专利名称：3－三氟甲基苯甲酸酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及3-三氟甲基苯甲酸酯的制备方法。
背景技术：
3-三氟甲基苯甲酸酯(尤其是3-三氟甲基苯甲酸甲酯)是一种非常有应用价值的中间体，已广泛应用于农药、医药和精细化工领域。
现有技术中，3-三氟甲基苯甲酸甲酯的合成方法多采用以3-三氟甲基苯甲酸为原料，先与氯化亚砜反应得到3-三氟甲基苯甲酰氯，再与甲醇反应得到产品(参见Polish Journal of Applied Chemistry，47(3)，137-145；2003)。另一种方法是在含催化量浓硫酸的甲醇溶液中对3-三氟甲基苯甲酸原料进行酯化，得到产品。第一种方法会产生大量废气二氧化硫和氯化氢，对环境造成污染，并且废气的处理给工艺造成较大负担；后一种方法的缺点在于反应不完全。
美国专利(US128984)揭示了这样一种方法将3-三氟甲基苯甲腈在甲醇中通入氯化氢气体进行醇解，制得3-三氟甲基苯甲酸甲酯。然而，该方法的原料较难获得。
如上所述，现有技术中制备3-三氟甲基苯甲酸酯主要是以价格较高的3-三氟甲基苯甲酸或者3-三氟甲基苯甲腈为原料。目前尚未见报道以比较容易获得且相对便宜的间三氯甲基三氟甲基苯为原料，直接制备得到3-三氟甲基苯甲酸酯的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应路线简单、原料易得、生产成本经济且适合大规模商品化生产的制备3-三氟甲基苯甲酸酯的方法。
本发明提供了一种制备3-三氟甲基苯甲酸酯的方法，该方法包括以下步骤在含锌催化剂的存在下，向间三氯甲基三氟甲基苯中先加入水进行水解反应，再加入羟基化合物ROH进行酯化反应，由此得到3-三氟甲基苯甲酸酯，其反应式如下所示 所述羟基化合物ROH以及上式中的R表示烷基、芳基、烷芳基或芳烷基。
在一个优选的实施方案中，所述羟基化合物ROH以及所述反应式中的R表示C1-20烷基、C6-20芳基、C7-20烷芳基或C7-20芳烷基。更优选是，所述羟基化合物ROH以及所述反应式中的R表示C1-10烷基、C6-8芳基、C7-8烷芳基、C7-8芳烷基。特别优选是，所述羟基化合物为甲醇，所述3-三氟甲基苯甲酸甲酯。
在一个优选的实施方案中，所述含锌催化剂是选自乙酸锌、二水乙酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌和氧化锌中的一种或多种。更优选是，所述含锌催化剂选自乙酸锌、二水乙酸锌或其组合。
在一个优选的实施方案中，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％。更优选是，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-10重量％。
在一个优选的实施方案中，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.8-2倍摩尔当量。更优选是，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-1.2倍摩尔当量。
在一个优选的实施方案中，所述水解反应温度在100-240℃的范围内。更优选是，所述水解反应温度在120-150℃的范围内。
在一个优选的实施方案中，所述羟基化合物ROH的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-20倍摩尔当量。更优选是，所述羟基化合物ROH的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-5倍摩尔当量。
在一个优选的实施方案中，所述酯化反应温度在20-140℃的范围内。更优选是，所述酯化反应温度在50-70℃的范围内。
在一个优选的实施方案中，间三氯甲基三氟甲基苯通过在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯与氟化氢进行氟化反应而制得，其反应式如下所示 优选是，所述氟化反应的催化剂为五氯化锑。
优选是，所述氟化反应的催化剂用量是间二三氯甲基苯的0.05-5重量％。更优选是，所述催化剂的用量为间二三氯甲基苯的0.25-1.0重量％。
优选是，所述氟化反应的温度在30-120℃的范围内。更优选是，所述氟化反应温度在50-70℃的范围内。
优选是，所述氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2-4倍摩尔量。更优选是，氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2.8-3倍摩尔量。
