一种联苯二酐异构体的制备及分离方法与流程

1.本发明涉及一种联苯二酐异构体的制备及分离方法，属于合成化学的范畴。


背景技术：

2.联苯四酸二酐简称bpda，是合成聚酰亚胺材料标志性二酐单体之一，价格昂贵。目前工业上制备联苯四甲酸二酐，主要采用贵金属钯催化偶联的方法制备，相关的研究报道如专利jp7352749、us5243067、cn201310049837等，其成本高昂，而具有低粘度加工特性所需的不对称联苯二酐3,4
’‑
bpda更是比常规产品4,4
’‑
bpda10倍以上的价格，其主要是传统合成方法需要从三种联苯二酐混合物中分离出不对称联苯二酐3,4
‑
bpda’，而不对称联苯二酐的3,4
‑
bpda’单体的各类性质，如沸点，溶解性与其同分异构体混合物3,3’异构体极其相近，导致其从异构体混合物中无法实现分离提纯，极大的限制了其应用。因此开发廉价的催化偶联反应体系制备并分离不对称联苯二酐异构体具有重要的意义。
3.制备不对称联苯二酐必须通过两种结构不对称的单体通过交叉偶联进行，如cn1436780a使用混合的3
‑
和4
‑
氯代邻苯二甲酸二甲酯或混合的3
‑
和4
‑
氯代酞酰亚胺为原料制备联苯二酐异构体。而该方法中除了生成3,4
’‑
联苯四甲酸四甲酯(或3,4
’‑
联苯双亚胺)之外，同时产生了大量对称偶联产物——3,3
’‑
联苯四甲酸四甲酯(或3,3
’‑
联苯双亚胺)和4,4
’‑
联苯四甲酸四甲酯(或4,4
’‑
联苯双亚胺)两种异构体混合物。如上所述，无论3,4
’‑
和3,3
‑
两种中间体异构体，还是最终的二酐异构体，均难以分离。该方法反应体系根本无法获得三种异构体的纯品，因此cn1436780a的方法至今无法实现工业生产。
4.众所周知，三种异构联苯四甲酸中，3,3’,4,4
’‑
联苯四酸难以溶于水，2,3’,3,4
’‑
联苯四酸和2,2’,3,3
’‑
联苯四酸在水中具有相似的溶解性，难以分离。而脱水后三种异构联苯二酐具有相似的溶解性，更加难以分离提纯。采用混合卤代苯酐衍生物为原料制备异构联苯二酐纯品的前提不能生成2,3’,3,4
’‑
联苯四酸和2,2’,3,3
’‑
联苯四酸混合物，也就是说必须实现二者制备中间体的分离。


技术实现要素：

5.为了克服现有异构联苯二酐制备方法中的不足，本发明提供了一种制备及分离联苯二酐异构体的新方案，即通过分子设计，采用脂肪基3
‑
卤代酞酰亚胺和芳基4
‑
卤代酞酰亚胺混合物进行偶联反应，生成的双苯基
‑
4,4
’‑
联苯双亚胺(a)、3,4
’‑
联苯双亚胺(b)和3,3
’‑
联苯双亚胺(c)三种中间体混合物。本发明发现，双脂肪胺封端的3,3
’‑
联苯双亚胺极易溶于芳烃，而所生成的单端和双端含有苯胺保护的联苯双亚胺a和b难溶于芳烃，首先实现3,3
’‑
联苯双亚胺(c)从三种中间体中的分离出来；在芳烃中难溶解的a和b混合物直接进行水解，利用所获得的4,4
’‑
联苯四甲酸d难溶于水，而3,4
’‑
联苯四甲酸e溶于热水性质，实现两种联苯四酸d和e的分离，进而脱水成酐，获得三种联苯二酐异构体，纯度达98％以上。
6.为了实现上述发明任务，本发明采用如下技术方案：
7.一种联苯衍生物的制备及分离方法，其特征在于，所述制备过程如下式1：
[0008][0009]
其中，采用的反应原料如下式2和3：
[0010][0011]
其中，上述两种卤代酞酰亚胺反应原料2和3的摩尔比例0.1～1:0.2～1，取代基卤原子是氯或溴，r是碳数为3～5的直链或支链脂肪烃基团，r1是苯基；
