CN115322102A - 一种2-氯-3-硝基甲苯生产2-氟-3-硝基苯甲酸的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学合成技术领域，尤其涉及一种2‑氯‑3‑硝基甲苯生产2‑氟‑3‑硝基苯甲酸的合成方法，包括以下步骤：将2‑氯‑3‑硝基甲苯和氟化物加入反应容器中，在75～130℃下进行反应，得到2‑氟‑3‑硝基甲苯溶液；将上述得到的2‑氟‑3‑硝基甲苯溶液加入氯化釜中，向氯化釜内加入催化剂，打开光源，通入氯气，控制氯化釜温度为70～130℃进行光氯化反应，得到2‑氟‑3‑硝基三氯甲苯溶液；将上述得到的2‑氟‑3‑硝基三氯甲苯溶液加入水解釜中，加入碱性溶液，控制水解釜温度为105～140℃进行水解，加入盐酸调节溶液pH，得到2‑氟‑3‑硝基苯甲酸产品。本发明原料便宜易得，反应过程易于控制，产品纯度、收率高，产生的废水量少，易于处理，具有较高的经济和环保效益。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域，特别是涉及一种2-氯-3-硝基甲苯生产 2-氟-3-硝基苯甲酸的合成方法。
背景技术
2-氟-3-硝基苯甲酸，浅黄色固体，微溶于水，是一种重要的有机合成中间体，广泛应用于药物、活性生物酶等药物的合成。目前关于2-氟-3-硝基苯甲酸合成工艺的报道，主要有：
①采取2-氟甲苯为原料。2-氟甲苯先经硝化得到2-氟-3-硝基甲苯，然后再氧化得到目标产物2-氟-3-硝基苯甲酸，或者是先将2-氟甲苯氧化成2-氟苯甲酸，然后再进行硝化反应得到目标产物2-氟-3-硝基苯甲酸。该路线先硝化再氧化的方法中，第一步直接硝化时，会出现多种硝化产物，中间体分离困难，并且整个反应路线，目标产物的收率偏低。先氧化再硝化的方法，由于氟原子是钝化基团，反应条件更苛刻，而且由于使用混酸硝化，生产三废多，环保压力较大。②采取邻甲基苯酚为原料。邻甲基苯酚经硝酸盐/对甲苯磺酸硝化制备 2-甲基-硝基苯酚，再经氯化将羟基转化为氯原子，然后在氟化铯的作用下将氯原子转化为氟原子，最后经氧化得到目标产物2-氟-3-硝基苯甲酸。这两种合成工艺路线较长，总收率不高，生产环节多产生的三废也多，硝化和氧化反应产生的有机废水很难处理。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种2-氯-3-硝基甲苯生产2-氟-3-硝基苯甲酸的合成方法，其解决了现有的2-氟-3-硝基苯甲酸的生产过程中，硝化和氧化反应产生的有机废水多、废水难处理，且产品收率低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种2-氯-3-硝基甲苯生产2-氟-3-硝基苯甲酸的合成方法，包括以下步骤：
(1)将2-氯-3-硝基甲苯和氟化物加入反应容器中，以乙腈为溶剂，在75～130℃下进行反应，反应一段时间后，经抽滤、浓缩，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液；
(2)将上述得到的2-氟-3-硝基甲苯溶液加入氯化釜中，向氯化釜内加入催化剂，打开光源，通入氯气，控制氯化釜温度为70～130℃进行光氯化反应，反应一段时间后，停止通氯气，得到2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液；
(3)将上述得到的2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液加入水解釜中，加入碱性溶液，控制水解釜温度为105～140℃进行水解，一段时间后，向水解釜中加入盐酸调整溶液pH为5～7，然后经冷却结晶、过滤、重结晶、烘干得到2-氟-3-硝基苯甲酸产品。
具体地，步骤(1)中，反应6～8h后，经过抽滤除去不溶物，滤液进行减压浓缩，除去溶剂，再将浓缩物经硅胶柱层析分离，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液，经层析柱层析分离，可以除去2-氟-3-硝基甲苯溶液中的杂质，避免在光氯化反应过程中，引起原料发生副反应，影响产物的纯度。
具体地，步骤(1)中所述氟化物为氟化钾或氟化铯，所述2-氯-3-硝基甲苯与所述氟化物的用量摩尔比为1：(1～3)。
具体地，步骤(2)中，反应一段时间后，分析检测氯化釜中2-氟-3-硝基二氯甲苯含量≤0.5％时，停止通氯气。
具体地，步骤(2)中，光氯化反应光源为日光灯、紫外灯或高压汞灯。
具体地，步骤(2)中氯气先经过硅胶颗粒柱处理，除去氯气中的杂质，然后再通入反应釜中，氯气中含有氯化铁等杂质，该杂质会影响光氯化反应，使光氯化反应产生较多的副产物，本发明通过硅胶颗粒柱除去该杂质，有利于保证氯化反应向得到2-氟-3-硝基三氯甲苯方向反应，从而可以得到纯度较高的产品。
具体地，步骤(2)中所述催化剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异庚氰，所述催化剂用量为2-氟-3-硝基甲苯质量的0.05～0.5％。
