本发明涉及有机合成的技术领域，特别涉及一种3-氨基-4-氟苯酚的制备方法。
背景技术：
3-氨基-4-氟苯酚是合成农药杀虫剂氟虫脲的重要中间体，还可以用于合成医药化合物和液晶化合物，也可以用于生产染发剂和抗菌活性剂，在有机合成领域具有重要的应用价值。
在本领域中，3-氨基-4-氟苯酚的常用合成方法可由下述反应方程式表示：
该方法以对氟苯酚为原料，经过溴化、酯化和硝化反应合成2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯，然后在酸性介质中还原生成2-溴-4-氟-5-氨基苯氧甲酸乙酯，分离后在锌粉和氢氧化钠溶液中脱卤、水解和酸化，之后重结晶得到3-氨基-4-氟苯酚。
上述制备方法从2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯合成3-氨基-4-氟苯酚需要两步反应，首先在酸性介质中将2-溴-4-氟-5-氨基苯氧甲酸乙酯还原生成2-溴-4-氟-5-氨基苯氧甲酸乙酯，该步骤废水量大，且产物需要分离，造成收率较低；2-溴-4-氟-5-氨基苯氧甲酸乙酯在氢氧化钠溶液中需要大量锌粉进行脱卤、水解和酸化，该步骤同样产生大量的废固和废液，不利于环保。而且该方法后处理繁琐，产品需要重结晶才能得到纯度较高的3-氨基-4-氟苯酚，造成收率偏低，从2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯合成3-氨基-4-氟苯酚的两步反应的总收率仅为76％左右。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的在于提供一种步骤少、能耗低、三废少、目标产物纯度高、反应收率高的3-氨基-4-氟苯酚的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种3-氨基-4-氟苯酚的制备方法，包括以下步骤：
将2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯、碱性物质、加氢催化剂和有机溶剂混合，得到混合物；
在密闭条件下向所述混合物中通入氢气进行加氢反应，得到3-氨基-4-氟苯酚；所述通入氢气前将密闭体系内的空气排出。
优选的，所述碱性物质为无机碱和/或有机胺。
优选的，所述无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种的混合物。
优选的，所述有机胺为乙胺、三乙胺、丙胺、1,3-丙二胺和丁胺中的一种或几种的混合物。
优选的，所述加氢催化剂为钯碳和/或雷尼镍。
优选的，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯和甲苯中的一种或几种的混合物。
优选的，所述加氢反应的温度为30～60℃；所述加氢反应的起始压力为1.0～2.0MPa，压降大于0.5MPa时补加氢气至起始压力，反应至不吸氢为止。
优选的，所述2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯和碱性物质的摩尔比为1:3～6；所述加氢催化剂和2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯的质量比为0.05～0.15:1。
优选的，所述有机溶剂和2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯的质量比为4～10:1。
优选的，所述加氢反应后还包括产物分离，所述产物分离包括以下步骤：
将反应液过滤除去加氢催化剂，得到滤液；
将所述滤液蒸馏，得到固态物质；
将所述固态物质水洗、过滤和干燥，得到3-氨基-4-氟苯酚。
本发明提供了一种3-氨基-4-氟苯酚的制备方法，包括以下步骤：将2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯、碱性物质、加氢催化剂和有机溶剂混合，得到混合物；向混合物中通入氢气进行反应，得到3-氨基-4-氟苯酚。本发明提供的制备方法合成路线短，步骤少，从2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯合成3-氨基-4-氟苯酚仅需一步反应，且生产过程中仅需要有机溶剂作为反应介质，省去了酸性介质还原和锌粉脱卤的步骤，整个生产过程仅产生少量的废液，对环境友好，得到的产物纯度高，收率高。
