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，由于其結(jié)構(gòu)中含有兩個硝基和兩個氟基，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)上的運用。已經(jīng)報道的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)時間也比較長，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，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，然后加入過量的無水氟化鉀在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％時即可終止反應(yīng)，過濾并用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)過程中一旦有水存在，產(chǎn)物就會分解。此外，整個后處理過程相對較為繁瑣，尤其是需要對高沸點的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。
Gong等在Organic Letters,14(10):2504-2507,2012中報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。前者操作簡單，而后者則需要進(jìn)行多次的萃取來監(jiān)測反應(yīng)的進(jìn)行。但是，這兩種方法均會產(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)晶操作來提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的發(fā)明者們開發(fā)出一條易于工業(yè)化、原料廉價易得、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，主要包括以下實驗步驟：
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，在滴加過程中控制反應(yīng)溫度不超過10℃，滴加完畢后，將體系維持在冰浴中繼續(xù)攪拌一段時間，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，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)明相對于現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著優(yōu)點如下：
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點：1、該工藝簡單且整個流程較短、反應(yīng)的條件比較溫和；通過選取恰當(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)時間來提高產(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98％；原料廉價易得，生產(chǎn)成本低，能夠應(yīng)用于下一步的工業(yè)化生產(chǎn)。
具體的實施方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不受限于下述實施例。
實施例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(滴加過程中體系的溫度不超過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)測反應(yīng)，其中展開劑為乙酸乙酯：石油醚＝1：20，此時Rf＝0.6，觀察到該反應(yīng)在20h后原料點消失，此時反應(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)，實測值為：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。
實施例2
本實施例與實施例1不同之處在于：加入的濃硫酸的量為440mL，此時濃硫酸的量與濃硝酸的量的體積比為2：1，其他步驟和實施1相同，收率達(dá)到了94.5％，純度為98.0％
實施例3
本實施例與實施例1不同之處在于：加入的濃硫酸的量為145mL，此時濃硫酸的量與濃硝酸的量的體積比為2：3，其他步驟和實施1相同，收率達(dá)到了91.3％，純度為96.8％。
實施例4
本實施例與實施例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，其他步驟和實施1相同，收率達(dá)到了，純度為95.7％，純度為98.2％。
實施例5
本實施例與實施例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，其他步驟和實施1相同，收率達(dá)到了89.4％，純度為95.7％。
實施例6
本實施例與實施例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％。
實施例7
本實施例與實施例1不同之處在于：滴加完畢后，保持在0℃下的反應(yīng)時間為2h，此時收率為87.7％，純度為96.6％。
實施例8
本實施例與實施例1不同之處在于：滴加完畢后，保持在0℃下的反應(yīng)時間為4h，此時收率達(dá)到了94.5％，純度達(dá)到了98.9％。
實施例9
本實施例與實施例1不同之處在于：升溫后控制反應(yīng)溫度為40℃，此時收率達(dá)到了95.0％，純度為97.8％。
實施例10
本實施例與實施例1不同之處在于：升溫后控制反應(yīng)溫度為55℃，此時收率達(dá)到了94.7％，純度為97.2％。
實施例11
本實施例與實施例1不同之處在于：升溫后控制反應(yīng)溫度為70℃，此時收率達(dá)到了94.0％，純度為97.1％。
實施例12
本實施例與實施例1不同之處在于，用于洗滌濾餅的溶劑為石油醚，此時收率為92.7％，純度為97.8％。
實施例1-12的結(jié)果見表
雖然以上結(jié)合具體實施例詳細(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)計出很多其他的修改和實施方式而不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。因此，所有的這些修改和實施方式都在本申請所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。