CN102391152B - 一种对氟苯甲腈的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对氟苯甲腈的合成方法，其特征在于将对氟苯甲醛和盐酸羟胺溶解在有机溶剂中，经杂多酸盐催化剂催化合成对氟苯甲腈，控制反应温度为80～130℃，反应8～12h。本发明不使用氰化物作原料，方法简单易行，产品收率高，工艺流程简单，设备要求低，催化剂可以回收重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及对氟苯甲腈的一种合成方法，特别是涉及对氟苯甲醛和盐酸羟胺经杂多酸盐催化剂催化合成对氟苯甲腈的方法。
背景技术
对氟苯甲腈是合成各种农药、染料、医药的重要中间体。在农药方面，合成多种吡啶或嘧啶衍生物类除草剂；在医药方面，合成用于治疗氧化不饱和脂肪酸疾病的吡啶并咪唑酮类衍生物，合成抑制细胞分裂素类抗炎药，抗凝血剂，弹性蛋白酶阻聚剂，抗利尿激素拮抗剂及催产素拮抗剂等。并且，此化合物还可用于制备液晶等光学材料。由于对氟苯甲腈用途广泛，开发此中间体具有十分重要的意义。
腈类化合物的合成途径有很多种，国内外报道的合成氟代苯腈的方法主要有以下几种：(1)以氯代苯腈为原料，经氟化合成氟代苯腈。比如2005年，沈之芹等人以4-氯苯腈和无水氟化钾为原料，非质子极性溶剂(环丁砜、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮等)为反应介质，经氟化反应合成了4-氟苯腈，反应温度为230～280℃，反应时间为2.0～4.5h，产品收率89.5％，并可用于工业化生产。(2)以氟代甲苯为原料经侧链氯化、水解生成氟代苯甲醛、再与羟胺反应脱水得氟代苯腈。(3)以氟代苯甲酸为原料，与尿素或氨气脱水合成氟代苯腈。2011年，Stephan Enthaler和Maik Weidauer以対氟苯甲酰胺为原料，用乙酰醋酸铜和N-甲基-N-(三硅甲基)三氟乙酰胺为脱水剂，在甲苯中100℃反应24h能得到99％对氟苯甲腈。
上述第一种方法对温度的要求比较高，在工业生产中将加大能源消耗，并且在生产过程中可能产生强腐蚀性的氢氟酸对设备的要求更高。第二种方法采用N-甲基-N-(三硅甲基)三氟乙酰胺配体价格较高，反应的时间也较长达到了24小时。在合成对氟苯甲腈过程中避免使用有毒物质，简化反应步骤，减少工艺流程，降低设备要求是工业生产迫切需要的。
发明内容
本发明的目的是为了改进传统多步法合成对氟苯甲腈反应时间长、能耗大等不足而提供一种对氟苯甲腈的合成方法。
本发明的技术方案为：一种对氟苯甲腈的合成方法，其具体步骤为：将一定量的对氟苯甲醛加入到反应器中，按对氟苯甲醛与盐酸羟胺的摩尔比为1∶(0.8～1.6)加入盐酸羟胺；再以对氟苯甲醛与杂多酸盐催化剂的摩尔比1∶(0.001～0.06)加入对氟苯甲醛，最后加入有机溶剂搅拌使得反应物混合均匀，在空气中加热到80～130℃，反应8～12h，得到对氟苯甲腈，其反应为：
优选对氟苯甲醛与盐酸羟胺摩尔比为1∶(1～1.5)；优选有机溶剂为：甲苯、对二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)，有机溶剂加入量为控制反应物对氟苯甲醛的浓度在有机溶剂中的浓度为0.5～2.0mol/L。
优选所述的杂多酸盐催化剂为：杂多酸与季铵碱、季磷碱或咪唑盐等当量反应生成杂多酸盐，再负载在氧化硅上，从而得到杂多酸盐催化剂；其中杂多酸盐与氧化硅的质量比为1～5∶1。
优选上述的杂多酸盐结构式为：(R4N)3[P(W3O10)4]、(R4N)4[Si(W3O10)4]、(R4N)3[P(Mo3O10)4](R’4N)3[P(W3O10)4]、(R’4N)4[Si(W3O10)4]、(R’4N)3[P(Mo3O10)4]、
其中R为CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C5H11、C6H13、C7H15或C8H17；R’为C4H9，C5H11，C6H13，C7H15或C8H17。
杂多酸盐生成的反应式为：
H3PW12O40+3R4NOH→(R4N)3[P(W3O10)4]
H3PMo12O40+3R4NOH→(R4N)3[P(Mo3O10)4]
H4SiW12O40+4R4NOH→(R4N)4[Si(W3O10)4]
其中R为：CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C5H11、C6H13、C7H15或C8H17；
H3PW12O40+3R′4POH→(R′4P)3[P(W3O10)4]
H3PMo12O40+3R′4POH→(R′4P)3[P(Mo3O10)4]
H4SiW12O40+4R′4POH→(R′4P)4[Si(W3O10)4]
其中R’为：C4H9，C5H11，C6H13，C7H15或C8H17。
优选上述对氟苯甲醛与杂多酸盐催化剂摩尔比为1∶(0.002～0.05)。
在上述内容的基础上，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出多种方式的修改、替换或变更。
有益效果：
本发明使用杂多酸盐催化剂，在有机溶剂中，80～140℃下，高效地催化4-氟苯甲醛和盐酸羟胺反应合成4-氟苯甲腈，反应收率为65～99％。在合成中完全不使用有毒的氰化物作为原料，通过4-氟苯甲醛与盐酸羟胺反应直接制备4-氟苯甲腈。此外，从上述内容可以看出，本发明的合成方法反应条件温和，步骤简单，从社会，环境，经济等方面来看都更能适合工业生产的需要。
具体实施方式
以下通过实施形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范畴。
本发明含钨杂多酸盐和催化剂的制备方法按常规方法即可，不仅限于例子所述的工艺参数条件。
实施例1：磷钨酸四甲基铵盐催化剂(催化剂A)的制备
H3PW12O40+3(CH3)4NOH→[(CH3)4N]3[P(W3O10)4]
