专利名称：3－三氟甲基苯甲酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及3-三氟甲基苯甲酸的制备方法。
背景技术：
3-三氟甲基苯甲酸是一种非常有应用价值的中间体，已广泛应用于农药、医药和精细化工领域。
美国专利(US305203，1962)揭示了用间卤代三氟甲苯为原料，进行格氏反应，再与二氧化碳作用，制备得到3-三氟甲基苯甲酸；但是，由于采用了格氏反应，因而导致此路线生产成本较高，且不利于大量生产。
中国专利(CN1356306)揭示了以间三氟甲基氯化苄为原料，在引发剂催化下发生氯化反应，接着在氢氧化钠稀溶液中进行水解反应，并用稀盐酸酸化后得到3-三氟甲基苯甲酸。上述方法的主要缺点在于(1)原料较难获得，价格昂贵，(2)水解反应使用相当于间三氟甲基三氯甲基5倍摩尔量但浓度极稀的氢氧化钠溶液(2.5-10％)；然后再使用浓度很稀的稀盐酸(10％)酸化析出3-三氟甲基苯甲酸，由此造成碱、酸、水的用量很大，并且会产生大量废水，由此导致工业化成本很高，同时还会给工艺流程和废水处理造成了较大负担。
德国专利(DE3813452，1988)报道的方法是用间二三氟甲基苯为原料，用1.3摩尔量的30％发烟硫酸加热回流水解，以66％的收率获得3-三氟甲基苯甲酸；该方法的缺点是产生大量废酸，而且废水液中含大量氢氟酸，对设备材质要求严格，此外生成的副产品间二苯甲酸还影响产品纯度(产品纯度为97.5％)。
现有技术制备3-三氟甲基苯甲酸的成本高昂，并且产生了大量的废水废液，不利于大规模工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料及生产成本经济，废水废料少，适合大规模商品化生产的制备3-三氟甲基苯甲酸的方法。
本发明提供了一种制备3-三氟甲基苯甲酸的方法，该方法包括以下步骤使间三氯甲基三氟甲基苯在含锌催化剂和水的作用下，水解反应得到3-三氟甲基苯甲酸，其反应式如下所示 在一个优选的实施方案中，所述含锌催化剂是选自乙酸锌、二水乙酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌和氧化锌中的一种或多种。更优选是，所述含锌催化剂选自乙酸锌、二水乙酸锌或其组合。
在一个优选的实施方案中，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％。更优选是，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-10重量％。
在一个优选的实施方案中，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-50倍摩尔量。更优选是，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-10倍摩尔量。
在一个优选的实施方案中，所述水解反应温度在100-240℃的范围内。更优选是，所述水解反应温度在120-150℃的范围内。
在一个优选的实施方案中，间三氯甲基三氟甲基苯通过在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯与氟化氢进行氟化反应而制得，其反应式如下所示 更优选是，所述氟化反应的催化剂为五氯化锑。
优选是，所述氟化反应的催化剂用量是间二三氯甲基苯的0.05-5重量％；更优选是，所述催化剂的用量为间二三氯甲基苯的0.25-1.0重量％。
优选是，所述氟化反应的温度在30-120℃的范围内。更优选是，所述氟化反应温度在50-70℃的范围内。
优选是，所述氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2-4倍摩尔量。更优选是，氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2.8-3倍摩尔量。
优选是，通入所述氟化氢是分批的或一次性的。更优选是，以1.5倍摩尔量、1.0倍摩尔量和0.5倍摩尔量分三次通入氟化氢。
在一个优选的实施方案中，所述间二三氯甲基苯通过以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备而得，其反应式如下所示 优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比为0.1-10∶1。更优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在0.5-5∶1的范围内。再优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在1-4∶1的范围内。
