CN109942527A - 一种3-溴二苯并呋喃的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3‑溴二苯并呋喃的合成方法，属于有机合成领域，该法采用2‑氟硝基苯和苯酚作为起始原料，通过亲核取代反应合成2‑硝基二苯醚，还原得到2‑氨基二苯醚，溴化得到2‑氨基‑5‑溴二苯醚，重氮化得到相应的四氟硼酸重氮盐，经硫酸亚铁催化关环得到3‑溴二苯并呋喃。该路线原料成本低，产品收率高，工艺操作简单，同时避免了贵金属催化剂的使用，这在工业生产中具有显著的经济优势和环保优势。

Description

一种3-溴二苯并呋喃的合成方法

技术领域

本发明属于有机材料与医药中间体合成技术领域，具体涉及一种3-溴二苯并呋喃的合成方法。

背景技术

3-溴二苯并呋喃是有机合成中引入二苯并呋喃骨架的重要组分，广泛应用于生物制药、材料、光学和电学领域。

二苯并呋喃骨架制备的高双折射率液晶化合物及其组合物，同时兼顾宽广的液晶相温度范围、高化学与光学稳定性、液晶分子和旋光掺杂之间高兼容性，驱动电压低、对比度高、白光反射率高，可以提高反射性液晶显示器的反射效率、对比度和可反射的波长范围。

有机场致发光(EL)元件用于固体发光型廉价大面积全彩显示元件一直备受关注。有机EL元件由一对对置电极及夹持发光层构成，在电极间施加电场时，从阴极侧注入电子，从阳极侧注入空穴，电子在发光层与空穴复合，激发态发光分子跃迁回基态，放出光子。初始的有机EL元件驱动电压高、发光效率低、耐久性差。现有公布号为CN102812004A的专利提出针对有机EL元件的发光效率的提高及长寿化是与显示器的消耗功率的降低、耐久性的提高相关的重要课题。公布号为CN102482215A的专利提出二苯并呋喃骨架作为有机EL元件用材料，特别是空穴传输材料具有高电荷迁移率，可以实现有机EL元件进一步低电压化，并且通过薄膜稳定性的提高，延长元件寿命。

有机电致发光器件(OLED)具有驱动电压低、发光亮度和发光效率高、发光视角宽、色彩对比度趋近无限高、响应速度快、超薄柔性可折叠等优点，被誉为“二十一世纪平板显示技术”。OLED分为有机电致荧光材料和有机电致磷光材料。二苯并呋喃骨架不仅广泛存在于OLED荧光材料，也存在于磷光铱配合物作为发光层的磷光掺杂材(CN105481903A)

目前，3-溴二苯并呋喃的合成已经实现了产业化。以3-溴二苯并呋喃的合成为例，目前主要有三种合成方法：

一、硝化法：

反应以二苯并呋喃为起始原料，在三氟乙酸溶剂中，70％浓度硝酸硝化生成3-硝基二苯并呋喃，之后钯炭催化加氢生成3-氨基二苯并呋喃，乙酸溶剂中3-氨基二苯并呋喃加亚硝酸钠重氮化，加入氢溴酸和溴化亚铜溴化得到3-溴二苯并呋喃。硝化法收率较高，但需要大量使用混酸，后处理时产生大量含酸废水，不符合环保要求。

二、酚前体亲核取代关环：

酚前体亲核取代关环法以2-氟-4-溴碘苯和2-甲氧基苯硼酸作为原料，钯催化Suzuki偶联反应得到4-溴-2-氟-2’-甲氧基-1,1’-联苯，然后三溴化硼将甲氧基转化为羟基，最后经亲核关环生成3-溴二苯并呋喃。该方法选择性和反应专一性好，但起始原料2-氟-4-溴碘苯和2-甲氧基苯硼酸价格较高，且需要使用贵金属钯催化剂，三溴化硼脱甲基也会产生较多废酸，亲核关环产生大量含有机溶剂的废水，从环保和经济角度均存在较大缺陷。

