CN109438282B - 2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2‑硝基‑4‑三氟甲基苯甲腈的制备方法，属于精细化工中间体合成技术领域。以2‑硝基‑4‑三氟甲基苯甲醛为原料，在水中与盐酸羟胺和无机碱反应，得到2‑硝基‑4‑三氟甲基苯甲醛肟，随后在镍复合催化剂存在下将2‑硝基‑4‑三氟甲基苯甲醛肟进行脱水反应得到2‑硝基‑4‑三氟甲基苯甲腈。本发明脱水反应催化剂为乙酸镍与雷尼镍复配而成，具有较高的活性，可提高反应选择性和产品收率，由于价格低廉，同时降低了生产制造成本，增加了经济效益。

Description

2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备方法
技术领域
本发明涉及一种2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备方法，属于医药化工中间体合成技术领域。
背景技术
2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈，CAS：778-94-9，是重要的化学原料和医药、农药中间体，在药物合成具有广泛的应用，例如可以用于合成异恶唑草酮、磺酰草吡唑等除草剂。
2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈合成，目前基本都采用2-硝基-4-三氟甲基卤苯与腈化物在催化剂存在下，通过亲核取代反应后制备。具体包括以下几种：
方法一、以2-硝基-4-三氟甲基氯苯和氰化钾等为原料亲核取代法
Figure BDA0001891972060000011
以2-硝基-4-三氟甲基氯苯为原料，与氰化钠、氰化钾或氰化亚铜等金属氰化物直接发生氰化反应一步反应制备。缺点是反应选择性和转化率低，用到剧毒原料，操作人员容易中毒，发生人身伤亡事故，对生产操作及设备要求高。
方法二、以2-硝基-4-三氟甲基氯苯和铁氰化钾为原料亲核取代法
Figure BDA0001891972060000012
以2-硝基-4-三氟甲基氯苯为原料，与亚铁氰化钾在钯催化剂的作用下直接一步反应制备。虽然亚铁氰化钾无毒性，但缺点是使用钯等贵金属催化剂，成本较高，也不适于大量生产。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种原料来源方便，工艺简单，反应条件温和，反应选择性高，产品纯度高，催化剂廉价，并且容易工业化的2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈制备方法。
本发明提供的2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备方法，以2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛为原料，与盐酸羟胺反应得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟，随后在镍复合催化剂存在下进行脱水反应得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈。
第一步反应方程式如下：
Figure BDA0001891972060000021
第二步反应方程式如下：
Figure BDA0001891972060000022
2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：以2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛为原料，与盐酸羟胺和无机碱反应，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟。
进一步地，在上述技术方案中，优选在水中0-20℃进行，其中溶剂水与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛的重量比为1-10:1，优选为3:1。
进一步地，在上述技术方案中，盐酸羟胺与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛的摩尔比为1-5:1，优选为1:1。
进一步地，在上述技术方案中，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡等，优选为氢氧化钠。
进一步地，在上述技术方案中，无机碱与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛的摩尔比为0.5-10:1，优选为2:1。
进一步地，在上述技术方案中，反应后处理如下：将反应后的反应液用酸调整pH至6-8，用溶剂萃取，萃取液经浓缩、干燥得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟。
进一步地，在上述技术方案中，后处理中所述酸为硫酸、盐酸、磷酸、乙酸等，优选硫酸或盐酸。
步骤二：将2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟溶于乙腈，然后加入乙酸酐和催化剂，加热反应后，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈。
进一步地，在上述技术方案中，乙腈与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟的重量比为0.5-10:1，优选为3:1。
进一步地，在上述技术方案中，乙酸酐与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟的重量比为0.3-5:1，优选为1:1。
进一步地，在上述技术方案中，加热反应在70-120℃条件下进行，加热温度优选为80-90℃，此温度下为回流反应，反应时间优选2小时。
进一步地，在上述技术方案中，催化剂为乙酸镍与雷尼镍的复配而成，乙酸镍与雷尼镍的重量比为0.5-2:1，优选为1:1。
进一步地，在上述技术方案中，催化剂与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟的重量比为0.02-0.5:1，优选为0.2:1。
进一步地，在上述技术方案中，反应后处理如下：将反应结束的反应液过滤，回收催化剂，滤液经浓缩、精馏得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈。发明有益效果
本发明采用不同于以往的路线，新方法避免了剧毒品腈化物的使用，采用2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛和盐酸羟胺为原料，成肟后接着脱水后得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟。其中，脱水反应催化剂为乙酸镍与雷尼镍复配而成，具有较高的活性，可提高反应选择性和产品收率，由于价格低廉，同时降低了生产制造成本，增加了经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例子进一步说明本发明以及本发明方法进行的方式。这些实施例子仅仅是为了进一步阐述本发明而并非本发明的保护范围仅限于此。
催化剂复配方法：将含水50％雷尼镍中加入按重量比1：6的10％次氯酸钠溶液，室温搅拌5-6小时，用盐酸调整pH到6-7，用纯净水洗涤3次，烘干，备用。取相当于雷尼镍(含水50％)一半重量乙酸镍，用适量纯净水溶解，将烘干后雷尼镍加入到此溶液中，在不断翻动下，加热蒸干，然后取出湿催化剂，在50-80℃/10-30mmHg条件下干燥至恒重，降至室温，待用。
乙酸镍虽然可以单独作为第二步脱水反应的催化剂，但是由于其在本反应中的活性有限，造成反应周期长、选择性较低、副产酰胺含量高。而引入雷尼镍使用复配的催化剂后，可以大大提高反应速度、提高选择性，有效地控制酰胺的生成，提高收率。在本例中雷尼镍并不能单独作为催化剂使用。
实施例1
