一種合成(3,4‑二甲氧基苯基)(4′‑氟苯基)甲酮的方法與流程
2023-05-29 21:02:06 2
本發明是酸性離子液體催化劑合成(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮的一種新方法。
背景技術：
(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮，分子式C15H13FO3，分子量260，白色或類白色粉末。
(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮能溶於乙醇、乙醚、氯仿等有機溶劑及單體，不溶於水，是一種重要的化工藥物中間體。可作為紫外線吸收劑和引發劑，無水指示劑等，目前主要用於殺蟲劑氟嗎啉的製備。
氟嗎啉(flumorph，通用名：氟嗎啉，商品名：滅克)是瀋陽化工研究院創製開發的含氟二苯基丙烯醯嗎啉類殺菌劑，是我國第一個擁有自主智慧財產權的農用殺菌劑，獲得我國發明專利(中國專利號:ZL9611551.5)和美國發明專利(美國專利號：US6020332)。
氟嗎啉化學名：4-[3-(3，4-二甲氧基苯基)-3-(4-氟苯基)丙烯醯]嗎啉，是一種無腐蝕性白色粉末。熔點：105-110℃，易溶於丙酮、乙酸乙酯、氯仿、甲苯等有機溶劑，微溶於或不溶於水和石油醚。氟嗎啉有兩種互變異構體Z型和E型。
氟嗎啉是一種新型內吸性羧酸胺殺菌劑，主要用於防治霜黴屬和疫黴屬病害，尤其用於防治抗性病害。嗎啉類化合物的殺菌機理一般為直接或間接幹擾纖維型肌動蛋白抑制病原菌麥角甾醇的生物合成。由於氟原子所具有的獨特的電子效應和滲透效應，使氟嗎啉較同類的殺菌劑相比活性更高。
大量的田間試驗結果、各種毒性試驗結果以及農戶應用信息反饋表明氟嗎啉具有活性高、毒性低、治療及保護活性兼備、抗性風險低、對作物和人類及環境安全、持效期長、用藥次數少、農用成本低、增產效果顯著等特點。
目前應用在工業上的合成方法主要是苯甲醯氯法,即對氟苯甲醯氯與鄰苯二甲醚在無水氯化鋁的催化下發生反應。傳統(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮的合成工藝是：首先以無水氯化鋁為催化劑，催化鄰苯二甲醚與對氟苯甲醯氯進行醯化反應，得到初產品；最後對反應初產品進行水洗脫催化劑、過濾、重結晶得到最終產品。
雖然無水氯化鋁可使反應獲得較理想等收率，且價格低廉，但這類催化劑的弊端是反應形成的芳酮產物中的孤對電子會與滷化物催化劑絡合，因此需要添加過量比例的滷化物催化劑，往往生產1mol的芳酮產物往往需要2mol以上的路易斯酸催化劑，這在實際應用中導致了嚴重資源浪費。同時生成的絡合物又需要強酸強鹼去中和，從何產生了大量的廢液，也導致了設備的破壞等環境不友好的問題。除催化劑使用量巨大外，過量鄰苯二甲醚的使用，導致大量廢水以及廢渣的排放，且不能回收利用，從而造成生產成本偏高，環保壓力大等問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術中存在的不足之處，而提供一種汙染物排放低、清潔生產的合成(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮的新方法。
本發明目的可以通過如下措施來實現：
1)製備酸性離子液體；
2)將對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑按一定比例加入三口燒瓶，通入氮氣，在機械攪拌下，在一定的溫度下進行醯化反應；
3)待所得溶液溫度降至室溫後，將其轉移到分液漏鬥內，向分液漏鬥中加入水，水加入量是所得溶液體積的1-2倍，對所得溶液進行充分水解，洗滌，萃取，靜置分液之後，再加水洗滌一次；