进一步的，本发明提供的制备方法的合成产物无需进一步提纯，仅需简单固液分离即可得到高纯度的产物。实验表明，本发明提供的制备方法得到的3-氨基-4-氟苯酚无需纯化纯度即可达到99％以上，收率为90％左右。
具体实施方式
本发明提供了一种3-氨基-4-氟苯酚的制备方法，包括以下步骤：
将2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯、碱性物质、加氢催化剂和有机溶剂混合，得到混合物；
在密闭条件下向所述混合物中通入氢气进行加氢反应，得到3-氨基-4-氟苯酚；所述通入氢气前将密闭体系内的空气排出。
本发明将2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯、碱性物质、加氢催化剂和有机溶剂混合，得到混合物。在本发明中，所述碱性物质优选为无机碱和/或有机胺；所述无机碱优选为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种的混合物，更优选为碳酸钠或碳酸钾；所述有机胺优选为乙胺、三乙胺、丙胺、1,3-丙二胺和丁胺中的一种或几种的混合物；更优选为乙胺和/或三乙胺。
在本发明中，所述加氢催化剂优选为钯碳和/或雷尼镍，更优选为钯碳；本发明对加氢催化剂的来源没有特殊要求，使用从市场上购买的商品即可。
在本发明中，所述有机溶剂优选为甲醇、乙醇、乙酸乙酯和甲苯中的一种或几种的混合物，更优选为甲醇或乙醇；所述有机溶剂的混合物优选为2～3种有机溶剂的混合物，更优选为甲醇和乙醇的混合物或甲醇和甲苯的混合物；所述甲醇和乙醇的混合物中甲醇和乙醇的体积比优选为1～1.2:1，更优选为1.05～1.1:1；所述甲醇和甲苯的混合物中甲醇和甲苯的体积比优选为1～1.2:1，更优选为1.05～1.1:1。
在本发明中，所述2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯和碱性物质的摩尔比优选为1:3～6，更优选为1:4～5；所述加氢催化剂和2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯的质量比优选为0.05～0.15:1，更优选为0.08～0.12:1，最优选为0.1:1；所述有机溶剂和2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯的质量比优选为4～10:1，更优选为5～8:1，最优选为6～7:1。
本发明对2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯的来源没有特殊要求，使用本领域的常规方法进行合成即可。在本领域中，通常以对氟苯酚为起始物，通过溴化、酯化和硝化三步反应，合成2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯，反应式如式1所示：
得到混合物后，本发明在密闭条件下向所述混合物中通入氢气进行加氢反应，得到3-氨基-4-氟苯酚；所述通入氢气前将密闭体系内的空气排出。本发明优选通过惰性气体置换的方法将密闭体系内的空气排出，所述惰性气体优选为氮气、氩气和氦气，更优选为氮气；本发明对具体的置换空气的方法没有特殊要求，使用本领域常规的置换方法即可。
在本发明中，所述加氢反应的温度优选为30～60℃，更优选为40～50℃；所述加氢反应的起始压力优选为1.0～2.0MPa，更优选为1.3～1.8MPa；本发明优选在压降大于0.5MPa时补加氢气至起始压力。在本发明中，所述加氢反应优选反应至不吸氢为止，总反应时间优选为5～8h，更优选为6～7h。
本发明对通入氢气的速率没有特殊要求，在具体的实施例中，可以根据反应釜的大小以及混合物的体积来调整氢气的通入速率，本发明优选通过控制氢气通入速率使釜内压力上升速率控制在0.3～0.8MPa/min，更优选为0.5MPa/min；本发明优选通氢气至反应起始压力后停止氢气的通入，在反应过程中观测釜内压力，在压降大于0.5MPa时补加氢气至起始压力。
