CN107488098A - 一种工业化制备2,3‑二氟三氟甲苯、3,4‑二氟苯腈的连续生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种工业化制备2,3‑二氟三氟甲苯、3,4‑二氟苯腈的连续生产方法，其中2,3‑二氟三氟甲苯涉及苯磺酰胺和苯磺酰脲类除草剂的中间体原料的制备方法，3,4‑二氟苯腈涉及氰氟草脂中间体原料的制备方法，该方法适用于工业化生产，相对于现有方法成本低，生产效率高，污染少。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法，属于化工技术领域。
背景技术
2,3-二氟三氟甲苯为苯磺酰胺和苯磺酰脲类除草剂的中间体原料，,3,4-二氟苯腈为氰氟草脂中间体原料，其中磺酰胺类除草剂五氟磺草胺根据US5858924可由2,3-二氟三氟甲苯与硫醇反应并氧化氯代生成苯磺酸，与二氟乙醇反应后再与2-氨基-5，8-二甲氧基-[1,2,4] ***并-[1,5-C]嘧啶缩合成五氟磺草胺，其工艺如下：
氰氟草脂根据US4532328可由3,4-二氟苯腈与(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯反应制的，(R)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸酯可由(S)对甲苯磺酰乳酸酯与对苯二酚反应，其反应过程如下：
专利号CN 103539699 A中以3,4-二氯苯腈为原料合成3,4-二氟苯腈，其反应式如下：
其中控温条件为120-130℃反应3h，130-180℃反应5h，反应收率为82%。
专利号CN 104693080 A中以2,3-二氯三氟甲苯为原料制备2,3-二氟三氟甲苯，单次收率约30%左右，其反应式如下：
上述两项专利为目前生产3,4-二氟苯腈与2,3-二氟三氟甲苯的主要生产方法，其主要存在的问题为：2,3-二氟三氟甲苯生产过程中需250-300℃高温反应20h会分解产物及溶剂，单釜收率约30%，工业化产生大量的废气且此步原料成本较高，3,4-二氟苯腈反应不完全，仍有3或4位的氯未发生氟代反应，且比重超过40%，所用的相转移催化剂难以大量用于工业化，成本较高。
发明内容
针对现有技术中2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈生产工艺的不足之处，本发明提供了一种工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法，该方法反应条件温和、后处理简单，成本低、生产效率高，具有很好的环保和经济效益，更加适用于工业化生产。本发明应用成本更加低廉的间甲苯胺，通过以氟化氢为溶剂重氮化反应，将较难反应的三号位取代，大大提高了产物效率，降低了反应成本，并避免在苯环卤素氟代试验中因高温反应产生的大量废气。
本发明技术方案如下：
一种工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法，是以间甲苯胺为起始原料，按如下反应路线制备而成：
其中：式（Ⅰ）化合物为2,3-二氟三氟甲苯；
式（Ⅱ）化合物为3,4-二氟苯腈；
式（Ⅲ）化合物为间甲苯胺；
式（Ⅳ）化合物为3-氟-甲苯；
式（Ⅴ）化合物为2-甲基-4-氟-苯磺酸；
式（Ⅵ）化合物为2-甲基-4-氟-5-氯-苯磺酸；
式（Ⅶ）化合物为2-甲基-3-氯-4-氟-苯磺酸；
式（Ⅷ）化合物为3-氟-4-氯-甲苯；
式（Ⅸ）化合物为2-氯-3-氟-甲苯；
式（Ⅹ）化合物为3-氟-4-氯-苯甲酸；
式（Ⅺ）化合物为3-氟-4-氯-苯腈；
式（Ⅻ）化合物为2-氯-3-氟-三氯甲苯；
式（XIII）化合物为2-氯-3-氟-三氟甲苯。
上述工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法，具体步骤包括：
1）重氮化反应制备式（Ⅳ）化合物：
取氟化氢降温至0℃，缓慢加入式（Ⅲ）化合物，待加入式（Ⅲ）化合物后混合3h并冷却至-5℃，再缓慢加入亚硝酸钠，反应1h，缓慢升温至35℃反应3h，反应完成后静置分层收集有机相，得式（Ⅳ）化合物，并回收氟化氢；
