对氟苯甲醛的合成研究

马立强，张 伟

（济源市恒顺新材料有限公司，河南 济源 459000）

引 言

对氟苯甲醛是一种重要精细化工中间体，是合成多种医药[1～3]、农药、化妆品添加剂的主要原料[4～7]。如在医药中用于合成瑞舒伐他汀、苯基萘基吡喃、氟哌啶醇、氟哌利多等药物。在农药上用来合成氟氯氰菊酯和氟氯苯菊酯等拟除虫菊酯。随着科技的进步，对氟苯甲醛应用领域不断扩大，市场需求量大增[8～9]。

对氟苯甲醛合成方法主要有对氯苯甲醛氟化法[10]、对氟甲苯侧链氯化法[4]、对氟甲苯间接电化学氧化法[11]、氟苯甲酰化法[12]。对氯苯甲醛氟化法生成物复杂，操作繁琐，产品品质差；氟苯甲酰化法需要分离邻位异构体，分离困难；对氟甲苯间接电化学氧化法反应选择性较低，终点不好控制[13]。相比之下，对氟甲苯侧链氯化法因原料种类少、工艺简单、原料廉价易得等优点，是工业化前景看好的合成路线[14～16]。

实验以对氟甲苯为原料，采用侧链氯化法制备对氟苯甲醛，通过对反应条件进行筛选，得出优化后工艺条件。

1 实验部分

1.1 主要原料

对氟甲苯，工业级，江苏万隆化学有限公司；氯气，工业级，郑州市邙山中石化工厂；乌洛托品、冰醋酸，河南省千灯化工有限公司。

1.2 合成路线

1.3 实验步骤

1.3.1 对氟甲苯的氯化

在500 mL反应瓶中加入对氟甲苯200g(1.81mol)，加热升温至95℃出现回流，通入氯气，氯气以40～50g/h速度加入。对氟甲苯氯化反应是放热反应，控制反应温度不超过125℃。取样，G C跟踪反应进程，待对氟甲苯完全反应后，停止通入氯气，液料降温至100℃以下，向反应瓶中通入氮气1h，置换多余氯气和反应产生氯化氢气体，减压精馏蒸出对氟一氯苄，供下次氯化时使用，剩余对氟二氯苄及对氟三氯苄不分离，用于下步水解反应。

1.3.2 对氟二氯苄的水解

将剩余的氯化液加入500mL的反应瓶，升温至100℃加入催化剂，110℃开始缓慢滴水，控制反应温度不超过135℃。取样，G C跟踪反应进程，待对氟二氯苄完全反应，停止加热，待液料降温至室温，加入有机溶剂进行萃取分层，分出油相，减压蒸出对氟苯甲醛，再计算收率。

2 结果与讨论

2.1 通氯时间对氯化液各组分的影响

图1反映了氯化液各组分含量随通氯时间的变化规律。以对氟二氯苄为目标产物时，同时也生成少量对氟三氯苄。对氟三氯苄发生水解反应，生成对氟苯甲酸，将减少目标产物对氟苯甲醛的含量，因此，氯化反应时应尽量减少对氟三氯苄生成。当氯化反应开始有对氟三氯苄出现时，氯化液中对氟一氯苄含量大约80%，对氟二氯苄含量15%左右，目标产物二氯苄的含量偏低，若此时停止反应，将影响生产能力，因此需要选择合适的氯化终点。工业生产中，氯化终点选取的原则，氯化液中对氟二氯苄含量尽可能高，确保生产能力，对氟三氯苄的含量尽可能少，否则会降低反应收率。综合考虑，选择对氟一氯苄含量、对氟二氯苄含量在40%～46%，对氟三氯苄含量在0.1%～0.3%之间为氯化反应终点。减压蒸馏出对氟一氯苄，分离出的对氟一氯苄在下批氯化时继续使用，得到的对氟二氯苄及少量的对氟三氯苄进行水解反应。

图1 氯化液各组分含量随通氯时间的变化Fig.1 The variation of each component content in chlorinated solution with the time of chlorine addition

