一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法

摘要

本发明公开了一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，涉及有机合成技术领域，使用球形γ‑Al2O3颗粒为固体酸催化剂并装填于反应装置内，以2,4‑二氯‑氟苯为原料，在固体酸催化下与乙酰氯反应生成2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮。该方法工艺操作简单，将催化剂用量大幅度降低，同时容易将产物和催化剂分离，还可以实现催化剂重复使用，大幅度降低生产成本，减少废水和废盐生成，环境友好，产品收率可达90%以上。

权利要求

1.一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于包括以下步骤：A：取球形γ‑Al2O3颗粒于120℃、氮气环境下烘干至恒重去除水分，烘干后的球形γ‑Al2O3颗粒装填在管式反应器内，密封管式反应器后进行氮气置换，并对管式反应器进行预热；

B：混合容器中加入2,4‑二氯氟苯，然后向内滴加乙酰氯，滴加完成后再持续搅拌混合

30min，得原料混合物；

C：将原料混合物泵入管式反应器中，原料混合物在管式反应器内升温并汽化，气态的原料混合物进入反应管中与催化剂接触后进行反应，将反应后气态产物冷却至60℃以下，得到的液态料液和未液化酸性尾气排出管式反应器，经气液分离后得到的液态产物即为产物料液；

D：将产物料液在50℃下水洗至中性，分液后取中性有机相料液进行精馏，常压下精馏分离收集温度区间为163～165℃的馏份即为2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮。

2.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤A中球形γ‑Al2O3颗粒的粒径为管式反应器内径的1/10。

3.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤A中装填在管式反应器的球形γ‑Al2O3颗粒体积为管式反应器内部容积的76.76%～88.01%。

4.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤A中管式反应器的预热温度为200℃～210℃。

5.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤B中

2,4‑二氯氟苯与乙酰氯的摩尔比为1:1～1.05。

6.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤B中乙酰氯的滴加速度为1mL/min。

7.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤C中‑1原料混合物的泵入速度为0.8mL/min～1.2mL/min，反应器空速为0.74～1.11h 。

8.如权利要求1所述的一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，其特征在于：步骤C中反应温度控制在200℃～210℃。

说明书

一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法。

背景技术

[0002] 2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮，即氟氯苯乙酮是光谱抗菌药盐酸环丙沙星的中间体，盐酸环丙沙星是1983年德国拜耳公司开发的喹诺酮类抗菌药物,由于该药具有独特的抗菌作用因而倍受人们青睐,同时也促使了盐酸环丙沙星的快速发展。早期氟氯苯乙酮的合成方法和工艺是以合成氟氯苯甲酸的中间步骤提出的。目前广泛采用的路线是以邻二氯苯或间二氯苯为原料，经硝化、氟化、氯化后制得二氯氟苯，再经Friedel‑Crafts酰基化得到2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮。

[0003] 氟氯苯乙酮的合成方法Friedel‑Crafts酰基化反应是制备芳香酮类的重要的方法之一,该反应具有不发生重排、产物单一、产率高等优点,因而成为制备芳酮的主要方法。传统工业上采用最多的是以AlCl3为催化剂，但是由于酮产物会与AlCl3形成强络合物，导致催化剂用量大、催化剂难以回收利用以及过程中酸性物质腐蚀性强导致设备成本增加等问题，并且络合后的催化剂还失去了对反应的催化能力，只能通过水解方式除去，这样不仅导致生成了难以处理的大量金属盐废物，还造成催化剂不能重复利用、生产成本增加。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，固体酸催化剂易于与产物分离、可多次利用、对设备腐蚀少，反应“三废”少，降低了生产成本。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

[0006] 一种固体酸催化合成氟氯苯乙酮的方法，包括以下步骤：

[0007] A：取球形γ‑Al2O3颗粒于120℃、氮气环境下烘干至恒重去除水分，烘干后的球形γ‑Al2O3颗粒装填在管式反应器内，密封管式反应器后进行氮气置换，并对管式反应器进行预热；

[0008] B：混合容器中加入2,4‑二氯氟苯，然后向内滴加乙酰氯，滴加完成后再持续搅拌混合30min，得原料混合物；

[0009] C：将原料混合物泵入管式反应器中，原料混合物在管式反应器内升温并汽化，气态的原料混合物进入反应管中与催化剂接触后进行反应，将反应后气态产物冷却至60℃以下，得到的液态料液和未液化酸性尾气排出管式反应器，经气液分离后得到的液态产物即为产物料液；

