一种4-卤代-5-取代邻苯二甲酸的制备方法及其产物与应用与流程

本发明属于有机芳香酸酐领域，尤其涉及有机芳香酸的合成，具体地，涉及一种4-卤代-5-取代邻苯二甲酸的制备方法及其产物与应用。

背景技术：

1、由3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐(bpda)和相关二胺缩合而成的聚酰亚胺(pi)材料具有非常优异的材料性能。而基于bpda结构进行改造进而获得pi材料，有望实现更佳优异的性能并进一步拓展pi材料的相关应用。如简单甲基取代的bpda，即6,6'-二甲基-3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐(dmpbda)可以降低pi的膨胀率和提升pi的透光率和可加工性(ep1013650a，2000；cn104513395a，2015)，在精密电子封装材料方面具有重要的应用价值。而dmpbda则采用4-溴代-5-甲基邻苯二甲酸经过脱卤偶联反应制备，因此发展一种经济有效的4-卤代-5-取代邻苯二甲酸类化合物的合成方法对于dmpbda的大量制备具有重要意义。

2、目前报道的4-卤代-5取代邻苯二甲酸类化合物的制备方法只有一种，并且只报道了4-溴代-5-甲基邻苯二甲酸的制备(ep1013650a，2000)该方法以4-甲基邻苯酐为原料，在浓硫酸存在下，采用溴酸钾作为溴代试剂制备了4-溴代-5-甲基邻苯二甲酸，这种浓酸强氧化性体系具有潜在的危险性。而现有文献中报道了一类采用卤素直接卤代制备相关4-卤代邻苯二甲酸的合成方法。如cn1526710a中报道了在水相下采用氯气将邻苯二甲酸直接制备4-氯代邻苯二甲酸的方法。若要参照此种方法制备4-卤代5-取代邻苯二甲酸需采用4-取代邻苯二甲酸为原料，由于取代基的位阻效应，增加了这类取代反应发生的难度，限制直接卤代反应在制备4-卤代-5取代邻苯二甲酸中的应用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种4-卤代-5-取代邻苯二甲酸的制备方法及其产物与应用。所述制备方法在季铵盐存在下、采用卤素卤代制备所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸。该方法避免了ep1013650a中使用浓硫酸作为辅助试剂进行溴化的方法。该方法路线短，收率较高，极大的改善了制备条件，具有较好的工业化前景。

2、本发明目的之一在于提供一种4-卤代-5-取代邻苯二甲酸的制备方法，包括：

3、(1)将4-取代邻苯二甲酸和/或其酐、强碱水溶液、季铵盐、卤素单质混合进行反应；

4、(2)在反应结束后加入还原剂溶液；

5、其中，步骤(1)所述季铵盐可与所述卤素单质形成复合物，促进卤代反应的平稳顺利的发生，即通过采用季铵盐提高卤代反应速度。而步骤(2)中加入还原剂溶液的目的是中和未反应的卤素单质；

6、(3)进行后处理，得到所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸。

7、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述4-取代邻苯二甲酸和/或其酐是选自式(i)所示化合物、式(ii)所示化合物中的至少一种：

8、

9、其中，式(i)中r和式(ii)中r各自独立地选自烃基、烃氧基、取代烃基或取代烃氧基，式(i)中的r与式(ii)中的r相同或不同。

10、在一种优选的实施方式中，式(i)中r和式(ii)中r各自独立地选自烷基、烷氧基、取代烷基(优选卤素取代烷基)或取代烷氧基(优选卤素取代烷氧基)，式(i)中的r与式(ii)中的r相同或不同。

11、在进一步优选的实施方式中，式(i)中r与式(ii)中r各自独立地选自c1～c10的烷基、c1～c10的烷氧基、c1～c10的取代烷基或c1～c10的取代烷氧基，式(i)中的r与式(ii)中的r相同或不同。

12、在进一步优选的实施方式中，式(i)中r与式(ii)中r各自独立地选自c1～c4的烷基、c1～c4的烷氧基、c1～c4的取代烷基或c1～c4的取代烷氧基，式(i)中的r与式(ii)中的r相同或不同。

13、例如，r选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、三氟甲基或三氟甲氧基。

14、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯中的至少一种。

15、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述强碱水溶液中强碱与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为1:(1～4)，优选为1:(1.8～3.2)。

16、其中，当强碱与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比大于1:1时会有副反应发生，即生成的4-卤代-5-取代邻苯二甲酸会进一步水解为4羟基-5-取代邻苯二甲酸。

17、例如，在步骤(1)中，所述强碱水溶液中强碱与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5或1:4。

18、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述强碱水溶液与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为(2～30):1，优选为(5～20):1。

19、例如，在步骤(1)中，所述强碱水溶液与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、8:1、10:1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1、25:1或30:1。

20、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述季铵盐的结构式如(r1r2r3r4)nx’所示，其中，r1、r2、r3、r4各自独立地选自c1～c20的烷基中的一种，x’选自卤素负离子、酸根负离子中的一种。

