CN108409605A - 一种3,4-二氟苯腈的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种3,4‑二氟苯腈的制备方法，以3,4‑二氯苯腈为原料，氟化钾为氟化试剂，双‑(N,N’‑1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉基)‑氯化铵盐为相转移催化剂，再加入还原剂和分散剂，反应制备3,4‑二氟苯腈。该方法中，氟化反应温度较低，反应时间短，总摩尔收率可达到90％左右，溶剂、催化剂可循环套用，反应中生成的氯化钾经重结晶，成为纯度在99％以上的纯品，可直接销售，降低了生产成本，且此工艺安全环保，三废量小，宜于工业化生产。

Description

一种3,4-二氟苯腈的制备方法

技术领域

本发明属于化工中间体制备领域，具体涉及一种3,4-二氟苯腈的制备方法。

背景技术

3,4-二氟苯腈是制备氰氟草酯的关键中间体，其次还是制备3,4-二氟苯胺、3,4-二氟苯甲酸、3,4-二氟苯三氟化物等化工产品的中间体，可用于农药、医药和含氟液晶材料的合成。目前最重要的是找到最廉价易得的方案来制备3,4-二氟苯腈。

制备氰氟草酯的关键中间体为3,4-二氟苯腈，氰氟草酯具有优良的除草性质，是一个在极低剂量即对杂草呈现很高活性和选择性的稻田芽后除草剂，主要用于防除重要的禾本科杂草，尤其对稗草(包括大龄稗草)、千金子、看麦娘、小康草、马唐、双穗雀稗、狗尾草、牛筋草等有卓越的效果，对稻类作物非常安全，且其具有低毒、低残留的特点。水稻田中千金子危害较严重，而氰氟草酯对4叶期前的千金子表现出极高的杀草活性，其它药剂无法与之相比。

因此，研究3,4-二氟苯腈的合成工艺，降低氰氟草酯的原料成本，推广氰氟草酯在水稻田的应用，对我国农业丰收具有重要意义，当前，制备3,4-二氟苯腈的方法较多。

Toland W E等(The Journal of Organic Chemistry，1958，23)报道了3,4-二氟苯腈的一种合成方法，此路线中，由邻二氟苯经Friedel Crafts反应制得3,4-二氟苯乙酮，再氧化得到的3,4-二氟苯甲酸再经酰氯化、酰胺化和脱水反应制得，制备路线如下：

但是，由于邻二氟苯价格较贵，且需经过五步反应，才能制得3,4-二氟苯腈，路线长不宜工业化。文献中还介绍了3,4-二氟苯甲酸与1,4-二氰基丁烷可反应直接制得3,4-二氟苯腈，但1,4-二氰基丁烷原料难以买到，不宜工业化。

李付刚等(《农药》第47卷第3期)报道了一种以邻二氟苯为原料，经溴化、氰基化反应制得3,4-二氟苯腈的一步法合成方法，路线如下：

该方法以1-溴-3,4-二氟苯为中间体，用氰化亚铜作为氰化试剂，加入相转移催化剂回流反应，将溴原子转化为CN，常压蒸馏出产品，还需要进行精馏得纯品。此路线反应步骤短，但邻二氟苯价格较高，氰化物毒性较大难以工业化。

Hiroshi Suzuki等(The Journal of Fluorine Chemistry，1991,52)报道了由3,4-二氯苯腈经氟交换制备3,4-二氟苯腈的一种合成方法，但在该反应过程中，存在反应温度高、时间长，反应体系聚合、脱卤、焦化现象严重，收率低，生产过程能耗高，污染严重等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3,4-二氟苯腈的制备方法，氟化反应温度较低，反应时间短，总摩尔收率可达到90％左右，溶剂、催化剂和上一批反应残留的二氟苯腈产品及中间体可直接套用，降低了大量生产成本，反应中生成的氯化钾经重结晶，成为纯度在99％以上的纯品，可直接销售，且此工艺安全环保，三废量小，宜于工业化生产。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3,4-二氟苯腈的制备方法，包括以下步骤：

1)向带蒸馏装置的反应器中加入极性非质子性溶剂、无水氯化钾和脱水溶剂，回流分水；

其中，所述极性非质子溶剂是1,3-二甲基咪唑啉酮、环丁砜和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述脱水溶剂是指沸点低于130℃、且不与水混溶的芳香烃类或烷烃类非质子性有机溶剂；

