CN106748807B - 一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法 - Google Patents

一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高纯度2‑甲基‑4‑七氟异丙基苯胺制备方法，在反应体系中加入催化剂以稳定反应体系中的全氟自由基，控制邻位和去氟异构体的产生，所述催化剂的脂肪或芳香类硝基化合物，其结构式如下：其中：R1、R2、R3、R4、R5、R6为氢原子、C1‑20烷基、C3‑6环烷基、卤代C1‑20烷基、C1‑20烷氧基、卤代C1‑20烷氧基、C1‑20烷硫基、烷氧基C1‑20、羟基、羟基C1‑20烷基、氨基C1‑20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2‑20全氟烷基；取代基R2至R6在苯环上相同或不同。本发明与现有技术相比，反应体系中加入催化剂后，反应的选择性得到有效提高，杂质得到有效控制。具有较大的实施价值和社会经济效益。

Description

一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法
技术领域
本发明涉及一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法。
背景技术
2-烷基-4-七氟异丙基苯胺在农药、医药、涂料、橡胶和材料领域里有广泛的应用。其中2-甲基-4-七氟异丙基苯胺为氟虫双酰胺的关键中间体。然而在生产过程中其主要副产物为2-甲基-6-七氟异丙基苯胺和2-甲基-4-六氟异丙基苯胺。其中2-甲基-4-六氟异丙基苯胺和2-甲基-4-七氟异丙基苯胺具有相似的物理和化学性质，很难通过简单的蒸馏或重结晶除去。为了后续产品的安全，商业化产品要求其含量<0.2％。因此，开发一种安全、成本低的高纯度2-烷基-4-七氟异丙基苯胺制备方法具有重要的经济价值。
专利US2002/198399和Indian Pat.2010DE00753报道通过锌粉促进或通过光辐射2-甲基苯胺和七氟碘丙烷的反应合成2-甲基-4-七氟异丙基苯胺，七氟碘丙烷成本高，且锌粉会造成较大的污染。而通过光辐射法制备需要特殊装备。CN1257861A报道了保险粉促进的2-甲基苯胺和七氟碘丙烷的反应合成2-甲基-4-七氟异丙基苯胺，但七氟碘丙烷成本高，使得生产成本较高，从而不能工业化推广。
此外，专利US2004/92762、CN102731321A、CN102731317A和JP2003335735报道了通过2-甲基苯胺和七氟溴丙烷的反应合成2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的方法，生产成本大大降低。专利CN102731321A和CN102731317A中提及杂质的含量但未涉及杂质的控制。重复工艺时，和专利工艺一致，我们发现：上述工艺会产生副产物2-甲基-6-七氟异丙基苯胺(>1％)和2-甲基-4-六氟异丙基苯胺(>3％)。如果除去2-甲基-6-七氟异丙基苯胺和2-甲基-4-五氟异丙基苯胺，反应总产率要降低20-30％。
发明内容
本发明的目的是寻找一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法。从而在使用低成本的全氟溴化物或全氟氯化物的基础上，高产率和高纯度地生产合格产品。具有重要的经济价值。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
在反应体系中加入催化剂来稳定反应体系中的全氟自由基，控制邻位和去氟异构体的产生。
催化剂为脂肪或芳香类硝基化合物。催化剂的结构式：
其中：
R1为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R2为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R3为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R4为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R5为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
R6为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基。
取代基R2至R6在苯环上可以相同，也可以不同。
本发明的反应原理如下：
本发明所述制备方法中，可以在密闭体系或非密闭体系中进行
本发明所述反应温度一般控制在-10℃～60℃。
本发明中催化剂的用量为反应底物苯胺1-80％摩尔当量。
本发明中所述反应底物为2-甲基苯胺类似物和七氟异丙基溴或七氟异丙基氯，溴化物或氯化物的用量为反应底物2-甲基苯胺类似物摩尔量的1-1.5倍。
本发明和催化剂兼容的优选引发剂为保险粉，连二亚硫酸锌、连二亚硫酸钾或锌-亚硫酸。本发明在光引发反应的条件下，催化剂和体系兼容。
本发明和催化剂兼容碱的种类可以是无机碱或有机碱类。无机碱为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、磷酸钠、磷酸钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾。有机碱为吡咯、哌啶、三乙胺、吡啶、4-N,N-二甲基吡啶。
本发明和催化剂兼容的相转移催化剂为季铵盐、膦盐、冠醚类化合物。如四丁基硫酸氢铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵等。相转移催化剂的用量为反应底物苯胺1-20％摩尔当量。
