CN106748796B - 制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备1,5‑二氟‑2,4‑二硝基苯的方法。该方法以间二氟苯为起始原料，在浓硫酸和发烟硝酸的混合体系下，经硝化反应制得1,5‑二氟‑2,4‑二硝基苯。本发明的合成过程十分简便，反应条件温和，原材料便宜易得，制备过程中副产物较少，产率较高，且不需要重结晶操作即可得到较高纯度的产品，可进行工业化生产。

Description

制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法
技术领域
本发明涉及化合物的制备方法，具体涉及利用硝化间二氟苯得到1,5-二氟-2,4-二硝基苯的制备方法。
背景技术
1,5-二氟-2,4-二硝基苯是合成除草剂丙炔氟草胺的一个重要的中间体，可经醚化、加氢还原合环、及依次与溴丙胺和酸酐反应得到丙炔氟草胺。同时，由于其结构中含有两个硝基和两个氟基，硝基为含能基团，而氟基则可进一步修饰为其他的含能基团，因此1,5-二氟-2,4-二硝基苯也是能够广泛应用于含能材料领域的一种中间体。
目前，由于合成路径复杂、产品的纯度较低，产率也较低，限制了其在工业上的运用。已经报道的1,5-二氟-2,4-二硝基苯的合成方法有如下三种方法：
日本专利JP87114939中表述的利用1,5-二氯-2,4-二硝基苯氟化制得1,5-二氟-2,4-二硝基苯，但这种方法利用的是氟化钾和氟化钙组成的混合物为氟化试剂，反应要求在无溶剂下进行，搅拌十分困难，原料难以充分反应，反应时间也比较长，产率较低，仅为32％。此外原料还很容易堵塞冷凝管造成冲料危险，因此并不适宜工业化大生产。
潘忠稳等在应用化工,33(3):22-23,2004中对上述方法进行了改良，首先利用N,N-二甲基甲酰胺将1,5-二氯-2,4-二硝基苯进行溶解，然后加入过量的无水氟化钾在110℃-115℃下反应4h，当原料1,5-二氯-2,4-二硝基苯的含量小于1％时即可终止反应，过滤并用N,N-二甲基甲酰胺进行洗涤，滤液还需进行减压蒸馏、洗涤和重结晶等操作。由于副产物1-氯-5-氟-2,4-二硝基苯的产生，使得最终目标产物的收率为85％，纯度仅为90％。而反应过程中一旦有水存在，产物就会分解。此外，整个后处理过程相对较为繁琐，尤其是需要对高沸点的N,N-二甲基甲酰胺进行蒸馏操作，造成了能源和资源的浪费。
Gong等在Organic Letters,14(10):2504-2507,2012中报道了利用间二氟苯硝化制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯。该方法是通过将间二氟苯溶解在浓硫酸中，然后在30min内滴加体积比为1:1的浓硫酸和63％的硝酸混合溶剂进行硝化反应。随着滴加完毕后将混合液移至室温下搅拌1h即可反应完全。在后处理过程中需要利用甲醇进行重结晶操作，由于副反应的发生导致最终得到目标产物的产率为81.3％，因此该反应的原料的利用率并不高，不能满足工业化需求。
中文专利CN101948389和CN15837563分别报道了利用2,4-二氟硝基苯为起始原料，以浓硝酸和浓硫酸的混合物作为硝化试剂制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯，两者的区别在于滴加的顺序和后处理不同。前者操作简单，而后者则需要进行多次的萃取来监测反应的进行。但是，这两种方法均会产生1,3-二氟-2,4-二硝基苯，而该副产物和目标产物由于性质相近，难以分离干净，使得通过这两种方法得到的目标产物的纯度并不高。此外，原料也昂贵不易得，限制了该方法在工业上的应用。
综上所述，现有技术在制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法中存在以下不足：1.工艺较复杂、工业化难度较大；2.原料较贵；3.产品的收率和纯度均较低，且必须利用重结晶操作来提高目标产物的纯度。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明的发明者们开发出一条易于工业化、原料廉价易得、反应收率和产物的纯度较高的1,5-二氟-2,4-二硝基苯的制备方法。