2)分水结束后，蒸馏回收脱水溶剂，向反应体系中加入3,4-二氯苯腈、催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐、分散剂和还原剂，升温至190-220℃反应，15-20分钟后开始精馏出反应产物，4～5小时后反应结束，获得3,4-二氟苯腈产品。

优选地，所述脱水溶剂中的芳香烃类非质子性有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯或氯苯。

优选地，所述脱水溶剂中的烷烃类非质子性有机溶剂为环己烷、正己烷、正庚烷、1,2-二氯乙烷或氯仿。

又，所述分散剂是聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、PEG2000、PEG6000和PEG10000的至少一种；所述还原剂是亚硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代亚硫酸钠和焦亚硫酸钠的一种或多种。

进一步，反应底物3,4-二氯苯腈、氟化钾和催化剂的摩尔比为1：2～3.5：0.03～0.15。

又进一步，反应底物3,4-二氯苯腈和分散剂的重量比为1：0.003～0.05。

又进一步，反应底物3,4-二氯苯腈和还原剂的重量比为1：0.003～0.10。

又进一步，反应底物3,4-二氯苯腈、反应溶剂和脱水溶剂的重量比为1：1～2.5：0.5～1.5。

又，步骤2)中，反应结束后，过滤反应液，收集含有催化剂双-(N-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐的滤液，回收利用；将滤饼耙干，再加水热溶、脱色、过滤，降温、结晶，得氯化钾，纯度在99％以上。

进一步，步骤2)中所述催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐的制备方法为：

a)向干燥的反应容器中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和甲苯，0～5℃温度条件下，滴加三光气的甲苯溶液，滴加结束后，室温反应1～2小时；

b)再于0～5℃条件下，向步骤a)的反应体系中滴加氨-甲苯溶液，滴加结束后，升温至60～80℃反应5～6小时，反应结束后脱除甲苯，得中间体备用；

c)向另一干燥的反应容器中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和甲苯，0～5℃温度条件下，向该反应体系中滴加三光气的甲苯溶液，滴加结束后，室温反应1～2小时；

d)向步骤c)的反应体系中缓慢滴加步骤b)的中间体-三乙胺溶液，滴加完毕后，升温至40～50℃反应8～12小时，过滤除去三乙胺盐酸盐，滤液脱除甲苯得双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐。

本发明在氟化反应中，采用了新型相转移催化剂双-(N-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐，由于该相转移催化剂基团两端咪唑环的作用，其活性中心位阻小，氮正离子容易与氟离子结合转运，从而具有良好的活性，氟化反应体系中加入该相转移催化剂，可以降低反应温度，缩短反应时间、大大减少焦化、聚合等副反应，将反应收率提高至90％左右。

本发明蒸馏获得的3,4-二氟苯腈产品，纯度较高，经过二次精馏，纯度在99％以上，本发明在反应后处理中，回收的含有催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐的滤液，可以直接套用至下一批反应，催化剂套用时先分水再投料，从反应液中回收的催化剂可套用8批次以上，催化剂活性仍保持在85％以上；将滤饼耙干的过程中，可以回收反应溶剂，降低生产成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明中，采用新型相转移催化剂，具有高活性，能够降低反应温度，缩短反应时间、大大减少焦化、聚合等副反应，反应收率提高至90％左右。

2)本发明在氟交换反应中加入还原剂和分散剂，还原剂可以减少催化剂和反应物的氧化、分解，分散剂使反应体系搅拌分散更均匀，在高活性催化剂的基础上，缩短反应时间。

3)本发明后处理得到包含催化剂的滤液可直接套用于下一批反应，套用8次以上，催化剂活性仍能保持在85％以上，减少催化剂的总用量，从而大大降低了原材料成本；废盐滤饼耙干后，再经过重结晶处理，得到含量99％的氯化钾纯品，可直接外销，减少了三废产生，进一步降低成本。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

1.制备催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐

向干燥的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮114g(1mol)和甲苯300g，0～5℃条件下向反应瓶中缓慢滴加三光气100g(0.34mol)甲苯200g溶液，滴加结束后室温反应2小时，而后在0～5℃条件下向该反应体系中缓慢滴加氨(20g，1.18mol)-甲苯100g溶液，滴加结束后，升温至80℃反应6小时，反应结束后脱除甲苯得中间体1,3-二甲基-2-咪唑啉亚胺，备用。

