一种高产率的4-氟联苯酚的制备方法与流程

1.本发明涉及有机合成技术领域，特别是涉及一种高产率的4-氟联苯酚的制备方法。


背景技术：

2.液晶材料是液晶显示的关键光电子材料，其性能对液晶显示起着决定性的作用。酯类液晶是配置tn-lcd用液晶材料的主要成分，目前酯类液晶化合物的主要开发方向是低粘度、宽液晶相范围、良好的光电特性和高化学稳定性。含氟液晶材料具有低粘度、适中的介电性、高电阻率等优点，使其广泛应用于薄膜晶体管液晶显示技术(tft-lcd)中，在液晶材料中引入氟原子可以改善多种性能：氟原子体积相对其他取代基团体积小、电负性强、可降低分子熔点、降低近晶相稳定性，有利于向列相的形成，在一定程度上可降低液晶化合物粘度和增大响应速度，所以含氟液晶化合物在液晶材料中占有重要地位。含氟液晶通常采用含氟液晶中间体与另一半体对接，在中间体中引入氟原子不会过度影响母体本身的固定结构，并且依然能保持其各种特性。
3.目前，关于4-氟联苯酚的合成方法较少，主要工艺方法如下：首先采用格氏试剂法/钯催化氧硼基法和有机锂试剂法引入硼酸基团，然后在催化剂的作用下与对溴苯酚发生suzuki反应，经萃取、干燥即可得到4-氟联苯酚。其中，格式试剂法，是通过金属镁与溴类化合物反应生成格氏试剂，再在低温条件下与烷基硼酸反应，最后经酸水解得到苯硼酸；钯催化氧硼基法，以pdcl2为催化剂，使芳基卤化物、芳基三氟代甲烷磺酸盐或重氮盐与联硼酸频那醇酯作用得到相应的苯硼酸酯，然后经水解得到苯硼酸化合物；有机锂试剂法，通过有机锂进攻苯环上的溴(碘)或者氢，形成碳正离子，硼原试剂进行亲核取代反应，反应产物经酸水解得到苯硼酸。
4.具体地，其中的suzuki偶联方法所制得4-氟联苯酚产率较高，一般为87-90％，但该方法会造成更多的废弃物，对环境造成污染；格氏试剂法操作较为安全，但产物中含有酸酐，重结晶易脱水形成三聚体；钯催化氧硼基法反应条件温和，产率高，但钯催化剂价格昂贵，且极易造成重金属污染，引发环境问题；有机锂试剂法具有原料价格低廉、操作简单、杂质少、后处理操作简单等优点。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种高产率的4-氟联苯酚的制备方法，其工艺流程简单，过程易控，反应条件温和，产率高。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一种高产率的4-氟联苯酚的制备方法，包括如下步骤：
8.s1：通过pd催化c-n和c-c偶联反应，将纳米pd颗粒和二-1-金刚烷基膦配体固载于含n聚合物，得到聚合物负载的纳米钯金属催化剂；
9.s2：采用有机锂试剂法制备4-氟苯硼酸；
10.s3：使用s1中制得的聚合物负载的纳米钯金属催化剂进行催化，使4-氟苯硼酸与溴苯酚发生suzuki偶联反应得到4-氟联苯酚。
11.进一步地，s1中制备聚合物负载的纳米钯金属催化剂的具体步骤如下：
12.向反应容器中加入1-2g的醋酸钯、0.3-1g的pd/c催化剂、50-70g的三(4-溴苯基)胺、5-10g的二-1-金刚烷基膦和3-5g的叔丁醇钠，升温至100-120℃，在氩气保护下反应10-24h，冷却至室温后，先加入20-30g的1,4-苯二硼酸和30-50g的碳酸钾，接着加入100-150ml的n,n-二甲基甲酰胺，在140-160℃搅拌反应10-20h小时，反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗3-5次，最后在真空干燥箱里于50-70℃干燥10-15小时，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂。
13.进一步地，s2中制备4-氟苯硼酸的具体步骤如下：
14.在氩气保护下，向反应容器中加入3-5g的对氟碘苯和80-100ml的四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入2-5g的二异丙胺，再缓慢滴加3-5g硼酸化合物，用液氮降温至-78℃，将8-15g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌1-2h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用1m的盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥后，得到4-氟苯硼酸。
15.进一步地，s3中制备4-氟联苯酚的具体步骤如下：
16.在氩气氛围下，向反应容器中加入3-4g的芳基氯化物、3.0mmol的苯硼酸、0.1-0.5g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、3-5g的碱催化剂和40-60ml的溶剂，于100-120℃反应10-20小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥，得到4-氟联苯酚。
17.进一步地，pd/c催化剂为[1,1'-双(二异丙基膦)二茂铁]二氯钯。
[0018]
进一步地，硼酸化合物为硼酸三异丙酯、硼酸三正丁酯和硼酸三丁酯中的任几种。
[0019]
进一步地，溶剂为有机溶剂与水的混合液。
[0020]
进一步地，混合液中有机溶剂与水的体积比为1：1。
