CN116162026A - 一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2,4‑二氯‑3,5‑二硝基三氟甲苯的合成方法，以2,4‑二氯甲苯，硝酸/硫酸为原料，在催化剂作用下使用连续流反应器合成得到2,4‑二氯‑3,5‑二硝基甲苯；得到的2,4‑二氯‑3,5‑二硝基甲苯，含量≥99％，转化率＞99％，收率＞90％，废硫酸经过预处理后可以循环套用，与目前现有的技术相比，工序少、工艺简单、能耗低、产品质量高，工艺清洁化程度及本质安全性显著提升。

Description

一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的合成方法

技术领域

本发明涉及一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的合成方法，具体涉及一种使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的方法，以2,4-二氯三氟甲苯、硝酸/硫酸为原料，在催化剂作用下利用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯；属于化合物合成技术领域。

背景技术

2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯是一种精细有机合成的重要中间体，常用作农药、医药与染料的合成。HoriHitoshi等人在论文《DesignandSynthesisofNewMitochondiralCytotoxin N-ThiadiazolyanilinesthatInhibitTumorCellGrowth》中提到，先将50％浓度发烟硫酸与发烟硝酸配成混酸，再向2,4-二氯三氟甲苯中滴加，在80℃下搅拌保温反应96小时，可合成目标化合物2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯，产率约60％。

专利CN103304420A公开了一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的清洁制备方法，其工艺主要为2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯粗产品进行水洗、中和、精制、真空干燥，得到产品，但纯度较低，达不到规定的标准。专利CN111533660公开了一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的清洁制备方法，其使用硫酸、焦硫酸、硝酸合成，反应时间约14.5h，产物收率约81％。

目前，应急生产上要求新改扩建的硝化装置原则上采用微通道等连续硝化生产工艺，进一步提升工艺本质安全；然而在现有工艺制备2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯存在以下的弊端(1)副反应高，转化率及收率普遍偏低，(2)反应过程工艺本质安全性偏低，使用间歇化釜式升温易出现局部过热的情况，引起物料的超温甚至***现象(3)工艺条件复杂，釜式硝化多使用分步硝化法，过程中涉及多套后处理，且物料均为强酸，高腐蚀性，物料泄露导致的次生灾害风险也较大。因此，开发一种绿色环保、操作简单、本质安全高的连续流工艺从企业出发既可以保障企业的长期安全稳定运行，也对企业合规合法开车提供了保护屏障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的合成方法，是一种使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的方法，本发明以2,4-二氯三氟甲苯、硝酸和硫酸为原料，在催化剂作用下使用连续流反应器、通过连续流一步法合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯。本发明通过连续流工艺，反应过程的持液量低，硫酸通过处理后可以循环套用，工艺的本质安全性显著提升，符合目前安全环保的需求；本发明整个工艺过程产生的三废少，具有较高的经济应用价值，因此，本发明的制备方法具有非常好的工业化前景。因此，本发明具有工艺简单、操作步骤少、操作简单、反应转化率高、安全环保的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的合成方法，以2,4-二氯三氟甲苯、硝酸和硫酸为原料，在催化剂作用下使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯，包括以下步骤：

将2,4-二氯三氟甲苯作为物料A，硝酸和硫酸、催化剂溶解后形成的混合物作为物料B，物料A和物料B通过平流泵同时往连续流反应器内进料，物料A和物料B在连续流反应器内进行反应；连续流反应器出口得到的物料经过降温，加入溶剂进行萃取后静置分层，上层依次经碱洗、水洗、重结晶、抽滤、烘干、造粒后得到2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯，反应方程式如下：

