一种2-氯-4-氟甲苯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种化合物2-氯-4-氟甲苯的制备方法。
背景技术
近年来随着农药、医药、染料等工业的迅速发展,对有机氟化物中间体的需求越来越大,氟苯类化学品得到广泛的应用。2-氯-4-氟甲苯经过光氯化、硝化、溴化、烃化、还原等可合成多种农药中间体。
现有技术是将甲基苯胺在稀盐酸中成盐,滴加亚硝酸钠溶液,然后加入氟硼酸水溶液,滤出水溶性很小的重氮氟硼酸盐,洗涤、低温干燥,然后将干燥的重氮氟硼酸盐程序升温加热,使发生分解反应,逸出氮气和三氟化硼气体,通入水蒸气进行水汽蒸馏,分层、精馏得到氟甲苯产品。
该方法使用盐酸成盐、重氮化,其在热解时容易产生含氯杂质,降低收率;另外重氮氟硼酸盐的热分解是快速的强烈放热反应,操作不当易发生安全风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中存在的重氮化热解反应制备氟化物时杂质多、收率低、热分解时易发生安全风险和收率低的缺陷,而提供了一种重氮化热解反应制备氟化物的方法。采用本发明的制备方法,操作方便、风险可控,产品纯度高、收率高。
本发明提供了一种2-氯-4-氟甲苯III的制备方法,其包括以下步骤:在无水氟化氢溶剂中,将重氮氟化氢盐II进行热分解反应,得到所述的2-氯-4-氟甲苯即可,所述的热分解反应在温度升高的过程中进行,所述温度升高的起点为0℃~15℃,所述温度升高的终点为60~120℃,或所述的热分解反应在温度升高至所述的终点后,保温反应,
在所述的热分解反应中,所述的重氮氟化氢盐II与所述的无水氟化氢投料摩尔比优选为1:2~1:18,进一步优选为1:8~1:18,最优选为1:13~1:18。所述的重氮氟化氢盐II以溶解于所述的无水氟化氢溶剂中为佳。
在所述的热分解反应中,所述的热分解反应升温终点较佳的为,80~120℃,更佳的为80~100℃。
在所述的热分解反应中,所述的热分解反应温度升高的操作以反应不发生安全风险即可;本发明特别优选为0~20℃范围内时每小时升温0.5~5℃,进一步优选0.5~3℃,最优选0.5~1℃;20~120℃范围内时每小时升温1~5℃,进一步优选1~3℃,最优选1~2℃。
在所述的热分解反应中,所述的热分解反应还可包括采用冷凝器回流,本发明特别优选为冷凝器气相出口直径为釜径的1/6~1/5。
在所述的热分解反应中,所述温度升高到所述终点后,较佳的保持温度不变继续反应1h~6h,更佳的为1h~3h,最佳的为2h。
在所述的热分解反应中,反应结束后,所述的2-氯-4-氟甲苯还可以通过后处理步骤进一步纯化。所述的后处理步骤可以包括反应体系分层,得有机层。有机层可用碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏分分层,可得到有机层粗品。有机层精馏可得到产品。
所述的水蒸汽蒸馏和所述的精馏步骤和条件可按本领域常规进行选择。
本发明所述的一种2-氯-4-氟甲苯的制备方法,其还可包括如下步骤:在无水氟化氢溶剂中,将亚硝酸钠与3-氯-4-甲基苯胺氟化氢盐I进行重氮化反应,得到所述的重氮氟化氢盐II即可,
所述的重氮化反应中,较佳的所述的3-氯-4-甲基苯胺氟化氢盐I和/或所述的重氮氟化氢盐II溶解于所述的无水氟化氢溶剂中;所述的氟化氢胺盐I与所述的无水氟化氢投料摩尔比为1:3~1:19,优选1:9~1:19,最优选为1:14~1:19。
所述的重氮化反应中,所述的氟化氢胺盐I与所述的亚硝酸钠投料摩尔比可为本领域常规的,本发明中特别优选为1:1~1:1.1,进一步优选为1:1.03。
所述的重氮化反应中,所述的亚硝酸钠较佳的为分批加入;所述的加入总时间较佳的为4~10h。
所述的重氮化反应中,所述的反应温度为本领域常规的温度,本发明中特别优选为-5~20℃,进一步优选为-5~17℃,最优选为-5~15℃。
所述的重氮化反应中,在加完所述的亚硝酸钠后,优选为保温反应1~3h,进一步优选为保温反应1h。
较佳的,所述的重氮化反应结束后,不经后处理,直接用于所述的热分解反应,制备得到所述的2-氯-4-氟甲苯III。
本发明所述的一种2-氯-4-氟甲苯的制备方法,其还可包括如下步骤:在无水氟化氢溶剂中,将3-氯-4-甲基苯胺与无水氟化氢进行成盐反应,得到所述的3-氯-4-甲基苯胺氟化氢盐I即可,
所述的成盐反应中,所述的3-氯-4-甲基苯胺与所述的无水氟化氢投料摩尔比为本领域中常规的,本发明中特别优选为1:4~1:20,进一步优选1:10~1:20,最优选为1:15~1:20。
所述的成盐反应中,所述的反应温度为本领域常规的温度,本发明中特别优选为5~20℃,进一步优选为5~17℃,最优选为5~15℃。
所述的成盐反应中,所述的3-氯-4-甲基苯胺较佳的为滴加到无水氟化氢中。
所述的成盐反应中,滴加完所述的3-氯-4-甲基苯胺后,较佳的保温反应1~3h,最佳的为2h。
所述的成盐反应结束后,较佳的,不经后处理,直接用于上述的重氮化反应,制备得到所述的重氮化氟化氢盐II;更佳的,所述的3-氯-4-甲基苯胺通过一锅法制备得到所述的2-氯-4-氟甲苯。
在不违背本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:使用相对于底物过量的无水氟化氢代替盐酸与苯胺直接成盐;无水氟化氢溶剂中,使重氮盐反应在充分搅拌下进行,反应更可控和高效;同时使用无水氟化氢溶剂中热解,减少了其它杂质的产生,并且可在充分搅拌状态下热解,温度可控、易操作。后处理水汽蒸馏得到粗品,粗品纯度高、单一杂质<0.2%。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢318g(15.9mol,15eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~80℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至80℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层138g,气象色谱检测纯度为95.5%,精馏得到合格产品124g,收率81.0%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例2
