CN109456150A - 一种3,4,5-三氟苯酚的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3,4,5‑三氟苯酚的合成方法，包括如下步骤：以3,4,5‑三氟溴苯为原料，加入一定量的氨水，亚铜络合催化剂，高压釜保温反应，经后处理得3,4,5‑三氟苯胺；3,4,5‑三氟苯胺与硫酸成盐后，与亚硝基硫酸发生重氮化化反应，然后再在铜盐催化下水解得到3,4,5‑三氟苯酚，水解装置引入三级二氯甲烷萃取装置，保障了体系硫酸浓度恒定，反应收率大幅提高。该方法原料易得，工艺简单，催化剂和硫酸均可多次套用，原料成本较低，易于实现工业化，具有较大的应用前景。

Description

一种3,4,5-三氟苯酚的合成方法
技术领域
本发明属于农药、医药、液晶材料中间体制备领域，具体涉及3,4,5-三氟苯酚的合成方法。
背景技术
3,4,5-三氟苯酚是制备农药、医药和含氟液晶材料重要的中间体，在近年来对液晶中间体的研究中发现，含氟液晶化合物可以作为第四代TFT彩色液晶材料，具有更好的性能，从而具有广阔的发展前景。
目前3,4,5-三氟苯酚合成主要有以下几条路线：
(1)以3,4,5-三氟溴苯为起始原料(JP10025261及CN101445431)，与金属镁反应制得格氏试剂，再与硼酸酯反应生成氟代苯硼酸酯，酸性条件下水解得到氟代苯硼酸，氟代苯硼酸经氧化生成3,4,5-三氟苯酚。
该路线格氏反应条件苛刻，需严格控制无水无氧，给工业生产增加难度；氧化反应需要用到过氧化氢、过氧化酸或过氧化酸酐作为氧化剂，过氧化物氧化反应为放热反应，会产生累积热效应，存在爆炸风险，因此具有一定的生产局限性。
(2)以3,4,5-三氟溴苯为起始原料(文献JP2000154159)，在氧化亚铜的存在下，在环丁砜和水的混合溶液中发生水解反应，得到3,4,5-三氟苯酚。
该路线由于溴苯直接水解成酚的难度较大，因此选用高沸点的环丁砜作为溶剂，反应需要高温高压，反应条件较为苛刻，会产生大量焦油，反应产率和纯度均不理想。
(3)以1-卤代-3,4,5-三氟苯为起始原料(文献CN1861554A)，经过100～200℃的高压反应氨化、重氮化、水解得到3,4,5-三氟苯酚：
该路线采用高压氨化，压力为3.0Mpa，压力过大，安全风险大，且氨化和水解催化剂均无法套用，得到的产物收率仅为74％～77％；同时，其选用亚硝酸钠参与重氮化反应导致产生大量含盐稀硫酸，给环保产生了极大的困扰，故其工艺上还有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全、环保、收率高的资源化生产3,4,5-三氟苯酚的方法，该方法的反应条件温和、所用催化剂和硫酸均可以资源化利用且所得产物的纯度和收率都极高。
本发明采用的技术方案如下：
一种3,4,5-三氟苯酚的合成方法，包括如下步骤：
(1)以3,4,5-三氟溴苯为原料，加入氨水和亚铜络合催化剂进行氨化反应，经后处理得3,4,5-三氟苯胺；
(2)将3,4,5-三氟苯胺与浓硫酸反应成盐后，再与亚硝基硫酸进行重氮化反应得到重氮液；
(3)将重氮液在蒸馏釜中进行水解，水解过程中进行水汽蒸馏，将得到的馏出液进行萃取，萃取后得到的水层返回蒸馏釜，有机层经浓缩、精馏得到3,4,5-三氟苯酚。
本发明的合成路线如下所示：
本发明方法以3,4,5-三氟溴苯为原料，利用亚铜络合催化剂进行氨化，氨化反应的压力仅为0.5～2.0Mpa，大大降低了氨化反应的压力，反应条件更温和、更安全，且氨化所用的亚铜络合催化剂可重复套用。
本发明方法的重氮化反应中利用亚硝基硫酸替代了强致癌物亚硝酸钠，进一步降低了反应风险，同时反应过程中不产生盐，避免了高盐废水的产生，提高了产物的收率，且重氮化反应中不产生盐同样有利于硫酸的重复套用。