优选是，通入所述氟化氢是分批的或一次性的。更优选是，以1.5倍摩尔量、1.0倍摩尔量和0.5倍摩尔量分三次通入氟化氢。
在一个优选的实施方案中，所述间二三氯甲基苯通过以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备而得，其反应式如下所示 优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比为0.1-10∶1。更优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在0.5-5∶1的范围内。再优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在1-4∶1的范围内。
优选是，所述引发剂是选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈和过氧化苯甲酰的一种或多种。
优选是，所述光引发采用紫外光进行。
优选是，所述氯气的用量是间二甲苯的6-12倍摩尔量。更优选是，氯气的用量是间二甲苯的6-8倍摩尔量。
优选是，所述氯化反应的温度在60-240℃的范围内。更优选是，氯化反应的温度在80-150℃的范围内。
具体实施例方式
发明人经过深入研究后发现，通过以间二甲苯为原料，经过氯化反应、可控氟化反应、催化水解酯化反应等三步反应，能够制得3-三氟甲基苯甲酸酯。在此基础上，发明人完成了本发明。
应该理解，由于间二三氯甲基苯(中间体I)和间三氯甲基三氟甲基苯(中间体II)均为已知化合物，因此，也可以分别以这两种中间体作为原料开始制备，获得3-三氟甲基苯甲酸酯产物。
以下分别对三步反应进行详细说明。
氯化反应氯化反应是以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备得到间二三氯甲基苯(中间体I)，其反应式如下 反应物是间二甲苯和间二三氯甲基苯，两者摩尔比优选为0.1-10∶1，更优选为0.5-5∶1，再优选是1-4∶1，最优选为3∶1。
使用的引发剂例如但不限于偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈、过氧化苯甲酰等，也可用光引发氯化反应，优选为紫外光。
氯化反应的温度优选为60-240℃，更优选为80-150℃，最优选为120-140℃。在此温度下可以获得较快反应速度且产生焦油很少。
氯化反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在5-100个小时内。
优选是，氯化反应结束后，脱气后减压蒸馏，收集154-158℃/10mmHg(文献165-169℃/12mmHg，美国专利2132361，1935)的馏分，氯化反应的产率为70-92％，产物纯度通常为92-98％。
氟化反应氟化反应是在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯(中间体I)与氟化氢进行氟化反应，得到间三氯甲基三氟甲基苯(中间体II)，其反应式如下所示 氟化反应中，所用催化剂优选为五氯化锑。催化剂的用量优选是间二三氯甲基苯的0.05-5重量％，更优选为0.25-1.0重量％。
氟化反应的温度优选在30-120℃的范围内，更优选是50-70℃。
氟化氢的通入量优选为间二三氯甲基苯的2-4倍摩尔量，更优选为2.8-3.0倍摩尔量，在此用量下可以最大程度地将中间体I转化为中间体II。氟化氢可以是分批通入的，也可以一次性通入。特别优选的是，以1.5倍摩尔量、1.0倍摩尔量和0.5倍摩尔量分三次通入；每次通完氟化氢后，保温反应0.5-24小时使其达到反应平衡。
氟化反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在2-60个小时内。
氟化反应结束后，将反应液转移至稀碱溶液中，洗涤分液后干燥过滤，然后减压条件下精馏，收集106-108℃/30mmHg(文献90℃/13mmHg，美国专利4079089，1978)的馏分，氟化反应的产率为52-60％，产物纯度≥99.5％。
水解酯化反应水解酯化反应是使间三氯甲基三氟甲基苯在含锌催化剂的作用下，先水解，再与羟基化合物ROH进行酯化反应，得到3-三氟甲基苯甲酸酯，其反应式如下所示 羟基化合物ROH以及上式中的R表示烷基、芳基、烷芳基、芳烷基，优选的是C1-20烷基、C6-20芳基、C7-20烷芳基、C7-20芳烷基，更优选的是C1-10烷基、C6-8芳基、C7-8烷芳基、C7-8芳烷基，例如但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、苯基、甲苯基、苄基。
