CN115490597B - 一种氟代甲苯类衍生物的合成方法 - Google Patents

一种氟代甲苯类衍生物的合成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115490597B
CN115490597B CN202211136287.1A CN202211136287A CN115490597B CN 115490597 B CN115490597 B CN 115490597B CN 202211136287 A CN202211136287 A CN 202211136287A CN 115490597 B CN115490597 B CN 115490597B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction
fluorotoluene
derivatives
fluorine source
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211136287.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115490597A (zh
Inventor
郭旺军
刘建群
刘亚东
刘红利
伍致生
康莹
王户生
刘英哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Modern Chemistry Research Institute
Original Assignee
Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Modern Chemistry Research Institute filed Critical Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority to CN202211136287.1A priority Critical patent/CN115490597B/zh
Publication of CN115490597A publication Critical patent/CN115490597A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115490597B publication Critical patent/CN115490597B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C201/00—Preparation of esters of nitric or nitrous acid or of compounds containing nitro or nitroso groups bound to a carbon skeleton
    • C07C201/06—Preparation of nitro compounds
    • C07C201/12—Preparation of nitro compounds by reactions not involving the formation of nitro groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/093—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens

Abstract

本发明公开了一种氟代甲苯类衍生物的合成方法，该方法采用TNT为反应原料，在催化剂、配体、添加剂、氟源等条件的共同作用下，待反应完全后经重结晶或柱色谱分离得到氟代甲苯类衍生物。本发明方法步骤少、易纯化，操作简单，收率高；本发明首次采用氟代脱硝的方法由TNT直接制备氟代甲苯类衍生物，克服了TNT对碱不稳定、副反应多的技术缺陷。

