3－三氟甲基苯甲酸的製備方法
2023-04-30 14:16:51
專利名稱：3－三氟甲基苯甲酸的製備方法
技術領域：
本發明涉及3-三氟甲基苯甲酸的製備方法。
背景技術：
3-三氟甲基苯甲酸是一種非常有應用價值的中間體，已廣泛應用於農藥、醫藥和精細化工領域。
美國專利(US305203，1962)揭示了用間滷代三氟甲苯為原料，進行格氏反應，再與二氧化碳作用，製備得到3-三氟甲基苯甲酸；但是，由於採用了格氏反應，因而導致此路線生產成本較高，且不利於大量生產。
中國專利(CN1356306)揭示了以間三氟甲基氯化苄為原料，在引發劑催化下發生氯化反應，接著在氫氧化鈉稀溶液中進行水解反應，並用稀鹽酸酸化後得到3-三氟甲基苯甲酸。上述方法的主要缺點在於(1)原料較難獲得，價格昂貴，(2)水解反應使用相當於間三氟甲基三氯甲基5倍摩爾量但濃度極稀的氫氧化鈉溶液(2.5-10％)；然後再使用濃度很稀的稀鹽酸(10％)酸化析出3-三氟甲基苯甲酸，由此造成鹼、酸、水的用量很大，並且會產生大量廢水，由此導致工業化成本很高，同時還會給工藝流程和廢水處理造成了較大負擔。
德國專利(DE3813452，1988)報導的方法是用間二三氟甲基苯為原料，用1.3摩爾量的30％發煙硫酸加熱回流水解，以66％的收率獲得3-三氟甲基苯甲酸；該方法的缺點是產生大量廢酸，而且廢水液中含大量氫氟酸，對設備材質要求嚴格，此外生成的副產品間二苯甲酸還影響產品純度(產品純度為97.5％)。
現有技術製備3-三氟甲基苯甲酸的成本高昂，並且產生了大量的廢水廢液，不利於大規模工業化生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種原料及生產成本經濟，廢水廢料少，適合大規模商品化生產的製備3-三氟甲基苯甲酸的方法。
本發明提供了一種製備3-三氟甲基苯甲酸的方法，該方法包括以下步驟使間三氯甲基三氟甲基苯在含鋅催化劑和水的作用下，水解反應得到3-三氟甲基苯甲酸，其反應式如下所示 在一個優選的實施方案中，所述含鋅催化劑是選自乙酸鋅、二水乙酸鋅、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、硫化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、碳酸鋅、鹼式碳酸鋅、氫氧化鋅和氧化鋅中的一種或多種。更優選是，所述含鋅催化劑選自乙酸鋅、二水乙酸鋅或其組合。
在一個優選的實施方案中，所述催化劑的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％。更優選是，所述催化劑的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的1-10重量％。
在一個優選的實施方案中，所述水的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的2-50倍摩爾量。更優選是，所述水的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的2-10倍摩爾量。
在一個優選的實施方案中，所述水解反應溫度在100-240℃的範圍內。更優選是，所述水解反應溫度在120-150℃的範圍內。
在一個優選的實施方案中，間三氯甲基三氟甲基苯通過在催化劑的存在下使間二三氯甲基苯與氟化氫進行氟化反應而製得，其反應式如下所示 更優選是，所述氟化反應的催化劑為五氯化銻。
優選是，所述氟化反應的催化劑用量是間二三氯甲基苯的0.05-5重量％；更優選是，所述催化劑的用量為間二三氯甲基苯的0.25-1.0重量％。
優選是，所述氟化反應的溫度在30-120℃的範圍內。更優選是，所述氟化反應溫度在50-70℃的範圍內。
優選是，所述氟化氫的用量是間二三氯甲基苯的2-4倍摩爾量。更優選是，氟化氫的用量是間二三氯甲基苯的2.8-3倍摩爾量。
優選是，通入所述氟化氫是分批的或一次性的。更優選是，以1.5倍摩爾量、1.0倍摩爾量和0.5倍摩爾量分三次通入氟化氫。
在一個優選的實施方案中，所述間二三氯甲基苯通過以間二甲苯為原料，以間二三氯甲基苯為溶劑，在引發劑或光引發的作用下與氯氣反應製備而得，其反應式如下所示 優選是，間二甲苯和間二三氯甲基苯的摩爾比為0.1-10∶1。更優選是，間二甲苯和間二三氯甲基苯的摩爾比在0.5-5∶1的範圍內。再優選是，間二甲苯和間二三氯甲基苯的摩爾比在1-4∶1的範圍內。
優選是，所述引發劑是選自偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈、偶氮二環己腈和過氧化苯甲醯的一種或多種。
