技术领域
本发明涉及有机氟化合物的合成方法，具体是关于间-三氟甲基 苯乙腈的合成方法。
背景技术
间-三氟甲基苯乙腈属于一种氟化芳香族化工产品。在农药合成 领域，可以用于制备除草剂；在医药生产领域，可以用于合成抗菌药、 减肥药和冠状血管扩张药。
已有技术报道，主要有以下几种间-三氟甲基苯乙腈的合成方法。
1979年，美国The Dow Chemical Company专利US 4,144,265报 道的间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，是以三氟甲基苯、氯甲基甲醚 和氯磺酸作原料，制备间-三氟甲基氯甲基苯，再在季胺盐作用下， 将间-三氟甲基氯甲基苯与氰化钠水溶液反应，制得间-三氟甲基苯乙 腈。由于氯甲基甲醚沸点低，易挥发，有刺激性臭，是强烈的致癌物 质，属于我国颁布的工业生产禁止使用的产品，所以不适宜于大生产。
1989年，Degussa Aktiengesellschaft公开的德国专利3,717,434 报道的间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，是在600℃～700℃高温下， 用三氟甲基苯与氯氰(ClCN)气体反应，直接制得间-三氟甲基苯乙腈。 虽然一步法反应可以缩短工艺流程，但是剧毒的氯氰需要当场合成， 更为不利于生产的是600～700℃的高温条件。
1990年，美国Chevron Research Company专利US4,966,988报 道的间-三氟甲基苯乙腈的合成方法，是以间二甲苯为原料，在吡啶 溶剂中，通氯气，生成α，α，α-三氯间二甲苯；再把α，α，α-三氯间 二甲苯置于四氯乙烯中，在季胺盐和氢氧化钾水溶液作用下，与六氯 乙烷反应，生成α，α，α，α’-四氯间二甲苯；用α，α，α，α’-四氯间二 甲苯与氟化氢(HF)气体进行氟化反应，生成间-三氟甲基氯甲基苯； 最后，将间-三氟甲基氯甲基苯置于乙腈溶剂中，在季胺盐存在下， 与氰化钠水溶液反应，才制得间-三氟甲基苯乙腈。该合成工艺流程 太长，而且要使用大量有毒有害的化学溶剂，造成很大的环境污染， 显然是不适宜于工业生产。因此，人们要寻找一种新的间-三氟甲基 苯乙腈的工业化合成方法。
发明内容
本发明提供一种间-三氟甲基苯乙腈合成方法，包括二个步骤， 第一步氯甲基化反应，合成间-三氟甲基氯甲基苯；第二步氰化反应 生成间-三氟甲基苯乙腈。
二个步骤的反应式表示如下：
2.
第一步氯甲基化反应，是以三氟甲基苯、多聚甲醛和氯磺酸为原 料在催化剂无机酸存在下反应，生成间-三氟甲基氯甲基苯，原料的 摩尔比为三氟甲基苯∶多聚甲醛∶氯磺酸＝1∶1～1.7∶1～1.3。
添加无机酸作为催化剂，可以使多聚甲醛溶解于三氟甲基苯中， 增加分子间接触面积，加快反应速度；强酸性的存在，也可以使反应 中产生的酸性气体迅速逸出系统，减少副反应，提高反应收率。无机 酸一般选择硫酸，浓度范围为60～90％，无机酸的用量为三氟甲基苯 量的20～35％
三氟甲基苯、多聚甲醛和无机酸催化剂加入后，滴加氯磺酸，控 制物料温度在10～30℃之间，滴加结束后，于35℃～55℃反应1～2 小时，静止分层，除去酸水相，用水洗涤，并用浓度5～15％氢氧化 钠溶液中和至PH为6～7。然后，在真空度0.09～0.099MPa进行减 压蒸溜，收集50～55℃前馏分(为未反应的三氟甲基苯，可套用)。再 收集75～80℃馏分，即得到间-三氟甲基氯甲基苯，含量大于97％， 收率为65～67％(以三氟甲基苯计)。余留的料液可回收制备得作为付 产物的3，3’-二(三氟甲基)苯甲烷，回收量约为三氟甲基苯的15～20％。
第二步氰化反应是在相转移催化剂作用下，间-三氟甲基氯甲基 苯和氰化钠水溶液进行反应生成间-三氟甲基苯乙腈。反应中的间-三 氟甲基氯甲基苯和氰化钠的反应摩尔比为1∶1～1.5。在生产中，氰 化钠一般采用浓度为20～35％的水溶液为好，反应在45～60℃之间 反应10～16小时。
加入少量的相转移催化剂(如：四丁基溴化铵)，是为了使水相 与有机相油相充分接触反应，加快反应速度，但是，在主反应加快的 同时，付反应也会产生，一些杂质的生成则降低了反应收率，本发明 采用气相色谱分析进行质量跟踪，控制有机相杂质含量，使有机相杂 质含量低于3％。以提高反应产率。根据我们实验，杂质含量高于3％ 后，杂质会有一个突变地急剧发生过程。通过质量控制可以减弱和抑 制这个突变过程，一旦发现杂质产生速度加快则降低反应温度，使主、 付反应速度均减缓。因此，为了防止这个突变过程产生，我们严格控 制杂质含量低于3％。