4)將所得有機相，進行真空旋蒸，將溶劑與(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮分離，溶劑可作為下一批次原料，旋蒸所剩餘固體即為(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮。
所述的酸性離子液體催化劑是由帶正電的離子液體前體和帶負電的金屬滷化物聚合而成，其中：離子液體前體包括[Bmim]Cl和[Bmim]Br，金屬滷化物可以是AlCl3、FeC13、ZnCl2和CuCl2。
所述的溶劑為三氯甲烷。
所述的原料，對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑之間要按照一定的比例，摩爾比為1:1-3:10:0.1-0.5。
所述的反應溫度為60℃。
所述的反應時間為4小時。
本發明與現有技術相比，具有如下優點：
1、由於採用離子液體催化劑，使用的催化劑量大大減少，大幅度降低了廢水的排放，不僅降低了環境的汙染，且降低了生產成本；
2、省略了硫酸中和的過程，不僅消除了該步驟產生的廢水，而且避免了強酸對設備的腐蝕；
3、與原反應採用大量無水三氯化鋁相比，消除了生產所產生的廢渣；
4、本發明反應後，產物易分離，後處理簡單；
5、反應溫度低，能耗少。
本專利涉及多種離子液體，以[Bmim]Br-ZnCl2為例介紹本反應的反應機理。離子液體[Bmim]Br-ZnCl2具有很強的酸性，存在著大量的ZnCl3-、Zn2Cl5-等這些陰離子，也是催化反應的活性中心。對氟苯甲醯氯和鄰苯二甲醚的F-C醯基化反應過程如下：首先是對氟苯甲醯氯和離子液體中的Zn2Cl5-形成一個帶有親電活性位點的配合物；之後配合物與鄰苯二甲醚中的苯環相互作用產生σ配合物，σ配合物發生芳香化反應並生成氯化氫氣體，得到反應產物(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮和ZnCl2形成的配合物。配合物在高溫下解離為(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮和ZnCl2。ZnCl2再與ZnCl3-結合形成Zn2Cl5-陰離子，之後Zn2Cl5-再繼續與新的對氟苯甲醯氯作用形成配合物進一步催化反應，從而起到循環作用，其催化反應機理如式1所示。
同時[Bmim]Br-ZnCl2催化劑本身存在一個化學平衡，當ZnCl2隨著反應逐漸消耗時，由於[Bmim]Br存在著強烈的孤對電子，從而不斷把游離的ZnCl2吸引到催化劑相層，保證催化劑的活性，如式2所示。
除此之外，[Bmim]Br-ZnCl2表現出良好的催化性能與其本身的性能是分不開的。其原因如下：首先氯鋅酸離子液體常溫下流動性良好而且與鄰苯二甲醚、對氟苯甲醯氯等非極性物質互不相溶，這樣可以保證反應發生時游離的活性中心一直聚集在催化劑相層，而且反應完成後催化劑容易分離而且可以循環使用。其次氯鋅酸型離子液體的酸強度大小適中，既可以催化醯基化反應的進行又能在高溫下從芳酮產物的絡合下解離開來，從而達到少量離子液體就可以取得較高催化活性的效果。
下面結合實施例對本發明進一步說明，但並不因此限制本發明。
實施例1
按對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑摩爾比為1:1:10:0.5，分別稱量對氟苯甲醯氯(化學純)5g、鄰苯二甲醚(化學純)4.09g、溶劑(化學純)40g、離子液體催化劑[Bmim]Cl-AlCl38.7g加入到100ml三口燒瓶內，所述的溶劑為三氯甲烷，以下實施例同。燒瓶三個口分別安裝通入氮氣裝置、機械攪拌裝置、冷凝管，然後，將燒瓶放入油浴鍋，打開攪拌以及加熱，保持溫度60℃，反應時間4小時。反應後，待其冷卻到室溫，將所得溶液倒入分液漏鬥內，向分液漏鬥中加入水，水加入量是所得溶液體積的2倍，對所得溶液進行充分水解，洗滌，萃取，靜置分液之後，再加水洗滌一次；將所得有機相，進行真空旋蒸，溫度為60℃，待茄型瓶內液體全部蒸乾，即得產物(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮，稱量，得產物9.18g，收率達到97.49％。