[0010] D：将产物料液在50℃下水洗至中性，分液后取中性有机相料液进行精馏，常压下精馏分离收集温度区间为163～165℃的馏份即为2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮。

[0011] 优选的，步骤A中球形γ‑Al2O3颗粒的粒径为管式反应器内径的1/10。

[0012] 优选的，步骤A中装填在管式反应器的球形γ‑Al2O3颗粒体积为管式反应器内部容积的76.76%～88.01%。

[0013] 优选的，步骤A中管式反应器的预热温度为200℃～210℃。

[0014] 优选的，步骤B中2,4‑二氯氟苯与乙酰氯的摩尔比为1:1～1.05。

[0015] 优选的，步骤B中乙酰氯的滴加速度为1mL/min。

[0016] 优选的，步骤C中原料混合物的泵入速度为0.8mL/min～1.2mL/min，反应器空速为‑10.74～1.11h 。

[0017] 优选的，步骤C中反应温度控制在200℃～210℃。

[0018] 本发明的工艺路线为：

[0019]

[0020] 由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

[0021] 1、使用固体酸催化剂γ‑Al2O3催化反应进行，由于反应后料液与催化剂颗粒容易分离，产品的纯度高。

[0022] 2、固体酸催化剂γ‑Al2O3可以经再生后重复利用，节约了成本。

[0023] 3、反应中酮产物不会与固体酸催化剂γ‑Al2O3络合，催化剂用量小。

[0024] 4、该方法所用原料易得，安全性更高，工艺操作简单，且傅克反应中成本占比最高的催化剂成本大幅度降低，大大降低了生产成本。

[0025] 5、本发明的反应产物只有氟氯苯乙酮和氯化氢，环境友好。

[0026] 6、本发明的收率高，达到90%以上。

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例，进一步阐述本发明。

[0028] 实施例1

[0029] 在120℃、氮气环境下把粒径为1mm的球形γ‑Al2O3颗粒烘干至恒重，取44g烘干的球形γ‑Al2O3颗粒装填在管式反应器中，本实施例的管式反应器内径10mm，长度1000mm，内部容积约78.54ml，将管内颗粒震实后固定管式反应器在支架上，管式反应器的上口连接原料泵送管路和氮气管路，并在管式反应器下口连接冷却装置和气液分离装置，通入氮气置换装置内空气，使其中无水无氧后开启管式器的加热使管内温度达到210℃；

[0030] 取2,4‑二氯氟苯165g（1mol）加入四口瓶中，搅拌下缓慢滴加乙酰氯78.5g（1mol），控制滴加乙酰氯速度为1mL/min，滴加完成后搅拌30min，得原料混合物；

[0031] 使用物料泵将原料混合物从管式反应器上口泵入，控制泵入速度为1mL/min，通过物料管路对物料进行加热，快速升温物料至210℃并汽化物料，反应中关注反应管内温度变化，适当调整温度控制管内温度210℃，维持温度直到全部料液泵入反应器，反应后气态混合产物排出反应器，冷却至50℃后产物液化与尾气分离，气液分离后液态产物即为产物料液；

[0032] 将以上反应到得到产物料液在50℃下用水漂洗至中性，收集中性有机相料液进行精馏，常压下精馏收集163～165℃温度区间馏分，得产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮，重量为186.82g，摩尔收率90.15%，气相检测纯度为99.90%。

[0033] 实施例2

[0034] 本实施方法和实施例1不同的是球形γ‑Al2O3颗粒的粒径为0.5mm，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为156.83g，摩尔收率75.32%，气相检测纯度为99.43%。

[0035] 实施例3

[0036] 本实施方法和实施例1不同的是球形γ‑Al2O3颗粒的粒径为3mm，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为183.38g，摩尔收率88.40%，气相检测纯度为99.80%。

[0037] 实施例4

[0038] 本实施方法和实施例1不同的是催化剂球形γ‑Al2O3颗粒的装填量为38g，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为174.80g，摩尔收率84.35%，气相检测纯度为99.90%。

[0039] 实施例5

[0040] 本实施方法和实施例1不同的是催化剂球形γ‑Al2O3颗粒的装填量为41g，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为186.72g，摩尔收率90.10%，气相检测纯度为99.90%。

[0041] 实施例6

[0042] 本实施方法和实施例1不同的是催化剂球形γ‑Al2O3颗粒的装填量为47g，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为186.80g，摩尔收率90.14%，气相检测纯度为99.90%。

