CN109608325A - 一种卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，所述卤代苯甲酸衍生物具有以下通式(I)：

Description

一种卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，特别涉及一种卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法。

背景技术

吡咯并吡咯二酮类颜料的发色体系为1，4-二酮吡咯并吡咯(1，4-Diketopyrrolo[3，4-c]pyrroles，简称DPP)。

众所周知，DPP类颜料具有颜色鲜艳、高的颜色饱和度和高的着色力，优异的耐候性、遮盖力，良好的流动性，分散性、和耐酸性、碱性；由于分子间氢键存在，具有优异的耐溶剂性、耐迁移性和耐热稳定性能。适用于汽车漆、塑料和高档工业涂料着色。

中国专利申请CN108239421A披露了一种具有高耐候性橙色二酮吡咯并吡咯颜料，合成该高耐候性橙色二酮吡咯并吡咯颜料的关键中间体为卤代苯腈衍生物。

此外，现有技术中，该卤代苯腈衍生物的工业化合成路线通常有以下三种：

(1)由烷基苯腈出发，直接卤化制得目标产物，然而实际生产过程中产生的三废过多；

(2)由烷基苯甲酸烷基酯出发，进行卤化，虽然卤化活性高，但是副反应多，因此收率低；

(3)由烷基苯甲酸出发，在酸性条件下，例如以乙酸或者其它有机酸为溶剂的情况下，引入次卤酸根离子得到氯正离子，以进行亲电取代反应，其中常使用的有机酸为醋酸，溶剂回收能耗高，设备腐蚀严重。

综合研究表明，先合成卤代苯甲酸衍生物，再使其与氨气在催化剂的存在下高温脱水制得该卤代苯腈衍生物是较优的工业化生产的方法，关键技术问题在于如何改进卤代苯甲酸衍生物的合成工艺，以减少三废总量。

现有技术中，苯甲酸上引入卤正离子的方法，通过包括利用氢卤酸和次卤酸钠，但随着次卤酸钠的加入会引入大量的水，导致反应至终点时浓度很低，这样必然导致生产效率差；也可以通过氢卤酸和过氧化氢进行卤代反应，然而，过氧化氢的使用会引入爆炸风险。

因此，现有技术中尚未提供一种适于大规模工业化生产的卤代苯甲酸衍生物的合成方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的种种技术缺陷，本发明旨在提供一种新的卤代苯甲酸衍生物制备工艺，该新工艺操作简便，成本低廉，效率高，三废少，进而有利于后续卤代苯腈衍生物的合成，并最终有利于制备CN108239421A中所披露的具有高耐候性橙色二酮吡咯并吡咯颜料。

具体地，本发明公开了一种卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其中，所述卤代苯甲酸衍生物具有以下通式(I)：

其中，若干个R为C1～C20的烷基，若干个X为卤素；

并且，所述工业化合成方法包括以下步骤：

将烷基取代的苯甲酸和水加入至反应容器中，并加入卤素单质，加热反应，反应完全，后处理，即得目标产物卤代苯甲酸衍生物。

优选地，在上述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中，R选自以下任一种：甲基，乙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基。

优选地，在上述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中，所述卤素单质为氯气或溴素。

优选地，在上述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中，所述加热反应的温度为25～100℃。

优选地，在上述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中，在加入卤素单质之前，还包括添加相转移催化剂的步骤。

进一步优选地，在上述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中，所述相转移催化剂为季铵盐类相转移催化剂。

更进一步优选地，所述季铵盐类相转移催化剂选自以下任一种：苄基三乙基氯化铵，四丁基溴化铵，四丁基氯化铵，四丁基硫酸氢铵，三辛基甲基氯化铵，十二烷基三甲基氯化铵，十四烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵。

进一步优选地，在上述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中，所述相转移催化剂的添加质量为烷基取代的苯甲酸的0.2～5wt％。

综上所述，本发明所提供的技术方案采用烷基取代的苯甲酸为起始反应物，在水作为溶剂的情况下，通入卤素，生成次卤酸，从而在酸性环境生成卤正离子以进攻苯环，从而得到卤代烷基苯甲酸(即所述卤代苯甲酸衍生物)。可见，在该工业化合成方法中，全程以水作为溶剂，安全环保；副产物氢卤酸，例如，所产生的盐酸可以用于其他产品的生产，而不会产生浪费。

进一步地，使用纯水作为溶剂在一定程度上会使得反应物在体系中的溶解度降低，针对此情况，本发明优选使用合适种类的相转移催化剂，以明显加快反应速率。

总之，所述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法无需溶剂回收，能耗少，三废少，副产物氢卤酸可以直接出售或者用于其它产品的生产；因此，所述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法安全环保，成本低廉，从而具有广阔的工业化应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。

下述卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法中的步骤如无特别说明均为常规操作，所使用的反应原料、试剂如无特别说明均能从公开商业途径获得。

实施例1

3,5-二氯-4-叔丁基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入22g对叔丁基苯甲酸和125ml水，升温至80℃后，通入氯气，使用色谱监控反应，当产物收率大于55％时，停止反应，反应进行了52h，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用800ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为55％的3,5-二氯-4-叔丁基苯甲酸，另外43％为3-氯-4-叔丁基苯甲酸，2％为对叔丁基苯甲酸。

对比例1

3,5-二氯-4-叔丁基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入22g对叔丁基苯甲酸和79g浓盐酸(36.5wt％)，升温至80℃后，开始滴加次氯酸钠(有效氯含量5.2％，游离碱7.5％)，使用色谱监控反应，当产物收率大于55％时，停止反应，反应进行了55h，此时消耗了次氯酸钠660g，反应浓度只有2.7％，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用800ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为56％的3,5-二氯-4-叔丁基苯甲酸，另外42％为3-氯-4-叔丁基苯甲酸，2％为对叔丁基苯甲酸。

