Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный атом углерода и анилиновую функциональную группу

Классы МПК:C07C209/74 галогенированием, гидрогалогенированием, дегалогенированием, дегидрогалогенированием
C07C17/20 атомов галогена другими атомами галогена
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):РОДИА ШИМИ (FR)
Приоритеты:
подача заявки:
2000-07-04
публикация патента:

Изобретение относится к получению алкилароматических соединений, включающих перфторированный алкильный радикал, которые используют для производства активных веществ в агрохимии. Соединения, включающие одновременно перфторированный атом углерода и анилиновую функциональную группу, получают из гомоциклического арилкарбамоилфторида, содержащего в своей молекуле по меньшей мере один пергалогенированный алифатический атом углерода, несущий преимущественно по меньшей мере 2 атома галогена, обменивающихся со фтором, путем его контактирования с фтористо-водородной кислотой и водой в жидкой фазе. Способ включает стадию контактирования вышеуказанного карбамоилфторида со фтористо-водородной кислотой при мольном отношении фтористо-водородной кислоты к карбамоилфториду в течение реакции, по меньшей мере равном 4, предпочтительно равном 5, причем вышеуказанное соотношение составляет не более 11. Добавление воды к реакционной смеси осуществляют после того, как остается только один атом галогена, обменивающийся с атомом фтора, причем добавление осуществляют при температуре в интервале от 10°С до 90°С. Предпочтительно карбамоилфторид получают in situ путем добавления изоцианата к жидкой фторводородной кислоте при температуре, равной не более 10°С. Процесс ведут непрерывно по меньшей мере в двух реакторах, причем в первом реакторе осуществляют реакцию обмена, а во втором – добавляют воду. Температуру поддерживают не более 40°С до момента, когда остается не более одного атома галогена на молекулу субстрата, подвергаемого реакции обмена со фтором. Технический результат – повышение выхода и качество конечного продукта с улучшением экономических показателей процесса. 8 з.п. ф-лы.

Объектом настоящего изобретения является способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный атом углерода и анилиновую функциональную группу, исходя из соответствующего карбамоилфторида или изоцианата, включающего атомы хлора вместо атомов фтора у перфорированного атома углерода.

Перфторированный атом углерода в этом случае представляет собой атом углерода алифатической природы, то есть он имеет гибридизацию sp3 .

Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу, в котором реакция обмена и гидролиза протекает в одной и той же реакционной среде (то есть без выделения промежуточных продуктов), в частности на основе фтористо-водородной кислоты, и часто в одном и том же реакторе.

В течение последнего времени и более точно в течение последнего десятиления соединения, содержащие перфторированный алифатический атом углерода, становятся все более и более важными в области агрохимии и фармации. Эти перфорированные продукты, чаще всего включающие перфторметильный радикал или перфторэтильный радикал, обладают физиологическими свойствами, которые делают включающие их молекулы особенно активными.

В этой связи было предложено большое количество способов, получения этих продуктов, в которых чаще всего фторирующим агентом является фторводородная кислота и исходным субстратом является изоцианат.

Такие способы описаны в частности в патенте фирмы Occidental Chemical Corporation № ЕР-А-129214 и в Европейском патенте фирмы способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный   атом углерода и анилиновую функциональную группу, патент № 2247107 Chimiques под номером 152310. Сравнительно недавно был опубликован Европейский патент фирмы Hoechst AG под номером 639556.

В этих документах описываются различные варианты обработки с использованием фтористо-водородной кислоты.

Согласно этому методу сначала осуществляют защиту аминогруппы с помощью изоцианатной группы, например, путем фосгенирования. Затем хлорируют обычно радикальным путем атом углерода, который на конечной стадии должен находиться в перфторированной форме. Полученное таким образом хлорированное соединение подвергают реакции обмена хлор/фтор в среде безводной жидкой фтористо-водородной кислоты.