相转移催化剂的添加量一般为间-三氟甲基氯甲基苯的1.0～1.5％ (重量)。
反应结束后，分层除去水相，用清水洗涤，进行减压蒸馏，得到 三氟甲基苯乙腈产物，总含量达99.1～99.5％，其中：间-三氟甲基苯 乙腈含量达94.4～94.6％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.5％以下，对- 三氟甲基苯乙腈含量为3.5％以下，反应收率为90～92％(以间-三氟甲 基氯甲基苯计)。
本发明涉及的间-三氟甲基苯乙腈合成工艺是以三氟甲基苯、多 聚甲醛和氯磺酸作原料，在硫酸催化剂的存在下，进行氯甲基化反应， 生成间-三氟甲基氯甲基苯，收率可达65-67％。然后，在季铵盐相转 移催化剂的存在下，用间-三氟甲基氯甲基苯与氰化钠水溶液进行氰 化反应，采用气相色谱分析跟踪，控制有机相杂质，使杂质含量低于 3％，制得的产品三氟甲基苯乙腈，总含量可达99.1～99.5％，其中间 -三氟甲基苯乙腈含量达94.4～94.6％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.5％ 以下，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.5％以下，第二步反应收率可达90～ 92％，二步反应总收率为59～62％。二步反应的收率和总收率都高于 已有技术的收率。
本发明间-三氟甲基苯乙腈合成方法，生产原料三氟甲基苯、甲 醛和氯磺酸等市场上均有出售，避免了使用氯甲基甲醚、氯氰等易挥 发的剧毒原料，也避免使用高温设备等苛刻条件。本发明方法在第一 步反应中添加硫酸催化剂，第二步反应中采用气相色谱分析控制有机 相杂质含量低于3％，这些工艺条件都使反应速度加快，提高了反应 收率。参见下面的合成实施例和比较例显示的结果，比较例的收率都 比合成实施例的收率低。例如实施例5显示，在第一步反应中不添加 硫酸的情况，虽然在40℃反应时间增加到12小时(实施例1是2小 时)，但是收率还是比实施例1的低。如果反应时间是2小时的话， 则收率更低。此外，第一步反应中生成的付产物3，3’-二(三氟甲基) 苯甲烷，也是一个有用的含氟芳香族化工产品，可以回收利用，这也 降低了生产成本。尤其使用的原料——多聚甲醛是固体颗粒，便于储 存和运输，生产操作简单，便于控制，该方法又具有反应收得率高、 生产成本低的特点，因此是一种适宜于工业化生产的合成方法。
具体实施方式
本发明通过下面的实施例作进一步阐述，但并不限制本发明的范 围。
实施例1 间-三氟甲基苯乙腈的合成
在反应锅内，加入100公斤85％硫酸、298公斤98％三氟甲基苯 (2.00kmol)和90公斤98％三聚甲醛(2.94kmol，熔点64-67℃)，于15 ℃～25℃下，滴加265公斤98％氯磺酸(2.23kmol)。滴加完毕后，在 40℃反应2小时，静止后分去酸水相，用清水洗二次，再用10％氢氧 化钠溶液中和至PH6，在真空度0.092MPa进行减压蒸溜，收集50～ 55℃前馏分三氟甲基苯110公斤，含量96％(可套用)，再在真空度 0.099MPa下收集75～80℃馏分，得到间-三氟甲基氯甲基苯170公斤， 含量97.5％，收率为66.73％(以三氟甲基苯计)。余留液可制得3，3’- 二(三氟甲基)苯甲烷28公斤。
在反应锅内，加入制得的170公斤97.5％间-三氟甲基氯甲基苯 (0.85kmol)、165公斤33％氰化钠水溶液(1.11kmol)和2公斤四丁基溴 化铵进行氰化反应，在45℃反应12小时，用气相色谱分析进行质量 跟踪，控制有机相杂质小于3％，分去水相，用清水洗二次，在真空 度0.099MPa下减压蒸馏，收集94～97℃馏分，得到三氟甲基苯乙腈 产品153公斤，总含量达99.5％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达 94.6％，邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.5％，对-三氟甲基苯乙腈含量为 3.4％，反应收率为91.81％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
总收率为61.26％。
产物间-三氟甲基苯乙腈的光谱分析如下：
红外吸收光谱特征频率(cm-1)：2254，1600，1495，1454，1336
该红外光谱图中各官能团吸收峰与标准谱图(Aldrich F1，335-5)相 一致；