本发明提供了一种制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法，主要包括以下实验步骤：
将发烟硝酸滴加至浓硫酸中，使其混合均匀制得硝化试剂，并控制温度为0℃，然后缓慢滴加间二氟苯，在滴加过程中控制反应温度不超过10℃，滴加完毕后，将体系维持在冰浴中继续搅拌一段时间，随后缓慢升温并继续搅拌直至反应结束提纯，得到1,3-二氟-2,4-二硝基苯。
硝化反应的反应式如下所示：
本发明更进一步的技术方案，所述硝化试剂为质量分数9988％的浓硫酸和质量分数65％-100％硝酸混合物，优选质量分数95％～100％的发烟硝酸和质量分数98％的浓硫酸。
本发明更进一步的技术方案，在所述的混合硝化试剂中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为2：3～3：1，优选为1：1～2：1。
本发明更进一步的技术方案，在所述的混合硝化试剂中的浓硝酸和间二氟苯的物质的量的比为3:1～7:1，优选为4：1～6:1。
本发明更进一步的技术方案，在所述的硝化反应中，滴加顺序应当是先将浓硝酸滴加至浓硫酸中，待发烟硝酸在浓硫酸中完全溶解后才开始逐渐往该混合溶剂中滴加间二氟苯。
本发明更进一步的技术方案，在所述的硝化反应中，保持反应温度在-5～10℃时需持续搅拌2～5h后才能进行升温操作，最优为3～4.5h。
本发明更进一步的技术方案，而在升温时，控制反应温度为15～70℃，优选为25～40℃。
本发明更进一步的技术方案，提纯方法为：待反应完毕后，将反应混合物慢慢倒入搅拌的冰水中，可析出大量的淡黄色固体，过滤并依次用溶剂和蒸馏水进行反复洗涤，直至呈中性。在空气中干燥。
本发明更进一步的技术方案，在洗涤过程中，判断洗涤是否完全的标准是滤饼的PH值的范围为6～7，最优为pH＝7。
本发明更进一步的技术方案，在洗涤过程中，先可以使用的溶剂可为石油醚、正戊烷、正己烷、环己烷等非极性溶剂，最佳为正己烷。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点如下：
本发明与现有技术相比，具有以下的优点：1、该工艺简单且整个流程较短、反应的条件比较温和；通过选取恰当的反应物的滴加顺序、硝化试剂的类别及用量、控制反应温度及反应时间来提高产品的收率和纯度，从而最大化的避免了副产物的生成。2、该方法制备的目标产物的收率达到95％以上，纯度超过98％；原料廉价易得，生产成本低，能够应用于下一步的工业化生产。
具体的实施方式
下面结合实施例，对本发明进行说明，但本发明并不受限于下述实施例。
实施例1
在磁力搅拌下，向1000mL反应瓶中加入98％的浓硫酸220mL，用冰水浴完全冷却后，慢慢加入220mL(5.0mol)的95％发烟硝酸，即硝化试剂中浓硫酸和浓硝酸的体积比为1：1。待发烟硝酸加完后，在冰水浴下继续搅拌15min后(发烟硝酸在硫酸中完全溶解)，再缓慢滴加114g(1.0mol)的间二氟苯(滴加过程中体系的温度不超过10℃)，滴加完毕后，将体系维持在冰水浴下继续搅拌3h。然后逐渐升高反应温度至室温后并继续搅拌。利用TLC小板监测反应，其中展开剂为乙酸乙酯：石油醚＝1：20，此时Rf＝0.6，观察到该反应在20h后原料点消失，此时反应结束。将反应液小心并缓慢倒入搅拌的冰水中，发现有大量的淡黄色固体析出，待沉淀析出完全后，进行过滤操作，其中滤饼需先用正己烷洗涤两次后，再用蒸馏水反复洗涤至中性，收集滤饼，使之在空气中干燥，得产物米黄色固体1,5-二氟-2,4-二硝基苯193.95g，收率为95.1％，纯度98.2％。
下面为实施例制得1,5-二氟-2,4-二硝基苯的产物表征数据：
