CN104610066A - 一种2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高分子材料中间体2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法，以3,5-二氯-4-氟硝基苯为原料，经硝基还原、重氮化氟化、硝化、水解制得2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚，精制后含量达到99%以上。该工艺具有操作简单、条件温和、产品收率高、质量好、成本低、三废少的特点，解决了现有技术成本高、三废严重等问题，具有较高的工业化价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料中间体2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法。
背景技术
2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚是合成新型高分子材料的中间体，具有良好的发展前景。文献有关该化合物的合成报道很少，一般以1,2,3,5-四氟苯经硝化、水解制备，如下式所示。
但1,2,3,5-四氟苯由1,3,5-三氯苯经硝化、无水氟化钾氟化、还原和重氮化氟化等步骤制备，如下式所示。
该合成反应步骤繁多，氟化反应需要同时完成三个氯的氟化，反应难以完全，氟化不完全的副产物难以分离。由于氟取代基的吸电子效应，重氮盐的稳定性较低，同时由于氟取代基的位阻效应，重氮化和氟化反应较难、收率较低。这些原因导致1,2,3,5-四氟苯的收率低、成本高、三废严重。此外，1,2,3,5-四氟苯的硝化反应活性较低，需要较为苛刻的反应条件，需要使用强路易斯酸或强质子酸加强路易斯酸，并常需要采用先制备单硝化物，再制备双硝化物的两步硝化法，如US 3524879采用发烟硝酸、三氟化硼、环丁砜体系，实施例3中1,2,3,5-四氟苯单硝化收率88%，实施例13再将单硝化产物进行硝化，收率70%。实施例12直接以1,2,3,5-四氟苯进行双硝化，收率最高仅21%。Olah G.A.等（Journal of Organic Chemistry 1995,60,7348-7350）报道的硝酸、三氟甲磺酸、三氟甲磺酸硼体系，虽然可由1,2,3,5-四氟苯直接制备双硝化产物，且收率达83%，但三氟甲磺酸和三氟甲磺酸硼的用量很大，价格极高，缺乏工业化价值。因此，现有合成2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的方法缺乏工业化价值，严重制约了它的应用。
发明内容
为了克服现有工艺中原料1,2,3,5-四氟苯合成困难、价格高昂，硝化反应条件苛刻、污染严重等缺点，本发明提供了一种低成本的2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法。
本发明的目的是通过下述方案来实现的：一种2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法，依次按下述步骤进行：
第一步
硝基还原反应，将3,5-二氯-4-氟硝基苯溶于甲醇或乙醇，加入甲酸铵溶液和锌粉进行硝基还原反应，经冷却、过滤、脱除溶剂、萃取得到产物3,5-二氯-4-氟苯胺；
所述硝基还原反应，可参照文献方法（US 8575360）进行，还原剂使用锌粉和甲酸铵，溶剂为水和甲醇或水和乙醇，产物收率达95.5%，不经纯化直接用于下一步反应。
第二步
重氮化氟化反应，将第一步所得产物3,5-二氯-4-氟苯胺溶于浓硫酸，滴加亚硝酸钠溶液生成重氮硫酸氢盐，加入氟硼酸钠进行离子交换，制得不溶性的重氮氟硼酸盐；重氮氟硼酸盐经过滤、洗涤、真空干燥后，慢速均匀地加至沸腾的环己烷中分解，脱除溶剂、精馏得到产物2,6-二氯对二氟苯；
上述重氮化采取硫酸和亚硝酸钠法，离子交换使用氟硼酸钠，所得重氮盐不含氯离子，易于洗涤，物料松散，易于干燥，重氮盐的分解采取将物料均匀加入沸腾的环己烷中进行，分解速度易控，产物易分离，产物收率达92%以上，含量达97%以上，不经纯化直接用于下一步反应。
第三步
硝化反应，以第二步所得产物2,6-二氯对二氟苯为原料，三氟醋酐为溶剂和脱水剂，发烟硝酸为硝化剂，一次完成两步硝化，一次重结晶得到含量98%以上的双硝化产物2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯；
上述硝化反应的工艺过程是，先将第二步所得产物2,6-二氯对二氟苯溶于三氟醋酐，滴加发烟硝酸进行硝化，反应温度45-55℃，滴毕保温反应12h，再升温至回流反应4h，冷至室温，加入水，离心甩滤，滤饼水洗至中性，得到粗品，经重结晶得到精品产物2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯，总收率达83%以上，含量达98%以上。
第四步
水解反应，将第三步所得产物2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯在氢氧化钠、甲醇与水或乙醇与水的混合体系中进行水解，酸化、过滤，一次重结晶得到含量99%以上的最终产物2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚。
所述的水解反应在回流条件下进行，经重结晶得到精品产物2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚，总收率达88%以上，含量达99%以上。
所述制备方法的反应式如下所示：
本发明以3,5-二氯-4-氟硝基苯为原料，经硝基还原、重氮化氟化、硝化、水解制得2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚，精制后含量可达到99%以上。该工艺具有合成工艺简单、反应条件温和、产品收率高、质量好、成本低、三废少的特点，避免了文献方法步骤繁琐、成本高昂、三废严重等缺点，具有较高的工业化价值。
具体实施方式
以下实施例所用原料、溶剂等均为工业级产品，未经进一步纯化。含量测定使用气相色谱（GC）或高效液相色谱（HPLC）归一化法。元素分析、质谱（MS）和红外（IR）结构表征分别使用元素分析仪、质谱仪和红外光谱仪。
第一步 3,5-二氯-4-氟苯胺的合成
