ES2301563T3 - Preparacion de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencilico. - Google Patents

Preparacion de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencilico. Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para la preparación de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico que comprende: a) fluorar 2,3,5,6-tetraclorotereftalonitrilo para obtener 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo; b) hidrogenar 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo para dar 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno; c) convertir 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno en 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno. d) halogenar 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno para dar un alcohol 4-(halometil)-2,3,5,6-tetrafluorobencílico en el que halo es cloro o bromo, y e) hidrogenar el alcohol 4-(halometil)-2,3,5,6-tetrafluorobencílico para dar alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico.

Description

Preparación de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico.
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir alcoholes bencílicos polifluorados que son útiles en la síntesis de plaguicidas piretroides.
Los ésteres del ácido cis-3-(haloalquenil)-2,2-dimetilciclopropanocarboxílico con alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico, en particular teflutrina, [cis-3-((Z)-2-cloro-3,3,3-trifluoroprop-1-enil)-2,2-dimetilciclopropano carboxilato de 2,3,5,6-tetrafluoro-4-metilbencilo] son importantes productos insecticidas y acaricidas. Así, es deseable tener un procedimiento industrialmente aceptable y eficaz para producir los intermedios necesarios tales como alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico.
Procedimientos conocidos para producir alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico se describen en los documentos DE3714602, GB2155464 y EP31199 pero estos procesos implican la reducción de los ácidos benzoicos o haluros ácidos precursores utilizando reactivos caros tales como borohidruros, o litiación de tetrafluorobenceno a muy baja temperatura seguida de metilación. Estos métodos no son adecuados para aplicaciones industriales ya que implican el uso de reactivos caros o requieren condiciones especiales de baja temperatura.
Los solicitantes han encontrado que estas desventajas se pueden evitar preparando el alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico a partir de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno y han concebido un procedimiento práctico y eficaz para la producción de ambos compuestos a escala industrial partiendo del compuesto 2,3,5,6-tetraclorotereftalonitrilo, fácilmente disponible.
Por lo tanto se proporciona un método para producir 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno que comprende:
a) fluorar 2,3,5,6-tetraclorotereftalonitrilo para obtener 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo;
b) hidrogenar 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo para dar 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno; y
c) convertir 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno en 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno.
La fluoración de la etapa a) se lleva a cabo de manera adecuada utilizando agentes de intercambio de fluoruro tales como fluoruros de metales alcalinos, por ejemplo fluoruro potásico y opcionalmente un catalizador de transferencia de fase, por ejemplo cloruro de tetrametil amonio (TMAC). La reacción se lleva a cabo de manera adecuada en un disolvente. Disolventes adecuados son disolventes apróticos dipolares tales como dimetilformamida. La reacción se realiza de manera adecuada a temperaturas entre 100-150ºC, preferiblemente a 130-150ºC y preferiblemente en condiciones anhidras.
El proceso de hidrogenación de la etapa b) se puede llevar a cabo según cualquiera de los procedimientos descritos en el documento EP99622. Un método particularmente adecuado emplea hidrógeno y un catalizador metálico tal como paladio. La reacción se puede llevar a cabo de 0ºC a aproximadamente 60ºC y de presión ambiente a 10 bar de sobrepresión. Disolventes adecuados para usar en la reacción incluyen alcoholes, ácidos carboxílicos, tales como ácido fórmico, ácido acético o mezclas de cualquiera de estas clases con agua. Un disolvente preferido para la reacción de hidrogenación es ácido acético o ácido acético acuoso. La relación molar de ácido acético es convenientemente 2-10:1 pero Preferiblemente es 4-6:1
La etapa c) se realiza preferiblemente mediante diazotación y descomposición hidrolítica in-situ de la sal de diazonio. El proceso de diazotación se realiza de manera adecuada empleando nitrito sódico acuoso y un ácido a una temperatura de 0-100ºC, preferiblemente 50-80ºC. La concentración de amina en la reacción (antes de la adición de nitrito) es convenientemente 5 - 30%, preferiblemente 5-15%. La relación molar de nitrito a 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno es convenientemente 2-5:1 pero se prefiere 2:1. Después de completar la etapa c), el producto puede contener algunos ésteres (p. ej. ésteres acetato) del producto alcohol bencílico deseado. Las estructuras del éster acetato se muestran a continuación.