На сегодняшний день исследованы два варианта: высвобождение амина путем нагревания в присутствии большого избытка фтористо-водородной (безводной) кислоты с целью получения фторфосгена гидролиз в среде фтористоводородной кислоты с помощью относительно незначительного количества воды.

Метод, использующий разложение карбамоилфторидов до фторфосгена, обладает определенным недостатком, заключающимся в том, что выделяется фторфосген, токсичность которого считается намного выше токсичности фосгена, который, как известно, использовали в качестве боевого отравляющего вещества во время первой мировой войны.

Другой недостаток этого метода состоит в высоком расходе фтористо-водородной кислоты, которая представляет собой относительно дорогостоящий реагент, поскольку его используют в большом избытке.

Другие методы, в частности те, в которых используют гидролиз in situ карбамоилфторида, приводят к выходам, которые далеко не являются удовлетворительными.

Эти незначительные выходы в значительной степени повышают себестоимость конечного продукта и, следовательно, ухудшают рентабельность операции в целом.

Кроме того, использование очень больших избытков фтористо-водородной кислоты требует дорогостоящей рециркуляции, а также последующей дегидратации, что также является чрезвычайно неблагоприятным в отношении себестоимости процесса.

Наконец, во время исследования, которое привело к настоящему изобретению, было показано, что если ароматическое ядро молекулы обеднено электронами, реакционноспособность карбамоилфторидов является очень высокой и приводит к многочисленным побочным продуктам, которые ухудшают эффективность превращения, то есть селективность превращения.

Таким образом, одной из целей настоящего изобретения является разработка способа получения анилина, включающего, кроме того, перфорированный атом углерода, исходя из соответствующего изоцианата или карбамоилфторида, который позволил бы достигать высоких выходов, то есть достигать выхода в процессе превращения (RT) по меньшей мере равным 75%, предпочтительно, по меньшей мере равном 80%, более предпочтительно не менее 90%.

Другой целью настоящего изобретения является разработка способа, указанного выше типа, который позволил бы достигать степени превращения (ТТ), по меньшей мере равной 80%, предпочтительно по меньшей мере равной 90%.

Следующей целью настоящего изобретения является разработка способа описанного выше типа, который позволил бы достигать выхода реакции продукта (RR=ТТ×RT) по меньшей мере равного 80%, предпочтительно по меньшей мере равного 90%.

Еще одной целью настоящего изобретения является разработка способа, описанного выше типа, который позволил бы достигать хорошего выхода при минимальном количестве фтористо-водородной кислоты.

Следующей целью настоящего изобретения является разработка способа описанного выше типа, который позволил бы исключить или по меньшей мере ограничить выделение фтор-фосгена.

Эти и другие цели, которые будут указаны впоследствии, достигают с помощью способа, состоящего в контактировании карбамоилфторида или изоцианата с фтористо-водородной кислотой в жидкой фазе и с водой, отличающегося тем, что мольное соотношение между карбамоилфторидом и фтористо-водородной кислотой (HF/субстрат) в течение всей продолжительности реакции поддерживают при значении, по меньшей мере равном примерно 4, преимущественно, по меньшей мере равном 4,0, предпочтительно 5, более предпочтительно 6, причем это соотношение преимущественно составляет не более примерно 11, предпочтительно 10, более предпочтительно 8.

В настоящем описании термин "примерно" используют для того, чтобы подчеркнуть тот факт, что значения, которые следуют за этим термином, соответствуют округленным математическим значением, в частности, что в отсутствие запятой, если цифра или цифры, находящиеся наиболее справа от числа, представляют собой нули, то эти нули являются нулями положения, а не значащими цифрами, разумеется, за исключением того случая, если это оговорено иначе.

Что касается обмена, то верхняя предельная величина соотношения важна только с экономической точки зрения. Однако эта низкая величина верхнего предела оказывает влияние на добавление воды, как это будет показано дальше.

