CN115784928A - 3,4-二氯苯腈的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3,4‑二氯苯腈的合成方法。所述合成方法包括：1)使3，4‑二氯溴苯与金属镁反应后再与硼酸酯反应，获得3，4‑二氯苯硼酸；2)在铜盐的催化作用下使所述3，4‑二氯苯硼酸与氰化物反应，获得3，4‑二氯苯腈。本发明所提供的合成方法以3，4‑二氯苯硼酸为重要中间体，以廉价易得的氰化物为氰源，二步合成得到3，4‑二氯苯腈，该方法具有反应步骤少、操作简单、可大量生产等优点，具有非常广阔的产业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及一种3，4-二氯苯腈的合成方法。
背景技术
3，4-二氯苯腈为白色针状晶体，广泛应用于农药、染料、医药行业。3，4-二氯苯腈是很多农药的关键中间体，可以用于制备3，4-二氟苯甲酸、3，4-二氟苯甲腈等含氟有机化合物。随着下游市场的越来越大，3，4-二氯苯腈的高效、绿色合成方法研究也越来越多。
目前的现有技术中，3，4-二氯苯腈的合成路线主要有以下几种：
如下式所示，以3，4-二氯苯甲酸为起始原料，经氯化、酰胺化、脱水三步反应，合成得到3，4-二氯苯腈。该方法生产步骤多，效率低，污染大(例如会产生二氧化硫和氯化氢)。
如下式所示，在中国发明专利CN105732427A中，以对氯苯腈为原料，和氯气反应，一步合成3，4-二氯苯腈。该方法副反应较多，产品纯度不高。
如下式所示，在中国发明专利CN110317150A中，以3，4-二氯甲苯为原料，在温度为80～110℃条件下加入过氧化苯甲酰，同时通入氯气进行反应，制得3，4-二氯三氯苄；然后在催化剂的存在下，将3，4-二氯三氯苄与氯化铵在高温下反应，得3，4-二氯苯腈。
如下式所示，以3，4-二氯甲苯为原料，氨氧化法制备3，4-二氯苯腈，是目前国际上制备芳香腈类化合物研究最多的方法。例如在中国发明专利CN1137779C中，报道了以钒、膦为主催化剂的多组分催化剂氨氧化法制备3，4-二氯苯腈。在中国发明专利CN102603569A中，以氧化钠、氧化钡、二氧化硅、氧化锶和氧化钙混合物为催化剂，采用固定床工艺，氨氧化法制备3，4-二氯苯腈。在中国发明专利CN102924329A中，采用了全新的氧化钛和氧化铝混合载体制备新型固定床颗粒催化剂，取得不错的效果，但反应需要的温度较高。
由此可见，目前有关的现有技术主要有以下缺点：步骤繁琐、反应时间长、成本高、污染严重、温度较高、反应副产物多且难以分离等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种3，4-二氯苯腈的合成方法。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明提供一种3，4-二氯苯腈的合成方法，其包括：
1)使3，4-二氯溴苯与金属镁反应后再与硼酸酯反应，获得3，4-二氯苯硼酸；
2)在铜盐的催化作用下使所述3，4-二氯苯硼酸与氰化物反应，获得3，4-二氯苯腈。
基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明所提供的合成方法以3，4-二氯苯硼酸为重要中间体，以廉价易得的氰化物为氰源，二步合成得到3，4-二氯苯腈，该方法具有反应步骤少、操作简单、可大量生产等优点，具有非常广阔的产业化应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例说明如后。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明的目的是针对现有技术存在的技术问题，提供一种反应步骤少，原料易得，产品纯度高，适用于大量生产的方法，其主要是以3，4-二氯溴苯为原料，经过二步反应得到3，4-二氯苯腈。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例的一个方面提供的一种3，4-二氯苯腈的合成方法包括如下的步骤：
1)使3，4-二氯溴苯与金属镁反应后再与硼酸酯反应，获得3，4-二氯苯硼酸。
2)在铜盐的催化作用下使所述3，4-二氯苯硼酸与氰化物反应，获得3，4-二氯苯腈。
上述步骤的反应过程如下式所示：
作为上述技术方案的一些典型的应用示例，上述合成方法可以采用如下的过程得以实施：
在反应容器中加入3，4-二氯溴苯、金属镁、有机溶剂，加热反应一段时间后，加入硼酸酯，再反应一段时间后，得到3，4-二氯苯硼酸；所得3，4-二氯苯硼酸与铜盐、氰化物在一定温度下反应一定时间后，即可得到3，4-二氯苯腈。
具体的，在一些实施方案中，所述硼酸酯可以包括硼酸三甲酯、硼酸乙甲酯、硼酸三异丙酯中的任意一种或两种以上的组合。但不限于此，上述磷酸酯为本领域较为便捷或廉价可以获得的常见磷酸酯，但上述示例的其他小分子的磷酸酯依然能够实现本发明的技术效果。
在一些实施方案中，所述氰化物可以包括NaCN、KCN、以及Me3SiCN中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此，能够提供氰根离子的氰化物均可。
