CN106008175B - 一种三氟甲氧基苯的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种芳香族化合物的生产方法，具体涉及一种三氟甲氧基苯的生产方法。该生产方法由氯化反应、氟化反应和产品分离工序组成。该方法以苯甲醚为起始原料，氯化反应采用含氟芳烃为溶剂，反应后溶剂可不分离，并在适当条件下与HF继续进行氟化反应，氟化反应后的反应产物水洗，分层，取下层油相经精馏得到三氟甲氧基苯并回收溶剂，所得三氟甲氧基苯产品纯度大于99％，收率大于95％，其化学反应式如下：
Description
技术领域
本发明属于有机合成工艺领域，尤其涉及一种芳香族化合物的生产方法，具体涉及一种三氟甲氧基苯的生产方法。
背景技术
三氟甲氧基苯可应用于农药、医药和液晶中。用含氟有机化合物作原料合成的医药具有很多优点:如可以增强药品的药性、疗效高，并且无其它副作用，而且还具有持久性、口服性好的特点。近年来，该有机化合物得到广泛应用。
《有机氟工业》2008年第2期，刊登的，张超、臧友发表的“三氟甲氧基苯衍生物的性质、合成及应用”提出了这几种方法：1、以苯甲醚为底物，经氯化、氟化反应而得，2、以三氯甲氧基苯为底物，经氟化一步合成，3、以苯酚为底物，和氟化氢、四氯化碳高压反应合成，4、以苯酚为底物，和羰基氟、四氯化硫反应合成。
合成工艺路线受原材料价格、生产安全可靠性、产品收率等一些因素制约，原材料价格过高则不利于大规模工业化生产成本的降低，以苯甲醚为原料合成三氟甲氧基苯，原材料价格便宜，具有一定的成本优势,有利于大规模生产。
《有机氟工业》2002年第四期，刊登的，马志军、徐丽红发表的“三氟甲氧基苯、对氨基三氟甲氧基苯、对溴三氟甲氧基苯三种化合物合成与研究”提出，光照条件下苯甲醚直接通氯，实验没有取得成功，发生的反应不是侧链氯化而是苯环氯化，得不到三氯甲氧基苯，以四氯化碳为溶剂，经光氯化后再氟化制得三氟甲氧基苯，但四氯化碳对臭氧层有消耗，不利于环保。
根据专利US005773668A的论述，不合适的溶剂会发生苯环上氯化副反应，而不加溶剂同样会导致环上氯化副反应的发生，该专利对这个结论已有明确论述。为降低苯环氯化副反应，提高中间产物三氯甲氧基苯的收率，从而提高目标产物三氟甲氧基苯的收率，需要一种合适的溶剂。
关于制备三氯甲氧基苯氯化反应中所使用的溶剂，公开报道的有多种，如四氯化碳、冰醋酸、三氟甲苯、邻氯三氟甲苯、间氯三氟甲苯、对氯三氟甲苯、1,2-二氯三氟乙烷、三氯甲苯等。如专利CN102120717A公开了一种以氯苯为溶剂生产三氯甲氧基苯的方法，苯甲醚与氯苯投料摩尔比为1:2～6，反应温度120～130℃，光氯化反应后通过精馏进行氯苯回收得到三氯甲氧基苯。
专利CN103553884A公开了一种三氟甲氧基苯的生产方法，反应采用对二甲基苯为溶剂，以苯甲醚或苯甲醚与对二甲基苯混合作为原料，通入氯气发生氯化反应得到三氯甲氧基苯和对二三氯甲基苯，氯化反应后去除溶剂，三氯甲氧基苯和对二三氯甲基苯与无水氟化氢在全氟磺酰氟类催化剂条件下，发生氟化反应，得到三氟甲氧基苯和对二三氟甲基苯，副产物对二三氟甲基苯再循环使用。该专利采用一锅煮的方法，原料苯甲醚和溶剂混合后，在引发剂作用下通入氯气进行反应，在氯化反应过程中溶剂量是一定的，而随着反应的进行原料苯甲醚浓度下降，中间物料三氯甲氧基苯浓度增加，物料与溶剂的浓度比例变化较大，由于引发剂分解受半衰期的限制，造成反应过程中体系内活性自由基浓度不均匀，容易造成副反应增多，导致三氟甲氧基苯收率下降。
