CN101321720A - 制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法 - Google Patents

制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法，其特征在于在基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3－0.6摩尔的水存在下在环丁砜中使四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾进行反应。

Description

制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法
技术领域
本发明涉及一种制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法。
背景技术
四氟对苯二甲酸二氟化物可用作农用化学品合成中间体(如EP140482A)。作为制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法是已知的，包括：在无溶剂存在下使四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾反应的方法(如Probl.Organ.Sinteza，Akad.Nauk SSSR，Otd.Obshch.i Tekhn.Khim.(1965)，第105-108页)；在环丁砜、二甘醇二甲醚、二苯砜、硝基苯、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮或苄腈存在下使四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾反应的方法(如EP140482A)；在环丁砜中用杯芳烃作为催化剂使四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾反应的方法(如CN1458137A)等。
发明内容
本发明提供一种制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法，包括在基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3-0.6摩尔的水存在下在环丁砜中使四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾进行反应。
具体实施方式
四氯对苯二甲酸二氯化物可以通过在例如JP2-11571B等中描述的已知方法进行制备。
可使用商业上可得的氟化钾，也可使用利用已知方法获得的氟化钾，如通过将氢氧化钾与氟化氢反应的方法获得的氟化钾。优选使用具有小粒径的氟化钾。优选使用水含量低的氟化钾。优选氟化钾的实例包括通过喷雾干燥法制备的氟化钾。
氟化钾的用量基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物通常为6摩尔或更多。尽管氟化钾的用量没有特殊上限，但从经济角度出发，优选为6-10摩尔。
通常使用商业上可得的环丁砜。尽管环丁砜的用量没有特别限制，但是通常基于1重量份四氯对苯二甲酸二氯化物为0.1-20重量份，优选2-10重量份，更优选3-8重量份。
四氯对苯二甲酸二氯化物和氟化钾的反应在基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3-0.6摩尔的水存在下进行。优选反应在基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3-0.5摩尔的水存在下进行。
四氯对苯二甲酸二氯化物和氟化钾的反应在环丁砜中进行，并且除环丁砜以外可以使用对所述反应呈惰性的有机溶剂。反应优选在不使用对反应呈惰性的所述有机溶剂的情况下进行。对反应呈惰性的所述有机溶剂的实例包括醚溶剂如二噁烷、二甘醇二甲基醚；芳香烃溶剂如甲苯、二甲苯、氯苯和苄腈；脂族烃溶剂如辛烷和癸烷。
反应温度通常为120-200℃。
反应通常在常压下进行，也可在减压下进行。
反应可通过将环丁砜、氟化钾、四氯对苯二甲酸二氯化物和基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3-0.6摩尔的水混合，然后将所得的混合物保持在预定反应温度进行。由于氟化钾具有吸湿性质，因此通常通过将环丁砜与氟化钾混合，通过常规水含量测量装置如卡尔-费休水含量测量装置测量所得混合物中的水含量，基于所得结果调节混合物中的水含量，然后将四氯对苯二甲酸二氯化物和混合物混合来进行反应。