在一些实施方案中，所述铜盐可以包括Cu(OAc)2、Cu(NO3)2、CuCl2、CuBr2、CuSO4、CuCl、CuBr、CuI、Cu(OTf)2、Cu(PF6)2中的任意一种或两种以上的组合，但同样不限于此。铜盐的主要作用是提供铜离子，均能够实现产物的便捷性合成，但本发明人发现在这些铜盐中，特定的铜盐和特定的氰化物的组合的具体催化特性是有一定的差异的，参见下文中的相应部分所示。
在一些实施方案中，步骤1)具体包括如下的步骤：
使所述3，4-二氯溴苯以及金属镁在第一有机溶剂中构成第一反应体系，并发生格氏反应生成中间体。
使包含所述中间体的反应液与硼酸酯混合，形成第二反应体系，并发生取代反应生成所述3，4-二氯苯硼酸。
在一些实施方案中，所述格氏反应的温度为25-80℃，时间为3-6小时。
在一些实施方案中，所述取代反应的温度为-20-40℃，时间为8-12小时。
在一些实施方案中，所述第一反应体系中的3，4-二氯溴苯与金属镁的摩尔比为1∶1-1∶1.5。
在一些实施方案中，所述第一反应体系中的3，4-二氯溴苯与所述第二反应体系中加入的硼酸酯的摩尔比为1∶1-1∶2。
在一些实施方案中，所述合成方法还可以包括如下的步骤：
向所述第二反应体系中加入无机酸水溶液以终止所述取代反应。
在一些实施方案中，所述无机酸水溶液可以包括稀盐酸。
在一些实施方案中，所述第一有机溶剂可以包括四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙醚中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。上述溶剂的选择仅为实现本发明的技术效果的较为方便的选择而已，而本领域技术人员可以替换为有机合成领域的其他溶剂，所得实施方式依然属于本发明的保护范围之内。
在一些实施方案中，步骤2)具体可以包括如下的步骤：
利用第二有机溶剂萃取所述3，4-二氯苯硼酸，并与所述氰化物以及铜盐混合，构成第三反应体系，发生氰化反应，获得所述3，4-二氯苯腈。
在一些实施方案中，所述3，4-二氯溴苯与铜盐的摩尔比可以为1∶0.5-1∶5。
在一些实施方案中，所述3，4-二氯溴苯与氰化物的摩尔比可以为1∶1-1∶5。
在一些实施方案中，所述氰化反应的温度可以为40-100℃，反应时间为2-6小时。
在一些实施方案中，所述第二有机溶剂选自酯类溶剂。
在一些实施方案中，所述第二有机溶剂具体可以包括乙酸乙酯。当然，乙酸乙酯也仅仅是为实现本发明的技术效果的较为方便的选择而已，而本领域技术人员可以替换为有机合成领域的其他溶剂，所得实施方式依然属于本发明的保护范围之内。
在一些实施方案中，上述合成方法的3，4-二氯苯腈的收率在20％以上，在一些实施方案中，进一步优选为在50％以上。
本发明人在实践中发现，在上述合成方法中，影响3，4-二氯苯腈的收率的主要因素在于铜盐和/或氰化物的选择，虽然众多铜盐以及氰化物均可以实现上述化合物的合成，但不同的具体选择对于反应收率的影响还是比较显著的，经过多次试验验证，其中的Cu(NO3)2+NaCN的组合相比于其他可选的铜盐与氰化物组合，具有显著更高的反应收率，属于本发明的可行范围内的较佳选择。
以下通过若干实施例进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
另需要指明的是，下述实施例中，如无特殊说明，所采用的原料、试剂以及设备均可以通过常规商购获得，且实施例中的常温，是指通常意义上的室温，例如15-35℃，尤其是25℃±5℃。
实施例1
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.1)，四氢呋喃和磁子后，体系升温至80℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，80℃反应2小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1.5)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入Cu(OAc)2(摩尔比为1)和Me3SiCN(摩尔比为1)，加热至50℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率35％。
实施例2
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.2)，四氢呋喃和磁子后，体系升温至75℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，75℃反应2小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1.2)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入Cu(NO3)2(摩尔比为1.5)和NaCN(摩尔比为2.0)，加热至80℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后纯化后可得3，4-二氯苯腈，收率92％。
实施例3