专利CN103553884A还提到，以三氟甲苯和对二三氟甲苯为溶剂进行氯化起到了非常良好的溶剂效果，但三氯甲氧基苯经氟化后得到三氟甲氧基苯的沸点为102℃，三氟甲苯沸点也是102℃，二者无法分离。以苯甲醚为原料，进行“一锅煮”法氯化反应时，反应会向环上氯化进行，产生大量环上氯化的副产物，导致收率降低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种以苯甲醚为原料生产三氟甲氧基苯的方法，该方法具有产品纯度高，收率高，成本低的优点。
本发明为解决以上技术问题，寻找合适的溶剂作为氯化反应的溶剂，该溶剂在三氟甲氧基苯的生产过程中为惰性溶剂，不参与反应，并且溶剂与生产过程中的物料易于分离，溶剂回收纯度高，回收率高，同时溶剂满足循环利用，从而降低生产中的溶剂消耗，降低生产成本。寻求合适的引发剂降低苯环上的氯化副反应，并寻找合适的投料方式，解决一次性投料，俗称“一锅煮”氯化反应时，反应会向环上氯化进行，产生大量环上氯化的副产物，导致收率降低，消耗高，成本高的问题。
发明综述：本发明采用含氟芳烃为氯化反应的溶剂，所用溶剂由一种或多种含氟芳烃配制而成，在三氟甲氧基苯的生产过程中作为一种惰性溶剂，不参与反应，并且热稳定性好，在生产条件下不分解，溶剂回收纯度高，回收率高，溶剂满足循环利用的要求，在氯化反应中有效减少苯环上的氯化，提高了产品的收率，降低了生产成本。
本发明将一部分溶剂加入氯化反应器，剩余溶剂与原料苯甲醚、引发剂混合均匀，溶剂可以有效稀释原料苯甲醚和引发剂，原料和引发剂混合物通过连续加入反应器，保证反应过程中原料浓度、自由基浓度均匀，降低苯环上氯化反应，并且反应平稳，易于控制，安全可靠性高。本发明通过改变加料方式来解决一次性投料中苯环上氯化副反应，降低苯环上氯化副产物，从而提高三氟甲氧基苯产品收率，降低成本。
本发明选用有机过氧化物或偶氮类引发剂，采用一种或两种引发剂复合，通过选择合适的半衰期，从而有效降低引发剂的使用量，与原料一起经溶剂稀释后连续加入反应器从而降低苯环上的活化，降低苯环上的氯化，提高三氟甲氧基苯的收率。
发明详述：
本发明的具体技术方案如下：
一种三氟甲氧基苯的生产方法，以苯甲醚为原料，经氯化反应、氟化反应和产品分离工序，具体包括以下步骤：
(1)氯化反应：采用含氟芳烃为溶剂，溶剂分为两部分，一部分溶剂直接加入反应器内，另一部分溶剂做为稀释剂与苯甲醚、引发剂混合均匀，反应器加热至出现沸腾回流后向反应器的溶剂中通入氯气，同时将作为稀释剂的溶剂、原料、引发剂的混合物连续加入反应器中，控制氯化反应温度在90～170℃，制得中间产物三氯甲氧基苯；所述直接加入反应器内的溶剂的加入量与苯甲醚的质量比为0.5∶1～2∶1；所述作为稀释剂的溶剂的用量与苯甲醚的质量比为6:1～1:1，所述引发剂的用量与苯甲醚的质量比为(0.3～3)∶10。
(2)氟化反应：氯化反应结束后的混合物料分离溶剂或不分离溶剂，在高压釜中通入HF进行氟化反应，控制氟化反应温度85～115℃，反应压力为0.1～3.0Mpa；
(3)产品分离：氟化反应结束后，反应产物经水洗、分层后，取下层油相，经精馏得到三氟甲氧基苯并回收溶剂。
其化学反应式如下：
根据本发明，优选的，所述步骤(1)中氯化反应所用溶剂由一种或多种含氟芳烃配制而成；所述的含氟芳烃为三氟甲苯、单氯代三氟甲苯、二氯三氟甲苯、三氯代三氟甲苯中的一种、或几种的任意组合。