Description

一种氟代甲苯类衍生物的合成方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种氟代甲苯类衍生物的合成方法。
背景技术
***(TNT)存放时间长了，则不适合军用。如何处理大量库存的TNT对于军事工业来说是一个非常重要的问题。处理的方法一般包括：重结晶回收、降为民用、控制燃烧、生物转化以及化学转化。大规模地进行生物转化是不大可能的，原因是细菌的生长繁殖需要介质，而TNT等甲苯硝基化合物在水中的溶解度很小，如TNT大约为0.5mmol/L。我们认为最好的处理方法是化学转化，一硝基甲苯的转化可以减少二硝基甲苯的生产量，二硝基甲苯的转化可以减少***的生产量，TNT再行转化。这二次转化可以开辟一个很有价值的研究领域，无论在理论上还是在实际生产中都有很大的意义。
我们知道甲苯的硝基衍生物中有三个反应中心：甲基、苯环和硝基。硝基是官能基，它能被还原为氨基，这就得到一系列三氨基、二氨基和一氨基甲苯。它们通过Sandmeyer反应，变成卤素、羟基和氰基衍生物。这些氨基甲苯与光气作用制成异氰酸酯、尿烷、甲基异氰酸酯，它们的聚合物是普遍使用的塑料。
目前针对废旧TNT转化的方法主要有：
1、硝基和苯环的转化
TNT催化氢化为2，4,6-三氨基甲苯(TAT)，其苯环可还原得到三氨基甲基环己烷(TAMC)。***被深度氧化后再还原得到对应的三氨基苯甲酸(TABC)，或直接还原为三氨基甲苯(TAT)，TABC在中性环境水溶液中加热，氨基被水解，同时发生脱羧反应得到间苯三酚。TABC、TAT中的氨基通过Sandmeyer反应，即通过重氮化转变为相应的卤素衍生物、腈化物等。如果TAT与光气作用生成相应的异氰酸酯(TICT)。同理，三硝基苯(TNB)被还原为三氨基苯(TAB)，其盐酸盐水解同样能够得到间三苯酚。
2、甲基的转化
甲苯硝基衍生物中，硝基转变为氨基，氨基又转变为异氰酸酯等的工作已得到广泛的研究和应用。与此同时，甲基的转变也逐渐引起科学界的广泛关注。甲苯硝基衍生物与氯气在光的作用下发生自由基反应，生成苄基氯，取代苄基氯再行转化，得到取代苄基胺、苄醇、羧酸苄酯等等。另一方面，甲基可以直接被氧化为羧基，生成硝基苯甲酸及其衍生物，也可以选择性氧化甲基或苄醇得到相应的取代苯甲醛。
3、硝基甲苯的选择性氧化
上述取代基效应是普遍适用的。但由于氧化剂和反应条件不同，反应机理不可能与此相同。前面谈到甲基被氧化连续生成醇、醛和相应的羧酸，醛基的碳氧化数+1,介于-3和+3之间，氧化甲基或羟基得到醛基而不能得到羧基的反应，称为选择性氧化，这种反应是有机合成中重要的关键性反应。好的选择性氧化应该具有好的选择性、高的转化率和高的产率。
选择性氧化分为下列几种：第一种是常用强氧化剂氧化，包括KMnO4、K2Cr2O7、MnO2、Cr2O3等，第二种是金属离子Co4+，Co3+，Cu2+等氧化，第三种是催化空气氧化，第四种是催化过氧化物氧化。常用氧化剂氧化的缺点是，氧化剂的用量需大于底物的用量，在反应介质中存在着氧化剂的还原产物，若不能有效进行回收，必定造成严重的环境污染，在价格、用量、回收等方面对工业生产都有一定限制，金属离子氧化也存在着这样的问题。第三种空气氧化从理论上说是最理想的，但因为有些有机底物并不溶在水中，或溶解度较小，这必须使用有机溶剂，有些有机溶剂在反应温度下挥发，与氧充分混合，会有***危险；若选择在高温高压下进行空气氧化，那么这种危险性则增大。第四种催化过氧化氢氧化，如果催化剂选择适当，使用市售30％的过氧化氢即能顺利地进行有效氧化，对环境无污染，成本低，将是一条成功的工业化途径。
针对TNT化学转化主要集中于甲基转化、硝基还原及苯环还原等，反应方式单一限制了其转化范围。
芳香族硝基化合物作为重要的有机化工中间体，经脱硝氟代可以直接合成间取代的含氟芳香族化合物。众所周知，芳香族含氟有机化合物用途十分广泛，涉及到医药、农药、染料等行业，该类化合物可用于合成除草剂、杀菌剂、抗肿瘤药物、抗老年痴呆药物、功能染料等产品。含氟有机化合物近年来之所以引起重视，主要是因为①由于C-F键具有特殊性，因而会影响有机分子的物理化学性质；②C-F键强度较高，因而氟化活性位的代谢受到抑制；③氟的强吸电性将在很大程度上影响分子中其它官能团的性质。氟有机化合物在自然界中很少存在，目前主要来源于人工合成。由于含氟有机化合物用途广泛，其合成方法近年来引起了人们的重视。含氟芳香族化合物传统的合成方法有取代、重氮化、卤交换等方法。近年来研究表明，氟代脱硝提供了另一种合成含氟芳香族化合物的方法。该方面以往采用KF直接进行氟代脱硝，由于脱硝形成的亚硝酸根离子在高温下分解时对芳环具有氧化作用，导致副反应增加。随后，研究者研究了一些列氟代试剂，如TMAF、TBAF、KF/CaF2等体系，但主要针对含有吸电子基团的硝基苯类化合物。
由于三个硝基的强吸电子性能，导致TNT中甲基活性较高，显一定酸性，易与碱反应，造成副反应多，因此，针对TNT氟代脱硝反应至今未见相关研究报道。
针对单氟二硝基甲苯材料的合成，目前文献报道的主要方法存在以下问题：(1)采用剧毒性气体氟气，腐蚀性强，需要特定的反应装置和严格的防范措施，实验室合成难度高；(2)收率太低(6％)；(3)4-氟甲苯价格较高，且反应过程中涉及大量强酸，后处理复杂，环境污染大。综合以上问题，涉及到反应过程中采用剧毒物品、操作要求高、收率低、成本较高和环境污染大，急需解决相关技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种氟代甲苯类衍生物的合成方法，解决TNT无法进行氟代脱硝反应的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种氟代甲苯类衍生物的合成方法，该方法以废旧TNT为反应原料，在催化剂、氟源I、添加剂、溶剂和设定反应温度和反应时间条件下，反应完成后经柱色谱或重结晶获得单氟二硝基甲苯类衍生物；再与氟源II进行反应制备得到二氟或三氟甲苯衍生物。
本发明还包括如下技术特征：
可选地，所述催化剂为Pd(acac)2、Pd(OAc)2、PdCl2、Pd(PPh3)2Cl2、Pd(dppf)Cl2、Pd2(dba)3、Pd(TFA)2、Pd2(allyl)2Cl2、Ni(COD)2、NiCl2(PCy3)2中的一种。