本发明方法对水汽蒸馏后得到的馏出液进行萃取，萃取液的水层泵回水汽釜，保证了水汽釜中水解反应的硫酸浓度恒定，从而可以极大地减小水汽蒸馏过程中的副产物和焦油的产生，使收率大幅提高，摩尔收率高达90.2％。反应结束后，水汽釜中剩余的硫酸溶液和催化剂还可以重复套用于水解反应，不仅减少了废液的产生、减小了环保压力，还节约了生产成本，因此本发明方法属于资源化清洁生产工艺，利于工业化生产。
步骤(1)中，所述亚铜络合催化剂为氯化亚铜、溴化亚铜、氧化亚铜及含有该类亚铜的复合催化剂，优选为Cu2O-联吡啶，这是由于Cu2O-联吡啶催化剂较难溶于氨水，颗粒较大，不易损失，能在氨化反应中反复套用多次；此外，其在较低的反应压力下即可较好的催化氨化反应，反应条件更温和，降低了操作风险性。
步骤(1)中，所述催化剂的投加量为3,4,5-三氟溴苯质量的1％～5％，优选为3～4％，催化剂用量在此范围内能较好的催化氨化反应，得到的产物3,4,5-三氟苯胺的摩尔收率较高。
步骤(1)中，所述氨化反应压力为0.5～2.0Mpa，反应压力优选为1.4～1.6Mpa，这是由于压力偏小，反应较慢，易造成反应不完全；而压力偏大，会产生较多杂质，且会增大安全风险。
步骤(1)中，所述氨化反应温度为100～180℃，优选为150～170℃，反应温度过低，会使反应不充分且反应较慢，反应温度过高，会使反应杂质增加，影响产物收率。
步骤(1)中，所述氨水浓度为15～25％，氨水中的氨与3,4,5-三氟溴苯的摩尔比为8～12：1，摩尔比在此范围内能使3,4,5-三氟溴苯充分氨化，由于氨远远过量，氨水量小幅增减，对反应影响很小。
步骤(2)中，所述3,4,5-三氟苯胺、亚硝基硫酸与硫酸的摩尔比为1:1～1.2:2～5，摩尔比优选为1:1.05～1.15:2.5～3.5；重氮化反应温度为-5～10℃，优选-5℃～0℃。摩尔比以及温度在此范围内能使重氮化反应更充分，生成的杂质较少，有利于后续的反应，以提高最终产物的收率。
步骤(3)中，所述水解反应的催化剂为二价铜盐，优选为硫酸铜；水解反应的温度为100～120℃，优选为100～110℃，在此条件下进行水解同样可以使水解更充分，更利于产物的生成。
步骤(3)中，所述萃取采用三级萃取装置，萃取所用的萃取剂为有机溶剂二氯甲烷、氯仿或四氯化碳，其比重比水大，萃取剂优选为二氯甲烷，将蒸馏得到的馏出液利用三级二氯甲烷萃取装置进行萃取的效果最好，所得产物中杂质最少、收率最高。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明方法以3,4,5-三氟溴苯为原料，3,4,5-三氟溴苯为浙江林江化工目前产业化项目，因此具有原料易得，工艺简单，原料成本较低，易于实现工业化的巨大优势；
(2)本发明氨化反应中采用亚铜络合催化剂，大大降低了反应压力，减小了反应风险，催化剂可重复套用；重氮化反应中采用亚硝基硫酸替代强致癌物亚硝酸钠，既降低了安全风险，反应过程不产生盐，为硫酸的套用创造了条件；
(3)本发明水解蒸馏后的馏出液采用三级二氯甲烷萃取，馏出液上层水层经萃取后泵回水汽釜，保证了水解釜硫酸浓度恒定，水汽蒸馏温度保持在特定范围，从而可以极大地减小水汽蒸馏过程副产物和焦油的产生，收率大幅提高。蒸馏结束，硫酸溶液和催化剂可重复套用于水解，减小了环保压力；
(4)本发明合成得到的3,4,5-三氟苯酚纯度和收率都较高，合成过程中不仅减少了废液的产生、减小了环保压力，还节约了生产成本，属于资源化清洁生产工艺，是一条值得推广和进行工业化生产的合适路线。
附图说明
图1为本发明水解反应中水汽蒸馏三级萃取装置示意图。
具体实施方式
实施例1
