本文旨在探讨3,4-二氟苯腈的合成方法,为相关领域的研究提供参考和思路。
背景:3,4-二氟苯腈是制备除草剂氰氟草酯(Cyhalofop butyl)的重要中间体,后者为芳氧苯氧羧酸类除草剂中唯一对水稻具有高度安全的品种,其高效、低毒、低残留,对稻类作物非常安全并具有优良的选择性,可防除禾本科杂草,对稗草、千金子、看麦娘、小糠草等具有良好的效果。研究3,4-二氟苯腈的合成工艺,降低氰氟草酯的原药成本,推广其在水稻田的应用,对我国农业丰收具有重要意义。
合成:
1. 先氟化工艺
(1)与卤素交换反应
张勇采用分步氟化法合成了3,4-二氟苯腈。氟代反应是分步进行的,分别为4号位氯原子取代和3号位氯原子取代,且4号位氯原子反应活性明显高于3号位氯原子。在第一步取代完成后,分离出产品再进行第二步氟代反应,工艺如图所示。结果表明:体系的转化率大幅度提升,且聚合、焦化、体系的颜色加深等现象都得到改善。产品收率78%,纯度98%,两步合计收率为69%。
(2)不同基团氟交换
Suzuki以4-氯-3-硝基苯腈为原料,以氟化钾(KF)为氟化剂,将氯原子和硝基基团同时取代为氟,反应收率不太高。以Ph4PBr为催化剂,环丁砜为溶剂,180℃反应2 h,收率65%。
(3)单基团氟交换
马严明等报道以3-硝基-4-氟苯腈为原料,以四甲基氟化铵为氟化剂合成3,4-二氟苯腈,并探讨了反应条件对收率的影响。最适宜的反应温度为120~140℃,最佳溶剂为二甲基亚砜,使用18-冠-6-醚催化剂能提高转化率,达到86.7%,反应条件温和,收率较高。
(4)重氮化
以3,4-二硝基甲苯为原料,经硝基还原、重氮化反应后,与氟硼酸反应加热分解为3,4-二氟甲苯,在催化剂作用下经氨氧化反应将甲基氧化成—CN,制得产品。此反应虽然简单,但是找到合适的催化剂是该反应的难点。
赵皓等开发了一种工业化制备2,3-二氟三氟甲苯、3,4-二氟苯腈的连续生产方法,反应以间甲苯胺为起始原料,反应工艺如图所示。
2. 先氰基化工艺
(1)重氮化
以3,4-二氟硝基苯为原料,用铁和盐酸还原硝基之后加入亚硝酸钠溶液,低温制成重氮盐,再与氰化亚铜反应生成产物。此反应具有工艺简单、产率高及反应条件温和的特点。
(2)卤素氰基取代
以1-溴-3,4-二氟苯为原料,将溴原子转化为—CN,用氰化亚铜作为氰化试剂溶解在DMF中,加入少量相转移催化剂并滴加1-溴-3,4-二氟苯,回流反应结束后,常压蒸馏出产品,并且蒸馏出的DMF还可以精制回收。但是此方法在反应过程中需不断取样进行分析,如果想得到高纯度的产品,必须还要进行精馏。朱利民以3,4-二氟溴苯与氰化亚铜为原料,一步合成3,4-二氟苯腈,较佳的合成条件为:n(氰化亚铜)∶n(3,4-二氟溴苯)为1.3∶1.0,反应温度150℃,反应时间 10 h,溶剂为DMF,收率81.2%,产品含量99.1%。 该法具有选择性较强、反应步骤少以及收率理想的优势,是一条可能适合大规模工业化生产的工艺。
(3)酰胺脱水
由3,4-二氯苯甲酰氯经酰氨化、脱水制得3,4-二氯苯腈,再经氟化制得3,4-二氟苯腈。
陈强以3,4-二氯苯甲酰氯为原料,经酰氨化、脱水和氟化制得3,4-二氟苯腈,总收率39.8%,产品含量99.0%。虽然总收率不太高,但原料较为 易得,这是一条有望工业化的合成工艺。
参考文献:
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[4]李付刚,白雪松. 3,4-二氟苯腈的合成技术进展及应用 [J]. 农药, 2008, (03): 161-163. DOI:10.16820/j.cnki.1006-0413.2008.03.002