CN100572362C - 一种二苯基咪唑化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二苯基咪唑化合物及其制备方法，用于印刷线路板有机助焊剂保护膜处理液，它公开了2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑的化学结构式，以及公开了制备方法为用香草醛通过甲基化反应生成3，4-二甲氧基苯甲醛B，后者B和1-苯基1，2-丙二酮C、乙酸铵D和助剂在冰乙酸中加热回流发生缩合反应得化合物A，合适的配料比mol/mol：B∶C∶D＝1∶1∶5-9；反应后回收部分乙酸，再经氨水中和，析出固体，过滤得粗品，再经水洗、提纯后，为白色固体。本发明水溶性和酸性溶液中的溶解性好，化合物A在使用过程中基本无沉淀，保证了其利用率高及印制线路板的质量，原料易得，反应条件温和，成本低廉，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种二苯基咪唑化合物及其制备方法，具体的说是用于印制线路板有机助焊剂保护膜处理液中的活性成分2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑及其制备方法。
背景技术
二苯基咪唑化合物已广泛用于印制线路板有机助焊剂保护膜处理液中的活性成份。在美国专利US 5,560,785(1996.10.01)、US 5,498,301(1996.03.12)、欧洲专利EP 0,627,499A(1994.12.07)等专利中，铜和铜合金的表面处理水溶液(即有机助焊剂保护膜处理液)中，其活性组份均选自二芳基咪唑化合物，特别是2，4-二苯基咪唑、2，4-二苯基5-甲基咪唑和2-苯基4-苄基咪唑。但这三个二芳基化合物水溶性较小，在使用过程有时会出现沉淀。因此影响了该活性成分的使用效果和利用率，同时增加了处理步骤和使用成本。世界上本领域的制造商都已关注到这件事，也都在从事多方面的研究以求解决的办法，但至今为止有较理想的解决办法的报导为数不多或根本上没有实际应用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种二苯基咪唑化合物，其水溶性较好，它能在配成酸性有机助焊剂保护膜处理液在使用过程中不会出现沉淀，保证该成份的利用率高及印制线路板的质量。
本发明的另一个目的是提供以上一种二苯基咪唑化合物的制备方法，它原料易得，反应条件温和，成本低廉，适合工业化生产。
本发明的技术解决方案是：2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑化学结构式为：
这一未见文献报道的新化合物A的M.P.、薄层色谱的Rf值、1H-NMR、13C-NMR、MS和元素分析EA数据如下：
M.P.：171-172℃
TLC(硅胶F254板，乙腈为展开剂)：Rf＝0.69
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：2.38(S，3H，-CH3)
3.62-3.81(2S，2×3H，2×OCH3)
6.77-6.79(d，1H，Ci-H)
7.22-7.54(m，7H)
13.38(S，1H，N-H)
13C-NMR(CDCl3)δ(ppm)：149.25(S，Cg)；149.19(S，Ch)；
145.36(S，Ca)；142.06(S，Cb)；
133.18(S，Cc)；133.08(S，Gm)；
128.46(2d，2×Co)；
126.80(2d，2×Cn)；
126.44(d，Cp)；
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12.22(q，Cd)
Ms(FAB)m/z：296(M++2，21.0)，295(M++1，100)，
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136(7.1)，105(5.7)，8.3(5.8)，69(10.2)，
57(14.9)，43(15.0)
EA计算值％：C，73.45；H，6.164；N，9.516；O，10.87
测定值％：C，73.16；H，6.127；N，9.464