可选地，所述催化剂需要辅助配体作用，配体为BrettPhos、SPhos、IPr、IMes、SIMes、XPhos、RuPhos、PtBu3、DPPF、BINAP中的一种或多种。
可选地，所述氟源I为聚多胺类氟化物、线性胺类氟化物、NFSI、吡啶类氟代物中的一种。
可选地，所述添加剂为磷酸钾三水合物、碳酸钾、碳酸铯、乙酸钾、磷酸氢二钾、三乙胺、Zn(OTf)2、In(OTf)3、AgOTf中的一种。
可选地，所述溶剂为甲苯、二甲苯、THF、DMF、乙腈、甲基叔丁基醚、DMAc、二氧六环中的一种。
可选地，所述反应温度在0℃～150℃范围内，反应时间为6～48h。
可选地，所述反应原料、催化剂、氟源I、添加剂的摩尔比为1：(0.001～0.5)：(1.0～1.5)：(1.5～4)。
可选地，所述氟源II为无水TMAF、无水TBAF、KF、KF/18-冠-6、KF/CaF2、CsF、RbF中的一种。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(I)本发明方法首次针对TNT进行氟代脱硝方法，克服了TNT对碱不稳定的技术缺陷。
(II)本发明实现了单氟二硝基甲苯的简单制备，具有环境污染小、操作简便等优势。
(III)本发明后处理简单，反应温度适中，操作简便，收率高。
(IV)本发明可通过调节氟源的结构调控单氟二硝基甲苯的氟取代位置，实现氟原子精准取代。
附图说明
图1为4-FDNT的核磁氢谱图。
图2为4-FDNT的核磁碳谱图。
图3为2-FDNT的核磁氢谱图。
图4为2-FDNT的核磁碳谱图。
具体实施方式
一种氟代甲苯类衍生物的合成方法，其反应方程式为：
该方法以废旧TNT为反应原料，在催化剂、氟源I、添加剂、溶剂和一定反应温度和反应时间条件下，反应完成后经柱色谱或重结晶获得单氟二硝基甲苯类衍生物；在此基础上与氟源II进行反应制备二氟或三氟甲苯衍生物。
催化剂为Pd(acac)2、Pd(OAc)2、PdCl2、Pd(PPh3)2Cl2、Pd(dppf)Cl2、Pd2(dba)3、Pd(TFA)2、Pd2(allyl)2Cl2、Ni(COD)2、NiCl2(PCy3)2中的一种。
催化剂还需要辅助一些配体作用，配体为BrettPhos、SPhos、IPr、IMes、SIMes、XPhos、RuPhos、PtBu3、DPPF、BINAP中的任意一种或多种。
氟源I为聚多胺类氟化物、线性胺类氟化物、NFSI、吡啶类氟代物中的一种。
添加剂为磷酸钾三水合物、碳酸钾、碳酸铯、乙酸钾、磷酸氢二钾、三乙胺、Zn(OTf)2、In(OTf)3、AgOTf中的任意一种。
溶剂为甲苯、二甲苯、THF、DMF、乙腈、甲基叔丁基醚、DMAc、二氧六环中的任意一种。
反应温度在0℃～150℃范围内，反应时间为6～48h。
反应原料、催化剂、氟源I、添加剂间的摩尔比为1：(0.001～0.5)：(1.0～1.5)：(1.5～4)。
氟源II为无水TMAF、无水TBAF、KF、KF/18-冠-6、KF/CaF2、CsF、RbF中的一种。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
向100mL史莱克瓶中加入0.5mmol TNT，5％mmol Pd(acac)2，15％mmol SIMes，0.6mmol线性胺类氟化物，0.6mmol Zn(OTf)2(或三乙胺或磷酸钾三水合物)，抽真空充氮气3次。氮气保护下，加入3mL二氧六环(或DMF或二甲苯)，在0℃下反应0.5h，随后恢复室温后升温130℃反应12～24h，反应结束后，加入乙酸乙酯、***或正己烷萃取，收集、蒸除有机层，经重结晶或柱色谱分离得到淡黄色固体76mg，产率76％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.79(d,J＝7.1Hz,2H),2.55(s,3H).
其反应方程式：
实施例2：
向100mL史莱克瓶中加入0.5mmol TNT，5％mmol Pd(acac)2，15％mmolBrettPhos，0.6mmol聚多胺类氟化物(或线性胺类氟化物)，0.6mmol Zn(OTf)2(或三乙胺或磷酸钾三水合物)，抽真空充氮气3次。氮气保护下，加入3mL二氧六环(或DMF或二甲苯)，在0℃下反应0.5h，随后恢复室温后升温130℃反应12～24h，反应结束后，加入乙酸乙酯、***或正己烷萃取，收集、蒸除有机层，经重结晶或柱色谱分离得到淡黄色固液混合物50mg，产率50％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.15(dd,J＝9.1,4.7Hz,1H),7.51–7.31(m,1H),2.32(d,J＝2.2Hz,3H)。
其反应方程式：
实施例3：
向100mL史莱克瓶中加入0.5mmol 4-FDNT，0.6mmol无水TMAF，0.6mmol Zn(OTf)2，抽真空充氮气3次。氮气保护下，加入3mL二氧六环(或DMF或二甲苯)，在0℃下反应0.5h，随后恢复室温后升温130℃反应12～24h，反应结束后，加入乙酸乙酯、***或正己烷萃取，收集、蒸除有机层，经重结晶或柱色谱分离得到淡黄色液体60mg，产率69％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.78-7.62(m,1H),7.10-7.02(m,1H),2.33(s,3H)。
其反应方程式：
实施例4：
向100mL史莱克瓶中加入0.5mmol 4-FDNT，1.2mmol无水TMAF，0.6mmol Zn(OTf)2，抽真空充氮气3次。氮气保护下，加入3mL二氧六环(或DMF或二甲苯)，在0℃下反应0.5h，随后恢复室温后升温130℃反应12～24h，反应结束后，加入乙酸乙酯、***或正己烷萃取，收集、蒸除有机层，经重结晶或柱色谱分离得到淡黄色液体39mg，产率54％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.00–6.80(m,2H),2.35(s,3H)。
其反应方程式：

