CN110627646A - 5-氟-2-硝基苯酚的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种5‑氟‑2‑硝基苯酚的制备方法。本发明解决的技术问题是现有制备5‑氟‑2‑硝基苯酚的方法反应时间长，不利于工业化操作。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种5‑氟‑2‑硝基苯酚的制备方法，包括以下步骤：在碱、水和有机溶剂同时存在的情况下，使2,4‑二氟硝基苯反应得到5‑氟‑2‑硝基苯酚。本发明通过在反应体系中添加有机溶剂，可以加快反应速度，有效缩短反应时间，降低了能耗，更易于进行工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种5-氟-2-硝基苯酚的制备方法。
背景技术
5-氟-2-硝基苯酚是合成除草剂丙炔氟草胺等精细化学品的关键中间体，文献报道的合成路线主要有：
(1)间氟苯酚硝化法
专利WO2009035407等报道了该方法，但该法由于间氟苯酚价格昂贵，且硝化时副产物多、收率低，工业化价值不高。
(2)2,4-二氟硝基苯水解法
文献《新型除草剂丙炔氟草胺的合成研究》等报道了该方法，通过NaOH、KOH等无机强碱对2,4-二氟硝基苯进行水解，然后酸化得到目标产物。该方法虽然操作简便，但是反应时间长，不利于工业化操作。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有制备5-氟-2-硝基苯酚的方法反应时间长，不利于工业化操作。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，包括以下步骤：在碱、水和有机溶剂同时存在的情况下，使2,4-二氟硝基苯反应得到5-氟-2-硝基苯酚。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述有机溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、1,4-二氧六环、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或环丁砜中的一种或两种以上；优选二甲基亚砜、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或环丁砜中的一种或两种以上；更优选二甲基亚砜或四氢呋喃；最优选二甲基亚砜。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述有机溶剂与2，4-二氟硝基苯的质量比为0.2～2:1。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述有机溶剂与2，4-二氟硝基苯的质量比为0.5～1:1。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述碱为无机碱；优选的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述碱与水的质量比为1:1～4；优选的质量比为1:1.5～2.5。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述反应的温度为52～58℃。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，所述反应结束后还包括用盐酸调节体系pH为酸性的步骤，所述体系pH值为1～6，优选pH为3～4。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，用盐酸调节体系pH前应保证体系温度＞30℃。
其中，上述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，包括以下步骤：在反应容器中添加碱、水和有机溶剂，升温至50～54℃，滴加2,4-二氟硝基苯，滴加过程维持反应内温在55～58℃，滴加完成后保温反应至液相中2,4-二氟硝基苯＜0.5％，保证体系温度＞30℃，调节体系pH至3～4，静置分层，有机层减压除去溶剂后得到5-氟-2-硝基苯酚。
本发明的有益效果是：
本发明通过在反应体系中添加有机溶剂，可以加快反应速度，有效缩短反应时间，降低了能耗，更易于进行工业化应用。
具体实施方式
具体的，一种5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，包括以下步骤：在碱、水和有机溶剂同时存在的情况下，使2,4-二氟硝基苯反应得到5-氟-2-硝基苯酚。
