CN1201779A - 2,3,4,5-四氟苯甲酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及2,3,4,5-四氟苯甲酸的一种制备方法。本发明以3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐和苯胺为原料,通过缩合、氟化、开环、脱羧和水解等过程得到目标产物-2,3,4,5-四氟苯甲酸。由于该方法采用苯胺作为缩合反应时的原料,苯环的存在,将产生共轭效应和诱导效应,使得氟化和脱羧反应可以在较低的温度下进行;同时,脱羧过程采用的溶剂为非质子极性溶剂,使脱羧过程可以在常压下进行,从而使整个制备过程操作条件较为温和,产物的纯度较高,是一种具有广阔工业应用前景的制备方法。
Description
本发明属于药物中间体合成领域,涉及2,3,4,5-四氟苯甲酸的制备方法。
2,3,4,5-四氟苯甲酸是一种重要的药物中间体,在药物合成过程中得到广泛的应用,尤其是制备第三代喹诺酮类抗菌药物如左旋氧氟沙星(Levefloxacin)、氟罗沙星(多氟哌酸,Fleroxacin)、洛美沙星(Lomefloxaein)、卢氟沙星(Rufloxacin)、斯帕沙星(又名斯氟沙星、Spsrfloxacin)的重要原料。其结构式如下所示:
目前,已有许多文献报道了合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法,较为典型的有以下几种:
(1)JP01 25737、JP61 85349、JP62 61948、EP194671、DE3810093分别公开了一种以2,3,4,5-四氟邻苯二甲酸为原料,以三级胺如正三丁胺、正三辛胺为催化剂兼溶剂或在Lewis酸存在下,以金属离子为催化剂脱去一个羧基而获得2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法。该方法在脱羧反应中采用的是价格昂贵的高沸点三级胺如正三丁胺、正三辛胺为溶剂兼催化剂,给其回收利用带来困难,且反应过程中不可避免地将产生少量深度脱羧副产物如1,2,3,4-四氟苯,必须经过反复萃取或精馏才能得到纯净的目标产物。上述缺陷给该方法的工业化带来了难以克服的困难。
(2)日本专利JP 90 145538公开了另一种合成方法,该方法以3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐和甲胺为原料,在极性溶剂中反应生成N-甲基3,4,5,6-四氯邻苯二甲酰亚胺,再经KF氟化得到氟化物,所得氟化物与碱液反应得到开环产物,然后在有机三级胺的水溶液中高压脱羧,最后在硫酸溶液中水解得到目标产物。该方法为了提高氟化剂KF的反应活性,选用了高沸点的环丁砜为溶剂,反应温度较高,在反应和后处理过程中造成产物严重结焦,难以得到纯度较高的氟化产物;同时,脱羧反应以水为介质、以三级有机胺为催化剂,在密封加压升温至150℃的条件下进行的。较高的反应压力使工业化过程中危险因素大大增加。
综上所述,研究开发一条反应条件温和、过程简单、安全可靠的2,3,4,5-四氟苯甲酸的合成方法已成为产业部门的迫切需要。
本发明的目的在于公开一种以3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐和苯胺为原料的、常压下反应生成2,3,4,5-四氟苯甲酸的新的合成方法,以克服现有技术的缺陷,满足产业部门的需要。
本发明的构思是这样的:以3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐和苯胺为原料,进行缩合反应,得到N-苯基-3,4,5,6-四氯邻苯二甲酰亚胺,然后与KF在非质子极性溶剂中反应生成N-苯基-3,4,5,6-四氟邻苯二甲酰亚胺,此氟化物经碱溶后用酸酸化获得N-苯基-2,3,4,5-四氟酞氨酸,此化合物在非质子极性溶剂如二甲基亚砜(DMSO)中脱羧得到N-苯基-3,4,5,6-四氟苯甲酰胺,最后脱羧物在无机酸水溶液中水解获得目标产物—2,3,4,5-四氟苯甲酸。
由于该方法采用苯胺作为缩合反应时的原料,苯环的存在,将产生共轭效应和诱导效应,使得氟化和脱羧反应可以在较低的温度下进行;同时,脱羧过程采用的溶剂为非质子极性溶剂,使脱羧过程可以在常压下进行,从而使整个制备过程反应条件较为温和,产物的纯度亦较高。
根据上述构思,发明人经过大量试验,提出了如下以3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐和苯胺为原料,制备2,3,4,5-四氟苯甲酸的技术方案:
所说的溶剂为极性有机溶剂,常用的为乙酸、二噁烷等,在回流温度下反应6~10小时,然后从反应混合液中收集生成物—N-苯基-3,4,5,6-四氯邻苯二甲酰亚胺。3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐与苯胺的最佳配比为1∶(1~1.5)(摩尔比),溶剂的用量为原料∶溶剂=1∶(4~8)(重量比);
反应温度为140~155℃,反应时间为7~15小时,反应结束后从混合物中收集生成物。非质子极性溶剂的用量为原料用量的4~15倍(质量);
所说的非质子极性溶剂为环丁砜、二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺中的一种;
所说的氟化剂为可采用氟化钯和氟化钾等,从经济角度考虑,以氟化钾(KF)为宜,最好选用高活性的喷雾干燥的KF。
为了提高反应速率,可在反应体系中加入适量的相转移催化剂,相转移催化剂为季铵盐类化合物,如四甲基氯化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵等,或者是季鏻盐化合物,如四苯基溴化鏻、三丁基苯基溴化鏻等,也可采用聚乙二醇类化合物,如PEG6000等或它们的混合物,添加量为原料质量的1~5%;
所说的碱可采用碱金属的氢氧化物,如氢氧化钾(钠),或为碳酸盐如碳酸钾(钠)、碳酸氢钾(钠),适宜的浓度为5~20%(wt%)的水溶液,其用量为:氟化物∶碱溶液=1∶(1.1~1.2)(摩尔比);酸析所用的酸一般为无机酸,如盐酸、硫酸等,适宜的浓度为10~15%(wt%)的水溶液,其用量为:氟化物∶酸溶液=1∶(1.1~1.5)(摩尔比);反应温度为50~100℃,反应结束后采用常规的方法从混合物中收集生成物。
(4)脱羧反应:将步骤(3)所得的开环物置于三级胺或非质子极性溶剂中进行脱羧反应,其反应式为:反应的工艺条件是这样的:
反应温度为80~150℃,反应时间为1~5小时,溶剂的加入量为开环化合物重量的5~10倍,反应结束后采用常规的方法从混合物中收集生成物。
所说的三级胺类溶剂可以是正三丁烷、三乙胺、正三辛胺中的一种或一种以上,更为优选的溶剂是非质子极性溶剂,如N-甲基砒咯烷酮、二甲基亚砜等;
(5)水解反应:将脱羧产物置于酸性水溶液中进行水解,即可获得本发明所说的目标产物—2,3,4,5-四氟苯甲酸,其反应式为:反应的工艺条件是这样的:
反应温度为80~150℃,所说的酸性溶液为硫酸、盐酸或氢溴酸等无机酸,其浓度一般为30~50%(wt%),加入量为:脱羧产物∶酸溶液=1∶(5~10)(重量),反应时间为15~25小时,反应结束后采用常规的方法从混合物中收集生成物,即目标产物—一种类白色固体化合物。
下面将通过实施例对本发明作进一步的阐述,但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)在带有冷凝回流、搅拌和加热装置的反应釜中,加入4000克乙酸、260克苯胺(2.8mol)、715克(2.5mol)3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐,在氮气保护下回流反应6小时,将反应物过滤、水洗、烘干,得淡黄色固体缩合物880克。熔点:271℃,收率为97.5%。
实施例2
将实施例1所得的缩合物500克(0.722mol)、1130克氟化钾、4000ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)及3克催化剂PEG6000置于上述反应器中反应10小时,反应温度为150℃,经液相色谱分析,原料的转化率为100%,产物的生成率为86%,部分氟化物为5%,反应物经纯化处理后得米黄色固体氟化物245克,含量为98.5%,收率为60%,[MS:C14H5F4NO2(M,295,100;M+1,296,20.899;M-C8H5NO2,148,53.198;M-C7H5NO,176,16.102;M-C8F4NO2,77,17.118)]。
实施例3
操作过程同实施例2,将溶剂改为4000ml的二甲基亚砜,反应10小时,经液相色谱分析,原料的转化率为100%,产物的生成率为83%,部分氟化物为6%,反应物经纯化处理后得米黄色固体氟化物230克,含量为97.8%,部分氟化物为1.2%,收率为56%。
实施例4
将实施例2所得米黄色固体氟化物475克(1.61mol)、1350ml水、135克KOH置于上述反应器中反应1小时,反应温度为95℃,反应物冷却至25℃,滴加浓盐酸至灰白色固体全部析出,经过滤水洗干燥后得灰白色固体开环化合物495克。熔点:195℃,收率98%。
实施例5
将实施例4所得的灰白色固体开环化合物500克(1.60mol)、4200ml二甲基亚砜(DMSO)置于实施例1所述的反应器中,在氮气保护下反应10小时,反应温度为130℃。经液相色谱分析,原料的转化率为92%,脱羧产物的生成率为82%,闭环物为6%。反应物经纯化处理后得灰白色固体脱羧物265克,含量为99%,收率为61.7%,熔点:151℃,[MS:C13H7F4NO(M,269,39.591;M-C6H6N,177,100;M-C7H6NO,149,17.461)]。