本发明优选在搅拌条件下进行吸氢反应，所述搅拌的速率优选为300～500转/min，更优选为350～450转/min。本发明对所述加氢反应用设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的高压反应釜即可。
在本发明的部分具体实施例中，可以在常温下将2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯、碱性物质、加氢催化剂和有机溶剂加入到反应釜中，然后将反应釜密封，用氮气置换3～5次，使反应釜中的空气排净，之后向反应釜中通入氢气至釜内压力为1.0～2.0MPa，并升温至反应温度，在搅拌条件下进行吸氢反应，在压降大于0.5MPa时补加氢气至起始压力，反复操作直至反应至不吸氢为止。
所述吸氢反应完成后，本发明优选将产物进行固液分离，得到3-氨基-4-氟苯酚。本发明优选通过以下步骤将产物分离：
将反应液过滤除去加氢催化剂，得到滤液；
将所述滤液蒸馏，得到固态物质；
将所述固态物质水洗、过滤和干燥，得到3-氨基-4-氟苯酚。
本发明对所述过滤没有特殊要求，使用本领域常规的过滤方法即可。
在本发明中，所述蒸馏优选为常压蒸馏，通过蒸馏将所述滤液中的有机溶剂蒸出，得到固态物质；本发明对蒸馏的具体温度没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，可以根据反应时使用的有机溶剂种类确定蒸馏温度。
本发明优选将固态物质水洗至水洗液pH值为6.8～7.2，更优选为6.9～7.1。
在本发明中，所述干燥的温度优选为70～80℃，更优选为75～78℃；本发明对干燥的具体时间没有特殊要求，将产物干燥至恒重即可。
在本发明的部分具体实施例中，反应完成后，可以将反应液随反应釜降温至室温，然后使用氮气置换其中的剩余氢气，置换3～5次，使釜中的氢气排净，然后开釜将反应液取出进行产物的分离。
本发明仅通过一步反应即可将2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯合成3-氨基-4-氟苯酚，反应式如式2所示：
本发明提供的制备方法合成路线短，步骤少，且反应过程产生的三废少，对环境友好，反应条件温和，且合成产物无需进一步提纯，仅需简单分离即可，且得到的产物纯度高，收率高，适合工业化生产。
下面结合实施例对本发明提供的3-氨基-4-氟苯酚的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
向2L高压釜中加入2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯183g(0.59mol)，无水乙醇916g，钯碳5g和碳酸钾244.3g(1.77mol)，加完后封釜，开动搅拌，氮气置换三次，通氢气至釜内压力为1.0MPa，升温至45℃进行反应，当氢气压力<0.5MPa时，补氢气至压力1.0MPa，反复操作至不掉压为止，反应完成后降温至室温，氮气置换三次后将反应液过滤除去催化剂，滤液常压蒸馏蒸出甲醇后得到固体粗品，经过100g水洗、过滤，然后70℃真空干燥后得到淡黄色固体3-氨基-4-氟苯酚68.3g；
使用核磁共振对产物结构进行鉴定，所得鉴定数据如下：1H NMR(DMSO-d6,400MHz)δ8.857(s,1H),6.509-6.761(t,1H),6.126-6.206(d,1H),5.871-5.901(s,1H),4.948(s,2H).根据鉴定数据可知，所得产物确实为3-氨基-4-氟苯酚；
使用GC色谱(色谱柱为SPB-5柱，氢焰检测器，检测器温度为250℃)检测产物纯度并计算收率，可得产物纯度为99.2％，收率为91％。产物的沸点136℃/20mmHg。
实施例2