特别优选是，R表示甲基，即所述羟基化合物为甲醇，所述3-三氟甲基苯甲酸甲酯。
羟基化合物ROH可以是醇类，也可以是酚类。当羟基连接在烷基上被称作为醇，当羟基直接连接在芳环(如苯环)上被称作为酚。
在水解酯化反应中，优选是将间三氯甲基三氟甲基苯与催化量的含锌催化剂混合，然后，在100-240℃(更优选是120-150℃)的加热条件下，先滴加水，待水滴加完毕后，在20-140℃(更优选是50-70℃)的温度下，加入羟基化合物ROH，由此直接制得3-三氟甲基苯甲酸酯。
含锌催化剂例如但不限于乙酸锌、二水乙酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌、氧化锌等。
水解酯化反应的催化剂用量优选为间三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％，更优选为1-10重量％。
水解反应的温度优选是在100-240℃的范围内，更优选为120-150℃。
所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.8-2倍摩尔量，更优选是1-1.2倍摩尔量。优选是以滴加方式加入水，滴加水的时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定。
水解反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在1-30个小时内。
酯化反应的温度优选为20-140℃，更优选为50-70℃。
酯化反应时羟基化合物的用量优选为间三氯甲基三氟甲基苯的1-20倍摩尔当量，更优选为2-5倍摩尔当量。
酯化反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在1-10个小时内。
反应完全后蒸出过量的羟基化合物，冷却后加入有机溶剂，有机溶剂可以是氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯等；然后用碳酸钠溶液洗涤有机相后；对有机相进行干燥后过滤脱溶，再减压精馏，收集93-95℃/20mmHg(文献93.5℃～94.5℃/20mmHg，J.Amer.Chem.Soc.；804969-4971)的馏分，为3-三氟甲基苯甲酸甲酯。水解酯化反应的产率为85～90％，含量≥99.5％。
本发明的主要优点如下(1)本发明方法的工艺流程易于控制，反应完全，收率高，制备得到的目标产品纯度高，质量稳定，完全符合作为农药或医药中间体的使用要求。
(2)从间三氯甲基三氟甲基苯出发，通过连续操作一次性完成水解酯化反应，且两步反应转化完全。
(3)本发明方法所用的原料及试剂便宜，具体来说，原料间二甲苯价格低廉，氯气和氟化氢都是价格便宜的基本化工原料，氟化反应所用催化剂五氯化锑以及水解反应所用的催化剂二水乙酸锌均为普通原料，价格便宜，且用量少。
(4)本发明只用了少量溶剂，后处理简便废液少，在降低成本减少环境污染的同时，也非常有利于大规模商品化生产。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为摩尔份，所有的百分比为重量百分比。
实施例1间二三氯甲基苯的制备将563摩尔份间二三氯甲基苯和1689摩尔份间二甲苯混合后，将反应釜内温升至120℃，然后打开紫外灯，通入氯气，保持反应釜内温度120-140℃，反应进行30小时。通过气相色谱仪分析得知，氯化反应的中间体间二氯甲基三氯甲基苯的含量低于0.5％。通过GC-MS方法测得，反应产物为间二三氯甲基苯。
减压脱气，将反应液进行减压蒸馏，收集154-158℃/10mmHg的馏分，得间二三氯甲基苯2068份，氯化反应的产率为89.3％，间二三氯甲基苯的纯度为97.2％。
实施例2-9间二三氯甲基苯的制备按照与实施例1相同的方式进行，不同的是反应温度、原料配比和反应时间如表1所示。表1还示出了间二三氯甲基苯的产率、纯度和所得产物中的高沸物含量。
此外，实施例8使用2重量％的偶氮二异丁腈(以间二甲苯的重量计)作为引发剂代替紫外引发。
实施例9使用2重量％的过氧化苯甲酰(以间二甲苯的重量计)作为引发剂代替紫外引发。
表1
