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)氟苯甲酰氯是一種重要的化工原料，是眾多精細(xì)化工中間體，被用作合成多種醫(yī)藥[1～3]、農(nóng)藥[4～7]的主要原料，是合成腦血管擴(kuò)張藥物“氟苯桂嗪”[8]、降血脂藥“羅蘇伐他汀”[9]、殺菌劑氟嗎啉[10]等藥物的重要中間體。隨著科技進(jìn)步，對(duì)氟苯甲酰氯許多新的用途正在被不斷開發(fā)出來。

目前國(guó)內(nèi)合成對(duì)氟苯甲酰氯方法主要有以下三種：①以對(duì)氟苯甲酸為原料，與氯化亞砜反應(yīng)制得，缺點(diǎn)是收率低且尾氣不容易分離[11,12]；②以對(duì)氟苯甲醛為原料，經(jīng)氯化制得，缺點(diǎn)是原料成本高[13,14]；③以對(duì)氟甲苯為原料，經(jīng)氯化制得對(duì)氟三氯芐，再經(jīng)水解、蒸餾制得對(duì)氟苯甲酰氯[15,16]。

實(shí)驗(yàn)選擇方法③制得對(duì)氟苯甲酰氯，探討反應(yīng)溫度、抑制劑種類及用量、催化劑種類及用量對(duì)合成對(duì)氟苯甲酰氯收率的影響，以得出最優(yōu)的合成工藝條件。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原料與儀器

實(shí)驗(yàn)原料：對(duì)氟甲苯，工業(yè)級(jí)，江蘇萬隆化學(xué)有限公司；氯氣，工業(yè)級(jí)，鄭州市邙山中石化工廠；三乙胺、氯化鋅、三氯化鐵、醋酸鋅、三乙醇胺、吡啶，化學(xué)純，河南省千燈化工有限公司。

實(shí)驗(yàn)儀器：254nm 紫外燈；SP-6890 氣相色譜儀；自制陶瓷彈簧填料精餾塔。

實(shí)驗(yàn)主要原料的物性見表1。

表1 主要原料的物性Table 1 The physical properties of main raw materials

1.2 合成路線

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 對(duì)氟三氯芐合成

向500mL 四口瓶中加入對(duì)氟甲苯220.5g（2mol）、過氧化苯甲酰催化劑0.4g 和三乙醇胺抑制劑0.2g，打開紫外燈，升溫至80℃，開始通入氯氣，GC 跟蹤反應(yīng)過程，至對(duì)氟三氯芐含量不再增加，停止通入氯氣，關(guān)閉紫外燈，向四口瓶中通入氮?dú)廒s走氯氣及反應(yīng)生成的氯化氫氣體，保溫1h，冷卻，得氯化液422.0g，其中對(duì)氟三氯芐420.3g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.6%，氯化反應(yīng)收率98.5%。

1.3.2 對(duì)氟苯甲酰氯合成

在裝有回流冷凝管、滴液漏斗和攪拌器的500mL 四口燒瓶中加入對(duì)氟三氯芐420.3g（1.97mol），升溫至80℃時(shí)開始滴加3%三氯化鐵的水溶液92.3g，滴加時(shí)間約2h。滴加完畢，升溫至120℃，并保溫2.0h 至原料完全反應(yīng)。減壓蒸餾，收集120～122℃餾分，得到對(duì)氟苯甲酰氯308.9g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5%，水解反應(yīng)收率98.9%。兩步總收率97.4%。

2 結(jié)果與討論

為得到高收率的對(duì)氟苯甲酰氯，對(duì)制備對(duì)氟苯甲酰氯中氯化反應(yīng)、水解反應(yīng)中反應(yīng)溫度及時(shí)間、抑制劑種類及加入量、催化劑種類及加入量進(jìn)行了篩選，以得出最優(yōu)的氯化反應(yīng)、水解反應(yīng)條件。

2.1 氯化反應(yīng)條件優(yōu)化

影響對(duì)氟甲苯氯化反應(yīng)的因素主要有反應(yīng)溫度及時(shí)間、抑制劑種類及加入量，本實(shí)驗(yàn)在其他條件確定的情況下研究氯化反應(yīng)溫度及時(shí)間、抑制劑種類及加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響。