优选是，所述引发剂是选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈和过氧化苯甲酰的一种或多种。
优选是，所述光引发采用紫外光进行。
优选是，所述氯气的用量是间二甲苯的6-12倍摩尔量。更优选是，氯气的用量是间二甲苯的6-8倍摩尔量。
优选是，所述氯化反应的温度在60-240℃的范围内。更优选是，氯化反应的温度在80-150℃的范围内。
具体实施例方式
发明人经过深入研究后发现，通过以间二甲苯为原料，经过氯化反应、可控氟化反应、催化水解反应等三步反应，能够制得3-三氟甲基苯甲酸。在此基础上，发明人完成了本发明。
应该理解，由于间二三氯甲基苯(中间体I)和间三氯甲基三氟甲基苯(中间体II)均为已知化合物，因此，也可以分别以这两种中间体作为原料开始制备，获得3-三氟甲基苯甲酸产物。
以下分别对三步反应进行详细说明。
氯化反应氯化反应是以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备得到间二三氯甲基苯(中间体I)，其反应式如下 反应物是间二甲苯和间二三氯甲基苯，两者摩尔比优选为0.1-10∶1，更优选为0.5-5∶1，再优选是1-4∶1，最优选为3∶1。
使用的引发剂例如但不限于偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈、过氧化苯甲酰等，也可用光引发氯化反应，优选为紫外光。
氯化反应的温度优选为60-240℃，更优选为80-150℃，最优选为120-140℃。在此温度下可以获得较快反应速度且产生焦油很少。
氯化反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在5-100个小时内。
优选是，氯化反应结束后，脱气后减压蒸馏，收集154-158℃/10mmHg(文献165-169℃/12mmHg，美国专利2132361，1935)的馏分，氯化反应的产率为70-92％，产物纯度通常为92-98％。
氟化反应氟化反应是在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯(中间体I)与氟化氢进行氟化反应，得到间三氯甲基三氟甲基苯(中间体II)，其反应式如下所示
氟化反应中，所用催化剂优选为五氯化锑。催化剂的用量优选是间二三氯甲基苯的0.05-5重量％，更优选为0.25-1.0重量％。
氟化反应的温度优选在30-120℃的范围内，更优选是50-70℃。
氟化氢的通入量优选为间二三氯甲基苯的2-4倍摩尔量，更优选为2.8-3.0倍摩尔量，在此用量下可以最大程度地将中间体I转化为中间体II。氟化氢可以是分批通入的，也可以一次性通入。特别优选的是，以1.5倍摩尔量、1.0倍摩尔量和0.5倍摩尔量分三次通入；每次通完氟化氢后，保温反应0.5-24小时使其达到反应平衡。
氟化反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在2-60个小时内。
氟化反应结束后，将反应液转移至稀碱溶液中，洗涤分液后干燥过滤，然后减压条件下精馏，收集106-108℃/30mmHg(文献90℃/13mmHg，美国专利4079089，1978)的馏分，氟化反应的产率为52-60％，产物纯度≥99.5％。
水解反应水解反应是使间三氯甲基三氟甲基苯在含锌催化剂和水的作用下，水解得到3-三氟甲基苯甲酸，其反应式如下所示 在水解反应中，优选是将水滴加到热的间三氯甲基三氟甲基苯与催化量含锌催化剂(特别优选是乙酸锌)的混合液中，制备得到3-三氟甲基苯甲酸。
含锌催化剂例如但不限于乙酸锌、二水乙酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌、氧化锌等。
水解反应的催化剂用量优选为间三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％，更优选为1-10重量％。
水解反应的温度优选是在100-240℃的范围内，更优选为120-150℃。
所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-50倍摩尔量，更优选是2-10倍摩尔量。特别优选是，水解反应时先滴加大约两个摩尔当量的水，然后再加入过量的水。
水解反应的反应时间并无特别限制，本领域技术人员根据投料多少和反应条件能够确定反应时间，优选是，反应时间在4-60个小时内，反应完成，得到3-三氟甲基苯甲酸。
