2-萘硼酸的中间试验研究

宁志强， 徐 虹， 杨 杰， 刘宁生， 于明慧， 李 猛

（黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江，哈尔滨 150040）

2-萘硼酸的中间试验研究

宁志强， 徐 虹， 杨 杰， 刘宁生， 于明慧， 李 猛

（黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江，哈尔滨 150040）

2-萘硼酸是有机硼酸中一个重要的中间体。以2-溴萘为原料，使用格氏试剂法合成2-萘硼酸。考察了中试规模物料配比，格氏试剂反应条件及亲核反应的反应条件，优化并确定了反应条件。优化的反应条件如下，2-溴萘∶镁屑∶硼酸三甲酯=1∶1.05∶1.5，格氏试剂反应温度60℃，硼酸反应温度为(-25±2)℃，格氏试剂反应时间3h，硼酸反应时间为3h，产品收率72.4%。该反应避免了昂贵易燃的丁基锂，使生产成本大为降低。

2-萘硼酸；2-溴萘；格氏试剂法；中间试验

前 言

2-萘硼酸是有机硼酸中一个重要的中间体。2-萘硼酸的合成路线主要有3条，分别是格氏试剂法、有机锂法，以及二萘基汞法。由于2-溴萘价格较低，更适合于使用格式试剂方法。

格氏试剂法是将2-溴萘在四氢呋喃溶剂中与镁反应，在回流温度下形成格氏试剂，再冷却至低温-78℃下，滴加硼酸酯，加完后缓慢升至室温，经盐酸水解后，得到2-萘硼酸，收率77%[1]。

另一种常使用的方法是有机锂合成法，2-溴萘在以四氢呋喃为溶剂，低温-78℃下先与有机锂反应，再与硼酸酯反应，水解后，得到2-萘硼酸。有机锂是正丁基锂或异丁基锂，硼酸酯有硼酸三甲酯和硼酸三异丙酯。2-萘硼酸的合成方法是以2-溴萘为原料，通过格氏试剂法合成萘基格式试剂，再与硼酸酯反应，生成2-萘硼酸，反应方程式如下。

将有机锂法合成2-萘硼酸文献列表如下。

表1 2-萘硼酸的有机锂法合成路线Table1 Synthesis rountof 2-naphthaleneboronic acid by organolithium method

由以上文献上来看，2-萘硼酸的丁基锂法合成路线中，反应温度较低，如果实现产业化，这样的反应温度会带来很多不利因素，会消耗大量的冷却剂，如液氮等，提高反应温度是这一合成方法是否能产业化的重要因素。

除了以上的合成方法以外，还有其它的合成方法。BehrensMichaelis使用2-萘基汞与三氯化硼反应，水解后生成2-萘硼酸[8]。Gary A.Molander等还使用2-萘基三氟化硼钾盐在SiO2存在下水解，收率为63%[7]。而2-萘基汞可以由2-萘基氯汞反应制备，而2-萘基氯汞可以由2-萘胺和2-萘基硫酸钠反应制备，但收率很低[11]。所以，不管从收率来看，还是从污染角度来看，这种合成路线不适合合成2-萘硼酸。

文献上来看，使用格氏试剂法是较为经济合理的，本研究中将使用格氏试剂法制备2-萘硼酸。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

实验仪器：高效液相色谱仪，DIONETP680，戴安公司；微量水份试验器（卡尔.费休法），SYD-2122型，上海昌吉地质仪器有限公司；微量氧测定仪(便携式)，WLY-3型，大庆市日上仪器制造有限公司。

实验试剂：2- 溴萘，99.2%，自制；碘，AR，上海实验室及有限公司；镁，CP，天津市金铂兰精细化工有限公司；四氢呋喃，CP，天津市龙瀚化工贸易有限公司；浓盐酸，CP，哈尔滨新科医药试剂有限公司；硼酸三甲酯，CP，上海昊化化工有限公司；氮气，工业级，哈尔滨黎明气体有限公司；氩气，工业级，哈尔滨黎明气体有限公司。以上试剂未经处理，直接参与反应。

1.2 2-萘硼酸的合成简述

测定四氢呋喃含水量在100ppm以下，可以使用。在50L玻璃釜中，加入415g镁屑，置换氮气，测定氧含量低于200ppm，通入低流量氩气。釜中加入150g 2-溴萘和2000mL四氢呋喃的溶液及20g碘引发。引发成功后，调节水浴温度，使反应温度保持在（55±5）℃。泵入 3.3kg2-溴萘 (总 2-溴萘3.45kg，16.66mol)和 26000mL 四氢呋喃(总 28000mL THF)的溶液，约3h加完。加完后，保持反应温度在60℃，3h取样，加少量水，取上层有机相分析，证明2-溴萘完全反应后，冷却到20～30℃。

100L玻璃釜降温至-40℃后，从50L玻璃釜底向100L玻璃釜转移格氏试剂。转移完成后，氩气保护，并降温至-30℃。经恒压滴液漏斗向三口瓶中逐滴滴加2450mL硼酸三甲酯(21.57mol)，保持温度在（-25±2）℃，约3h滴毕，保温反应3h。自然升温至20℃，缓慢加入11L 8%的冷盐酸，搅拌1h。静置分层，分出有机层，水层用乙酸乙酯萃取（3×5000mL）,合并有机相。有机相减压蒸出溶剂后，精制，得到白色粉末2.075kg。纯度99.1%，收率72.4%。