本发明的发明人通过大量的筛选试验发现添加二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙腈(ACN)、二氧六环、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)或环丁砜可以有效缩短反应时间，降低能耗。其中，在相同的反应时间内添加二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)或环丁砜，产物转化率较高；添加二甲基亚砜或四氢呋喃，产物转化率更高；添加二甲基亚砜，产物转化率最高。
本发明方法中，有机溶剂的用量太少，不能有效缩短反应时间；有机溶剂的用量太多，成本高。因此，综合考虑成本以及溶剂对反应本身的影响，本发明将有机溶剂与2,4-二氟硝基苯的质量比设置为0.2～2:1；优选的，所述有机溶剂与2,4-二氟硝基苯的质量比为0.5～1:1。
本发明方法中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾。如果碱与水的质量比偏小，水的含量太高，反应速度较慢，并且反应结束后，产生的废水量较多；碱与水的质量比偏大，主产物的转化率反而降低，生成的杂质含量增加。因此，本发明将碱与水的质量比为1:1～4，优选的质量比为1:1.5～2.5。
本发明方法中，当反应温度过低时，反应过程缓慢，会有大量原料累积，导致反应不完全，同时，反应后期会出现体系温度突然飙升现象；当反应温度过高时，生成的杂质变多。因此，本发明将水解反应的温度设置为52～58℃。
本发明的方法在反应结束后滴加盐酸时应保证反应温度大于30℃，否则会有大量固体析出，难以搅拌；pH值的确定是因为当pH为5-6时，反应液已经分层，但是为了更进一步提高产品分层的量，故将pH值进一步确定为4，更进一步降低pH值会增大酸的用量，且意义不大。
本发明中涉及的名词解释：
浓度＝质量百分浓度＝溶质质量(g)/((溶质质量(g)+溶剂质量(g))×100％。
下面通过试验例和实施例对本发明作进一步详细的说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在1L四口瓶中加入274.4g水，缓慢加入117.6g(2.1mol)氢氧化钾，搅拌至溶解澄清，加入111.36g四氢呋喃，升温至52℃，开始滴加111.36g(0.7mol)2,4-二氟硝基苯，滴加过程维持反应内温在55-58℃，0.5h滴加完成后保温搅拌1-1.5h，液相检测原料<0.5％，反应完全。保证体系温度＞30℃，滴加36wt％的盐酸调节pH＝4，静置分层，有机层减压除溶剂后得油状物104g，收率95％，液相含量95.3％。
试验例1、反应溶剂的筛选
在50mL三口瓶中加入原料2,4-二氟硝基苯3.2g(0.02mol)，40wt％KOH水溶液7.0g，溶剂3.2g，升温至55℃，反应2h取样，液相检测中控，检测结果见表1。
表1反应溶剂的筛选
从表1可以看出，在反应体系中加入部分溶剂可以加快反应速度，提高转化率，以DMSO和THF作为溶剂时，反应速度最快，转化率最高。
试验例2、碱的筛选
在50mL三口瓶中加入原料2,4-二氟硝基苯3.2g(0.02mol)，THF 3.2g，碱2.25eq，升温至55℃，反应2h取样，液相检测中控，检测结果见表2。
表2碱的筛选
| 序号 | 碱 | 主产物(5-氟-2-硝基苯酚) | 原料剩余 |
| 1 | 20wt％KOH水溶液 | 91.9％ | 2.8％ |
| 2 | 25wt％KOH水溶液 | 93.9％ | 1.25％ |
| 3 | 30wt％KOH水溶液 | 94.2％ | 0.6％ |
| 4 | 40wt％KOH水溶液 | 94％ | 0.4％ |
| 5 | 50wt％KOH水溶液 | 92％ | / |
| 6 | 固体KOH | 94.33％ | / |
| 7 | 30wt％NaOH水溶液 | 91.3％ | 1.1％ |
加入固体KOH或NaOH时，反应比较剧烈，首先会消耗1eq的碱生成酚，然后酚会继续与KOH或NaOH反应生成盐和水，由于反应生成的酚钾盐或酚钠盐在有机溶剂中溶解度较差，析出后难以搅拌，因此需大量溶剂分散体系，且后期处理时会加水进一步处理体系产生的盐，后续无法避免废水的产生。固反应起初加水反而有助于提高单釜产能。
从表2可以看出，当碱的浓度为30wt％或40wt％的KOH水溶液时，主产物含量差距不明显；当碱为KOH时，其主产物含量比碱为NaOH时高约3％，且反应副产物氟化钾可以被很好的回收利用；从实验搅拌难易程度、废水量以及反应液中主产物含量来看，碱的浓度为30wt％时综合效果最好。
试验例3、溶剂用量的筛选
在50mL三口瓶中加入原料2,4-二氟硝基苯3.2g(0.02mol)，溶剂，30wt％KOH水溶液9.3g，升温至55℃，检测中控，检测结果见表3。
表3溶剂用量的筛选
| 序号 | 溶剂 | 溶剂与2,4-二氟硝基苯质量比 | 反应时间 | 原料剩余 |
| 1 | THF | 1:1 | 1h | 0.6％ |
| 2 | THF | 0.5:1 | 2h | 0.5％ |