三、羧酸关环：

邻氟苯腈与间溴苯酚发生亲核取代反应生成2-(3-溴苯氧基)苯腈，苯腈加碱水解为2-(3-溴苯氧基)苯甲酸，钌催化2-(3-溴苯氧基)苯甲酸发生脱羰芳构化关环(Org.Lett.2013,15,2754.)或者钯催化下，碳酸银为氧化剂催化2-(3-溴苯氧基)苯甲酸发生脱羧芳构化关环(J.Am.Chem.Soc.2009,131,4194.)均能高收率得到3-溴二苯并呋喃。该方法收率较高，反应专一性好，但腈水解的条件较为剧烈，会产生大量含酸含碱废水，且关环使用的贵金属催化剂的量较大，造成了较高的生产成本。

综上所述，传统的合成3-溴二苯并呋喃的方法污染较大或成本较高，这直接导致了3-溴二苯并呋喃价格居高不下。鉴于3-溴二苯并呋喃广阔的市场前景，促使人们研究成本更低、操作更简易、产品收率更高的工艺路线。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种3-溴二苯并呋喃的合成方法，该方法采用的原料成本低，产品收率高，工艺操作简单，同时避免了贵金属催化剂的使用，这在工业生产中具有显著的经济优势和环保优势。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种3-溴二苯并呋喃的合成方法，反应步骤为：

一种3-溴二苯并呋喃的合成方法，通过如下方法实现：

a)向反应釜中加入2-氟硝基苯，苯酚，碳酸钾，搅拌下加热至125-135℃，反应2-3小时，停止加热，待反应液降温至80℃后，再加入1,2-二氯乙烷，继续搅拌降至室温，然后过滤，由于碳酸钾较难溶解，因此能够除掉碳酸钾，在滤液中加入氢氧化钠溶液，搅拌分液，将有机相蒸干溶剂，干燥后得到黄色油状物2-硝基二苯醚；

b)将所得2-硝基二苯醚溶于无水乙醇，加入钯炭，搅拌加热至70-80℃，滴加水合肼，滴完后搅拌反应1-2h，将混合液过滤，回收钯炭，滤液浓缩回收乙醇，将浓缩相干燥得到淡红色固体2-氨基二苯醚；

c)将所得的2-氨基二苯醚和乙腈混合，加入NBS后降温至-10-0℃，反应2-3h，将混合液蒸馏回收乙腈，然后在浓缩液中加入水和二氯甲烷，搅拌分液，有机相蒸馏回收二氯甲烷后再干燥得到棕色固体2-氨基-5-溴二苯醚；

d)将所得2-氨基-5-溴二苯醚与四氟硼酸水溶液混合，搅拌降温至-5℃，再加入亚硝酸钠溶液，在-5℃下反应1-2h，然后回温至室温，所得反应液用饱和氯化钠溶液和乙酸乙酯溶液洗涤，然后分液将所得的有机相干燥后得到淡黄色固体2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐；

e)将所得2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐与七水硫酸亚铁和水混合，加热至80℃，反应5-8h后降温至室温，然后用石油醚萃取反应液，所得有机相用柱层析分离，将透过液旋干得到白色固体3-溴二苯并呋喃。

步骤a)中2-氟硝基苯，苯酚和碳酸钾的摩尔比为1：1-1.3：1.1-1.5。

步骤b)中2-硝基二苯醚和水合肼的摩尔比为1：2-3。

步骤b)中钯碳为含钯量10％的湿钯碳，湿钯碳的用量为2-硝基二苯醚的4-10％。

步骤c)中2-氨基二苯醚与NBS的摩尔比为1:1-1.5。

步骤d)中2-氨基-5-溴二苯醚、四氟硼酸与亚硝酸钠的摩尔比为1：1-2：1-1.5，四氟硼酸溶液的质量分数为10-50％。

步骤e)中硫酸亚铁用量为2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐质量的8-15％。

本发明提供了一种生产成本低、合成收率高、适合工艺放大的合成3-溴二苯并呋喃的新方法，该法采用廉价的2-氟硝基苯和苯酚作为起始原料，通过亲核取代反应合成2-硝基二苯醚，还原得到2-氨基二苯醚，溴化得到2-氨基-5-溴二苯醚，重氮化得到相应的四氟硼酸重氮盐，经硫酸亚铁催化得到3-溴二苯并呋喃。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明反应收率高，亲核取代反应、硝基还原反应、溴化反应、重氮化反应几乎均为当量转化，不浪费原材料，关环反应收率也在80％以上。