[0021]
进一步地，有机溶剂为异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺和四氢呋喃中的任一种。
[0022]
进一步地，碱催化剂为碳酸钾或碳酸铯。
[0023]
本发明的有益效果如下：
[0024]
本发明提供的高产率的4-氟联苯酚的制备方法，首先在钯催化作用下，通过c-n和c-c偶联反应制备了一种聚合物负载的纳米钯金属催化剂，通过有机锂试剂法制备了4-氟苯硼酸，最后通过催化剂高效催化suzuki偶联反应获得4-氟联苯酚，本发明提供的制备方法，最终制得的4-氟联苯酚的产率可达到95.8％，不仅产率高，杂质少，并且制备的催化剂具有高活性、可重复回收使用，使得反应更加绿色环保，同时，本技术的制备方法操作简便，易于实现，可更好地满足大批量的生产制造需求。
附图说明
[0025]
图1为本发明的实施例1-5中的制备流程图。
具体实施方式
[0026]
为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述
的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。实施例中使用到的各类原料，除非另有说明，均为常见市售产品。
[0027]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0028]
本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
[0029]
本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中的组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。
[0030]
本技术提供的一种高产率的4-氟联苯酚的制备方法，包括如下步骤：
[0031]
s1：通过pd催化c-n和c-c偶联反应，将纳米pd颗粒和二-1-金刚烷基膦配体固载于含n聚合物，得到聚合物负载的纳米钯金属催化剂；
[0032]
s2：采用有机锂试剂法制备4-氟苯硼酸；
[0033]
s3：使用s1中制得的聚合物负载的纳米钯金属催化剂进行催化，使4-氟苯硼酸与溴苯酚发生suzuki偶联反应得到4-氟联苯酚。
[0034]
具体地
[0035]
s1中制备聚合物负载的纳米钯金属催化剂的具体步骤如下：
[0036]
向反应容器中加入1-2g的醋酸钯、0.3-1g的pd/c催化剂、50-70g的三(4-溴苯基)胺、5-10g的二-1-金刚烷基膦和3-5g的叔丁醇钠，升温至100-120℃，在氩气保护下反应10-24h，冷却至室温后，先加入20-30g的1,4-苯二硼酸和30-50g的碳酸钾，接着加入100-150ml的n,n-二甲基甲酰胺，在140-160℃搅拌反应10-20h小时，反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗3-5次，最后在真空干燥箱里于50-70℃干燥10-15小时，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂。
[0037]
s2中制备4-氟苯硼酸的具体步骤如下：
[0038]
在氩气保护下，向反应容器中加入3-5g的对氟碘苯和80-100ml的四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入2-5g的二异丙胺，再缓慢滴加3-5g硼酸化合物，用液氮降温至-78℃，将8-15g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌1-2h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用1m的盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥后，得到4-氟苯硼酸。
[0039]
s3中制备4-氟联苯酚的具体步骤如下：
[0040]
在氩气氛围下，向反应容器中加入3-4g的芳基氯化物、3.0mmol的苯硼酸、0.1-0.5g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、3-5g的碱催化剂和40-60ml的溶剂，于100-120℃反应10-20小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥，得到4-氟联苯酚。
[0041]
pd/c催化剂为[1,1'-双(二异丙基膦)二茂铁]二氯钯。
[0042]
硼酸化合物为硼酸三异丙酯、硼酸三正丁酯和硼酸三丁酯中的任几种。
[0043]
溶剂为有机溶剂与水的混合液。
[0044]
混合液中有机溶剂与水的体积比为1：1。
[0045]
有机溶剂为异丙醇、n,n-二甲基甲酰胺和四氢呋喃中的任一种。
[0046]
碱催化剂为碳酸钾或碳酸铯。
[0047]
本发明提供的高产率的4-氟联苯酚的制备方法，首先在钯催化作用下，通过c-n和c-c偶联反应制备了一种聚合物负载的纳米钯金属催化剂，通过有机锂试剂法制备了4-氟苯硼酸，最后通过催化剂高效催化suzuki偶联反应获得4-氟联苯酚，本发明提供的制备方法，最终制得的4-氟联苯酚的产率可达到95.8％，不仅产率高，杂质少，并且制备的催化剂具有高活性、可重复回收使用，使得反应更加绿色环保，同时，本技术的制备方法操作简便，易于实现，可更好地满足大批量的生产制造需求。