Claims (5)

1.一种氟代甲苯类衍生物的合成方法，其特征在于，该方法以废旧TNT为反应原料，在催化剂、氟源I、添加剂、溶剂和设定反应温度和反应时间条件下，反应完成后经柱色谱或重结晶获得单氟二硝基甲苯类衍生物；再与氟源II进行反应制备得到二氟或三氟甲苯衍生物；
所述催化剂为Pd(acac)2、Pd(OAc)2、PdCl2、Pd(PPh3)2Cl2、Pd(dppf)Cl2、Pd2(dba)3、Pd(TFA)2、Pd2(allyl)2Cl2中的一种；
所述催化剂需要辅助配体作用，配体为BrettPhos、SIMes中的一种或多种；
所述氟源I为聚多胺类氟化物、线性胺类氟化物中的一种；
所述添加剂为磷酸钾三水合物、三乙胺、Zn(OTf)2中的一种。
2.如权利要求1所述的氟代甲苯类衍生物的合成方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯、二甲苯、THF、DMF、乙腈、甲基叔丁基醚、DMAc、二氧六环中的一种。
3.如权利要求1所述的氟代甲苯类衍生物的合成方法，其特征在于，所述反应温度在0℃～150℃范围内，反应时间为6～48h。
4.如权利要求1所述的氟代甲苯类衍生物的合成方法，其特征在于，所述反应原料、催化剂、氟源I、添加剂的摩尔比为1：（0.001～0.5）：（1.0～1.5）：（1.5～4）。
5.如权利要求1所述的氟代甲苯类衍生物的合成方法，其特征在于，所述氟源II为无水TMAF、无水TBAF、KF、KF/18-冠-6、KF/CaF2、CsF、RbF中的一种。
CN202211136287.1A 2022-09-19 2022-09-19 一种氟代甲苯类衍生物的合成方法 Active CN115490597B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211136287.1A CN115490597B (zh) 2022-09-19 2022-09-19 一种氟代甲苯类衍生物的合成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211136287.1A CN115490597B (zh) 2022-09-19 2022-09-19 一种氟代甲苯类衍生物的合成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115490597A CN115490597A (zh) 2022-12-20
CN115490597B true CN115490597B (zh) 2023-10-20