2）磺酸基取代制备式(Ⅴ)化合物：
将95%硫酸和三氧化硫混合，然后加入式(Ⅳ) 化合物，加热至30℃反应6h，收集磺酸相，萃取，饱和溶液控温析晶，过滤，得式（Ⅴ）化合物；
3）苯环氯化制备式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物：
将式(Ⅴ) 化合物升温至80～170℃，然后向式(Ⅴ) 化合物中慢速通入氯气并开启搅拌，式(Ⅴ) 化合物与氯气反应完成后，得式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物；
4）脱酸精馏制备并分离式(Ⅸ)化合物和式 (Ⅷ)化合物：
向式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物中，加入25～30%硫酸，加热至110℃回流至液相色谱检测无原料，停止反应，精馏有机相，于156℃收集式 (Ⅷ)化合物，于164℃收集式(Ⅸ) 化合物；
5）合成式（Ⅰ）化合物2,3-二氟-三氟甲苯
（1）光氯化制备式(Ⅻ)化合物：
将式(Ⅸ)化合物加入到光氯化反应釜中，在紫外光源引发条件下升温至130℃，通氯气，GC追踪至2-氯-3-氟-二氯甲苯含量小于1wt%时停止反应，得式(Ⅻ) 化合物；
（2）氟化制备式(XIII)化合物：
将式(Ⅻ) 化合物转入氟化反应釜中，降至室温，加入无水氟化氢，式(Ⅻ) 化合物与无水氟化氢摩尔比为1: 9～12，然后升温至85℃，压力稳定在2.2MPa后反应3～4h，低温冷凝回收氟化氢，然后蒸馏收集179～181℃馏分，得式(XIII) 化合物；
（3）氟代制备式(Ⅰ)化合物：
向氟代反应釜中加入DMI、喷雾干燥氟化钾、18-冠醚-6和甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入式(XIII) 化合物升温至230℃后反应8h，减压精馏，0.01～0.02MPa收集44～46℃馏分得式(Ⅰ) 化合物；
6）合成式（Ⅱ）化合物3,4-二氟-苯甲腈
（1）制备式(Ⅹ)化合物：
向反应釜中加入乙酸、乙酸锰和硫酸，然后加入式(Ⅷ)化合物，搅拌混合降温至15℃后，缓慢通入臭氧，反应完成后氮气带出臭氧，减压回收乙酸后，溶液分层，得式(Ⅹ)化合物：
（2）制备式(Ⅺ)化合物：
向反应釜中加入式(Ⅹ)化合物和氯化亚砜，然后加入DMF，搅拌升温至70℃反应1.5h，反应完成后降至室温，旋干后用氯仿溶解，降温至5℃滴加30%氨水，滴加完成后稳定30min，分层，取有机相加干燥剂，过滤，滤液旋干，然后加入三氯氧磷，搅拌升温至70℃反应1.5h，然后降温至15℃旋干，加入二***与水的混合液，降温至10℃并搅拌30min，分层取有机相，用饱和碳酸氢钠水溶液和饱和氯化钠水溶液洗涤，然后加入干燥剂，过滤，旋干，得式(Ⅺ)化合物；
（3）氟代制备式(Ⅱ)化合物：
向氟代反应釜中加入DMI、喷雾干燥氟化钾、18-冠醚-6和甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入式(Ⅺ)化合物升温至240℃后反应8h，减压精馏0.01～0.02MPa收集100～105℃馏分,得式(Ⅱ)化合物。
优选地，步骤1）中，式（Ⅲ）化合物与氟化氢、亚硝酸钠的摩尔比为1：3～4：1.1～1.2；
优选地，步骤1）中，式（Ⅲ）化合物加入速度为0.1moL/（h•moL氟化氢），亚硝酸钠加入速度为0.065 moL/（h•moL氟化氢）；
优选地，步骤1）中，升温速度为4℃/h，反应完成后体系中式（Ⅲ）化合物含量需小于1wt%。
优选地，步骤2）中，式（Ⅳ）化合物与硫酸、三氧化硫的摩尔比为1：1～1.3：0.1～0.15；
优选地，步骤2）中，所述的萃取，萃取剂为甲苯，用量为600～700ml/mol间氟甲苯，甲苯回收循环使用；
优选地，步骤2）中，饱和溶液控温析晶，方法为搅拌升温至65℃，完全溶解后静置2h，自然降温至25℃，结晶6h。
优选地，步骤2）中，析晶后溶液，按步骤4）方法回收4位取代的副产物2-氟-4-甲基苯磺酸。
优选地，步骤3）中，式(Ⅴ) 化合物与氯气的摩尔比为1：2.2～3.5；
