CN113248353B - 一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法 - Google Patents

一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的制备方法，其以2,4‑二氯氟苯为原料，与偏二氯乙烯在无水氯化铝及质子酸同时存在的情况下进行傅克反应，生成1‑（1,1‑二氯乙基）‑2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮苯，该中间体产物在路易斯酸催化下进行水解反应生成2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮及氯化氢，反应结束后加入适量水分层，有机层精馏得到产品。本发明大幅降低了原辅料成本，减轻了后处理压力，收率可达到85%以上，属于有机化工技术领域。

Description

一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法
技术领域
本发明属于有机化工技术领域，涉及一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法。
背景技术
2,4-二氯-5-氟苯乙酮是一种重要的化工原料，用作医药中间体，为第三代广谱高效喹诺酮类抗菌剂环丙沙星、蒽诺沙星的主要中间体。
目前，氟氯苯乙酮工业上一般采用2，4-二氯氟苯经乙酰化反应制得。根据酰化剂的不同大致分为三条路线：①以乙酸为酰化剂，在DMF和氯化亚砜中，与氯化铝反应，所得收率约为84%，该法成本偏高，已被淘汰；②以乙酸酐为酰化剂，以氯化铝为催化剂发生傅克反应，收率仅为29%，不适合工业化生产；③目前工业上的主流生产路线为以乙酰氯为酰化剂，以价格昂贵的无水氯化铝为催化剂进行傅克反应，收率在80%左右。该路线乙酰氯氯化铝的摩尔用量为理论用量的1.5倍到2倍，后续再经过水解、萃取、脱溶、精馏等得到氟氯苯乙酮产品。
因为乙酰氯存在的羰基会与氯化铝络合，理论上决定了在进行傅克乙酰化反应中，氯化铝的使用量要远远大于催化用量，而在实际工业化中，氯化铝的使用当量更是达到了2当量以上的程度，即每生产1t的2,4-二氯-5-氟苯乙酮就需消耗约1.5t的无水氯化铝，该部分氯化铝最后都在大量水的存在下水解脱络进入到水解母液中无法再次利用，导致在傅克反应中无水氯化铝成本占比很高。傅克反应的特性决定了酰基化试剂乙酰氯难以反应彻底，残留的乙酰氯氯化铝络合物在水解解络过程也会发生水解生成乙酸，同时傅克反应本身会产生大量的有机杂质，该部分杂质也会进入水解母液中，从而导致水解母液成分复杂，废水难以处理，傅克反应母液一直是制约傅克反应的核心难题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法，其包含以下步骤：
（1）向反应釜内加入2,4-二氯氟苯、无水氯化铝、质子酸、偏二氯乙烯，上紧釜盖，开启搅拌并升温，至100-150℃后计时保温0.5-3小时；
（2）保温结束后，待其降温至75℃时，使用1-5min的时间缓慢开启排气阀，尾气通过冷凝管进行冷却，冷却下的物料为偏二氯乙烯；
（3）将反应釜内物料移入玻璃反应瓶中，升温至100-150℃，使用1-2h的时间缓慢滴加水至温度无法保持，在100-150℃下保温0.5小时；
（4）保温反应后，降温至50℃以下，加入与2,4-二氯氟苯相同重量的水溶解分层；
（5）有机层上塔精馏，常压下收集172-174℃馏分为2,4-二氯氟苯原料，在压力5mmHg下减压收集112-115℃下馏分为2,4-二氯-5-氟苯乙酮。
优选的，步骤（1）中2,4-二氯氟苯与偏二氯乙烯的摩尔比为2:1-2。
优选的，步骤（1）中质子酸为氯化氢或硫酸或乙酸。
优选的，步骤（1）中质子酸与2,4-二氯氟苯的摩尔比为0.01-0.05：1。
优选的，步骤（1）中无水氯化铝与2,4-二氯氟苯的摩尔比为0.1-0.5：1。
优选的，步骤（1）中反应温度为130℃。
优选的，步骤（1）中反应时间为0.5-3小时。
优选的，步骤（3）中水解温度为130℃。
本发明提供了一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的合成方法，以2,4-二氯氟苯为原料，与偏二氯乙烯在无水氯化铝及质子酸同时存在的情况下进行傅克反应，生成1-（1,1-二氯乙基）-2,4-二氯-5-氟苯乙酮苯，该中间体产物在路易斯酸催化下进行水解反应生成2,4-二氯-5-氟苯乙酮及氯化氢，反应结束后加入适量水分层，有机层精馏得到产品。