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢424g(21.2mol,20eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~120℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至120℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层138g,气象色谱检测纯度为94.7%,精馏得到合格产品124g,收率81.0%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例3
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢212g(10.6mol,10eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~60℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至60℃并保温2h。保温完毕,降温至30-35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层116g,气象色谱检测纯度为89.4%,精馏得到合格产品98.6g,收率64.4%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例4
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢325g(16.25mol,15.3eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠73.1g(1.06mol,1eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~60℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至60℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层119g,气象色谱检测纯度为88.5%,精馏得到合格产品100.1g,收率65.4%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例5
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢325g(16.25mol,15.3eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠73.1g(1.06mol,1eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~100℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至100℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层140g,气象色谱检测纯度为93.4%,精馏得到合格产品124.3g,收率81.2%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例6
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢424g(21.2mol,20eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠73.1g(1.06mol,1eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~80℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至80℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层141g,气象色谱检测纯度为93.4%,精馏得到合格产品125.1g,收率81.8%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例7
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢424g(21.2mol,20eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~5℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~60℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至60℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层140.9g,气象色谱检测纯度为84.7%,精馏得到合格产品113.5g,收率74.2%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例8
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢212g(10.6mol,10eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~120℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至120℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层128g,气象色谱检测纯度为91.4%,精馏得到合格产品110.0g,收率71.9%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例9
