一种制备多氟代芳烃的方法与流程

[0001]
本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种多氟代芳烃的制备方法。


背景技术：

[0002]
含氟化合物常表现出独特的理化特性，这主要是由于氟原子具有以下诸多特性：如在体积上氟是仅次于氢的小原子、具有强电负性、与碳的键合力比氢和氟以外的卤素原子强、氟元素的电子云收束，碳-氟键的键距无柔性，极化率低、与其他物质分子间相互作用的色散力较小，疏水性大，亲油性高等。因此，含氟化合物一般都具有较好的生理活性。在芳香族化合物上引入氟原子，尤其是多个氟原子，能明显改善化合物的稳定性、脂溶性，改变化合物分子的电子效应，提高其生物活性，因此，多氟代芳烃已成为农药、医药和染料工业以及液晶材料的重要原料及中间体，如作为医药和液晶材料中间体的均三氟苯，合成拟除虫菊酯类杀虫剂四氟菊酯和七氟菊酯的中间体四氟苯腈和四氟甲苯，制备氟喹诺酮类药物加替沙星的中间体的四氟苯甲酸以及制备治疗类风湿性关节炎、骨关节炎的药物二氟尼柳的中间体2,4-二氟硝基苯等。
[0003]
在芳香族化合物上引入氟原子的方法有多种，其中balz-schiemann法、hf-重氮化法和卤素交换法相对比较成熟和完善。但是，前两种方法都需要经过先重氮化再氟化的制备过程，制备中需要使用有毒试剂，重氮盐易爆炸，工艺不安全，且路线长，收率低，成本高，工业化使用较少。卤素交换氟化方法具有原料易得、工艺简单、安全的优点，近年来成为合成含氟芳香族化合物的主要工业方法。
[0004]
国内外文献已报道了多氟代芳烃的制备方法，一般都是采用卤素交换法，即用一氯代芳烃为底物，kf为氟代试剂，在相转移催化剂的作用下进行一氟代反应，如均三氟苯采用较昂贵的3,5-二氟氯苯为原料，原料昂贵、不易得，难以低成本实施工业化；也有报道用多氯代芳烃为底物，一步实现多个氯原子氟代的方法，这种方法原料价廉、易得，但由于催化剂的催化性能不够高，难以实现多个氯原子同时都被氟原子取代，因而会产生一氟代芳烃、二氟代芳烃等副产物，这些副产物与产物多氟代芳烃很难分离，需要进行精馏等复杂的后处理，导致工艺复杂，产品纯度不高，不适合工业化生产。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的技术问题是克服现有制备式(i)所示的多氟代芳烃报道的技术中原料不易得、昂贵、易产生杂质、收率低、操作复杂、工艺安全性差等不利于工业化生产的缺陷，提供一种有效的合成式(i)所示的多氟代芳烃的方法，该方法原料价廉、易得，步骤少、杂质含量低，适合工业化生产。
[0006]
本发明的技术方案概述如下：
[0007]
将式(ii)1,3-二氯代芳烃化合物、氟化钾和溶剂加入反应釜中，再加入甲苯，安装分水装置，加热回流分去体系中少量的水后再加入peg 6000和催化剂，在一定的温度下反应一定时间，后处理后即制得式(i)所示的多氟代芳烃。
[0008]
合成路线为：
[0009]
所述反应物中，r1、r2、r3为氢、氯；r4为氢、羧基、硝基、氰基、甲酰基、乙酰基等；所述产物中，反应物中的r1、r2、r3若为氯，产物中则r1、r2、r3相应为氟，r4不变。
[0010]
所述的催化剂为含双吡唑啉的氯化季铵盐，催化剂的结构为：其中，r5和r6为c1～c4的烷基。
[0011]
该类催化剂制备相对简单，将1,3-二甲基-2-咪唑啉酮与三光气反应得到氯化n,n-二甲基咪唑烷，再将二甲双胍与卤代烃发生烷基化反应后得到烷基化的二甲双胍，将上述得到的两个化合物混合发生缩合反应，缩合产物再与甲醇钠作用，即得到该含双吡唑啉的季铵盐。
[0012]
该类催化剂催化效率高，其用量仅为式(ii)化合物物质的量的2～8％，即能实现多个氯原子同时被氟代。
[0013]
所述的催化剂不用回收，直接循环使用，利用率高，循环使用4次，收率只降低3～5％。
[0014]
所述的加热温度为140～250℃。
[0015]
所述的溶剂为环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、dmf、dmso、dmac、n-甲基吡咯烷酮等非质子极性溶剂，所用的溶剂大多都可循环往复多次使用。
[0016]