[0048]
下面为本技术的具体实施例：
[0049]
实施例1：
[0050]
s1：在500ml三口烧瓶中加入2g的醋酸钯、0.3g的pd/c催化剂、50g的三(4-溴苯基)胺、6g的二-1-金刚烷基膦、4g的叔丁醇钠，然后将其移到120℃的油浴锅中，在氩气保护下反应10h，冷却至室温后，再加入20g的1,4-苯二硼酸和40g的k2co3，继续加入140ml的dmf，在150℃搅拌15h小时；反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗三次，最后在真空干燥箱里50℃干燥12h，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂，备用；
[0051]
s2：在氩气保护下，在250ml的三口烧瓶加入4g的对氟碘苯和80ml四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入3g二异丙胺，再用注射器慢慢的加入3g硼酸三正丁酯，用液氮降温至-78℃，用注射器将8g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌2h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用稀盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥，得到4-氟苯硼酸；
[0052]
s3：在氩气保护下，在100ml三口烧瓶中加入4g溴苯酚、3g的4-氟苯硼酸、0.1g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、4g的碳酸钾和60ml的n，n-二甲基甲酰胺/水(体积比1:1)，在110℃的油浴锅中反应20小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥得到目标产物4-氟联苯酚。
[0053]
实施例2：
[0054]
s1：在500ml三口烧瓶中加入1.5g的醋酸钯、0.5g的pd/c催化剂、50g的三(4-溴苯基)胺、8g的二-1-金刚烷基膦、5g的叔丁醇钠，然后将其移到110℃的油浴锅中，在氩气保护下反应20h，冷却至室温后，再加入25g的1,4-苯二硼酸和40g的k2co3，继续加入120ml的dmf，在150℃搅拌20h小时；反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗三次，最后在真空干燥箱里60℃干燥12h，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂，备用；
[0055]
s2：在氩气保护下，在250ml的三口瓶3g的对氟碘苯和100ml四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入4g二异丙胺，再用注射器慢慢的滴3g硼酸三异丙酯，用液氮降温至-78℃，用注射器将15g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌2h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用稀盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥，得到4-氟苯硼酸；
[0056]
s3：在氩气保护下，在100ml三口烧瓶中加入3g溴苯酚、5g的4-氟苯硼酸、0.1g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、3g的碳酸铯和50ml的四氢呋喃/水(体积比1:1)，在100℃的油浴锅中反应10小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥得到目标产
物，4-氟联苯酚。
[0057]
实施例3：
[0058]
s1：在500ml三口烧瓶中加入1.5g的醋酸钯、0.5g的pd/c催化剂、60g的三(4-溴苯基)胺、10g的二-1-金刚烷基膦、4g的叔丁醇钠，然后将其移到110℃的油浴锅中，在氩气保护下反应24h，冷却至室温后，再加入25g的1,4-苯二硼酸和45g的k2co3，继续加入125ml的dmf，在150℃搅拌20h小时；反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗三次，最后在真空干燥箱里60℃干燥12h，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂，备用；
[0059]
s2：在氩气保护下，在250ml的三口瓶5g的对氟碘苯和80ml四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入2.5g二异丙胺，再用注射器慢慢的滴4g硼酸三异丙酯，用液氮降温至-78℃，用注射器将10g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌1h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用稀盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥，得到4-氟苯硼酸；