优选地，步骤3）中，氯气通入速率为 0.3g/min每摩尔式(Ⅴ)化合物，氯气通入温度为80～170℃；
优选地，步骤3）中，反应至体系中式(Ⅴ) 化合物含量小于2wt%。
优选地，步骤4）中，每摩尔式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物，硫酸用量为2.1～2.5L。
优选地，步骤5）中，（1）光氯化制备式(Ⅻ)化合物，氯气通入速度随3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余量而改变：初始氯气通入速度不大于1g/（moL•min），3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余量小于60wt%时，氯气通入速度不大于0.4 g/（moL•min），3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余量小于30wt%时，氯气通入速度不大于0.2 g/（moL•min）。
优选地，步骤5）中，（3）氟代制备式(Ⅰ)化合物：式(XIII) 化合物与DMI、氟化钾、18-冠醚-6的摩尔比为1：15～18：2.5～3：0.02～0.04；每摩尔式(XIII) 化合物甲苯加入量为120g。
优选地，步骤6）中，（1）制备式(Ⅹ)化合物：式(Ⅷ)化合物与乙酸的摩尔比为1:25～30，每1摩尔式(Ⅷ)化合物加入0.4～0.5g乙酸锰和15～20g硫酸。
优选地，步骤6）中，（2）制备式(Ⅺ)化合物：式(Ⅹ)化合物与氯化亚砜、氯仿、氨水、三氯氧磷的摩尔比为1:8～10:16～17: 10～15 : 9～10；DMF加入量为式(Ⅹ)化合物摩尔量的5%；二***与水的混合液，二***与水的质量比例为5:3，加入量为3.5～4L/mol的式(Ⅹ)化合物。
优选地，步骤6）中，（3）氟代制备式(Ⅱ)化合物：式(Ⅺ)化合物与DMI、氟化钾、18-冠醚-6的摩尔比为1：15～18：2.5～3：0.02～0.04；每摩尔式(Ⅺ)化合物甲苯加入量为120g。
进一步地，上述工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法，将步骤5）中（3）氟代制备式(Ⅰ)化合物与步骤6）中（3）氟代制备式(Ⅱ)化合物，合并后进行反应，方法为：向氟代反应釜中加入DMI、氟化钾、18-冠醚-6和甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入式(XIII) 化合物和式(Ⅺ)化合物，首先升温至230℃后反应6h，然后10℃/h升温至250℃反应1h，反应完成后，气相出料，降温，过滤收集滤液，0.01～0.02MPa减压精馏，收集44～46℃馏分，得式(Ⅰ) 化合物；收集100～105℃馏分，得式(Ⅱ)化合物；精馏后包含DMI的剩余溶液，补充投加氟化钾、式(XIII) 化合物及式(Ⅺ)化合物连续反应。
优选地，式(XIII) 化合物与式(Ⅺ)化合物的摩尔比为2：3；式(XIII) 化合物和式(Ⅺ)化合物的摩尔总量与DMI、氟化钾、18-冠醚-6的摩尔比为1：15～18：2.5～3：0.02～0.04；每摩尔式(XIII) 化合物与式(Ⅺ)化合物的总量加入甲苯量为120g。
本发明2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法有益效果：应用成本更加低廉的间甲苯胺，通过以氟化氢为溶剂重氮化反应，将较难反应的三号位取代，综合利用苯环氯取代主副产物，线路大大提高了两种产物收率（连续反应总收率可达到60%），并避免在苯环卤素氟代试验中因高温反应产生的大量废气。DMI与18-冠醚-6沸点相近并有良好溶解性，分离产物后的溶剂体系可循环使用，在减压回收过程中也可一并回收，避免每次实验都投入相转移催化剂。此外，在本发明生产过程中使用的溶剂等均可回收，循环使用，大大降低了反应成本，且反应条件温和、后处理简单，生产效率高，具有很好的环保和经济效益，更加适用于工业化生产。
具体实施方式
以下所述实施案例仅表达发明实施方式，描述具体详细，但不能代表本专利范围限制，本发明专利保护范围以所附权利要求为准。