根据本发明，优选的，所述步骤(1)中氯化反应所用引发剂为有机过氧化物类或偶氮类引发剂中的一种或两种的组合；进一步优选的，所述有机过氧化物类引发剂为二苯甲酰过氧化物、特丁基异丙苯基过氧化物中的一种，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种。
根据本发明，优选的，所述氯化反应的温度为100～150℃。
氯化反应完成后，取样分析，能够得到(收率)97％以上的三氯甲氧基苯，中间产物三氯甲氧基苯与溶剂分离或不分离均可。
根据本发明，优选的，所述氟化反应温度为90～110℃，，氟化反应压力为2.0～3.0Mpa；氟化反应投料比为三氯甲氧基苯与HF的摩尔比为1:3～10，进一步优选为1：3.1～5。
根据本发明，优选的，步骤(3)中所述精馏为减压精馏，精馏压力-0.095～-0.10Mpa；三氟甲氧基苯产品纯度大于99％，收率大于95％，溶剂回收率大于95％，纯度大于99％，回收的溶剂可回用至氯化反应。
本发明反应过程的分析采用气相色谱分析方法。
本发明的有益效果是:
1、采用含氟芳烃作为制备三氯甲氧基苯氯化反应中的有机溶剂，所采用溶剂的价格相对低廉，溶剂回收率高，并且能重复使用，有利于降低生产成本；
2、通过选择合适半衰期的引发剂，并用一部分溶剂稀释原料苯甲醚和引发剂，混合后连续加入反应器，保证反应体系内物料浓度均匀，温度控制平稳，有利于侧链取代抑制苯环取代，有效降低苯环上的氯化副反应，从而提高产品三氟甲氧基苯的收率，降低原辅材料消耗，降低生产成本，很适合工业化大规模生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本实施例所用原料均为市购产品。反应过程的分析采用气相色谱分析方法。
本实施例的化学反应式如下：
实施例1
1、氯化反应
在1000ml带有机械搅拌、冷凝管、温度计、插底通气管、滴加管的反应器中加入对氯三氟甲苯溶剂150g，开启搅拌，升温至139～140℃，至溶剂出现回流时，通氯气，开始滴加苯甲醚200g、对氯三氟甲苯溶剂600g和偶氮二异丁腈引发剂10g的混合溶液，在139～140℃下滴加12小时左右，滴加完成后取样分析，二氯甲氧基苯低于0.3％时，停止反应，降温。
2、氟化反应
将氯化反应所得的混合溶液1134.5g加入到1L高压釜中，加入氟化氢133.3g，开启搅拌，升温至95℃，在2.8Mpa压力下保温反应3～4h。停止反应，取样分析。
3、产品分离
将反应产物水洗，分层，取下层油相液体精馏。在-0.095Mpa～-0.1Mpa，40℃条件下精馏。得溶剂对氯三氟甲苯719.7g，纯度99.13％,溶剂回收率95.12％；得三氟甲氧基苯286.38g，纯度99.95％，三氟甲氧基苯收率95.46％。
实施例2
1、氯化反应
在3000ml带有机械搅拌、冷凝管、温度计、插底通气管、滴加管的反应器中加入对氯三氟甲苯溶剂450g，开启搅拌，升温至139～140摄氏度，至对氯三氟甲苯溶剂出现回流时，通氯气，开始滴加苯甲醚600g、对氯三氟甲苯溶剂1200g和偶氮二异丁腈引发剂30g的混合溶液，在139～140℃下滴加12小时左右，滴加完成后取样分析，二氯甲氧基苯低于0.3％时，停止反应，降温。
2、氟化反应
将氯化反应所得的混合溶液2811.91g，加入到高压釜中，加入氟化氢400.0g，开启搅拌，升温至90℃，在2.5Mpa压力下保温反应3～4h。停止反应，取样分析。
3、产品分离
将反应产物水洗，分层，取下层油相液体精馏。在-0.095Mpa～-0.1Mpa，45℃条件下精馏。得溶剂对氯三氟甲苯1582.17g，纯度99.23％,溶剂回收率95.15％；得三氟甲氧基苯857.97g，纯度99.92％，三氟甲氧基苯收率95.38％。