该方法实际为傅克烷基化反应，因没有羰基的影响，无水氯化铝用量仅为催化用量即可，大大减少了无水氯化铝的使用量，大幅降低了原辅料成本；同时因减少了水解脱络用水的用量，只需要少量水去进行水解脱氯反应即可，减少了水的用量，降低了废水的产生量，大大减轻后处理压力；同时，因偏二氯乙烯无需与氯化铝络合，烷基化试剂偏二氯乙烯的回收也得以实现。通过实例证明，该方法收率可达到85%以上。
具体实施方式
实施例1
（1）取2,4-二氯氟苯330g（2mol）加入至带机械搅拌的反应釜中，缓慢通入0.73g（0.02mol）氯化氢，投入53.4g（0.4mol）无水氯化铝及97g(1mol)偏二氯乙烯，上紧釜盖，开启搅拌逐渐升温到150℃，计时保温2小时；
（2）保温结束后降温至75℃，使用1-5min的时间缓慢开启排气阀，尾气通过冷凝管进行冷却，冷却下的物料为偏二氯乙烯；
（3）将反应釜内物料转入玻璃反应瓶中，升温至130℃，缓慢滴加适量水使温度一直维持在130℃，使用1-2h的时间缓慢滴加至温度无法保持即说明水解反应已基本结束，保温0.5小时；
（4）保温反应后，降温至50℃，加入与2,4-二氯氟苯相同重量的330g水充分搅拌后静置分层；
（5）取有机层上塔精馏，常压下收集172-174℃馏分为2,4-二氯氟苯，共收集到192.4g，继续减压精馏，5mm Hg下收集112-115℃馏分为2,4-二氯-5-氟苯乙酮产品，收集到139.7g，气相纯度99.4%，转化率41.7%，选择性80.9%，按反应掉的物料计算，其收率为80.9%。（后文即用选择性表征其收率）
步骤（2）中冷却下的偏二氯乙烯物料可以再次使用。
其工艺反应路线进程如下：
首先，偏二氯乙烯与质子反应生成碳正离子；
Figure 178321DEST_PATH_IMAGE001
然后，该碳正离子进攻2,4-二氯氟苯，生成中间体；
Figure 958059DEST_PATH_IMAGE002
最后，该中间体在催化剂（自身所带氯化铝）催化下与水进行水解反应生2,4-二氯-5-氟苯乙酮。
Figure 353268DEST_PATH_IMAGE003
实施例2
本实施方法和实施例1不同的是为提高效率，水解反应结束后不再加水分层，直接取样内标检测2,4-二氯氟苯及2,4-二氯-5-氟苯乙酮量，其转化率为41.5%，选择性为81.8%。
实施例3
本实施方法和实施例2不同的是步骤（1）的傅克反应温度为130℃，其他步骤相同，其转化率为40.7%，选择性为87.5%。
实施例4
本实施方法和实施例2不同的是步骤（1）的傅克反应温度为100℃，其他步骤相同，其转化率为35.3%，选择性为87.9%。
从以上几个实施例结果可知，高温下转化率略高，但选择性明显要低；低温下转化率低，选择性并没有明显提升；综合考虑，傅克反应温度优选在130℃左右，此时选择性及转化率都较高。
实施例5
本实施方法和实施例3不同的是反应温度为1小时，其他步骤相同，其转化率为40.5%，选择性为87.6%。
实施例6
本实施方法和实施例3不同的是反应温度为0.5小时，其他步骤相同，其转化率为35.7%，选择性为88.1%。
实施例7
本实施方法和实施例3不同的是反应温度为3小时，其他步骤相同，其转化率为41.6%，选择性为84.1%。
从以上实施例3/5/6/7可知，傅克反应时间过短，其转化率较低，选择性并没有质的提高；随着反应时间延长，转化率趋向于稳定，但选择性下降明显；所以，其最佳反应时间在1-2小时。
实施例8
本实施方法和实施例3不同的是质子酸为硫酸，用量为1.96g(0.02mol),其他步骤相同，其转化率为43.1%，选择性为82.9%。
实施例9
本实施方法和实施例3不同的是质子酸为乙酸，用量为1.2g(0.02mol),其他步骤相同，其转化率为38.4%，选择性为87.3%。
由以上实施例3/8/9可知，不管是有机酸还是无机酸，能提供质子的酸都对该反应有较好的催化活性，但综合转化率及选择性，优选氯化氢。
实施例10
本实施方法和实施例3不同的是偏二氯乙烯用量为64.67g(0.67mol),其他步骤相同，其转化率为28.7%，选择性为88.9%。
实施例11