具体地，步骤(2)中氯气的用量与反应原料2-氟-3硝基甲苯用量的摩尔比为(4～10)：1。
具体地，步骤(3)为依次向水解釜中加入质量分数为25～35％的氢氧化钠溶液和质量分数为20～30％的碳酸钠溶液，调节水解过程的pH为9～14，水解反应4～6h后，向水解釜中加入盐酸。
与现有的合成工艺相比，本发明的有益效果是：本发明工艺路线不需要经过硝化或氧化处理，从而避免了硝化或氧化反应中有机废水的产生，降低了废水处理难度；与现有技术相比，本发明以2-氯-3-硝基甲苯为原料，通过与氟化物反应得到中间物2-氟-3-硝基甲苯，中间物再经光氯化反应得到2-氟-3-硝基三氯甲苯，三氯化物经过水解得到2-氟-3-硝基苯甲酸，水解效率高，产品收率高，产生的工艺废水量较少，易于处理，更加经济、环保；本发明原料价格便宜、易得，反应过程易于控制，产品纯度较高，产品收率能达到90％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围限制于此。
一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，包括以下步骤：
(1)将2-氯-3-硝基甲苯和氟化物加入反应容器中，以乙腈为溶剂，在75～130℃下进行反应，反应一段时间后，经抽滤、浓缩，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液；
(2)将上述得到的2-氟-3-硝基甲苯溶液加入氯化釜中，向氯化釜内加入催化剂，打开光源，通入氯气，控制氯化釜温度为70～130℃进行光氯化反应，反应一段时间后，停止通氯气，得到2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液；
(3)将上述得到的2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液加入水解釜中，加入碱性溶液，控制水解釜温度为105～140℃进行水解，一段时间后，向水解釜中加入盐酸调整溶液pH为5～7，然后经冷却结晶、过滤、重结晶、烘干得到2-氟-3-硝基苯甲酸产品。
步骤(1)中，反应6～8h后，经过抽滤除去不溶物，滤液进行减压浓缩，除去溶剂，再将浓缩物经硅胶柱层析分离，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液。
步骤(1)中所述氟化物为氟化钾或氟化铯，所述2-氯-3-硝基甲苯与所述氟化物的用量摩尔比为1：(1～3)。
步骤(2)中，反应一段时间后，分析检测氯化釜中2-氟-3-硝基二氯甲苯含量≤0.5％时，停止通氯气。
步骤(2)中，光氯化反应光源为日光灯、紫外灯或高压汞灯。
步骤(2)中氯气先经过硅胶颗粒柱处理，除去氯气中的杂质，然后再通入反应釜中。
步骤(2)中所述催化剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异庚氰，所述催化剂用量为2-氟-3-硝基甲苯质量的0.05～0.5％。
步骤(2)中氯气的用量与反应原料2-氟-3硝基甲苯用量的摩尔比为 (4～10)：1。
步骤(3)为依次向水解釜中加入质量分数为25～35％的氢氧化钠溶液和质量分数为20～30％的碳酸钠溶液，调节水解过程的pH为9～14，水解反应 4～6h后，向水解釜中加入盐酸。
实施例1
(1)向500mL圆底烧瓶中依次加入100g 2-氯-3-硝基甲苯(0.583mol)、63.9g氟化钾(1.1mol)，加入120mL乙腈为溶剂，控制温度在85～95℃之间反应，反应7h后，抽滤，除去不溶物；滤液进行减压浓缩，除去溶剂；残余物经硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝2：1)，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液86.7g，色谱的纯度99.2％。
(2)将所得2-氟-3-硝基甲苯加入氯化釜，控制釜温为65～75℃，加入催化剂偶氮二异丁腈0.15g，开启高压汞灯，通入经过硅胶颗粒柱处理的氯气，控制釜温在75～85℃反应，分析检测反应釜内2-氟-3-硝基二氯甲苯≤0.5％时，停止通氯气，得到2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液144.5g。
(3)将氯化液加入水解釜，再依次加入30％氢氧化钠溶液240g和25％碳酸钠溶液100g，控制釜温在120～125℃进行水解。反应5h后，取样检测2- 氟-3-硝基三氯甲苯转化完全，停止反应。向水解釜中滴加盐酸，边加边搅拌，将溶液调至中性，然后降温至室温。往釜中加入适量冰块，冷却析出结晶固体，过滤，滤饼用蒸馏水重结晶，结晶出来的固体过滤后用烘箱进行烘干，最终得到纯的2-氟-3-硝基苯甲酸99.4g，色谱纯度99.1％，总收率91.5％。
实施例2
