CN108774155A - 一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3‑氟‑4‑氰基苯酚的制备方法,属于有机化学合成领域,采用2,4‑二氟苯甲腈经取代反应得到2‑氟‑4‑烷氧基苯甲腈,再经水解反应得到3‑氟‑4‑氰基苯酚。本发明能够降低生产成本,提高产品纯度和收率,且具有原料易得、反应条件温和、操作简便、适合大规模工业化生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及化合物的制备方法,尤其是一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,属于有机化学合成领域。
背景技术
3-氟-4-氰基苯酚,英文名称为3-fluoro-4-cya3-fluoro-4-cyanophenol,分子式为C7H4FNO2,分子量为137,密度1.45g/cm3,熔点123~126℃,沸点261℃,闪点126.4℃。3-氟-4-氰基苯酚是一种重要的化工中间体,在精细化学品领域有重要的应用,可作为合成液晶显示材料、医药、农药、香料、油墨的原料或中间体。
目前2,3-二氟苯甲酸的市场价格较高,主要原因在于其工业化生产制备难度大、原料成本高、产品收率低、副产物含量高(主要为2,3-二氟-1,4-苯二甲酸)。现有的合成2,3-二氟苯甲酸的方法所使用的原料和催化剂成本高昂、溶媒毒性和污染性大、反应条件苛刻、工艺复杂、难以实现工业化大规模生产制备。目前关于生产制备方法的文献报道有《河北化工》2005(3):38-38公开的一种制备3-氟-4-氰基苯酚的方法,以间氟苯甲醚为原料,用溴素合成3-氟-4-溴苯甲醚,再用氰化亚铜合成3-氟-4-氰基苯甲醚,最后用三氯化铝脱甲基合成产品3-氟-4-氰基苯酚,其合成路线如下:
该方法存在产品纯度差、收率低(约为70%),对环境污染性大,难以实现工业化生产等缺陷。因此,上述制备工艺中存在的问题成为了制约2,3-二氟苯甲酸开发和应用的主要因素。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,能够降低生产成本,提高产品纯度和收率,且具有原料易得、反应条件温和、操作简便、适合大规模工业化生产的优点。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:采用2,4-二氟苯甲腈经取代反应得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈,再经水解反应得到3-氟-4-氰基苯酚。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述取代反应为将2,4-二氟苯甲腈和溶剂加入反应容器中搅拌,再加入烷基醇钠,在10~30℃下反应3~5小时后得到含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液。
本发明技术方案的进一步改进在于:取代反应时还加入催化剂,催化剂加入量为反应物质量的1~3%,催化剂为β-环糊精或质量比1~5:1的β-环糊精与淀粉的混合物。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述溶剂为四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜或甲基四氢呋喃中的任一种;烷基醇钠分2~4次加入,烷基醇钠类为叔丁醇钠、异丙醇钠、叔戊醇钠或正丁基醇钠中的任一种。
本发明技术方案的进一步改进在于:2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠类的摩尔比为1:1~1.5,溶剂的加入量为反应物质质量的2~4倍。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述水解反应为向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入无机酸,保温10~30℃并缓慢加入2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液,水解3~5小时,然后分液提取,浓缩、结晶,再抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述无机酸为盐酸溶液、硫酸溶液、三氟甲磺酸溶液或甲磺酸溶液中的任一种;无机酸的浓度为25~35%,无机酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:5~10。
本发明技术方案的进一步改进在于:2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液中2-氟-4-烷氧基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4~5。
本发明技术方案的进一步改进在于:浓缩后用甲醇在0~-10℃下进行结晶,甲醇的加入量为2-氟-4-烷氧基苯甲腈质量的3~4倍。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明提供的3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,以2,4-二氟苯甲腈作为初始生产原料合成3-氟-4-氰基苯酚,并对合成路线中各步骤的反应条件进行了优化,是一种成本低、收率高、纯度好、工业化可行性强的合成方法。
本发明取代反应中所使用的催化剂,具有廉价易得、毒性低、污染小的特点。该催化剂具有很好的稳定性和催化活性,催化作用时间长,不容易失效,而且所使用的催化剂对反应物具有很好的选择性,副产物比例明显降低。同时本发明的催化剂在使用量上最适宜的范围为反应物质量的1~3%,用量过少不能达到良好的催化效果,过多则增加生产成本。
本发明取代反应使用的生产原料2,4-二氟苯甲腈十分易得,价格适中。溶剂用量在2~4倍时效果最佳,用量过多会导致反应速率慢,后处理过程中耗能和产品损失也随之增多,而用量过少时,会导致反应收率降低。另外,将2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠的摩尔比控制在1:1~1.5的范围内,通过使用稍过量的烷基醇钠,促进2-氟-4-烷氧基苯甲腈生成,进一步提高了产率。
本发明的水解反应中,无机酸浓度范围在25~35%时效果最佳,浓度过低则反应不完全。反应结束后直接分液,再提取水相,浓缩溶剂后加入甲醇结晶,操作简单,提高了生产效率。
本发明所使用的原料、溶剂、催化剂和其他反应试剂成本相对较低,对环境和人员污染性和毒性相对较小,而且便于回收,后处理难度不大。本发明对各个反应过程和操作均设定了最佳时间范围,如反应温度、反应物的加入时机、保温时间等,能够使反应效率、产品纯度和收率得到最大化,当时间控制在所限定的范围内时,反应效果最佳,当时间超出该范围时,效率低且副产物明显增多,而时间低于该范围时,则反应不够彻底,产率较低。而且本发明的操作步骤简单易行,便于工作人员的实际操作和控制,也更适合工业化大规模生产的需要。通过本发明所提供的制备方法,最终制得的3-氟-4-氰基苯酚的纯度可达到99%,总收率可达70%以上,明显高于现有技术水平。