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：重氮化反应制备式（Ⅳ）化合物（间氟甲苯）1：
将1236g（61.8mol）氟化氢投入至5L氟化反应釜中降温至0℃，每小时滴加110g加入间甲基苯胺2153g（20.1mol）；搅拌混合3h并冷却并保持-5℃，每小时投入292g加入1526g亚硝酸钠，低温反应1h，4℃/h缓慢升温至35℃反应3h，间甲基苯胺含量需小于1wt%，静置分层，收集有机相共2025g，得间氟甲苯，纯度为98.4%，收率为90.1%；-5℃冷凝回收氟化氢。
实施例2：重氮化反应制备式（Ⅳ）化合物（间氟甲苯）2：
将1497g（74.9mol）氟化氢投入至5L氟化反应釜中降温至0℃，每小时滴加110g加入间甲基苯胺2013g（18.8mol）；搅拌混合3h并冷却并保持-5℃，每小时投入290g加入1548g亚硝酸钠，低温反应1h，4℃/h缓慢升温至35℃反应3h，间甲基苯胺含量需小于1wt%，静置分层，收集有机相共1827g，得间氟甲苯，纯度为97.7%，收率为86.3%；-5℃冷凝回收氟化氢。
实施例3：磺酸基取代制备式(Ⅴ)化合物（2-甲基-4-氟-苯磺酸）：
将1258g95%硫酸、122g三氧化硫投入带有搅拌、控温、回流的反应器中，加入纯度为99%的间氟甲苯1120g（10.2mol）；加热至30℃反应6h，收集磺酸相；其产物为2-甲基-4-氟-苯磺酸1706g（约88%）与2-氟-4-甲基苯磺酸182g（约9.4%）；投入至6.7L甲苯中，搅拌升温至65℃溶解后维持2h，自然降温至25℃结晶6h，过滤得4-氟-2-甲基苯磺酸947g，纯度为98%，甲苯滤液回收循环使用。
实施例4：2-甲基-4-氟-苯磺酸的苯环氯化制备式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物1：
将3047g（16mol）98%的2-甲基-4-氟-苯磺酸投入5L氯代反应釜中，激烈搅拌，升温至170℃时4.8 g/min通入氯气3266g（46mol）；LC检测2-甲基-4-氟-苯磺酸含量低于1%时停止反应，得式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物，LC-MASS分析其产物中，2-甲基-4-氟-5-氯-苯磺酸约41%，2-甲基-3-氯-4-氟 -苯磺酸约53%。
实施例5：4-氟-2-甲基苯磺酸的苯环氯化制备式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物2：
将2952g（15.5mol）98%的2-甲基-4-氟-苯磺酸投入5L氯代反应釜中，激烈搅拌，升温至80℃时4.8 g/min通入氯气2451g（34.5mol）；LC检测2-甲基-4-氟-苯磺酸含量低于1%时停止反应，得式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物，LC-MASS分析其产物中，2-甲基-4-氟-5-氯-苯磺酸约67%，2-甲基-3-氯-4-氟 -苯磺酸约29%。
:实施例6：脱酸精馏制备并分离式(Ⅸ)化合物和式 (Ⅷ)化合物：
取式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物886g（3.79mol）投入10L反应釜中，投入8.5L25%硫酸，加热至110℃回流，LC追踪无原料，反应停止，静置分层，收集有机相精馏，在156℃收集式 (Ⅷ)化合物360g纯度为99.0%（2.49mol）；在164℃收集式(Ⅸ)化合物148g纯度为98.9%（1.02mol），结果与分析结果基本保持一致。
实施例7：光氯化制备式(Ⅻ)化合物（2-氯-3-氟-三氯甲苯）：