[0043] 实施例7

[0044] 本实施方法和实施例1不同的是催化剂球形γ‑Al2O3颗粒的装填量为50g，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为178.93g，摩尔收率86.33%，气相检测纯度为99.89%。

[0045] 实施例8

[0046] 本实施方法和实施例1不同的是乙酰氯用量为74.575g（0.95mol），其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为168.03g，摩尔收率80.92%，气相检测纯度为99.70%。

[0047] 实施例9

[0048] 本实施方法和实施例1不同的是乙酰氯用量为82.425g（1.05mol），其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为186.80g，摩尔收率90.14%，气相检测纯度为99.90%。

[0049] 实施例10

[0050] 本实施方法和实施例1不同的是乙酰氯用量为86.35g（1.1mol），其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为187.50g，摩尔收率90.15%，气相检测纯度为99.54%。

[0051] 实施例11

[0052] 本实施方法和实施例1不同的是原料混合物的泵入速度为0.8mL/min，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为186.84g，摩尔收率90.15%，气相检测纯度为99.89%。

[0053] 实施例12

[0054] 本实施方法和实施例1不同的是原料混合物的泵入速度为1.2mL/min，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为186.86g，摩尔收率90.14%，气相检测纯度为99.87%。

[0055] 实施例13

[0056] 本实施方法和实施例1不同的是原料混合物的泵入速度为1.4mL/min，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为189.05g，摩尔收率87.39%，气相检测纯度为95.70%。

[0057] 实施例14

[0058] 本实施方法和实施例1不同的是管式反应器中反应温度为190℃，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为168.57g，摩尔收率81.34%，气相检测纯度为99.90%。

[0059] 实施例15

[0060] 本实施方法和实施例1不同的是管式反应器中反应温度为200℃，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为186.88g，摩尔收率90.15%，气相检测纯度为99.87%。

[0061] 实施例16

[0062] 本实施方法和实施例1不同的是管式反应器中反应温度为220℃，其他步骤相同，得到产品2,4‑二氯‑5‑氟苯乙酮的重量为192.24g，摩尔收率90.10%，气相检测纯度为97.03%。

[0063] 上述各实施例的数据汇总如下：

[0064]

[0065] 由实例1/2/3可知，催化剂粒径和管式反应器内径会共同影响催化剂的装填密度，对于所使用的球形γ‑Al2O3颗粒催化剂的粒径不能过大或过小，结合实验发现在管式反应器内径确定的情况下，过小粒径催化剂颗粒在装填时过于紧密导致物料通过困难，会使部分物料被持续加热而变质导致反应收率降低，而粒径过大会使装填时空隙过大催化效果变差，会降低氟氯苯乙酮的收率，在管式反应器内径10mm时，最适宜的球形γ‑Al2O3颗粒催化剂的粒径为1mm；

[0066] 由实例1/4/5/6/7可知，催化剂体积为管式反应器内部容积的76.76%～88.01%，对应的球形γ‑Al2O3颗粒催化剂的装填量为41～47g，催化剂体积为60.29～69.12mL，催化剂用量过小时反应催化不明显导致反应收率降低，而当催化剂投量过大时可能会导致底物过度反应生成更多副产物，综合产物纯度和收率考虑，催化剂填装体积占管式反应器内部容积的76.76%～88.01%是合适的；

[0067] 由实例1/8/9/10可知，乙酰氯的用量提高后反应的收率也提高，如果加入过量乙酰氯则会导致产物纯度降低，在乙酰氯用量不满足反应所需时反应的收率相应的降低，最适宜的乙酰氯用量与2,4‑二氯氟苯的摩尔比为1～1.05：1；

[0068] 由实例1/11/12/13可知，进行反应时原料混合物的泵入速度应当为0.8～1.2mL/min，如果泵入物料速度过快会使反应不充分，反应的收率降低、选择性降低，同时如果反应时物料泵入速度过低，则完成反应时间会延长，同时有可能使原料在反应管中停留时间过长导致副反应发生，综合考虑最适宜的滴加速度为0.8～1.2mL/min；

[0069] 由实例1/14/15/16可知，对于管式反应器内反应的温度，发现当温度为220℃时产物的纯度降低，副产物增多，当温度为190℃时由于温度低反应速率过慢，导致反应的收率降低，综合考虑反应的最适宜温度为200～210℃。

[0070] 应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。