對(duì)氟苯甲醛的合成研究

馬立強(qiáng)，張 偉

（濟(jì)源市恒順新材料有限公司，河南 濟(jì)源 459000）

引 言

對(duì)氟苯甲醛是一種重要精細(xì)化工中間體，是合成多種醫(yī)藥[1～3]、農(nóng)藥、化妝品添加劑的主要原料[4～7]。如在醫(yī)藥中用于合成瑞舒伐他汀、苯基萘基吡喃、氟哌啶醇、氟哌利多等藥物。在農(nóng)藥上用來合成氟氯氰菊酯和氟氯苯菊酯等擬除蟲菊酯。隨著科技的進(jìn)步，對(duì)氟苯甲醛應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)需求量大增[8～9]。

對(duì)氟苯甲醛合成方法主要有對(duì)氯苯甲醛氟化法[10]、對(duì)氟甲苯側(cè)鏈氯化法[4]、對(duì)氟甲苯間接電化學(xué)氧化法[11]、氟苯甲?；╗12]。對(duì)氯苯甲醛氟化法生成物復(fù)雜，操作繁瑣，產(chǎn)品品質(zhì)差；氟苯甲?；ㄐ枰蛛x鄰位異構(gòu)體，分離困難；對(duì)氟甲苯間接電化學(xué)氧化法反應(yīng)選擇性較低，終點(diǎn)不好控制[13]。相比之下，對(duì)氟甲苯側(cè)鏈氯化法因原料種類少、工藝簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)化前景看好的合成路線[14～16]。

實(shí)驗(yàn)以對(duì)氟甲苯為原料，采用側(cè)鏈氯化法制備對(duì)氟苯甲醛，通過對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行篩選，得出優(yōu)化后工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

對(duì)氟甲苯，工業(yè)級(jí)，江蘇萬(wàn)隆化學(xué)有限公司；氯氣，工業(yè)級(jí)，鄭州市邙山中石化工廠；烏洛托品、冰醋酸，河南省千燈化工有限公司。

1.2 合成路線

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 對(duì)氟甲苯的氯化

在500 mL反應(yīng)瓶中加入對(duì)氟甲苯200g(1.81mol)，加熱升溫至95℃出現(xiàn)回流，通入氯氣，氯氣以40～50g/h速度加入。對(duì)氟甲苯氯化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度不超過125℃。取樣，G C跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，待對(duì)氟甲苯完全反應(yīng)后，停止通入氯氣，液料降溫至100℃以下，向反應(yīng)瓶中通入氮?dú)?h，置換多余氯氣和反應(yīng)產(chǎn)生氯化氫氣體，減壓精餾蒸出對(duì)氟一氯芐，供下次氯化時(shí)使用，剩余對(duì)氟二氯芐及對(duì)氟三氯芐不分離，用于下步水解反應(yīng)。

1.3.2 對(duì)氟二氯芐的水解

將剩余的氯化液加入500mL的反應(yīng)瓶，升溫至100℃加入催化劑，110℃開始緩慢滴水，控制反應(yīng)溫度不超過135℃。取樣，G C跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，待對(duì)氟二氯芐完全反應(yīng)，停止加熱，待液料降溫至室溫，加入有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取分層，分出油相，減壓蒸出對(duì)氟苯甲醛，再計(jì)算收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 通氯時(shí)間對(duì)氯化液各組分的影響

圖1反映了氯化液各組分含量隨通氯時(shí)間的變化規(guī)律。以對(duì)氟二氯芐為目標(biāo)產(chǎn)物時(shí)，同時(shí)也生成少量對(duì)氟三氯芐。對(duì)氟三氯芐發(fā)生水解反應(yīng)，生成對(duì)氟苯甲酸，將減少目標(biāo)產(chǎn)物對(duì)氟苯甲醛的含量，因此，氯化反應(yīng)時(shí)應(yīng)盡量減少對(duì)氟三氯芐生成。當(dāng)氯化反應(yīng)開始有對(duì)氟三氯芐出現(xiàn)時(shí)，氯化液中對(duì)氟一氯芐含量大約80%，對(duì)氟二氯芐含量15%左右，目標(biāo)產(chǎn)物二氯芐的含量偏低，若此時(shí)停止反應(yīng)，將影響生產(chǎn)能力，因此需要選擇合適的氯化終點(diǎn)。工業(yè)生產(chǎn)中，氯化終點(diǎn)選取的原則，氯化液中對(duì)氟二氯芐含量盡可能高，確保生產(chǎn)能力，對(duì)氟三氯芐的含量盡可能少，否則會(huì)降低反應(yīng)收率。綜合考慮，選擇對(duì)氟一氯芐含量、對(duì)氟二氯芐含量在40%～46%，對(duì)氟三氯芐含量在0.1%～0.3%之間為氯化反應(yīng)終點(diǎn)。減壓蒸餾出對(duì)氟一氯芐，分離出的對(duì)氟一氯芐在下批氯化時(shí)繼續(xù)使用，得到的對(duì)氟二氯芐及少量的對(duì)氟三氯芐進(jìn)行水解反應(yīng)。

圖1 氯化液各組分含量隨通氯時(shí)間的變化Fig.1 The variation of each component content in chlorinated solution with the time of chlorine addition

2.2 氯化反應(yīng)溫度對(duì)氯化液各組分的影響

圖2反應(yīng)了氯化反應(yīng)溫度對(duì)氯化液各組分含量的影響。由圖2可知，當(dāng)反應(yīng)溫度小于105℃時(shí)，對(duì)氟一氯芐含量較高，對(duì)氟二氯芐含量較低；當(dāng)溫度為115℃時(shí)，對(duì)氟一氯芐含量降低，二氯芐含量增加顯著；當(dāng)溫度大于115℃時(shí)，三氯芐含量也相應(yīng)增加。綜合考慮，將氯化反應(yīng)最佳溫度控制在115℃左右。