将3290g纯度98.5%的3-氟-2-氯甲苯投入5L光氯化反应器中，在紫外光源引发条件下升温至130℃开始通氯气，速度为22g/min，GC追踪，3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余不足60%时通氯气速度降至9.1g/min，3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余不足30%时通氯速度降至4.5g/min，2-氯-3-氟-二氯甲苯含量小于1wt%时停止反应，产物共5379g，得2-氯-3-氟-三氯甲苯，收率约为94.2%。
实施例8：氟化制备式(XIII)化合物（2-氯-3-氟-三氟甲苯）：
将实施例7制备的3-氟-2-氯三氯甲苯转移至10L氟化反应釜中，降温投入无水氟化氢4793g，升温至85℃，反应压力维持在2.2MPa，压力稳定后反应3h。反应完成后泄压回收氟化氢，产物蒸馏收集179~181℃馏分得2-氯-3-氟-三氟甲苯3929g，，收率约为93.0%，纯度为99.3%。
实施例9：氟代制备式(Ⅰ)化合物：（2,3-二氟-三氟甲苯）：
向20L氟代反应釜中投入溶剂DMI11490g，1125g除水后喷雾干燥KF，35g18-冠醚-6，805g甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入99.3%3-氟-2-氯三氟甲苯1341g（6.71mol）升温至230℃后反应8h,降温减压（0.01~0.02MPa）精馏，收集44～46℃馏分1184.8g，即2,3-二氟-三氟甲苯，纯度为98.9%，收率为95.9%。
实施例10：制备式(Ⅹ)化合物（3-氟-4-氯苯甲酸）：
向20L反应釜中投入9931g乙酸、2.7g的乙酸锰、105g98%硫酸，然后投入99%3-氟-4-氯甲苯870g（5.96mol），体系搅拌混合降温至15℃，缓慢通入215g臭氧（共10h）；反应完成后氮气带出臭氧光解处理；降温减压回收醋酸，溶液分层回收产物988g，得3-氟-4-氯苯甲酸，纯度为98.2%，收率约为94.2%。
实施例11：制备式(Ⅺ)化合物（3-氟-4-氯苯甲腈）：
向10L反应釜中加入氯化亚砜11450g（96.22mol）、98.2%3-氟-4-氯苯甲酸1680g（9.63mol），然后加入35.2g的DMF，搅拌升温至70℃反应1.5h，完成后降至室温，旋干后分批用18400g氯仿溶解，转移至反应釜中降温至5℃滴加30%氨水8186g，3h滴加完成后稳定30分钟，分层后收集有机相干燥过滤，滤液旋干后加入14750g三氯氧磷，搅拌升温至70℃反应1.5h，完成后降至15℃，旋干后分批次加入33L二***与水的混合液（二***与水的质量比例为5:3），转移至反应釜中，降温至10℃搅拌30min，停止搅拌后分层，收集有机相用饱和碳酸氢钠水溶液及饱和氯化钠水溶液洗涤，洗涤完成后加入干燥剂干燥，过滤，旋干得固体产物1386g，即3-氟-4-氯苯甲腈，纯度为98%，收率为92.4%。
实施例12：氟代制备式(Ⅱ)化合物（3,4-二氟-苯甲腈的合成）：
向20L氟代反应釜中投入溶剂DMI12563g，940g除水后喷雾干燥KF，45g18-冠醚-6，790g甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入98%3-氟-4-氯苯甲腈1027g（6.47mol），升温至240℃后反应8h，降温，过滤收集滤液，减压（0.01～0.02MPa）回收溶剂，收集100～105℃馏分715.6g，即3,4-二氟-苯甲腈，纯度为98.1%，收率约为78%
实施例13：合并实施例9和实施例12，氟代反应制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈一步完成：
向20L氟代反应釜中投入溶剂DMI13785g，1017g除水后喷雾干燥KF，65g18-冠醚-6，840g甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入98%3-氟-4-氯苯甲腈667g（4.2mol），99.3%3-氟-2-氯三氟甲苯560（2.8mol）g，升温至230℃后反应6h，然后10℃/h升温至250℃反应1h，降温，过滤收集滤液，减压（0.01~0.02MPa）精馏，收集44～46℃馏分510.9g，即2,3-二氟三氟甲苯，纯度为98.6%，收率为98.8%；收集100～105℃馏分500.6g，即3,4-二氟-苯腈，纯度为99.2%，收率约为85%；釜底再次投入喷雾干燥氟化钾、3-氟-4-氯-苯甲腈，2-氯-3-氟-三氟甲苯，连续生产，氟代生产工艺总收率可达94%。
