一种2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备方法
阅读说明：本技术 一种2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备方法 (Preparation method of 2, 5-disubstituted-1, 4-terephthalaldehyde ) 是由 陈艳君 史海波 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备方法。本发明2,5-二取代-1,4-对苯二醛由2,5-二取代-1,4-二溴苯和DMF在六甲基磷酰三胺(HMPA)和叔丁基锂的催化作用下发生氧化反应制得。在反应体系中加入叔丁基锂,大大提高了反应活性,再借助微量的HMPA,稳定碳正离子的存在形态,在叔丁基锂和HMPA共同作用,反应收率大幅度提升,均在78％及以上,极大的提高了产品量化的效率。(The invention belongs to the technical field of organic synthesis, and particularly relates to a preparation method of 2, 5-disubstituted-1, 4-terephthalaldehyde. The 2, 5-disubstituted-1, 4-p-phenylenediamine is prepared by the oxidation reaction of 2, 5-disubstituted-1, 4-dibromobenzene and DMF under the catalysis of hexamethylphosphoric triamide (HMPA) and tert-butyl lithium. The reaction activity is greatly improved by adding tert-butyl lithium into the reaction system, and the existing form of the carbocation ions is stabilized by virtue of trace HMPA, so that the reaction yield is greatly improved under the combined action of tert-butyl lithium and HMPA, and is both 78% or more, and the product quantification efficiency is greatly improved.)
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备方法。
背景技术
2,5-二取代-1,4-对苯二醛作为光电材料被广泛应用，现有技术多采用2,5-二取代-1,4-二溴苯为原料，经正丁基锂低温拔卤素合成2,5-二取代-1,4二醛基苯。但是现有合成方法，产物难得到，后处理繁琐且收率很低。文献报道Miao Z，Liu G，Cui Y，etal.NovelStrategy for Construction of Covalent Organic Frameworks Transformed fromNonporous Covalent Organic Polymers[J].Angewandte Chemie，2019，131(15):4960-4964采用4当量正丁基锂，收率只有13％；文献报道P，Wessig，M，et al.Molecular RodsBased on Oligo-spiro-thioketals[J].The Journal of Organic Chemistry，2016，81(3):1125-1136采用少当量正丁基锂，对不同烷基取代的对二溴苯进行氧化，收率也仅有15％～32％。因此，在现有技术基础上，有必要寻求一种新的合成方法对其进行优化改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备方法，该方法能大幅度提高产物收率。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备方法，所述2,5-二取代-1,4-对苯二醛由2,5-二取代-1,4-二溴苯和DMF在六甲基磷酰三胺(HMPA)和叔丁基锂的催化作用下发生氧化反应制得。
作为优选，所述2,5-二取代-1,4-对苯二醛的制备具体包括以下步骤：
S1、按比例称取2,5-二取代-1,4-二溴苯、六甲基磷酰三胺(HMPA)、叔丁基锂、DMF，备用；