3-三氟甲基苯甲酸的纯化是利用其本身不溶于水而其钠盐易溶于水的性质，将3-三氟甲基苯甲酸溶于氢氧化钠水溶液中，通过有机溶剂萃取除去几乎所有有机杂质，然后酸化过滤后获得纯度极高(可高达99.9％)的3-三氟甲基苯甲酸。
更具体而言，在反应完成后将含有3-三氟甲基苯甲酸产物的反应液冷却后过滤，滤饼溶于氢氧化钠溶液中。水相用有机溶剂洗涤，有机溶剂可以是例如但不限于氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯等，水相再用盐酸酸化至酸性。过滤后滤饼烘干即得3-三氟甲基苯甲酸III。产率为60-81％，熔点106.0-106.2℃(2000-2001年版的Aldrich手册P1662中报道，纯度99％的3-三氟甲基苯甲酸的熔点为105-106℃)，产物纯度≥99.9％。
本发明的主要优点如下(1)本发明方法的工艺流程易于控制，反应完全，收率高，制备得到的目标产品纯度高，质量稳定，完全符合作为农药或医药中间体的使用要求。
(2)本发明方法所用的原料及试剂便宜，具体来说，原料间二甲苯价格低廉，氯气和氟化氢都是价格便宜的基本化工原料，氟化反应所用催化剂五氯化锑以及水解反应所用的催化剂二水乙酸锌均为普通原料，价格便宜，且用量少。
(3)本发明的各步反应中产生废液少，不仅降低成本减少环境污染，也非常便于大规模商品化生产。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为摩尔份，所有的百分比为重量百分比。
实施例1间二三氯甲基苯的制备将563摩尔份间二三氯甲基苯和1689摩尔份间二甲苯混合后，将反应釜内温升至120℃，然后打开紫外灯，通入氯气，保持反应釜内温度120-140℃，反应进行30小时。通过气相色谱仪分析得知，氯化反应的中间体间二氯甲基三氯甲基苯的含量低于0.5％。通过GC-MS方法测得，反应产物为间二三氯甲基苯。
减压脱气，将反应液进行减压蒸馏，收集154-158℃/10mmHg的馏分，得间二三氯甲基苯2068份，氯化反应的产率为89.3％，间二三氯甲基苯的纯度为97.2％。
实施例2-9间二三氯甲基苯的制备按照与实施例1相同的方式进行，不同的是反应温度、原料配比和反应时间如表1所示。表1还示出了间二三氯甲基苯的产率、纯度和所得产物中的高沸物含量。
此外，实施例8使用2重量％的偶氮二异丁腈(以间二甲苯的重量计)作为引发剂代替紫外引发。
实施例9使用2重量％的过氧化苯甲酰(以间二甲苯的重量计)作为引发剂代替紫外引发。
表1
实施例10间三氯甲基三氟甲基苯的制备将500摩尔份间二三氯甲基苯与0.5wt％五氯化锑(以间二三氯甲基苯计)混合后，将反应釜内温升至60℃，搅拌半小时，先通入750摩尔份氟化氢，通完后在50-70℃下搅拌半小时；再通入500摩尔份氟化氢，通完后在50-70℃下搅拌半小时；再通入250摩尔份氟化氢，通完后在50-70℃下搅拌4小时，反应结束。通过气相色谱仪分析得知，原料间二三氯甲基苯的含量低于20％。通过GC-MS方法测得，反应产物为间三氯甲基三氟甲基苯。
然后将反应液转移至含500份5％重量的氢氧化钠溶液中，搅拌半小时后分液，有机相用无水硫酸镁干燥后过滤后转移至精馏釜中。收集106-108℃/30mmHg的馏分，得到间三氯甲基三氟甲基苯265份，氟化反应的产率为53％，间三氯甲基三氟甲基苯的纯度为99.6％。
实施例11-17间三氯甲基三氟甲基苯的制备按照与实施例10相同的方式进行，不同的是氟化氢用量、催化剂用量、反应温度和反应时间如下表2所示。表2还示出了反应产物中间二三氯甲基苯和间三氯甲基三氟甲基苯的重量百分比。
表2
实施例183-三氟甲基苯甲酸的制备将200份间三氯甲基三氟甲基苯与5wt％二水乙酸锌(以间三氯甲基三氟甲基苯的重量计)混合后，将反应釜内温升至140℃，首先缓慢滴加400份水，约12-18小时滴完，然后加入1000份水。通过气相色谱仪分析得知，原料间三氯甲基三氟甲基苯的含量低于0.5％。通过GC-MS方法测得，反应产物为3-三氟甲基苯甲酸。
将反应产物冷却至室温后过滤，滤饼用100份水洗涤后加入到含250份氢氧化钠和1000份水溶液中，搅拌使固体溶解后，加入200份二氯甲烷，搅拌半小时后分液，水相再次用100份二氯甲烷洗涤后，用盐酸酸化至PH＝3，过滤，滤饼用200份水洗涤后，于60℃下烘干得到3-三氟甲基苯甲酸160份，熔点106.0-106.2℃，产物纯度99.9％。水解反应的产率为80％，
实施例19-273-三氟甲基苯甲酸的制备按照与实施例18相同的方式进行，不同的是催化剂用量、反应温度和反应时间如表3所示。表3还示出了反应产物中的间三氯甲基三氟甲基苯的重量百分数，以及3-三氟甲基苯甲酸的产物收率。