对比例1：
CN 104693080 A实施例1为：2,3-二氟-三氟甲苯的制备：
将2,3-二氯-三氟甲苯215g(1.00mol)、无水氟化钾140g(2.41mol)、环丁枫2000mL、四苯基溴化磷10g分批投入高压反应釜中，搅拌下升温到250-300℃保温反应20小时。冷却，过滤除去生成的氯化钾和过量的氟化钾。滤液精馏，收集112℃至119℃的馏分，得化合物2,3-二氟-三氟甲苯;残留物继续精馏收集145℃～151℃的馏分得副产物2-氟-3-氯-三氟甲苯;套用后连续制备2,3-二氟-三氟甲苯的平均收率为:87.6%
其使用溶剂为环丁砜，虽然其沸点可达到285℃，但超过240℃时其会大量分解为焦黑色聚合物及二氧化硫，不适于做溶剂, 单次实验收率约30%,而本发明单步氟化收率可达98%以上，其87.6%收率指以2-氟-3-氯-三氟甲苯与2,3-二氟-三氟甲苯记，连续反应中因分解肯定远低于此收率，且其原料2,3-二氯-三氟甲苯价格大概是同规格的间甲苯胺的10倍以上。
对比例2：
CN 103539699 A实施例4为：
在带搅拌器、回流分水器、温度计的2000ml反应釜中加入300g3,4-二氯苯腈,900g1,3-二甲基-2-咪唑啉酮,120g环己烷,升温至120℃,回流分水1小时,待分水器中无水分出后,投入300g喷雾干燥氟化钾、双-(N-双(二甲胺基)亚甲基)-氯化亚胺盐30g,升温至130℃,回流分水反应3小时,得到中间体3-氯-4-氟苯腈,继续升温至180℃,反应5h结束。
将得到的反应液用甲苯稀释后减压抽滤，除盐,滤饼用甲苯洗涤3次,滤液转至精馏釜中进行减压精馏,在真空度控制0.08~0.09MPa,塔顶收集90-105℃的馏分196.8g，GC纯度99.2%,收率82%。
其使用的催化剂为双-(N-双(二甲胺基)亚甲基)-氯化亚胺盐，购买途径较少，且其在试验完成后无法分离回收，只能与氯化钾、未反应的氟化钾一同处理，成本高昂，且其分为两个步骤反应，第一步除水时已经投入原料，易产生羟基取代副产物，造成较大浪费。综上其不适用于工业化生产。
Claims (10)
1.一种工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法，其特征在于，是以间甲苯胺为起始原料，按如下反应路线制备而成：
其中：式（Ⅰ）化合物为2,3-二氟三氟甲苯；
式（Ⅱ）化合物为3,4-二氟苯腈；
式（Ⅲ）化合物为间甲苯胺；
式（Ⅳ）化合物为3-氟-甲苯；
式（Ⅴ）化合物为2-甲基-4-氟-苯磺酸；
式（Ⅵ）化合物为2-甲基-4-氟-5-氯-苯磺酸；
式（Ⅶ）化合物为2-甲基-3-氯-4-氟-苯磺酸；
式（Ⅷ）化合物为3-氟-4-氯-甲苯；
式（Ⅸ）化合物为2-氯-3-氟-甲苯；
式（Ⅹ）化合物为3-氟-4-氯-苯甲酸；
式（Ⅺ）化合物为3-氟-4-氯-苯腈；
式（Ⅻ）化合物为2-氯-3-氟-三氯甲苯；
式（XIII）化合物为2-氯-3-氟-三氟甲苯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤包括：
1）重氮化反应制备式（Ⅳ）化合物：
取氟化氢降温至0℃，缓慢加入式（Ⅲ）化合物，待加入式（Ⅲ）化合物后混合3h并冷却至-5℃，再缓慢加入亚硝酸钠，反应1h，缓慢升温至35℃反应3h，反应完成后静置分层收集有机相，得式（Ⅳ）化合物，并回收氟化氢；
2）磺酸基取代制备式(Ⅴ)化合物：
将95%硫酸和三氧化硫混合，然后加入式(Ⅳ) 化合物，加热至30℃反应6h，收集磺酸相，萃取，饱和溶液控温析晶，过滤，得式（Ⅴ）化合物；
3）苯环氯化制备式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物：
将式(Ⅴ) 化合物升温至80～170℃，然后向式(Ⅴ) 化合物中慢速通入氯气并开启搅拌，式(Ⅴ) 化合物与氯气反应完成后，得式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物；
