本发明涉及一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法。
背景技术：
2-烷基-4-七氟异丙基苯胺在农药、医药、涂料、橡胶和材料领域里有广泛的应用。其中2-甲基-4-七氟异丙基苯胺为氟虫双酰胺的关键中间体。然而在生产过程中其主要副产物为2-甲基-6-七氟异丙基苯胺和2-甲基-4-六氟异丙基苯胺。其中2-甲基-4-六氟异丙基苯胺和2-甲基-4-七氟异丙基苯胺具有相似的物理和化学性质，很难通过简单的蒸馏或重结晶除去。为了后续产品的安全，商业化产品要求其含量<0.2％。因此，开发一种安全、成本低的高纯度2-烷基-4-七氟异丙基苯胺制备方法具有重要的经济价值。
专利US2002/198399和Indian Pat.2010DE00753报道通过锌粉促进或通过光辐射2-甲基苯胺和七氟碘丙烷的反应合成2-甲基-4-七氟异丙基苯胺，七氟碘丙烷成本高，且锌粉会造成较大的污染。而通过光辐射法制备需要特殊装备。CN1257861A报道了保险粉促进的2-甲基苯胺和七氟碘丙烷的反应合成2-甲基-4-七氟异丙基苯胺，但七氟碘丙烷成本高，使得生产成本较高，从而不能工业化推广。
此外，专利US2004/92762、CN102731321A、CN102731317A和JP2003335735报道了通过2-甲基苯胺和七氟溴丙烷的反应合成2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的方法，生产成本大大降低。专利CN102731321A和CN102731317A中提及杂质的含量但未涉及杂质的控制。重复工艺时，和专利工艺一致，我们发现：上述工艺会产生副产物2-甲基-6-七氟异丙基苯胺(>1％)和2-甲基-4-六氟异丙基苯胺(>3％)。如果除去2-甲基-6-七氟异丙基苯胺和2-甲基-4-五氟异丙基苯胺，反应总产率要降低20-30％。
技术实现要素：
本发明的目的是寻找一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法。从而在使用低成本的全氟溴化物或全氟氯化物的基础上，高产率和高纯度地生产合格产品。具有重要的经济价值。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
在反应体系中加入催化剂来稳定反应体系中的全氟自由基，控制邻位和去氟异构体的产生。
催化剂为脂肪或芳香类硝基化合物。催化剂的结构式：
其中：
R1为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R2为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R3为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R4为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R5为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R6为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
取代基R2至R6在苯环上可以相同，也可以不同。
本发明的反应原理如下：
本发明所述制备方法中，可以在密闭体系或非密闭体系中进行
本发明所述反应温度一般控制在-10℃～60℃。
本发明中催化剂的用量为反应底物苯胺1-80％摩尔当量。
本发明中所述反应底物为2-甲基苯胺类似物和七氟异丙基溴或七氟异丙基氯，溴化物或氯化物的用量为反应底物2-甲基苯胺类似物摩尔量的1-1.5倍。
本发明和催化剂兼容的优选引发剂为保险粉，连二亚硫酸锌、连二亚硫酸钾或锌-亚硫酸。本发明在光引发反应的条件下，催化剂和体系兼容。
本发明和催化剂兼容碱的种类可以是无机碱或有机碱类。无机碱为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、磷酸钠、磷酸钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾。有机碱为吡咯、哌啶、三乙胺、吡啶、4-N,N-二甲基吡啶。
本发明和催化剂兼容的相转移催化剂为季铵盐、膦盐、冠醚类化合物。如四丁基硫酸氢铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵等。相转移催化剂的用量为反应底物苯胺1-20％摩尔当量。
本发明所述反应在包含非极性溶剂和水的双相体系中进行。可以使用的溶剂油卤代烷烃类、醚类、醇类、酮类、酰胺类、酯类、腈类和水。优化条件为甲基叔丁基醚和水的双相体系中进行。本发明中水与2-甲基苯胺的重量比为2倍到100倍。本发明中有机溶剂与2-甲基苯胺的重量比为2倍到100倍。其中有机溶剂与水的比例为1倍到50倍。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
反应体系中加入催化剂后，反应的选择性得到有效提高，杂质得到有效控制。上述工艺反应完毕粗品中副产物2-甲基-6-七氟异丙基苯胺含量<1％，2-甲基-4-六氟异丙基苯胺含量<0.2％。通过简单蒸馏可以直接提供合格产品。具有较大的实施价值和社会经济效益。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，下列各实施例中所用试剂均为市购分析纯，所用仪器及设备均系市购常规仪器和设备。
实施例1
三口烧瓶加入10克邻甲基苯胺(93mmol)和200ml水，搅拌。依次加入11.8克碳酸钠(111mmol,1.2当量)、3.15克四丁基硫酸氢铵(9.3mmol,0.1当量)、0.5克硝基甲烷(9.3mmol,0.1当量)和七氟异丙基溴甲基叔丁基醚溶液[含25.4克七氟异丙基溴(102mmol,1.1当量)和200ml甲基叔丁基醚，预先保存在0℃]，搅拌2分钟后加入17.5克保险粉(111mmol,1.2当量)。反应过夜。分出有机相，水层用20ml甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂得到30克粗品，粗产率>100％。对粗产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺1％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺96％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。减压蒸馏得到25克产品，产率96％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.5％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。