四甲基氢氧化铵(25％水溶液)1.5g，磷钨酸3.9g，加20ml水搅拌3h，再加入2.8g氧化硅搅拌24h，蒸干溶剂即得到所需催化剂；其中磷钨酸盐与氧化硅质量比为1.5∶1。
实施例2：硅钨酸四乙基铵盐催化剂(催化剂B)的制备
H4SiW12O40+4(C2H5)4NOH→[(C2H5)4N]4[Si(W3O10)4]
四乙基氢氧化铵(25％水溶液)3.8g，硅钨酸4.8g，加20ml水搅拌3h，再加入2.8g氧化硅搅拌24h，蒸干溶剂即得到所需催化剂；其中硅钨酸盐与氧化硅质量比为2∶1。
实施例3：磷钼酸四甲基铵盐催化剂(催化剂C)的制备
H3PMo12O40+3(CH3)4NOH→[(CH3)4N]3[P(Mo3O10)4]
四丁基氢氧化铵(40％溶液)6.2g，磷钼酸6g，加20ml水搅拌3h，再加入2.8g氧化硅搅拌24h，蒸干溶剂即得到所需催化剂；其中磷钼酸盐与氧化硅质量比为3∶1。
实施例4：磷钨酸四丁基磷催化剂(催化剂D)的制备
H3PW12O40+3(n-C4H9)4POH→[(n-C4H9)4P]3[P(W3O10)4]
四丁基氢氧化磷(40％溶液)6.3g，磷钨酸8.8g，加20ml水搅拌3h，再加入2.8g氧化硅搅拌24h，蒸干溶剂即得到所需催化剂；其中磷钨酸盐与氧化硅质量比为4∶1。
实施例5：硅钨酸四丁基磷催化剂(催化剂E)的制备
H4SiW12O40+4(n-C4H9)4POH→[(n-C4H9)4P]4[Si(W3O10)4]
四丁基氢氧化磷(40％溶液)9.2g，硅钨酸12.8g，加20ml水搅拌3h，再加入2.8g氧化硅搅拌24h，蒸干溶剂即得到所需催化剂；其中硅钨酸盐与氧化硅质量比为5∶1。
实施例6：磷钼酸四丁基磷盐催化剂(催化剂F)的制备
H3PMo12O40+3(n-C4H9)4POH→[(n-C4H9)4P]3[P(Mo3O10)4]
四丁基氢氧化磷(40％溶液)11.1g，磷钼酸9.8g，加20ml水搅拌3h，再加入2.8g氧化硅搅拌24h，蒸干溶剂即得到所需催化剂；其中硅钨酸盐与氧化硅质量比为5∶1。
实施例7：磷钨酸1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑盐催化剂(催化剂G)的制备
在圆底烧瓶中加入5ml甲苯，1-甲基咪唑0.8ml和(3-氯丙基)-三甲氧基硅烷1.84ml，120℃下反应24～48h，减压抽去甲苯，用正己烷20×3ml洗涤抽干得到氯代1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑，重量为5.6g。取上述离子液体1.4.g，加入氧化硅1.4g，再加入50ml三氯甲烷65℃下搅拌24～48h，过滤混合物，用乙酸乙酯洗涤。取固体物质，加入磷钨酸钠(＞4.8g)水溶液，搅拌4h进行离子交换，过滤反应后的混合液，蒸馏水洗上层固体至无氯离子，真空干燥得催化剂，其中磷钨酸1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑盐与氧化硅质量比为4.3∶1。
实施例8：磷钼酸1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑盐催化剂(催化剂H)的制备
取上述离子液体1.4g，加入氧化硅1.4g，再加入50ml三氯甲烷65℃下搅拌24～48h，过滤混合物，用乙酸乙酯洗涤。取固体物质，加入磷钼酸钠(＞3.04g)水溶液，搅拌4h进行离子交换，过滤反应后的混合液，蒸馏水洗上层固体至无氯离子，真空干燥得催化剂，其中磷钨酸1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑盐与氧化硅质量比为3∶1。
实施例9：硅钨酸1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑盐催化剂(催化剂I)的制备
取上述离子液体1.4g，加入氧化硅1.4g，再加入50ml三氯甲烷65℃下搅拌24～48h，过滤混合物，用乙酸乙酯洗涤。取固体物质，加入硅钨酸钠(＞4.8g)水溶液，搅拌4h进行离子交换，过滤反应后的混合液，蒸馏水洗上层固体至无氯离子，真空干燥得催化剂，其中磷钨酸1-甲基-3-(三甲氧基硅丙基)咪唑盐与氧化硅质量比为3.4∶1。
实施例10：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂A 10.0g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.0g，产率为83％。
实施例11：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂B 10.0g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.0g，产率为83％。
实施例12：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂C 10.0g，再加入200ml对二甲苯搅拌均匀，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈9.6g，产率为80％。
实施例13：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂D 10.0g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.2g，产率为85％。
实施例14：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂E 10.0g，再加入200mlDMF，在120℃下反应10h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈9.9g，产率为82％。
实施例15：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛13.6g，盐酸羟胺8.34g，催化剂F 14.0g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.2g，产率为85％。