2.2 氯化反应温度对氯化液各组分的影响

图2反应了氯化反应温度对氯化液各组分含量的影响。由图2可知，当反应温度小于105℃时，对氟一氯苄含量较高，对氟二氯苄含量较低；当温度为115℃时，对氟一氯苄含量降低，二氯苄含量增加显著；当温度大于115℃时，三氯苄含量也相应增加。综合考虑，将氯化反应最佳温度控制在115℃左右。

图2 氯化反应温度对氯化液各组分含量的影响Fig.2 The effects of chlorination reaction temperature on the content of each components in chlorinated solution

2.3 水解反应温度对收率的影响

图3反应了在催化剂、反应时间等条件不变的情况下，水解反应温度对对氟苯甲醛收率的影响。由图3可见，当水解温度为80℃时，由于水解温度偏低，导致水解反应速率比较缓慢，所以对氟苯甲醛的收率较低；随着温度的升高，反应速率变快，对氟苯甲醛收率相应提高，当水解温度达到115℃时，对氟苯甲醛的收率达到86%，当水解温度从120℃上升到135℃时，对氟苯甲醛收率不升反降，由84%下降到78%。由于醛在高温下易发生聚合反应，产生大量副产物焦油[17]，当水解温度＞130℃时，焦油生成量明显增加，水解收率降低，因此，水解反应适宜在110～120℃进行。

图3 水解反应温度对反应收率的影响Fig.3 The effect of hydrolysis temperature on the reaction yield

2.4 乌洛托品加入量对收率的影响

在水解反应时，催化剂降低反应活化能[18～19]，提高水解反应速率。图4为乌洛托品为水解催化剂时，其加入量对反应收率的影响。

图4 乌洛托品加入量对反应收率的影响Fig.4 The effects of urotropine dosage on the yield

由图4可知，当乌洛托品用量（物质的量）为对氟二氯苄的0.8倍量时，反应收率只有65%，主要原因是乌洛托品用量比对氟二氯苄少，原料没有完全反应，影响反应收率。当乌洛托品加入量不断增加，反应收率也相应增加，当乌洛托品用量为对氟二氯苄的1.6倍时，反应收率高达95%，达到理想状态，获得理想收率，若乌洛托品加入量继续增加，反应收率变化不大，考虑节约成本因素，选择乌洛托品的最佳加入量为对氟甲苯的1.6倍。

2.5 冰醋酸加入量对收率的影响

冰醋酸在水解反应时很重要，不仅促进乌洛托品产生亚胺离子，而且水解亚苄基亚胺离子，形成醛。图5反应了在乌洛托品加入量一定的情况下，冰醋酸加入量对反应收率的影响。由图5可知，当冰醋酸加入量从1倍增加到2.5倍时，反应收率从65%增加到96%，反应收率增加显著；当冰醋酸加入量从2.5倍增加到4倍时，反应收率从96%降到89%，反应收率不但不增高，反而降低了。其主要原因：冰醋酸对水解反应影响很大，其加入量必须过量，当加入量达到原料对氟二氯苄的2.5倍量时，达到理想状态，获得理想收率，继续增加冰醋酸用量，不利于反应向正相进行，导致反应产物收率下降，冰醋酸量越大，对氟二氯苄的浓度越小，反应速率也会减慢，所以选择冰醋酸用量为对氟二氯苄的2.5倍，反应产物将获得理想收率。

图5 冰醋酸加入量对反应收率的影响Fig.5 The effects of acetic acid dosage on the reaction yield

3 结论

以对氟甲苯为原料，在催化剂作用下经氯化、水解、精馏制备对氟苯甲醛。探讨了氯化反应、水解反应时催化剂种类及用量、反应时间、反应温度等因素对对氟苯甲醛收率的影响。通过对氯化反应、水解反应条件进行筛选，得出最优反应条件：

（1）氯化反应时，通氯时间为3h，氯化反应温度为115℃时，为最优化氯化反应条件。

（2）水解反应时，水解温度控制在110～120℃，物质的量n(对氟甲苯)∶n(乌洛托品)∶n(醋酸)=1∶1.6∶2.5时，得到产物的最高收率达到96%，对氟苯甲醛含量可达99%以上。

该方法具有原料易得、反应条件简单、工艺稳定、反应总收率高的特点，并在工业生产中得到运用。