(2)本发明采用价格更为低廉的2-氟硝基苯和苯酚作为原料，有效的降低了生产成本。

(3)本发明操作简单，无须惰性气体保护，无须使用强酸强碱，反应条件温和，容易工业放大。

(4)本发明避免了贵金属催化剂的使用，这在工业生产中具有显著的经济优势和环保优势。

附图说明

图1是实施例1制备2-硝基二苯醚的¹H-NMR谱图。

图2是实施例1制备2-硝基二苯醚的¹³C-NMR谱图。

图3是实施例1制备2-氨基二苯醚的¹H-NMR谱图。

图4是实施例1制备2-氨基二苯醚的¹³C-NMR谱图。

图5是实施例1制备2-氨基-5-溴二苯醚的¹H-NMR谱图。

图6是实施例1制备2-氨基-5-溴二苯醚的¹³C-NMR谱图。

图7是实施例1制备2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐的¹H-NMR谱图。

图8是实施例1制备2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐的¹³C-NMR谱图。

图9是实施例1制备3-溴二苯并呋喃的¹H-NMR谱图。

图10是实施例1制备3-溴二苯并呋喃的¹³C-NMR谱图。

具体实施方式

实施例1：

(1)2-硝基二苯醚的合成

在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入8Kg 2-氟硝基苯，5.88Kg苯酚，9.40Kg碳酸钾，搅拌下加热至130℃，反应2小时，停止加热，待反应液温度降至80℃时，加入28L 1,2-二氯乙烷，继续搅拌降至室温，然后过滤除掉碳酸钾，在滤液中加入10L质量分数为10％氢氧化钠溶液，搅拌分液，将有机相蒸干溶剂，干燥后得到黄色油状物12.08Kg，产品经1H-NMR和13C-NMR确定结构为2-硝基二苯醚，收率99％，液相色谱仪分析产物纯度为98％。

(2)2-氨基二苯醚的合成

在装有回流冷凝管和机械搅拌的50L玻璃反应釜中，加入5.5Kg上述步骤(1)中制备的2-硝基二苯醚，27.5L无水乙醇，275g含钯10％的含水湿钯炭，搅拌加热至70-80℃，滴加2.75L水合肼，反应会放出大量气体，加完后反应1.5小时，将混合液过滤回收钯炭，滤液浓缩回收乙醇，将浓缩相干燥得到淡红色固体4.73Kg，产品经1H-NMR和13C-NMR确定结构为2-氨基二苯醚，收率99％，液相色谱仪分析产物纯度为98％。

(3)2-氨基-5-溴二苯醚的合成

在装有机械搅拌的50L双层低温釜中，加入5Kg(因为批量反应，多个反应釜同时进行，因此原料的分量足够满足该步骤的需求)上述步骤(2)中制备的2-氨基二苯醚，30L乙腈，釜内温度降至-10℃，分三次加入N-溴代丁二酰亚胺4.80Kg，反应2小时，将混合液蒸馏回收乙腈，然后在浓缩液中加15L水，15L二氯甲烷，搅拌分液，有机相蒸馏回收二氯甲烷，再干燥得到棕色固体7.06Kg，产品经1H-NMR和13C-NMR确定结构为2-氨基-5-溴二苯醚，收率99％，液相色谱仪分析产物纯度为98％。

