CN104447401A - 一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法 - Google Patents

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张跃
张霄
严生虎
刘建武
沈介发
辜顺林
马晓明
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Abstract

本发明公开了 一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法 ，属于有机芳香氟化物制备技术领域。开启微波反应器，通电30min后使用，向反应器中依次加入反应物邻氯苯腈，氟化剂，溶剂，催化剂，微波加热，搅拌反应，反应过程中GC跟踪反应，反应结束后将反应液冷却至室温，减压抽滤得到粗产品，粗产品经减压蒸馏得最终产物邻氟苯腈。微波反应器加热功率300W，常压，邻氯苯腈与氟化钾的摩尔比为1:1~5，180~240℃温度下反应，反应时间4~7h，邻氟苯腈收率为75%左右。本发明使用微波技术替代传统加热方式，微波加热属于非脉冲连续加热，能使反应物受热更加均匀，提高反应效率；将KF负载于高表面积载体物质上，提高反应效率。

Description

一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法
技术领域
本发明涉及包含芳香族卤代化合物与碱金属氟化物的卤素交换反应，特别是一种利用微波合成氟代物的方法，属于有机芳香氟化物制备技术领域。
背景技术
有机芳香氟化物是制备含氟生理活性物质的重要原料及中间体，在医药、农药、染料等具有广泛应用。在医药方面，含氟化合物相对其他化合物具有用量少、选择性强、药效高等特点；在染料方面，引入氟原子后，使染物色泽鲜艳、不易褪色等优点。目前邻氟苯腈主要合成路线为：①以邻甲苯胺为原料，经希曼反应制得邻氟甲苯，再经侧链氯化、水解成醛、再成肟, 然后肟脱水生成邻氟苯甲腈。反应方程式如下：
陈红飙，林原斌（陈红飙，林原斌.邻氟苯甲腈的合成[J].化学试剂，2002，24 (2)，103~104）利用此方法成功合成了邻氟苯腈，总收率为34%左右。该方法合成步骤较多，在重氮化时使用氟硼酸具有一定的危险性，氯化过程中无法很好地控制氯代产物。
②以邻氟苯甲酸为原料，与尿素在高温下脱水。反应方程式如下：
该方法需在温度为250℃甚至更高的条件下进行，此时容易造成副反应的发生，反应物料易变成疙瘩状物，不易分离。
③利用卤素交换方法，以邻氯苯腈，氟化钾为原料，在极性非质子溶剂条件下反应，反应方程式如下：
该方法相对于其他两种方法具有原料来源广、易于工业化、操作简单等优点。专利CN1268936A、CN1054970A、CN1054059A、CN1212674A中报道了利用卤素交换方法合成了一系列氟代化合物。微波加热具有加热速度快、加热均匀、节能高效、选择性加热、安全无害等优点。专利CN101591211A公布了利用微波加热替代传统加热方法，利用加压的方式，通过卤素交换方法合成一系列氟代芳香醛酮，可以使反应时间缩短60%，有效减少副反应的发生。
发明内容
本发明提供了一种利用微波卤素交换合成邻氟苯腈的方法，以微波为加热源，聚乙二醇、季铵盐，季鏻盐为催化剂，KF、NaF、KF-CaF2为氟源，在极性非质子溶剂中制备邻氟苯腈，大大缩短反应时间，提高效率。
本发明的技术方案为：一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，按照下述步骤进行：
（1）开启微波反应器，通电30min后使用；
（2）向反应器中依次加入邻氯苯腈，氟化剂，溶剂，催化剂；
（3）以一定功率微波加热至反应温度，搅拌反应一定时间，反应过程中GC跟踪；
（4）反应结束后将反应液冷却至室温，减压抽滤得到粗产品，粗产品经减压蒸馏得最终产物邻氟苯腈。
其中所述步骤（1）所述微波反应器功率自动变化范围为0~1000W，控温范围为室温至300℃，微波功率可随温度自动变频控制、非脉冲微波连续加热。
其中所述步骤（2）中氟化剂有氟化钾、氟化钠、氟化钾-氟化钙，其中氟化钾与氟化钙的摩尔比例为1：0.5~5，原料邻氯苯腈与氟化钾的摩尔比例为1:1~5。
其中所述步骤（2）中溶剂为硝基芳烃，强极性非质子溶剂、离子液体，溶剂与反应物邻氯苯腈的质量比为2~6:1。
其中所述步骤 （2）中硝基芳烃为硝基苯，强极性非质子溶剂为二甲基亚砜、环丁砜、N，N-二甲基丙烯基脲、DMI其中一种或几种混合溶剂。
其中所述步骤（2）中催化剂为季铵盐、季磷盐或PEG，反应物邻氯苯腈与催化剂的摩尔比为1:0.01~0.1。
其中所述步骤（3）中加热温度为180℃~240℃。
其中所述步骤（3）中反应时间为4~7h。
本发明优点：
（1）采用微波反应器加热代替传统加热方法，提高反应效率（2）负载KF，可以增加KF的表面积，加快反应速度。
具体实施方式
实施例1
在微波反应器中依次加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，11.6g（200mmol）KF，20ml环丁砜，2.1g（5mmol）四苯基溴化磷，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下180℃反应4h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.56g，最终产率74.6%。
实施例2
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，8.70g（150mmol）KF，20mlDMPU，0.54g（5mmol）四甲基氯化铵，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下200℃反应5h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.42g，最终产率73.07%。
实施例 3
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，8.70g（150mmol）KF，19mlDMPU，1ml环丁砜，1.08g（10mmol）四甲基氯化铵，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下200℃反应5h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.63g，最终产率75.5%。
实施例4
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，2.90g（50mmol）KF，20ml环丁砜，2.1g（5mmol）四苯基溴化磷，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下210℃反应5h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.60g，最终产率75.4%。
实施例5
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，2.90g（50mmol）KF ，20mlDMPU，1.5g（0.25mmol）PEG6000，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下220℃反应6h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.43g，最终产率73.1%。
实施例6
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，8.70g（150mmol）KF ，20mlDMPU，1.5g（0.25mmol）PEG6000，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下230℃反应6h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.33g，最终产率71.5%。
实施例7
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，8.70g（150mmol）KF，7.8g（100mmol）CaF2，20ml环丁砜，1.5g（0.25mmol）PEG6000，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下240℃反应7h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.54g，最终产率74.5%。
实施例8
在微波反应器中加入6.88g（50mmol）邻氯苯腈，8.70g（150mmol）KF，3.9g（50mmol）CaF2，20mlDMPU，1.5g（0.25mmol）PEG6000，以300W功率加热，GC跟踪反应，原料含量少于5%时结束反应，微波作用下240℃反应7h后停止反应，将反应液冷却至室温，减压抽滤过滤出不溶性固体，滤液经减压蒸馏得产品邻氟苯腈4.56g，最终产率74.6%。