向另一干燥的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮114g(1mol)和甲苯300g，0～5℃条件下向反应瓶中缓慢滴加100g(0.34mol)甲苯200g溶液，滴加结束后室温反应2小时，然后向反应瓶中缓慢滴加上述中间体1,3-二甲基-2-咪唑啉亚胺-三乙胺(101g，1mol)溶液，滴加完毕升温至50℃反应12小时，过滤除去三乙胺盐酸盐，滤液脱除甲苯，得含量为95％的催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐，可直接使用。

2.制备3,4-二氟苯腈

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)300g和无水氟化钾(170g，2.93mol)，再加入甲苯200g回流分水约2小时，待分水结束，将甲苯蒸出回收，用于下一次套用。

向上述反应体系中投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐(8g，0.032mol)、PEG6000(2g)和焦亚硫酸钠(3g)，升温至200～215℃反应4～5小时，同时精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品158g，得到的粗产品经二次精馏得到纯度为的3,4-二氟苯腈产品143g，纯度99％，摩尔收率89.5％。

反应结束后冷却过滤，用DMI淋洗滤饼，收集滤液包含催化剂直接套用下一批投料；滤饼经耙式干燥器耙干回收DMI后，加水热溶，投入2g活性炭脱色、热过滤、滤液再降温结晶回收白色氯化钾结晶产品，干燥后称重120g，纯度在99％以上。

实施例2利用回收的催化剂及溶剂套用(第八次)制备3,4-二氟苯腈

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入实施例1回收的DMI-催化剂溶液(并补加DMI至300g)和无水氟化钾(170g，2.93mol)，再加入甲苯150g回流分水约1小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐(8g，0.032mol)、PEG2000(3g)和焦亚硫酸钠(3g)，升温至200～215℃反应4～5小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品150g，粗产品经二次精馏得到纯度为的3,4-二氟苯腈产品140g，纯度99％，摩尔收率87％。

反应结束后冷却过滤，用DMI淋洗滤饼，收集滤液包含催化剂直接套用下一批投料；滤饼经耙干回收DMI后，加水热溶，投入2g活性炭脱色、热过滤、滤液再降温结晶回收白色氯化钾结晶产品，干燥后称重118g，纯度在99％以上。

实施例3

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)250g和无水氟化钾(170g，2.93mol)，再加入甲苯100g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、实施例1的双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐(40g，0.16mol)、聚丙烯酰胺(10g)和硫代亚硫酸钠(20g)，升温至190～200℃反应5小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品160g，粗产品经二次精馏得到3,4-二氟苯腈产品145g，纯度99％，摩尔收率90％。

反应结束后冷却过滤，用DMI淋洗滤饼，收集滤液包含催化剂直接套用下一批投料；滤饼经耙干回收DMI后，加水热溶，投入2g活性炭脱色、热过滤、滤液再降温结晶回收白色氯化钾结晶产品，干燥后称重115g，纯度在99％以上。

实施例4

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入N-甲基吡咯烷酮(NMP)350g和无水氟化钾(230g，3.96mol)，再加入甲苯150g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐(10g，0.04mol)、十二烷基硫酸钠(5g)和硫代硫酸钠(10g)，升温至200～210℃反应4小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品157g，粗产品经二次精馏得到3,4-二氟苯腈产品146g，纯度99％，摩尔收率90.7％。

反应结束后冷却过滤，用NMP淋洗滤饼，收集滤液包含催化剂直接套用下一批投料；滤饼经耙干回收NMP后，加水热溶，投入1.5g活性炭脱色、热过滤、滤液再降温结晶回收白色氯化钾结晶产品，干燥后称重87g，纯度为99％。

实施例5

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入环丁砜200g和无水氟化钾(160g，2.75mol)，再加入甲苯200g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐(15g，0.05mol)、PEG10000(2g)和焦亚硫酸钠(3g)，升温至200～210℃反应5小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品154g，粗产品经二次精馏得到3,4-二氟苯腈产品141g，纯度99％，摩尔收率88％。

反应结束后冷却过滤，用环丁砜淋洗滤饼，收集滤液包含催化剂直接套用下一批投料；滤饼经耙干回收环丁砜后，加水热溶，投入2g活性炭脱色、热过滤、滤液再降温结晶回收白色氯化钾结晶产品，干燥后称重91g，纯度为99％。