本发明所述反应在包含非极性溶剂和水的双相体系中进行。可以使用的溶剂油卤代烷烃类、醚类、醇类、酮类、酰胺类、酯类、腈类和水。优化条件为甲基叔丁基醚和水的双相体系中进行。本发明中水与2-甲基苯胺的重量比为2倍到100倍。本发明中有机溶剂与2-甲基苯胺的重量比为2倍到100倍。其中有机溶剂与水的比例为1倍到50倍。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
反应体系中加入催化剂后，反应的选择性得到有效提高，杂质得到有效控制。上述工艺反应完毕粗品中副产物2-甲基-6-七氟异丙基苯胺含量<1％，2-甲基-4-六氟异丙基苯胺含量<0.2％。通过简单蒸馏可以直接提供合格产品。具有较大的实施价值和社会经济效益。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，下列各实施例中所用试剂均为市购分析纯，所用仪器及设备均系市购常规仪器和设备。
实施例1
三口烧瓶加入10克邻甲基苯胺(93mmol)和200ml水，搅拌。依次加入11.8克碳酸钠(111mmol,1.2当量)、3.15克四丁基硫酸氢铵(9.3mmol,0.1当量)、0.5克硝基甲烷(9.3mmol,0.1当量)和七氟异丙基溴甲基叔丁基醚溶液[含25.4克七氟异丙基溴(102mmol,1.1当量)和200ml甲基叔丁基醚，预先保存在0℃]，搅拌2分钟后加入17.5克保险粉(111mmol,1.2当量)。反应过夜。分出有机相，水层用20ml甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂得到30克粗品，粗产率>100％。对粗产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺1％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺96％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。减压蒸馏得到25克产品，产率96％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.5％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。
比较实施例1
向密闭反应器中加入200ml水和200ml甲基叔丁基醚的液体混合物，再加入10克邻甲基苯胺(93mmol)、31克七氟异丙基溴(125mmol,1.3当量)、23克保险粉(125mmol，1.3当量)、11克碳酸氢钠(130mmol,1.4当量)和4克四丁基硫酸氢铵(12mmol,0.13当量)，将所得混合物在室温下搅拌2小时。分出有机层，水层用200ml乙酸乙酯萃取，萃取液与有机层合并，并依此用2N盐酸水溶液，5％的碳酸钠和饱和氯化钠溶液洗涤，有机层用硫酸钠干燥，过滤后减压蒸出有机溶剂得到25克浅黄色液体，产率97％。产物在酸处理之前对有机层进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.5％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺94.5％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺1.1％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺3.2％。减压蒸馏得到23克产品，产率90％。
比较总结：专利CN102731317A中提到的其它副产物(2-甲基-4-六氟异丙基苯胺)含量为1.9％(我们的重复试验中其含量为3.2％)。而我们试验中，通过催化剂控制，其含量<0.1％。专利中给出的是粗产率，蒸馏提纯后，实际产率为90％。从上可以看出：我们催化剂可以有效控制杂质的生成，同时能有效提高产率。
实施例2
三口烧瓶加入10克邻甲基苯胺(93mmol)和200ml水，搅拌。依次加入11.8克碳酸钠(111mmol,1.2当量)、3.15克四丁基硫酸氢铵(9.3mmol,0.1当量)、2.5克对硝基甲苯(18.6mmol,0.2当量)和七氟异丙基溴甲基叔丁基醚溶液[含25.4克七氟异丙基溴(102mmol,1.1当量)和200ml甲基叔丁基醚，预先保存在0℃]，搅拌2分钟后加入17.5克保险粉(111mmol,1.2当量)。反应过夜。分出有机相，水层用20ml甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂得到30克粗品，粗产率>100％。减压蒸馏得到25.1克产品，产率96.5％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.9％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98.1％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。
实施例3
基本操作同实施例2，不同之处是：反应催化剂为2.5克对硝基苯胺(18.6mmol,0.2当量)。减压蒸馏得到24.3克产品，产率95％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.8％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.9％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.08％。
实施例4
基本操作同实施例2，不同之处是：反应催化剂为3.4克2,4-二硝基苯胺(18.6mmol,0.2当量)。减压蒸馏得到24.5克产品，产率95.8％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.7％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.9％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.08％。