质谱分析：
质荷比(m/z) 116 185 159 166 186 89 165 117
吸收率(％RA) 100 42.84 26.66 15.42 12.59 11.31 10.23 9.83
该质谱图和标准图谱(Library Searched，C：\Database\NIST98.L) 相一致，
EI低分辨质谱分子离子峰为185，证明分子量＝185，
EI高分辨质谱证明分子式为C9H6F3N。
实施例2 间-三氟甲基苯乙腈的合成
在反应锅内，加入100公斤75％硫酸、298公斤98％三氟甲基苯 (2.00kmol)和90公斤98％多聚甲醛(2.94kmol，熔点121-123℃)，于15 ℃～25℃下，滴加265公斤98％氯磺酸(2.23kmol)。滴加完毕后，在 55℃反应1小时，静止后分去酸水相，用清水洗二次，再用10％氢氧 化钠溶液中和至PH6，在真空度0.092MPa进行减压蒸溜，收集50～ 55℃前馏分三氟甲基苯114公斤，含量96.5％(可套用)，再在真空度 0.099MPa下收集75～80℃馏分间-三氟甲基氯甲基苯164公斤，含量 97.1％，收率为65.7％(以三氟甲基苯计)。余留液可制得3，3’-二(三氟 甲基)苯甲烷29公斤。
在反应锅内，加入制得的164公斤97.1％间-三氟甲基氯甲基苯 (0.82kmol)、187公斤30％氰化钠水溶液(1.14kmol)和2公斤四丁基溴 化铵进行氰化反应，在55℃反应10小时，用气相色谱分析进行质量 跟踪，控制有机相杂质小于3％，分去水相，用清水洗二次，在真空 度0.099MPa下减压蒸馏，收集94～97℃馏分，得到三氟甲基苯乙腈 145公斤，总含量达99.1％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.4％， 邻-三氟甲基苯乙腈含量为1.4％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.3％， 反应收率为90.0％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
总收率为59.1％。
实施例3 与实施例1的第二步氰化反应相应的比较实施例
在反应锅内，加入170公斤97.5％间-三氟甲基氯甲基苯 (0.85kmols)、165公斤33％氰化钠水溶液(1.11kmols)和2公斤四丁基 溴化铵进行氰化反应，在45℃反应12小时，不进行质量跟踪，其有 机相杂质含量为5.5％，分去水相，用清水洗二次，在真空度0.099MPa 下减压蒸馏，收集94～97℃馏分，得到三氟甲基苯乙腈产品146公 斤，总含量达98.7％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.0％，邻-三 氟甲基苯乙腈含量为1.4％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.3％，反应收 率为87.05％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
实施例4 与实施例2的第二步氰化反应的相应的比较实施例
在反应锅内，加入164公斤97.1％间-三氟甲基氯甲基苯 (0.82kmol)、187公斤30％氰化钠水溶液(1.14kmol)和2公斤四丁基溴 化铵进行氰化反应，在55℃反应10小时，不进行质量跟踪，其有机 相杂质含量为10.1％，分去水相，用清水洗二次，在真空度0.099MPa 下减压蒸馏，收集94～97℃馏分得到三氟甲基苯乙腈产品125公斤， 总含量达98.0％，其中间-三氟甲基苯乙腈含量达94.0％，邻-三氟甲 基苯乙腈含量为1.4％，对-三氟甲基苯乙腈含量为3.6％，反应收率为 77.38％(以间-三氟甲基氯甲基苯计)。
实施例5与实施例1的第一步氯甲基化反应相应的比较实施例
在反应锅内，加入298公斤98％三氟甲基苯(2.00kmol)和90公斤 98％三聚甲醛(2.94kmol)，于15℃～25℃下，滴加265公斤98％氯磺 酸(2.15kmol)。滴加完毕后，在40℃反应12小时，静止后分去酸水相， 用清水洗二次，再用10％氢氧化钠溶液中和至PH6，在真空度0.092MPa 下减压蒸馏，收集50～55℃前馏分三氟甲基苯111公斤，含量96.5％(可 套用)，再在真空度0.099MPa下减压蒸馏，收集75～80℃馏分，得到 间-三氟甲基氯甲基苯125公斤，含量97.5％，收率为50.74％(以三氟 甲基苯计)。