CN103274929B - 一种2-三氟甲基苯甲酸的制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，该方法包括如下步骤，(1)将2-三氯甲基二氯苄和无水氟化氢在有催化剂的条件下进行氟化反应，得到2-三氟甲基二氯苄，(2)再将2-三氟甲基二氯苄和硝酸反应，经酸性水解及氧化反应后，得到目标化合物2-三氟甲基苯甲酸；本发明的优点，催化剂采用了低毒安全的试剂，氟化反应中不用加其它的溶剂，以过量的氟化氢溶液助溶；水解和氧化二步反应均由硝酸作为反应试剂，使反应后产生的毒气、毒物质减少，水解和氧化使用的硝酸经过简单地加入计算量的发烟硝酸调节浓度之后，便可以多次循环重复利用。

Description

一种2-三氟甲基苯甲酸的制备方法
技术领域
本发明属于化学产品的合成方法技术领域，具体是一种2-三氟甲基苯甲酸的制备方法。
背景技术
2-三氟甲基苯甲酸用于一种新型广谱杀菌剂氟吡菌酰胺的合成。该杀菌剂的化学名称为：N-{2-[3-氯-5-(三氟甲基)-2-吡啶]乙基｝-2-(三氟甲基)苯甲酰胺，可用于葡萄，梨果和核果类水果，蔬菜，大田作物的疾病控制。其分子结构式如下式(II)所示：
分子虚线内框部分之结构来源于2-三氟甲基苯甲酸(I)。
经文献调研，2-三氟甲基苯甲酸(I)有下列几种合成路线：
方法1：
WO2011021492A1描述了通过水解2-三氟甲基二氯苄及其衍生物来制备2-三氟甲基苯甲醛及其衍生物的方法。所生成的醛可再氧化生成对应的苯甲酸。反应式如下：
R＝H，Cl或F
两步反应分开完成，并且在反应过程中生成大量铁泥，难以处理。
方法2：
Journal of Organome tallic Chemistry，157(4)，373-377；1978中描述了
从三氟甲苯制取2-三氟甲基苯甲酸的方法。反应式如下：
该路线第一步采用危险性极大，特别易燃的正丁基锂制取2-三氟甲基苯基锂。由于锂离子在苯环上的飘逸，生成少量的3-三氟甲基苯甲酸和4-三氟甲基苯甲酸异构体。尽管比例很小，但由于物理性质十分相近，很难分离。
方法3：
Organic Reactions(Hoboken，NJ，United States)Vol54，1999中介绍了以经过溴代和引入羧基侧链来合成2-三氟甲基苯甲酸的方法。反应式如下：
第一步溴代反应主要生成间位异构体，邻位数量很少，分离困难。第二步反应要使用剧毒的一氧化碳、高危险的钠氢。此外，要使用无水四氢呋喃作为反应溶剂，使成本大幅度增加。
方法4：
Chemical Communications(Cambride，United Kingdom)48(50)，6292-6294；2012描述了用乙酸银和三苯基磷催化，三氟甲基苯硼酸类化合物和二氧化碳反应合成2-三氟甲基苯甲酸的方法。反应式如下：
该合成方不仅使用价贵的乙酸银和三苯基磷，而且，起始原料要由三氟甲苯经过溴代、锂化和生成硼酸酯三步反应才能制得。
方法5：
Synthesis(3)，477-485；2010中介绍一种从2-三氟甲基苯甲醇直接氧化得到2-三氟甲基苯甲酸的制备方法。反应式如下：
由于2-三氟甲基苯甲醇是从对应的醛或酸还原生成。尽管该方法在化学反应上有价值，但从生产实际出发，不存在任何可能性。
另外，本专利的起始原料是2-三氯甲基二氯苄，它经过选择性氟化生成2-三氟甲基二氯苄。CN102516047A中叙述了采用三氯化锑、五氯化锑或三氟化锑为催化剂完成该氟化反应，这类重金属催化剂对人体和环境有害。并且，在反应结束后必须进行精馏才能得到合格产品，然后用于下一步水解成醛的反应。
从上述各种路线的分析中可以看到这些路线具有明显的缺陷和短处。如起始原料昂贵，反应条件苛刻，要使用特殊的反应试剂，还有一些路线使用了毒性试剂或产生大量的化学废料。有的合成路线要进行3-4步反应，而每步反应之间都要进行分离和纯化。
发明内容
