2）℃。

表6顯示，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，2-萘硼酸收率增加。反應(yīng)時(shí)間超過(guò)3h，產(chǎn)物的收率增加較小，考慮到能耗等因素，本實(shí)驗(yàn)選用3h為較佳反應(yīng)時(shí)間。

2.2.4 反應(yīng)溶劑對(duì)2-萘硼酸收率的影響

表7 溶劑用量對(duì)2-萘硼酸收率的影響Table7 Effectof solvent volume on 2-naphthaleneboronic acid yield

反應(yīng)條件：反應(yīng)條件：3.45kg 2-溴萘，415g鎂屑，28000mLTHF，60℃3h后制備成格氏試劑，滴加2450mL硼酸三甲酯，反應(yīng)溫度（-25±2）℃，反應(yīng)時(shí)間3h。

表7顯示，當(dāng)四氫呋喃量為6(mL/g 2-溴萘)時(shí)，在制備格氏試劑時(shí)，格氏試劑不能完全溶解，出現(xiàn)白色沉淀，降低溫度后，大量格氏試劑析出，滴加硼酸三甲酯后，溶液黏稠，混合不均勻，所以反應(yīng)收率顯著降低。而當(dāng)四氫呋喃量大于8(mL/g2-溴萘)，對(duì)反應(yīng)收率影響不大，考慮到四氫呋喃的成本，所以選取四氫呋喃量為8(mL/g 2-溴萘)，即投入2-溴萘3.45kg時(shí)，四氫呋喃量為28000mL。

2.2.5 加料順序?qū)?-萘硼酸收率的影響

傳統(tǒng)的加料順序是將硼酸酯在低溫下加入格氏試劑，如果將反應(yīng)原料的加料順序相反，即將格氏試劑滴加入硼酸酯中，反應(yīng)收率可以有所增加。但是，由于格氏試劑在室溫下易析出結(jié)晶，所以在格氏試劑的制備過(guò)程中不得不增加四氫呋喃的用量。在其它條件相同的條件下，當(dāng)四氫呋喃與2-溴萘的物質(zhì)的量配比為25∶1時(shí)，格氏試劑析出不明顯，這時(shí)反應(yīng)收率為73.8%，與硼酸酯在低溫下加入格式試劑順序相比，收率相當(dāng)。考慮到消耗定額等因素，還是應(yīng)選擇硼酸酯在低溫下加入格氏試劑的順序。

4 結(jié)論

本文考察了格氏試劑法制備2-萘硼酸，并考察了反應(yīng)條件的影響，優(yōu)化了反應(yīng)條件。優(yōu)化的物料比例為，2-溴萘:鎂屑:硼酸三甲酯=1∶1.05∶1.5，優(yōu)化的反應(yīng)條件為，格氏試劑反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間3h，在(-25±2)℃下滴加硼酸三甲酯，并保持此溫度3h，產(chǎn)品收率72.4%。該反應(yīng)避免了昂貴易燃的丁基鋰，使生產(chǎn)成本大為降低。

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Pilot Experiment of 2-Naphthaleneboronic Acid

NING Zhi-qiang,XU Hong,YANG Jie,LIU Ning-sheng,YUMing-huiand LIMeng（Institute of Petrochemistry,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150040,China）

The 2-naphthaleneboronic acid is an important immediate in organic boric acid.Itwas prepared by Grignard reagentmethod from 2-bromo naphthalene.The reaction conditions,including materials ratios,Grignard reagent and nucleophilic reaction conditions were investigated in pilot scale.The optimized reaction conditions were confirmed.The optimal reaction conditions were listed as follows:the ratio of 2-bromonaphthalene to Mg to trimethylborate=1∶1.05∶1.5,reaction temperature in Grignard reaction and boric acid was 60℃ and(-25±2)℃ respectively,reaction time both in Grignard reaction and boric acid was 3h.Under these conditions,the yield was 72.4%.Thismethod avoided using expensive BuLi,the production costswere reduced greatly.

2-Naphthaleneboronic acid;2-bromo naphthalene;Grignard reagentmethod;pilot experiment

TQ 242.3

A

1001-0017（2013）01-0050-03

2012-08-20

寧志強(qiáng)（1971-），男，山東巨野人，高級(jí)工程師，主要從事精細(xì)化工方面研究。