Исследования, которые привели к настоящему изобретению, показали, что, начиная с мольного соотношения 4, фтористо-водородная кислота играет защитную роль в отношении вторичных реакций, в которых задействован карбамоилфторид. При соотношении ниже этих значений наблюдают значительное количество вторичных реакций, в частности образование биурета, реакцию образования тяжелых продуктов путем конденсации ацилгалогенида с ароматическим ядром, и т.д.

Следует указать, что требование, относящееся к мольному соотношению, равному 4 является жестким и, если оно находится ниже или во время реакции, оно снижается до значения ниже указанной величины, то следует снова добавить фтористо-водородную кислоту для поддерживания во время реакции этого соотношения выше 4.

Так, например, если во фтористо-водородную кислоту вводят карбамоилфторид в виде изоцианата и в нем имеются 3 атома хлора, обменивающиеся на фтор, то будет достаточным добавление жидкой фтористо-водородной кислоты в таком количестве, чтобы это значение поддерживалось в течение всей реакции. Это добавление можно осуществлять как в начале реакции, так как и по мере протекания реакции обмена. Первый вариант является наиболее простым.

Наиболее просто в описанном выше случае соблюдать общее мольное соотношение порядка 8, а именно 4, для обеспечения реакций обмена и присоединения к изоцианатной группе субстрата, и значение 4 для обеспечения хорошего соотношения между карбамоилфторидом и фтористо-водородной кислотой.

Согласно настоящему изобретению, и учитывая ограничения, обусловленные величиной ниже или равной примерно 20, мольное соотношения между карбамоилфторидом и фтористо-водородной кислотой (HF/субстрат), предпочтительно, чтобы добавление воды происходило только на определенных стадиях способа.

Если хотят ограничить количество воды в среде, то используемая фтористо-водородная кислота должна быть практически безводной. Однако можно предусматривать добавление воды в виде слегка гидратированной фтористо-водородной кислоты. Количества воды, предусматриваемое согласно дальнейшему описанию для осуществления гидролиза, включает возможное количество воды, присутствующее в качестве примеси во фтористо-водородной кислоте. Как правило, первоначально, перед стадией гидролиза используют фтористо-водородные кислоты, которые содержат воду в целом в количестве самое большее 0,1 QS (необходимое количество) (по отношению к гидролизу изоцианатной или карбамоилфторидной группы), преимущественно самое больше 0,05 QS, предпочтительно самое большее 0,02 QS.

Так, предпочтительно ожидать, что имеется самое большее один атом хлора, обмениваемый на атом фтора, для введения воды. Момент, в который начинают вводить воду, играет определенную роль в достижении конечного выхода (см. примеры 3 и 4, где наблюдают разницу в выходе примерно на 20%).

В самом деле, можно следить за реакцией по соляной кислоте, которая выделяется из среды, главным образом, когда используют чистую жидкую фтористоводородную кислоту и если остается только не более одного атома хлора, обмениваемого на атом фтора, можно начинать предусматриваемое добавление воды, которая будет участвовать в гидролизе карамоилфторида и в предотвращении выделения фторфосгена. В самом деле, в отсутствие воды происходит выделение фторфосгена тем больше, чем длительнее реакционная среда выдерживается при температурах выше 30°С, особенно выше 50°С. Следует напомнить, что фторфосген представляет собой очень агрессивный газ и очень нежелательную примесь в газообразных кислотах и особенно соляной кислоте.

Таким образом, введение воды оказывает двойное действие:

- на уровне протекания реакции, следует ждать, чтобы реакция обмена протекала как можно более полно для достижения максимального выхода;

- на уровне температуры, предпочтительно, чтобы введение воды происходило так, чтобы свести к минимуму время, в течение которого в отсутствии воды реакционная среда находится при температурах выше 50°С. Перед добавлением воды также предпочтительно, чтобы оставалось не более 0,5 и даже 0,2 обмениваемого атома хлора на молекулу.

