CN114163294B - 一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种2‑溴‑5‑氟三氟甲苯的制备方法。本发明采用间氟三氟甲苯为原料，使用季胺盐类复合型催化剂，分别滴加溴素和双氧水得到2‑溴‑5‑氟三氟甲苯。本发明避开了使用特殊的溴化试剂，原料易于采购，成本低廉，三废量少，且三废容易处理，不使用金属盐类试剂，环境友好。本发明反应步骤少，为一锅法反应，操作简便，容易操作，且本发明反应条件温和，不需要低温或者高温的苛刻条件，工业化易于实现。同时本发明的收率可达92%以上，产品纯度达到99%，完全可以满足下游产品对原料纯度的需求。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法。
技术背景
近年来随着农药、医药、新兴材料等工业的迅速发展，对有机氟化物中间体的需求越来越大。2-溴-5-氟三氟甲苯的分子式为C7H3BrF4，分子量为243。该产品具有广泛的用途，主要用于农药和医药行业的中间体。
目前国内外所报道的生产此产品的主要路线包括如下四条：（1）以间氟三氟甲苯为原料，使用特殊的溴化试剂1,3-二溴-2,4-咪唑二酮进行溴化反应得到2-溴-5-氟三氟甲苯。该方法的优点是反应收率高，且反应步骤简单，一步合成，缺点是溴化试剂价格昂贵，不容易采购和制备。（2）间氟三氟甲苯经过混酸硝化，然后加氢还原后得到4-氟-2-三氟甲基苯胺，再经过重氮化溴代反应得到产品，该路线繁琐，涉及到重氮化和加氢等危险工艺进行生产，需要特殊反应设备。且步骤多，成本高，三废量大，对环境不友好。（3）使用2-溴三氟甲苯为原料，经过硝化、还原后得到4-溴-2-三氟甲基苯胺，然后进行重氮化，氟取代后得到产品。该路线得到的重氮盐需要在液体石蜡等高沸点溶剂中进行高温裂解，操作难度较大。（4）路线四使用间氟三氟甲苯为原料，在乙酸和硫酸体系内，使用二溴海因做溴化试剂，经过溴化反应得到产品。该路线的缺点是反应体系内含有乙酸、硫酸、以及二溴海因反应后残余物质，这些物质混合在一起后难于分离，造成后处理操作困难。所以上述的各种合成方法中均存在一种或多种以上的缺点：试剂昂贵，步骤繁琐，成本较高，三废较多对环境不友好，以及对设备要求高，能耗较大等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种合成方法简单，工业化容易实现，制备原料成本低，收率高，反应过程中产生的杂质少，废水量少。采用本发明的制备方法，比传统工艺操作简单，风险可控，反应收率较高，且产物纯度较高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将乙酸和间氟三氟甲苯室温下混合，然后室温下加入一定比例的季胺盐类复合型催化剂，升到反应温度后开始定量滴加溴素。
步骤2、溴素滴加完毕后保温一定时间，开始向反应体系内滴加双氧水，氧化反应过程中产生的溴化氢，使溴化反应继续进行。
步骤3、滴加完双氧水后保温反应一段时间，然后取反应液进行气相中控原料剩余量小于0.5%后，终止反应；反应的方程式如下。
步骤4、反应结束后，向反应液中加入亚硫酸钠或硫代硫酸钠破坏过量的氧化剂。
步骤5、将上述步骤4的反应液先进行脱溶处理，蒸出乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品。
进一步地，所述步骤1中乙酸和间氟三氟甲苯的质量比为1:1～4:1，乙酸的质量浓度为99%。
进一步地，所述步骤1中间氟三氟甲苯跟复合催化剂的质量比为1:0.01～0.03。
进一步地，所述步骤1中季胺盐类复合型催化剂为N-溴代乙酰胺和苯基三甲基三溴化胺的混合物，质量比例为1:1至1:5，优选N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:2。
进一步地，所述步骤1中滴加溴素的反应温度为40～60℃之间。
进一步地，所述步骤1中间氟三氟甲苯跟溴素的摩尔比为1:0.5～0.6。
进一步地，所述步骤2中溴素跟双氧水的摩尔比为1:1～1.2，双氧水浓度为20～28%。
进一步地，所述步骤2中保温反应时间为1～2小时。
进一步地，所述步骤3中保温温度为40～60℃。
进一步地，所述步骤3中保温反应时间为3～5小时。
进一步地，所述步骤4中亚硫酸钠或硫代硫酸钠的加入量为双氧水质量的0.5%～2%。
本发明所选用的氧化剂为双氧水，主要是由于该原料价格低廉，容易购买，且在反应过程中证明效果良好；双氧水浓度为20～28%，为市场上常用的工业品双氧水，由于更高浓度的双氧水难于采购，且运输储存危险性较大，所以未进行尝试更高浓度的过氧化氢。
本发明尝试使用的溶剂包括乙酸，二氯甲烷，二氯乙烷等，由于乙酸的极性较强，利于溶解反应过程中产生的溴化氢，更加提高了溴素的使用效率，固最终优化后使用乙酸作为反应溶剂；乙酸用量为间氟三氟甲苯的1至4倍。
在所述的溴化反应中，间氟三氟甲苯跟溴素的摩尔用量比为1:0.5～0.6；溴素量太少，原料不能完全被溴化，溴素量过多，则容易产生多溴代物，并增加了原料的单耗；优选后的间氟三氟甲苯跟溴素用量在1:0.52。
本发明的反应过程中，反应温度比较温和，制造成本较低；在工业化生产过程中，使用热水，蒸汽等热媒均可完成上述温度条件的提供。
所述的复合型催化剂不含有金属离子；使用量少，成本较低，容易进行后处理，且三废量较少，环境友好。使用量为间氟三氟甲苯的1%至3%，不增加反应过程的原料成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于。
本发明采用了间氟三氟甲苯为原料，避开了使用特殊的溴化试剂，原料易于采购，成本低廉，三废量少，且三废容易处理，不使用金属盐类试剂，环境友好。
本发明反应步骤少，为一锅法反应，操作简便，容易操作，且本发明反应条件温和，不需要低温或者高温的苛刻条件，工业化易于实现。同时本发明的收率可达92%以上，产品纯度达到99%，完全可以满足下游产品对原料纯度的需求。因此该路线合成2-溴-5-氟三氟甲苯的原料成本和三废处理成本比其他报道的合成路线均要低30%至40%，因此更加具有市场竞争力。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将乙酸和间氟三氟甲苯室温下混合，然后室温下加入一定比例的季胺盐类复合型催化剂，升到反应温度后开始定量滴加溴素。