[0060]
s3：在氩气保护下，在100ml三口烧瓶中加入4g溴苯酚、3g的4-氟苯硼酸,0.2g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、5g的碳酸钾和50ml的异丙醇/水(体积比1:1)，在100℃的油浴锅中反应20小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥得到目标产物4-氟联苯酚。
[0061]
实施例4：
[0062]
s1：在500ml三口烧瓶中加入2g的醋酸钯、0.5g的pd/c催化剂、60g的三(4-溴苯基)胺、5g的二-1-金刚烷基膦、3g的叔丁醇钠，然后将其移到120℃的油浴锅中，在氩气保护下反应10h，冷却至室温后，再加入20g的1,4-苯二硼酸和35g的k2co3，继续加入150ml的dmf，在140℃搅拌20h小时；反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗三次，最后在真空干燥箱里70℃干燥12h，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂，备用；
[0063]
s2：在氩气保护下，在250ml的三口瓶5g的对氟碘苯和100ml四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入4g二异丙胺，再用注射器慢慢的滴加3g硼酸三正丁酯，用液氮降温至-78℃，用注射器将12g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌1h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用稀盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥，得到4-氟苯硼酸；
[0064]
s3：在氩气保护下，在100ml三口烧瓶中加入4g溴苯酚、4g的4-氟苯硼酸,0.5g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、4g的碳酸钾和60ml的四氢呋喃/水(体积比1:1)，在105℃的油浴锅中反应15小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥得到目标产物4-氟联苯酚。
[0065]
实施例5：
[0066]
s1：在500ml三口烧瓶中加入1g的醋酸钯、0.5g的pd/c催化剂、50g的三(4-溴苯基)胺、6g的二-1-金刚烷基膦、3g的叔丁醇钠，然后将其移到120℃的油浴锅中，在氩气保护下反应10h，冷却至室温后，再加入20g的1,4-苯二硼酸和30g的k2co3，继续加入100ml的dmf，在160℃搅拌10h小时；反应结束后，冷却至室温，用离心机离心，获得固体催化剂，分别用水和乙醇清洗三次，最后在真空干燥箱里60℃干燥12h，获得聚合物负载的纳米钯金属催化剂，
备用；
[0067]
s2：在氩气保护下，在250ml的三口瓶4g的对氟碘苯和90ml四氢呋喃溶剂，待溶解完全后加入5g二异丙胺，再用注射器慢慢的滴4g硼酸三丁酯，用液氮降温至-78℃，用注射器将15g的2.5mol的正丁基锂正己烷溶液缓慢加入到反应体系中，在-78℃下搅拌2h，待反应完全，加入饱和氯化铵水溶液淬灭反应，用稀盐酸调至ph＝1-2，再用乙酸乙酯提取，将有机层依次用饱和食盐水和蒸馏水洗涤、干燥，得到4-氟苯硼酸；
[0068]
s3：在氩气保护下，在100ml三口烧瓶中加入4g溴苯酚、3g的4-氟苯硼酸,0.5g的聚合物负载的纳米钯金属催化剂、5g的碳酸铯和60ml的异丙醇/水(体积比1:1)，在110℃的油浴锅中反应10小时之后，冷却至室温，然后用硅胶柱进行分离，经过滤、干燥得到目标产物4-氟联苯酚。
[0069]
实施例1-5中的目标产物4-氟联苯酚的产率如下表所示：
[0070][0071]
参见上表可知，本技术提供的制备方法，不仅制备出具有高活性、可重复回收使用的催化剂，使得反应更加绿色环保，同时目标产物的产率高。通过优化工艺参数和组分配比，本技术的制备方法，其目标产物的产率可达到95.8，相较传统制备方法中的产率90以下，其产率更高。
[0072]
本技术提供的高产率的4-氟联苯酚的制备方法，首先在钯催化作用下，通过c-n和c-c偶联反应制备了一种聚合物负载的纳米钯金属催化剂，通过有机锂试剂法制备了4-氟苯硼酸，最后通过催化剂高效催化suzuki偶联反应获得4-氟联苯酚，本发明提供的制备方法，最终制得的4-氟联苯酚的产率可达到95.8％，不仅产率高，杂质少，并且制备的催化剂具有高活性、可重复回收使用，使得反应更加绿色环保，同时，本技术的制备方法操作简便，易于实现，可更好地满足大批量的生产制造需求。
[0073]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。