CN104610066B - 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US3524879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%。OlahG.A.等(JournalofOrganicChemistry1995,60,7348-7350)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(US8575360)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)/%:C39.46(39.34),H1.15(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)/%:C26.53(26.37),H0.12(0.00),N10.35(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pH5,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)/%:C30.68(30.51),H0.91(0.85),N11.75(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 (1)
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: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;
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。
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