2 结果与讨论

2.1 2-萘硼酸的合成条件优化

2.1.1 反应时间对格氏试剂反应的影响

表2 反应时间对格氏试剂反应的影响Table 2 Effectof reaction time on Grignard reaction

反应条件：3.45kg 2-溴萘，415g镁屑，28000mL THF，反应温度60℃，取样加入稀盐酸中，取上层清液液相分析。

由表2可以看出，当反应时间大于3h后，格氏试剂中2-溴萘完全消耗，因此格氏试剂反应时间选3h为宜。

2.1.2 反应温度对格氏试剂反应的影响

表3 不同反应温度对格氏试剂反应的影响Table 3 Effectof reaction temperature on Grignard reaction

反应条件：3.45kg 2-溴萘，415g镁屑，28000mL THF，反应时间3h，取样加入稀盐酸中，取上层清液液相分析。

由表3可以看出，温度低于50℃时格氏试剂中含有2-溴萘，因此应选用反应温度为60℃。

2.2 2-萘硼酸合成条件考察

2.2.1 亲核取代温度对2-萘硼酸收率的影响

本文考察了亲核取代温度对2-萘硼酸收率的影响，见表4。

表4 不同反应温度对2-萘硼酸收率的影响Table 4 Effectof reaction temperature on 2-naphthaleneboronic acid yield

反应条件：3.45kg 2-溴萘，415g镁屑，28000mL THF，60℃3h后制备成格氏试剂，滴加2450mL硼酸三甲酯，反应时间为3h。

表4显示，随温度降低，2-萘硼酸收率有所增加，但增加幅度较小。反应的主要副产物是格氏试剂的脱去生成萘及偶联生成联萘，以及进行多取代生成硼酐，由于萘基自身空间位阻较大，一定程度上抑制了硼酐的生成，在低温下也能够抑制格氏试剂的其它副反应。所以，本实验选取反应温度为（-25±2）℃。

2.2.2 不同硼酸三甲酯与2-溴萘物质的量比对2-萘硼酸收率的影响

表5 物料比对2-萘硼酸收率的影响Table 5 Effectofmaterial ratio on 2-naphthaleneboronic acid yield

反应条件：3.45kg2-溴萘，415g镁屑，28000mL THF，60℃3h后制备成格氏试剂，滴加硼酸三甲酯，反应温度（-25±2）℃，反应时间3h。

表5显示，随着n(硼酸三甲酯)与n(2-溴萘)的比值增加，2-萘硼酸收率增加，这是由于随着硼酸三甲酯浓度增加，发生二取代的碰撞几率减小，但达到1.3后，增加幅度不大，所以本文选择最佳物料比为n(硼酸三甲酯):n(2-溴萘)=1:1.3。

2.2.3 亲核取代时间对2-萘硼酸收率的影响

表6 反应时间对2-萘硼酸收率的影响Table 6 Effectof reaction time on 2-naphthaleneboronic acid yield

反应条件：3.45kg 2-溴萘，415g镁屑，28000mL THF，60℃3h后制备成格氏试剂，滴加2450mL硼酸三甲酯，反应温度（-25±2）℃。

表6显示，随着反应时间增加，2-萘硼酸收率增加。反应时间超过3h，产物的收率增加较小，考虑到能耗等因素，本实验选用3h为较佳反应时间。

2.2.4 反应溶剂对2-萘硼酸收率的影响

表7 溶剂用量对2-萘硼酸收率的影响Table7 Effectof solvent volume on 2-naphthaleneboronic acid yield

反应条件：反应条件：3.45kg 2-溴萘，415g镁屑，28000mLTHF，60℃3h后制备成格氏试剂，滴加2450mL硼酸三甲酯，反应温度（-25±2）℃，反应时间3h。

表7显示，当四氢呋喃量为6(mL/g 2-溴萘)时，在制备格氏试剂时，格氏试剂不能完全溶解，出现白色沉淀，降低温度后，大量格氏试剂析出，滴加硼酸三甲酯后，溶液黏稠，混合不均匀，所以反应收率显著降低。而当四氢呋喃量大于8(mL/g2-溴萘)，对反应收率影响不大，考虑到四氢呋喃的成本，所以选取四氢呋喃量为8(mL/g 2-溴萘)，即投入2-溴萘3.45kg时，四氢呋喃量为28000mL。

2.2.5 加料顺序对2-萘硼酸收率的影响

传统的加料顺序是将硼酸酯在低温下加入格氏试剂，如果将反应原料的加料顺序相反，即将格氏试剂滴加入硼酸酯中，反应收率可以有所增加。但是，由于格氏试剂在室温下易析出结晶，所以在格氏试剂的制备过程中不得不增加四氢呋喃的用量。在其它条件相同的条件下，当四氢呋喃与2-溴萘的物质的量配比为25∶1时，格氏试剂析出不明显，这时反应收率为73.8%，与硼酸酯在低温下加入格式试剂顺序相比，收率相当。考虑到消耗定额等因素，还是应选择硼酸酯在低温下加入格氏试剂的顺序。

4 结论

本文考察了格氏试剂法制备2-萘硼酸，并考察了反应条件的影响，优化了反应条件。优化的物料比例为，2-溴萘:镁屑:硼酸三甲酯=1∶1.05∶1.5，优化的反应条件为，格氏试剂反应温度60℃，反应时间3h，在(-25±2)℃下滴加硼酸三甲酯，并保持此温度3h，产品收率72.4%。该反应避免了昂贵易燃的丁基锂，使生产成本大为降低。

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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

宁志强（1971-），男，山东巨野人，高级工程师，主要从事精细化工方面研究。