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.5)，四氢呋喃和磁子后，体系升温至25℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，25℃反应6小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1.2)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入CuSO4(摩尔比为3.0)和KCN(摩尔比为1.5)，加热至40℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率23％。
实施例4
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.3)，四氢呋喃和磁子后，体系升温至60℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，60℃反应3小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1.8)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入Cu(NO3)2(摩尔比为5.0)和NaCN(摩尔比为5.0)，加热至80℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率82％。
实施例5
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.4)，乙醚和磁子后，体系升温至30℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，30℃反应3小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比2)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入Cu(NO3)2(摩尔比为2.0)和NaCN(摩尔比为3.0)，加热至80℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率83％。
实施例6
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1)，2-甲基四氢呋喃和磁子后，体系升温至50℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，50℃反应3小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入Cu(NO3)2(摩尔比为0.5)和NaCN(摩尔比为4.0)，加热至80℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率52％。
实施例7
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.1)，2-甲基四氢呋喃和磁子后，体系升温至60℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，50℃反应3小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1)后，室温下反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入CuCl2(摩尔比为1.0)和NaCN(摩尔比为4.0)，加热至80℃反应6小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率36％。
实施例8
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.1)，2-甲基四氢呋喃和磁子后，体系升温至60℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，60℃反应3小时后冷却，加入硼酸三甲酯(摩尔比1)后，室温下反应8小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入CuCl(摩尔比为1.5)和NaCN(摩尔比为4.0)，加热至100℃反应6小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后可得3，4-二氯苯腈，收率32％。
实施例9
本实施例示例3，4-二氯苯腈的合成过程，具体如下所示：
向反应器中加入Mg(摩尔比1.1)，四氢呋喃和磁子后，体系升温至80℃，缓慢加入3，4-二氯溴苯(摩尔比为1)，80℃反应2小时后冷却，加入硼酸三异丙酯(摩尔比1.2)后，-20℃反应12小时，用1M稀盐酸溶液淬灭反应。
用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，加入Cu(NO3)2(摩尔比为1.5)和NaCN(摩尔比为2.0)，加热至80℃反应5小时。冷却后，用乙酸乙酯萃取体系中有机相，合并有机相并用硫酸镁干燥30分钟后，硅藻土过滤，有机相浓缩后，粗产品经重结晶、脱色后纯化后可得3，4-二氯苯腈，收率85％。