对比例1

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)300g和无水氟化钾(170g，2.93mol)，再加入甲苯100g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)，升温至200～220℃反应12～15小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品42g，粗产品经二次精馏得到纯度99％的3,4-二氟苯腈产品35g，摩尔收率22％。

对比例2

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)300g和无水氟化钾(200g，3.44mol)，再加入甲苯100g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、PEG6000(5g)和焦亚硫酸钠(8g)，升温至200～220℃反应12～13小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品55g，粗产品经二次精馏得到纯度为99％的3,4-二氟苯腈产品50g，摩尔收率31％。

对比例3

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)300g和无水氟化钾(170g，2.93mol)，再加入甲苯150g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐(10g，0.04mol)，升温至200～210℃反应6～8小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品130g，粗产品经二次精馏得到纯度为99％的3,4-二氟苯腈产品120g，摩尔收率74.5％。

对比例4

向干燥带精馏柱的反应瓶中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)300g和无水氟化钾(170g，2.93mol)，再加入甲苯100g回流分水约2小时，待分水结束将甲苯蒸出回收用于下一次套用，再投入3,4-二氯苯腈(200g，1.16mol)、四苯基氯化磷(10g，0.03mol)，升温至200～210反应6～8小时，精馏柱接收3,4-二氟苯腈粗产品130g，粗产品经二次精馏得到纯度为99％的3,4-二氟苯腈产品120g，摩尔收率65％。

Claims (10)

1.一种3,4-二氟苯腈的制备方法，包括以下步骤：

1)向带蒸馏装置的反应器中加入极性非质子性溶剂、无水氟化钾和脱水溶剂，回流分水；

其中，所述极性非质子溶剂是1,3-二甲基咪唑啉酮、环丁砜和N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述脱水溶剂是指沸点低于130℃、且不与水混溶的芳香烃类或烷烃类非质子性有机溶剂；

2)分水结束后，蒸馏回收脱水溶剂，向反应体系中加入3,4-二氯苯腈、催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐、分散剂和还原剂，升温至190-220℃反应，15-20分钟后开始精馏出反应产物，4-5小时后反应结束，获得3,4-二氟苯腈产品。

2.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述脱水溶剂中的芳香烃类非质子性有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯或氯苯。

3.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述脱水溶剂中的烷烃类非质子性有机溶剂为环己烷、正己烷、正庚烷、1,2-二氯乙烷或氯仿。

4.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述分散剂是聚丙烯酰胺、十二烷基硫酸钠、PEG2000、PEG6000和PEG10000的至少一种；所述还原剂是亚硫酸钠、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、硫代亚硫酸钠和焦亚硫酸钠的一种或多种。

5.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，反应底物3,4-二氯苯腈、氟化钾和催化剂的摩尔比为1：2～3.5：0.03～0.15。

6.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，反应底物3,4-二氯苯腈和分散剂的重量比为1：0.003～0.05。

7.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，反应底物3,4-二氯苯腈和还原剂的重量比为1：0.003～0.10。

8.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，反应底物3,4-二氯苯腈、反应溶剂和脱水溶剂的重量比为1：1～2.5：0.5～1.5。

9.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，步骤2)中，反应结束后，过滤反应液，收集含有催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐的滤液，回收利用；将滤饼耙干，再加水热溶、脱色、过滤，降温、结晶，得氯化钾。

10.根据权利要求1所述3,4-二氟苯腈的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述催化剂双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐的制备方法为：

a)向干燥的反应容器中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和甲苯，0～5℃温度条件下，滴加三光气的甲苯溶液，滴加结束后，室温反应1～2小时；

b)再于0～5℃条件下，向步骤a)的反应体系中滴加氨-甲苯溶液，滴加结束后，升温至60～80℃反应4～6小时，反应结束后脱除甲苯，得中间体1,3-二甲基-2-咪唑啉亚胺备用；

c)向另一干燥的反应容器中投入1,3-二甲基-2-咪唑啉酮和甲苯，0～5℃温度条件下，向该反应体系中滴加三光气的甲苯溶液，滴加结束后，室温反应1～2小时；

d)向步骤c)的反应体系中缓慢滴加步骤b)的中间体-三乙胺溶液，滴加完毕后，升温至40～50℃反应8～12小时，过滤除去三乙胺盐酸盐，滤液脱除甲苯得双-(N,N’-1,3-二甲基-2-咪唑啉基)-氯化铵盐。