第一步：向反应釜加入2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛219g和657g水，再加入69g盐酸羟胺，开启搅拌，在10-20℃下滴加50％的氢氧化钠160g，反应完毕后，用盐酸中和至pH＝7，用乙醚萃取三次，浓缩萃取液，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟固体215g，收率：92％。
第二步：取2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟干品235g溶解于700g乙腈中，搅拌下加入235g乙酸酐，然后加入复配好的催化剂47g，升温至85℃回流，反应2小时后，降温到室温，过滤，回收催化剂63g，然后将母液升温浓缩，回收溶剂，釜液上塔精馏，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈178g，室温下凝固成固体，纯度98.2％(GC/MS)，熔点42-44℃，收率82％。
实施例2
第一步：向反应釜加入2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛220g和650g水，再加入70g盐酸羟胺，开启搅拌，在12-20℃下滴加50％的氢氧化钾224g，反应完毕后，用盐酸中和至pH＝7，用乙醚萃取三次，浓缩萃取液，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟，干燥后得到固体208g，收率：89％。
第二步：取2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟干品260g溶解于780g乙腈中，搅拌下加入260g乙酸酐，然后加入复配好的催化剂52g，升温至84℃回流，反应2小时后，降温到室温，过滤，回收催化剂70g，然后将母液升温浓缩，回收溶剂，釜液上塔精馏，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈200g，室温下凝固成固体，纯度98.4％(GC/MS)，熔点42-44℃，收率83％。
实施例3
第一步：向反应釜加入2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛4.4kg和13kg水，再加入1.4kg盐酸羟胺，开启搅拌，在8-20℃下滴加50％的氢氧化钠3.2kg，反应完毕后，用盐酸中和至pH＝7，用乙醚萃取三次，浓缩萃取液，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟，干燥后得到固体4.1kg，收率：88％。
第二步：取2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟干品4kg溶解于12kg乙腈中，搅拌下加入4kg乙酸酐，然后加入复配好的催化剂0.8kg，升温至83℃回流，反应2小时后，降温到室温，过滤，回收催化剂1.1kg，然后将母液升温浓缩，回收溶剂，釜液上塔精馏，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈3.1kg，室温下凝固成固体，纯度98.5％(GC/MS)，熔点42-44℃，收率84％。
实施例4
第一步：向反应釜加入2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛4kg和12kg水，再加入1.3kg盐酸羟胺，开启搅拌，在10-20℃下滴加50％的氢氧化钠2.9kg，反应完毕后，用盐酸中和至pH＝7，用乙醚萃取三次，浓缩萃取液，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟，干燥后得到固体3.9kg，收率90％。
第二步：取2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟干品3.9kg溶解于11.7kg乙腈中，搅拌下加入3.9kg乙酸酐，然后加入复配好的催化剂0.8kg，升温至83℃回流，反应2小时后，降温到室温，过滤，回收催化剂1kg，然后将母液升温浓缩，回收溶剂，釜液上塔精馏，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈2.9kg，室温下凝固成固体，纯度98.6％(GC/MS)，HPLC：99.2％，HNMR结构符合，熔点42-44℃，收率81％。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，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说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (8)

1.一种2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1) 将2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛与盐酸羟胺和无机碱反应，生成2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟；本步骤中，所用溶剂为水，水与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛的重量比为1-10: 1；2) 将2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟溶于乙腈，加入乙酸酐及镍复合催化剂，加热反应，得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈；本步骤中，所述镍复合催化剂是由乙酸镍与雷尼镍复配而成，乙酸镍与雷尼镍的重量比为0.5-2: 1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1) 中，所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化钙或氢氧化钡。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1) 中，盐酸羟胺、无机碱与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛摩尔比为1-5: 0.5-10: 1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2) 中，乙腈与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛重量比为0.5-10: 1；加热反应温度70-120℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2) 中，镍复合催化剂、乙酸酐与2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟重量比为0.02-0.5: 0.3-5: 1。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于：步骤1) 反应后处理为：将反应液加酸调pH至6-8，溶剂萃取，萃取液经浓缩、干燥得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲醛肟。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自C1-C2多氯代烷、乙酸乙酯、乙醚、甲苯、二甲苯或氯苯；所述酸选自硫酸、盐酸、磷酸或乙酸。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2) 后处理为，将反应液过滤，回收催化剂，滤液经浓缩、精馏得到2-硝基-4-三氟甲基苯甲腈。
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