CN1660789A - 间－三氟甲基苯乙腈的合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种间－三氟甲基苯乙腈的合成方法，包括二个反应步骤：第一步是氯甲基化反应，第二步是氰化反应，第一步反应是以三氟甲基苯，多聚甲醛和氯磺酸为原料，在无机酸存在下反应生成间－三氟甲基氯甲基苯；第二步反应中采用气相色谱分析控制有机相杂质含量低于3％，有利于反应收率的提高。该方法具有生产原料易得，操作简单，便于控制，反应收率较高，生成成本较低及减少环境污染等优点，是一种适宜于工业化生产的合成方法。
Description
技术领域
本发明涉及有机氟化合物的合成方法，具体是关于间-三氟甲基苯乙腈的合成方法。
背景技术
间-三氟甲基苯乙腈属于一种氟化芳香族化工产品。在农药合成领域，可以用于制备除草剂；在医药生产领域，可以用于合成抗菌药、减肥药和冠状血管扩张药。
已有技术报道，主要有以下几种间-三氟甲基苯乙腈的合成方法。
1979年，美国The Dow Chemical Company专利US 4,144,265报道的间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，是以三氟甲基苯、氯甲基甲醚和氯磺酸作原料，制备间-三氟甲基氯甲基苯，再在季胺盐作用下，将间-三氟甲基氯甲基苯与氰化钠水溶液反应，制得间-三氟甲基苯乙腈。由于氯甲基甲醚沸点低，易挥发，有刺激性臭，是强烈的致癌物质，属于我国颁布的工业生产禁止使用的产品，所以不适宜于大生产。
1989年，Degussa Aktiengesellschaft公开的德国专利3,717,434报道的间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，是在600℃～700℃高温下，用三氟甲基苯与氯氰(ClCN)气体反应，直接制得间-三氟甲基苯乙腈。虽然一步法反应可以缩短工艺流程，但是剧毒的氯氰需要当场合成，更为不利于生产的是600～700℃的高温条件。
1990年，美国Chevron Research Company专利US 4,966,988报道的间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，是以间二甲苯为原料，在吡啶溶剂中，通氯气，生成α，α，α-三氯间二甲苯；再把α，α，α-三氯间二甲苯置于四氯乙烯中，在季胺盐和氢氧化钾水溶液作用下，与六氯乙烷反应，生成α，α，α，α’-四氯间二甲苯；用α，α，α，α’-四氯间二甲苯与氟化氢(HF)气体进行氟化反应，生成间-三氟甲基氯甲基苯；最后，将间-三氟甲基氯甲基苯置于乙腈溶剂中，在季胺盐存在下，与氰化钠水溶液反应，才制得间-三氟甲基苯乙腈。该合成工艺流程太长，而且要使用大量有毒有害的化学溶剂，造成很大的环境污染，显然是不适宜于工业生产。因此，人们要寻找一种新的间-三氟甲基苯乙腈的工业化合成方法。
发明内容
本发明提供一种间-三氟甲基苯乙腈合成方法，包括二个步骤，第一步氯甲基化反应，合成间-三氟甲基氯甲基苯；第二步氰化反应生成间-三氟甲基苯乙腈。
二个步骤的反应式表示如下：
2.
第一步氯甲基化反应，是以三氟甲基苯、多聚甲醛和氯磺酸为原料在催化剂无机酸存在下反应，生成间-三氟甲基氯甲基苯，原料的摩尔比为三氟甲基苯∶多聚甲醛∶氯磺酸＝1∶1～1.7∶1～1.3。
添加无机酸作为催化剂，可以使多聚甲醛溶解于三氟甲基苯中，增加分子间接触面积，加快反应速度；强酸性的存在，也可以使反应中产生的酸性气体迅速逸出系统，减少副反应，提高反应收率。无机酸一般选择硫酸，浓度范围为60～90％，无机酸的用量为三氟甲基苯量的20～35％
三氟甲基苯、多聚甲醛和无机酸催化剂加入后，滴加氯磺酸，控制物料温度在10～30℃之间，滴加结束后，于35℃～55℃反应1～2小时，静止分层，除去酸水相，用水洗涤，并用浓度5～15％氢氧化钠溶液中和至PH为6～7。然后，在真空度0.09～0.099MPa进行减压蒸溜，收集50～55℃前馏分(为未反应的三氟甲基苯，可套用)。再收集75～80℃馏分，即得到间-三氟甲基氯甲基苯，含量大于97％，收率为65～67％(以三氟甲基苯计)。余留的料液可回收制备得作为付产物的3，3’-二(三氟甲基)苯甲烷，回收量约为三氟甲基苯的15～20％。
第二步氰化反应是在相转移催化剂作用下，间-三氟甲基氯甲基苯和氰化钠水溶液进行反应生成间-三氟甲基苯乙腈。反应中的间-三氟甲基氯甲基苯和氰化钠的反应摩尔比为1∶1～1.5。在生产中，氰化钠一般采用浓度为20～35％的水溶液为好，反应在45～60℃之间反应10～16小时。
加入少量的相转移催化剂(如：四丁基溴化铵)，是为了使水相与有机相油相充分接触反应，加快反应速度，但是，在主反应加快的同时，付反应也会产生，一些杂质的生成则降低了反应收率，本发明采用气相色谱分析进行质量跟踪，控制有机相杂质含量，使有机相杂质含量低于3％。以提高反应产率。根据我们实验，杂质含量高于3％后，杂质会有一个突变地急剧发生过程。通过质量控制可以减弱和抑制这个突变过程，一旦发现杂质产生速度加快则降低反应温度，使主、付反应速度均减缓。因此，为了防止这个突变过程产生，我们严格控制杂质含量低于3％。
相转移催化剂的添加量一般为间-三氟甲基氯甲基苯的1.0～1.5％(重量)。