Claims (8)

1.一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于按照下述步骤进行：
（1）开启微波反应器，通电30min后使用；
（2）向反应器中依次加入邻氯苯腈，氟化剂，溶剂，催化剂；
（3）以一定功率微波加热至反应温度，搅拌使反应一定时间，反应过程中GC跟踪；
（4）反应结束后将反应液冷却至室温，减压抽滤得到粗产品，粗产品经减压蒸馏得最终产物邻氟苯腈。
2.根据权利要求1所述一种利用微波卤素交换制备芳邻氟苯腈的方法，其特征在于其中所述步骤（1）所述微波反应器功率自动变化范围为0~1000W，控温范围为室温至300℃，微波功率可随温度自动变频控制、非脉冲微波连续加热。
3.根据权利要求1所述的一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于：氟化剂有氟化钾、氟化钠、氟化钾-氟化钙，其中氟化钾与氟化钙的摩尔比例为1:0.5~5，原料邻氯苯腈与氟化钾的摩尔比例为1:1~5。
4.根据权利要求1所述的一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于：溶剂为硝基芳烃，强极性非质子溶剂、离子液体，溶剂与反应物邻氯苯腈的质量比为2~8:1。
5.根据权利要求4所述的一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于：硝基芳烃为硝基苯，强极性非质子溶剂为二甲基亚砜、环丁砜、N，N-二甲基丙烯基脲、DMI其中一种或几种混合溶剂。
6.根据权利要求1所述的一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于：催化剂为季铵盐、季磷盐或PEG，所述的PEG聚合度在200~20000之间，反应物邻氯苯腈与催化剂的摩尔比为1:0.01~0.1。
7.根据权利要求1所述的一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于：加热温度为180℃~240℃。
8.根据权利要求1所述的一种利用微波卤素交换制备邻氟苯腈的方法，其特征在于：反应时间4~7h。
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