通过该方法能将廉价易得的多氯代芳烃底物一步转化为多氟代芳烃，为具有广泛用途的结构多样的多氟代芳烃类化合物的制备提供了一种高效的方法。
具体实施方式
[0017]
下面结合实施具体实施例，进一步说明本发明；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。
[0018]
实施例中所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。
[0019]
实施例1
[0020]
2,3,5,6-四氟苯甲酸的制备
[0021]
反应式为：
[0022]
在装有分水器的反应瓶中依次加入6mol氟化钾、1mol 2,3,5,6-四氯苯甲酸、500ml环丁砜、60ml甲苯。升温搅拌回流分水，待分水结束，打开分水器开关，提高温度将甲苯完全蒸出，蒸出的甲苯可循环使用。稍冷，将反应混合物转移到1.5l反应釜中，然后加入5g peg 6000和0.06mol催化剂，升温至230℃反应18h，反应5h后，开始精馏柱接收2,3,5,6-四氟苯甲酸粗品，得到的粗产品经二次精馏得到纯度为99％的产品，收率：86％。
[0023]
反应结束后，冷却过滤，用环丁砜淋洗滤饼，收集包含催化剂的滤液直接套用下一批投料；滤饼经处理后可回收白色氯化钾产品。
[0024]
实施例2
[0025]
2,3,5,6-四氟苯甲酸的制备
[0026]
在1.5l反应釜中，依次加入0.9mol 2,3,5,6-四氯苯甲酸、450ml实施例1回收的环丁砜、0.01mol催化剂、4g peg 6000、5.5mol氟化钾，升温至230℃反应18h。同时精馏柱接收2,3,5,6-四氟苯甲酸粗品，得到的粗产品经二次精馏得到纯度为99％的产品，收率：85％。
[0027]
反应结束后，冷却过滤，用环丁砜淋洗滤饼，收集包含催化剂的滤液再直接套用下一批投料；滤饼经处理后可回收白色氯化钾产品。
[0028]
实施例3
[0029]
均三氟苯的制备
[0030]
反应式为：
[0031]
在装有分水器的反应瓶中依次加入4.5mol氟化钾、1mol均三氯苯、500ml1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、60ml甲苯。升温搅拌回流分水，待分水结束，打开分水器开关，提高温度将甲苯完全蒸出，稍冷，将反应混合物转移到1.5l反应釜中，然后加入5g peg 6000、0.06mol催化剂，升温至220℃反应24h。反应结束后，常压蒸馏，收集50～120℃的馏分，得到均三氟苯粗品，得到的粗产品经二次常压精馏得到纯度为99％的产品，收率：79％。
[0032]
将精馏后的残留物与第一次蒸馏后的残余物合并，过滤，用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮淋洗滤饼，收集包含催化剂的滤液直接套用下一批投料；滤饼经处理后可回收白色氯化钾产品。
[0033]
实施例4
[0034]
均三氟苯的制备
[0035]
将实施例3回收的包含催化剂的滤液直接用于均三氟苯的制备中，按照实施例2和实施例3的实验过程，得到纯度为99％的产品，收率：78.2％。
[0036]
将精馏和蒸馏后的残余物合并，过滤后得到的包含催化剂的滤液还可以再一次套用下一批投料；滤饼经处理后可回收白色氯化钾产品。
[0037]
实施例5
[0038]
2,4-二氟硝基苯的制备
[0039]
反应式为：
[0040]
在装有分水器的反应瓶中依次加入2.8mol氟化钾、1mol 2,4-二氯硝基苯、400ml1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、60ml甲苯。升温搅拌回流分水，待分水结束，打开分水器开关，提高温度将甲苯完全蒸出，稍冷，将反应混合物转移到1.5l反应釜中，然后加入4.8g peg 6000、0.02mol催化剂，升温至140℃反应3h，反应1.5h后，开始精馏柱接收2,4-二氟硝基苯粗品，得到的粗产品经二次精馏得到纯度为99％的产品，收率：93％。
[0041]
反应结束后，冷却过滤，用1,3-二甲基-2-咪唑啉酮淋洗滤饼，收集包含催化剂的滤液直接套用下一批投料；滤饼经处理后可回收白色氯化钾产品。