В идеальном случае следует ждать, чтобы реакция обмена прошла полностью или почти полностью. Под полным или почти полным протеканием реакции понимают, что в качестве остаточного обмениваемого атома галогена имеется не более 0,02 атома хлора на молекулу субстрата; это соответствует тому, что в среде или в головной части реактора и в течение последующей четверти часа высвобождение галогенводородной кислоты в результате обмена со фтором более не обнаруживается обычными методами измерения. В качестве примера обычных методов измерения можно назвать измерение по изменению давления (например, в случае автогенного давления) или объема (например, в случае постоянного давления) или обычно по изменению продукта (PV) или же, наконец, по количественному анализу остаточного субстрата, не полностью подвершегося обмену, например, с помощью парофазной хроматографии (CPV).

Таким образом, на стадии обмена, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, субстрат, галогенированный более тяжелыми атомами галогенов, чем фтор, обычно хлорированный, подвергают реакции обмена при температуре, самое большее равной 50°С, преимущественно самое большее равной 40°С, предпочтительно при температуре самое большее равной 20°С, более предпочтительно при температуре ниже температуры кипения жидкой фтористоводородной кислоты, в течение времени, достаточного для достижения обмена, при котором остается только не более одного атома обмениваемого хлора на молекулу.

Желательно, чтобы эту первую стадию осуществляли при температуре, по меньшей мере равной -20°С, преимущественно при по меньшей мере -10°С, предпочтительно при по меньшей мере -5°С.

Таким образом, эту стадию осуществляют преимущественно при температуре в (замкнутом) интервале от -10°С до 40°С, преимущественно в (замкнутом) температурном интервале (то есть включающем предельные значения) от 0°С до 40°С, причем предпочтительно реакция заканчивается при температуре, выбираемой в пределах от 20°С до 40°С.

Как только осуществлен частичный обмен, после которого остается самое большее один атом обмениваемого хлора (однако, желательно, чтобы оставалось только не более 0,2, преимущественно не более 0,1, предпочтительно не более 0,02 атома хлора), после доведения, в случае необходимости, реакционной смеси до температуры в пределах от 30°С до 50°С, начинают добавлять воду, преимущественно постепенно, причем выделяющаяся за счет гидролиза теплота, в случае необходимости, в дополнение к наружному обогреву, в этот момент позволяет там повысит температуру и достичь температуры в интервале от примерно 70°С до примерно 100°С, обычно от 80°С до 90°С.

Если хотят максимально избежать выделения фторфосгена, то рекомендуется добавлять воду при низкой температуре. Таким образом, начинают добавлять воду при температуре самое большее равной 50°С, преимущественно, самое большее равной 30°С, предпочтительно при 25°С.

По окончании добавления воды реакционную смесь можно выдерживать в этой последней области температур до прекращения выделения диоксида углерода, однако рекомендуется выдерживать при температуре по меньшей мере равной 70°С, преимущественно по меньшей мере равной 80°С, предпочтительно по меньшей мере равной 90°С и самое большее равной примерно 150°С, преимущественно не более 130°С, предпочтительно не более 120°С. Продолжительность этой конечной стадии зависит от температуры этой стадии. Как правило, чем выше температура, тем более короткая продолжительность, которая позволяет завершать получение продукта. Для сведения, при температуре 100°С продолжительность от 5 до 8 часов позволяет достигать отличного выхода.

Согласно настоящему изобретению, при периодическом осуществлении способа принимают во внимание, что выделение диоксида углерода прекращается, когда в составе газа в головной части реактора доля диоксида углерода не повышается больше, чем на 1% (в абсолютном значении) в течение 1/4 часа; если работают при температуре 70°С, то следует увеличить продолжительность в два раза.

Хотя можно использовать более высокие количества воды (вплоть до 3, даже 5 эквивалентов, или QS), обычно используют самое большее примерно 2 эквивалента. Принимая во внимание тот факт, что присутствие воды может мешать операциям рециркуляции и/или возможной повторной обработки фтористо-водородной кислоты для получения безводной кислоты, используемое количество воды ограничивают и оно преимущественно составляет величину, 1-1,5-кратную стехиометрическому количеству, предпочтительно в 1,05-1,4 раза превышающую стехиометрическое количество, причем оптимальное значение составляет от 1,1 до 1,2.