1
Se ha encontrado ventajoso hacer que la masa de reacción sea alcalina y después calentarla para hidrolizar los ésteres hasta el compuesto diol deseado. Una vez que se se han hidrolizado todos los ésteres, la masa de reacción se ajusta a un pH entre 7-10, preferiblemente un pH entre 9-10 antes de la extracción del producto en un disolvente para su purificación o para su uso en procesos posteriores.
En un aspecto adicional de la invención el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno de la etapa c) se puede convertir en alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico así:
i) halogenar 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno para dar un alcohol 2,3,5,6-tetrafluoro-4-(halometil)bencílico; y
ii) hidrogenar el alcohol 2,3,5,6-tetrafluoro-4-(halometil)bencílico para dar alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico.
La halogenación de la etapa i) cuando el grupo halo es por ejemplo cloro o bromo se lleva a cabo de manera adecuada empleando agentes halogenantes tales como ácido clorhídrico o ácido bromhídrico acuosos. La reacción se lleva a cabo de manera adecuada en dos fases en presencia de un disolvente. Disolventes adecuados son disolventes inertes e inmiscibles en agua, tales como hidrocarburos aromáticos, por ejemplo tolueno. La reacción se realiza a una temperatura entre 50-150ºC, preferiblemente a 75-100ºC.
La reacción de hidrogenación de la etapa ii) se puede realizar en condiciones de proceso similares a las resumidas para la etapa b) anteriormente pero en presencia de una base para absorber el haluro de hidrógeno liberado. Bases adecuadas son hidróxidos o carbonatos de metales alcalinos o alcalinotérreos u óxidos de metales alcalinotérreos. Disolventes adecuados son alcoholes, ésteres o hidrocarburos aromáticos.
En un aspecto adicional más de la invención, el alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico se hace reaccionar con cloruro de cis-Z 3-(2-cloro-1,1,1-trifluoro-2-propenil)-2,2-dimetilciclopropano carbonilo.
2
para dar teflutrina.
3
Condiciones adecuadas para realizar la reacción se describen por ejemplo en la patente europea EP-A-31199.
En una realización preferida de la invención, 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo se hidrogena en un disolvente ácido carboxílico, por ejemplo ácido acético, y la masa de hidrogenación pasa directamente a la fase de diazotación (etapa c)) después de la separación, y entonces no se requiere más ácido adicional.
En otra realización preferida el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno de la etapa c) se extrae de la masa de reacción en un disolvente tal como metil isobutilcetona (MiBK), el disolvente se elimina a presión reducida y se añade un segundo disolvente, el segundo disolvente es adecuado para la reacción de halogenación de la etapa i). Un segundo disolvente adecuado es tolueno.
En una realización preferida adicional, el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno de la etapa c) se extrae directamente en un disolvente que también se usa en la reacción de halogenación de la etapa i). Disolventes adecuados son aquellos que son estables en ácido acuoso, tales como hidrocarburos aromáticos (por ejemplo tolueno, xileno o un halobenceno) o hidrocarburos halogenados (por ejemplo dicloruro de etileno o percloroetileno).
Los siguientes ejemplos ilustran los procedimientos y los compuestos de esta invención.
El NMR 1H se realizó en un espectrómetro Bruker AS 200 (200 MHz 1H), usando TMS como estándar de referencia. Los análisis de cromatografía de gases se obtuvieron con un Hewlett Packard 5890 Serie II. Las reacciones de hidrogenación a presión se realizaron en un autoclave de acero inoxidable de 1 litro, acoplado a un agitador de turbina movida por gas a 1000 rpm. La alimentación de hidrógeno se realizó mediante una tubería sumergida mediante un controlador de gas Buchi tipo 6002, el calentamiento y el enfriamiento se controlaron mediante un baño Jelabo FP40. El catalizador de paladio sobre carbono de tipo 58 fue suministrado por Johnson Matthey Ltd.
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Ejemplo 1
Este ejemplo describe la preparación de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno.