例如，当环丁砜与氟化钾混合获得的混合物中的水含量基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物为0.3-0.6摩尔时，可将该混合物与四氯对苯二甲酸二氯化物混合以进行反应。当环丁砜与氟化钾混合获得的混合物中的水含量基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物低于0.3摩尔时，可将预定量的水加入到该混合物中以使得混合物中的水含量为0.3-0.6摩尔，然后可将四氯对苯二甲酸二氯化物加入到该混合物中以进行反应。当环丁砜与氟化钾混合获得的混合物中的水含量基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物高于0.6摩尔时，可将混合物脱水以使得混合物中的水含量为0.3-0.6摩尔，然后可将四氯对苯二甲酸二氯化物加入到该混合物中以进行反应。脱水处理方法的实例包括：在常压或减压下加热混合物的方法；将可与水形成共沸物的有机溶剂如甲苯和二甲苯与混合物混合，然后加热所得的混合物以共沸物形式除去水的方法等。
反应的进程可通过常规的分析方法例如气相色谱法、高效液相色谱法等进行检测。
在反应完成后，例如可通过在减压下浓缩反应混合物分离四氟对苯二甲酸二氟化物。分离的四氟对苯二甲酸二氟化物例如可通过常规的纯化方法如蒸馏等进一步纯化。
由式(2)所示四氟对苯二甲酸二酯化合物：
Figure A20068004553600061
其中R代表C1-C6烷基(下文简称为四氟对苯二甲酸二酯(2))，可通过将所得的四氟对苯二甲酸二氟化物与式(1)所示醇化合物反应制备：
ROH     (1)
其中R代表与上述相同的含义(下文简称为醇(1))。制备四氟对苯二甲酸二酯(2)的方法将说明如下。
可直接使用由上述四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾反应获得的含有四氟对苯二甲酸二氟化物的反应混合物，也可使用由所述反应混合物中分离出的四氟对苯二甲酸二氟化物。
在醇(1)的式中，R代表C1-C6烷基。C1-C6烷基的实例包括线性、支化链或环状C1-C6烷基，如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、环戊基和环己基。
醇(1)的实例包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、环己醇等。通常使用商业上可得的醇(1)。
醇(1)的用量基于1摩尔的四氟对苯二甲酸二氟化物通常为2摩尔或更多。上限没有特别限制。尽管其过量的部分也可充当溶剂，但实践中其用量基于1摩尔的四氟对苯二甲酸二氟化物为2-50摩尔。
四氟对苯二甲酸二氟化物与醇(1)的反应通常在有机溶剂的存在下进行。有机溶剂的实例包括芳香烃溶剂如甲苯、二甲苯和氯苯；脂族烃溶剂如戊烷、己烷和庚烷；卤代脂族烃溶剂如二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿；醚溶剂如二乙醚和甲基叔丁基醚；和酯溶剂如乙酸乙酯。每种有机溶剂可单独使用或两种以上混合使用。有机溶剂的用量没有特别限制。
当将对反应呈惰性的有机溶剂用于四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾的上述反应中并且直接将所得的反应混合物用于与醇(1)的反应时，反应可在不增加有机溶剂的情况下进行。
由于随着四氟对苯二甲酸二氟化物与醇(1)反应产生作为副产物的氟化氢，因此可进行反应以防止作为副产物产生的氟化氢滞留在反应体系内。进行反应以防止作为副产物产生的氟化氢滞留在反应体系内的方法的实例包括：在碱存在下进行反应的方法；进行反应的同时将惰性气体吹入反应混合物的方法；和在减压下进行反应的方法等。优选在碱存在下进行反应的方法和进行反应的同时将惰性气体吹入反应混合物的方法，更优选包括进行反应的同时将惰性气体吹入反应混合物的方法。
当将惰性气体吹入反应混合物进行反应时，使用的惰性气体可为对于四氟对苯二甲酸二氟化物与醇(1)的反应呈惰性的气体，其实例包括氮气、二氧化碳和空气。惰性气体的吹入速率相对于反应混合物的体积通常为1vol％/min或更高。尽管其上限没有特别限制时，但从操作性的角度来说，优选为30vol％/min或更低。
当反应在碱存在下进行时，所用碱的实例包括叔胺化合物如三乙胺和二异丙基乙基胺；含氮芳香族化合物如吡啶、可力丁和喹啉；碱金属羧酸盐如乙酸钠；碱金属醇盐如甲醇钠和乙醇钠；碱金属氢氧化物如氢氧化钠和氢氧化钾；碱土金属氢氧化物如氢氧化钙和氢氧化镁；碱金属碳酸盐如碳酸钠和碳酸钾；碱金属碳酸氢盐如碳酸氢钠和碳酸氢钾；碱土金属碳酸盐如碳酸钙和碳酸镁；和碱土金属碳酸氢盐如碳酸氢钙和碳酸氢镁。每种碱可单独使用或者可两种以上混合使用。其中，优选至少一种选自含氮芳香族化合物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属碳酸盐和碱土金属碳酸氢盐，更优选至少一种选自碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属碳酸盐和碱土金属碳酸氢盐。