(1)向500mL圆底烧瓶中依次加入100g 2-氯-3-硝基甲苯(0.583mol)、 136.7g氟化铯(0.9mol)，加入120mL乙腈为溶剂，控制温度在85～95℃之间反应，反应7h后，抽滤，除去不溶物；滤液进行减压浓缩，除去溶剂；残余物经硅胶柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝2：1)，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液86.1g，色谱的纯度99.4％。
(2)将所得2-氟-3-硝基甲苯加入氯化釜，控制釜温为65～70℃，加入催化剂偶氮二异庚腈0.2g，开启紫外灯，通入经过硅胶颗粒柱处理的氯气，控制釜温在75～80℃反应，分析检测反应釜内2-氟-3-硝基二氯甲苯≤0.5％时，停止通氯气，得到2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液143.8g。
(3)将氯化液加入水解釜，再依次加入30％氢氧化钠溶液240g和25％碳酸钠溶液100g，控制釜温在120～125℃进行水解。反应5h后，取样检测2- 氟-3-硝基三氯甲苯转化完全，停止反应。向水解釜中滴加盐酸，边加边搅拌，将溶液调至中性，然后降温至室温。往釜中加入适量冰块，冷却析出结晶固体，过滤，滤饼用蒸馏水重结晶，结晶出来的固体过滤后用烘箱进行烘干，最终得到纯的2-氟-3-硝基苯甲酸98.9g，色谱纯度99.2％，总收率90.6％。
与现有技术相比，本发明原料便宜、易得，反应过程容易控制，产品纯度可达到99％以上，产品的收率可达到90％以上；本发明不需要经过硝化或氧化处理过程，从而避免了硝化或氧化反应中有机废水的产生，降低了废水处理难度，反应得到的中间产物易于分离；本发明在氯化反应时，先对中间产物2- 氟-3-硝基甲苯进行硅胶柱层析分离处理，处理中间产物中的杂质，对氯气采用硅胶颗粒柱处理，除去气体中的杂质，避免杂质引起氯化过程中副产物的产生，有利于保证氯化过程向三氯化物，即得到产物方向反应，从而保证得到纯度较高的产品。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将2-氯-3-硝基甲苯和氟化物加入反应容器中，以乙腈为溶剂，在75～130℃下进行反应，反应一段时间后，经抽滤、浓缩，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液；
(2)将上述得到的2-氟-3-硝基甲苯溶液加入氯化釜中，向氯化釜内加入催化剂，打开光源，通入氯气，控制氯化釜温度为70～130℃进行光氯化反应，反应一段时间后，停止通氯气，得到2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液；
(3)将上述得到的2-氟-3-硝基三氯甲苯溶液加入水解釜中，加入碱性溶液，控制水解釜温度为105～140℃进行水解，一段时间后，向水解釜中加入盐酸调整溶液pH为5～7，然后经冷却结晶、过滤、重结晶、烘干得到2-氟-3-硝基苯甲酸产品。
2.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(1)中，反应6～8h后，经过抽滤除去不溶物，滤液进行减压浓缩，除去溶剂，再将浓缩物经硅胶柱层析分离，得到2-氟-3-硝基甲苯溶液。
3.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(1)中所述氟化物为氟化钾或氟化铯，所述2-氯-3-硝基甲苯与所述氟化物的用量摩尔比为1：(1～3)。
4.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(2)中，反应一段时间后，分析检测氯化釜中2-氟-3-硝基二氯甲苯含量≤0.5％时，停止通氯气。
5.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(2)中，光氯化反应光源为日光灯、紫外灯或高压汞灯。
6.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(2)中氯气先经过硅胶颗粒柱处理，除去氯气中的杂质，然后再通入反应釜中。
7.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(2)中所述催化剂为偶氮二异丁氰或偶氮二异庚氰，所述催化剂用量为2-氟-3-硝基甲苯质量的0.05～0.5％。
8.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(2)中氯气的用量与反应原料2-氟-3硝基甲苯用量的摩尔比为(4～10)：1。
9.根据权利要求1所述的一种2-氟-3-硝基苯甲酸的合成工艺方法，其特征在于：步骤(3)为依次向水解釜中加入质量分数为25～35％的氢氧化钠溶液和质量分数为20～30％的碳酸钠溶液，调节水解过程的pH为9～14，水解反应4～6h后，向水解釜中加入盐酸。
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