35HHB [4-丙基环己基（4′-戊基环己基）二联苯]减少丙环苯硼酸自偶联的研究 毕业论文.doc

目 录 摘 要 1 ABSTRACT.2 引 言 3 1 35HHB 减少丙环苯硼酸自偶联的研究 4 1.1 研究目的 .4 1.2 化学反应式 .4 1.3 研究部分 .4 1.3.1 所需设备 .4 1.3.2 物料表 .4 1.3.3 试验操作 .5 (1) 反应操作 5 (2)后处理 .5 1.4 结果及讨论 .5 2 偶联部分研究 6 2.1 所需设备 .6 2.2 物料表 .6 2.2.1 试验操作 .6 3 讨论及结果 7 3.1 反应部分： .7 （1）二钯体系小试数据 7 （2）醋酸钯/ K 3PO4体系小试 .7 （3）合钯/ K 2CO3体系 .7 （4）合钯/KF 体系 .8 （5） 8 （6） 8 结 论 10 致 谢 11 参考文献 12 附录： 13 邢台职业技术学院 毕业论文摘要 1 摘 要 本实验研究的是 35HHB 生产过程中减少丙环苯硼酸自偶联，通过对比不同的反 应时间，反应条件以及操作方式等进而选取合适的方法应用于实践生产，改善 联苯液晶的的合成工艺，提高工艺的稳定性。减少原料损失，提高效益。 关键词: 自偶联；联苯液晶；丙环苯硼酸 邢台职业技术学院 毕业论文摘要 2 ABSTRACT This experiment is 35 HHB production process to reduce c ring from phenylboronic acid coupling, through comparing the different reaction time, reaction conditions and operating mode and then choose the suitable method is applied in practice, improve the production of liquid crystal synthesis process of biphenyl, improve the stability of the process. Reduce raw material loss, improve efficiency. Keywords: Since the coupling; Biphenyl liquid crystal; C ring phenylboronic acid 邢台职业技术学院 毕业论文引言 3 引 言 Suzuki 反应（铃木反应） ，也称作 Suzuki 偶联反应、Suzuki-Miyaura 反应 （铃木宫浦反应），是一个较新的有机偶联应，是在钯配合物催化下，芳基 或烯基的硼酸或硼酸酯与氯、溴、碘代芳烃或烯烃发生交叉偶联。其反应原理 如附录图 1：首先卤代烃 2 与零价钯进行氧化加成，与碱作用生成强亲电性的有机钯 中间体 4。 同时芳基硼酸与碱作用生成酸根型配合物四价硼酸盐中间体 6，具亲核性， 与 4 作用生成 8。最后 8 经还原消除，得到目标产物 9 以及催化剂 1。 芳基硼酸做为一种重要的中间体，在有机合成的中应用相当广泛，Suzuki 偶联反应（铃木反应）是合成联芳基结构最有效的方法之一，近年许多用于芳 基硼酸与各种卤代芳烃偶合的催化剂相继被开发。Suzuki 反应对官能团的耐受性 非常好，反应物可以带着 -CHO、 -COCH3、-COOC 2H5、 -OCH3、-CN、 -NO2、-F 等官能 团进行反应而不受影响。反应有选择性，不同卤素、以及不同位置的相同卤素进行反 应的活性可能有差别 另一个广泛应用的底物是芳基硼酸，由芳基锂或格氏试剂与烷基硼酸酯反 应制备。这些化合物对空气和水蒸气比较稳定，容易储存。在联苯液晶合成工 艺中广泛应用，但其本自身耦联副产物较多。本实研究的是减少丙环苯硼酸自偶 联，提高工艺的稳定性。减少原料损失，提高效益。 4 1 35HHB 减 少 丙 环 苯 硼 酸 自 偶 联 的 研 究 1.1 研 究 目 的 35HHB 生产过程中减少丙环苯硼酸自偶联，改善联苯液晶的合成工艺，提 高工艺的稳定性。 1.2 化 学 反 应 式 1.3 研 究 部 分 （ 丙 环 苯 硼 酸 部 分 ） 1.3.1 所 需 设 备 2L 三口瓶 、电动搅拌 、2L 电加热套 、 高温水银温度计 、Y 形管、 250ml 恒压滴加漏斗 、球形冷凝管 、 氮气瓶 及氮气保护装置 ，气体洗瓶。 1.3.2 物 料 表 表 1-1 原料名称 分子量 投料量(克) 摩尔数 摩尔比 批号 规格及外观 丙环溴苯 281 184 0.655 1 YL110328 白色粉末 硼酸三丁酯 230 301 1.309 2 试剂 无色透明液体 THF 636ml YL110306 无色透明液体 水分 240ppm 镁屑 24 19 0.792 1.2 片状金属 溴乙烷 109 3-5 滴 试剂 无色透明液体 浓盐酸 36.5 191.2ml 3 工业 黄色透明液体 纯水 18 380.5 自制 无色透明液体 C3H7 Br B(OC4H9)3 C3H7 3C4H9OH C5H11 BrC3H7 C3H7 C5H11 5 1.3.3 试 验 操 作 (1) 反应操作： 搭好装置，配制丙环溴苯、硼酸三丁酯和四氢呋喃的混合液。