本发明涉及化合物的制备方法，尤其是一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法，属于有机化学合成领域。
背景技术
3-氟-4-氰基苯酚，英文名称为3-fluoro-4-cya3-fluoro-4-cyanophenol，分子式为c7h4fno2，分子量为137，密度1.45g/cm3，熔点123～126℃，沸点261℃，闪点126.4℃。3-氟-4-氰基苯酚是一种重要的化工中间体，在精细化学品领域有重要的应用，可作为合成液晶显示材料、医药、农药、香料、油墨的原料或中间体。
目前2,3-二氟苯甲酸的市场价格较高，主要原因在于其工业化生产制备难度大、原料成本高、产品收率低、副产物含量高(主要为2,3-二氟-1,4-苯二甲酸)。现有的合成2,3-二氟苯甲酸的方法所使用的原料和催化剂成本高昂、溶媒毒性和污染性大、反应条件苛刻、工艺复杂、难以实现工业化大规模生产制备。目前关于生产制备方法的文献报道有《河北化工》2005(3):38-38公开的一种制备3-氟-4-氰基苯酚的方法，以间氟苯甲醚为原料，用溴素合成3-氟-4-溴苯甲醚，再用氰化亚铜合成3-氟-4-氰基苯甲醚，最后用三氯化铝脱甲基合成产品3-氟-4-氰基苯酚，其合成路线如下：
该方法存在产品纯度差、收率低(约为70％)，对环境污染性大，难以实现工业化生产等缺陷。因此，上述制备工艺中存在的问题成为了制约2,3-二氟苯甲酸开发和应用的主要因素。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法，能够降低生产成本，提高产品纯度和收率，且具有原料易得、反应条件温和、操作简便、适合大规模工业化生产的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法，其特征在于：采用2,4-二氟苯甲腈经取代反应得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈，再经水解反应得到3-氟-4-氰基苯酚。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述取代反应为将2,4-二氟苯甲腈和溶剂加入反应容器中搅拌，再加入烷基醇钠，在10～30℃下反应3～5小时后得到含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液。
本发明技术方案的进一步改进在于：取代反应时还加入催化剂，催化剂加入量为反应物质量的1～3％，催化剂为β-环糊精或质量比1～5:1的β-环糊精与淀粉的混合物。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述溶剂为四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜或甲基四氢呋喃中的任一种；烷基醇钠分2～4次加入，烷基醇钠类为叔丁醇钠、异丙醇钠、叔戊醇钠或正丁基醇钠中的任一种。
本发明技术方案的进一步改进在于：2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠类的摩尔比为1:1～1.5，溶剂的加入量为反应物质质量的2～4倍。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述水解反应为向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入无机酸，保温10～30℃并缓慢加入2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液，水解3～5小时，然后分液提取，浓缩、结晶，再抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述无机酸为盐酸溶液、硫酸溶液、三氟甲磺酸溶液或甲磺酸溶液中的任一种；无机酸的浓度为25～35％，无机酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:5～10。
本发明技术方案的进一步改进在于：2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液中2-氟-4-烷氧基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4～5。
本发明技术方案的进一步改进在于：浓缩后用甲醇在0～-10℃下进行结晶，甲醇的加入量为2-氟-4-烷氧基苯甲腈质量的3～4倍。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明提供的3-氟-4-氰基苯酚的制备方法，以2,4-二氟苯甲腈作为初始生产原料合成3-氟-4-氰基苯酚，并对合成路线中各步骤的反应条件进行了优化，是一种成本低、收率高、纯度好、工业化可行性强的合成方法。
本发明取代反应中所使用的催化剂，具有廉价易得、毒性低、污染小的特点。该催化剂具有很好的稳定性和催化活性，催化作用时间长，不容易失效，而且所使用的催化剂对反应物具有很好的选择性，副产物比例明显降低。同时本发明的催化剂在使用量上最适宜的范围为反应物质量的1～3％，用量过少不能达到良好的催化效果，过多则增加生产成本。