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢318g(15.9mol,15eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~120℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至120℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层141.6g,气象色谱检测纯度为89.9%,精馏得到合格产品121.0g,收率79.1%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.9%。
实施例10
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5),降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢84.8g(4.24mol,4eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1.059mol,1eq),温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠(1.03eq),反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~120℃范围内时,每小时升温1~2℃),温度升至120℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层87.4g,气象色谱检测纯度为89.5%,精馏得到合格产品74.3g,收率48.5%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为99.3%。
对比实施例1
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5)降温至5~7℃,搅拌下,投入无水氟化氢42.4g(2eq),匀速滴加3-氯-4-甲基苯胺150g(1eq),温度控制在5~7℃范围内,约7h滴加完毕,继续保温1h。保温完毕降温至-3~0℃,匀速加入亚硝酸钠73.1g(1.06mol,1eq),反应温度控制在-3~0℃范围内,加料约8h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温0~40℃,加热分解,加热共分以下四个阶段,第一阶段共5小时,控制温度在0~18℃:第1小时控制温度在0~4℃,第2小时控制温度在4~8℃,第3小时控制温度在8~12℃,第4小时控制温度在12~15℃,第5小时控制温度在15~18℃;第二阶段共12小时,控制温度在18~26℃:第1步共2小时控制温度在18~21℃,第2步共2小时控制温度在21~23℃,第3步共4小时控制温度在23~24.5℃,第4步共4小时控制温度在24.5~26℃;第三阶段共8小时,控制温度在26~30℃:第1步共2小时控制温度在26~27℃,第2步共2小时控制温度在27~28℃,第3步共2小时控制温度在28~29℃,第4步共2小时控制温度在29~30℃;第四阶段共5小时,控制温度在30~40℃:第1小时控制温度在30~32℃,第2小时控制温度在32~34℃,第3小时控制温度在34~36℃,第4小时控制温度在36~38℃,第5小时控制温度在38~40℃。保温2h完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,反应体系为树脂状物质,未得到目标产物2-氯-4-氟甲苯。
对比实施例2
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5)降温至5~7℃,搅拌下,投入无水氟化氢42.4g(2eq),匀速滴加3-氯-4-甲基苯胺150g,温度控制在5~7℃范围内,约7h滴加完毕,继续保温1h。保温完毕降温至-3~0℃,匀速加入亚硝酸钠73.1g,反应温度控制在-3~0℃范围内,加料约8h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温(严格控制升温速度:0~20℃范围内时,每小时升温0.5~1℃,20~80℃范围内时,每小时升温1~2℃,80~120℃范围内时,每小时升温),温度升至120℃并保温2h。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,反应体系为树脂状物质,未得到目标产物2-氯-4-氟甲苯。
对比实施例3
将1L反应釜(配备冷凝器,其气相出口直径为釜径的1/6~1/5)降温至20℃以下,搅拌下,投入无水氟化氢318g(15.9mol,15eq),投料完毕降温至5℃以下,滴加3-氯-4-甲基苯胺150g,温度控制在5~15℃范围内,约3h滴加完毕,继续保温2h。保温完毕降温至5℃以下,分批加入亚硝酸钠,反应温度控制在-5~15℃范围内,加料约4h,加毕保温1h。保温后,反应釜程序升温0~40℃,加热分解,加热共分以下四个阶段,第一阶段控制温度在0~18℃,每小时升温0.5~1℃;第二阶段共12小时,控制温度在18~26℃:第1步共2小时控制温度在18~21℃,第2步共2小时控制温度在21~23℃,第3步共4小时控制温度在23~24.5℃,第4步共4小时控制温度在24.5~26℃;第三阶段共8小时,控制温度在26~30℃:第1步共2小时控制温度在26~27℃,第2步共2小时控制温度在27~28℃,第3步共2小时控制温度在28~29℃,第4步共2小时控制温度在29~30℃;第四阶段共5小时,控制温度在30~40℃:第1小时控制温度在30~32℃,第2小时控制温度在32~34℃,第3小时控制温度在34~36℃,第4小时控制温度在36~38℃,第5小时控制温度在38~40℃。保温完毕,降温至30~35℃,分层,有机层加入稀碱中和至PH=7~8,进行水蒸汽蒸馏,馏份室温分层得有机层72.8g,气象色谱检测纯度为89.3%,精馏得到合格产品61.9g,收率40.4%,气象色谱检测所得的2-氯-4-氟甲苯纯度为98.5%。