上述技术方案中，静置分层时还得到了下层的酸层，酸层直接通三氧化硫进行提浓后套用于硝化合成。

上述技术方案中，所述的2,4-二氯三氟甲苯与硝酸的摩尔比为1：2.05-3.5。

上述技术方案中，所述的2,4-二氯三氟甲苯与硫酸的摩尔比为1：5-12。

上述技术方案中，所述的2,4-二氯三氟甲苯与催化剂的重量比为1:0.005-0.1。

上述技术方案中，所述的催化剂为纳米铁、二茂铁、硫酸亚铁、氯化铁中的任意一种、两者及以上以任意比例混合而成的混合物。

上述技术方案中，萃取时使用的溶剂为卤代烃溶剂，优选为氯仿或二氯乙烷。

上述技术方案中，萃取时使用的溶剂与2,4-二氯三氟甲苯的重量比为2-8:1。

上述技术方案中，重结晶时使用的溶剂为有机溶剂和水形成的混合溶剂，所述的有机溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，有机溶剂与水的重量比为3-5:1。

上述技术方案中，重结晶时使用的溶剂与2,4-二氯三氟甲苯的重量比为1-5:1。

上述技术方案中，所述的物料A，进料流量为1-250g/min；所述的物料B进料流量为1-200g/min。

上述技术方案中，所述的物料A和物料B进入连续流反应器后，在连续流反应器内的停留时间为0.5-60min。

上述技术方案中，所述的连续流反应器，控制其内的温度为50-180℃。

上述技术方案中，所述的连续流反应器，为管式反应器或微通道反应器。

上述技术方案中，所述的连续流反应器，材质为碳化硅、哈氏合金或玻璃。

上述技术方案中，所述的连续流反应器，进料通过平流泵自给压力进料。

本发明的有益效果：

(1)本发明反应副产仅有水生成，反应绿色环保，原子经济性高、清洁化程度高。

(2)本发明后处理仅需要分层、浓缩、结晶、干燥即可得到成品，过程操作简单，易于工业化实施。

(3)本发明采用连续流反应器，设备持液量少，工艺的本质安全性显著提升。

(4)本发明使用连续流反应器，设备的热交换效率高，避免使用大规模的加热设备，与传统的间歇式反应釜相比，显著降低了能耗。

(5)本发明采用连续流反应器，反应停留时间从十数小时缩短至几分钟至几十分钟，反应效率显著提高。

(6)本发明使用连续流反应器，将原本需要分步两次硝化的反应一步完成，避免了一、二次硝化过程的中间后处理过程，反应过程显著简化，便于工艺化生产实施。

(7)本发明采用连续流反应器，反应转化率高，反应转化率＞98％，收率＞94％。反应除水外无其他副反应生成，产品质量＞98％。

(8)本发明通过使用连续流反应器，反应转化率高，即反应体系干净，产生的杂质量少，避免了硫酸中有机物的富集，通过简单的预处理提浓后即可实现循环套用，避免了大量废酸的产生。

具体实施方式

以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：

下面结合具体的实施例，对本发明进行阐述：

实施例1：

一种使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的方法，连续流反应器为微通道反应器、材质为碳化硅，所使用的微通道单板停留体积为10mL，共使用五块板，包括以下步骤：预先控制连续流反应器导热油温度为80℃，将200g2,4-二氯三氟甲苯(物料A)、500g硫酸、1g二茂铁混合后与135g硝酸(物料B)通过平流泵进入连续流反应器内混合加热反应，其中控制混合物A进料流量为22.1g/min，控制物料B进料流量70.5g/min，控制停留时间1min，反应器出料使用5L四口烧瓶接料后降温至30-40℃，加入1000g氯仿搅拌0.5h，转移至分液漏斗，分液漏斗物料静置1h后分层，上层依次经碱洗、水洗、油层加80％丙酮水结晶、抽滤得2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯湿基，经烘干、造粒后的干基261.9g，含量99.5％，收率92.3％。

实施例2：

一种使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的方法，连续流反应器为微通道反应器、材质为哈氏合金，所使用的微通道单板停留体积为10mL，共使用五块板，包括以下步骤：预先控制连续流反应器导热油温度为125℃，将200g2,4-二氯三氟甲苯(物料A)、500g硫酸、1g二茂铁混合后与135g硝酸(物料B)通过平流泵进入连续流反应器内混合加热反应，其中控制混合物A进料流量为29.5g/min，控制物料B进料流量94.0g/min，控制停留时间45s，反应器出料使用5L四口烧瓶接料后降温至30-40℃，加入1200g二氯乙烷搅拌0.5h，转移至分液漏斗，分液漏斗物料静置1h后分层，上层依次经碱洗、水洗、油层加65％乙醇水结晶、抽滤得2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯湿基，经烘干、造粒后的干基268.1g，含量99.7％，收率94.5％。

