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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