圖2 氯化反應(yīng)溫度對(duì)氯化液各組分含量的影響Fig.2 The effects of chlorination reaction temperature on the content of each components in chlorinated solution

2.3 水解反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響

圖3反應(yīng)了在催化劑、反應(yīng)時(shí)間等條件不變的情況下，水解反應(yīng)溫度對(duì)對(duì)氟苯甲醛收率的影響。由圖3可見，當(dāng)水解溫度為80℃時(shí)，由于水解溫度偏低，導(dǎo)致水解反應(yīng)速率比較緩慢，所以對(duì)氟苯甲醛的收率較低；隨著溫度的升高，反應(yīng)速率變快，對(duì)氟苯甲醛收率相應(yīng)提高，當(dāng)水解溫度達(dá)到115℃時(shí)，對(duì)氟苯甲醛的收率達(dá)到86%，當(dāng)水解溫度從120℃上升到135℃時(shí)，對(duì)氟苯甲醛收率不升反降，由84%下降到78%。由于醛在高溫下易發(fā)生聚合反應(yīng)，產(chǎn)生大量副產(chǎn)物焦油[17]，當(dāng)水解溫度＞130℃時(shí)，焦油生成量明顯增加，水解收率降低，因此，水解反應(yīng)適宜在110～120℃進(jìn)行。

圖3 水解反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)收率的影響Fig.3 The effect of hydrolysis temperature on the reaction yield

2.4 烏洛托品加入量對(duì)收率的影響

在水解反應(yīng)時(shí)，催化劑降低反應(yīng)活化能[18～19]，提高水解反應(yīng)速率。圖4為烏洛托品為水解催化劑時(shí)，其加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響。

圖4 烏洛托品加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響Fig.4 The effects of urotropine dosage on the yield

由圖4可知，當(dāng)烏洛托品用量（物質(zhì)的量）為對(duì)氟二氯芐的0.8倍量時(shí)，反應(yīng)收率只有65%，主要原因是烏洛托品用量比對(duì)氟二氯芐少，原料沒有完全反應(yīng)，影響反應(yīng)收率。當(dāng)烏洛托品加入量不斷增加，反應(yīng)收率也相應(yīng)增加，當(dāng)烏洛托品用量為對(duì)氟二氯芐的1.6倍時(shí)，反應(yīng)收率高達(dá)95%，達(dá)到理想狀態(tài)，獲得理想收率，若烏洛托品加入量繼續(xù)增加，反應(yīng)收率變化不大，考慮節(jié)約成本因素，選擇烏洛托品的最佳加入量為對(duì)氟甲苯的1.6倍。

2.5 冰醋酸加入量對(duì)收率的影響

冰醋酸在水解反應(yīng)時(shí)很重要，不僅促進(jìn)烏洛托品產(chǎn)生亞胺離子，而且水解亞芐基亞胺離子，形成醛。圖5反應(yīng)了在烏洛托品加入量一定的情況下，冰醋酸加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響。由圖5可知，當(dāng)冰醋酸加入量從1倍增加到2.5倍時(shí)，反應(yīng)收率從65%增加到96%，反應(yīng)收率增加顯著；當(dāng)冰醋酸加入量從2.5倍增加到4倍時(shí)，反應(yīng)收率從96%降到89%，反應(yīng)收率不但不增高，反而降低了。其主要原因：冰醋酸對(duì)水解反應(yīng)影響很大，其加入量必須過量，當(dāng)加入量達(dá)到原料對(duì)氟二氯芐的2.5倍量時(shí)，達(dá)到理想狀態(tài)，獲得理想收率，繼續(xù)增加冰醋酸用量，不利于反應(yīng)向正相進(jìn)行，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物收率下降，冰醋酸量越大，對(duì)氟二氯芐的濃度越小，反應(yīng)速率也會(huì)減慢，所以選擇冰醋酸用量為對(duì)氟二氯芐的2.5倍，反應(yīng)產(chǎn)物將獲得理想收率。

圖5 冰醋酸加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響Fig.5 The effects of acetic acid dosage on the reaction yield

3 結(jié)論

以對(duì)氟甲苯為原料，在催化劑作用下經(jīng)氯化、水解、精餾制備對(duì)氟苯甲醛。探討了氯化反應(yīng)、水解反應(yīng)時(shí)催化劑種類及用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等因素對(duì)對(duì)氟苯甲醛收率的影響。通過對(duì)氯化反應(yīng)、水解反應(yīng)條件進(jìn)行篩選，得出最優(yōu)反應(yīng)條件：

（1）氯化反應(yīng)時(shí)，通氯時(shí)間為3h，氯化反應(yīng)溫度為115℃時(shí)，為最優(yōu)化氯化反應(yīng)條件。

（2）水解反應(yīng)時(shí)，水解溫度控制在110～120℃，物質(zhì)的量n(對(duì)氟甲苯)∶n(烏洛托品)∶n(醋酸)=1∶1.6∶2.5時(shí)，得到產(chǎn)物的最高收率達(dá)到96%，對(duì)氟苯甲醛含量可達(dá)99%以上。

該方法具有原料易得、反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、工藝穩(wěn)定、反應(yīng)總收率高的特點(diǎn)，并在工業(yè)生產(chǎn)中得到運(yùn)用。