Когда используют изоцианат в качестве исходного продукта, что является наиболее частым случаем, то его следует добавлять к фтористо-водородной кислоте: это позволяет лучше соблюдать низший предел соотношения HF/субстрат.

Для избежания любой нежелательной реакции очень важным является то, что реакцию образования карбамоилфторида путем взаимодействия фтористо-водородной кислоты с изоцианатом проводят путем добавления изоцианата к фтористо-водородной кислоте.

Это добавление осуществляют преимущественно при температуре ниже 10°С.

Специалист должен обратить внимание на то, что эта операция добавления изоцианата к фтористо-водородной кислоте обязательно связана с условием поддержания высокого соотношения между фтористо-водородной кислотой и изоцианатом. В самом деле, если осуществлять смешение в обратном порядке, то проходят через концентрации, при которых не соблюдается это условие.

Реакцию можно проводить под давлением и, в частности, при таком давлении, которое является автогенным для реакционной смеси. В самом деле, фтористо-водородная кислота имеет достаточно низкую температуру кипения для того, чтобы при температурах реакции, в зависимости от давления, она могла переходить частично или полностью в газовую фазу. Поэтому на стадиях (во временном смысле), где работают при температуре выше температуры кипения, вынуждены поддерживать более высокое давление, чем атмосферное.

Другое решение состоит в проведении реакции в присутствии растворителя. Можно использовать, в частности, ароматические растворители, особенно, обедненные электронами ароматические растворители, для того, чтобы избежать реакций между карбамоилфторидом и ароматическим ядром соединения-растворителя. Для этого типа разбавления хорошо пригодны галоген-ароматические соединения, такие, как различные моно-, ди- или трихлорбензолы.

Однако, интерес к использованию этих растворителей недостаточен для их систематического использования; к этому использованию проявляется значительный интерес только в перспективе последующей стадии.

Полярные апротонные растворители также могут приводить к хорошим результатам. Однако они не являются предпочтительными.

Если вкратце изложить указанное выше, то оптимальный периодический способ включает 3 фазы (во временном смысле), а именно:

фазу обмена при относительно низкой температуре (см. выше);

- фазу повышения температуры, на которой обычно осуществляют добавление воды (см. см. выше);

- конечную фазу при относительно высокой температуре (см. выше).

Таким образом, согласно особенно предпочтительному варианту осуществлению настоящего изобретения, способ включает:

а) добавление изоцианата или галогенида, преимущественно карбамоилфторида, к жидкой фтористоводородной кислоте, преимущественно,

если работают при атмосферном давлении при температуре, самое большее равной примерно 10°С (термин "примерно" указывает здесь, что речь идет о математическом округлении);

б) в случае необходимости, после осуществления добавления реакционную смесь постепенно доводят до температуры в пределах от комнатной (примерно 20°С) до примерно 40°С;

в) реакционную смесь выдерживают в интервале температур предыдущей стадии (а или б) в течение времени, достаточного для того, чтобы осталось лишь не более одного атома хлора, преимущественно, не более 0,1 атома хлора, обменивающегося со фтором;

г) реакционную смесь затем доводят до температуры выше 40°С, при этом постепенно добавляют воду. Эта вода вызывает повышение температуры, которое в сочетании с теплом от нагревания, приводит к температуре реакционной смеси, находящейся в интервале от 70°С до 150°С, чаще всего в интервале от 70°С до 100°С (2 значащие цифры). Реакционную смесь выдерживают при этой температуре до того момента, где реакция заканчивается, что определяют по отсутствию выделения диоксида углерода.

Способ также может быть осуществлен непрерывно или в реакторе "поршневого" типа.