21、在进一步优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述季铵盐的结构式如(r1r2r3r4)nx’所示，其中，r1、r2、r3、r4各自独立地选自c1～c10的烷基中的一种，x’选自卤素负离子中的一种、且优选与所述卤素单质的元素种类一致。

22、例如，(r1r2r3r4)n-可以选自四乙基铵、四丙基铵或四丁基铵，阴离子x’选自氯离子、溴离子或碘离子、并和随后加入的所述卤素单质保持一致。

23、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述季铵盐与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量比为(0.05～1):1，优选为(0.1～0.5):1。

24、其中，季铵盐有促进卤代反应发生的作用，当季铵盐与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量比高于0.5:1时，会增加后续分离纯化的难度，造成产率降低。

25、例如，在步骤(1)中，所述季铵盐与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量比为0.05:1、0.08:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.8:1或1:1。

26、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述卤素单质选自氯气、溴素、碘单质中的至少一种。

27、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述卤素单质与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为(0.2～2):1，优选为(0.4～1.6):1。

28、例如，所述卤素单质与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1、1.0:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1或2:1。

29、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，先将4-取代邻苯二甲酸和/或其酐、强碱水溶液、季铵盐混合(优选至4-取代邻苯二甲酸和/或其酐完全溶解)，再加入卤素单质进行反应。

30、在一种优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述反应的温度为0～100℃，所述反应的时间为3～36小时。

31、在进一步优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述反应的温度为25～80℃，所述反应的时间为6～24小时。

32、例如，在步骤(1)中，所述反应的温度为25℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃，时间为6小时、8小时、10小时、12小时、14小时、16小时、18小时、20小时、22小时或24小时。

33、在一种优选的实施方式中，在步骤(2)中，在反应结束后先将反应体系降至室温，再加入所述还原剂溶液。

34、在进一步优选的实施方式中，在步骤(2)中，所述还原剂溶液选自亚硫酸钠溶液、亚硫酸氢钠溶液、硫代硫酸钠溶液、连二亚硫酸钠溶液、水合肼、羟胺溶液中的至少一种，优选地，所述还原剂水溶液的重量浓度为10～25wt％，更优选地，所述还原剂水溶液与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为(0.05～0.6):1，优选为(0.1～0.4):1。

35、例如，所述还原剂水溶液与4-取代邻苯二甲酸和/或其酐的重量用量比为0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1或0.6:1。

36、在一种优选的实施方式中，在步骤(3)中，所述后处理包括：(3.1)调节反应体系的ph值至0～4之间，(3.2)采用有机溶剂萃取水相，(3.3)对萃取后得到的有机相进行干燥、任选地浓缩得到4-卤代-5-取代邻苯二甲酸粗品，(3.4)经任选地重结晶得到4-卤代-5-取代邻苯二甲酸纯品。

37、在进一步优选的实施方式中，在步骤(3.1)中，采用强酸性物质调节反应体系的ph值，优选地，所述强酸性物质选自盐酸、硫酸、磷酸的一种或多种；更优选地，调ph至1～2之间。

38、在进一步优选的实施方式中，在步骤(3.2)中，所述有机溶剂选自乙酸乙酯、乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃的一种或多种。优选地，在步骤(3.2)中，所述萃取进行多次，优选2～4次。

39、在进一步优选的实施方式中，在步骤(3.3)中，采用干燥剂进行所述干燥，优选地，所述干燥剂选自无水硫酸钠、无水硫酸镁、3a分子筛、4a分子筛、硅胶干燥剂中的一种或多种。

40、在进一步优选的实施方式中，当进行步骤(3.4)时，采用重结晶为溶剂重结晶，所述溶剂选自乙酸乙酯、乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、丙酮、甲基异丁基酮和正己烷中的至少一种；优选地，所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸粗品与所述溶剂的用量比为1:(4.0～10.0)，优选为1:(4.0～6.0)。

41、例如，所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸粗品与所述溶剂的用量比为4.0:1、5.0:1、6.0:1、7.0:1、8.0:1、9.0:1或10.0:1。

42、本发明的目的之二在于提供利用本发明目的之一所述制备方法得到的4-卤代-5-取代邻苯二甲酸。

43、本发明所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸的结构如式(iii)所示：

44、

45、在式(iii)中，r具有与前述相同的定义，x选自卤素、优选自氯元素、溴元素或碘元素。

46、在一种优选的实施方式中，所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸的纯度大于95％，优选大于98％。

47、本发明目的之三在于提供本发明目的之一所述制备方法得到的4-卤代-5-取代邻苯二甲酸或本发明目的之二所述4-卤代-5-取代邻苯二甲酸在制备6,6'-二烷基-3,3',4,4'-联苯四甲酸及其二酐中的应用。

48、在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在下文中，各个技术方案之间原则上可以相互组合而得到新的技术方案，这也应被视为在本文中具体公开。

49、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

50、本发明在碱性条件下制备4-卤代5-取代邻苯二甲酸，避免了现有技术(例如ep1013650a)中使用浓硫酸作为辅助试剂进行溴化的方法，反应条件温和。