本实施方法和实施例3不同的是偏二氯乙用量为194g(2mol),其他步骤相同，其转化率为70.7%，选择性为75.1%。
由以上实施例3/10/11可知，在2,4-二氯氟苯与偏二氯乙烯配比增加时，其转化率下降明显，选择性有微弱提升但不明显；若将两者配比减少，转化率会有较大的提高，但选择性也大幅度下降，综合考虑选择2:1当量较为合适。
实施例12
本实施方法和实施例3不同的是无水氯化铝用量为80.1g(0.6mol),其他步骤相同，其转化率为41.0%，选择性为87.2%。
实施例13
本实施方法和实施例3不同的是无水氯化铝用量为26.7g(0.2mol),其他步骤相同，其转化率为37.4%，选择性为88.2%。
实施例14
本实施方法和实施例3不同的是无水氯化铝用量为133.5g(1mol),其他步骤相同，其转化率为44.2%，选择性为80.6%。
由以上实施例3/12/13/14可知，氯化铝的量会影响反应深度，深度过深，转化率高但选择性较低；氯化铝用量少，反应深度低，转化率低，综合考虑，选择0.2-0.3当量最为合适。
实施例15
本实施方法和实施例3不同的是步骤（3）中的水解温度为100℃,其他步骤相同，其转化率为40.5%，选择性为81.2%。
实施例16
本实施方法和实施例3不同的是步骤（3）中的水解温度为150℃,其他步骤相同，其转化率为40.9%，选择性为78.5%。
由以上实施例3/15/16可知，2,4-二氯氟苯的转化率仅有傅克反应一步决定，但水解温度若低，会导致中间体水解不完全从而最终产品得到较少，选择性低；若水解温度过高，2,4-二氯氟苯转化率仍然不会有明显变化，但温度过高会导致中间体之间发生聚合反应，从而导致产品获得较少，明显影响选择性，所以，水解温度选择130℃左右较为合适。
实施例17
本实施方法和实施例3不同的是步骤（1）中氯化氢用量为0.73g（0.02mol）,其他步骤相同，其转化率为39.0%，选择性为79.7%。
实施例18
本实施方法和实施例3不同的是步骤（1）中氯化氢用量为2.19g（0.06mol）,其他步骤相同，其转化率为41.7%，选择性为88.1%。
实施例19
本实施方法和实施例3不同的是步骤（1）中氯化氢用量为3.65g（0.1mol）,其他步骤相同，其转化率为41.3%，选择性为86.3%。
由以上实施例3/17/18/19可知，质子酸用量对反应的影响并不是特别明显，在0.02-0.1范围内都可达到很好的结果；从经济等角度综合考虑，质子酸配比选0.06较为合适。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法，其特征是包含以下步骤：
（1）向反应釜内加入2,4-二氯氟苯、无水氯化铝、质子酸、偏二氯乙烯，上紧釜盖，开启搅拌并升温，至100-150℃后计时保温0.5-3小时，无水氯化铝与2,4-二氯氟苯的摩尔比为0.1-0.5：1；
（2）保温结束后，待其降温至75℃时，使用1-5min的时间缓慢开启排气阀，尾气通过冷凝管进行冷却，冷却下的物料为偏二氯乙烯；
（3）将反应釜内物料移入玻璃反应瓶中，升温至100-150℃，使用1-2h的时间缓慢滴加水至温度无法保持，在130℃下保温0.5小时；
（4）保温反应后，降温至50℃以下，加入与2,4-二氯氟苯相同重量的水溶解分层；
（5）有机层上塔精馏，常压下收集172-174℃馏分为2,4-二氯氟苯原料，在压力5mmHg下减压收集112-115℃下馏分为2,4-二氯-5-氟苯乙酮。
2.根据权利要求1所述的2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中2,4-二氯氟苯与偏二氯乙烯的摩尔比为2:1-2。
3.根据权利要求1所述的2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中所述质子酸为氯化氢或硫酸或乙酸。
4.根据权利要求1所述的2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中质子酸与2,4-二氯氟苯的摩尔比为0.01-0.05：1。
5.根据权利要求1所述的2,4-二氯-5-氟苯乙酮的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中反应温度为130℃。
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