实施例5
三口烧瓶加入10克邻甲基苯胺(93mmol)和200ml水，搅拌。依次加入11.8克碳酸钠(111mmol,1.2当量)、3.15克四丁基硫酸氢铵(9.3mmol,0.1当量)、2.5克对硝基甲苯(18.6mmol,0.2当量)和七氟异丙基氯甲基叔丁基醚溶液[含20.8克七氟异丙基氯(102mmol,1.1当量)和200ml甲基叔丁基醚，预先保存在0℃]，搅拌2分钟后加入17.5克保险粉(111mmol,1.2当量)。反应过夜。分出有机相，水层用20ml甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂得到30克粗品，粗产率>100％。减压蒸馏得到25.1克产品，产率96.5％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.8％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98.2％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.8％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.1％。
实施例6
反应釜中加入50公斤邻甲基苯胺(466mol)和1000升水，搅拌。依次加入59公斤碳酸钠(559mol,1.2当量)、15.7公斤四丁基硫酸氢铵(46.6mol,0.1当量)、12.5克对硝基甲苯(93mol,0.2当量)和七氟异丙基溴甲基叔丁基醚溶液[含127克七氟异丙基溴(512mol,1.1当量)和1000升甲基叔丁基醚，预先保存在0℃反应釜中]，搅拌30分钟后分批加入87.5公斤保险粉(559mol,1.2当量)。气相监控反应，七氟异丙基反应完毕后停止反应。分出有机相，水层用100升甲基叔丁基醚萃取，合并有机层。依次水洗，5％的碳酸钠洗涤。有机相用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸出有机溶剂后减压蒸馏得到125.8公斤产品，产率98.1％。对产品进行气相分析，结果如下：邻甲基苯胺0.8％；2-甲基-4-七氟异丙基苯胺98.1％；2-甲基-6-七氟异丙基苯胺0.7％；2-甲基-4-六氟异丙基苯胺0.08％。
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，本发明还会有各种非实质性的变化和改进，如相转移催化剂还可以是四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵，有机溶剂还可以是氯苯、四氢呋喃、2－甲基四氢呋喃，这些都落入本发明要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法，以为原料，在催化剂、引发剂、与催化剂兼容的碱、与催化剂兼容的相转移催化剂及包含非极性有机溶剂和水的双相体系中进行存在下反应，其特征在于：所述制备方法为在反应体系中加入催化剂以稳定反应体系中的全氟自由基，控制邻位和去氟异构体的产生，所述催化剂的脂肪或芳香类硝基化合物，其结构式如下：
其中：R1、R2、R3、R4、R5、R6为氢原子、C1-20烷基、C3-6环烷基、卤代C1-20烷基、C1-20烷氧基、卤代C1-20烷氧基、C1-20烷硫基、烷氧基C1-20、羟基、羟基C1-20烷基、氨基C1-20烷基、苯基、带一至五个取代基的苯基、苯氧基、带一至五个取代基的苯氧基、苄基、带一至五个取代基的苄基或C2-20全氟烷基；取代基R2至R6在苯环上相同或不同；
所述引发剂为保险粉，连二亚硫酸锌、连二亚硫酸钾或锌-亚硫酸；所述碱包括无机碱或有机碱，无机碱为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、磷酸钠、磷酸钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠或磷酸氢二钾；有机碱为吡咯、哌啶、三乙胺、吡啶或4-N，N-二甲基吡啶；
所述相转移催化剂为季铵盐、膦盐或冠醚类化合物，相转移催化剂的用量为反应底物苯胺摩尔量的1-20％。
2.根据权利要求1所述的高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法，其特征在于：所述制备方法在密闭体系或非密闭体系中进行，反应温度-10℃～60℃，催化剂的用量为反应底物苯胺摩尔量的1-80％。
3.据权利要求1所述的高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法，其特征在于：所述反应底物为2-甲基苯胺类似物和七氟异丙基溴或七氟异丙基氯，溴化物或氯化物的用量为反应底物2-甲基苯胺类似物摩尔量的1-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法，其特征在于：所述季铵盐为四丁基硫酸氢铵、苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十四烷基三甲基氯化铵。
5.根据权利要求1所述的高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为卤代烷烃类、醚类、醇类、酮类、酰胺类、酯类或腈类，水与2-甲基苯胺的重量比为2倍到100倍，有机溶剂与2-甲基苯胺的重量比为2倍到100倍，其中有机溶剂与水的比例为1倍到50倍。
6.根据权利要求5所述的高纯度2-甲基-4-七氟异丙基苯胺制备方法，其特征在于：反应在甲基叔丁基醚和水的双相体系中进行。
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