Etapa a
Preparación de 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo
Se cargaron fluoruro potásico (117,7 g) y DMF (330 g) en un matraz de 1 litro con camisa acoplado a un condensador, a una entrada de nitrógeno y a un serpentín externo de calentamiento y enfriamiento. La mezcla se agitó en atmósfera de nitrógeno durante 5 minutos, después de este tiempo, se tomó una muestra (5 ml) y se analizó su contenido de agua para asegurar que la mezcla de reacción contenía <0,2% en peso de agua. Después se cargaron 2,3,5,6-tetraclorotereftalonitrilo (120 g) y cloruro de tetrametilamonio (1,55 g) y la mezcla de reacción se calentó hasta 115ºC con agitación. La reacción se mantuvo a 115ºC en atmósfera de nitrógeno durante 6 horas, después de este tiempo se tomó una muestra para determinar si se había logrado completar la reacción (esto es, la impureza monocloro era < 2%). La mezcla de reacción se calentó adicionalmente a 115ºC durante 30 minutos, en caso necesario. La reacción se enfrió hasta 70ºC y se dejó salir del recipiente de reacción mediante la válvula de salida del fondo hasta un vaso de precipitados de 2 litros con agitación que contenía agua (670 g) a temperatura ambiente. La suspensión resultante se filtró y la torta de filtración se lavó con agua (3 x 300 ml). El 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo se secó parcialmente sobre el filtro y se descargó en un recipiente de almacenamiento adecuado. La reacción produjo 97,8 g de pasta húmeda con agua, el análisis de GC mostró una resistencia de 78,6% dando un rendimiento de 85,2%.
Etapa B
Preparación de 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno
Se cargaron en el autoclave agua (258 g), ácido acético (179 g), pasta de 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo (90,6 g 100% en peso), agente humectante (Nopco 8050) (0,15 g) y catalizador de paladio/carbono al 5%, (1,8 g 100% en peso). Se selló la tapa y se purgó inicialmente el autoclave con nitrógeno para eliminar el oxígeno residual y después se llevó la presión a 5 bar g. con hidrógeno, después de esto el controlador de gas se puso a cero. Se puso en marcha el agitador y la presión se mantuvo a 5 bar g. automáticamente mediante el controlador Buchi. La temperatura se controló manualmente y el calor desprendido por la reacción se controló manualmente empleando el baño externo de calentamiento/enfriamiento. La temperatura de la reacción era inicialmente 5ºC y aumentó hasta 30ºC a lo largo de los primeros 120 minutos de entrada de hidrógeno. El consumo de hidrógeno fue sumado por el controlador de gas Buchi. La reacción continuó hasta que cesó el consumo de hidrógeno (típicamente 4 h). Se descargó la presión residual y el autoclave se purgó con nitrógeno. Se descargó el contenido del autoclave mediante la válvula de salida del fondo del autoclave, seguidamente se lavó un poco con agua. El catalizador gastado se eliminó por filtración. Se combinaron los filtrados y el agua de lavar la torta de filtración y se analizaron en cuanto al producto 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno. La reacción produjo 83,4 g de diamina, lo que equivale a un rendimiento de la reacción de
88,6%.
Etapa C
Preparación de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno
Se cargaron 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno (68,6 g), ácido acético (104 g), agua (451 g) y un agente desespumante basado en silicona (0,2 g) en un matraz de reacción de 1 litro con el cuello dividido, la agitación se mantuvo todo el tiempo. El matraz se mantuvo a 25ºC y se añadió una disolución acuosa de nitrito sódico (al 36%, 134,2 g) a lo largo de 90 minutos. La temperatura de reacción se aumentó hasta 70ºC a lo largo de la adición. La reacción se mantuvo a 70ºC durante 30 minutos adicionales después de que se completara la adición del nitrito. Se tomaron muestras de la masa de reacción y se analizaron en cuanto a nitrito sódico residual empleando papel de almidón-yoduro. Tras confirmar que el nitrito sódico en exceso se había cargado (el papel de almidón-yoduro se vuelve azul) se enfrió la reacción a 60ºC. A continuación se hidrolizaron los subproductos ésteres de acetato del producto por tratamiento con hidróxido sódico. Se cargó suficiente disolución acuosa de hidróxido sódico al 47% para elevar el pH hasta >11,5. Después se elevó la temperatura hasta 90ºC y se mantuvo durante 30 minutos, después de ese tiempo se volvió a comprobar el pH para asegurar que era > 11,5. Si el pH no era >11,5, se añadía disolución de hidróxido sódico adicional y se mantenía la agitación durante 30 minutos más. La temperatura de reacción se bajó hasta 60ºC y se ajustó el pH a 9 añadiendo ácido clorhídrico. Después se extrajo esta disolución con 4-metilpentan-2-ona (MiBK, 2 x 250 ml), los extractos orgánicos se combinaron y analizaron, mostrando un rendimiento del 90% de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno por análisis de GLC cuantitativo.