Если работают непрерывно, то желательно использовать по меньшей мере 2 реактора;

- в первом осуществляют первую стадию, а именно смешивание и обмен; субстрат и реагенты в него вводят преимущественно непрерывно, время пребывания в реакторе преимущественно регулируют таким образом, чтобы осталось не более 0,2, предпочтительно, не более 0,1 атома обмениваемого галогена; перед переходом в другой реактор интервал температуры является таким, который указан для введения и обмена;

- во втором реакторе, если их только два, вводят воду и заканчивают реакцию при температуре, по меньшей мере равной 50°С, преимущественно по меньшей мере равной 70°С, предпочтительно 90°С, даже 100°С, и обычно при температуре не более 170°С, преимущественно не более 150°С, предпочтительно не более 130°С.

Может оказаться целесообразным установление третьего реактора, в который вводят воду и который размещают между первым и вторым реакторами; в этом третьем реакторе, температура которого будет находиться между температурой первого реактора и "второго" реактора, преимущественно в интервале от 40°С до 130°С, будет начинаться гидролиз, следовательно, следует добавлять воду; гидролиз, который будет завершаться в вышеуказанном "втором" реакторе. Установление промежуточного реактора между первым и вторым реакторами позволяет, в частности, работать в интервале более высоких конечных температур (преимущественно от 90°С до 150°С, предпочтительно от 100°С до 130°С (2 значащие цифры)).

Согласно другому варианту осуществления изобретения, способ можно осуществлять в реакторе поршневого типа, который теоретически действует как бесконечный элементарный реактор объемом способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный   атом углерода и анилиновую функциональную группу, патент № 2247107V, передвигающегося в реакторе обычно постоянного сечения, как поршень в цилиндре, и подвергаемого по мере своего перемещения тем условиям и превращениям, которым подвергается реакционная среда в периодически функционирующем реакторе.

Форма реакторов поршневого типа обычно цилиндрическая, что предполагает круглое сечение, но может иметь другие сечения (например, эллиптическое или многоугольное). Так, например, на входе, реакционная среда состоит из фтористо-водородной кислоты, возможного растворителя и субстрата, когда она подвергается соответствующему перемещению в течение времени, необходимого для осуществления достаточного обмена (см. выше), тогда в процессе ее перемещения начинается этап повышения температуры, в течение которой добавляют воду, продолжение перемещения среды соответствует конечному этапу. Чтобы учесть наличие газообразной фазы при обычных рабочих давлениях, предпочтительно предусматреть, чтобы в верхней части реактора была газообразная фаза, следовательно, чтобы реактор полностью не был заполнен жидкостью, что означает, что только жидкая часть содержимого реактора может ассимилироваться с реактором поршневого типа.

Таким образом, согласно настоящему изобретению в качестве субстрата используют главным образом изоцианаты и изоцианатные производные (карбамоилгалогенид), имеющие одновременно арильное ядро, включающее атом азота изоцианатной группы или карбамоилгалогенидной группы, и пергалогенированный, обычно перхлорированный, атом углерода природы sp3 для превращения в перфорированный атом углерода.

Этот атом углерода должен находиться в положении, близком к известной для стабилизации карбокатионов электронной паре (без обязательного образования карбокатиона; заявителю недостаточно известен механизм этого обмена). Эта электронная пара также может быть ненасыщенной и особенно атомы углерода в ней имеют природу sp3 и находятся в бензильном положении по отношению к ароматическому ядру и, в частности, атомы углерода природы sp3, непосредственно связаны с арильным ядром согласно определению.

Электронную пару также может создавать атом халькогена или она может находиться в альфа-положении к двойной связи, способной активировать обмен хлор/фтор на вышеуказанном атоме sp3. Этот тип сопряжения описан в заявке на Европейский патент ЕР 729930 на имя заявителя. Что касается производных, активирующихся в присутствии ненасыщенной связи, или двойной связи, то они описаны в заявке WO 97/43231.

Согласно настоящему изобретению, в высшей степени желательно, чтобы ароматическое ядро, несущее атом азота изоцианатной группы или карбамоилгалогенидной группы, не имело нитрогрупп. В самом деле, нитрогруппы мешают протеканию реакции и приводят к большому количеству побочных продуктов.