S2、将2,5-二取代-1,4-二溴苯与六甲基磷酰三胺放入三口瓶，置于干冰乙醇浴降温，然后再滴加叔丁基锂，滴加完毕升至室温，并搅拌；
S3、将S2中的反应体系重置于干冰乙醇浴降温，并向体系中滴加DMF，滴加完毕撤去干冰乙醇浴，室温搅拌；
S4、待反应完毕，冰浴下进行后处理，得白色固体产物。
作为优选，所述2,5-二取代-1,4-二溴苯为以下结构：
中的任一种。
作为优选，所述2,5-二取代-1,4-二溴苯、六甲基磷酰三胺(HMPA)、叔丁基锂的摩尔比为1：(0.02-0.05)：(2.1-2.5)。添加上述各物质比例能保证最大程度的拔溴，同时增加了碳正离子的稳定性，遏制了副反应的过多发生，最大程度加大了反应的转化率。
作为优选，所述步骤S2和S3中干冰乙醇浴降温至-(75-80℃)。
作为优选，所述步骤S2中升至室温后搅拌20-40min。
作为优选，所述步骤S3中DMF加入量为2,5-二取代-1,4-二溴苯摩尔数的10～20当量。
作为优选，所述步骤S3中室温搅拌时间为50-70min。
作为优选，所述步骤S4后处理具体为：冰浴下，将40-60mL饱和氯化铵水溶液滴加至反应体系，淬灭；乙酸乙酯萃取2-4遍，有机相用饱和食盐水洗涤2-4次，干燥有机相，减压浓缩，蒸干，粗品过柱层析，进行纯化，得到白色固体。
本发明的反应路线包括以下几种：
1、
，其产物核磁共振氢谱为：1HNMR(CDCl3，500MHz)，δ(ppm):10.33(s，2H，-CHO)；7.70(s，2H，ArH)；2.70(s，6H，CH3)；
2、
，其产物核磁共振氢谱为：1HNMR(CDCl3，300MHz)，δ(ppm):10.35(s，2H，-CHO)；7.70(s，2H，ArH)；3.08(q，4H，CH2)；1.25(t，6H，CH3)；
3、
，其产物核磁共振氢谱为：1HNMR(CDCl3，300MHz)，δ(ppm):10.52(2H，s，-CHO)，7.43(s，2H，ArH)，4.18(4H，q，J＝7.2，-OCH2CH3)，1.48(6H，t，J＝7.2，-OCH2CH3)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用叔丁基锂，大大提高了反应活性，再借助微量的HMPA，稳定碳正离子的存在形态，在叔丁基锂和HMPA共同作用，反应收率大幅度提升，均在78％及以上，极大的提高了产品量化的效率。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
本发明实施例柱层析纯化过程中采用洗脱液由石油醚与乙酸乙酯按体积比10:1混合而成。
实施例1
设计反应路线：
称取5g原料(19mmol)和0.17g，0.95mmol六甲基磷酰三胺(HMPA)，放入500mL三口瓶中，内置温度计，真空换气3次后，置于干冰乙醇浴，控温-78℃，滴加2.1equiv叔丁基锂(39.9mmol，30.69mL，1.3M/L)，1小时滴加完毕。缓慢升到室温，室温下继续搅拌20min。然后将反应体系重置于干冰乙醇浴中，保温-78℃，13.89g DMF缓慢滴加到体系内，滴加完毕后，撤去干冰乙醇浴，室温搅拌50min。冰浴下，将40mL饱和氯化铵水溶液滴加至反应体系，淬灭；乙酸乙酯萃取2遍，有机相用饱和食盐水洗涤2次，干燥有机相，减压浓缩，蒸干，粗品经柱层析纯化，得到白色固体2.54g，收率为82％。白色固体核磁共振氢谱为1HNMR(CDCl3，500MHz)，δ(ppm):10.33(s，2H，-CHO)；7.70(s，2H，ArH)；2.70(s，6H，CH3)，确为目标产物。
实施例2
设计反应路线为：
称取5.5g原料(19mmol)和0.17g，0.95mmol六甲基磷酰三胺(HMPA)，放入500mL三口瓶中，内置温度计，真空换气3次后，置于干冰乙醇浴，控温-79℃，滴加2.1equiv叔丁基锂(39.9mmol，30.69mL，1.3M/L)，1小时滴加完毕。缓慢升到室温，室温下继续搅拌30min。然后将反应体系重置于干冰乙醇浴中，保温-79℃，13.89g DMF缓慢滴加到体系内，滴加完毕后，撤去干冰乙醇浴，室温搅拌60min。冰浴下，将50mL饱和氯化铵水溶液滴加至反应体系，淬灭；乙酸乙酯萃取3遍，有机相用饱和食盐水洗涤3次，干燥有机相，减压浓缩，蒸干，粗品柱层析纯化，得到白色固体2.96g，收率为82％。白色固体核磁共振氢谱为1HNMR(CDCl3，300MHz)，δ(ppm):10.35(s，2H，-CHO)；7.70(s，2H，ArH)；3.08(q，4H，CH2)；1.25(t，6H，CH3)，确为目标产物。
实施例3
设计反应路线：
