本發(fā)明涉及化合物的制備方法，具體涉及利用硝化間二氟苯得到1,5-二氟-2,4-二硝基苯的制備方法。
背景技術(shù)：
1,5-二氟-2,4-二硝基苯是合成除草劑丙炔氟草胺的一個(gè)重要的中間體，可經(jīng)醚化、加氫還原合環(huán)、及依次與溴丙胺和酸酐反應(yīng)得到丙炔氟草胺。同時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)硝基和兩個(gè)氟基，硝基為含能基團(tuán)，而氟基則可進(jìn)一步修飾為其他的含能基團(tuán)，因此1,5-二氟-2,4-二硝基苯也是能夠廣泛應(yīng)用于含能材料領(lǐng)域的一種中間體。
目前，由于合成路徑復(fù)雜、產(chǎn)品的純度較低，產(chǎn)率也較低，限制了其在工業(yè)上的運(yùn)用。已經(jīng)報(bào)道的1,5-二氟-2,4-二硝基苯的合成方法有如下三種方法：
日本專利JP87114939中表述的利用1,5-二氯-2,4-二硝基苯氟化制得1,5-二氟-2,4-二硝基苯，但這種方法利用的是氟化鉀和氟化鈣組成的混合物為氟化試劑，反應(yīng)要求在無(wú)溶劑下進(jìn)行，攪拌十分困難，原料難以充分反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間也比較長(zhǎng)，產(chǎn)率較低，僅為32％。此外原料還很容易堵塞冷凝管造成沖料危險(xiǎn)，因此并不適宜工業(yè)化大生產(chǎn)。
潘忠穩(wěn)等在應(yīng)用化工,33(3):22-23,2004中對(duì)上述方法進(jìn)行了改良，首先利用N,N-二甲基甲酰胺將1,5-二氯-2,4-二硝基苯進(jìn)行溶解，然后加入過(guò)量的無(wú)水氟化鉀在110℃-115℃下反應(yīng)4h，當(dāng)原料1,5-二氯-2,4-二硝基苯的含量小于1％時(shí)即可終止反應(yīng)，過(guò)濾并用N,N-二甲基甲酰胺進(jìn)行洗滌，濾液還需進(jìn)行減壓蒸餾、洗滌和重結(jié)晶等操作。由于副產(chǎn)物1-氯-5-氟-2,4-二硝基苯的產(chǎn)生，使得最終目標(biāo)產(chǎn)物的收率為85％，純度僅為90％。而反應(yīng)過(guò)程中一旦有水存在，產(chǎn)物就會(huì)分解。此外，整個(gè)后處理過(guò)程相對(duì)較為繁瑣，尤其是需要對(duì)高沸點(diǎn)的N,N-二甲基甲酰胺進(jìn)行蒸餾操作，造成了能源和資源的浪費(fèi)。
Gong等在Organic Letters,14(10):2504-2507,2012中報(bào)道了利用間二氟苯硝化制備1,5-二氟-2,4-二硝基苯。該方法是通過(guò)將間二氟苯溶解在濃硫酸中，然后在30min內(nèi)滴加體積比為1:1的濃硫酸和63％的硝酸混合溶劑進(jìn)行硝化反應(yīng)。隨著滴加完畢后將混合液移至室溫下攪拌1h即可反應(yīng)完全。在后處理過(guò)程中需要利用甲醇進(jìn)行重結(jié)晶操作，由于副反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致最終得到目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率為81.3％，因此該反應(yīng)的原料的利用率并不高，不能滿足工業(yè)化需求。
中文專利CN101948389和CN15837563分別報(bào)道了利用2,4-二氟硝基苯為起始原料，以濃硝酸和濃硫酸的混合物作為硝化試劑制備1,5-二氟-2,4-二硝基苯，兩者的區(qū)別在于滴加的順序和后處理不同。前者操作簡(jiǎn)單，而后者則需要進(jìn)行多次的萃取來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)的進(jìn)行。但是，這兩種方法均會(huì)產(chǎn)生1,3-二氟-2,4-二硝基苯，而該副產(chǎn)物和目標(biāo)產(chǎn)物由于性質(zhì)相近，難以分離干凈，使得通過(guò)這兩種方法得到的目標(biāo)產(chǎn)物的純度并不高。此外，原料也昂貴不易得，限制了該方法在工業(yè)上的應(yīng)用。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在制備1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法中存在以下不足：1.工藝較復(fù)雜、工業(yè)化難度較大；2.原料較貴；3.產(chǎn)品的收率和純度均較低，且必須利用重結(jié)晶操作來(lái)提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的發(fā)明者們開(kāi)發(fā)出一條易于工業(yè)化、原料廉價(jià)易得、反應(yīng)收率和產(chǎn)物的純度較高的1,5-二氟-2,4-二硝基苯的制備方法。
本發(fā)明提供了一種制備1,5-二氟-2,4-二硝基苯的方法，主要包括以下實(shí)驗(yàn)步驟：