步骤2、溴素滴加完毕后保温一定时间，开始向反应体系内滴加双氧水，氧化反应过程中产生的溴化氢，使溴化反应继续进行。
步骤3、滴加完双氧水后保温反应一段时间，然后取反应液进行气相中控原料剩余量小于0.5%后，终止反应；反应的方程式如下。
步骤4、反应结束后，向反应液中加入亚硫酸钠或硫代硫酸钠破坏过量的氧化剂。
步骤5、将上述步骤4的反应液先进行脱溶处理，蒸出乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品。
进一步地，所述步骤1中乙酸和间氟三氟甲苯的质量比为1:1～4:1，乙酸的质量浓度为99%。
进一步地，所述步骤1中间氟三氟甲苯跟复合催化剂的质量比为1:0.01～0.03。
进一步地，所述步骤1中季胺盐类复合型催化剂为N-溴代乙酰胺和苯基三甲基三溴化胺的混合物，质量比例为1:1至1:5，优选N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:2。
进一步地，所述步骤1中滴加溴素的反应温度为40～60℃之间。
进一步地，所述步骤1中间氟三氟甲苯跟溴素的摩尔比为1:0.5～0.6。
进一步地，所述步骤2中溴素跟双氧水的摩尔比为1:1～1.2，双氧水浓度为20～28%。
进一步地，所述步骤2中保温反应时间为1～2小时。
进一步地，所述步骤3中保温温度为40～60℃。
进一步地，所述步骤3中保温反应时间为3～5小时。
进一步地，所述步骤4中亚硫酸钠或硫代硫酸钠的加入量为双氧水质量的0.5%～2%。
实施例1。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂5g，其中N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺质量比1:2。然后将反应釜升温至55～60℃，开始滴加溴素90g（0.56 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水81.6g（0.6 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入5g亚硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品226g，气象色谱检测含量为99.2%，收率为92.8%。
实施例2。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂2g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺质量比1:3），然后将反应釜升温至45～50℃，开始滴加溴素90g（0.56 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水81.6g（0.6 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入8g亚硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品224.5g，气象色谱检测含量为99.1%，收率为92.4%。
实施例3。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂5g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺质量比1:3），然后将反应釜升温至55～60℃，开始滴加溴素85g（0.53 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水81.6g（0.6 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g亚硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品224g，气象色谱检测含量为99.3%，收率为92.2%。
实施例4。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂3.3g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺质量比1:2），然后将反应釜升温至55～60℃，开始滴加溴素85g（0.53 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水76.2g（0.56 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入9g硫代硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品224g，气象色谱检测含量为99.2%，收率为92.2%。
实施例5。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂3g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺质量比1:2），然后将反应釜升温至50～55℃，开始滴加溴素85g（0.53 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水78g（0.57 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g硫代硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品227g，气象色谱检测含量为99.2%，收率为93.4%。