4）脱酸精馏制备并分离式(Ⅸ)化合物和式 (Ⅷ)化合物：
向式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物中，加入25～30%硫酸，加热至110℃回流至液相色谱检测无原料，停止反应，精馏有机相，于156℃收集式 (Ⅷ)化合物，于164℃收集式(Ⅸ) 化合物；
5）合成式（Ⅰ）化合物2,3-二氟-三氟甲苯
（1）光氯化制备式(Ⅻ)化合物：
将式(Ⅸ)化合物加入到光氯化反应釜中，在紫外光源引发条件下升温至130℃，通氯气，GC追踪至2-氯-3-氟-二氯甲苯含量小于1wt%时停止反应，得式(Ⅻ) 化合物；
（2）氟化制备式(XIII)化合物：
将式(Ⅻ) 化合物转入氟化反应釜中，降至室温，加入无水氟化氢，式(Ⅻ) 化合物与无水氟化氢摩尔比为1: 9～12，然后升温至85℃，压力稳定在2.2MPa后反应3～4h，低温冷凝回收氟化氢，然后蒸馏收集179～181℃馏分，得式(XIII) 化合物；
（3）氟代制备式(Ⅰ)化合物：
向氟代反应釜中加入DMI、喷雾干燥氟化钾、18-冠醚-6和甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入式(XIII) 化合物升温至230℃后反应8h，减压精馏，0.01～0.02MPa收集44～46℃馏分得式(Ⅰ) 化合物；
6）合成式（Ⅱ）化合物3,4-二氟-苯甲腈
（1）制备式(Ⅹ)化合物：
向反应釜中加入乙酸、乙酸锰和硫酸，然后加入式(Ⅷ)化合物，搅拌混合降温至15℃后，缓慢通入臭氧，反应完成后氮气带出臭氧，减压回收乙酸后，溶液分层，得式(Ⅹ)化合物：
（2）制备式(Ⅺ)化合物：
向反应釜中加入式(Ⅹ)化合物和氯化亚砜，然后加入DMF，搅拌升温至70℃反应1.5h，反应完成后降至室温，旋干后用氯仿溶解，降温至5℃滴加30%氨水，滴加完成后稳定30min，分层，取有机相加干燥剂，过滤，滤液旋干，然后加入三氯氧磷，搅拌升温至70℃反应1.5h，然后降温至15℃旋干，加入二***与水的混合液，降温至10℃并搅拌30min，分层取有机相，用饱和碳酸氢钠水溶液和饱和氯化钠水溶液洗涤，然后加入干燥剂，过滤，旋干，得式(Ⅺ)化合物；
（3）氟代制备式(Ⅱ)化合物：
向氟代反应釜中加入DMI、喷雾干燥氟化钾、18-冠醚-6和甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入式(Ⅺ)化合物升温至240℃后反应8h，减压精馏收集0.01～0.02MPa 100～105℃馏分,得式(Ⅱ)化合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤1）中，式（Ⅲ）化合物与氟化氢、亚硝酸钠的摩尔比为1：3～4：1.1～1.2；
步骤1）中，式（Ⅲ）化合物加入速度为0.1moL/（h•moL氟化氢），亚硝酸钠加入速度为0.065 moL/（h•moL氟化氢）；
步骤1）中，升温速度为4℃/h，反应完成后体系中式（Ⅲ）化合物含量需小于1 wt%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤2）中，式（Ⅳ）化合物与硫酸、三氧化硫的摩尔比为1：1～1.3：0.1～0.15；
步骤2）中，所述的萃取，萃取剂为甲苯，用量为600～700ml/(mol间氟甲苯)，甲苯回收循环使用；
步骤2）中，饱和溶液控温析晶，方法为搅拌升温至65℃，完全溶解后静置2h，自然降温至25℃，结晶6h；
步骤2）中，析晶后溶液，按步骤4）方法回收4位取代的副产物2-氟-4-甲基苯磺酸。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤3）中，式(Ⅴ) 化合物与氯气的摩尔比为1：2.2～3.5；
步骤3）中，氯气通入速率为 0.3g/min每摩尔式(Ⅴ)化合物，氯气通入温度为80～170℃；