Family

ID=84471179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211136287.1A Active CN115490597B (zh) 2022-09-19 2022-09-19 一种氟代甲苯类衍生物的合成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115490597B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2972639A (en) * 1959-08-24 1961-02-21 Rohm & Haas Process for the preparation of fluorohydrocarbons
US4300001A (en) * 1979-02-21 1981-11-10 Oce-Andeno B.V. Desensitized TNT; its preparation and use
CN111393328A (zh) * 2020-04-07 2020-07-10 西安近代化学研究所 一种废旧tnt转化再利用工艺

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2972639A (en) * 1959-08-24 1961-02-21 Rohm & Haas Process for the preparation of fluorohydrocarbons
US4300001A (en) * 1979-02-21 1981-11-10 Oce-Andeno B.V. Desensitized TNT; its preparation and use
CN111393328A (zh) * 2020-04-07 2020-07-10 西安近代化学研究所 一种废旧tnt转化再利用工艺

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Elemental fluorine. Part 20. Direct fluorination of deactivated aromatic systems using microreactor techniques";Richard D. Chambers et al.;《Journal of Fluorine Chemistry》;第128卷;第29-33页 *
"Nucleophilic Aromatic Substitution for Heteroatoms: An Oxidative Electrochemical Approach";Iluminada Gallardo et al.;《J. Org. Chem.》;第67卷;第2548-2555页 *
"废旧TNT资源化再利用研究进展";张杰 等;《含能材料》;第30卷(第10期);第1030-1046页 *
A. A. Gakh et al.."Fluorination of anionic σ-complexes by cesium fluoroxysulfate".《Bulletin of the Academy of the USSR,Dixision of chemical science》.1991,第1615-1619页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115490597A (zh) 2022-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070161797A1 (en) Process for the manufacture of 2,3-dichloropyridine
CN115490597B (zh) 一种氟代甲苯类衍生物的合成方法
CN101130499B (zh) 一种合成硝基芳胺类化合物的方法
CN115043788B (zh) 一种三氟甲基噁唑-2-酮类化合物及其制备方法与应用
WO2014103947A1 (ja) ハロゲン化アニリンおよびその製造方法
CN101585783B (zh) 一种邻硝基苯腈类化合物的制备方法
CN113582918A (zh) 氯化制备2,3-二氯吡啶的方法
CN111170837A (zh) 一种甲基酮类化合物的合成方法
CN102173993B (zh) 合成4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐的方法
EP1468983B1 (en) Process for producing 2,5-bis(trifluoromethyl)nitrobenzene
CN101565382B (zh) 乙酰胺的合成方法
CN116396171B (zh) 一种2-氟-5-硝基苯甲醛的合成方法
CN115124430B (zh) 一种2,2'-二(三氟甲基)二氨基联苯的合成工艺
CN117486670B (zh) 一种3,4,5-三氟溴苯的合成方法
CN114149335B (zh) 一种以对氯苯胺为起始原料的4,4’-二氨基二苯醚的合成方法
US4618714A (en) Process for preparation of 3,3'- or 3,4'-diaminobenzophenones
CN116836060A (zh) 一种2,3,4-三氟硝基苯的制备方法
CN114230468A (zh) 一种催化合成硝基苯甲醛的方法
CN116444452A (zh) 一种用于合成苯唑草酮的中间体i的制备工艺
JPH0523255B2 (zh)
CN104250231A (zh) 用于合成甲苯二氨基甲酸烷基酯的苯并***离子液体
PL121520B1 (en) Process for preparing n,n-disubstituted halogenacylamides
CN117447362A (zh) 一种氧化偶氮苯类化合物的绿色合成方法
JPS58174355A (ja) アミノフエニル−β−ヒドロキシエチルスルホンの製造方法
EP4363402A1 (en) A process for the preparation of 2-nitro-4-(methylsulfonyl)benzoic acid

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant