Способ получения фторсодержащих анилинов

 

Изобретение относится к получению фторсодержащих анилинов общей формулы NH₂-C₆X₁X₂X₃X₄X₅, где X₁, X₂, X₃, X₄, X₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере один из них является атомом фтора, а другой - атомом водорода. Способ осуществляют путем первоначального замещения атома фтора в бензольном кольце полифторированного бензотрифторида на аминогруппу под действием аминирующего агента с образованием фторсодержащего аминобензотрифторида, в котором проводят замену трифторметильной группы на водород при нагревании его в среде минеральной кислоты. В качестве исходного вещества берут полифторированный бензотрифторид общей формулы CF₃-C₆Z₁Z₂Z₃Z₄Z₅, где Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере два из них являются атомами фтора. В качестве аминирующего агента используют аммиак или аммиак в среде растворителя. Процесс проводят в автоклаве при температуре 40-140^oС. Технический результат: снижение экономических показателей процесса, расширение ассортимента целевых фторсодержащих анилинов. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии получения фторсодержащих анилинов общей формулы: NH₂-C₆Х₁Х₂Х₃Х₄Х₅, где заместители Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере один из них является атомом фтора, а другой - атомом водорода. Указанные анилины широко используются в качестве промежуточных продуктов в синтезе лекарственных препаратов, средств защиты растений и материалов для новой техники.

Уровень техники Известны способы получения фторсодержащих анилинов путем нуклеофильного замещения атома фтора в соответствующих полифторбензолах аммиаком. Реакции проводят в автоклавах при высоких температурах (выше 150^oС) и повышенном давлении (G. Brooke, J.Burdon, M.Stacey, J.Tatloow//J.Chem. Soc., 1960, p. 1768).

Признаки, являющиеся общими для известных и заявленного способов, заключаются в обработке исходного вещества аммиаком.

Причина, препятствующая получению в известных способах требуемого технического результата, заключается в том, что реакцию аминирования вследствие недостаточной активности субстратов проводят в жестких условиях, а именно, при повышенных температурах и высоком давлении, что приводит к образованию побочных продуктов (R.G.Pews, J.A.Gall // J.Fluorine Chem., 1991, 53, р.379) и ограничивает возможности технологического использования этих методов. Кроме того, другим существенным недостатком указанных способов является труднодоступность исходных полифторбензолов.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ получения смеси 2,6-дихлор-3,5-дифторанилина и 2,4-дихлор-3,5-дифторанилина путем гидролиза и последующего декарбоксилирования в среде минеральной кислоты смеси 4-амино-3,5-дихлор-2,6-дифторбензонитрила и 2-амино-3,5-дихлор-4,6-дифторбензонитрила. Последние получены в результате реакции аминирования 3,5-дихлор-2,4,6-трифторбензонитрила в ацетонитриле (описан в патенте США 5399767, кл. С 07 С 209/74, 21 марта 1995 г.).

Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного способов, заключаются в нагревании исходных субстратов в среде минеральной кислоты.

Причина, препятствующая получению в известном способе требуемого технического результата, заключается в том, что в результате реакции гидролиза в среде минеральной кислоты образуется трудноразделимая смесь двух изомерных полифторанилинов из-за отсутствия селективности при аминировании 3,5-дихлор-2,4,6-трифторбензонитрила. Другой причиной, ограничивающей технологические возможности известного способа, является трудность получения исходных галогенированных бензонитрилов с отличными от атома фтора заместителями, такими как атомы хлора, брома, йода или водорода.

Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в удешевлении и универсализации технологии получения фторсодержащих анилинов, а также расширении номенклатуры последних путем преодоления недостатков известных способов.

Технический результат, способствующий решению указанной выше задачи, заключается в использовании в качестве исходных соединений полифторированных бензотрифторидов общей формулы: CF₃-C₆Z₁Z₂Z₃Z₄Z₅, где Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем хотя бы два из них являются атомами фтора, которые легко получаются в результате реакции обменного фторирования, соответствующих полихлорированных бензотрифторидов с фторидом калия (И.П. Коленко, Б.Н.Лундин и др. // ЖОХ, 1967, вып.7, с.1686; R.G.Pews, J.A.Gall // J.Fluorine Chem., 1990, 50, p. 365. При этом, в отличие от других субстратов, используемых в реакции обменного фторирования, в данном случае можно последовательно вводить с высокой региоселективностью один, два, три, четыре или пять атомов фтора. Кроме того, направленное гидродегалогенирование полифторированных бензотрифторидов с использованием широко известных реагентов (Zn, H₂/Pd/C, гидразин) позволяет еще более расширить перечень исходных соединений и обеспечивает универсальность способа.