碱的用量基于1摩尔的四氟对苯二甲酸二氟化物通常为2-5摩尔。
当反应在减压下进行时，压力通常为6-100kPa。
四氟对苯二甲酸二氟化物和醇(1)的混合顺序没有特别限制。当反应在碱存在下进行时，该反应优选通过将醇(1)加入到调节到预定反应温度的四氟对苯二甲酸二氟化物与碱的混合物中的方法而实施，或者通过将碱和醇(1)的混合物加入到调节到预定反应温度的四氟对苯二甲酸二氟化物中的方法而实施。当反应在无碱存在下进行时，优选将四氟对苯二甲酸二氟化物加入到醇(1)中。
四氟对苯二甲酸二氟化物与醇(1)反应的反应温度通常为0-100℃。当反应在碱存在下进行时，从抑制副反应的观点考虑，反应优选在0-30℃下进行。
尽管四氟对苯二甲酸二氟化物与醇(1)的反应通常在常压下进行，但反应也可如上所述在减压下进行，也可在加压条件下进行。
反应的进程可通过常规的分析方法例如气相色谱法、高效液相色谱法等进行检测。
在反应完成后，可通过浓缩除去未反应的醇(1)和有机溶剂，然后将所得的浓缩剩余物与水混合进行过滤，分离出结晶形式的四氟对苯二甲酸二酯(2)。作为替代，也可通过将反应混合物、水和必要的水不溶性有机溶剂混合以进行萃取处理，然后通过浓缩所得的有机层分离四氟对苯二甲酸二酯(2)。水不溶性有机溶剂的实例包括芳香烃溶剂如甲苯、二甲苯和氯苯；脂族烃溶剂如戊烷、己烷和庚烷；卤代脂族烃溶剂如二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿；醚溶剂如二乙醚和甲基叔丁基醚；和酯溶剂如乙酸乙酯。溶剂的用量没有特别限制。
当直接将四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾反应获得的上述反应混合物与醇(1)反应时，或者在与醇(1)的反应中使用碱时，固体如衍生自氯化钾或碱的盐通常在反应混合物中析出，可以不除去固体直接分离出四氟对苯二甲酸二酯(2)，或者可以在过滤除去固体后分离出四氟对苯二甲酸二酯(2)。优选通过过滤除去固体后分离四氟对苯二甲酸二酯(2)。
分离出的四氟对苯二甲酸二酯(2)例如可通过常规的纯化方法如结晶、柱色谱法等进一步纯化。
四氟对苯二甲酸二酯(2)的实例包括2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯、2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二乙酯、2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二正丙酯、2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二异丙酯、2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二正丁酯和2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二叔丁酯。
当直接将四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾反应获得的上述反应混合物与醇(1)反应时，在过滤四氟对苯二甲酸二酯(2)晶体获得的滤液中或者在上述萃取过程中与有机层分离的水层中含有环丁砜。环丁砜可通过浓缩滤液或水层除去水而回收。回收的环丁砜可再次用于上述的四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾的反应中。当滤液或水层中含有盐时，通过脱盐或过滤除去盐后回收环丁砜。
实施例
本发明将通过以下实施例进行详细说明，但本发明不限于这些实施例。产率和含量通过气相色谱内标法进行计算。水含量通过使用由HiranumaSangyo Co.Ltd.制造的卡尔-费休电量滴定装置AQ-7进行测量(阳极电解液：Riedel-de Haen GMBH制造的HYDRANAL Coulomat AG；阴极电解液：Riedel-de Haen GMBH制造的HYDRANAL Coulomat CG)。
实施例1