对比例1
本对比例依然示例一3，4-二氯苯腈的合成过程，与实施例2大体相同，区别主要在于：
将铜盐由Cu(NO3)2替换为Cu(OAc)2，将氰化物由NaCN替换为KCN，且各组分的摩尔比保持不变，反应条件及过程保持不变。
本对比例所得3，4-二氯苯腈的收率为65％，相比于实施例2，出现了显著下降。
对比例2
本对比例依然示例一3，4-二氯苯腈的合成过程，与实施例2大体相同，区别主要在于：
仅将铜盐由Cu(NO3)2替换为Cu(OAc)2，氰化物保持不变，且各组分的摩尔比保持不变，反应条件及过程保持不变。
本对比例所得3，4-二氯苯腈的收率为78％，相比于实施例2，出现了显著下降。
对比例3
本对比例依然示例一3，4-二氯苯腈的合成过程，与实施例2大体相同，区别主要在于：
仅将氰化物由NaCN替换为KCN，铜盐保持不变，且各组分的摩尔比保持不变，反应条件及过程保持不变。
本对比例所得3，4-二氯苯腈的收率为76％，相比于实施例2，出现了显著下降。
但需要说明的是，本发明所提供的对比例1-3，并非不属于本发明所提供的技术方案的可行实施例，而是依然可以实现3，4-二氯苯腈的有效合成，其仅仅作为便于理解与实施例的差异而设置的名称而已。
对比例4
用实施例1和2同样的方法合成2，6二氯苯腈，发生了脱氯反应，无法得到相应的2，6-二氯苯腈。
基于上述实施例以及对比例，可以明确，本发明实施例所提供的合成方法以3，4-二氯苯硼酸为重要中间体，以廉价易得的氰化物为氰源，二步合成得到3，4-二氯苯腈，该方法具有反应步骤少、操作简单、可大量生产等优点，具有非常大的产业化应用前景。
进一步地，在本发明所提供的更加优选的实施方式中，通过优选铜盐和氰化物的具体选择，获得了相比于其他选择显著更高的收率，进一步地提高了上述合成方法的应用价值。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3,4-二氯苯腈的合成方法，其特征在于，包括：
1)使3,4-二氯溴苯与金属镁反应后再与硼酸酯反应，获得3，4-二氯苯硼酸；
2)在铜盐的催化作用下使所述3，4-二氯苯硼酸与氰化物反应，获得3,4-二氯苯腈。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述硼酸酯包括硼酸三甲酯、硼酸乙甲酯、硼酸三异丙酯中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述氰化物包括NaCN、KCN、Me3SiCN中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述铜盐包括Cu(OAc)2、Cu(NO3)2、CuCl2、CuBr2、CuSO4、CuCl、CuBr、CuI、Cu(OTf)2、Cu(PF6)2中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤1)具体包括：
使所述3，4-二氯溴苯以及金属镁在第一有机溶剂中构成第一反应体系，并发生格氏反应生成中间体；
使包含所述中间体的反应液与硼酸酯混合，形成第二反应体系，并发生取代反应生成所述3,4-二氯苯硼酸。
4.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述格氏反应的温度为25-80℃，时间为3-6h；
和/或，所述取代反应的温度为-20-40℃，时间为8-12h；
优选的，所述第一反应体系中的3,4-二氯溴苯与金属镁的摩尔比为1∶1-1∶1.5；
优选的，所述第一反应体系中的3,4-二氯溴苯与所述第二反应体系中加入的硼酸酯的摩尔比为1∶1-1∶2。
5.根据权利要求3所述的合成方法，其特征在于，还包括：
向所述第二反应体系中加入无机酸水溶液以终止所述取代反应；
优选的，所述无机酸水溶液包括稀盐酸；
优选的，所述第一有机溶剂包括四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙醚中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤2)具体包括：
利用第二有机溶剂萃取所述3，4-二氯苯硼酸，并与所述氰化物以及铜盐混合，构成第三反应体系，发生氰化反应，获得所述3,4-二氯苯腈。
7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述3，4-二氯溴苯与铜盐的摩尔比为1∶0.5-1∶5；
和/或，所述3,4-二氯溴苯与氰化物的摩尔比为1∶1-1∶5。
8.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述氰化反应的温度为40-100℃，时间为2-8h。
9.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述第二有机溶剂选自酯类溶剂；
优选的，所述第二有机溶剂包括乙酸乙酯。
10.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述3，4-二氯苯腈的收率在20％以上，优选在50％以上。
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