实施例6
将实施例5中的溶剂改用5000ml正三丁胺,反应18小时,其它与实施例5相同。经液相色谱分析,原料的转化率为91%,脱羧产物的生成率为77%,闭环物为9%。反应物经纯化处理后得灰白色固体脱羧物236克,含量为99%,收率为55%。
实施例7
将实施例5中的溶剂改用4200ml N-甲基-2-砒咯烷酮,反应2小时,其它与实施例5相同。经液相色谱分析,原料的转化率为90%,脱羧产物的生成率为80%,闭环物为7%。反应物经纯化处理后得灰白色固体脱羧物252克,含量为99%,收率为58%。
实施例8
将实施例5所得的灰白色脱固体羧化合物265克、500ml(40%)的氢溴酸置于上述反应器中,在130℃下反应24小时,冷却后将白色析出物滤出,滤饼用10%的NaOH溶液溶解后用300ml乙酸乙酯萃取,分去有机相后,水相用浓盐酸将产物全部析出,过滤,洗涤,经真空干燥后可得类白色目标产物2,3,4,5-四氟苯甲酸161.5克。熔点:88~88.6℃,经液相色谱分析,含量为99%,收率为85%;
[MS:C7H2F4O2,M/e(%),194(76.626)[M+],195(6.642)[M++1],177(100)[M+-OH],149(56.72)[M+-COOH],45(19.530)[M+-C6HF4];
IR(cm-1):3400,1705,1515,1480,1395,1100,1040,900,740,710,695;
F含量(实测值):39.03%,(理论值):39.17%。
实施例9
操作过程同实施例8,用5000ml硫酸(35%)取代氢溴酸,130℃下反应30小时,反应液用250ml而氯甲烷萃取,可得类白色目标产物2,3,4,5-四氟苯甲酸178.4克。得率为92%,熔点:87.8~88.4℃,含量为98.5%(液相色谱法),F含量(实测值):39.0%,(理论值):39.17%。
实施例10
操作过程同实施例2,加入l克十六烷基三甲基溴化铵和2克PEG6000,反应10小时,经液相色谱分析,原料的转化率为100%,产物的生成率为83%,部分氟化物为6%,反应物经纯化处理后得米黄色固体氟化物228克,含量为97.0%,部分氟化物为1.1%,收率为55.5%。
Claims (2)
1.一种2,3,4,5-四氟苯甲酸的制备方法,其特征在于:以3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐和苯胺为原料,依次主要进行如下反应:
(1)缩合反应:3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐与苯胺在极性有机溶剂中进行缩
反应的工艺条件是这样的:
在回流温度下反应6~10小时,3,4,5,6-四氯邻苯二甲酸酐与苯胺
的最佳配比为1∶(1~1.15)(摩尔比);所说的极性有机溶剂为乙酸或二
噁烷;
(2)氟化反应:在非质子极性溶剂中,缩合产物与氟化钾进行氟化反应,反
反应的工艺条件是这样的:
在140~155℃下反应7~15小时,所说的非质子极性溶剂为环丁
砜、二甲基亚砜、N,N’-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种;
反应的工艺条件是这样的:
所说的碱为氢氧化钾(钠)、碳酸钾(钠)或碳酸氢钾(钠)中的一种;所
说的酸为盐酸、硫酸中的一种;反应温度为50~100℃;
(4)脱羧反应:将步骤(3)所得的开环物置于溶剂中进行脱羧反应,其反应式
为:
反应的工艺条件是这样的:
反应温度为80~150℃,反应时间为1~5小时,溶剂的加入量
为开环化合物重量的5~10倍;所说的溶剂为正三丁烷、三乙胺、正
三辛胺、N,N’-二甲基甲酰胺、N-甲基砒咯烷酮、二甲基亚砜中的一种
或一种以上;
(5)水解反应:将脱羧产物置于酸性水溶液中进行水解,从反应液中收集生
反应的工艺条件是这样的:
反应温度为80~150℃,所说的酸性溶液为硫酸、盐酸或氢溴酸
中的一种,反应时间为15~25小时。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:在氟化反应过程中加入相转移催化剂,所说的相转移催化剂为四甲基氯化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、四苯基溴化鏻、三丁基苯基溴化鏻、PEG6000中的一种或一种以上,添加量为原料重量的1~5%。
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