本发明的制备方法，第一步反应是用香草醛在碱性条件下，与硫酸二甲酯通过甲基化反应生成3，4-二甲氧基苯甲醛，简称B，第二步反应是B和简称为C的1-苯基1，2-丙二酮、简称为D的乙酸铵以mol/mol的配料比；B∶C∶D＝1∶1∶5-9和助剂在冰乙酸中加热回流发生缩合反应，反应物蒸出大部分乙酸后用氨水中和，析出固体粉状物，过滤得粗品，经水洗后再用有机溶剂提纯，所得纯品为白色固体粉状物，M.P.171-172℃。
本发明以上第二步缩合反应中，最佳配料比mol/mol；B∶C∶D＝1∶1∶7-8。回流时间为7-8小时。
以上缩合反应混合物中加入少量助剂SnCl2，使所得粗品颜色变浅，有利于提纯。
本发明缩合反应所得粗品经水洗后，必须再用甲醇和乙腈这两种溶剂分别先后使用的进行纯化。
本发明缩合反应所得粗品，是先用甲醇再用乙腈作溶剂进行提纯，可得到纯品A。
本发明的反应式如下：
第一步：
第二步：
第一步，甲基反应，按文献[Org.syn.，Coll.Vol.2.P619]的方法，得3，4-二甲氧基苯甲醛B白色粉状物，M.P.43-44℃，产率93.3％。
第二步，缩合反应，若3，4-二甲氧基苯甲醛B为1摩尔，1-苯基1，2-丙二酮C的用量优选也为1摩尔，由于本反应难以进行彻底且乙酸铵D原料较为便宜，本反应理论上配料比(mol/mol)B∶C∶D＝1∶1∶2，实际用量D为5-9摩尔，优选为7-8摩尔。
缩合反应温度为85℃以上，优选为回流温度。反应时间为5-9小时，优选为7-8小时。
当加热反应后，反应物颜色由浅黄变为黄褐最终棕黑，所得粗品颜色很深。为了使缩合反应产物颜色较浅，在反应混合物中加入少量氯化亚锡以防氧化。
反应结束时，经TLC检查，用Merck硅胶F254薄层层析板，乙酸乙酯∶石油醚(60-90℃)＝1∶1(V/V)为展开剂，在254nm紫外光下观察，产物A斑点Rf＝0.16明显(显紫色荧光)，原料斑点3，4-二甲氧基苯甲醛B Rf＝0.56，1-苯基1，2-丙二酮C Rf＝0.62基本消失。
缩合反应所得粗品经水洗除去乙酸铵盐后，若用甲醇为溶剂进行多次提纯，则可除去有色杂质，但经TLC检查，用乙腈为展开剂，除发现产物A Rf＝0.69的斑点外，还发现Rf＝0.71的微小斑点(254nm的紫外光下为白色荧光)，若用乙腈为溶剂进行多次提纯，则Rf＝0.71杂质斑点消失，但较难除去有色杂质。因此，最优选的是先用甲醇为溶剂提纯2次，再用乙腈为溶剂提纯，才可彻底除去有色物质和Rf＝0.71微量杂质，得到纯品为白色固体，M.P.171-172℃。
本发明取得的有益效果是该活性成分化合物，水溶性较好，配成酸性有机助焊剂保护膜处理液在使用过程中溶解度好，基本无沉淀，且原料易得，反应条件温和，成本低廉，适合工业化生产。
具体实施方式
试剂、薄层层析板：
3，4-二甲氧基苯甲醛：自行制备。白色粉末，M.P.43-44℃，TLC[乙酸乙酯∶石油醚(60-90℃)＝1∶1(V/V)]Rf＝0.56
1-苯基-1，2-丙二酮：为广东光华化学厂提供。
102-104℃/1.60kpa
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：2.512(S，3H，-CH3)
7.35-7.76(m，3H，2b，c)
7.99-8.01(m，2H，2a)
TLC用Merck硅胶F254薄层层析板。
仪器：美国Vanian公司INOVA 500NB超导核磁共振仪
日本岛津8201红外光谱仪
VG ZAB-HS有机质谱仪
德国Elementar公司Vario EL元素分析仪
实施例一
本发明的2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基5-甲基咪唑化学结构式为：
化合物A的1H-NMR、13C-NMR、MS和元素分析EA数据如下：
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：2.38(S，3H，-CH3)
3.62-3.81(2S，2×3H，2×OCH3)
6.77-6.79(d，1H，Ci-H)
7.22-7.54(m，7H)
13.38(S，1H，N-H)
13C-NMR(CDCl3)δ(ppm)：149.25(S，Cg)；149.19(S，Ch)；
145.36(S，Ca)；142.06(S，Cb)；
133.18(S，Cc)；133.08(S，Cm)；
128.46(2d，2×Co)；
126.80(2d，2×Cn)；
126.44(d，Cp)；
123.43(S，Ce)；117.56(d，Cj)；
111.22(d，Ci)；108.72(d，Cf)；
55.80(q，Cl)；55.50(q，Ck)；
12.22(q，Cd)