(1)1000mL的高压釜中加入160g 3,4,5-三氟溴苯，6.4gCu2O-联吡啶催化剂，量取480mL氨水(氨水浓度为25％)，加入高压釜中，密封高压釜，搅拌下升温至160℃，搅拌转速500r/min，反应10h，反应过程中压力最高达到约1.5Mpa；降至室温时打开高压釜，将釜里的物料转出进行水汽蒸馏，馏出物料冷却后得到白色固体，过滤，干燥，得到白色产物约106.4g，纯度99.6％，摩尔收率为95.1％；
(2)在100mL三口烧瓶中加入98％的浓硫酸300g、水100g、3,4,5-三氟苯胺147g，搅拌，升温至70℃溶解，保温30min，降温至-5～0℃，滴加40％亚硝基硫酸溶液350g，滴完保温1h，得到重氮液，备用；
(3)如图1所示，在水汽釜中加入硫酸溶液450g、催化剂硫酸铜120g，开启搅拌，加热至回流，滴加重氮液，采用边滴加边蒸馏产物，将馏出物利用三级二氯甲烷萃取罐进行萃取，萃取后得到的上层水用循环泵泵回水汽釜，萃取后得到的有机相经浓缩得到3,4,5-三氟苯酚粗品；再经过精馏得到3,4,5-三氟苯酚成品133.5g，纯度99.5％，摩尔收率90.2％。
水汽釜中的硫酸溶液降温过滤回收硫酸铜套用，滤液为硫酸溶液下批水解套用。
实施例2
(1)1000mL的高压釜中加入160g 3,4,5-三氟溴苯，6.4gCu2O-联吡啶催化剂，量取480mL氨水(氨水浓度为25％)，加入高压釜中，密封高压釜，搅拌下升温至150℃，搅拌转速500r/min，反应16h，反应过程中压力最高达到约1.3MPa；降至室温时打开高压釜，将釜里的物料转出进行水汽蒸馏，馏出物冷却后得到白色固体，过滤，干燥，得到白色产物约103.2g，纯度99.6％，摩尔收率为92.4％。
(2)1000mL三口烧瓶，加入浓硫酸300g，水100g，3,4,5-三氟苯胺147g，搅拌，升温至70℃溶解，保温30min，降温至0～5℃，滴加40％亚硝基硫酸350g，滴完保温1h，得到重氮液，备用。
(3)如图1所示，在水汽釜中加入硫酸溶液450g、催化剂硫酸铜120g，开启搅拌，加热至回流，滴加重氮液，采用边滴加边蒸馏产物，将馏出物利用三级二氯甲烷萃取罐进行萃取，萃取后得到的上层水用循环泵泵回水汽釜，萃取后得到的有机相经浓缩得到3,4,5-三氟苯酚粗品；再经过精馏得到3,4,5-三氟苯酚成品131.8g，纯度99.5％，摩尔收率89.1％。
水汽釜中的硫酸溶液降温过滤回收硫酸铜套用，滤液为硫酸溶液下批水解套用。
实施例3
(1)1000mL的高压釜中加入160g 3,4,5-三氟溴苯，6.4gCu2O-联吡啶催化剂，量取400mL氨水(氨水浓度为25％)，加入高压釜中，密封高压釜，搅拌下升温至160℃，搅拌转速500r/min，反应10h，反应过程中压力最高达到约1.5MPa；降至室温时打开高压釜，将釜里的物料转出进行水汽蒸馏，馏出物冷却后得到白色固体，过滤，干燥，得到白色产物约101.2g，纯度99.6％，摩尔收率为90.6％。
(2)1000mL三口烧瓶，加入浓硫酸300g，水100g，3,4,5-三氟苯胺147g，搅拌，升温至70℃溶解，保温30min，降温至-5～0℃，滴加40％亚硝基硫酸334g，滴完保温1h，得到重氮液，备用。
(3)如图1所示，在水汽釜中加入硫酸溶液450g、催化剂硫酸铜120g，开启搅拌，加热至回流，滴加重氮液，采用边滴加边蒸馏产物，将馏出物利用三级二氯甲烷萃取罐进行萃取，萃取后得到的上层水用循环泵泵回水汽釜，萃取后得到的有机相经浓缩得到3,4,5-三氟苯酚粗品；再经过精馏得到3,4,5-三氟苯酚成品130.6g，纯度99.5％，摩尔收率88.2％。
水汽釜中的硫酸溶液降温过滤回收硫酸铜套用，滤液为硫酸溶液下批水解套用。
实施例4