将2.3g的氟化钾(喷雾干燥产品)和8.5g的环丁砜装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中。测量所得混合物中的水含量。基于测量结果，将预定量的水加入到该混合物中以制备水含量为31mg的混合物。将制备的混合物与1.7g的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在155℃的内温下反应4小时，然后在170℃的内温下反应3小时。反应完成后，取出部分溶液用气相色谱-质谱分析，发现生成了作为主要产物的2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二氟化物(M+＝242)，而原料四氯对苯二甲酸二氯化物消失。将反应混合物冷却到室温并加入10g甲醇，将所得的混合物搅拌1小时进行反应。反应完成后，通过过滤除去反应混合物中的固体，并用5mL甲醇洗涤过滤的固体。将滤液和所得的洗涤液混合并浓缩除去甲醇。将20g的水加入到浓缩的剩余物中并通过过滤分离析出的晶体获得1.4g的2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯。所得晶体是湿的，其含量为66.4wt％，产率：70％。
实施例2
将2.3g与上述实施例1中所用的相同的氟化钾和17g的环丁砜装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中，测量所得混合物中的水含量。基于测量结果，将预定量的水加入到该混合物中以制备水含量为32mg的混合物。将制备的混合物与1.7g的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在155℃的内温下反应4小时。反应完成后，将反应混合物冷却到室温并加入5g甲醇以在室温下进行反应1小时。2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯的产率：50％；2，3，5-三氟-6-氯-对苯二甲酸二甲酯的产率：9％；二氟二氯对苯二甲酸二甲酯的产率(三种异构体的总和)：10％；2，3，5，6-四氯对苯二甲酸二甲酯的产率：0％。
实施例3
将2.3g与上述实施例1中所用的相同的氟化钾和8.5g的环丁砜装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中，测量所得混合物中的水含量。基于测量结果，将预定量的水加入到该混合物中以制备水含量为42mg的混合物。将制备的混合物与1.7g的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在145℃的内温下反应3小时。反应完成后，将反应混合物冷却到室温并向其中加入20g的甲苯和1.4g的碳酸钾。将5g的甲醇加入到所得混合物中以在室温下反应1小时。反应完成后，将10g乙酸乙酯加入到反应混合物中进行分析。2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯的产率：52％；2，3，5-三氟-6-氯-对苯二甲酸二甲酯的产率：10％；二氟二氯对苯二甲酸二甲酯的产率(三种异构体的总和)：4％；2，3，5，6-四氯对苯二甲酸二甲酯的产率：0％。
实施例4
将2.3g的氟化钾(粉末)和8.5g的环丁砜装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中，测量所得混合物中的水含量。基于测量结果，将预定量的水加入到该混合物中以制备水含量为30mg的混合物。将制备的混合物与1.7g的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在145℃的内温下反应5小时。反应完成后，将反应混合物冷却到室温并向其中加入5g的甲醇以在室温下反应1小时。反应完成后，将10g乙酸乙酯加入到反应混合物中进行分析。2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯的产率：68％；2，3，5-三氟-6-氯-对苯二甲酸二甲酯的产率：16％；二氟二氯对苯二甲酸二甲酯的产率(三种异构体的总和)：3％；2，3，5，6-四氯对苯二甲酸二甲酯的产率：0％。
比较例1
将480mg与上述实施例1中所用的相同的氟化钾、1.7g的环丁砜和10g的甲苯装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中，将所得混合物加热到130℃的内温，以与甲苯共沸物的形式除去混合物中的水。然后，将混合物保持在140℃的内温直至甲苯不再馏出。将所得混合物冷却到100℃的内温，然后测得水含量为0.2mg(水的浓度：117ppm)。将该混合物与340mg的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在155℃的内温下反应4小时，然后在170℃的内温下反应3小时。反应完成后，将反应混合物冷却到室温并向其中加入5g的甲醇以在室温下反应1小时。反应完成后，将10g乙酸乙酯加入到反应混合物中进行分析。2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯的产率：26％；2，3，5-三氟-6-氯-对苯二甲酸二甲酯的产率：12％；二氟二氯对苯二甲酸二甲酯的产率(三种异构体的总和)：11％；2，3，5，6-四氯对苯二甲酸二甲酯的产率：7％。