Технический результат достигается тем, что в способе получения фторсодержащих анилинов общей формулы NH₂-C₆X₁Х₂Х₃Х₄Х₅, где X₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере один из них является атомом фтора, а другой - атомом водорода, в качестве исходного вещества берут полифторированный бензотрифторид общей формулы CF₃-C₆Z₁Z₂Z₃Z₄Z₅,
где Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере два из них являются атомами фтора, при этом осуществляют первоначальное замещение атома фтора в бензольном кольце указанного полифторированного бензотрифторида на аминогруппу под действием аминирующего агента с образованием фторсодержащего аминобензотрифторида, в котором затем проводят замену трифторметильной группы на водород при нагревании его в среде минеральной кислоты, после чего выделяют целевой продукт из реакционной массы.

Технический результат также достигается тем, что в качестве аминирующего агента используют аммиак, а процесс проводят в автоклаве при температурах 0-140^oС.

Технический результат также достигается тем, что в качестве аминирующего агента используют аммиак в среде растворителя, в качестве которого используют либо воду, либо спирты с числом атомов углерода не более 5, либо простые эфиры.

Технический результат также достигается тем, что замещение атома фтора в бензольном кольце полифторированного бензотрифторида на аминогруппу осуществляют в присутствии катализатора межфазного переноса, в качестве которого используют либо четвертичные аммониевые соли, либо четвертичные фосфониевые соли, либо краун-эфиры, либо галогениды тетракис(диалкиламино)фосфония, либо галогениды N, N',N"-гексаалкилзамещенного гуанидиния, взятые в концентрации от 0,1 до 30 мольн. % от исходного полифторированного бензотрифторида.

Технический результат также достигается тем, что в качестве минеральной кислоты используют либо серную кислоту, либо олеум, либо фосфорную кислоту, либо полифосфорную кислоту, либо хлорсульфоновую кислоту, либо фторсульфоновую кислоту, либо их смеси, а нагревание проводят при температуре 50-200^oС.

Технический результат также достигается тем, что выделение целевого продукта проводят путем либо фильтрования, либо отгонки с паром после нейтрализации реакционной массы щелочным агентом, в качестве которого используют либо соду, либо поташ, либо гидроокись натрия, калия или кальция, либо аммиак, либо водные растворы указанных щелочных агентов.

Новые (относительно прототипа) признаки заявленного способа заключаются в использовании в качестве исходного вещества полифторированного бензотрифторида, что позволяет проводить региоселективное аминирование в указанных условиях с образованием в качестве продукта фторсодержащего аминобензотрифторида и выделять после нагревания последнего в среде минеральной кислоты чистый целевой фторсодержащий анилин.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
В качестве исходного соединения используют полифторированный бензотрифторид, полученный известными способами. Исходный бензотрифторид общей формулы:
CF₃-C₆Z₁Z₂Z₃Z₄Z₅,
где Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, может содержать два, три, четыре или пять атомов фтора наряду с атомами водорода и другими галогенами. В качестве примеров таких полифторированных бензотрифторидов можно привести следующие соединения: 3-хлор-4-фтор-бензотрифторид, 3,4-дифторбензотрифторид, 3,4,5-трифторбензотрифторид, 2,4,6-трифторбензотрифторид, 2,3,4-трифторбензотрифторид 3,5-дихлор-2,4,6-трифторбензотрифторид, 2,3,4,5-тетрафторбензотрифторид, 3-хлор-2,4,5,6-тетрафторбензотрифторид, 2,3,4,6-тетрафторбензотрифторид, 2,3,5,6-тетрафторбензотрифторид, 4-бром-2,3,5,6-тетрафторбензотрифторид, 2-бром-3,4,5,6-тетрафторбензотрифторид, 3-бром-2,4,5,6-тетрафторбензотрифторид, октафтортолуол. Приведенные соединения иллюстрируют возможный спектр исходных субстратов, но не исчерпывают его.