在三口瓶里 依次加入称好的镁屑、少许混合液，通氮气，抽真空氮气置换空气三次，继续 通氮气。在三口瓶中滴加 3-5 滴溴乙烷，稍加热引发。引发成功后逐渐滴加混 合液，稍微加热保持回流。3hr 滴毕。继续保温回流 3hr。停止加热，搅拌下降 温至 20左右，滴加配好的盐酸溶液，酸解时保持系统温度在 2030之间。 滴毕后继续搅拌 1hr，停止搅拌。 (2) 后处理 升温至 60搅拌 1020min，待三口瓶内液体全溶后趁热倒入分液漏斗中， 分出有机相。水相用 2ml 甲苯/g 硼酸萃取两次，合并有机相。用 6070水 洗至中性，旋干。加 87.2 克水继续旋干。加 3g 石油醚/g 产品，加热至全溶， 煮 0.5hr，倒入烧杯中冷冻结晶。抽滤、干燥得产品。 1.4 结果及讨论 两次做的丙环苯硼酸条件一样，处理结果如下： 表 1-2 条件 保温 3hr 石油醚煮后 TL110306-2 11.898min 51.8634 11.09min 69.3603 TL110306-3 10.692min 54.2988 10.727min 70.3678 反应三小时产品纯度不太大，50%左右。由于刚开始做格氏反应氮气置换空气 置换的不好，而且反应的过程中氮气保护的不好（氮气球经常放干净了需要总 给气球充气这个过程估计空气就趁虚而入了，以后要做好氮气保护） ，空气隔绝 得不好导致格氏反应做的不好收率不高，才 50%左右。酸洗旋干后用石油醚煮 了一下纯度提高了将近 20 个百分点，效果比较好。原因可能是石油醚把那些非 极性杂质溶解在里面，然后冷冻结晶抽滤，把这些非极性的杂质都留在了滤液 里了，起到了除杂的目的。石油醚煮了一次之后，但没有做过煮两次的实验， 因为煮了一次之后收率很低，50%左右，损失较大。 6 2 偶联部分研究 2.1 所 需 设 备 250ml 三口瓶 250ml 恒压滴加漏斗 250ml 电动搅拌装置 高温温度计 Y 形管 球形冷凝管 氮气保护装置。 2.2 物料表 表 2-1 原料名称 分子量 投料量 (克) 摩尔数 摩尔比 批号 规格及外观 丙环苯硼酸 246 7.38 0.03 1 WA110306-3 白色粉末 戊环溴苯 309 9.3 0.03 1 YL110324 白色粉末 THF 60ml 2kml/mol YL110306 无色透明液体 水分 240ppm KOH 56 10.08 0.18 6 试剂 片状晶体 纯水 18 23.49 1.305 43.5 自制 无色透明液体 冠醚 264.32 0.238 0.03*3% 3% YL110328 透明液体 二钯 701.91 0.01053 0.03*0.5 0.5 自制 黄色固体 2.2.1 试验操作 搭好装置，在三口瓶中加入少量的 THF，搅拌下加入戊环溴苯，冠醚，配 好的 KOH 溶液。然后抽真空氮气置换空气三次，继续通氮气。加热至 40左 右迅速加入称好的催化剂二钯，抽真空两次继续通氮气。缓慢加热至回流，开 始滴加配好的丙环苯硼酸与四氢呋喃的混合液，1.5hr 滴毕。保温回流， 1hr、2hr 取样。停反应。 7 3 讨论及结果 3.1 反应部分：偶联数据如下： （1）二钯体系小试数据 表 3-1 物料 丙环苯硼酸 戊环溴苯 THF KOH 水 冠醚 二钯 Mol 比 1 1 2kml/mol 6 43.5 3% 1.6 滴加：2.5hr 保温：1hr( 反应体系没有密封好，THF 全跑了，剩下的为干料) 结果： 20.843 0.6655（戊环苯硼酸自偶联的杂质） 29.205 91.9905 ( 产品) 结论：从产品转化率上看反应较好，此转化率可以接受。 （ 2） 醋 酸 钯 / K3PO4体 系 小 试 表 3-2 物 料 丙环苯 硼酸 戊环 溴苯 THF K3PO4·3H2 O 四丁基 溴化铵 醋酸 钯 二金刚烷基 丁基膦 DMF 水 Mol 比 1.2 1 4ml/g 硼酸 1.5 0.1 0.5 1 2kml/mol 820ml/mol 滴加：1hr 保温：3、4hr(壁上有白色固体析出) 结果： 表 3-3 3hr 4hr 23.545min 2.3134% 23.632min 2.2133% 33.628min 83.066% 33.432min 84.0964% 结 论 ： 醋 酸 钯 体 系 小 试 比 二 钯 体 系 反 应 差 ， 从 成 本 及 反 应 效 果 上 直 接 放 弃 。 （ 3） 合 钯 / K2CO3体 系 表 3-4 物料 丙环苯硼酸 戊环溴苯 THF K2CO 3 纯水 冠醚 合钯 Mol 比 1 1 2kml/mol 6 43.5 3% 0.5 8 滴加：1hr 保温：2hr( 深黄色透明液体) 结果：2hr 23.562 0.9127（自偶联杂质） 35.357 94.138（产品峰） （ 4） 合 钯 /KF 体 系 表 3-5 物料 丙环苯硼酸 戊环溴苯 THF KF 纯水 冠醚 合钯 Mol 比 1 1 2kml/mol 6 43.5 3% 0.5 滴加：1.5hr 保温：2hr 结果：6.9555 63.9953（丙环苯，掉硼酸杂质） 23.448 1.0042（丙环苯硼酸自偶联杂质） 33.693 32.0768（产品峰） （ 5） 表 3-6 物料 丙环苯硼酸 戊环溴苯 NaCO 3 合钯 甲苯 乙醇 纯水 Mol 比 1 1.02 2.04 0.4% 1kml/mol 0.6 kml/mol 0.8kml/mol 一锅法不用滴加 保温：4、6hr 结果： 表 3-7 4hr 6hr 23.43min 1.4523% 23.517min 1.4229% 34.123min 83.3339% 35.213min 83.7625% 结 论 ： 小 试 3,5 比 较 甲 苯 乙 醇 溶 剂 不 如 THF 体 系 ， 强 极 性 溶 剂 更 适 合 反 应 底 物 的 反 应 。 （ 6） 表 3-8 物料 丙环苯硼酸 戊环溴苯 THF KOH 水 冠醚 二钯 Mol 比 1 1 2kml/mol 6 43.5 3% 0.5 滴加：1.5hr 保温：2、3hr 结果： 表 3-9 9 2hr 3hr 23.54min 0.6305% 23.517min 0.6739% 35.287min 84.352% 34.782min 86.7779% 纯化只做了（1）的两次重结晶，结果如下： 表 3-10 反应保温后 一重（甲：乙：料 =1.8g：1.8g：1g） 二重（甲：乙：料 =4ml：3ml：1g） 20.843 0.6655 22.248 0.73067 22.268 0.71907 29.205 91.9905 33.925 97.76109 33.928 98.67128 由上面表格我们可以看出重结晶后纯度增大了，杂质的量也相应的增大了， 这个混合溶剂没有起到去除杂质的目的。 10 结 论 所做试验由于经验不足效果都不太好，自偶联都很大，总结一下如下。 （2）中醋酸钯体系自偶联太大，产品纯度也不高；从（5）的一锅法自偶联也 太大所以本反应不适合用一锅法；NaCO 3、K 2CO3体系与 KOH 体系比起来不如后 者的效果好，而且随着保温时间的延长自偶联杂质没有减少的趋势。由此可以 得知反应体系的碱性越强效果越好，延长保温时间不会改善效果；由（1）和 （6）可以看出，催化剂的用量对自偶联杂质的影响不大但对产物的纯度影响较 大，催化剂越多纯度越高所得产物的量也就越多。因此，我们先做戊环苯硼酸 然后再和丙环溴苯偶联合成，这样由于碳链的增长硼酸的活性也就相应的降低 了一些，这样在第二步偶联时自偶联的杂质也就会相应的少一些。 11 致 谢 首先感谢×××老师。 论文从选题、结构安排、文字处理直至最终定稿的全过程都是在×老师的 悉心指导、严格要求下完成的。 在本次论文设计过程中，结合实习所学的岗位知识，再加上老师给予细心 指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、 精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的榜样，导师们的 高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，都将使我毕生受益。 在××的三年学习中还得到其他众多老师的关心支持和大力帮助。在此我 谨向我的导师以及在三年学习过程中给予我莫大帮助的老师们致以最诚挚的谢 意！正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至学 业的顺利完成。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本 人论文答辩的各位老师表示感谢。 12 参考文献 1 Miyaura, N. et al. Tetrahedron Lett. 1979, 3437. 2 Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457-2483. DOI:10.1021/cr00039a007. 3 邢其毅等。 基础有机化学第三版下册北京：高等教育出版社，2005 年 4 黄锡珉 .显示技术新进展J.液晶与显示，2000，15（1）：1-5. 5 李健，安忠维，杨毅.TFT-LCD 用液晶显示材料进展J.液晶与显示， 2002，17（2）：217-220. 6 赵敏，蒯乃功 .多环苯基环己烷类液晶的合成J.华东理工大学学报， 1996，22（2）：217-220. 7 安忠维，陈新斌 .4-戊基（4-丙基环己基）三联苯液晶的合成J.精细化 工，2001，9（5）：442-444. 8 杭德余，章于川，叶昆元.偶联反应合成多氟联苯液晶化合物J.精细化工， 2003，20（4）：195-196 . 9 Brown H C,Bhat N G,Srebnik M. A simple general synthesis of l- alkynyldiisopropoxyboranesJ.Tetrahedron-Lett,1988,29(22):2631- 2634 10 T I Wallow, B M Novak.Highly efficient and accelerated Suzuki aryl couplings mediated by phosphinefree palladium sourcesJ.J Org Chem,1994,59:5034-5037 13 附录： 图 1