[0012]
催化剂为镍盐；
[0013]
还原剂为金属锌；
[0014]
添加剂为下式4
‑
11中一种或几种的混合物：
[0015][0016]
其制备分离方法具体包括如下步骤：
[0017]
在惰性气氛下，将镍盐催化剂，配体添加剂、混合卤代酞酰亚胺单体、还原剂如锌按照0.01～0.02：0.01～0.28：1：0.5～1的摩尔比投料，加入无水无氧非质子溶剂，控制浓度在20％～30％，在50～100℃搅拌进行偶联反应1
‑
10小时后，经薄层色谱跟踪，反应完全后，过滤除去不溶物，减压回收溶剂如dmac，向体系中加入反应单体质量4倍以上的芳烃，加热回流30分钟，趁热过滤，收集不溶混合物为联苯双亚胺a和b；滤液冷却收集沉淀3,3
’‑
联苯双亚胺c，3,3
’‑
联苯双亚胺c以过量10～20％的naoh水溶液(浓度～20％)回流水解2
‑
24小时，过滤不溶物，以浓盐酸酸化，调节至ph＝1，冷却生成2,2’,3,3
’‑
联苯四酸沉淀，过滤
收集2,2’,3,3
’‑
联苯四酸，通过三甲苯回流带水或在200℃下脱水4小时，得2,2’,3,3
’‑
联苯二酐(3,3
’‑
bpda)，纯度大于98％。向不溶混合物联苯双亚胺a和b中加入过量10～20％的naoh水溶液(浓度～20％)回流水解2
‑
24小时，过滤不溶物，冷却以浓盐酸酸化，调节至ph＝1，加热沸腾，过滤收集不溶于沸水的3,3’,4,4
’‑
联苯四酸(d)，冷却滤液，析出2,3’,3,4
’‑
联苯四酸(e)，过滤收集2,3’,3,4
’‑
联苯四酸，分别将所得的3,3’,4,4
’‑
联苯四酸和2,3’,3,4
’‑
联苯四酸在200℃脱水4小时，得3,3’,4,4
’‑
联苯二酐(4,4
’‑
bpda)和2,3’,3,4
’‑
联苯二酐(3,4
’‑
bpda)。
[0018]
进一步地，所述的镍盐是氯化镍，溴化镍，醋酸镍、硫酸镍中的一种或几种混合物，镍盐与反应物卤代酞酰亚胺摩尔比为0.01～0.02：1；所用的还原剂为金属锌，还原剂与卤代酞酰亚胺的摩尔比为0.5～1：1。
[0019]
进一步地，所述的添加剂分子结构式4
‑
11中，r2～r6是碳数从0到4的烷烃，r7～r
16
是碳数从1到6的烷烃或苯基；镍盐与添加剂的摩尔比为1：1～7。
[0020]
进一步地，偶联反应所用的溶剂包括n，n
‑
二甲基乙酰胺(dmac)、n
‑
甲基吡咯烷酮(nmp)、n，n
‑
二甲基乙酰胺(dmf)中的一种或几种的混合物，溶剂的使用量为反应单体质量的3～6倍；所述的芳烃是指二甲苯、三甲苯或氯代邻二甲苯。
[0021]
本发明的优点是：
[0022]
本发明的特点通过分子设计，采用不同的反应原料，制备了具有不同溶解性质的联苯二酐中间体，建立了三种联苯二酐中间体的制备分离新方法，较已公开的专利方法降低不对称联苯二酐制备成本50％以上，对3,4
’‑
bpda纯品的制备具有重要意义，本发明提供了一种联苯二酐异构体制备及分离的新方法，所获得的三种异构体的总产率在85％～95％，产率高。
具体实施例
[0023]
下面结合实施例对本发明做具体说明，但本发明不仅限于实施例范围。
[0024]
实施例1
[0025]
取500ml的三口瓶，将n
‑
苯基
‑4‑
氯代邻苯酞酰亚胺(25.7g，0.1mol)、n
‑
异丙基
‑3‑
氯代邻苯酞酰亚胺(22.3g，0.1mol)、锌粉(6.5g，0.1mol)、无水nicl2(255mg，2mmol)及三苯基膦(0.5g，2mmol)，在氮气气氛混合，加入140ml无水dmac，50℃搅拌反应24小时，过滤不溶物，所得滤液在圆底烧瓶中减压回收溶剂dmac 120ml。向体系中加入144g二甲苯回流30分钟，趁热滤出不溶物n