通过比较以上实施例1与对比例1可知，达到同样的转化率，反应浓度不一样，而反应时间则基本一致，所以实施例1的单釜产率提高了5.5倍。

实施例2

3,5-二溴-4-乙基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入18g对乙基苯甲酸和102ml水，升温至90℃后，滴加溴素，使用色谱监控反应，当产物收率大于62％时，停止反应，反应进行了48h，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用1000ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为62％的3,5-二溴-4-乙基苯甲酸，另外35％为3-溴-4-乙基苯甲酸，3％为对乙基苯甲酸。

对比例2

3,5-二溴-4-乙基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入18g对乙基苯甲酸和158g氢溴酸(20wt％)，升温至90℃后，开始滴加双氧水(30wt％)，使用色谱监控反应，当产物收率大于62％时，停止反应，反应进行了49h，此时消耗了双氧水40g，反应浓度只有8.3％，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用1000ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为62％的3,5-二溴-4-乙基苯甲酸，另外35％为3-溴-4-乙基苯甲酸，3％为对乙基苯甲酸。

众所周知，双氧水的使用提高了爆炸的风险；另外，通过比较以上实施例2与对比例2可知，达到同样的转化率，反应浓度不一样，而反应时间则基本一致，所以单釜产率提高了1.8倍。

实施例3

3-氯-4-叔丁基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入100g对叔丁基苯甲酸和660ml水，并加入0.5g四丁基溴化铵，升温至60℃后，通入氯气，使用色谱监控反应，当产物收率大于75％时，停止反应，反应进行了21h，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用1500ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为75％的3-氯-4-叔丁基苯甲酸，另外25％为对叔丁基苯甲酸。

实施例4

3-溴-4-甲基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入10g对甲基苯甲酸和40ml水，升温至80℃后，滴加溴素，使用色谱监控反应，当产物收率大于95％时，停止反应，反应进行了42h，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用500ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为95％的3-溴-4-甲基苯甲酸，另外5％为对甲基苯甲酸。

对比例4

3-溴-4-甲基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入10g对甲基苯甲酸和50g氢溴酸(20wt％)，升温至80℃后，开始滴加双氧水(30wt％)，使用色谱监控反应，当产物收率大于95％时，停止反应，反应进行了45h，此时消耗了双氧水15g，反应浓度只有13.3％，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用500ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为95％的3-溴-4-甲基苯甲酸，另外5％为对甲基苯甲酸。

众所周知，双氧水的使用提高了爆炸的风险；另外，通过比较以上实施例4与对比例4可知，达到同样的转化率，反应浓度不一样，而反应时间则基本一致，所以单釜产率提高了1.5倍。

实施例5

3,5-二氯-4-甲基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入30g对甲基苯甲酸和120ml水，升温至60℃后，通入氯气，使用色谱监控反应，当收率大于90％时，停止反应，反应进行了53h，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用700ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为90％的3,5-二氯-4-甲基苯甲酸，另外8％为3-氯-4-甲基苯甲酸，2％为对甲基苯甲酸。

对比例5

3,5-二氯-4-甲基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入30g对甲基苯甲酸和141g浓盐酸(36.5wt％)，升温至60℃后，开始滴加次氯酸钠(有效氯含量5.2％，游离碱7.5％)，使用色谱监控反应，当产物收率大于90％时，停止反应，反应进行了54h，此时消耗了次氯酸钠1178g，反应浓度只有2.2％，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用700ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为89％的3,5-二氯-4-甲基苯甲酸，另外8％为3-氯-4-甲基苯甲酸，3％为对甲基苯甲酸。

通过比较以上实施例5与对比例5可知，达到同样的转化率，反应浓度不一样，而反应时间则基本一致，所以实施例5的单釜产率提高了6.8倍。

实施例6

3-氯-4-甲基苯甲酸的合成

在配置有温度计、搅拌桨和冷凝管的玻璃反应釜中加入200g对甲基苯甲酸和800ml水，并加入2g十六烷基三甲基溴化铵，升温至60℃后，通入氯气，使用色谱监控反应，当产物收率大于98％时，停止反应，反应进行了8h，将反应液加入至布氏漏斗过滤，过滤后使用1500ml水洗涤，将得到的滤饼于80℃下真空干燥至恒重，通过液相色谱定量分析，得到纯度为98％的3-氯-4-甲基苯甲酸，另外2％为对甲基苯甲酸。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，所述卤代苯甲酸衍生物具有以下通式(I)：

其中，若干个R为C1～C20的烷基，若干个X为卤素；

并且，所述工业化合成方法包括以下步骤：

将烷基取代的苯甲酸和水加入至反应容器中，并加入卤素单质，加热反应，反应完全，后处理，即得目标产物卤代苯甲酸衍生物。

2.根据权利要求1所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，R选自以下任一种：甲基，乙基，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基。

3.根据权利要求1所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，所述卤素单质为氯气或溴素。

4.根据权利要求1所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，所述加热反应的温度为25～100℃。

5.根据权利要求1所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，在加入卤素单质之前，还包括添加相转移催化剂的步骤。

6.根据权利要求5所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，所述相转移催化剂为季铵盐类相转移催化剂。

7.根据权利要求6所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，所述季铵盐类相转移催化剂选自以下任一种：苄基三乙基氯化铵，四丁基溴化铵，四丁基氯化铵，四丁基硫酸氢铵，三辛基甲基氯化铵，十二烷基三甲基氯化铵，十四烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵。

8.根据权利要求5所述的卤代苯甲酸衍生物的工业化合成方法，其特征在于，所述相转移催化剂的添加质量为烷基取代的苯甲酸的0.2～5wt％。