比较例2
将2.3g与上述实施例1中所用的相同的氟化钾和8.5g的环丁砜装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中。测量所得混合物中的水含量。基于测量结果，将预定量的水加入到该混合物中以制备水含量为61mg的混合物。将所制备的混合物与1.7g的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在155℃的内温下反应6小时。反应完成后，将反应混合物冷却到室温并向其中加入10g的甲醇以在室温下反应1小时。反应完成后，将30g乙酸乙酯加入到反应混合物中进行分析。2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯的产率：38％；2，3，5-三氟-6-氯-对苯二甲酸二甲酯的产率：3％；二氟二氯对苯二甲酸二甲酯的产率(三种异构体的总和)：5％；2，3，5，6-四氯对苯二甲酸二甲酯的产率：0％。
比较例3
将2.3g与上述实施例1中所用的相同的氟化钾、8.5g的环丁砜和15g的甲苯装入带有回流冷凝器的50mL烧瓶中。将所得混合物加热到130℃的内温，以与甲苯共沸物的形式除去混合物中的水。然后，将混合物保持在140℃的内温直至甲苯不再馏出。将所得混合物冷却到100℃的内温，测量所得混合物的水含量。基于测量结果，将预定量的水加入到该混合物中以制备水含量为20mg的混合物。将所制备的混合物与1.7g的四氯对苯二甲酸二氯化物混合，在155℃的内温下反应4小时，然后在170℃的内温下反应3小时。反应完成后，将部分反应混合物取样并用气相色谱-质谱装置分析，发现生成了作为主要产物的2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二氟化物(M+＝242)，而原料四氯对苯二甲酸二氯化物消失。将反应混合物冷却到室温并向其中加入10g的甲醇，然后将所得的混合物在室温下搅拌1小时进行反应。反应完成后，将反应混合物冷却到室温并向其中加入20g甲苯和1.4g的碳酸钾。然后将5g甲醇加入到所得混合物中以在室温下反应1小时。反应完成后，将10g乙酸乙酯加入到反应混合物中进行分析。2，3，5，6-四氟对苯二甲酸二甲酯的产率：17％；2，3，5-三氟-6-氯-对苯二甲酸二甲酯的产率：29％；二氟二氯对苯二甲酸二甲酯的产率(三种异构体的总和)：41％。
工业实用性
根据本发明，可有利地在工业上制备作为农用化学品合成中间体有用的四氟对苯二甲酸二氟化物。

Claims (7)

1、一种制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法，包括在基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3-0.6摩尔的水存在下在环丁砜中使四氯对苯二甲酸二氯化物与氟化钾进行反应。
2、根据权利要求1的制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法，其中将基于1摩尔四氯对苯二甲酸二氯化物0.3-0.6摩尔的水、环丁砜和氟化钾的混合物与四氯对苯二甲酸二氯化物混合以进行反应。
3、根据权利要求1或2的制备四氟对苯二甲酸二氟化物的方法，其中环丁砜的用量基于1重量份的四氯对苯二甲酸二氯化物为1-20重量份。
4、一种制备式(2)所示四氟对苯二甲酸二酯化合物的方法，
Figure A2006800455360002C1
其中R代表C1-C6烷基，所述方法包括使根据权利要求1-3任一项的方法获得的四氟对苯二甲酸二氟化物与式(1)所示醇化合物反应，
ROH            (1)
其中R代表与上述同样的含义。
5、根据权利要求4的制备四氟对苯二甲酸二酯化合物的方法，其中在进行所述反应的同时将惰性气体吹入到四氟对苯二甲酸二氟化物和式(1)所示醇化合物的反应混合物中。
6、根据权利要求4的制备四氟对苯二甲酸二酯化合物的方法，其中在碱存在下使四氟对苯二甲酸二氟化物与式(1)所示醇化合物进行反应。
7、根据权利要求6的制备四氟对苯二甲酸二酯化合物的方法，其中所述碱为含氮芳香族化合物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属碳酸盐或碱土金属碳酸氢盐。
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