將發(fā)煙硝酸滴加至濃硫酸中，使其混合均勻制得硝化試劑，并控制溫度為0℃，然后緩慢滴加間二氟苯，在滴加過(guò)程中控制反應(yīng)溫度不超過(guò)10℃，滴加完畢后，將體系維持在冰浴中繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，隨后緩慢升溫并繼續(xù)攪拌直至反應(yīng)結(jié)束提純，得到1,3-二氟-2,4-二硝基苯。
硝化反應(yīng)的反應(yīng)式如下所示：
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述硝化試劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)9988％的濃硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)65％-100％硝酸混合物，優(yōu)選質(zhì)量分?jǐn)?shù)95％～100％的發(fā)煙硝酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)98％的濃硫酸。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述的混合硝化試劑中，濃硫酸和濃硝酸的體積比為2：3～3：1，優(yōu)選為1：1～2：1。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述的混合硝化試劑中的濃硝酸和間二氟苯的物質(zhì)的量的比為3:1～7:1，優(yōu)選為4：1～6:1。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述的硝化反應(yīng)中，滴加順序應(yīng)當(dāng)是先將濃硝酸滴加至濃硫酸中，待發(fā)煙硝酸在濃硫酸中完全溶解后才開(kāi)始逐漸往該混合溶劑中滴加間二氟苯。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述的硝化反應(yīng)中，保持反應(yīng)溫度在-5～10℃時(shí)需持續(xù)攪拌2～5h后才能進(jìn)行升溫操作，最優(yōu)為3～4.5h。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，而在升溫時(shí)，控制反應(yīng)溫度為15～70℃，優(yōu)選為25～40℃。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，提純方法為：待反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)混合物慢慢倒入攪拌的冰水中，可析出大量的淡黃色固體，過(guò)濾并依次用溶劑和蒸餾水進(jìn)行反復(fù)洗滌，直至呈中性。在空氣中干燥。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，在洗滌過(guò)程中，判斷洗滌是否完全的標(biāo)準(zhǔn)是濾餅的PH值的范圍為6～7，最優(yōu)為pH＝7。
本發(fā)明更進(jìn)一步的技術(shù)方案，在洗滌過(guò)程中，先可以使用的溶劑可為石油醚、正戊烷、正己烷、環(huán)己烷等非極性溶劑，最佳為正己烷。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著優(yōu)點(diǎn)如下：
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：1、該工藝簡(jiǎn)單且整個(gè)流程較短、反應(yīng)的條件比較溫和；通過(guò)選取恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物的滴加順序、硝化試劑的類別及用量、控制反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間來(lái)提高產(chǎn)品的收率和純度，從而最大化的避免了副產(chǎn)物的生成。2、該方法制備的目標(biāo)產(chǎn)物的收率達(dá)到95％以上，純度超過(guò)98％；原料廉價(jià)易得，生產(chǎn)成本低，能夠應(yīng)用于下一步的工業(yè)化生產(chǎn)。
具體的實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不受限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1