为解决上述现有技术中的缺陷，本发明公开了一种2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，实现一条全新的合成路线，能克服和避免上述劣势、使制备方法高效、安全、几乎无废料产生。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明设计出的2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，该方法包括如下步骤，(1)将2-三氯甲基二氯苄和无水氟化氢在有催化剂的条件下进行氟化反应，得到2-三氟甲基二氯苄，其反应式为
(2)再将2-三氟甲基二氯苄和硝酸反应，经酸性水解及氧化反应后，得到目标化合物2-三氟甲基苯甲酸，其反应式为
所述步骤(1)中氟化氢与2-三氯甲基二氯苄的质量比是0.2～1∶1。
所述步骤(1)中2-三氯甲基二氯苄与催化剂的质量比是1∶0.001～0.01。
所述步骤(1)的催化剂是全氟丙基磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、全氟戊基磺酰氟、全氟庚基磺酰氟和全氟辛基磺酰氟中的任意一种、两种或两种以上。
所述步骤(1)中氟化反应的温度为50～150℃，反应压力为0.8～5.0MPa。
所述步骤(1)氟化反应终止时间的确定方法是，在氟化反应过程中以中间产物2-二氟一氯甲基二氯苄的量作为反应终点，氯化反应过程中将产物通过气相色谱进行检测，当反应体系中2-二氟一氯甲基二氯苄的含量≤1％即为反应时间终点。
所述步骤(1)氟化反应结束后，用氮气吹扫除去过量的氟化氢，然后用碳酸钾水溶液将氟化产物溶液中和至pH6～7。静置后分离出产物2-三氟甲基二氯苄。
所述步骤(2)中2-三氟甲基二氯苄与硝酸的质量比为1∶2～5。
所述步骤(2)中使用的硝酸质量浓度为30％～80％。
所述步骤(2)中水解及氧化反应的温度为50～150℃。
本发明的有益效果是，1、在选择性氟化反应中，采用了低毒，安全的全氟磺酰氟类催化剂(全氟丙基磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、全氟戊基磺酰氟、全氟庚基磺酰氟和全氟辛基磺酰氟)，选择性好，催化剂用量少(只有原料2-三氯甲基二氯苄质量的0.5％左右)，氟化收率高。
2、氟化反应中不用加其它的溶剂，以过量的氟化氢溶液助溶。
3、氟化产物粗品无需进行蒸馏，直接用于下一步水解和氧化反应。
4、水解和氧化二步反应均由硝酸作为反应试剂，两个过程并不需要分离，直接在一个反应器中一次完成。
5、整条工艺路线三步反应中，几乎不产生有害人体的化学品和有害于环境的废物。
6、水解和氧化使用的硝酸经过简单地加入计算量的发烟硝酸调节浓度之后，便可以多次循环重复利用。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步说明本发明内容。
实施例一：在配有搅拌机、温度计的5L不锈钢高压反应釜中，降温至5℃以下，依次加入氟化氢和2-三氯甲基二氯苄，且二者的质量比为0.2∶1，再加入催化剂全氟辛基磺酰氟，2-三氯甲基二氯苄与催化剂的质量比为1∶0.001，升温至80～90℃，控制反应压力2.5-2.8MPa，反应4小时。取样，GC检测，中间产物2-二氟一氯甲基二氯苄含量为0.3％。反应结束用氮气吹扫除去过量的氟化氢，用碳酸钾水溶液中和至pH＝6～7。静置，分离出产物2-三氟甲基二氯苄，含量96.6％，收率94.1％。
氟化的反应式为：
将氟化反应产物2-三氟甲基二氯苄和硝酸反应，经酸性水解及氧化反应后，得到目标化合物2-三氟甲基苯甲酸，其反应式为
所述步骤(2)中2-三氟甲基二氯苄与硝酸的质量比为1∶5。
所述步骤(2)中使用的硝酸质量浓度为30％。
所述步骤(2)中水解及氧化反应的温度为50～60℃。反应结束后，降温至10℃以下，过滤，得到目标产物2-三氟甲基苯甲酸，含量为99.0％，收率95.1％。
实施例二：在配有搅拌机、温度计的5L不锈钢高压反应釜中，降温至5℃以下，依次加入氟化氢和2-三氯甲基二氯苄，且二者的质量比为1∶1，再加入催化剂全氟丁基磺酰氟，2-三氯甲基二氯苄与催化剂的量为1∶0.01，升温至50～60℃，控制反应压力0.8-1.2MPa，反应4小时。取样，GC检测，中间产物2-二氟一氯甲基二氯苄含量为0.2％。反应结束用氮气吹扫除去过量的氟化氢，用碳酸钾水溶液中和至pH＝6～7。静置，分离出产物2-三氟甲基二氯苄，含量为97.5％，收率93.5％。