2.1.1 反應(yīng)溫度及時(shí)間的選擇

氯化反應(yīng)受反應(yīng)溫度及時(shí)間的影響較大[17]：反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度較慢，對(duì)氟三氯芐的轉(zhuǎn)化率較低；反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率越快，對(duì)氟三氯芐的轉(zhuǎn)化率越高，但易產(chǎn)生產(chǎn)品的揮發(fā)損失，溫度高也會(huì)使抑制劑易分解，導(dǎo)致抑制劑加入量增加[18]。改變氯化反應(yīng)溫度及時(shí)間，研究其對(duì)氯化反應(yīng)收率的影響，結(jié)果見表2 所示。

表2 反應(yīng)溫度及時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響Table 2 The influence of reaction temperature and time on the conversion rate

以對(duì)氟三氯芐為目標(biāo)產(chǎn)物，從表2 可知，反應(yīng)溫度大于100℃時(shí)，對(duì)氟甲苯轉(zhuǎn)化為對(duì)氟三氯芐的量較多。反應(yīng)溫度為100～105℃和115～120℃時(shí)，反應(yīng)生成對(duì)氟三氯芐的量相差不大，考慮能耗因素，選擇氯化反應(yīng)溫度為100～105℃。反應(yīng)溫度確定后，改變反應(yīng)時(shí)間，研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)收率的影響。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3h、5h、7h 時(shí)，對(duì)氟三氯芐的含量分別對(duì)應(yīng)為40.5%、91.5%、92.3%，即反應(yīng)時(shí)間從3h增加到5h 時(shí)，對(duì)氟三氯芐含量從40.5%增加到91.5%，增加比較顯著；反應(yīng)時(shí)間從5h 增加到7h時(shí)，對(duì)氟三氯芐含量從91.5%增加到92.3%，增幅較小，考慮合成效率，選擇氯化反應(yīng)時(shí)間為5h。

2.1.2 抑制劑及加入量的選擇

對(duì)氟甲苯的側(cè)鏈氯化屬于自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，當(dāng)氯化反應(yīng)中含有鐵離子時(shí)，導(dǎo)致苯環(huán)上發(fā)生氯化副反應(yīng)，從而降低側(cè)鏈氯化反應(yīng)收率[19,20]。有機(jī)胺、吡啶及醇胺等含孤對(duì)電子的化合物能抑制苯環(huán)上氯化副反應(yīng)的發(fā)生[21,22]。改變抑制劑種類和加入量，研究其對(duì)側(cè)鏈氯化反應(yīng)收率的影響。圖1 反應(yīng)了抑制劑種類對(duì)氯化反應(yīng)收率的影響。

圖1 抑制劑種類對(duì)反應(yīng)收率的影響Fig.1 The effect of the types of inhibitors on the reaction yield

從圖1 可知，在其他反應(yīng)條件相同的情況下，不添加抑制劑，反應(yīng)收率只有88.7%，而抑制劑三乙醇胺、吡啶、三乙胺均能提高氯化反應(yīng)收率。添加三乙醇胺為抑制劑時(shí)，收率最高，為96.3%，三乙胺次之，吡啶最小，但三者對(duì)收率的影響差別不大。因吡啶具有惡臭，三乙胺沸點(diǎn)較低，容易揮發(fā)，綜合比較后選擇三乙醇胺為最適宜的副反應(yīng)抑制劑。

圖2 反映了三乙醇胺加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響。從圖2 可知，隨著三乙醇胺加入量的增加，反應(yīng)收率逐漸增加，這是因?yàn)殡S著三乙醇胺加入量增加，苯環(huán)氯化的幾率減小，側(cè)鏈氯化反應(yīng)幾率增加，故側(cè)鏈氯化反應(yīng)收率增加。當(dāng)m（三乙醇胺）∶m（對(duì)氟甲苯）從0.1∶1000 增加到0.7∶1000 時(shí)，反應(yīng)收率增加顯著，從90.9%增加到98.5%；當(dāng)m（三乙醇胺）∶m（對(duì)氟甲苯）從0.7∶1000 增加到1.1∶1000時(shí)，反應(yīng)收率增加不明顯。考慮生產(chǎn)成本等因素，選擇當(dāng)m（三乙醇胺）∶m（對(duì)氟甲苯）=0.7∶1000 時(shí)為最優(yōu)的加入量。