優選是，所述光引發採用紫外光進行。
優選是，所述氯氣的用量是間二甲苯的6-12倍摩爾量。更優選是，氯氣的用量是間二甲苯的6-8倍摩爾量。
優選是，所述氯化反應的溫度在60-240℃的範圍內。更優選是，氯化反應的溫度在80-150℃的範圍內。
具體實施例方式
發明人經過深入研究後發現，通過以間二甲苯為原料，經過氯化反應、可控氟化反應、催化水解反應等三步反應，能夠製得3-三氟甲基苯甲酸。在此基礎上，發明人完成了本發明。
應該理解，由於間二三氯甲基苯(中間體I)和間三氯甲基三氟甲基苯(中間體II)均為已知化合物，因此，也可以分別以這兩種中間體作為原料開始製備，獲得3-三氟甲基苯甲酸產物。
以下分別對三步反應進行詳細說明。
氯化反應氯化反應是以間二甲苯為原料，以間二三氯甲基苯為溶劑，在引發劑或光引發的作用下與氯氣反應製備得到間二三氯甲基苯(中間體I)，其反應式如下 反應物是間二甲苯和間二三氯甲基苯，兩者摩爾比優選為0.1-10∶1，更優選為0.5-5∶1，再優選是1-4∶1，最優選為3∶1。
使用的引發劑例如但不限於偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈、偶氮二環己腈、過氧化苯甲醯等，也可用光引發氯化反應，優選為紫外光。
氯化反應的溫度優選為60-240℃，更優選為80-150℃，最優選為120-140℃。在此溫度下可以獲得較快反應速度且產生焦油很少。
氯化反應的反應時間並無特別限制，本領域技術人員根據投料多少和反應條件能夠確定反應時間，優選是，反應時間在5-100個小時內。
優選是，氯化反應結束後，脫氣後減壓蒸餾，收集154-158℃/10mmHg(文獻165-169℃/12mmHg，美國專利2132361，1935)的餾分，氯化反應的產率為70-92％，產物純度通常為92-98％。
氟化反應氟化反應是在催化劑的存在下使間二三氯甲基苯(中間體I)與氟化氫進行氟化反應，得到間三氯甲基三氟甲基苯(中間體II)，其反應式如下所示
氟化反應中，所用催化劑優選為五氯化銻。催化劑的用量優選是間二三氯甲基苯的0.05-5重量％，更優選為0.25-1.0重量％。
氟化反應的溫度優選在30-120℃的範圍內，更優選是50-70℃。
氟化氫的通入量優選為間二三氯甲基苯的2-4倍摩爾量，更優選為2.8-3.0倍摩爾量，在此用量下可以最大程度地將中間體I轉化為中間體II。氟化氫可以是分批通入的，也可以一次性通入。特別優選的是，以1.5倍摩爾量、1.0倍摩爾量和0.5倍摩爾量分三次通入；每次通完氟化氫後，保溫反應0.5-24小時使其達到反應平衡。
氟化反應的反應時間並無特別限制，本領域技術人員根據投料多少和反應條件能夠確定反應時間，優選是，反應時間在2-60個小時內。
氟化反應結束後，將反應液轉移至稀鹼溶液中，洗滌分液後乾燥過濾，然後減壓條件下精餾，收集106-108℃/30mmHg(文獻90℃/13mmHg，美國專利4079089，1978)的餾分，氟化反應的產率為52-60％，產物純度≥99.5％。
水解反應水解反應是使間三氯甲基三氟甲基苯在含鋅催化劑和水的作用下，水解得到3-三氟甲基苯甲酸，其反應式如下所示 在水解反應中，優選是將水滴加到熱的間三氯甲基三氟甲基苯與催化量含鋅催化劑(特別優選是乙酸鋅)的混合液中，製備得到3-三氟甲基苯甲酸。
含鋅催化劑例如但不限於乙酸鋅、二水乙酸鋅、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、硫化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、碳酸鋅、鹼式碳酸鋅、氫氧化鋅、氧化鋅等。
水解反應的催化劑用量優選為間三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％，更優選為1-10重量％。
水解反應的溫度優選是在100-240℃的範圍內，更優選為120-150℃。
所述水的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的2-50倍摩爾量，更優選是2-10倍摩爾量。特別優選是，水解反應時先滴加大約兩個摩爾當量的水，然後再加入過量的水。
水解反應的反應時間並無特別限制，本領域技術人員根據投料多少和反應條件能夠確定反應時間，優選是，反應時間在4-60個小時內，反應完成，得到3-三氟甲基苯甲酸。
3-三氟甲基苯甲酸的純化是利用其本身不溶於水而其鈉鹽易溶於水的性質，將3-三氟甲基苯甲酸溶於氫氧化鈉水溶液中，通過有機溶劑萃取除去幾乎所有有機雜質，然後酸化過濾後獲得純度極高(可高達99.9％)的3-三氟甲基苯甲酸。
