CN106631886B - 2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及2‑硝基‑4‑三氟甲基苯腈的制备方法，该方法以3‑硝基‑4‑氯三氟甲苯和氰化试剂为原料，在金属溴化物和氰化亚铜的作用下反应，即得所述2‑硝基‑4‑三氟甲基苯腈。所述氰化试剂选自亚铁氰化盐中的至少一种。该方法以价廉易得的金属溴化物作为活化剂，以氰化亚铜作为催化剂，能够获得与溴化镍相同的催化产率，可显著降低企业的生产成本。同时，以几乎无毒的亚铁氰化盐进行氰化反应能够实现反应试剂的无毒化，符合绿色环保的要求，有利于工业化的实现。

Description

2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法。
背景技术
2-硝基-4-三氟甲基苯腈是一种特殊的芳香族氟化合物，是医药、农药等多种化合物的中间体。在医药方面，是合成治疗血糖过低、止痛、降血压等药物的中间体；WO2011106414，WO2005075425，WO2011112731，WO2010055005，WO2010030785，WO2003101985，US4307113，WO2003080578，WO2002066469，WO2011106414。在农药方面，属高效、低毒、低用量农药中间体，2-硝基-4-三氟甲基苯腈可用于制备烯醇衍生物用作除草剂(异恶唑草酮，磺酰草吡唑等)，对具有抗药性的杂草的防治效果特别优良；在芳香环中引入三氟甲基合成的除草剂，为荷尔蒙型选择性芽后除草剂，专门用于防治阔叶性杂草，是当前除草剂领域开发研究的主要方向。Murray Hauptschein等J.Am.Chem.Soc.1954,76,1051-1054；US 4781750，US 4868333，US 5474998A，US 6635780B1。
目前2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备基本都是由4-卤代-3-硝基三氟甲苯与氰化试剂在催化剂的存在下反应合成。CN1359372A中采用4-氟-3-硝基三氟甲苯为原料制备2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈，反应的转化率，选择性，产率都很差，原料价格昂贵，根本不适合工业化生产。
以4-溴-3-硝基三氟甲苯为原料，反应的选择性及产率都较高，但是原料市场供应稀少，价格昂贵，生产成本也比较高。以4-氯-3-硝基三氟甲苯为原料，原料廉价易得，反应的转化与选择性都不高，产率很低，也不适合工业化生产。
CN101585783A采用了溴化镍为催化剂，反应的转化率与选择性达到了95％以上。但是溴化镍价格昂贵(RMB40万/吨)，使得工艺成本仍然很高，不适合工业化生产。
此外，这些方法都使用了高毒的氰化试剂作为氰化剂，比如：氰化亚铜、氰化钾和氰化钠等，或者它们的混合试剂，并且其中因氰化亚铜的效果理想而优选氰化亚铜。但氰化亚铜不仅价格昂贵，而且作为一种剧毒试剂，对操作者和环境都存在较大的危险性，工业化相对困难。
因此，提供新的2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法很有必要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷和不足，提供2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法，该制备方法以3-硝基-4-氯三氟甲苯和氰化试剂为原料，在金属溴化物和氰化亚铜的作用下反应，即得所述2-硝基-4-三氟甲基苯腈。
上述反应的反应方程式为：
优选地，所述氰化试剂为亚铁氰化盐，进一步优选为亚铁氰化钾、亚铁氢化钠中的至少一种。
优选地，所述氰化试剂与3-硝基-4-氯三氟甲苯的摩尔比为(0.11-0.2)：1。
优选地，所述金属溴化物选自溴化钠、溴化钾中的至少一种。
优选地，所述金属溴化物与3-硝基-4-氯三氟甲苯的摩尔比为(0.05-0.3)：1。
优选地，氰化亚铜与3-硝基-4-氯三氟甲苯的摩尔比为(0.01-0.5)：1。
优选地，所述反应的温度为110-200℃，进一步优选为150-170℃。
优选地，所述反应在溶剂中进行，所述溶剂选自二甲苯，苯甲腈，N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲砜、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇中的至少一种。
进一步优选地，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或N,N-二甲基乙酰胺。
优选地，所述反应在惰性气体保护下进行。
优选地，所述制备方法还包括对反应后的反应液进行后处理的步骤，所述后处理具体为：过滤反应液回收金属溴化物和氰化亚铜，减压蒸馏所得滤液，收集目标产物即得2-硝基-4-三氟甲基苯腈纯品。
作为本发明优选的方案，2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法为：惰性气体保护下，将3-硝基-4-氯三氟甲苯、氰化亚铜、金属溴化物、亚铁氰化盐加入到反应溶剂中，于150-170℃反应至原料消耗完全，减压蒸馏收集目标产物，即得。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，即得本发明各较佳实例。
本发明涉及到的原料和试剂均可市购获得。
本发明的积极进步效果在于：
(1)该工艺操作简单，有助于工业化生产，且产品收率高于90％，产品纯度高于97％。