表3
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种制备3-三氟甲基苯甲酸的方法，该方法包括以下步骤使间三氯甲基三氟甲基苯在含锌催化剂和水的作用下，水解反应得到3-三氟甲基苯甲酸，其反应式如下所示
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含锌催化剂是选自乙酸锌、二水乙酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌、硫化锌、硫酸锌、硝酸锌、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌和氧化锌中的一种或多种；更优选是，所述含锌催化剂选自乙酸锌、二水乙酸锌或其组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的0.1-50重量％；更优选是，所述催化剂的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的1-10重量％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-50倍摩尔量；更优选是，所述水的用量为间三氯甲基三氟甲基苯的2-10倍摩尔量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水解反应温度在100-240℃的范围内；更优选是，所述水解反应温度在120-150℃的范围内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，间三氯甲基三氟甲基苯通过在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯与氟化氢进行氟化反应而制得，其反应式如下所示
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氟化反应的催化剂为五氯化锑；和/或所述氟化反应的催化剂用量是间二三氯甲基苯的0.05-5重量％；更优选是，所述催化剂的用量为间二三氯甲基苯的0.25-1.0重量％；和/或所述氟化反应的温度在30-120℃的范围内；更优选是，所述氟化反应温度在50-70℃的范围内；和/或所述氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2-4倍摩尔量；更优选是，氟化氢的用量是间二三氯甲基苯的2.8-3倍摩尔量；和/或通入所述氟化氢是分批的或一次性的；更优选是，以1.5倍摩尔量、1.0倍摩尔量和0.5倍摩尔量分三次通入氟化氢。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述间二三氯甲基苯通过以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备而得，其反应式如下所示
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比为0.1-10∶1；更优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在0.5-5∶1的范围内；再优选是，间二甲苯和间二三氯甲基苯的摩尔比在1-4∶1的范围内；和/或所述引发剂是选自偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二环己腈和过氧化苯甲酰的一种或多种；和/或所述光引发采用紫外光进行；和/或所述氯气的用量是间二甲苯的6-12倍摩尔量；更优选是，氯气的用量是间二甲苯的6-8倍摩尔量。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氯化反应的温度在60-240℃的范围内。更优选是，氯化反应的温度在80-150℃的范围内。
全文摘要
揭示了一种制备3－三氟甲基苯甲酸的方法，该方法包括以下步骤使间三氯甲基三氟甲基苯在含锌催化剂和水的作用下，水解反应得到3－三氟甲基苯甲酸；所述间三氯甲基三氟甲基苯通过在催化剂的存在下使间二三氯甲基苯与氟化氢进行氟化反应而制得；所述间二三氯甲基苯通过以间二甲苯为原料，以间二三氯甲基苯为溶剂，在引发剂或光引发的作用下与氯气反应制备而得。
文档编号C07C51/093GK101066917SQ20071004157
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者蔡国荣, 姜宝仅, 陈旻 申请人:上海康鹏化学有限公司