更具體而言，在反應完成後將含有3-三氟甲基苯甲酸產物的反應液冷卻後過濾，濾餅溶於氫氧化鈉溶液中。水相用有機溶劑洗滌，有機溶劑可以是例如但不限於氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯等，水相再用鹽酸酸化至酸性。過濾後濾餅烘乾即得3-三氟甲基苯甲酸III。產率為60-81％，熔點106.0-106.2℃(2000-2001年版的Aldrich手冊P1662中報導，純度99％的3-三氟甲基苯甲酸的熔點為105-106℃)，產物純度≥99.9％。
本發明的主要優點如下(1)本發明方法的工藝流程易於控制，反應完全，收率高，製備得到的目標產品純度高，質量穩定，完全符合作為農藥或醫藥中間體的使用要求。
(2)本發明方法所用的原料及試劑便宜，具體來說，原料間二甲苯價格低廉，氯氣和氟化氫都是價格便宜的基本化工原料，氟化反應所用催化劑五氯化銻以及水解反應所用的催化劑二水乙酸鋅均為普通原料，價格便宜，且用量少。
(3)本發明的各步反應中產生廢液少，不僅降低成本減少環境汙染，也非常便於大規模商品化生產。
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數為摩爾份，所有的百分比為重量百分比。
實施例1間二三氯甲基苯的製備將563摩爾份間二三氯甲基苯和1689摩爾份間二甲苯混合後，將反應釜內溫升至120℃，然後打開紫外燈，通入氯氣，保持反應釜內溫度120-140℃，反應進行30小時。通過氣相色譜儀分析得知，氯化反應的中間體間二氯甲基三氯甲基苯的含量低於0.5％。通過GC-MS方法測得，反應產物為間二三氯甲基苯。
減壓脫氣，將反應液進行減壓蒸餾，收集154-158℃/10mmHg的餾分，得間二三氯甲基苯2068份，氯化反應的產率為89.3％，間二三氯甲基苯的純度為97.2％。
實施例2-9間二三氯甲基苯的製備按照與實施例1相同的方式進行，不同的是反應溫度、原料配比和反應時間如表1所示。表1還示出了間二三氯甲基苯的產率、純度和所得產物中的高沸物含量。
此外，實施例8使用2重量％的偶氮二異丁腈(以間二甲苯的重量計)作為引發劑代替紫外引發。
實施例9使用2重量％的過氧化苯甲醯(以間二甲苯的重量計)作為引發劑代替紫外引發。
表1
實施例10間三氯甲基三氟甲基苯的製備將500摩爾份間二三氯甲基苯與0.5wt％五氯化銻(以間二三氯甲基苯計)混合後，將反應釜內溫升至60℃，攪拌半小時，先通入750摩爾份氟化氫，通完後在50-70℃下攪拌半小時；再通入500摩爾份氟化氫，通完後在50-70℃下攪拌半小時；再通入250摩爾份氟化氫，通完後在50-70℃下攪拌4小時，反應結束。通過氣相色譜儀分析得知，原料間二三氯甲基苯的含量低於20％。通過GC-MS方法測得，反應產物為間三氯甲基三氟甲基苯。
然後將反應液轉移至含500份5％重量的氫氧化鈉溶液中，攪拌半小時後分液，有機相用無水硫酸鎂乾燥後過濾後轉移至精餾釜中。收集106-108℃/30mmHg的餾分，得到間三氯甲基三氟甲基苯265份，氟化反應的產率為53％，間三氯甲基三氟甲基苯的純度為99.6％。
實施例11-17間三氯甲基三氟甲基苯的製備按照與實施例10相同的方式進行，不同的是氟化氫用量、催化劑用量、反應溫度和反應時間如下表2所示。表2還示出了反應產物中間二三氯甲基苯和間三氯甲基三氟甲基苯的重量百分比。
表2
實施例183-三氟甲基苯甲酸的製備將200份間三氯甲基三氟甲基苯與5wt％二水乙酸鋅(以間三氯甲基三氟甲基苯的重量計)混合後，將反應釜內溫升至140℃，首先緩慢滴加400份水，約12-18小時滴完，然後加入1000份水。通過氣相色譜儀分析得知，原料間三氯甲基三氟甲基苯的含量低於0.5％。通過GC-MS方法測得，反應產物為3-三氟甲基苯甲酸。
將反應產物冷卻至室溫後過濾，濾餅用100份水洗滌後加入到含250份氫氧化鈉和1000份水溶液中，攪拌使固體溶解後，加入200份二氯甲烷，攪拌半小時後分液，水相再次用100份二氯甲烷洗滌後，用鹽酸酸化至PH＝3，過濾，濾餅用200份水洗滌後，於60℃下烘乾得到3-三氟甲基苯甲酸160份，熔點106.0-106.2℃，產物純度99.9％。水解反應的產率為80％，
實施例19-273-三氟甲基苯甲酸的製備按照與實施例18相同的方式進行，不同的是催化劑用量、反應溫度和反應時間如表3所示。表3還示出了反應產物中的間三氯甲基三氟甲基苯的重量百分數，以及3-三氟甲基苯甲酸的產物收率。
表3