(2)本发明以价廉易得的溴化钠或溴化钾为活化剂，氰化亚铜作为催化剂，能够获得与溴化镍相同的催化产率，并且，活化剂与催化剂可回收套用，套用三次后产品的收率仍可达88％，纯度可达97％；同时，溴化钠或溴化钾的价格只有溴化镍的二十分之一，可显著降低企业的生产成本。
(3)本发明使用亚铁氰化盐作为氰化试剂，一方面，亚铁氰化钠不论是单价还是单位氰根的耗费都低于氰化钠，经过计算，使用亚铁氰化钠为氰化试剂时，平均每提供1摩尔的氰根需要耗费0.7￥，而使用氰化钠为氰化试剂时，平均每提供1摩尔的氰根需要耗费1￥，即采用亚铁氰化钠为氰化试剂能够降低企业成本；另一方面，亚铁氰化盐的毒性可以与氯化钠相提并论，甚至亚铁氰化钾盐可以作为食品添加剂使用，如添加到食盐中作为拮抗剂。因此，使用亚铁氰化盐进行氰化反应能够实现反应试剂的无毒化，降低的工艺成本，符合绿色环保的要求，有利于工业化的实现。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中涉及的操作如无特殊说明，均为本领域常规技术操作。
实施例1
2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法，包括如下步骤：
(1)氮气保护下，取氰化亚铜(9g，0.1mol，0.1eq)，亚铁氰化钠(51g，0.17mol，0.17eq)，4-氯-3-硝基三氟甲苯(225.6g，1mol，1eq)，溴化钠(10.3g，0.1mol，0.1eq)于反应瓶，加入400mL无水DMAC，升温至内温160℃，搅拌反应6小时，取样进行液相检测，原料转化率>99％，停止反应，将反应体系过滤，残渣直接进行第二次套用；
(2)减压蒸馏滤液，收集150-154℃/18mmHg下的馏分195g，收率为90.5％，纯度为98.2％。
实施例2
2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法，包括如下步骤：
(1)氮气保护下，直接向实施例1中反应后过滤固体中加入400mL无水DMAC，亚铁氰化钠(51g，0.17mol，0.17eq)，4-氯-3-硝基三氟甲苯(225.6g，1mol，1eq)于反应瓶中，升温至内温160℃，搅拌反应6小时，取样进行液相检测，原料转化率>99％，停止反应，将反应体系过滤，过滤残渣进行第三次套用；
(2)减压蒸馏滤液，收集150-154℃/18mmHg下的馏分193g，收率为90％，纯度为97.5％。
实施例3
2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法，包括如下步骤：
(1)氮气保护下，直接向实施例2中反应后过滤固体中加入400mL无水DMAC，亚铁氰化钠(51g，0.17mol，0.17eq)，4-氯-3-硝基三氟甲苯(225.6g，1mol，1eq)于反应瓶中，升温至内温160℃，搅拌反应6小时，取样进行液相检测，原料转化率>99％，停止反应，将反应体系过滤；
(2)减压蒸馏滤液，收集150-154℃/18mmHg下的馏分190g，收率为88％，纯度为97％。
实施例4
2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法，包括如下步骤：
(1)氮气保护下，取氰化亚铜(18g，0.2mol，0.2eq)，亚铁氰化钾(72g，0.17mol，0.17eq)，4-氯-3-硝基三氟甲苯(225.6g，1mol，1eq)，溴化钠(20.6g，0.2mol，0.2eq)于反应瓶，加入400mL无水DMF，升温至内温160℃，搅拌反应6小时，取样进行液相检测，原料转化率>99％，停止反应；
(2)减压蒸馏上述反应液，收集150-154℃/18mmHg下的馏分194g，收率为90％，纯度为97.2％。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.2-硝基-4-三氟甲基苯腈的制备方法，其特征在于：以3-硝基-4-氯三氟甲苯和氰化试剂为原料，在金属溴化物和氰化亚铜的作用下反应，即得所述2-硝基-4-三氟甲基苯腈；
所述氰化试剂为亚铁氰化钾、亚铁氰化钠中的至少一种；
所述氰化试剂与3-硝基-4-氯三氟甲苯的摩尔比为（0.11-0.2）：1；
所述金属溴化物选自溴化钠、溴化钾中的至少一种；
所述金属溴化物与3-硝基-4-氯三氟甲苯的摩尔比为（0.01-1）：1；
氰化亚铜与3-硝基-4-氯三氟甲苯的摩尔比为（0.01-0.5）：1；
所述反应在溶剂中进行，所述溶剂选自二甲苯，苯甲腈，N-甲基吡咯烷酮、环丁砜、二甲砜、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇中的至少一种；
反应结束后，过滤反应液回收金属溴化物和氰化亚铜，然后减压蒸馏所得滤液，收集目标产物即得2-硝基-4-三氟甲基苯腈纯品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反应的温度为110-200℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和/或N,N-二甲基乙酰胺。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反应在惰性气体保护下进行。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，制备方法为：惰性气体保护下，将3-硝基-4-氯三氟甲苯、氰化亚铜、金属溴化物、氰化试剂加入到反应溶剂中，于150-170℃反应至原料消耗完全，减压蒸馏收集目标产物，即得。
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