实施例3
1、氯化反应
在5000ml带有机械搅拌、冷凝管、温度计、插底通气管、滴加管的反应器中加入对氯三氟甲苯溶剂1200g，开启搅拌，升温至139～140℃，至对氯三氟甲苯溶剂出现回流时，通氯气，开始滴加苯甲醚1600g、对氯三氟甲苯溶剂1600g和偶氮二异丁腈引发剂80g的混合溶液，在139～140℃下滴加12小时左右，滴加完成后取样分析，二氯甲氧基苯低于0.3％时，停止反应，降温。
2、氟化反应
将氯化反应所得的混合溶液5921.31g，加入到高压釜中，加入氟化氢1100g，开启搅拌，升温至90℃，在2.6Mpa压力下保温反应3-4h。停止反应，取样分析。
3、产品回收
将反应产物水洗，分层，取下层油状液体精馏。在-0.095Mpa～-0.1Mpa，50℃条件下精馏。得溶剂2682.38g，纯度99.51％，溶剂回收率95.33％；得三氟甲氧基苯2285.97g，纯度99.97％，三氟甲氧基苯收率95.27％。
实施例4
1、氯化反应
在2000ml带有机械搅拌、冷凝管、温度计、插底通气管、滴加管的反应器中加入对氯三氟甲苯溶剂300g，开启搅拌，升温至139～140℃，至溶剂出现回流时，通氯气，开始滴加苯甲醚200g、对氯三氟甲苯溶剂200g和引发剂偶氮二异庚腈10g、偶氮二异丁腈5g的混合溶液，在139～140℃下滴加12小时左右，滴加完成后取样分析，二氯甲氧基苯低于0.3％时，停止反应，降温。
2、氟化反应
将氯化反应所得的混合溶液894.8g加入到1L高压釜中，加入氟化氢150g，开启搅拌，升温至90℃，在2.8Mpa压力下保温反应3～4h。停止反应，取样分析。
3、产品分离
将反应产物水洗，分层，取下层油相液体精馏。在-0.095Mpa～-0.1Mpa，40℃条件下精馏。得溶剂对氯三氟甲苯483.6g，纯度99.4％,溶剂回收率96.72％；得三氟甲氧基苯284.98g，纯度99.96％，三氟甲氧基苯收率95.04％。
实施例5
1、氯化反应
在1000ml带有机械搅拌、冷凝管、温度计、插底通气管、滴加管的反应器中加入对氯三氟甲苯溶剂200g，开启搅拌，升温至139～140℃，至溶剂出现回流时，通氯气，开始滴加苯甲醚200g、对氯三氟甲苯溶剂200g和引发剂偶氮二异庚腈15g的混合溶液，在139～140℃下滴加12小时左右，滴加完成后取样分析，二氯甲氧基苯低于0.3％时，停止反应，降温。
2、氟化反应
将氯化反应所得的混合溶液798.4g加入到1L高压釜中，加入氟化氢133.3g，开启搅拌，升温至90℃，在2.8Mpa压力下保温反应3～4h。停止反应，取样分析。
3、产品分离
将反应产物水洗，分层，取下层油相液体精馏。在-0.095Mpa～-0.1Mpa，40℃条件下精馏。得溶剂对氯三氟甲苯380.2g，纯度99.4％,溶剂回收率95.05％；得三氟甲氧基苯286.13g，纯度99.91％，三氟甲氧基苯收率95.42％。
实施例6
1、氯化反应
在5000ml带有机械搅拌、冷凝管、温度计、插底通气管、滴加管的反应器中加入600g 2，4-二氯三氟甲苯和600g 3，4-二氯三氟甲苯的混合溶剂，开启搅拌，升温至118～119℃，至溶剂出现回流时，通氯气，开始滴加苯甲醚800g、2，4-二氯三氟甲苯1000g、3，4-二氯三氟甲苯1000g和偶氮二异丁腈引发剂80g的混合溶液，在118～119℃下滴加12小时左右，滴加完成后取样分析，二氯甲氧基苯低于0.3％时，停止反应，降温。