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種製備3-三氟甲基苯甲酸的方法，該方法包括以下步驟使間三氯甲基三氟甲基苯在含鋅催化劑和水的作用下，水解反應得到3-三氟甲基苯甲酸，其反應式如下所示
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述含鋅催化劑是選自乙酸鋅、二水乙酸鋅、氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、硫化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、碳酸鋅、鹼式碳酸鋅、氫氧化鋅和氧化鋅中的一種或多種；更優選是，所述含鋅催化劑選自乙酸鋅、二水乙酸鋅或其組合。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述催化劑的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％；更優選是，所述催化劑的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的1-10重量％。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述水的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的2-50倍摩爾量；更優選是，所述水的用量為間三氯甲基三氟甲基苯的2-10倍摩爾量。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述水解反應溫度在100-240℃的範圍內；更優選是，所述水解反應溫度在120-150℃的範圍內。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，間三氯甲基三氟甲基苯通過在催化劑的存在下使間二三氯甲基苯與氟化氫進行氟化反應而製得，其反應式如下所示
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述氟化反應的催化劑為五氯化銻；和/或所述氟化反應的催化劑用量是間二三氯甲基苯的0.05-5重量％；更優選是，所述催化劑的用量為間二三氯甲基苯的0.25-1.0重量％；和/或所述氟化反應的溫度在30-120℃的範圍內；更優選是，所述氟化反應溫度在50-70℃的範圍內；和/或所述氟化氫的用量是間二三氯甲基苯的2-4倍摩爾量；更優選是，氟化氫的用量是間二三氯甲基苯的2.8-3倍摩爾量；和/或通入所述氟化氫是分批的或一次性的；更優選是，以1.5倍摩爾量、1.0倍摩爾量和0.5倍摩爾量分三次通入氟化氫。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，所述間二三氯甲基苯通過以間二甲苯為原料，以間二三氯甲基苯為溶劑，在引發劑或光引發的作用下與氯氣反應製備而得，其反應式如下所示
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，間二甲苯和間二三氯甲基苯的摩爾比為0.1-10∶1；更優選是，間二甲苯和間二三氯甲基苯的摩爾比在0.5-5∶1的範圍內；再優選是，間二甲苯和間二三氯甲基苯的摩爾比在1-4∶1的範圍內；和/或所述引發劑是選自偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈、偶氮二環己腈和過氧化苯甲醯的一種或多種；和/或所述光引發採用紫外光進行；和/或所述氯氣的用量是間二甲苯的6-12倍摩爾量；更優選是，氯氣的用量是間二甲苯的6-8倍摩爾量。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述氯化反應的溫度在60-240℃的範圍內。更優選是，氯化反應的溫度在80-150℃的範圍內。
全文摘要
揭示了一種製備3－三氟甲基苯甲酸的方法，該方法包括以下步驟使間三氯甲基三氟甲基苯在含鋅催化劑和水的作用下，水解反應得到3－三氟甲基苯甲酸；所述間三氯甲基三氟甲基苯通過在催化劑的存在下使間二三氯甲基苯與氟化氫進行氟化反應而製得；所述間二三氯甲基苯通過以間二甲苯為原料，以間二三氯甲基苯為溶劑，在引發劑或光引發的作用下與氯氣反應製備而得。
文檔編號C07C51/093GK101066917SQ20071004157
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月1日 優先權日2007年6月1日
發明者蔡國榮, 姜寶僅, 陳旻 申請人:上海康鵬化學有限公司