‑
苯基
‑
n
’‑
异丙基
‑
2,3’,3,4
’‑
联苯双亚胺(统称：3,4
’‑
联苯双亚胺)和n
‑
苯基
‑
n
’‑
苯基
‑
3,3’,4,4
’‑
联苯双亚胺(统称：4,4
’‑
联苯双亚胺)，100℃干燥10小时，得二者混合物29.5g。浓缩滤液至30ml，冷却生成沉淀，过滤收集，100℃干燥10小时，获得n
‑
异丙基
‑
n
’‑
异丙基
‑
2,2’,3,3
’‑
联苯双亚胺(统称：3,3
’‑
联苯双亚胺)9g。
[0026]
取上述3,3
’‑
联苯双亚胺9克，加入20％的氢氧化钠水溶液22g，加热回流24小时，滤去不溶物，冷却，以浓盐酸调节ph＝1，冷却得2,2’,3,3
’‑
联苯四甲酸沉淀，过滤沉淀，冷水洗涤三次后，在200℃脱水4小时，获得白色2,2’,3,3
’‑
联苯二酐(3,3
’‑
bpda)6.50g，占理论联苯二酐异构体总收率22％，熔点268
‑
270℃。
[0027]
取上述4,4
’‑
联苯双亚胺和3,4
’‑
联苯双亚胺混合物29.5g，加入20％的氢氧化钠水溶液45g，加热回流24小时，滤去不溶物，冷却，以浓盐酸调节ph＝1，得3,3’,4,4
’‑
联苯四
甲酸及2,3’,3,4
’‑
联苯四甲酸，加入至水沸腾，过滤收集不溶的3,3’,4,4
’‑
联苯四甲酸，水洗三次，在200℃脱水4小时，获得白色3,3’,4,4
’‑
联苯二酐(4,4
’‑
bpda)6.8g，占联苯二酐异构体总收率23％，熔点298
‑
300℃；含有2,3’,3,4
’‑
联苯四甲酸的滤液冷却，过滤沉淀，冷水洗涤三次后，在200℃脱水4小时，获得白色2,3’,3,4
’‑
联苯二酐(3,4
’‑
bpda)13.4g，占理论联苯二酐异构体总收率45.5％，熔点194
‑
196℃。
[0028]
实施例2
[0029]
取500ml的三口瓶，将n
‑
苯基
‑4‑
氯代邻苯酞酰亚胺(38.55g，0.15mol)、n
‑
丙基
‑3‑
氯代邻苯酞酰亚胺(11.2g，0.05mol)、锌粉(6.5g，0.1mol)、无水nicl2(255mg，2mmol)及三苯基膦(3.5g，14mmol)，在氮气气氛混合，加入160ml无水dmac，100℃搅拌反应5小时，过滤不溶物，所得滤液在圆底烧瓶中减压回收溶剂dmac 140ml。向体系中加入154g氯代邻二甲苯回流30分钟，趁热滤出不溶物n
‑
苯基
‑
n
’‑
丁基
‑
2,3’,3,4
’‑
联苯双亚胺(统称：3,4
’‑
联苯双亚胺)和n
‑
苯基
‑
n
’‑
苯基
‑
3,3’,4,4
’‑
联苯双亚胺(统称：4,4
’‑
联苯双亚胺)，100℃干燥10小时，得二者混合物40g。浓缩滤液至6ml，冷却生成沉淀，过滤收集，100℃干燥10小时，获得n
‑
丁基
‑
n
’‑
丁基
‑
2,2’,3,3
’‑
联苯双亚胺(统称：3,3
’‑
联苯双亚胺)2.1g。
[0030]
取上述3,3
’‑
联苯双亚胺2.1克，加入20％的氢氧化钠水溶液5g，加热回流24小时，滤去不溶物，冷却，以浓盐酸调节ph＝1，冷却得2,2’,3,3
’‑
联苯四甲酸沉淀，过滤沉淀，冷水洗涤三次后，三甲苯回流脱水4小时，获得白色2,2’,3,3
’‑
联苯二酐(3,3
’‑
bpda)1.4g，占联苯二酐异构体总收率4.7％，熔点268