称取6.15g原料(19mmol)和0.068g，0.38mmol六甲基磷酰三胺(HMPA)，放入500mL三口瓶中，内置温度计，真空换气3次后，置于干冰乙醇浴，控温-80℃，滴加2.1equiv叔丁基锂(39.9mmol，30.69mL，1.3M/L)，1小时滴加完毕。缓慢升到室温，室温下继续搅拌40min。然后将反应体系重置于干冰乙醇浴中，保温-80℃，16.64g DMF缓慢滴加到体系内，滴加完毕后，撤去干冰乙醇浴，室温搅拌70min。冰浴下，将60mL饱和氯化铵水溶液滴加至反应体系，淬灭；乙酸乙酯萃取4遍，有机相用饱和食盐水洗涤4次，干燥有机相，减压浓缩，蒸干，粗品经柱层析纯化，得到白色固体3.29g，收率为78％。白色固体核磁共振氢谱为1HNMR(CDCl3，300MHz)，δ(ppm):10.52(2H，s，-CHO)，7.43(s，2H，ArH)，4.18(4H，q，J＝7.2，-OCH2CH3)，1.48(6H，t，J＝7.2，-OCH2CH3)，确为目标产物。
实施例4
设计反应路线：
称取5g原料(19mmol)和0.17g，0.95mmol六甲基磷酰三胺(HMPA)，放入500ml三口瓶中，内置温度计，真空换气3次后，置于干冰乙醇浴，控温-78℃，滴加2.3equiv叔丁基锂(43.7mmol，33.61mL，1.3M/L)，1小时滴加完毕。缓慢升到室温，室温下继续搅拌20min。然后将反应体系重置于干冰乙醇浴中，保温-78℃，13.89g DMF缓慢滴加到体系内，滴加完毕后，撤去干冰乙醇浴，室温搅拌50min。冰浴下，将40mL饱和氯化铵水溶液滴加至反应体系，淬灭；乙酸乙酯萃取2遍，有机相用饱和食盐水洗涤2次，干燥有机相，减压浓缩，蒸干，粗品经柱层析纯化，得到白色固体2.46g，收率为80％。白色固体核磁共振氢谱为1HNMR(CDCl3，500MHz)，δ(ppm):10.33(s，2H，-CHO)；7.70(s，2H，ArH)；2.70(s，6H，CH3)，确为目标产物。
实施例5
设计反应路线：
称取5g原料(19mmol)和0.17g，0.95mmol六甲基磷酰三胺(HMPA)，放入500ml三口瓶中，内置温度计，真空换气3次后，置于干冰乙醇浴，控温-78℃，滴加2.5equiv叔丁基锂(47.5mmol，29.69mL，1.6M/L)，1小时滴加完毕。缓慢升到室温，室温下继续搅拌20min。然后将反应体系重置于干冰乙醇浴中，保温-78℃，13.89g DMF缓慢滴加到体系内，滴加完毕后，撤去干冰乙醇浴，室温搅拌50min。冰浴下，将40mL饱和氯化铵水溶液滴加至反应体系，淬灭；乙酸乙酯萃取2遍，有机相用饱和食盐水洗涤2次，干燥有机相，减压浓缩，蒸干，粗品经柱层析纯化，得到白色固体2.52g，收率为81.3％。白色固体核磁共振氢谱为1HNMR(CDCl3，500MHz)，δ(ppm):10.33(s，2H，-CHO)；7.70(s，2H，ArH)；2.70(s，6H，CH3)，确为目标产物。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，采用等量的正丁基锂代替叔丁基锂参加反应，得到白色固体1.035g，收率为33.6％；核磁数据同实施例1。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，反应体系中未添加HMPA，得到白色固体1.386g，收率为45％；核磁数据同实施例1。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，反应体系中叔丁基锂的添加量为2.6equiv，得到白色固体2.157g，收率为70％；核磁数据同实施例1。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，反应体系中叔丁基锂的添加量为2.0equiv，得到白色固体2.194g，收率为71.2％；核磁数据同实施例1。
通过上述实施例1-5及对比例1-4的收率可以看出，采用本发明技术方案获得的产物收率均在78％及以上。当反应体系中采用等量的正丁基锂代替叔丁基锂参加反应，产物收率仅达到33.6％；当反应体系中未添加HMPA时，体系中碳正离子的不够稳定，很容易影响反应过程稳定性，进而影响反应转化率，导致产物收率只有45％。另外，适量的叔丁基锂虽可以大大提高反应体系活性，但量偏小对于体系活性提高有限，反应周期较长，容易引发副反应，降低产物收率，添加量偏大，体系活性过大，反应过程不稳定，同样影响目标产品的转化率和最终收率。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
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