技术领域本发明属于精细化工领域，具体涉及一种由多氟苯甲酸脱羧制备多氟苯的方法。
背景技术：
多氟苯是指苯环上的至少3个氢被氟原子取代的含氟化合物，结构式如下(a)，是一种含氟精细化学品，在医药、农药、液晶材料合成中具有广泛的应用，例如：1,2,4-三氟苯可作为原料合成治疗2型糖尿病药物磷酸西他列汀；1,2,3,4-四氟苯作为重要中间体合成新一代喹诺酮类抗生素；五氟苯经溴化后得到的五氟溴苯，作为中间体合成医药、农药、液晶材料和烯烃聚合催化剂等。现有技术对于多氟苯的制备，主要有两类，第一类是通过Schiemann反应引入氟原子；另一类是通过氟卤取代反应引入氟原子。以1,2,3,4-四氟苯的制备方法为例，有以下报道：(1)以2,3,4-三氟苯胺为原料，先与亚硝酸发生重氮化反应，再与氟硼酸反应生成固态氟硼酸重氮盐，氟硼酸重氮盐经热分解的Schiemann反应得到1,2,3,4-四氟苯；(2)以邻苯二甲酸酐为起始原料，先经过氯化反应得到四氯邻苯二甲酸酐，然后与苯胺反应生成亚胺化合物，再与氟化钾发生置换氟代反应取代苯环上的氯得到四氟邻苯二甲酰亚胺，四氟邻苯二甲酰亚胺经过水解、两步脱羧得到1,2,3,4-四氟苯；(3)以邻苯二甲酸为原料，先经过氯化反应得到四氯邻苯二甲酸，然后与二氯亚砜反应生成四氯邻苯二甲酰氯、然后与氟化钾反应生成四氟邻苯二甲酰氟、再用KHCO3水解成四氟邻苯二甲酸、最后经过两步脱羧得到目标产物1,2,3,4-四氟苯。上述第一类制备方法工艺成熟、步骤复杂、危险性大，特别是不稳定的重氮盐的合成及精制比较麻烦，固体盐的热分解反应难于控制、重复性差，因而在应用上受到了限制。于第二类制备方法中，最后一步脱羧反应不仅需要使用高沸点的有机胺作为反应介质，而且需要使用钯、铁、银或铜催化剂，存在毒性大、环境污染、催化剂昂贵等问题。因此，有必要开发一种新的制备多氟苯的方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种由多氟苯甲酸脱羧制备多氟苯的方法，不仅能够避免使用毒有害、污染严重的有机溶剂，而且使用的催化剂来源广泛、价格便宜、性质稳定且能够实现回收再利用，具有反应速度快、反应时间短、产品收率高的优点，是一种绿色环保的制备方法。为达到发明目的本发明采用的技术方案是：一种制备多氟苯的方法，在含氨高温液态水介质中，在含铜固体酸催化剂作用下，结构式(b)所示的多氟苯甲酸经脱羧反应制备结构式(a)所示多氟苯，其中：m＝3～5的整数，n＝3～6的整数。本发明以含氨高温液态水作为脱羧反应的反应介质，作为示例，含氨高温液态水可以通过加入氨水溶液的方式实现。使用的氨水溶液的氨浓度优选为0.5～10g/L，并进一步优选为1～5g/L。使用的氨水与原料多氟苯甲酸的质量比优选为2:1～8:1。本发明使用的含铜固体酸催化剂不仅能够明显提高脱羧反应的速率，缩短了反应时间，使脱羧反应更易进行，而且可以减少苯环上氟原子被取代的副反应的发生，提高脱羧反应的选择性。作为一种优选的方式，所述含铜固体酸催化剂优选自铜粉、氧化亚铜和氧化铜中的一种、两种或三种。多氟苯甲酸与含铜固体催化剂的质量比优选为20:1～40:1。所述含铜固体酸催化剂在使用后，经过常规过滤回收，可以实现循环使用。本发明所述脱羧反应中，反应温度优选为150～280℃，并进一步优选为180～260℃。本发明所述的多氟苯的制备方法，特别适合用于制备1,2,4-三氟苯、1,2,3,4-四氟苯或五氟苯。具体实施方式本发明中采用高效液相色谱仪(Agilent1100)进行分析，具体分析条件如下：色谱柱为PhenomenexGeminiC18(250×4.6mm，5μm)，流动相为0.05mol/LNaH2PO4(H3PO4调pH3.5)：甲醇＝40：60，流速0.6mL/min，柱温35℃，紫外检测波长206nm。实施例1在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为4g/L的氨水溶液、75.0g2,4,5-三氟苯甲酸，开搅拌，升温至260℃脱羧反应2.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯36.8g，产品经HPLC分析纯度为98.9％，收率为65.4％。实施例2在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为1g/L的氨水溶液、37.5g2,4,5-三氟苯甲酸和0.94g铜粉，开搅拌，升温至240℃脱羧反应3h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯26.0g，产品经HPLC分析纯度为99.4％，收率为92.4％。实施例3在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、60.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和2.00g氧化亚铜，开搅拌，升温至250℃脱羧反应0.75h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯43.5g，产品经HPLC分析纯度为99.1％，收率为93.8％。实施例4在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、60.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和2.00g氧化亚铜(氧化亚铜为示例3中回收所得)，开搅拌，升温至250℃脱羧反应0.75h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯42.7g，产品经HPLC分析纯度为99.0％，收率为92.1％。实施例5在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为0.5g/L的氨水溶液、50.0g2,4,5-三氟苯甲酸和1.67g氧化亚铜，开搅拌，升温至250℃脱羧反应2h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯34.8g，产品经HPLC分析纯度为99.0％，收率为92.8％。实施例6在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、75.0g2,4,5-三氟苯甲酸和2.50g氧化铜，开搅拌，升温至260℃脱羧反应1.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯51.2g，产品经HPLC分析纯度为99.2％，收率为91.0％。实施例7在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、75.0g2,4,5-三氟苯甲酸和2.50g氧化铜(氧化铜为示例6中回收所得)，开搅拌，升温至260℃脱羧反应1.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯50.9g，产品经HPLC分析纯度为98.8％，收率为90.6％。实施例8在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为5g/L的氨水溶液、75.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和1.88g氧化亚铜，开搅拌，升温至260℃脱羧反应0.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯52.9g，产品经HPLC分析纯度为98.8％，收率为91.2％。实施例9在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、60.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和2.00g氧化铜，开搅拌，升温至240℃脱羧反应1.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯41.0g，产品经HPLC分析纯度为99.2％，收率为88.4％。