‑
270℃。
[0031]
取上述4,4
’‑
联苯双亚胺和3,4
’‑
联苯双亚胺混合物40g，加入20％的氢氧化钠水溶液72g，加热回流24小时，滤去不溶物，冷却，以浓盐酸调节ph＝1，得3,3’,4,4
’‑
联苯四甲酸及2,3’,3,4
’‑
联苯四甲酸，加入至水沸腾，过滤收集不溶的3,3’,4,4
’‑
联苯四甲酸，水洗三次，在200℃脱水4小时，获得白色3,3’,4,4
’‑
联苯二酐(4,4
’‑
bpda)15.5g，占联苯二酐异构体总收率52.7％，熔点298
‑
300℃；含有2,3’,3,4
’‑
联苯四甲酸的滤液冷却，过滤沉淀，冷水洗涤三次后，在200℃脱水4小时，获得白色2,3’,3,4
’‑
联苯二酐(3,4
’‑
bpda)10.4g，占联苯二酐异构体总收率35.3％，熔点194
‑
196℃。
[0032]
实施例3
[0033]
取500ml的三口瓶，将n
‑
苯基
‑4‑
氯代邻苯酞酰亚胺(25.7g，0.1mol)、n
‑
丙基
‑3‑
氯代邻苯酞酰亚胺(22.3g，0.1mol)、锌粉(13g，0.2mol)、无水nicl2(510mg，4mmol)及2,2
‑
联吡啶(2.18g，14mmol)，在氮气气氛混合，然后加入140ml无水nmp，90℃搅拌反应8小时，过滤不溶物，所得滤液在圆底烧瓶中减压回收溶剂nmp 120ml。向体系中加入144g三甲苯回流30分钟，趁热滤出不溶物n
‑
苯基
‑
n
’‑
异丙基
‑
2,3’,3,4
’‑
联苯双亚胺(统称：3,4
’‑
联苯双亚胺)和n
‑
苯基
‑
n
’‑
苯基
‑
3,3’,4,4
’‑
联苯双亚胺(统称：4,4
’‑
联苯双亚胺)，100℃干燥10小时，得二者混合物30.5g。浓缩滤液至40ml，冷却生成沉淀，过滤收集，100℃干燥10小时，获得n
‑
异丙基
‑
n
’‑
异丙基
‑
2,2’,3,3
’‑
联苯双亚胺(统称：3,3
’‑
联苯双亚胺)9.1g。
[0034]
取上述3,3
’‑
联苯双亚胺9.1g，加入20％的氢氧化钠水溶液22g，加热回流24小时，滤去不溶物，冷却，以浓盐酸调节ph＝1，冷却得2,2’,3,3
’‑
联苯四甲酸沉淀，过滤沉淀，冷水洗涤三次后，在200℃脱水4小时，获得白色2,2’,3,3
’‑
联苯二酐(3,3
’‑
bpda)6.6g，占理论联苯二酐异构体总收率22.3％，熔点268
‑
270℃。
[0035]
取上述4,4
’‑
联苯双亚胺和3,4
’‑
联苯双亚胺混合物30.5g，加入20％的氢氧化钠
水溶液45g，加热回流24小时，滤去不溶物，冷却，以浓盐酸调节ph＝1，得3,3’,4,4
’‑
联苯四甲酸及2,3’,3,4
’‑
联苯四甲酸，加入至水沸腾，过滤收集不溶的3,3’,4,4
’‑
联苯四甲酸，水洗三次，在200℃脱水4小时，获得白色3,3’,4,4
’‑
联苯二酐(4,4
’‑
bpda)6.9g，占联苯二酐异构体总收率23.3％，熔点298
‑
300℃；含有2,3’,3,4
’‑
联苯四甲酸的滤液冷却，过滤沉淀，冷水洗涤三次后，在200℃脱水4小时，获得白色2,3’,3,4
’‑
联苯二酐(3,4
’‑
bpda)13.8g，占理论联苯二酐异构体总收率46.5％，熔点194
‑
196℃。
[0036]
以上对本发明提供的一种联苯二酐异构体的制备及分离方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明全力保护的范围。