Как правило, предпочтительно, чтобы молекула субстрата не включала никакой нитрогруппы. Замещаемым алифатическим атомом углерода обычно является тригалогенметил, который приводит к трифторметилу.

Общее число атомов углерода в молекуле субстрата преимущественно не более 25, предпочтительно не более 15.

Предпочтительно, чтобы ароматическое ядро было обеднено электронами, то есть, чтобы без учета азотной функциональной группы, находящейся в изоцианатной группе или в производных от нее группах, сумма констант Гаммета способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный   атом углерода и анилиновую функциональную группу, патент № 2247107p заместителей вышеуказанного ядра составляла выше 0, преимущественно была выше или равна 0,15, более предпочтительно выше или равна 0,25.

В отношении констант Гаммета можно сослаться на справочник по органической химии, а именно Advanced Organic Chtmistry, третье издание, Jerry March, опубликованный John Wiley and Sons, в 1985 г.

Атом углерода sp3, несущий обмениваемые галогены, включает по меньшей мере 2 галогена.

Используемые субстраты в их карбамоилфторидной форме, согласно настоящему изобретению, предпочтительно могут отвечать формуле

(R)m-Ar(-Z-(CX 2)p-GEA)-NH-СО-F

В этой формуле соответствующая анилиновая часть отвечает формуле

(R)m-Ar(-Z-(CX 2)p-GEA)-NH-Н,

где:

Аr означает ароматическое ядро, предпочтительно гомоциклическое ядро;

X, одинаковые или разные, означают атом фтора или радикал формулы CnF2n+1, где n означает целое число, самое большее равное 5, предпочтительно 2;

р означает целое число, самое большее равное 2;

GEA означает углеводородную группу, электроноакцепторную группу, возможные функциональные группы которой инертны в условиях реакции, преимущественно фтор, или перфторированный остаток формулы CnF2n+1 , где n означает целое число, самое большее равное 8, преимущественно 5; общее число атомов углерода в -(CX2)p -GEA составляет преимущественно 1-15, предпочтительно 1-10;

m означает 0 или целое число, выбираемое в интервале 1-4 включительно;

R означает инертный в рабочих условиях заместитель, преимущественно выбираемый среди преимущественно легких галогенов (то есть хлора и фтора) и углеводородных радикалов, как предпочтительно алкил, арил, алкилхалькогенил (такой, как алкилоксигруппа), арилхалькогенил ( такой, как арилоксигруппа);

Z означает ординарную связь, атом преимущественно легкого халькогена (серы и кислорода).

Предпочтительно, чтобы Аr был преимущественно моноциклическим радикалом, предпочтительно, шестичленным.

В частности, соответствующий субстрату анилин может отвечать формуле

способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный   атом углерода и анилиновую функциональную группу, патент № 2247107

где Z означает ординарную связь или атом халькогена, где X1, Х2, Х3 означают одинаковые или разные атомы галогенов, при условии, что по меньшей мере 2 атома галогена отличаются от атома фтора;

R1 и R2 означают заместители из галогенов, алкилов, арилов, цианогрупп.

Радикал Х3 может представлять собой электроноакцепторную группу, не влияющую на реакцию, и, в частности, может быть перфторированной группой, обычно обозначаемой в области техники как Rf.

Соединение-субстрат, в частности, может отвечать формуле (возможные заместители, инертные в реакционных условиях, не представлены) соединений нижеприводимых уравнений

способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный   атом углерода и анилиновую функциональную группу, патент № 2247107

Во втором уравнении символы Z, одинаковаые или разные, означают преимущественно легкий халькоген (серу или особенно кислород).

Следующие примеры, не ограничивающие объема охраны изобретения, поясняют изобретение.