(4)2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐的合成

在装有机械搅拌的50L双层低温釜中，加入5Kg上述步骤(3)中制备的2-氨基-5-溴二苯醚，加入5L 50％四氟硼酸水溶液和25L水，将釜内温度降低至-5℃，搅拌2h，将1.44Kg亚硝酸钠溶于14L水中，加入釜内，加完后反应1h，后关闭制冷回至室温，过滤，所得反应液用5L饱和氯化钠溶液和5L乙酸乙酯溶液洗涤，然后分液将所得的有机相干燥得到淡黄色固体6.53Kg，产品经1H-NMR和13C-NMR确定结构为2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐，收率95％，液相色谱仪分析产物纯度为98％。

(5)3-溴二苯并呋喃的合成

在装有机械搅拌的50L双层低温釜中，加入4Kg上述步骤(5)中制备的2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐，400g七水硫酸亚铁，28L水，加热至80℃，反应5h后，降至室温。反应液以石油醚萃取两次，每次均为10L，所得有机相用柱层析分离，将透过液旋干得到白色固体2.40Kg。产品经1H-NMR和13C-NMR确定结构为3-溴二苯并呋喃，收率88％，液相色谱仪分析产物纯度为99.5％。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，反应步骤为：

2.如权利要求1所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，通过如下方法实现：

a)向反应釜中加入2-氟硝基苯，苯酚，碳酸钾，搅拌下加热至125-135℃，反应2-3小时，停止加热，待反应液降温至80℃后，再加入1,2-二氯乙烷，继续搅拌降至室温，然后过滤除掉碳酸钾，在滤液中加入氢氧化钠溶液，搅拌分液，将有机相蒸干溶剂，干燥后得到黄色油状物2-硝基二苯醚；

b)将所得2-硝基二苯醚溶于无水乙醇，加入钯炭，搅拌加热至70-80℃，滴加水合肼，滴完后搅拌反应1-2h，将混合液过滤，回收钯炭，滤液浓缩回收乙醇，将浓缩相干燥得到淡红色固体2-氨基二苯醚；

c)将所得的2-氨基二苯醚和乙腈混合，加入NBS后降温至-10-0℃，反应2-3h，将混合液蒸馏回收乙腈，然后在浓缩液中加入水和二氯甲烷，搅拌分液，有机相蒸馏回收二氯甲烷后再干燥得到棕色固体2-氨基-5-溴二苯醚；

d)将所得2-氨基-5-溴二苯醚与四氟硼酸水溶液混合，搅拌降温至-5℃，再加入亚硝酸钠溶液，在-5℃下反应1-2h，然后回温至室温，所得反应液用饱和氯化钠溶液和乙酸乙酯溶液洗涤，然后分液将所得的有机相干燥后得到淡黄色固体2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐；

e)将所得2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐与七水硫酸亚铁和水混合，加热至80℃，反应5-8h后降温至室温，然后用石油醚萃取反应液，所得有机相用柱层析分离，将透过液旋干得到白色固体3-溴二苯并呋喃。

3.根据权利要求2所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，步骤a)中2-氟硝基苯，苯酚和碳酸钾的摩尔比为1：1-1.3：1.1-1.5。

4.根据权利要求2所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，步骤b)中2-硝基二苯醚和水合肼的摩尔比为1：2-3。

5.根据权利要求2所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，步骤b)中钯碳为含钯量10％的湿钯碳，湿钯碳的用量为2-硝基二苯醚的4-10％。

6.根据权利要求2所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，步骤c)中2-氨基二苯醚与NBS的摩尔比为1:1-1.5。

7.根据权利要求2所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，步骤d)中2-氨基-5-溴二苯醚、四氟硼酸与亚硝酸钠的摩尔比为1：1-2：1-1.5，四氟硼酸溶液的质量分数为10-50％。

8.根据权利要求2所述的3-溴二苯并呋喃的合成方法，其特征在于，步骤e)中硫酸亚铁用量为2-苯氧基-4-溴苯基四氟硼酸重氮盐质量的8-15％。