實施例2
按對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑摩爾比為1:1.5:10:0.3，分別稱量對氟苯甲醯氯(化學純)5g、鄰苯二甲醚(化學純)6.13g、溶劑(化學純)60g、離子液體催化劑[Bmim]Br-ZnCl25.22g加入到100ml三口燒瓶內，燒瓶三個口分別安裝通入氮氣裝置、機械攪拌裝置、冷凝管，然後，將燒瓶放入油浴鍋，打開攪拌以及加熱，保持溫度60℃，反應時間4小時。反應後，待其冷卻到室溫，將所得溶液倒入分液漏鬥內，向分液漏鬥中加入水，水加入量是所得溶液體積的1倍，對所得溶液進行充分水解，洗滌，萃取，靜置分液之後，再加水洗滌一次；將所得有機相，進行真空旋蒸，溫度為60℃，待茄型瓶內液體全部蒸乾，即得產物(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮，稱量，得產物8.935g，收率達到94.89％。
實施例3
按對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑摩爾比為1:2:10:0.4，分別稱量對氟苯甲醯氯(化學純)5g、鄰苯二甲醚(化學純)8.17g、溶劑(化學純)40g、離子液體催化劑[Bmim]Br-CuCl26.96g加入到100ml三口燒瓶內，燒瓶三個口分別安裝通入氮氣裝置、機械攪拌裝置、冷凝管，然後，將燒瓶放入油浴鍋，打開攪拌以及加熱，保持溫度60℃，反應時間4小時。反應後，待其冷卻到室溫，將所得溶液倒入分液漏鬥內，向分液漏鬥中加入水，水加入量是所得溶液體積的1.5倍，對所得溶液進行充分水解，洗滌，萃取，靜置分液之後，再加水洗滌一次；將所得有機相，進行真空旋蒸，溫度為60℃，待茄型瓶內液體全部蒸乾，即得產物(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮，稱量，得產物9.071g，收率達到96.33％。
實施例4
按對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑摩爾比為1:2.5:10:0.1，分別稱量對氟苯甲醯氯(化學純)5g、鄰苯二甲醚(化學純)10.21g、溶劑(化學純)40g、離子液體催化劑[Bmim]Cl-FeCl31.74g加入到100ml三口燒瓶內，燒瓶三個口分別安裝通入氮氣裝置、機械攪拌裝置、冷凝管，然後，將燒瓶放入油浴鍋，打開攪拌以及加熱，保持溫度60℃，反應時間4小時。反應後，待其冷卻到室溫，將所得溶液倒入分液漏鬥內，向分液漏鬥中加入水，水加入量是所得溶液體積的2倍，對所得溶液進行充分水解，洗滌，萃取，靜置分液之後，再加水洗滌一次；將所得有機相，進行真空旋蒸，溫度為60℃，待茄型瓶內液體全部蒸乾，即得產物(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮，稱量，得產物8.69g，收率達到92.28％。
實施例5
按對氟苯甲醯氯、鄰苯二甲醚、溶劑和催化劑摩爾比為1:3:10:0.3，分別稱量對氟苯甲醯氯(化學純)5g、鄰苯二甲醚(化學純)12.26g、溶劑(化學純)40g、離子液體催化劑[Bmim]Br-AlCl35.22g加入到100ml三口燒瓶內，燒瓶三個口分別安裝通入氮氣裝置、機械攪拌裝置、冷凝管，然後，將燒瓶放入油浴鍋，打開攪拌以及加熱，保持溫度60℃，反應時間4小時。反應後，待其冷卻到室溫，將所得溶液倒入分液漏鬥內，向分液漏鬥中加入水，水加入量是所得溶液體積的2倍，對所得溶液進行充分水解，洗滌，萃取，靜置分液之後，再加水洗滌一次；將所得有機相，進行真空旋蒸，溫度為60℃，待茄型瓶內液體全部蒸乾，即得產物(3,4-二甲氧基苯基)(4′-氟苯基)甲酮，稱量，得產物9.251g，收率達到98.23％。