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δppm:8.286-8.234(m,1H),7.539-7.465(m,1H).13CNMR(75MHz,DMSO-d6)δppm:156.605-160.439(m,1C),133.705,125.456,110.784-110.073(m,2C).元素分析C6H2F2N2O4(204.09)，实测值为：C 35.27、H 0.98、F18.59、N 13.71；理论值：C35.31、H 0.99、F 18.62、N 13.73、O 31.36。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：加入的浓硫酸的量为440mL，此时浓硫酸的量与浓硝酸的量的体积比为2：1，其他步骤和实施1相同，收率达到了94.5％，纯度为98.0％
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：加入的浓硫酸的量为145mL，此时浓硫酸的量与浓硝酸的量的体积比为2：3，其他步骤和实施1相同，收率达到了91.3％，纯度为96.8％。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于：加入的浓硝酸与间二氟苯的物质的量之比为6:1，即浓硝酸的量为265mL，其他步骤和实施1相同，收率达到了，纯度为95.7％，纯度为98.2％。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于：加入的浓硝酸与间二氟苯的物质的量之比为4:1，即浓硝酸的量为176mL，其他步骤和实施1相同，收率达到了89.4％，纯度为95.7％。
实施例6
本实施例与实施例1不同之处在于：加入的浓硝酸与间二氟苯的物质的量之比为3:1，即浓硝酸的量为132mL，其他步骤和实施1相同，由于硝酸和硫酸的量较少，反应不完全，收率只有84.8％，纯度为93.1％。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于：滴加完毕后，保持在0℃下的反应时间为2h，此时收率为87.7％，纯度为96.6％。
实施例8
本实施例与实施例1不同之处在于：滴加完毕后，保持在0℃下的反应时间为4h，此时收率达到了94.5％，纯度达到了98.9％。
实施例9
本实施例与实施例1不同之处在于：升温后控制反应温度为40℃，此时收率达到了95.0％，纯度为97.8％。
实施例10
本实施例与实施例1不同之处在于：升温后控制反应温度为55℃，此时收率达到了94.7％，纯度为97.2％。
实施例11
本实施例与实施例1不同之处在于：升温后控制反应温度为70℃，此时收率达到了94.0％，纯度为97.1％。
实施例12
本实施例与实施例1不同之处在于，用于洗涤滤饼的溶剂为石油醚，此时收率为92.7％，纯度为97.8％。
实施例1-12的结果见表
虽然以上结合具体实施例详细的描述了本发明，但是本发明的范围不受这些具体施例的限制。本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式而不背离本发明的实质和范围。因此，所有的这些修改和实施方式都在本申请所附权利要求的范围之内。

Claims (1)

1.一种制备1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法，其特征在于，包括以下实验步骤：
在磁力搅拌下，向1000 mL反应瓶中加入浓硫酸220 mL，用冰水浴完全冷却后，慢慢加入220 mL 95%发烟硝酸，即硝化试剂中浓硫酸和发烟硝酸的体积比为1：1；待发烟硝酸加完后，在冰水浴下继续搅拌15 min后，再缓慢滴加114 g的间二氟苯，滴加完毕后，将体系维持在冰水浴下继续搅拌3 h，然后逐渐升高反应温度至室温后并继续搅拌；利用TLC小板监测反应，其中展开剂为乙酸乙酯：石油醚=1：20，此时Rf=0.6，观察到该反应在20 h后原料点消失，此时反应结束；将反应液小心并缓慢倒入搅拌的冰水中，发现有大量的淡黄色固体析出，待沉淀析出完全后，进行过滤操作，其中滤饼先用正己烷洗涤两次后，再用蒸馏水反复洗涤至中性，收集滤饼，使之在空气中干燥，得产物米黄色固体1,5-二氟-2,4-二硝基苯，所述的硝化试剂采用质量分数98%的浓硫酸。
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