高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法与流程

本发明属于化工领域，涉及一种液相催化氧化反应制醛技术，特别是涉及一种高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法。

背景技术：

1、对氟苯甲醛(4-氟苯甲醛)是一种用途广泛的中间体，广泛用于医药、农药及染料等的合成。可用于合成治疗抑郁症的帕罗西汀；合成瑞舒伐他汀、立普妥等用于治疗高血脂等心血管疾病；用于合成治疗胃动力不足的枸橼酸莫沙必利。在农药领域，可合成氟氯氰菊酯、氟氯苯菊酯用于防治鳞翅目多种幼虫及蚜虫。

2、合成对氟苯甲醛的方法主要有电解氧化法、对氟甲苯氯化水解法、对氯苯甲醛卤交换法、对氟甲苯氧气(空气)氧化法等。

3、电解氧化法分为直接电解氧化法和间接电解氧化法。直接电解氧化法是指反应物直接在电极上发生氧化反应得到最终产物；间接电解氧化法是指由反应物以外第二种物质与电极进行电子交换，然后在槽外反应器中该物质与反应物进行电子交换，发生氧化还原反应得到产物。直接电解氧化法缺点在于有机物在电解时容易被电极吸附，影响电解进行；间接氧化法由于在槽外反应，油状有机物不会直接接触电极，因此不会吸附在电极表面影响电解反应。但该工艺对设备要求高，技术难度大，实现工业化尚有难度。

4、对氟甲苯氯化水解法是目前制备对氟苯甲醛的主要工艺方法，对氟甲苯在光照条件下进行氯化得到对氟氯苄、对氟二氯苄、对氟三氯苄。其中只有对氟二氯苄继续水解才能得到对氟苯甲醛。该工艺步骤繁琐，水解产生的废盐较多，原子利用率不高，并且使用有毒气体氯气为原料，不符合绿色化学的理念；其次，该工艺得到的对氟苯甲醛含氯，难以用于食品、药品等领域。

5、对氯苯甲醛卤交换法以对氯苯甲醛为原料，经过卤素氟氯交换得到对氟苯甲醛，氟化剂一般选用氟化钾，溶剂一般选用硝基苯。该方法反应结束后会产生大量钾盐固废，所用溶剂硝基苯毒性较大，不适宜工业化生产。

6、对氟甲苯氧气(空气)氧化法是指在对氟甲苯在氧气或空气的气氛中进行催化氧化反应，氧化剂可以是h2o2，也可以是空气或氧气。该方法工艺简单，对环境无污染，是一条绿色清洁工艺。但通常情况下，对氟苯甲醛的选择性不高，收率偏低。方永勤课题组报道了以对氟甲苯为原料，乙酸为溶剂，co/mn/br为催化体系，常压下液相氧化制备对氟苯甲醛(常州大学学报,2011,23,32-35)。其中反应温度为90℃，对氟甲苯：乙酸的质量比为1:4，反应9小时后对氟甲苯转化率为35.5％，对氟苯甲醛选择性为57.4％。maurya课题组采用气相空气氧化法制备对氟苯甲醛(journal of molecular catalysis a:chemical 2005,234,51–57)，采用v2o5/tio2催化剂，反应温度300-375℃，反应4h，对氟甲苯转化率最高达到48％左右，而对氟苯甲醛的选择性不到20％。

7、cn115677481a的发明《一种对氟甲苯制备对氟苯甲酸的方法》告知：将对氟甲苯加入一定量醋酸，加入适量催化剂(醋酸钴)；升温后，开始通氧，进行压力维持；保温后，冷却室温；过滤，用少量冰水洗涤；在高温下烘干得白色片状对氟苯甲酸。

8、cn106748686a的发明《一种氟甲苯连续氧化制备对氟苯甲醛的方法》告知：是以对氟甲苯化合物为原料，钴、钼、溴的一种或几种金属离子络合物为催化剂，双氧水为氧化剂，醋酸为溶剂，在管式反应器中连续将对氟甲苯氧化制备对氟苯甲醛。

9、cn106565445a的发明《对氟苯甲醛的制备方法》告知：以对氟甲苯为原料，经催化氧化制备对氟苯甲醛；催化剂任意的选自锰化合物、钴化合物、铁化合物中的一种，助催化剂为溴化物中的任意一种；反应溶剂为醋酸或乙腈中的任意一种。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法：

3、反应装置包括一个配有磁力搅拌器和加热器的三口反应容器，在反应器顶部出口内装有吸水剂，反应器顶部出口通过蠕动泵后与反应器入口一相连通；供氧设备(氧气袋)通过反应器入口二向反应容器内充入氧气；