2、氟化反应
将氯化反应所得的混合溶液4771.82g，加入到高压釜中，加入氟化氢550g，开启搅拌，升温至90℃，在2.6Mpa压力下保温反应3-4h。停止反应，取样分析。
3、产品回收
将反应产物水洗，分层，取下层油状液体精馏。在-0.095Mpa～-0.1Mpa，50℃条件下精馏。得溶剂3056.18g，纯度99.51％，溶剂回收率95.03％；得三氟甲氧基苯1140.1g，纯度99.95％，三氟甲氧基苯收率95.01％。
实施例7
同实施例1，所不同的是:溶剂采用三氟甲苯，氯化反应温度103-104℃，氯化反应结束后先分离出溶剂三氟甲苯，再通入氟化氢进行氟化反应。经检测分析，溶剂三氟甲苯的纯度99.41％,溶剂回收率95.09％；得三氟甲氧基苯的纯度99.89％，三氟甲氧基苯收率95.08％。
以上所述仅为本发明的优选技术方案之一，并不用以限制本发明，凡在本发明的技术方案之内所作的任何修改均体现本发明的原理，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种三氟甲氧基苯的生产方法，以苯甲醚为原料，经氯化反应、氟化反应和产品分离工序，具体步骤如下：
(1)氯化反应：采用含氟芳烃为溶剂，溶剂分为两部分，一部分溶剂直接加入反应器内，另一部分溶剂做为稀释剂与苯甲醚、引发剂混合均匀；反应器加热至出现沸腾回流后向反应器的溶剂中通入氯气，同时将作为稀释剂的溶剂、苯甲醚、引发剂的混合物连续加入反应器中，控制氯化反应温度在90～170℃，制得中间产物三氯甲氧基苯；所述直接加入反应器内的溶剂的加入量与苯甲醚的质量比为0.5∶1～2∶1；所述作为稀释剂的溶剂的用量与苯甲醚的质量比为6:1～1:1，所述引发剂的用量与苯甲醚的质量比为(0.3～3)∶10；
所述溶剂由一种或多种含氟芳烃配制而成；所述含氟芳烃为单氯代三氟甲苯、二氯三氟甲苯、三氯代三氟甲苯中的一种、或几种的任意组合；
所述引发剂为有机过氧化物类或偶氮类引发剂中的一种或两种的组合；所述有机过氧化物类引发剂为二苯甲酰过氧化物、特丁基异丙苯基过氧化物中的一种；所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种；
(2)氟化反应：氯化反应结束后的混合物料不分离溶剂或先分离溶剂，在高压釜中通入HF进行氟化反应，控制氟化反应温度85～115℃，反应压力为0.1～3.0Mpa；
(3)产品分离：氟化反应结束后，反应产物经水洗、分层后，取下层油相，经精馏得到三氟甲氧基苯并回收溶剂。
2.如权利要1所述的三氟甲氧基苯的生产方法，其特征在于，所述氯化反应结束后的混合物料先分离出溶剂再进行氟化反应时，所述的含氟芳烃为三氟甲苯。
3.如权利要求1所述的三氟甲氧基苯的生产方法，其特征在于，所述氯化反应的温度为100～150℃。
4.如权利要求1所述的三氟甲氧基苯的生产方法，其特征在于，所述氟化反应温度为90～110℃，，氟化反应压力为2.0～3.0Mpa；氟化反应投料比为三氯甲氧基苯与HF的摩尔比为1:3～10。
5.如权利要求1所述的三氟甲氧基苯的生产方法，其特征在于，所述氟化反应投料比为三氯甲氧基苯与HF的摩尔比为1：3.1～5。
6.如权利要求1所述的三氟甲氧基苯的生产方法，其特征在于，步骤(3)中所述精馏为减压精馏，精馏压力-0.095～-0.10Mpa。
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