实施例16：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂G 10.0g，再加入200ml对二甲苯搅拌均匀，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.6g，产率为88％。
实施例17：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺10.42g，催化剂H 14.0g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.8g，产率为90％。
实施例18：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂I 10.0g，再加入200ml对二甲苯搅拌均匀，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.0g，产率为84％。
实施例19：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂F 10.0g，再加入200mlNMP，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.1g，产率为84％。
实施例20：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂G 1g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈7.8g，产率为65％。
实施例21：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺6.95g，催化剂H 14.0g，再加入200ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.5g，产率为87％。
实施例22：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂G 14.0g，再加入200ml对二甲苯，在130℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈11.9g，产率为99％。
实施例23：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂A 10.0g，再加入200ml甲苯，在110℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.0g，产率为84％。
实施例24：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂B 10.0g，再加入50ml对二甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈8.1g，产率为67％。
实施例25：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂G 10.0g，再加入150mlDMAC，在120℃下反应8h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈9.2g，产率为76％。
实施例26：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂D 5.0g，再加入200ml对二甲苯，在80℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈7.8g，产率为65％。
实施例27：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂H 14.0g，再加入200ml对二甲苯，在100℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.0g，产率为83％。
实施例28：在1000ml的圆底烧瓶中加入对氟苯甲醛12.4g，盐酸羟胺8.34g，催化剂B 14.0g，再加入200ml甲苯，在120℃下反应12h，反应物冷却至室温后过滤，并用乙醚冲洗3次，对滤液减压抽滤，抽取溶剂，得到对氟苯甲腈10.7g，产率为89％。
Claims (4)
1.一种对氟苯甲腈的合成方法，其具体步骤为：将一定量的对氟苯甲醛加入到反应器中，按对氟苯甲醛与盐酸羟胺的摩尔比为1：（0.8～1.6）加入盐酸羟胺；再以对氟苯甲醛与杂多酸盐催化剂的摩尔比1:（0.001～0.06）加入杂多酸盐催化剂，最后加入有机溶剂搅拌使得反应物混合均匀，在空气中加热到80～130℃，反应8～12h，得到对氟苯甲腈，其反应为：
其中R为CH3、C2H5、C3H7、C4H9、C5H11、C6H13、C7H15或C8H17；R’为C4H9，C5H11，C6H13，C7H15或C8H17。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于对氟苯甲醛与盐酸羟胺摩尔比为1：（1～1.5）。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述有机溶剂为：甲苯、对二甲苯、N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)；其中有机溶剂的加入量为控制对氟苯甲醛在有机溶剂中的浓度为0.5～2.0mol/L。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于对氟苯甲醛与杂多酸盐催化剂摩尔比为1：（0.002～0.05）。
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