圖2 三乙醇胺加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響Fig.2 The influence of the amount of triethanolamine on the yield

2.2 水解反應(yīng)條件優(yōu)化

影響對(duì)氟三氯芐水解反應(yīng)的因素主要有滴水量、水解反應(yīng)溫度、催化劑種類及加入量。本實(shí)驗(yàn)在滴水量確定的情況下研究水解反應(yīng)溫度、催化劑種類及加入量對(duì)反應(yīng)收率的影響。

2.2.1 反應(yīng)溫度的選擇

反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)收率影響較大，主要影響水解反應(yīng)程度和雜質(zhì)的含量，從而影響反應(yīng)收率。反應(yīng)溫度合適時(shí)，水解反應(yīng)速率大，雜質(zhì)含量少，反應(yīng)收率高。保持其他條件相同的情況下，改變水解反應(yīng)溫度，考察其對(duì)反應(yīng)收率的影響，結(jié)果如圖3 所示。

從圖3 可知，水解反應(yīng)溫度從80℃升至120℃時(shí)，反應(yīng)收率逐漸增加，從60.8%增加到97.4%；當(dāng)反應(yīng)溫度從120℃增加到140℃時(shí)，反應(yīng)收率不僅沒有增加，反而逐漸降低，從97.4%降到92.2%。其主要原因：水解溫度偏低，對(duì)氟三氯芐水解速度慢，生成的對(duì)氟苯甲酰氯容易繼續(xù)水解，生成對(duì)氟苯甲酸和氯化氫氣體；溫度過高，副反應(yīng)增加。選擇溫度120℃為最合適水解反應(yīng)溫度，在此溫度下，水解反應(yīng)收率達(dá)到最高，達(dá)97.4%。

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

2.2.2 催化劑的選擇

在水解反應(yīng)時(shí)，催化劑改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)活化能，提高水解反應(yīng)速率，優(yōu)良的催化劑對(duì)水解反應(yīng)有明顯的促進(jìn)作用[23]。實(shí)驗(yàn)選擇三氯化鐵、醋酸鋅、氯化鋅做催化劑[24,25]，考察了這三種催化劑及加入量對(duì)水解反應(yīng)收率的影響，結(jié)果如圖4。

圖4 催化劑及加入量對(duì)水解反應(yīng)收率的影響Fig.4 The influence of catalyst and its amount on the yield of hydrolysis reaction

由圖4 可以看出，水解反應(yīng)收率隨催化劑種類及加入量的變化而變化。當(dāng)催化劑加入量相同時(shí)，對(duì)反應(yīng)收率的影響為三氯化鐵＞醋酸鋅＞氯化鋅；對(duì)同種催化劑，反應(yīng)收率隨催化劑加入量（物質(zhì)的量）的增加而增加，當(dāng)n（催化劑）∶n（對(duì)氟三氯芐）=0.02∶1 時(shí)，繼續(xù)增加催化劑加入量，反應(yīng)收率增加不明顯。綜合考慮，確定選擇三氯化鐵作為水解反應(yīng)的催化劑，并確定n（三氯化鐵）∶n（對(duì)氟三氯芐）=0.02∶1 為最合適加入量，在此條件下水解反應(yīng)的收率為98.9%。

3 結(jié) 論

以對(duì)氟甲苯為原料，經(jīng)氯化、水解、精餾制得對(duì)氟苯甲酰氯，通過對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行篩選，得到最優(yōu)工藝：

（1）氯化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)溫度為100～105℃，反應(yīng)時(shí)間5h，抑制劑為三乙醇胺，且m（三乙醇胺）∶m（對(duì)氟甲苯）= 0.7∶1000，在此條件下反應(yīng)收率98.5%。

（2）水解反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)溫度為120℃，催化劑為三氯化鐵，且n（三氯化鐵）∶n（對(duì)氟三氯芐）=0.02∶1，在此條件下反應(yīng)收率98.9%。兩步總收率高達(dá)97.4%。

優(yōu)化后工藝具有反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、工藝穩(wěn)定、反應(yīng)總收率高的特點(diǎn)，并在濟(jì)源市恒順新材料有限公司規(guī)?；a(chǎn)中得到驗(yàn)證。