对比例1。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的二氯乙烷300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂5g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:3）。然后将反应釜升温至55～60℃，开始滴加溴素90g（0.56 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水81.6g（0.6 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g亚硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品215g，气象色谱检测含量为99.2%，收率为88.5%。
对比例2。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂3g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:2），然后将反应釜升温至50～55℃，开始滴加溴素64g（0.4 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水58.8g（0.43 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g硫代硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品187g，气象色谱检测含量为99%，收率为77%。
对比例3。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂3g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:2），然后将反应釜升温至50～55℃，开始滴加溴素112g（0.7 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水102.8g（0.76 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g硫代硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品215g，气象色谱检测含量为98.5%，收率为88%。
对比例4。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂1.3g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:2），然后将反应釜升温至50～55℃，开始滴加溴素85g（0.53 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水78g（0.57 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g硫代硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品207g，气象色谱检测含量为99.1%，收率为85%。
对比例5。
在1000ml玻璃四口瓶中，室温下加入浓度为99%的乙酸300g，间氟三氟甲苯164g（1mol），加入复合型催化剂6.5g（N-溴代乙酰胺：苯基三甲基三溴化胺=1:2），然后将反应釜升温至50～55℃，开始滴加溴素85g（0.53 mol），滴加完毕后保温反应2小时；然后开始滴加25%的双氧水78g（0.57 mol），滴加完毕保温反应3小时，然后取反应釜内样品监测气相含量≤0.5%停止反应。反应液加入6g硫代硫酸钠，并用淀粉碘化钾试纸进行监测终点后，脱溶除去系统内的乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品219g，气象色谱检测含量为99.2%，收率为90%。
Claims (7)
1.一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将乙酸和间氟三氟甲苯室温下混合，然后室温下加入一定比例的季胺盐类复合型催化剂，升到反应温度40～60℃之间后开始定量滴加溴素；
步骤2、溴素滴加完毕后保温一定时间，开始向反应体系内滴加双氧水，氧化反应过程中产生的溴化氢，使溴化反应继续进行；
步骤3、滴加完双氧水后保温反应，保温温度为40～60℃，保温反应时间为3～5小时，然后取反应液进行气相中控原料剩余量小于0.5%后，终止反应；反应的方程式如下：
步骤4、反应结束后，向反应液中加入亚硫酸钠或硫代硫酸钠破坏过量的氧化剂；
步骤5、将上述步骤4的反应液先进行脱溶处理，蒸出乙酸，然后精馏收集158-162℃/760mmHg的馏分，得到纯度大于99%的产品；
所述步骤1中季胺盐类复合型催化剂为N-溴代乙酰胺和苯基三甲基三溴化胺的混合物，质量比例为1:1至1:5。
2.如权利要求1所述的一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，所述步骤1中乙酸和间氟三氟甲苯的质量比为1:1～4:1，乙酸的质量浓度为99%。
3.如权利要求1所述的一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，所述步骤1中间氟三氟甲苯跟复合催化剂的质量比为1:0.01～0.03。
4.如权利要求1所述的一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，所述步骤1中间氟三氟甲苯跟溴素的摩尔比为1:0.5～0.6。
5.如权利要求1所述的一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中溴素跟双氧水的摩尔比为1:1～1.2，双氧水浓度为20～28%。
6.如权利要求1所述的一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中保温反应时间为1～2小时。
7.如权利要求1所述的一种2-溴-5-氟三氟甲苯的制备方法，其特征在于，所述步骤4中亚硫酸钠或硫代硫酸钠的加入量为双氧水质量的0.5%～2%。
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