具体实施方式
下面是本发明的一些具体实施方式,用以作进一步详细说明。
一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,采用2,4-二氟苯甲腈经取代反应得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈,再经水解反应得到3-氟-4-氰基苯酚,其合成路线如下:
(Ⅰ)取代反应
将2,4-二氟苯甲腈、催化剂和溶剂加入反应容器中搅拌,所述溶剂为四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜或甲基四氢呋喃中的任一种,溶剂的加入量为反应物质质量的2~4倍;催化剂为β-环糊精或质量比1~5:1的β-环糊精与淀粉的混合物,催化剂加入量为反应物质量的1~3%,然后分2~4次加入烷基醇钠,烷基醇钠类为叔丁醇钠、异丙醇钠、叔戊醇钠或正丁基醇钠中的任一种,2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠类的摩尔比为1:1~1.5,在10~30℃下反应3~5小时后得到含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液。
(Ⅱ)水解反应
向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入无机酸,所述无机酸为盐酸溶液、硫酸溶液、三氟甲磺酸溶液或甲磺酸溶液中的任一种;无机酸的浓度为25~35%,无机酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:5~10;再缓慢滴加2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液,2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液中2-氟-4-烷氧基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4~5;在10~30℃下反应3~5小时,然后分液提取,浓缩、在0~-10℃下用甲醇结晶,甲醇的加入量为2-氟-4-烷氧基苯甲腈质量的3~4倍,再抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。
实施例1
(Ⅰ)取代反应:将反应物2,4-二氟苯甲腈、催化剂和四氢呋喃加入反应容器中,四氢呋喃加入质量为反应物质量的2倍,催化剂为β-环糊精与淀粉按质量比3:1的混合物,催化剂的加入量是反应物质量的2%,保温10℃,分2次加入叔丁醇钠,叔丁醇钠总加入量为2,4-二氟苯甲腈摩尔量的1.1倍,反应3小时后得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈。本步骤的收率95%,产品纯度为85%。
(Ⅱ)水解反应:向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入浓度35%的盐酸,盐酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:8,30℃下缓慢滴加2-氟-4-烷氧基苯甲腈的甲苯溶液,2-氟-4-烷基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4,加完后保温30℃反应3~5小时。然后分液提取,浓缩、在0℃下用甲醇结晶,所加入甲醇与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的质量比为3:1,抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。两步反应的总收率为74%,产品纯度为99%。
实施例2~5
实施例2~5与上述实施例1所采用的方法步骤相同,所不同的工艺参数如表1所示。表中出现的缩写所代表的含义为:步骤(Ⅰ)中“催化剂(m%)”代表催化剂占反应物的质量分数,“反应物:烷基醇钠(mol)”指2,4-二氟苯甲腈与烷基醇钠的摩尔比;步骤(Ⅱ)中“原料:无机酸(mol)”是指2-氟-4-烷氧基苯甲腈与无机酸的摩尔比。“保温时间”是指加完原料后的保温反应时间。
表1
Claims (9)
1.一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:采用2,4-二氟苯甲腈经取代反应得到2-氟-4-烷氧基苯甲腈,再经水解反应得到3-氟-4-氰基苯酚。
2.根据权利要求1所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:所述取代反应为将2,4-二氟苯甲腈和溶剂加入反应容器中搅拌,再加入烷基醇钠,在10~30℃下反应3~5小时后得到含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液。
3.根据权利要求2所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:取代反应时还加入催化剂,催化剂加入量为反应物质量的1~3%,催化剂为β-环糊精或质量比1~5:1的β-环糊精与淀粉的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:所述溶剂为四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜或甲基四氢呋喃中的任一种;烷基醇钠分2~4次加入,烷基醇钠类为叔丁醇钠、异丙醇钠、叔戊醇钠或正丁基醇钠中的任一种。
5.根据权利要求2所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:2,4-二氟苯甲腈和烷基醇钠类的摩尔比为1:1~1.5,溶剂的加入量为反应物质质量的2~4倍。
6.根据权利要求1所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:所述水解反应为向含2-氟-4-烷氧基苯甲腈的反应液中加入无机酸,保温10~30℃并缓慢加入2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液,水解3~5小时,然后分液提取,浓缩、结晶,再抽滤、干燥后得到3-氟-4-氰基苯酚。
7.根据权利要求6所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:所述无机酸为盐酸溶液、硫酸溶液、三氟甲磺酸溶液或甲磺酸溶液中的任一种;无机酸的浓度为25~35%,无机酸与2-氟-4-烷氧基苯甲腈的摩尔比为1:5~10。
8.根据权利要求6所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:2-氟-4-烷氧基苯甲腈甲苯溶液中2-氟-4-烷氧基苯甲腈与甲苯的摩尔比为1:4~5。
9.根据权利要求6所述的一种3-氟-4-氰基苯酚的制备方法,其特征在于:浓缩后用甲醇在0~-10℃下进行结晶,甲醇的加入量为2-氟-4-烷氧基苯甲腈质量的3~4倍。
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