反应结束后，分层除去水相，用清水洗涤，进行减压蒸馏，得到三氟甲基苯乙腈产物，总含量达99.1～99.5％，其中：间-三氟甲基苯乙腈含量达94.4～94.6％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.5％以下，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.5％以下，反应收率为90～92％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
本发明涉及的间-三氟甲基苯乙腈合成工艺是以三氟甲基苯、多聚甲醛和氯磺酸作原料，在硫酸催化剂的存在下，进行氯甲基化反应，生成间-三氟甲基氯甲基苯，收率可达65-67％。然后，在季胺盐相转移催化剂的存在下，用间-三氟甲基氯甲基苯与氰化钠水溶液进行氰化反应，采用气相色谱分析跟踪，控制有机相杂质，使杂质含量低于3％，制得的产品三氟甲基苯乙腈，总含量可达99.1～99.5％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.4～94.6％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.5％以下，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.5％以下，第二步反应收率可达90～92％，二步反应总收率为59～62％。二步反应的收率和总收率都高于已有技术的收率。
本发明间-三氟甲基苯乙腈合成方法，生产原料三氟甲基苯、甲醛和氯磺酸等市场上均有出售，避免了使用氯甲基甲醚、氯氰等易挥发的剧毒原料，也避免使用高温设备等苛刻条件。本发明方法在第一步反应中添加硫酸催化剂，第二步反应中采用气相色谱分析控制有机相杂质含量低于3％，这些工艺条件都使反应速度加快，提高了反应收率。参见下面的合成实施例和比较例显示的结果，比较例的收率都比合成实施例的收率低。例如实施例5显示，在第一步反应中不添加硫酸的情况，虽然在40℃反应时间增加到12小时(实施例1是2小时)，但是收率还是比实施例1的低。如果反应时间是2小时的话，则收率更低。此外，第一步反应中生成的付产物3，3’-二(三氟甲基)苯甲烷，也是一个有用的含氟芳香族化工产品，可以回收利用，这也降低了生产成本。尤其使用的原料——多聚甲醛是固体颗粒，便于储存和运输，生产操作简单，便于控制，该方法又具有反应收得率高、生产成本低的特点，因此是一种适宜于工业化生产的合成方法。
具体实施方式
本发明通过下面的实施例作进一步阐述，但并不限制本发明的范围。
实施例1 间-三氟甲基苯乙腈的合成
在反应锅内，加入100公斤85％硫酸、298公斤98％三氟甲基苯(2.00kmol)和90公斤98％三聚甲醛(2.94kmol，熔点64-67℃)，于15℃～25℃下，滴加265公斤98％氯磺酸(2.23kmol)。滴加完毕后，在40℃反应2小时，静止后分去酸水相，用清水洗二次，再用10％氢氧化钠溶液中和至PH6，在真空度0.092MPa进行减压蒸溜，收集50～55℃前馏分三氟甲基苯110公斤，含量96％(可套用)，再在真空度0.099MPa下收集75～80℃馏分，得到间-三氟甲基氯甲基苯170公斤，含量97.5％，收率为66.73％(以三氟甲基苯计)。余留液可制得3，3’-二(三氟甲基)苯甲烷28公斤。
在反应锅内，加入制得的170公斤97.5％间-三氟甲基氯甲基苯(0.85kmol)、165公斤33％氰化钠水溶液(1.11kmol)和2公斤四丁基溴化铵进行氰化反应，在45℃反应12小时，用气相色谱分析进行质量跟踪，控制有机相杂质小于3％，分去水相，用清水洗二次，在真空度0.099MPa下减压蒸馏，收集94～97℃馏分，得到三氟甲基苯乙腈产品153公斤，总含量达99.5％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.6％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.5％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.4％，反应收率为91.81％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
总收率为61.26％。
产物间-三氟甲基苯乙腈的光谱分析如下：
红外吸收光谱特征频率(cm-1)：2254，1600，1495，1454，1336
该红外光谱图中各官能团吸收峰与标准谱图(Aldrich F1，335-5)相一致；
质谱分析：
质荷比(m/z) 116 185 159 166 186 89 165 117
吸收率(％RA) 100 42.84 26.66 15.42 12.59 11.31 10.23 9.83
该质谱图和标准图谱(Library Searched，C：\Database\NIST98.L)相一致，
EI低分辨质谱分子离子峰为185，证明分子量＝185，
EI高分辨质谱证明分子式为C9H6F3N。
实施例2 间-三氟甲基苯乙腈的合成