实施例3：

一种使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的方法，连续流反应器为管式反应器、材质为碳化硅，反应器的有效停留体积为50mL，包括以下步骤：预先控制管式反应器导热油温度为155℃，将200g2,4-二氯三氟甲苯(物料A)、500g硫酸、2g硫酸亚铁混合后与135g硝酸(物料B)通过平流泵进入连续流反应器内混合加热反应，其中控制混合物A进料流量为18.9g/min，控制物料B进料流量60.4g/min，控制停留时间70s，反应器出料使用5L四口烧瓶接料后降温至30-40℃，加入1000g氯仿搅拌0.5h，转移至分液漏斗，分液漏斗物料静置1h后分层，上层依次经碱洗、水洗、油层加90％甲醇水结晶、抽滤得2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯湿基，经烘干、造粒后的干基259.9g，含量99.4％，收率91.6％。

实施例4：

一种使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的方法，连续流反应器为管式反应器、材质为哈氏合金，反应器的有效停留体积为50mL，包括以下步骤：预先控制管式反应器导热油温度为165℃，将200g2,4-二氯三氟甲苯(物料A)、500g硫酸、2.2g氯化亚铁混合后与135g硝酸(物料B)通过平流泵进入连续流反应器内混合加热反应，其中控制混合物A进料流量为27.2g/min，控制物料B进料流量65.1g/min，控制停留时间65s，反应器出料使用5L四口烧瓶接料后降温至30-40℃，加入1200g二氯乙烷搅拌0.5h，转移至分液漏斗，分液漏斗物料静置1h后分层，上层依次经碱洗、水洗、油层加85％甲醇水结晶、抽滤得2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯湿基，经烘干、造粒后的干基261.0g，含量99.2％，收率92.0％。

上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯的合成方法，以2,4-二氯三氟甲苯、硝酸和硫酸为原料，在催化剂作用下使用连续流反应器合成2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯，其特征在于，包括以下步骤：

将2,4-二氯三氟甲苯作为物料A，硝酸和硫酸、催化剂溶解后形成的混合物作为物料B，物料A和物料B通过平流泵同时往连续流反应器内进料，物料A和物料B在连续流反应器内进行反应；连续流反应器出口得到的物料经过降温，加入溶剂进行萃取后静置分层，上层依次经碱洗、水洗、重结晶、抽滤、烘干、造粒后得到2,4-二氯-3,5-二硝基三氟甲苯，反应方程式如下：

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，静置分层时还得到了下层的酸层，酸层直接通三氧化硫进行提浓后套用于硝化合成。

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的2,4-二氯三氟甲苯与硝酸的摩尔比为1：2.05-3.5；所述的2,4-二氯三氟甲苯与硫酸的摩尔比为1：5-12。

4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的催化剂为纳米铁、二茂铁、硫酸亚铁、氯化铁中的任意一种、两者及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的2,4-二氯三氟甲苯与催化剂的重量比为1:0.005-0.1。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，萃取时使用的溶剂为氯仿或二氯乙烷，萃取时使用的溶剂与2,4-二氯三氟甲苯的重量比为2-8:1。

6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，重结晶时使用的溶剂为有机溶剂和水形成的混合溶剂，重结晶时使用的溶剂与2,4-二氯三氟甲苯的重量比为1-5:1。

7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于，所述的有机溶剂为丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种，有机溶剂与水的重量比为3-5:1。

8.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的物料A，进料流量为1-250g/min；所述的物料B进料流量为1-200g/min。

9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的物料A和物料B进入连续流反应器后，在连续流反应器内的停留时间为0.5-60min；所述的连续流反应器，控制其内的温度为50-180℃。

10.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述的连续流反应器，为管式反应器或微通道反应器；所述的连续流反应器，材质为碳化硅、哈氏合金或玻璃；所述的连续流反应器，进料通过平流泵自给压力进料。