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Ejemplo 2
Este ejemplo describe la preparación de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluoro-bencílico.
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Etapa d
Preparación de alcohol 2,3,5,6-tetrafluoro-4-(bromometil)bencílico
Se cargó una disolución de 80 g de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno en MiBK producido según el ejemplo 1 en un matraz de reacción de 1 litro equipado para destilación (tanto reflujo como salida total). Se eliminó el disolvente por destilación y después destilación al vapor. Se añadió tolueno (303 g) y se eliminó el agua residual por destilación azeotrópica. Se agitó y calentó la disolución hasta 60ºC durante 30 minutos y se añadieron Silcolapse (0,2 g) y ácido bromhídrico acuoso al 48% (109,3 g) a la mezcla de reacción y esto se calentó hasta 95ºC. El aparato de destilación se fijó sólo con reflujo durante los 30 minutes iniciales de reacción a 95ºC. Después de este tiempo, el azeótropo tolueno agua se recogió en un separador recirculando la capa de tolueno al recipiente de reacción. La reacción se calentó durante 5,5 horas a 95ºC con recirculación de tolueno. La mezcla se enfrió hasta 55ºC añadiendo agua (150 ml) y ácido bromhídrico acuoso al 48% (36,6 g). Esta mezcla de separación se agitó a 55ºC durante 15 minutos y después se dejó asentar durante 30 minutos antes de eliminar la fase acuosa. La capa de tolueno/producto restante se lavó adicionalmente con una mezcla previamente preparada de agua (150 ml) y una disolución acuosa de acetato sódico al 40% (36 g) esto se agitó y se dejó asentar antes de descargar la capa de tampón acuoso. Se analizó la capa de tolueno en lo que se refiere al producto alcohol 2,3,5,6-tetrafluoro-4-(bromometil)bencílico y dio un rendimiento de 96,2%.
Etapa e
Preparación de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluoro-bencílico
El siguiente procedimiento empleó un reductor que era un autoclave de vidrio de 1 litro, con un volumen de trabajo de 350-500 ml equipado con un agitador de dispersión de gas (1000 rpm), la alimentación de gas se hizo a través de una tubería sumergida mediante un controlador de gas Buchi tipo 6002, el calentamiento y enfriamiento se controlaron mediante un baño Jelabo FP40. Se cargaron en el autoclave metanol (362 g), agua (6 g), alcohol 2,3,5,6-tetrafluoro-4-(bromometil)bencílico (95,1 g 100% en peso), óxido de magnesio (18,1 g) y catalizador paladio/carbono al 5%, de Johnson Matthey Tipo 58, (0,8 g 100% en peso). Se selló la tapa y se purgó inicialmente el autoclave con nitrógeno para eliminar el oxígeno residual y después se llevó la presión a 2,5 bar g. con hidrógeno, después de esto el controlador de gas se puso a cero. Se puso en marcha el agitador y la presión se mantuvo a 2,5 bar g. automáticamente mediante el controlador Buchi. La temperatura de reacción se controló a 50ºC durante toda la reacción mediante el baño externo de calentamiento/enfriamiento. El consumo de hidrógeno fue sumado por el controlador de gas Buchi. La reacción continuó hasta que cesó el consumo de hidrógeno (típicamente de 60 a 90 minutos). Se descargó la presión residual y el autoclave se purgó con nitrógeno. Se descargó el contenido del autoclave mediante la válvula de salida del fondo del autoclave, seguidamente se lavó un poco con metanol (30 g). Se eliminaron el catalizador gastado y las sales inorgánicas por filtración lavando la torta de filtración con metanol (2 x 30 g). Se combinaron los filtrados y el resultado de lavar la torta de filtración. Al realizar el análisis la reacción había producido 60,4 g de alcohol 2,3,5,6-tetrafluoro-4-metilbencílico, lo que equivale a un rendimiento de la reacción de 89,4%.
