1，4－二甲基－2－(三氟甲基)苯的合成

劉廣生 付立民

(金凱(遼寧)化工有限公司，遼寧阜新 123129)

0 前言

由于氟原子半徑小，又具有較大的電負(fù)性，它所形成的C－F鍵鍵能要比C－H鍵鍵能大得多，所以在醫(yī)藥和農(nóng)藥分子中引入三氟甲基會明顯增強(qiáng)藥物的穩(wěn)定性和生理活性。由于含三氟甲基的藥物具有較高的脂溶性和疏水性，促進(jìn)其在生物體內(nèi)吸收與傳遞速度，從而提高藥效［1］;在液晶材料中引入三氟甲基使得液晶的黏度低、電阻率高、響應(yīng)速度較快、介電常數(shù)較高，非常適合薄膜場效應(yīng)晶體管驅(qū)動的液晶顯示［2］。

含氟醫(yī)藥、農(nóng)藥和液晶材料都離不開含氟中間體的合成。而在芳香族中間體上引入三氟甲基一般需要首先對甲基進(jìn)行光氯化，然后再進(jìn)行氟取代，工藝過程復(fù)雜，產(chǎn)生的三廢較多，對環(huán)境影響較大。如果在芳香族中間體上，在含有甲基同時，引入三氟甲基的工藝就會更加復(fù)雜。

有文獻(xiàn)報道［3］以對二甲苯為原料，用二(三氟甲基)化碲進(jìn)行三氟甲基化，得到，4－二甲基－2－(三氟甲基)苯。但二(三氟甲基)化碲不易得到，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

本文作者經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探索，在同一反應(yīng)器中以對二甲苯為原料，在引入三氯甲基的同時進(jìn)行氟化反應(yīng)，得到1，4－二甲基－2－(三氟甲基)苯，同時還得到副產(chǎn)物1，5－二甲基－2－(三氟甲基)苯。整個過程操作簡單，收率較高。而且通過該化合物的合成對于構(gòu)思相關(guān)化合物的合成工藝也具有重要的參考意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與原材料

5 L高壓反應(yīng)釜(設(shè)計壓力10.0 MPa，磁力攪拌，大連市自控設(shè)備廠定制);氣相色譜儀:Agilent 7890A型氣相色譜儀(美國Agilent Scientific Inc.)，Agilent cerity NDS版色譜工作站;IRAffinity－1(日本島津制作所);Bruker AVIII－400型核磁共振儀(瑞士Bruker)。

對二甲苯［w(PX)=99.5%，工業(yè)品，南京金盟化工有限公司］;四氯化碳［w(CCl4)=99.9%，工業(yè)品，天津盛通泰化工有限公司］;氟化氫［w(HF)=99.9%，工業(yè)品，內(nèi)蒙古敖漢銀億礦業(yè)有限公司］。

1.2 合成反應(yīng)

主反應(yīng):

副反應(yīng):

1.3 合成步驟

在5 L高壓釜中加入對二甲苯318 g，加入四氯化碳150 g，釜溫降至10℃以下，向釜內(nèi)加入氟化氫1500 g。投料完畢后控制釜溫在80～90℃，保溫6 h然后升溫至90～100℃，保溫6 h。高壓釜降溫至＜10℃，用氮?dú)獯祾叻瘹?，至無氟化氫被吹出為止。將油層壓出，使用20%的碳酸鉀溶液進(jìn)行中和，中和至pH=6～7。將油層分出，投入到水汽蒸餾釜內(nèi)，控制釜溫＜120℃，將油層水汽蒸餾。然后將油層進(jìn)行蒸餾，得到無色油狀液體274 g。

2 反應(yīng)產(chǎn)物的檢測

2.1 NMR對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的證明

2，4－二甲基三氟甲苯各H原子歸屬如下:

1H NMR(CDCl3，400MHz)σ:7.525，7.545 ppm(d，1H，a);7.134(s，1H，c);7.113，7.093 ppm(d，1H，b)。

2.501 ppm(s，3H，h);2.403(s，3H，i)。

2，5－二甲基三氟甲苯各H原子歸屬如下:

1H NMR(CDCl3，400 MHz)σ:7.474 ppm(s，1H，a1);7.267，7.250(d，1H，c1);7.190，7.209 ppm(d，1H，b1);2.501 ppm(s，3H，h1);2.403(s，3H，i1)。

2，4－二甲基三氟甲苯各 C原子歸屬如下:125.667 ～125.831 ppm(q，a);126.134 ppm(s，b)。

132.614 ppm(s，c);129.150，126.308，123.576，120.863 ppm(q，d)。

126.652 ，126.357，126.060，125.722 ppm(q，e)。

136.448 ，136.463 ppm(d，f);135.487 ppm(s，g)。

21.034 ，21.072 ppm(d，h);19.111 ppm(s，i)。

2，5－二甲基三氟甲苯各C原子歸屬如下:

126.134 ppm(q，a1);131.810 ppm(s，b1)。

132.196 ppm(s，c1);120.699，123.416，126.060，125.667 ppm(q，d1)。

129.150 ，128.856，128.563，128.270 ppm(q，e1)。

136.448 ，136.463 ppm(d，f1);135.487 ppm(s，g1)。

20.707 ，20.744 ppm(d，h1);18.750 ppm(s，i1)。

2.2 紅外光譜檢測結(jié)果

反應(yīng)產(chǎn)物的紅外(IR)譜圖見圖1。

圖1 反應(yīng)產(chǎn)物的IR譜圖

從譜圖中可明顯見到波數(shù)為821cm－1的1，2，4－位置的振動，且未見1，2，3－與1，3，5－位置的振動特征。

上述分析結(jié)果證明了產(chǎn)物的確切結(jié)構(gòu)。

3 反應(yīng)機(jī)理推測與討論［4－5］

之所以發(fā)生了異構(gòu)化副反應(yīng)，可能按如下反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行。

主反應(yīng):

副反應(yīng):

在反應(yīng)進(jìn)程中，未能在三氯甲基的鄰位(A)發(fā)生缺電子重排而只在三氯甲基的對位(B)發(fā)生缺電子重排，其可能的原因是空間障礙因素所致。

4 結(jié)論

以對二甲苯為原料，以無水HF為溶劑及催化劑，在溫度80～100℃和壓力4.0～5.0 MPa的下與CCl4進(jìn)行傅克反應(yīng)和氟化反應(yīng)，得到1，4－二甲基－2－(三氟甲基)苯和副產(chǎn)1，5－二甲基－2－(三氟甲基)苯。所得產(chǎn)物分別進(jìn)行了NMR檢測和紅外檢測，確認(rèn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu);此一實(shí)例未見國內(nèi)外文獻(xiàn)報道，本文作者從理論上對此現(xiàn)象進(jìn)行了解析，認(rèn)定該副產(chǎn)物為缺點(diǎn)子重排反應(yīng)產(chǎn)物。

［1］梁誠.含氟醫(yī)藥的合成技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)狀［J］.有機(jī)氟工業(yè)，2003(1):21－27.

［2］孟凡寶，廉嬌，高永梅.含氟液晶研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2008，20(4):499－506.

［3］Dieter N，Jurge K.Trifluormethylierungsreaktionen Von Te(CF3)2Mit Halogenbenzolen und Methylbenzolem［J］.Journal of Fluorine Chemistry，1990，47:283－299.

［4］Marhold A，Klauke E.A New method for the trifluoromethylation of aromatics［J］.J.Fluorine Chem.，1981，18:281－291.

［5］陳榮業(yè).分子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:192－194.