实施例10间三氯甲基三氟甲基苯的制备将500摩尔份间二三氯甲基苯与0.5wt％五氯化锑(以间二三氯甲基苯计)混合后，将反应釜内温升至60℃，搅拌半小时，先通入750摩尔份氟化氢，通完后在50-70℃下搅拌半小时；再通入500摩尔份氟化氢，通完后在50-70℃下搅拌半小时；再通入250摩尔份氟化氢，通完后在50-70℃下搅拌4小时，反应结束。通过气相色谱仪分析得知，原料间二三氯甲基苯的含量低于20％。通过GC-MS方法测得，反应产物为间三氯甲基三氟甲基苯。
然后将反应液转移至含500份5％重量的氢氧化钠溶液中，搅拌半小时后分液，有机相用无水硫酸镁干燥后过滤后转移至精馏釜中。收集106-108℃/30mmHg的馏分，得到间三氯甲基三氟甲基苯265份，氟化反应的产率为53％，间三氯甲基三氟甲基苯的纯度为99.6％。
实施例11-17间三氯甲基三氟甲基苯的制备按照与实施例10相同的方式进行，不同的是氟化氢用量、催化剂用量、反应温度和反应时间如下表2所示。表2还示出了反应产物中间二三氯甲基苯和间三氯甲基三氟甲基苯的重量百分比。
表2
实施例183-三氟甲基苯甲酸甲酯的制备将549份间三氯甲基三氟甲基苯与5wt％二水乙酸锌(以间三氯甲基三氟甲基苯的重量计)混合后，将反应釜内温升至140℃，首先缓慢滴加550份水，约8-20小时滴完，然后在70℃下加入550份甲醇，再加入过量的2200份甲醇，加热回流使反应完全。通过气相色谱仪分析得知，原料间三氯甲基三氟甲基苯的含量低于0.5％，中间体间三氟甲基苯甲酰氯的含量低于0.1％，中间体间三氟甲基苯甲酸的含量低于1.0％。通过GC-MS方法测得，反应产物为3-三氟甲基苯甲酸甲酯。
反应完全后，蒸出过量的甲醇，冷却至室温后加入500份二氯乙烷；然后依次用1000份水和1000份5％碳酸钠溶液洗涤有机相，对有机相进行干燥后过滤脱溶，再减压精馏，收集93-95℃/20mmHg的馏分，得到3-三氟甲基苯甲酸甲酯478份。水解酯化反应的产率为87％，含量99.6％。
实施例19-243-三氟甲基苯甲酸甲酯的制备按照与实施例18相同的方式进行，不同的是催化剂用量、水的用量、反应温度和反应时间如表3所示。表3还示出了水解反应之后经气相色谱检得的反应液中的间三氯甲基三氟甲基苯、3-三氟甲基苯甲酰氯和3-三氟甲基苯甲酸的含量。
表3
实施例25-303-三氟甲基苯甲酸甲酯的制备按照与实施例18相同的方式进行，不同的是水的用量、甲醇用量、反应温度如表4所示。表4还示出了反应产物中的间三氯甲基三氟甲基苯、3-三氟甲基苯甲酸和3-三氟甲基苯甲酸甲酯的重量百分含量。
此外，实施例25、26和27分别采用乙酸锌、氯化锌和碳酸锌作为催化剂，催化剂的用量均为以间三氯甲基三氟甲基苯的重量计的5wt％。
表4
实施例31-363-三氟甲基苯甲酸酯的制备按照与实施例18相同的方式进行，不同的是醇的种类、醇的用量、酯化反应温度如表5所示。其中，实施例33、34、35、36在后处理时未将过量的醇蒸出，而直接冷却至室温后加入500份二氯乙烷；然后依次用1000份水和1000份5％碳酸钠溶液洗涤有机相，对有机相进行干燥后过滤脱溶，再减压精馏，获得相应的3-三氟甲基苯甲酸酯。表5还示出了反应产物中的间三氯甲基三氟甲基苯、3-三氟甲基苯甲酸和3-三氟甲基苯甲酸酯的重量百分含量。
表5
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种制备3-三氟甲基苯甲酸酯的方法，该方法包括以下步骤在含锌催化剂的存在下，向间三氯甲基三氟甲基苯中先加入水进行水解反应，再加入羟基化合物ROH进行酯化反应，由此得到3-三氟甲基苯甲酸酯，其反应式如下所示 所述羟基化合物ROH以及上式中的R表示烷基、芳基、烷芳基或芳烷基。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羟基化合物ROH以及所述反应式中的R表示C1-20烷基、C6-20芳基、C7-20烷芳基或C7-20芳烷基；更优选是，所述羟基化合物ROH以及所述反应式中的R表示C1-10烷基、C6-8芳基、C7-8烷芳基、C7-8芳烷基；特别优选是，所述羟基化合物为甲醇，所述3-三氟甲基苯甲酸甲酯。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含锌催化剂是选自乙酸锌、二水乙酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌和氧化锌中的一种或多种；更优选是，所述含锌催化剂选自乙酸锌、二水乙酸锌或其组合；和/或所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％；更优选是，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-10重量％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.8-2倍摩尔当量；更优选是，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-1.2倍摩尔当量；和/或所述水解反应温度在100-240℃的范围内；更优选是，所述水解反应温度在120-150℃的范围内。