在磁力攪拌下，向1000mL反應(yīng)瓶中加入98％的濃硫酸220mL，用冰水浴完全冷卻后，慢慢加入220mL(5.0mol)的95％發(fā)煙硝酸，即硝化試劑中濃硫酸和濃硝酸的體積比為1：1。待發(fā)煙硝酸加完后，在冰水浴下繼續(xù)攪拌15min后(發(fā)煙硝酸在硫酸中完全溶解)，再緩慢滴加114g(1.0mol)的間二氟苯(滴加過(guò)程中體系的溫度不超過(guò)10℃)，滴加完畢后，將體系維持在冰水浴下繼續(xù)攪拌3h。然后逐漸升高反應(yīng)溫度至室溫后并繼續(xù)攪拌。利用TLC小板監(jiān)測(cè)反應(yīng)，其中展開(kāi)劑為乙酸乙酯：石油醚＝1：20，此時(shí)Rf＝0.6，觀察到該反應(yīng)在20h后原料點(diǎn)消失，此時(shí)反應(yīng)結(jié)束。將反應(yīng)液小心并緩慢倒入攪拌的冰水中，發(fā)現(xiàn)有大量的淡黃色固體析出，待沉淀析出完全后，進(jìn)行過(guò)濾操作，其中濾餅需先用正己烷洗滌兩次后，再用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，收集濾餅，使之在空氣中干燥，得產(chǎn)物米黃色固體1,5-二氟-2,4-二硝基苯193.95g，收率為95.1％，純度98.2％。
下面為實(shí)施例制得1,5-二氟-2,4-二硝基苯的產(chǎn)物表征數(shù)據(jù)：
1H NMR(300MHz,DMSO-d6)δppm:8.286-8.234(m,1H),7.539-7.465(m,1H).13CNMR(75MHz,DMSO-d6)δppm:156.605-160.439(m,1C),133.705,125.456,110.784-110.073(m,2C).元素分析C6H2F2N2O4(204.09)，實(shí)測(cè)值為：C 35.27、H 0.98、F18.59、N 13.71；理論值：C 35.31、H 0.99、F 18.62、N 13.73、O 31.36。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：加入的濃硫酸的量為440mL，此時(shí)濃硫酸的量與濃硝酸的量的體積比為2：1，其他步驟和實(shí)施1相同，收率達(dá)到了94.5％，純度為98.0％
實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：加入的濃硫酸的量為145mL，此時(shí)濃硫酸的量與濃硝酸的量的體積比為2：3，其他步驟和實(shí)施1相同，收率達(dá)到了91.3％，純度為96.8％。
實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：加入的濃硝酸與間二氟苯的物質(zhì)的量之比為6:1，即濃硝酸的量為265mL，其他步驟和實(shí)施1相同，收率達(dá)到了，純度為95.7％，純度為98.2％。
實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：加入的濃硝酸與間二氟苯的物質(zhì)的量之比為4:1，即濃硝酸的量為176mL，其他步驟和實(shí)施1相同，收率達(dá)到了89.4％，純度為95.7％。
實(shí)施例6
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：加入的濃硝酸與間二氟苯的物質(zhì)的量之比為3:1，即濃硝酸的量為132mL，其他步驟和實(shí)施1相同，由于硝酸和硫酸的量較少，反應(yīng)不完全，收率只有84.8％，純度為93.1％。
實(shí)施例7
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：滴加完畢后，保持在0℃下的反應(yīng)時(shí)間為2h，此時(shí)收率為87.7％，純度為96.6％。
實(shí)施例8
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：滴加完畢后，保持在0℃下的反應(yīng)時(shí)間為4h，此時(shí)收率達(dá)到了94.5％，純度達(dá)到了98.9％。
實(shí)施例9
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：升溫后控制反應(yīng)溫度為40℃，此時(shí)收率達(dá)到了95.0％，純度為97.8％。
實(shí)施例10
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：升溫后控制反應(yīng)溫度為55℃，此時(shí)收率達(dá)到了94.7％，純度為97.2％。
實(shí)施例11
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：升溫后控制反應(yīng)溫度為70℃，此時(shí)收率達(dá)到了94.0％，純度為97.1％。
實(shí)施例12
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，用于洗滌濾餅的溶劑為石油醚，此時(shí)收率為92.7％，純度為97.8％。
實(shí)施例1-12的結(jié)果見(jiàn)表
雖然以上結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)的描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍不受這些具體施例的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。因此，所有的這些修改和實(shí)施方式都在本申請(qǐng)所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。