(1)1000mL的高压釜中加入160g3,4,5-三氟溴苯，Cu2O-联吡啶催化剂6.4g(套用)，量取480mL氨水(氨水浓度为25％)，加入高压釜中，密封高压釜，搅拌下升温至160℃，搅拌转速500r/min，反应10h，反应过程中压力最高达到约1.5Mpa；降至室温时打开高压釜，将釜里的物料转出进行水汽蒸馏，馏出物冷却后得到白色固体，过滤，干燥，得到白色产物约104g，纯度99.6％，摩尔收率为93.2％。
(2)1000mL三口烧瓶，加入浓硫酸300g，水100g，3,4,5-三氟苯胺147g，搅拌，升温至70℃溶解，保温30min，降温至-5～0℃，滴加40％亚硝基硫酸350g，滴完保温1h，得到重氮液，备用。
(3)如图1所示，在水汽釜中加入硫酸溶液450g、催化剂硫酸铜120g(套用)，开启搅拌，加热至回流，滴加重氮液，采用边滴加边蒸馏产物，将馏出物利用三级二氯甲烷萃取罐进行萃取，萃取后得到的上层水用循环泵泵回水汽釜，萃取后得到的有机相经浓缩得到3,4,5-三氟苯酚粗品；再经过精馏得到3,4,5-三氟苯酚成品133.0g，纯度99.5％，摩尔收率89.9％。
水汽釜中的硫酸溶液降温过滤回收硫酸铜套用，滤液为硫酸溶液下批水解套用。
对比例1
(1)步骤(1)与实施例1的步骤(1)相同；
(2)在1000mL三口烧瓶中加入98％的浓硫酸300g、水100g、3,4,5-三氟苯胺147g，搅拌，升温至70℃溶解，保温30min，降温至-5～0℃，滴加40％亚硝基钠水溶液350g，滴完保温1h，得到重氮液，备用；
(3)在水汽釜中加入硫酸溶液450g、催化剂硫酸铜120g，开启搅拌，加热至回流，滴加重氮液，采用边滴加边蒸馏产物，收集馏出物的有机相经浓缩得到3,4,5-三氟苯酚粗品；再经过精馏得到3,4,5-三氟苯酚成品119g，纯度98.5％，摩尔收率80.4％。

Claims (8)

1.一种3,4,5-三氟苯酚的合成方法，包括如下步骤：
(1)以3,4,5-三氟溴苯为原料，加入氨水和亚铜络合催化剂进行氨化反应，经后处理得3,4,5-三氟苯胺；
(2)将3,4,5-三氟苯胺与浓硫酸反应成盐后，再与亚硝基硫酸进行重氮化反应得到重氮液；
(3)将重氮液在蒸馏釜中进行水解，水解过程中进行水汽蒸馏，再将得到的馏出液进行萃取，萃取后得到的水层返回蒸馏釜，有机层经浓缩、精馏得到3,4,5-三氟苯酚。
2.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述亚铜络合催化剂为Cu2O-联吡啶。
3.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述催化剂的投加量为3,4,5-三氟溴苯质量的1％～5％。
4.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨化反应的压力为0.5～2.0Mpa、温度为100～180℃。
5.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨水的浓度为15～25％，氨水中的氨与3,4,5-三氟溴苯的摩尔比为8～12：1。
6.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述3,4,5-三氟苯胺、亚硝基硫酸与硫酸的摩尔比为1:1～1.2:2～5，重氮化反应温度为-5～10℃。
7.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水解反应的催化剂为二价铜盐，反应温度为100～120℃。
8.根据权利要求1所述的3,4,5-三氟苯酚的合成方法，其特征在于，步骤(3)中，所述萃取采用三级萃取装置，萃取所用的萃取剂为二氯甲烷、氯仿或四氯化碳。
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