Ms(FAB)m/z：296(M++2，21.0)，295(M++1，100)，
294(M+，51.7)，279(M+-CH3，9.9)，
154(9.0)，136(7.1)，105(5.7)，8.3(5.8)，
69(10.2)，57(14.9)，43(15.0)
EA计算值(％)：C，73.45；H，6.164；N，9.516；O，10.87
测定值(％)：C，73.16；H，6.127；N，9.464。
本发明的2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基5-甲基咪唑的制备方法如下：
第一步，甲基化反应。
参照文献[Org.syn.，Coll.Vol.2.P619][1]的方法。用30g(0.75mol)NaOH加入150mL蒸馏水配成NaOH溶液(待用)。
于36.2g(0.24mol)香草醛中在搅拌下加入90mL蒸馏水，加热至100℃混溶时，加入上述配制的氢氧化钠溶液72mL后，随即将37.8g(0.3mol)硫酸二甲酯缓慢滴入，维持反应液微沸腾起泡，滴完继续加热45分钟，此时PH值约为7。然后重复四次加入硫酸二甲酯NaOH液，每次滴入7.8g(0.062mol)硫酸二甲酯和上述配好的NaOH液12mL，每次反应20分钟。最后再加入30mL NaOH液，加热反应20分钟。反应液经TLC检查(展开剂为乙酸乙酯∶石油醚(60℃-90℃)＝1∶1V/V)，原料香草醛的斑点Rf0.53消失，只有产物B斑点Rf 0.56，迅速降至室温，反应液用4×100mL乙醚提取，合并，分出下层水后，醚层用无水Na2SO4干燥，过滤后，蒸馏除去乙醚，得浅黄色油状物，置冰箱冷却固化，干燥得3，4-二甲氧基甲醛B的白色粉状物37.2g，M.P.43-44℃，产率93.3％(因采用分五批加入硫酸二甲酯和碱混合液的方法，使反应更完全，故产率比文献[1]值82-87％略有提高)。其薄层色谱法Rf、IR、1H-NMR和MS数据如下：
TLC[乙酸乙酯∶石油醚(60-90℃)＝1∶1(V/V)]：Rf＝0.56
IRmax KBr(cm-1)：3438，3090，2960，2942，2840，1687，1683，1466，1269，1178，1126，733。
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：9.86(S，1H，-CHO)
7.48(d，1H，C6-H)
7.42(S，1H，C2-H)
6.70(d，1H，C5-H)
3.94-3.97(2S，2×3H，2-OCH3)
MS(FAB)m/z：166(M+，100％)，165(M+-1，49％)，151(M+-CH3，18％)，
95(M+-1-CHO-CH3-C2H2，34％)，77(C6H5，19.5％)，
51(C6H5-C2H2，14％)
第二步，缩合反应。将3，4-二甲氧基苯甲醛B 29.9g(0.18mol)、1-苯基1，2-丙二酮C 26.7g(0.18mol)、乙酸铵D 69.4g(0.9mol)、0.5g SnCl2 [1]在240mL冰乙酸中加热回流7-8小时[2]。减压蒸出200mL乙酸后[3]，冷却至室温，在冷却下加入稀氨水中和至PH＝7.5-8.0[4]，过滤析出的固形物，水洗后，抽干，烘干得棕褐色粗品60.6g。
粗品用乙腈为溶剂重结晶，60.6g粗品加入乙腈133.3mL，即粗品(g)∶乙腈(mL)＝1∶2.2(g/mL)；水浴加热，回流30分钟，趁热过滤，置冰箱(2-4℃)下冷却析出固体，抽滤，烘干得45.2g。再按以上方法和加入同样比例的乙腈进行纯化处理。得到仍带有颜色的产品34.4g。
第三次待纯化的产品按带颜色产品34.4g加入甲醇127.3mL，即粗品(g)∶甲醇(mL)＝1∶3.7(g/mL)。水浴加热，回流30分钟，趁热过滤，置冰箱2-4℃下冷却析出固体，抽滤，烘干得28.8g白色粉状固体。但经TLC(乙腈为展开剂)，发现除产物斑点Rf＝0.69外，还出现杂质的斑点Rf＝0.71[5]，因此还需再用乙腈重结晶一次，所用方法和加入乙腈的比例与粗品第一次重结晶相同，最后得到纯的白色固体，M.P.171-172℃，产量23.6g，产率44.5％。
注：
[1]当加热反应后，反应物颜色由浅黄-黄褐-棕黑变化，故最好加入0.5gSnCl2防氧化变色或通N2保护。
[2]经TLC检查，在回流5小时，用乙酸乙酯∶石油醚(60-90℃)＝1∶1(v/v)
为展开剂，仍有原料3，4-二甲氧基苯甲醛B Rf＝0.56和1-苯基1，2-丙二酮C Rf＝0.62的斑点，回流7-8小时，两原料B、C斑点消失，只显产物ARf＝0.16斑点。