向2L高压釜中加入2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯183g(0.59mol)，甲醇916g，雷尼镍5g和1,3-丙二胺174.9g(2.36mol)，加完后封釜，开动搅拌，氮气置换三次，通氢气至釜内压力为1.5MPa，升温至40℃开始反应，当氢气压力<1.0MPa时，补氢气至压力1.5MPa，反复操作至不掉压为止，反应完成后降温至室温，氮气置换三次后将反应液过滤除去催化剂，滤液常压蒸馏蒸出甲醇后得到固体粗品，固体粗品经过100g水洗、过滤，然后70℃真空干燥后得到淡黄色固体3-氨基-4-氟苯酚68.3g；
使用核磁共振对产物结构进行鉴定，鉴定结果和实施例1一致，可知产物确实为3-氨基-4-氟苯酚；
使用GC色谱(色谱柱为SPB-5柱，氢焰检测器，检测器温度为250℃)检测产物纯度并计算收率，可得产物纯度为99.2％，收率为89％。产物的沸点136℃/20mmHg。
实施例3
向2L高压釜中加入2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯183g(0.59mol)，甲醇916g，钯碳5g和丙胺104.4g(1.77mol)，加完后封釜，开动搅拌，氮气置换三次，通氢气至压力2.0MPa，升温至40℃开始反应，当氢气压力<1.5MPa时，补氢气至压力2.0MPa，反复操作至不掉压为止，反应完成后降温至室温，氮气置换后将反应液过滤除去催化剂，滤液常压蒸馏蒸出甲醇后得到固体粗品，将固体粗品经过100g水洗、过滤，然后70℃真空干燥后得到淡黄色固体3-氨基-4-氟苯酚68.3g；
使用核磁共振对产物结构进行鉴定，鉴定结果和实施例1一致，可知产物确实为3-氨基-4-氟苯酚；
使用GC色谱(色谱柱为SPB-5柱，氢焰检测器，检测器温度为250℃)检测产物纯度并计算收率，可得产物纯度为99.2％，收率为92％。产物的沸点136℃/20mmHg。
实施例4
向2L高压釜中加入2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯183g(0.59mol)，乙酸乙酯916g，雷尼镍18.3g和乙二胺177g(2.95mol)，加完后封釜，开动搅拌，氮气置换三次，通氢气至压力2.0MPa，升温至50℃开始反应，当氢气压力<1.5MPa时，补氢气至压力2.0MPa，反复操作至不掉压为止，反应完成后降温至室温，氮气置换后将反应液过滤除去催化剂，滤液常压蒸馏蒸出甲醇后得到固体粗品，将固体粗品经过100g水洗、过滤，然后75℃真空干燥后得到淡黄色固体3-氨基-4-氟苯酚68.5g；
使用核磁共振对产物结构进行鉴定，鉴定结果和实施例1一致，可知产物确实为3-氨基-4-氟苯酚；
使用GC色谱(色谱柱为SPB-5柱，氢焰检测器，检测器温度为250℃)检测产物纯度并计算收率，可得产物纯度为99.1％，收率为91.3％。产物的沸点136℃/20mmHg。
实施例5
向2L高压釜中加入2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯183g(0.59mol)，甲苯1800g，雷尼镍14.64g和碳酸钠250.16g(2.36mol)，加完后封釜，开动搅拌，氮气置换三次，通氢气至压力1.0MPa，升温至50℃开始反应，当氢气压力<0.5MPa时，补氢气至压力1.0MPa，反复操作至不掉压为止，反应完成后降温至室温，氮气置换后将反应液过滤除去催化剂，滤液常压蒸馏蒸出甲醇后得到固体粗品，将固体粗品经过100g水洗、过滤，然后75℃真空干燥后得到淡黄色固体3-氨基-4-氟苯酚68.0g；
使用核磁共振对产物结构进行鉴定，鉴定结果和实施例1一致，可知产物确实为3-氨基-4-氟苯酚；
使用GC色谱(色谱柱为SPB-5柱，氢焰检测器，检测器温度为250℃)检测产物纯度并计算收率，可得产物纯度为99.3％，收率为90.3％。产物的沸点136℃/20mmHg。
由以上实施例可知，本发明提供的制备方法合成路线短，步骤少，从2-溴-4-氟-5-硝基苯氧甲酸乙酯合成3-氨基-4-氟苯酚仅需一步反应，且反应过程产生的三废少，容易进行工业化生产，合成产物无需进一步提纯，仅需简单分离即可得到高纯度的产物，且收率为90％左右。
由以上实施例可知，本发明以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。