| 3 | THF | 0.2:1 | 5.5h | 0.44％ |
| 4 | DMSO | 1:1 | 0.3h | 0.57％ |
| 5 | DMSO | 0.5:1 | 1h | 0.39％ |
从表3可以看出，溶剂用量越多，所需要的反应时间越短；在相同溶剂用量下，DMSO的反应时间比THF的反应时间更短；综合考虑溶剂回收成本以及溶剂对反应本身的影响，溶剂与2,4-二氟硝基苯质量比为0.5-1:1时较好。
试验例4、反应温度的筛选
在250mL三口瓶中加入原料2,4-二氟硝基苯19.1g(0.12mol)，THF 9.5g，升温，滴加30wt％KOH水溶液51g，反应2h取样，液相检测中控，检测结果见表4。
表4反应温度的筛选
| 序号 | 滴加温度 | 最高温度 | 主产物含量 | 主杂质含量 |
| 1 | 73℃ | 73℃ | 91.75％ | 3.1％ |
| 2 | 52℃ | 58℃ | 94.5％ | 1.6％ |
| 3 | 45℃ | 68℃ | 92％ | 2.3％ |
从表4可以看出，当反应温度较低时，由于反应过程缓慢，会有大量原料累积没有反应完全，反应后期会造成反应体系温度突然飙升，而反应温度过高会导致生成的杂质变多，故反应温度以52-58℃为宜。
试验例5、滴加盐酸中和前的反应体系温度控制
按照实施例1的方法，只是将溶剂替换为DMSO。
表5滴加盐酸中和前的反应体系温度
| 序号 | 滴加温度 | 最高温度 | 主产物含量 | 主杂质含量 |
| 1 | 33℃ | 38℃ | 93.6％ | 1.7％ |
| 2 | 45℃ | 48℃ | 94.3％ | 1.8％ |
| 3 | 55℃ | 55℃ | 95％ | 2％ |
在滴加盐酸中和前，反应体系温度应大于30℃，当温度低于30℃时，体系中会有大量固体析出，导致难以搅拌。
Claims (10)
1.5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在碱、水和有机溶剂同时存在的情况下，使2,4-二氟硝基苯反应得到5-氟-2-硝基苯酚。
2.根据权利要求1所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、1,4-二氧六环、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或环丁砜中的一种或两种以上；优选二甲基亚砜、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或环丁砜中的一种或两种以上；更优选二甲基亚砜或四氢呋喃；最优选二甲基亚砜。
3.根据权利要求1或2所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂与2，4-二氟硝基苯的质量比为0.2～2:1。
4.根据权利要求3所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂与2，4-二氟硝基苯的质量比为0.5～1:1。
5.根据权利要求1-4任一项所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述碱为无机碱；优选的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求5所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述碱与水的质量比为1:1～4；优选的质量比为1:1.5～2.5。
7.根据权利要求1-6任一项所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述反应的温度为52～58℃。
8.根据权利要求1～7任一项所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：所述反应结束后还包括用盐酸调节体系pH为酸性的步骤，所述体系pH值为1～6，优选pH为3～4。
9.根据权利要求8所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于：用盐酸调节体系pH前应保证体系温度＞30℃。
10.根据权利要求1～9任一项所述5-氟-2-硝基苯酚的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在反应容器中添加碱、水和有机溶剂，升温至50～54℃，滴加2,4-二氟硝基苯，滴加过程维持反应内温在55～58℃，滴加完成后保温反应至液相中2,4-二氟硝基苯＜0.5％，保证体系温度＞30℃，调节体系pH至3～4，静置分层，有机层减压除去溶剂后得到5-氟-2-硝基苯酚。
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