[3]减压回收乙酸，有利乙酸回收利用，减少中和用的氨水，降低成本，又减少三废处理。
[4]由于用氨水中和强烈放热，要保持室温以下，搅拌并慢慢中和，不然会析出部分黑油状物，造成后处理困难而产率降低。
[5]产物用CH3OH提纯，经TLC检查，乙腈为展开剂，产物斑点在254nm紫外光下显紫色荧光，杂质斑点Rf＝0.71显白色荧光。
产物的1H-NMR、13C-NMR、质谱MS和元素分析EA数据如下：
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：2.38(S，3H，-CH3)
3.62-3.81(2S，2×3H，2×OCH3)
6.77-6.79(d，1H，Cf-H)
7.22-7.54(m，7H)
13.38(S，1H，N-H)
13C-NMR(CNCl3)δ(ppm)：149.5(S，Cg)；149.19(S，Ch)；
145.36(S，Ca)；142.06(S，Cb)；
133.18(S，Cc)；133.08(S，Cm)；
128.46(2d，2Co)；126.80(2d，2Cn)；
126.44(d，Cp)；123.43(S，Ce)；
117.56(d，Cj)；111.22(d，Ci)；
108.72(d，Cf)；55.80(q，Cl)；
55.50(q，Ck)；12.22(q，Cd)。
MS(FAB)m/z(％)：296(M++2，21.0)，295(M++1，100)，
294(M+，51.7)，279(M+-CH3，9.9)，
154(9.0)，136(7.1)，105(5.7)，83(5.8)，
69(10.2)，57(14.9)，43(15.0)
EA计算值(％)C，73.45；H，6.164；N，9.516；O，10.87。
测定值(％)C，73.16；H，6.127；N，9.464。
由以上谱图及元素分析数据，确认产物为2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基5-甲基咪唑的结构。
本发明还测定了相关样品在25.5℃时，于5％乙酸溶液中的溶解度，结果表明，在耐高温有机助焊剂保护膜常用的2，4-二苯基咪唑的溶解度为0.114，而本产品A为0.494。
注：耐高温有机助焊剂保护膜常使用5％-10％乙酸溶液
实施例二
缩合反应，投料量及操作与实施例一相同。
粗品重结晶的方法和加入溶剂甲醇或乙腈的比例也与实施例一相同。
粗品用甲醇为溶剂重结晶提纯两次，再用乙腈提纯一次，得白色粉状物，经TLC检查(乙腈为展开剂)，只有产物A的斑点Rf＝0.69(紫外光灯下显紫色荧光)。
所得产物A M.P.171-172℃，产量26.7g，产率50.4％。
1H-NMR、13C-NMR、MS和EA测定结果与实施例一一致，以下实施例三、四、五和六的M.P.、光谱测定和EA数据也基本相同。
实施例三
与实施例一同样操作。
但乙酸铵D投料量由69.4g(0.9mol)改为97.12g(1.26mol)。即二甲氧基苯甲醛B∶1-苯基1，2-丙二酮C∶乙酸铵D(mol/mol)＝1∶1∶7。
粗品提纯方法同实施例二。所得产物A产量30.09g，产率56.8％。
实施例四
与实施例一同样操作。
乙酸铵D投料量改为110.0g(1.44mol)。即二甲氧基苯甲醛B∶1-苯基1，2-丙二酮C∶乙酸铵D(mol/mol)＝1∶1∶8。
粗品用二次甲醇纯化和最后用乙腈重结晶步骤如下：
1.将所得粗品60.6g(棕褐色，部分含结晶水)加225mL甲醇，水浴加热，回流30分钟，趁热过滤，置冰箱2-4℃冷却析出固体，抽干，烘干得46.6g。
2.将上述46.6g产品，加172mL CH3OH，如步骤1重复进行，得38.3g带微黄白色粉末固体。
3.第三次，将上述2所得38.3g产品，加入85mL乙腈，水浴加热，搅拌回流30分钟，趁热过滤，置冰箱2-4℃冷却，析出固体物，抽滤、烘干得2-(3′，4′二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑纯品，为白色粉状固体，M.P.171-172℃，产量30.3g，产率57.2％。
实施例五
与实施例四同样操作。
乙酸铵D投料量改为123.75(1.62mol)。即把配料比B∶C∶D(mol/mol)＝1∶1∶9，得产物A 30.36g，产率57.3％。
与实施例四相比，产率没有明显增加。
实施例六
操作和重结晶方法与实施例四相同。