实施例10在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为0.5g/L的氨水溶液、50.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和1.25g氧化亚铜，开搅拌，升温至240℃脱羧反应1.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯35.2g，产品经HPLC分析纯度为98.9％，收率为91.0％。实施例11在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为2g/L的氨水溶液、60.0g2,4,5-三氟苯甲酸和2.00g铜粉，开搅拌，升温至260℃脱羧反应1.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯42.7g，产品经HPLC分析纯度为98.9％，收率为94.9％。实施例12在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为4g/L的氨水溶液、75.0g2,4,5-三氟苯甲酸和3.75g铜粉，开搅拌，升温至270℃脱羧反应0.75h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯51.6g，产品经HPLC分析纯度为99.2％，收率为91.7％。实施例13在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为4g/L的氨水溶液、100.0g2,4,5-三氟苯甲酸和5.00g氧化亚铜，开搅拌，升温至280℃脱羧反应0.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯68.5g，产品经HPLC分析纯度为99.3％，收率为91.3％。实施例14在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为1g/L的氨水溶液、42.8g2,3,4,5-四氟苯甲酸和1.07g铜粉，开搅拌，升温至220℃脱羧反应3h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯30.3g，产品经HPLC分析纯度为99.0％，收率为91.6％。实施例15在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为5g/L的氨水溶液、50.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和1.67g铜粉，开搅拌，升温至240℃脱羧反应1.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯36.5g，产品经HPLC分析纯度为99.1％，收率为94.4％。实施例16在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为2g/L的氨水溶液、42.8g2,3,4,5-四氟苯甲酸和2.14g氧化亚铜，开搅拌，升温至230℃脱羧反应2.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯29.9g，产品经HPLC分析纯度为99.0％，收率为90.3％。实施例17在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为1g/L的氨水溶液、50.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和2.50g氧化铜，开搅拌，升温至230℃脱羧反应2.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯34.6g，产品经HPLC分析纯度为98.8％，收率为89.5％。实施例18在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为2g/L的氨水溶液、75.0g2,4,5-三氟苯甲酸和1.88g氧化亚铜，开搅拌，升温至260℃脱羧反应1.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯52.6g，产品经HPLC分析纯度为98.9％，收率为93.5％。实施例19在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为1g/L的氨水溶液、42.8g2,4,5-三氟苯甲酸和1.07g氧化铜，开搅拌，升温至250℃脱羧反应2.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯28.5g，产品经HPLC分析纯度为98.7％，收率为88.8％。实施例20在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、50.0g2,4,5-三氟苯甲酸和1.25g铜粉，开搅拌，升温至250℃脱羧反应2.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯35.0g，产品经HPLC分析纯度为99.2％，收率为83.3％。实施例21在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、50.0g2,4,5-三氟苯甲酸和1.25g铜粉(铜粉为示例20中回收所得)，开搅拌，升温至250℃脱羧反应2.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,4-三氟苯34.4g，产品经HPLC分析纯度为99.2％，收率为91.6％。实施例22在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为2g/L的氨水溶液、100.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和2.50g氧化铜，开搅拌，升温至250℃脱羧反应1.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯68.5g，产品经HPLC分析纯度为99.3％，收率为88.6％。实施例23在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为10g/L的氨水溶液、150.0g2,3,4,5-四氟苯甲酸和7.50g铜粉，开搅拌，升温至250℃脱羧反应1h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到1,2,3,4-四氟苯106.5g，产品经HPLC分析纯度为98.7％，收率为91.8％。实施例24在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为4g/L的氨水溶液、50.0g五氟苯甲酸和1.67g氧化亚铜，开搅拌，升温至150℃脱羧反应0.5h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到五氟苯35.6g，产品经HPLC分析纯度为99.0％，收率为89.8％。实施例25在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为3g/L的氨水溶液、60.0g五氟苯甲酸和1.50g铜粉，开搅拌，升温至180℃脱羧反应0.25h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到五氟苯45.0g，产品经HPLC分析纯度为99.2％，收率为94.6％。实施例26在500mL间歇式高压反应釜中加入300g氨浓度为2g/L的氨水溶液、75.0g五氟苯甲酸和3.75g氧化铜，开搅拌，升温至200℃脱羧反应0.1h；脱羧反应完成后，打开排气阀卸压，回收釜内的氨气；降温至室温，过滤回收催化剂，滤液静置后液-液分层得到有机相和水相，有机相经精馏后得到五氟苯54.1g，产品经HPLC分析纯度为98.9％，收率为91.0％。