Данные полифторированные бензотрифториды аминируют в зависимости от их активности в указанных выше условиях с замещением одного атома фтора в орто- или пара- положении по отношению к трифторметильной группе. Преимущественно используют газообразный аммиак или его растворы в воде или спирте (метиловом, этиловом, изопропиловом) или простом эфире при температуре 40-60^oС и атмосферном или небольшом избыточном давлении (до 3 атм). В качестве катализаторов межфазного переноса можно использовать четвертичные аммониевые соли, четвертичные фосфониевые соли, краун-эфиры, галогениды тетракис(диалкиламино)фосфония, галогениды N,N',N"-гексаалкилзамещенного гуанидиния. Лучше применять бромид тетракис(диэтиламино)фосфония, хлорид гексаэтилгуанидиния или ТЭБАХ (хлорид триэтилбензиламмония). Использование или неиспользование растворителя или катализатора в данном случае не является критическим параметром.

Полученный таким образом фторсодержащий аминобензотрифторид без дополнительной очистки подвергают гидролизу и декарбоксилированию минеральной кислотой - серной (или олеумом), фосфорной, полифосфорной, хлорсульфоновой, фторсульфоновой, их смесями или концентрированными водными растворами при температуре 50-200^oС и атмосферном давлении. При этом происходит замена трифторметильной группы в полифторированном аминобензотрифториде на водород с образованием целевых полифторированных анилинов. Преимущественно используют раствор серной кислоты. Концентрация раствора не имеет решающего значения и обычно подбирается такой, чтобы температура кипения раствора была не ниже температуры реакции, т.е. 120-140^oС, реально обычно берется 85-100% кислота. Использование минеральной кислоты для проведения гидролиза и декарбоксилирования фторсодержащего аминобензотрифторида является существенным фактором для получения целевого анилина. Соотношение кислоты и аминобензотрифторида может быть от 1 до 10 мольных эквивалента, лучше использовать соотношение 2,5-3 мольных эквивалента.

Реакцию проводят до достижения полной конверсии исходного соединения. После нейтрализации реакционной массы щелочными агентами выделяют целевой продукт. Нейтрализацию можно проводить содой, поташем, растворами гидроокисей натрия, калия, кальция или аммиачной водой. Способ выделения готового продукта определяется его свойствами. Лучшие результаты получены при отгонке целевого продукта с паром из нейтрализованной реакционной массы, при этом достигается чистота полифторированного анилина выше 98,0%.

Следующие примеры подтверждают возможность осуществления способа согласно изобретения, но не исчерпывают его.

Пример 1. Получение 2,6-дихлор-3,5-дифторанилина.

Стадия А. Аминирование 3,5-дихлор-2,4,6-трифторбензотрифторида.

В колбу с эффективной мешалкой, обратным холодильником и газоподводящей трубкой помещают 1500 г (5,58 моль) 3,5-хлор-2,4,6-трифторбензотрифторида, 1500 мл метанола, 50 г тетракис(диэтиламино)фосфонийбромида и пропускают газообразный аммиак при атмосферном давлении и температуре 60^oС в течение 24 ч. После отмывки реакционной массы водой выделено 1420 г 4-амино-3,5-дихлор-2,6-дифторбензотрифторида, чистота по данным ГЖХ 97,5%. Выход 93%.

Стадия В. Гидролиз и декарбоксилирование 4-амино-3,5-дихлор-2,6-дифторбензотрифторида.

В металлический реактор с мешалкой и обратным холодильником помещают 266 г (0,97 моль) 4-амино-3,5-дихлор-2,6-дифторбензотрифторида, полученного на предыдущей стадии, 300 г (2,75 моль) 90% серной кислоты и смесь нагревают при перемешивании при температуре 140^oС 4 ч, при этом конверсия исходного аминобензотрифторида превышает 99%. Затем реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и нейтрализуют 20% раствором гидроокиси натрия до рН 9-10. Целевой продукт отгоняют с паром из нейтрализованного раствора. Получено 182 г (0,90 моль) 2,6-дихлор-3,5-дифторанилина с чистотой по данным ГЖХ 98,3%. Выход 92%.

Пример 2. Получение 2,3,5,6-тетрафторанилина.

Стадия А. Аминирование октафтортолуола.

В металлический реактор для работы под давлением, снабженный мешалкой, помещают 1700 г (7,20 моль) октафтортолуола и подают газообразный аммиак при температуре 65^oС под давлением до 3 атм в течение 24 ч. После отмывки реакционной массы водой получено 1620 г продукта, который по данным ГЖХ содержит 1,7% исходного октафтортолуола, 98,3% 4-амино-2,3,5,6-тетрафторбензотрифторида. Выход 95%.

Стадия В. Гидролиз и декарбоксилирование 4-амино-2,3,5,6-тетрафторбензотрифторида.