比较实施例1
向密闭反应器中加入200ml水和200ml甲基叔丁基醚的液体混合物，再加入10克邻甲基苯胺(93mmol)、31克七氟异丙基溴(125mmol,1.3当量)、23克保险粉(125mmol，1.3当量)、11克碳酸氢钠(130mmol,1.4当量)和4克四丁基硫酸氢铵(12mmol,0.13当量)，将所得混合物在室温下搅拌2小时。分出有机层，水层用200ml乙酸乙酯萃取，萃取液与有机层合并，并依此用2N盐酸水溶液，5％的碳酸钠和饱和氯化钠溶液洗涤，有机层用硫酸钠干燥，过滤后减压蒸出有机溶剂得到25克浅黄色液体，产率97％。产物在酸处理之前对有机层进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.5％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺94.5％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺1.1％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺3.2％。减压蒸馏得到23克产品，产率90％。
比较总结：专利CN102731317A中提到的其它副产物(2-甲基-4-六氟异丙基苯胺)含量为1.9％(我们的重复试验中其含量为3.2％)。而我们试验中，通过催化剂控制，其含量<0.1％。专利中给出的是粗产率，蒸馏提纯后，实际产率为90％。从上可以看出：我们催化剂可以有效控制杂质的生成，同时能有效提高产率。
实施例2
三口烧瓶加入10克邻甲基苯胺(93mmol)和200ml水，搅拌。依次加入11.8克碳酸钠(111mmol,1.2当量)、3.15克四丁基硫酸氢铵(9.3mmol,0.1当量)、2.5克对硝基甲苯(18.6mmol,0.2当量)和七氟异丙基溴甲基叔丁基醚溶液[含25.4克七氟异丙基溴(102mmol,1.1当量)和200ml甲基叔丁基醚，预先保存在0℃]，搅拌2分钟后加入17.5克保险粉(111mmol,1.2当量)。反应过夜。分出有机相，水层用20ml甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂得到30克粗品，粗产率>100％。减压蒸馏得到25.1克产品，产率96.5％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.9％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98.1％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。
实施例3
基本操作同实施例2，不同之处是：反应催化剂为2.5克对硝基苯胺(18.6mmol,0.2当量)。减压蒸馏得到24.3克产品，产率95％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.8％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.9％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.08％。
实施例4
基本操作同实施例2，不同之处是：反应催化剂为3.4克2,4-二硝基苯胺(18.6mmol,0.2当量)。减压蒸馏得到24.5克产品，产率95.8％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.7％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.9％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.08％。
实施例5
三口烧瓶加入10克邻甲基苯胺(93mmol)和200ml水，搅拌。依次加入11.8克碳酸钠(111mmol,1.2当量)、3.15克四丁基硫酸氢铵(9.3mmol,0.1当量)、2.5克对硝基甲苯(18.6mmol,0.2当量)和七氟异丙基氯甲基叔丁基醚溶液[含20.8克七氟异丙基氯(102mmol,1.1当量)和200ml甲基叔丁基醚，预先保存在0℃]，搅拌2分钟后加入17.5克保险粉(111mmol,1.2当量)。反应过夜。分出有机相，水层用20ml甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂得到30克粗品，粗产率>100％。减压蒸馏得到25.1克产品，产率96.5％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.8％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98.2％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。
实施例6
反应釜中加入50公斤邻甲基苯胺(466mol)和1000升水，搅拌。依次加入59公斤碳酸钠(559mol,1.2当量)、15.7公斤四丁基硫酸氢铵(46.6mol,0.1当量)、12.5克对硝基甲苯(93mol,0.2当量)和七氟异丙基溴甲基叔丁基醚溶液[含127克七氟异丙基溴(512mol,1.1当量)和1000升甲基叔丁基醚，预先保存在0℃反应釜中]，搅拌30分钟后分批加入87.5公斤保险粉(559mol,1.2当量)。气相监控反应，七氟异丙基反应完毕后停止反应。分出有机相，水层用100升甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂后减压蒸馏得到125.8公斤产品，产率98.1％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.8％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98.1％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.7％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.08％。
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是为了说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种非实质性的变化和改进，如相转移催化剂还可以是四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵，有机溶剂还可以是氯苯、四氢呋喃、2－甲基四氢呋喃，这些都落入本发明要求保护的范围内。