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Ejemplo 3
Este ejemplo describe la preparación de cis-3-((Z)-2-cloro-3,3,3-trifluoroprop-1-enil)-2,2-dimetilciclopropano carboxilato de 2,3,5,6-tetrafluoro-4-metilbenzilo.
Se cargó cloruro de cis-Z 3-(2-cloro-1,1,1-trifluoro-2-propenil)-2,2-dimetilciclopropano carbonilo (257 g) en un reactor equipado con un agitador, termómetro, entrada de nitrógeno bajo la superficie y embudo de extracción con camisa. Se aplicó el burbujeo de nitrógeno al cloruro de ácido y se mantuvo durante el resto del proceso. Se cargó alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico (188,1 g) fundido en el embudo de extracción. Se mantuvo la temperatura del embudo a 80ºC. Se cargó el alcohol en la mezcla del cloruro de ácido a lo largo de tres horas. La temperatura de reacción máxima que se permitió durante la adición fue 45ºC. Cuando se completó la adición la temperatura de la masa de reacción se elevó hasta 95ºC y se mantuvo durante 2 horas. Se usó un análisis por GC para determinar si se había producido la conversión completa del cloruro de ácido y que no quedaba ningún reactante en exceso. La mezcla se enfrió hasta 60ºC y la masa de reacción fundida se descargó, se pesó y se analizó. La reacción rindió 423,3 g de cis-3-((Z)-2-cloro-3,3,3-trifluoroprop-1-enil)-2,2-dimetilciclopropano carboxilato de 2,3,5,6-tetrafluoro-4-metilbencilo fundido, el análisis frente a un patrón conocido mostró que este material era el 92,5% en peso dando un rendimiento total de la reacción de 96,5%.

Claims (8)

1. Un procedimiento para la preparación de alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico que comprende:
a) fluorar 2,3,5,6-tetraclorotereftalonitrilo para obtener 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo;
b) hidrogenar 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo para dar 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno;
c) convertir 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno en 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno.
d) halogenar 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno para dar un alcohol 4-(halometil)-2,3,5,6-tetrafluoro-bencílico en el que halo es cloro o bromo, y
e) hidrogenar el alcohol 4-(halometil)-2,3,5,6-tetrafluorobencílico para dar alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa c) se realiza por diazotación de 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno seguido por descomposición hidrolítica in-situ de la sal de diazonio resultante.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, tal procedimiento comprende la etapa adicional de hacer reaccionar alcohol 4-metil-2,3,5,6-tetrafluorobencílico con cloruro de cis-Z 3-(2-cloro-1,1,1-trifluoro-2-propenil)-2,2-dimetilciclopropano carbonilo para formar teflutrina.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual la etapa de convertir 1,4-bis(aminometil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno en 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno va seguida por una reacción de hidrólisis para convertir los subproductos ésteres en el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno requerido.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el 2,3,5,6-tetrafluorotereftalonitrilo se hidrogena en un disolvente ácido carboxílico y la masa de hidrogenación se hace pasar directamente a la fase de diazotación (etapa c) después de la separación, de manera que no se requiere ácido adicional.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la masa de reacción que contiene el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno se ajusta a pH 7-10 y se extrae el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno en un disolvente.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno de la etapa c) se extrae de la masa de reacción en un disolvente tal como metil isobutilcetona (MiBK), el disolvente se elimina a presión reducida y se añade un segundo disolvente, siendo el segundo disolvente adecuado para la halogenación de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno para dar alcohol 4-(halometil)-2,3,5,6-tetrafluoro-bencílico.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno de la etapa c) se extrae directamente en un disolvente que también se usa en la halogenación de 1,4-bis(hidroximetil)-2,3,5,6-tetrafluorobenceno para dar alcohol 4-(halometil)-2,3,5,6-tetrafluoro-bencílico.
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