本发明取代反应使用的生产原料2,4-二氟苯甲腈十分易得，价格适中。溶剂用量在2～4倍时效果最佳，用量过多会导致反应速率慢，后处理过程中耗能和产品损失也随之增多，而用量过少时，会导致反应收率降低。另外，将2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠的摩尔比控制在1:1～1.5的范围内，通过使用稍过量的烷基醇钠，促进2-氟-4-烷氧基苯甲腈生成，进一步提高了产率。
本发明的水解反应中，无机酸浓度范围在25～35％时效果最佳，浓度过低则反应不完全。反应结束后直接分液，再提取水相，浓缩溶剂后加入甲醇结晶，操作简单，提高了生产效率。
本发明所使用的原料、溶剂、催化剂和其他反应试剂成本相对较低，对环境和人员污染性和毒性相对较小，而且便于回收，后处理难度不大。本发明对各个反应过程和操作均设定了最佳时间范围，如反应温度、反应物的加入时机、保温时间等，能够使反应效率、产品纯度和收率得到最大化，当时间控制在所限定的范围内时，反应效果最佳，当时间超出该范围时，效率低且副产物明显增多，而时间低于该范围时，则反应不够彻底，产率较低。而且本发明的操作步骤简单易行，便于工作人员的实际操作和控制，也更适合工业化大规模生产的需要。通过本发明所提供的制备方法，最终制得的3-氟-4-氰基苯酚的纯度可达到99％，总收率可达70％以上，明显高于现有技术水平。
具体实施方式
下面是本发明的一些具体实施方式，用以作进一步详细说明。
一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法，采用2,4-二氟苯甲腈经取代反应得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈，再经水解反应得到3-氟-4-氰基苯酚，其合成路线如下：
(ⅰ)取代反应
将2,4-二氟苯甲腈、催化剂和溶剂加入反应容器中搅拌，所述溶剂为四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜或甲基四氢呋喃中的任一种，溶剂的加入量为反应物质质量的2～4倍；催化剂为β-环糊精或质量比1～5:1的β-环糊精与淀粉的混合物，催化剂加入量为反应物质量的1～3％，然后分2～4次加入烷基醇钠，烷基醇钠类为叔丁醇钠、异丙醇钠、叔戊醇钠或正丁基醇钠中的任一种，2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠类的摩尔比为1:1～1.5，在10～30℃下反应3～5小时后得到含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液。
(ⅱ)水解反应
向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入无机酸，所述无机酸为盐酸溶液、硫酸溶液、三氟甲磺酸溶液或甲磺酸溶液中的任一种；无机酸的浓度为25～35％，无机酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:5～10；再缓慢滴加2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液，2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液中2-氟-4-烷氧基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4～5；在10～30℃下反应3～5小时，然后分液提取，浓缩、在0～-10℃下用甲醇结晶，甲醇的加入量为2-氟-4-烷氧基苯甲腈质量的3～4倍，再抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。
实施例1
(ⅰ)取代反应：将反应物2,4-二氟苯甲腈、催化剂和四氢呋喃加入反应容器中，四氢呋喃加入质量为反应物质量的2倍，催化剂为β-环糊精与淀粉按质量比3:1的混合物，催化剂的加入量是反应物质量的2％，保温10℃，分2次加入叔丁醇钠，叔丁醇钠总加入量为2,4-二氟苯甲腈摩尔量的1.1倍，反应3小时后得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈。本步骤的收率95％，产品纯度为85％。
(ⅱ)水解反应：向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入浓度35％的盐酸，盐酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:8，30℃下缓慢滴加2-氟-4-烷氧基苯甲腈的甲苯溶液，2-氟-4-烷基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4，加完后保温30℃反应3～5小时。然后分液提取，浓缩、在0℃下用甲醇结晶，所加入甲醇与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的质量比为3:1，抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。两步反应的总收率为74％，产品纯度为99％。
实施例2～5
实施例2～5与上述实施例1所采用的方法步骤相同，所不同的工艺参数如表1所示。表中出现的缩写所代表的含义为：步骤(ⅰ)中“催化剂(m％)”代表催化剂占反应物的质量分数，“反应物:烷基醇钠(mol)”指2,4-二氟苯甲腈与烷基醇钠的摩尔比；步骤(ⅱ)中“原料:无机酸(mol)”是指2-氟-4-烷氧基苯甲腈与无机酸的摩尔比。“保温时间”是指加完原料后的保温反应时间。
表1