3,5-二氯-4-氟硝基苯63kg(0.30kmol)和甲醇520kg加入反应釜，搅拌溶解，加入34.6%甲酸铵溶液460kg(2.52kmol)。1h内分六批加入锌粉82.5kg (1.29kmol)，搅拌反应2h，冷至室温，加入硅藻土15kg，搅拌，过滤，滤液减压蒸除大部分甲醇。加入水270kg和乙酸乙酯300kg，搅拌溶解，分出乙酸乙酯层，水层以乙酸乙酯300kg萃取一次。合并的乙酸乙酯层以450kg饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，滤除干燥剂、脱除溶剂得到黄棕色固体产物3,5-二氯-4-氟苯胺51.6kg，收率95.5%，不经纯化直接用于下一步反应。乙醇替代甲醇同样操作，产物收率95%。MS（m/z）：180 [M+H]+。
第二步 2,6-二氯对二氟苯的合成
取第一步所得产物36kg(0.20kmol)溶于40%硫酸250kg，冷至5℃以下，滴加14%亚硝酸钠溶液105kg(0.21kmol)，滴毕保持在5℃以下反应2h，然后滴加20%氟硼酸钠溶液121kg(0.22kmol)，5℃以下搅拌6h，离心甩滤、水洗、真空干燥得到3,5-二氯-4-氟苯重氮氟硼酸盐。将上述3,5-二氯-4-氟苯重氮氟硼酸盐分批均匀地加至回流的120kg环己烷中，产生的三氟化硼回收套用。反应结束后，蒸除溶剂、精馏得到浅褐色液体产物2,6-二氯对二氟苯33.7kg，收率92.1%，含量97.4%（GC），不经纯化直接用于下一步反应。元素分析实测值（计算值）/%：C 39.46（39.34），H 1.15（1.09）。MS（m/z）：183 [M+H]+。
第三步 2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯的合成
第二步所得产物33kg(0.18kmol)和三氟醋酐100kg加入反应釜中，搅拌溶解，升温至50℃，缓慢滴加96%的发烟硝酸45kg(0.68kmol)并保持反应温度45-55℃。滴毕继续保温反应12h，再升温至回流反应4h。冷至室温，加入600kg水，离心甩滤，滤饼水洗至中性，得到褐黄色固体粗产物46.5kg，收率94.7%，HPLC分析显示含2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯94.6%，含3,6-二氟-2,4-二氯硝基苯（即单硝化物）3.8%。乙醇/水重结晶得到黄色晶体41.2kg，重结晶收率88.6%（总收率83.9%），HPLC分析显示含2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯98.6%，含单硝化物低于0.1%。元素分析实测值（计算值）/%：C 26.53（26.37），H 0.12（0.00），N 10.35（10.26）。MS（m/z）：273 [M+H]+。
第四步 2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的合成
第三步所得产物41kg(0.15kmol)和70kg甲醇加入反应釜中，搅拌溶解，分四次加入10%氢氧化钠溶液160kg(0.40kmol)，加毕升温至回流反应8h，得到橙红色浆状液。冷却至室温，浓盐酸中和至pH 5，离心甩滤、真空干燥得到黄色固体粗产物2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚34.2kg，收率96.6%，含量96.7%（HPLC）。乙醇/水重结晶得到黄色结晶31.4kg，重结晶收率91.8%（总收率88.7%），含量99.3%（HPLC）。乙醇替代甲醇得到相近的产品收率和含量。元素分析实测值（计算值）/%：C 30.68（30.51），H 0.91（0.85），N 11.75（11.86）。IR（KBr）/cm-1：3104（C-OH），1635,1573,1506（苯环骨架振动），1471,1455（酚-OH的平面变角振动），1338（C-NO2）。MS（m/z）：237 [M+H]+。
本行业的技术人员应该理解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是为了说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些都落入本发明要求保护的范围内。
Claims (2)
1.一种2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法，依次按下述步骤进行：
第一步
硝基还原反应，将3,5-二氯-4-氟硝基苯溶于甲醇或乙醇，加入甲酸铵溶液和锌粉进行硝基还原反应，经冷却、过滤、脱除溶剂、萃取得到产物3,5-二氯-4-氟苯胺；
第二步
重氮化氟化反应，将第一步所得产物3,5-二氯-4-氟苯胺溶于浓硫酸，滴加亚硝酸钠溶液生成重氮硫酸氢盐，加入氟硼酸钠进行离子交换，制得不溶性的重氮氟硼酸盐；重氮氟硼酸盐经过滤、洗涤、真空干燥后，慢速均匀地加至沸腾的环己烷中分解，脱除溶剂、精馏得到产物2,6-二氯对二氟苯；
第三步
硝化反应，以第二步所得产物2,6-二氯对二氟苯为原料，三氟醋酐为溶剂和脱水剂，发烟硝酸为硝化剂，一次完成两步硝化，一次重结晶得到含量98%以上的双硝化产物2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯；
第四步
水解反应，将第三步所得产物2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯在氢氧化钠、甲醇与水或乙醇与水的混合体系中进行水解，酸化、过滤，一次重结晶得到含量99%以上的最终产物2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚。
2.根据权利要求1所述2,5-二氟-4,6-二硝基间苯二酚的制备方法，其特征是：所述硝化反应，其工艺过程为：将第二步所得产物2,6-二氯对二氟苯溶于三氟醋酐，滴加发烟硝酸进行硝化，反应温度45-55℃，滴毕保温反应12h，再升温至回流反应4h，冷至室温，加入水，离心甩滤，滤饼水洗至中性，得到粗品，重结晶得到含量99%以上的产物2,5-二氟-4,6-二氯间二硝基苯。
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