4、在三口反应容器内装有作为反应原料的对氟甲苯、作为主催化剂的可溶性钴盐、作为助催化剂的nhpi(n-羟基邻苯二甲酰亚胺)以及作为溶剂的三氟乙醇(即，2,2,2-三氟乙醇)；于搅拌条件下在50～70℃的反应温度下进行反应，反应压力为0.05～0.15个大气压(通过氧气控制)，反应时间10～24h；

5、反应过程中产生的水与三氟乙醇形成的共沸物连同氧气一起，先通过反应器顶部出口的吸水剂(从而实现除水)，再在蠕动泵的作用下，通过反应器入口一返回至反应容器内；

6、可溶性钴盐与对氟甲苯的用量比为0.5～5g/100ml(优选3.3±0.1g/100ml)；

7、nhpi与对氟甲苯的用量比为0.5～5g/100ml(优选4.33±0.1g/100ml)；

8、反应结束后，反应容器内的所得物中含有对氟苯甲醛。

9、说明：

10、本发明中，供氧设备用于保证反应在氧气气氛下进行，蠕动泵可循环反应器内部氧气，反应器顶部的蠕动泵把吸入氧气再排放至三口反应容器内的液体中，从而实现氧气内循环鼓泡。

11、本发明的反应在微压下进行，供氧设备(氧气袋)提供0.05～0.15个大气压的氧气。

12、反应过程中产生的水与三氟乙醇形成的共沸物连同氧气一起形成了混合气体，该混合气体利用吸水剂除水后，返回至反应容器内。

13、作为本发明的高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法的改进：三氟乙醇是对氟甲苯0.4～2的体积倍(对氟甲苯：三氟乙醇＝1:2的体积比时，对氟甲苯的催化氧化效果较佳)。

14、作为本发明的高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法的进一步改进：可溶性钴盐为四水合醋酸钴、环烷酸钴。

15、作为本发明的高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法的进一步改进：吸水剂的装填量与对氟甲苯的用量比为40～100g/100ml。

16、作为本发明的高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法的进一步改进：吸水剂为分子筛、硫酸镁、硫酸钠、硫酸铝。

17、作为本发明的高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法的进一步改进：在三口反应容器内装有对氟甲苯100ml、作为主催化剂的四水合醋酸钴3.30g、作为助催化剂的nhpi 4.33g以及三氟乙醇50ml；于搅拌条件下在70℃的反应温度下进行反应，反应压力0.05～0.15个大气压，反应时间12～24h，吸水剂为分子筛(4a分子筛)，吸水剂的装填量为50g。

18、作为本发明的高效液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛的方法的进一步改进：在三口反应容器内装有对氟甲苯25ml、四水合醋酸钴0.83g、nhpi1.08g以及三氟乙醇50ml；采用分子筛为吸水剂，吸水剂的装填量为50g；

19、于搅拌条件下在70℃的反应温度下进行反应，反应压力0.05～0.15个大气压，反应时间12h。

20、本发明发现：现有的液相催化氧化对氟甲苯制备对氟苯甲醛工艺存在着反应过程中需要使用大量溶剂参与、对氟甲苯转化率低以及对氟苯甲醛选择性低的问题。本发明经过大量实验得知，对氟甲苯转化率低且需要大量溶剂参与是由于反应过程中会生成水，水分含量过高会影响反应进程，因此现有技术需要采用大量溶剂来保证反应体系中水分含量占比不会过高。对氟苯甲醛选择性低是由于醛容易在空气或氧气气氛下氧化成酸。

21、本发明的技术思路是：

22、在反应过程中引入吸水剂，通过气流流动和溶剂带水的方式将反应过程中产生的水吸收，从而增加了反应的转化率和反应速率。另外，本发明引入三氟乙醇溶剂，保证了反应生成的对氟苯甲醛不会再进一步氧化生成对氟苯甲酸，从而提高了对氟苯甲醛的选择性。

23、即，为了解决现有技术存在的问题，本发明在反应体系中引入吸水剂，保证反应液体系的水分含量不会过高，从而提高对氟甲苯转化率、降低溶剂使用量。同时本发明引入三氟乙醇溶剂，使得对氟苯甲醛在空气或氧气气氛下不易氧化成酸。

24、本发明采用了特定的催化剂组合，本发明在催化氧化反应中引入吸水剂，大幅减少溶剂用量并提高反应效率，且提高了对氟苯甲醛的选择性。