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羟基化合物ROH的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-20倍摩尔当量；更优选是，所述羟基化合物ROH的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-5倍摩尔当量；和/或所述酯化反应温度在20-140℃的范围内；更优选是，所述酯化反应温度在50-70℃的范围内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，间三氯甲基三氟甲基苯通过在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯与氟化氢进行氟化反应而制得，其反应式如下所示
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氟化反应的催化剂为五氯化锑；和/或所述氟化反应的催化剂用量是间二三氯甲基苯的0.05-5重量％；更优选是，所述催化剂的用量为间二三氯甲基苯的0.25-1.0重量％；和/或所述氟化反应的温度在30-120℃的范围内；更优选是，所述氟化反应温度在50-70℃的范围内；和/或所述氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2-4倍摩尔量；更优选是，氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2.8-3倍摩尔量；和/或通入所述氟化氢是分批的或一次性的；更优选是，以1.5倍摩尔量、1.0倍摩尔量和0.5倍摩尔量分三次通入氟化氢。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述间二三氯甲基苯通过以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备而得，其反应式如下所示
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比为0.1-10∶1；更优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在0.5-5∶1的范围内；再优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在1-4∶1的范围内；和/或所述引发剂是选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈和过氧化苯甲酰的一种或多种；和/或所述光引发采用紫外光进行；和/或所述氯气的用量是间二甲苯的6-12倍摩尔量；更优选是，氯气的用量是间二甲苯的6-8倍摩尔量。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氯化反应的温度在60-240℃的范围内；更优选是，氯化反应的温度在80-150℃的范围内。
全文摘要
公开了一种制备3－三氟甲基苯甲酸酯的方法，该方法包括以下步骤在含锌催化剂的存在下，向间三氯甲基三氟甲基苯中先加入水进行水解反应，再加入羟基化合物ROH进行酯化反应，由此得到3－三氟甲基苯甲酸酯，所述羟基化合物ROH以及上式中的R表示烷基、芳基、烷芳基或芳烷基。所述间三氯甲基三氟甲基苯通过在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯与氟化氢进行氟化反应而制得；所述间二三氯甲基苯通过以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备而得。
文档编号C07C67/00GK101066926SQ20071004157
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者蔡国荣, 姜宝仅, 陈旻 申请人:上海康鹏化学有限公司