В металлический реактор с мешалкой и обратным холодильником помещают 1600 г (6,52 моль) 4-амино-2,3,5,6-тетрафторбензотрифторида, полученного на предыдущей стадии, 1800 г (17,6 моль) концентрированной серной кислоты и нагревают при температуре 128-135^oС в течение 4 ч до достижения конверсии 99,5%. Затем реакционную массу охлаждают, нейтрализуют 5 кг 30% раствора гидроокиси натрия и отгоняют с паром целевой продукт. Получено 1023 г (6,15 моль) 2,3,5,6-тетрафторанилина с чистотой 98,9%, другие изомеры тетрафторанилина отсутствуют. Выход 94%.

Пример 3. Получение 2,4,5-трифторанилина.

Стадия А. Аминирование 2,3,5,6-тетрафторбензотрифторида.

В металлический реактор с мешалкой для работы под давлением помещают 218 г (1,0 моль) 2,3,5,6-тетрафторбензотрифторида, 500 г 30% водного раствора аммиака и 20 г бромида гексаэтилгуанидиния. Нагревают смесь при перемешивании до температуры до 120^oС в течение 48 ч. После окончания выдержки реакционную массу охлаждают, промывают 5 л воды для удаления фторида аммония и получают 196 г продукта-сырца, содержащего по данным ГЖХ 28,4% исходного 2,3,5,6-тетрафторбензотрифторида и 71,2% 2-амино-3,5,6-трифторбензотрифторида. Целевое соединение выделяют разгонкой и получают 128 г 98% продукта, выход 56%.

Стадия В. Гидролиз и декарбоксилирование 2-амино-3,5,6-трифторбензотрифторида.

В металлический реактор с мешалкой и обратным холодильником помещают 108 г (0,5 моль) 2-амино-3,5,6-трифторбензотрифторида, полученного на предыдущей стадии, 150 г концентрированной серной кислоты и нагревают при температуре 135^oС в течение 6 ч. Затем реакционную массу охлаждают, нейтрализуют 20% раствора гидроокиси натрия и отгоняют с паром целевой продукт. Получают 63 г (0,49 моль) 2,4,5-тетрафторанилина с чистотой 98,1%, другие изомеры отсутствуют. Выход 84%.

Формула изобретения

1. Способ получения фторсодержащих анилинов общей формулы
NH₂-C₆X₁X₂X₃X₄X₅,
где X₁, X₂, X₃, X₄, X₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере один из них является атомом фтора, а другой атомом водорода, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества берут полифторированный бензотрифторид общей формулы
CF₃-C₆Z₁Z₂Z₃Z₄Z₅,
где Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅ являются атомами фтора, хлора, брома, йода или водорода, причем по крайней мере два из них являются атомами фтора, при этом осуществляют первоначальное замещение атома фтора в бензольном кольце указанного полифторированного бензотрифторида на аминогруппу под действием аминирующего агента с образованием фторсодержащего аминобензотрифторида, в котором затем проводят замену трифторметильной группы на водород при нагревании его в среде минеральной кислоты, после чего выделяют целевой продукт из реакционной массы.

2. Способ получения фторсодержащих анилинов по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминирующего агента используют аммиак, а процесс проводят в автоклаве при температуре 40÷140^oС.

3. Способ получения фторсодержащих анилинов по п.1, отличающийся тем, что в качестве аминирующего агента используют аммиак в среде растворителя, в качестве которого используют либо воду, либо спирты с числом атомов углерода не более 5, либо простые эфиры.

4. Способ получения фторсодержащих анилинов по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что замещение атома фтора в бензольном кольце полифторированного бензотрифторида на аминогруппу осуществляют в присутствии катализатора межфазного переноса, в качестве которого используют либо четвертичные аммониевые соли, либо четвертичные фосфониевые соли, либо краун-эфиры, либо галогениды тетракис(диалкиламино)фосфония, либо галогениды N,N',N"-гексаалкилзамещенного гуанидиния, взятые в концентрации 0,1-30 мол.% от исходного полифторированного бензотрифторида.

5. Способ получения фторсодержащих анилинов по п.1, отличающийся тем, что выделение целевого продукта проводят путем либо фильтрования, либо отгонки с паром после нейтрализации реакционной массы щелочным агентом, в качестве которого используют либо соду, либо поташ, либо гидроокись натрия, калия или кальция, либо аммиак, либо водные растворы указанных щелочных агентов.