所有投料量与实施例四相比，增大四倍。即3，4-二甲氧基苯甲醛119.7g(0.72mol)，1-苯基1，2-丙酮106.7g(0.72mol)，乙酸铵444.0g(5.76mol)。SnCl2和冰乙酸也相应增加。加热回流8小时。
所得产物A产量123.1g，产率58.1％。
现将实施例一～六缩合反应配料比、重结晶溶剂及产率列于表一
表一、实施例一～六缩合反应配料比、重结晶溶剂及产率
| 配料比 | 实施例一 | 二 | 三 | 四 | 五 | 六 |
| B∶C∶D(mol/mol) | 1∶1∶5 | 1∶1∶5 | 1∶1∶7 | 1∶1∶8 | 1∶1∶9 | 1∶1∶8放大四倍量 |
| 回流时间 | 7-8小时 | 7-8小时 | 7-8小时 | 7-8小时 | 7-8小时 | 8小时 |
| 重结晶溶剂及次数 | 乙腈(2次)甲醇(1次)乙腈(1次) | 甲醇(2次)乙腈(1次) | 甲醇(2次)乙腈(1次) | 甲醇(2次)乙腈(1次) | 甲醇(2次)乙腈(1次) | 甲醇(2次)乙腈(1次) |
| 产率％ | 44.5 | 50.4 | 56.8 | 57.2 | 57.3 | 58.1 |
Claims (8)
1、一种二苯基咪唑化合物，其特征是2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑，化学结构式为：
2、根据权利1所述的一种二苯基咪唑化合物，其特征在于，2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑，其M.P.、薄层色谱法Rf、1H-NMR、13C-NMR谱、MS和元素分析EA数据如下：
M.P.：171-172℃
TLC用硅胶F254板，乙腈为展开剂：Rf＝0.69
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：2.38(S，3H，-CH3)
3.62-3.81(2S，2×3H，2×OCH3)
6.77-6.79(d，1H，Ci-H)
7.22-7.54(m，7H)
13.38(S，1H，N-H)
13C-NMR(CDCl3)δ(ppm)：149.25(S，Cg)；149.19(S，Ch)；
145.36(S，Ca)；142.06(S，Cb)；
133.18(S，Cc)；133.08(S，Cm)；
128.46(2d，2×Co)；
126.80(2d，2×Cn)；
Ms(FAB)m/z：296(M++2，21.0)，295(M++1，100)，
294(M+，51.7)，279(M+-CH3，9.9)，
154(9.0)，136(7.1)，105(5.7)，8.3(5.8)，
69(10.2)，57(14.9)，43(15.0)
EA计算值(％)：C，73.45；H，6.164；N，9.516；O，10.87
测定值(％)：C，73.16；H，6.127；N，9.464。
3、2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑的制备方法，其特征是用香草醛在碱性条件下与硫酸二甲酯甲基化生成3，4-二甲氧基苯甲醛，简称为B，后者B和简称为C的1-苯基1，2-丙二酮、简称为D的乙酸铵以mol/mol的配料比：B∶C∶D＝1∶1∶5-9和助剂在冰乙酸中加热回流发生缩合反应，回收部分乙酸后，经氨水中和，析出固体，过滤得粗品，再经水洗、经提纯得2-(3′，4′二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑纯品，为白色固体。
4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征是第二步缩合反应，合适的配料比mol/mol：B∶C∶D＝1∶1∶7-8。
5、根据权利要求3所述的制备方法，其特征是第二步缩合反应，回流时间为7-8小时。
6、根据权利要求3所述的制备方法，其特征是缩合反应混合物中加入少量助剂SnCl2，使所得粗品颜色变浅，有利于提纯。
7、根据权利要求3所述的制备方法，其特征是缩合反应所得粗品经水洗后，必须再用甲醇和乙腈这两种溶剂分别先后进行提纯。
8、根据权利要求3所述的制备方法，其特征是缩合反应所得粗品，是先用甲醇再用乙腈作溶剂进行重结晶提纯，得到2-(3′，4′-二甲氧苯基)4-苯基-5-甲基咪唑纯品。
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