氟化的反应式为：
将氟化反应产物2-三氟甲基二氯苄和硝酸反应，经酸性水解及氧化反应后，得到目标化合物2-三氟甲基苯甲酸，其反应式为
所述步骤(2)中2-三氟甲基二氯苄与硝酸的质量比为1∶2。
所述步骤(2)中使用的硝酸质量浓度为80％。
所述步骤(2)中水解及氧化反应的温度为70～80℃。反应结束后，降温至10℃以下，过滤，得到目标产物2-三氟甲基苯甲酸，含量99.2％，收率95.8％。
实施例三：在配有搅拌机、温度计的5L不锈钢高压反应釜中，降温至5℃以下，依次加入氟化氢和2-三氯甲基二氯苄，且二者的质量比为0.5∶1，再加入催化剂，催化剂由全氟戊基磺酰氟、全氟庚基磺酰氟和全氟辛基磺酰氟混合组成，2-三氯甲基二氯苄与催化剂的量为1∶0.005，升温至140～150℃，控制反应压力4.5-5.0MPa，反应4小时。取样，GC检测，中间产物2-二氟一氯甲基二氯苄含量为0.5％。反应结束用氮气吹扫除去过量的氟化氢，用碳酸钾水溶液中和至pH＝6～7。静置，分离出产物2-三氟甲基二氯苄，含量97.3％，收率93.7％。
氟化的反应式为：
将氟化反应产物2-三氟甲基二氯苄和硝酸反应，经酸性水解及氧化反应后，得到目标化合物2-三氟甲基苯甲酸，其反应式为
所述步骤(2)中2-三氟甲基二氯苄与硝酸的质量比为1∶3。
所述步骤(2)中使用的硝酸质量浓度为50％。
所述步骤(2)中水解及氧化反应的温度为140～150℃。反应结束后，降温至10℃以下，过滤，得到目标产物2-三氟甲基苯甲酸，含量99.2％，收率95.8％。
本实施例中用到的硝酸，是实施例二中反应后得到的滤液，经分析检测，硝酸含量为41％。补加98％发烟硝酸，使硝酸浓度达到50％。
上述技术方案并未对本发明内容作出任何限制，一切基于本发明实质内容作出的改变，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，(1)将2-三氯甲基二氯苄和无水氟化氢在有催化剂的条件下进行氟化反应，得到2-三氟甲基二氯苄，其反应式为
(2)再将2-三氟甲基二氯苄和硝酸反应，经酸性水解及氧化反应后，得到目标化合物2-三氟甲基苯甲酸，其反应式为
所述步骤(1)的催化剂是全氟丙基磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、全氟戊基磺酰氟、全氟庚基磺酰氟和全氟辛基磺酰氟中的任意一种或两种以上；
所述步骤(1)中2-三氯甲基二氯苄与催化剂的质量比是1∶0.001～0.01；
所述步骤(2)中2-三氟甲基二氯苄与硝酸的质量比为1∶2～5；
所述步骤(2)中使用的硝酸质量浓度为30％～80％。
2.根据权利要求1所述2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氟化氢与2-三氯甲基二氯苄的质量比是0.2～1∶1。
3.根据权利要求1所述2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氟化反应的温度为50～150℃，反应压力为0.8～5.0MPa。
4.根据权利要求1所述2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)氟化反应终止时间的确定方法是，在氟化反应过程中以中间产物2-二氟一氯甲基二氯苄的量作为反应终点，氯化反应过程中将产物通过气相色谱进行检测，当反应体系中2-二氟一氯甲基二氯苄的含量≤1％即为反应时间终点。
5.根据权利要求1所述2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)氟化反应结束后，用氮气吹扫除去过量的氟化氢，然后用碳酸钾水溶液将氟化产物溶液中和至pH6～7，静置后分离出产物2-三氟甲基二氯苄。
6.根据权利要求1所述2-三氟甲基苯甲酸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中水解及氧化反应的温度为50～150℃。
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