反应至体系中式(Ⅴ) 化合物含量小于2wt%。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤4）中，每摩尔式(Ⅵ)化合物和式 (Ⅶ)化合物混合物，硫酸用量为2.1～2.5L。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤5）中，（1）光氯化制备式(Ⅻ)化合物，氯气通入速度随3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余量而改变：初始氯气通入速度不大于1g/（moL•min），3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余量小于60wt%时，氯气通入速度不大于0.4 g/（moL•min），3-氟-2-氯-二氯甲苯剩余量小于30wt%时，氯气通入速度不大于0.2 g/（moL•min）；
步骤5）中，（3）氟代制备式(Ⅰ)化合物：式(XIII) 化合物与DMI、氟化钾、18-冠醚-6的摩尔比为1：15～18：2.5～3：0.02～0.04；每摩尔式(XIII) 化合物甲苯加入量为120g。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
步骤6）中，（1）制备式(Ⅹ)化合物：式(Ⅷ)化合物与乙酸的摩尔比为1:25～30，每1摩尔式(Ⅷ)化合物加入0.4～0.5g乙酸锰和15～20g硫酸；
步骤6）中，（2）制备式(Ⅺ)化合物：式(Ⅹ)化合物与氯化亚砜、氯仿、氨水、三氯氧磷的摩尔比为1:8～10:16～17: 10～15 : 9～10；DMF加入量为式(Ⅹ)化合物摩尔量的5%；二***与水的混合液，二***与水的质量比例为5:3，加入量为3.5～4L/mol的式(Ⅹ)化合物；
步骤6）中，（3）氟代制备式(Ⅱ)化合物：式(Ⅺ)化合物与DMI、氟化钾、18-冠醚-6的摩尔比为1：15～18：2.5～3：0.02～0.04；每摩尔式(Ⅺ)化合物甲苯加入量为120g。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：将步骤5）中（3）氟代制备式(Ⅰ)化合物与步骤6）中（3）氟代制备式(Ⅱ)化合物，合并后进行反应，方法为：向氟代反应釜中加入DMI、氟化钾、18-冠醚-6和甲苯，减压蒸馏收集甲苯与水的共沸物，馏分清澈后使用干燥后的高纯氮气恢复常压，投入式(XIII) 化合物和式(Ⅺ)化合物，首先升温至230℃后反应6h，然后10℃/h升温至250℃反应1h，反应完成后，气相出料，降温，过滤收集滤液，0.01～0.02MPa减压精馏，收集44～46℃馏分，得式(Ⅰ) 化合物；收集100～105℃馏分，得式(Ⅱ)化合物；精馏后包含DMI的剩余溶液，补充投加氟化钾、式(XIII) 化合物及式(Ⅺ)化合物连续反应。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：式(XIII) 化合物与式(Ⅺ)化合物的摩尔比为2：3；式(XIII) 化合物和式(Ⅺ)化合物的摩尔总量与DMI、氟化钾、18-冠醚-6的摩尔比为1：15～18：2.5～3：0.02～0.04；每摩尔式(XIII) 化合物与式(Ⅺ)化合物的总量加入甲苯量为120g。
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Denomination of invention: A continuous production method for industrial preparation of 2,3-difluoromethylbenzene and 3,4-difluorobenzonitrile Effective date of registration: 20231016 Granted publication date: 20180727 Pledgee: Bank of Beijing Co.,Ltd. Jinan Branch Pledgor: ZIBO FEIYUAN CHEMICAL Co.,Ltd. Registration number: Y2023370000115 |
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