在反应锅内，加入100公斤75％硫酸、298公斤98％三氟甲基苯(2.00kmol)和90公斤98％多聚甲醛(2.94kmol，熔点121-123℃)，于15℃～25℃下，滴加265公斤98％氯磺酸(2.23kmol)。滴加完毕后，在55℃反应1小时，静止后分去酸水相，用清水洗二次，再用10％氢氧化钠溶液中和至PH6，在真空度0.092MPa进行减压蒸溜，收集50～55℃前馏分三氟甲基苯114公斤，含量96.5％(可套用)，再在真空度0.099MPa下收集75～80℃馏分间-三氟甲基氯甲基苯164公斤，含量97.1％，收率为65.7％(以三氟甲基苯计)。余留液可制得3，3’-二(三氟甲基)苯甲烷29公斤。
在反应锅内，加入制得的164公斤97.1％间-三氟甲基氯甲基苯(0.82kmol)、187公斤30％氰化钠水溶液(1.14kmol)和2公斤四丁基溴化铵进行氰化反应，在55℃反应10小时，用气相色谱分析进行质量跟踪，控制有机相杂质小于3％，分去水相，用清水洗二次，在真空度0.099MPa下减压蒸馏，收集94～97℃馏分，得到三氟甲基苯乙腈145公斤，总含量达99.1％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.4％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.4％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.3％，反应收率为90.0％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
总收率为59.1％。
实施例3 与实施例1的第二步氰化反应相应的比较实施例
在反应锅内，加入170公斤97.5％间-三氟甲基氯甲基苯(0.85kmols)、165公斤33％氰化钠水溶液(1.11kmols)和2公斤四丁基溴化铵进行氰化反应，在45℃反应12小时，不进行质量跟踪，其有机相杂质含量为5.5％，分去水相，用清水洗二次，在真空度0.099MPa下减压蒸馏，收集94～97℃馏分，得到三氟甲基苯乙腈产品146公斤，总含量达98.7％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.0％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.4％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.3％，反应收率为87.05％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
实施例4与实施例2的第二步氰化反应的相应的比较实施例
在反应锅内，加入164公斤97.1％间-三氟甲基氯甲基苯(0.82kmol)、187公斤30％氰化钠水溶液(1.14kmol)和2公斤四丁基溴化铵进行氰化反应，在55℃反应10小时，不进行质量跟踪，其有机相杂质含量为10.1％，分去水相，用清水洗二次，在真空度0.099MPa下减压蒸馏，收集94～97℃馏分得到三氟甲基苯乙腈产品125公斤，总含量达98.0％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.0％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.4％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.6％，反应收率为77.38％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
实施例5与实施例1的第一步氯甲基化反应相应的比较实施例
在反应锅内，加入298公斤98％三氟甲基苯(2.00kmol)和90公斤98％三聚甲醛(2.94kmol)，于15℃～25℃下，滴加265公斤98％氯磺酸(2.15kmol)。滴加完毕后，在40℃反应12小时，静止后分去酸水相，用清水洗二次，再用10％氢氧化钠溶液中和至PH6，在真空度0.092MPa下减压蒸馏，收集50～55℃前馏分三氟甲基苯111公斤，含量96.5％(可套用)，再在真空度0.099MPa下减压蒸馏，收集75～80℃馏分，得到间-三氟甲基氯甲基苯125公斤，含量97.5％，收率为50.74％(以三氟甲基苯计)。
Claims (3)
1、一种间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，包括二步反应，第一步反应合成间-三氟甲基氯甲基苯，第二步反应是在相转移催化剂季胺盐作用下，间-三氟甲基氯甲基苯与氰化钠水溶液进行氰化反应生成间-三氟甲基苯乙腈，其特征在于第一步反应是以三氟甲基苯、多聚甲醛和氯磺酸为原料，在催化剂无机酸存在下反应，生成间-三氟甲基氯甲基苯，原料的摩尔比为三氟甲基苯∶多聚甲醛∶氯磺酸＝1∶1～1.7∶1～1.3，反应温度35℃～55℃，反应时间1～2小时，无机酸用量为三氟甲基苯量的20-35％；第二步氰化反应中控制有机相杂质含量低于3％。
2、如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述第一步反应中的无机酸是硫酸。
3、如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述第二步反应中采用气相色谱控制有机相杂质含量低于3％。
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