Пример 1

В реактор вводят 9 моль HF при температуре -5°С. После этого вводят 1 моль трихлорметилфенилизоцианата, который хотят подвергнуть превращению; фторирование длится 1 час 30 минут при температуре 20°С. Конечную операцию осуществляют при температуре 45°С в течение 2 часов. Отмечают, что после реакции остается менее 0,1 обмениваемого атома хлора.

Добавляют 1,05 моль воды; в течение 1 часа температура повышается до 80°С.

Тогда нагревают до температуры 90°С и поддерживают эту температуру в течение 2 часов.

Выход, полученный после нейтрализации и перегонки, составляет 93%.

Пример 2 (сравнительный)

Влияние недостающего количества HF

В реактор вводят 3,45 моль HF при температуре 0°С. HF нагревают до температуры 10°С; тогда вводят 127,7 г (0,54 моль) трихлорметилфенилизоцианата, который хотят подвергнуть превращению; фторирование длится 2 часа при температуре 10°С.

Таким образом, во время введения соотношение HF/карбамоилфторид равно 5,4, после полного обмена оно составляет не более 2,4.

Реакционную среду нагревают до температуры 100°С; во время повышения температуры в интервале от 70°С до 80°С вводят 0,81 моль воды. Реакция гидролиза продолжается в течение 1 часа 30 минут при температуре 100°С. Затем реакционную среду охлаждают до температуры 10°С, выливают в смесь воды со льдом, нейтрализуют с помощью водного раствора гидроксида калия, п-трифторметиланилин (pTFMA) экстрагируют дихлорметаном. Дихлорметановый раствор содержит 52 г п-трифторметиланилина, или выход составляет 60%.

Пример 3

Роль условий, при которых вводят воду

В реактор вводят 0,614 моль воды и 5,05 моль HF при температуре 0°С. Смесь нагревают до температуры 10°С. Тогда в течение примерно 15 минут вводят 97,9 г (0,414 моль) трихлорметилфенилизоцианата, который хотят подвергнуть превращению, поддерживая температуру 10°С. Фторирование продолжается в течение 1 часа при температуре 10°С.

Реакционную среду нагревают до температуры 100°С. Реакция гидролиза продолжется в течение 1 часа при температуре 100°С. Затем реакционную смесь охлаждают до температуры 10°С, выливают в смесь воды со льдом, нейтрализуют с помощью водного раствора гидроксида калия, п-трифторметиланилин экстрагируют с помощью дихлорметана. Дихлорметановый раствор анализируют с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ); он содержит 49 г п-трифторметиланилина, или выход составляет 73,5%.

Пример 4

В реактор вводят 6,62 моль HF при температуре 0°С. HF нагревают до температуры 10°С. Тогда в течение примерно 15 минут вводят 128,6 г (0,544 моль) трихлорметилфенилизоцианата, который хотят подвергнуть превращению; фторирование длится в течение 1 часа при температуре 10°С.

Реакционную среду постепенно доводят до температуры 100°С. Когда температура достигает 70°С, проверяют, что обмен является полным (то есть, что содержание остаточного хлора составляет ниже 2%). Во время повышения температуры в интервале от 70°С до 90°С вводят 0,88 моль воды. Реакция гидролиза продолжается в течение 1 часа при температуре 100°С. Затем реакционную среду охлаждают до температуры 10°С, выливают в смесь воды со льдом, нейтрализуют с помощью водного раствора гидроксида калия, п-трифторметиланилин экстрагируют дихлорметаном. Дихлорметановый раствор концентрируют путем выпаривания дихлорметана. Получают 92,3 г масла, содержащего 93,7% п-трифторметиланилина, или выход составляет выше 98,6%.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения соединений, включающих одновременно перфторированный атом углерода и анилиновую функциональную группу из гомоциклического арилкарбамоилфторида, содержащего в своей молекуле по меньшей мере один пергалогенированный алифатический атом углерода, несущий по меньшей мере 1, преимущественно по меньшей мере 2 атома галогена, обменивающихся со фтором, путем его контактирования с фтористо-водородной кислотой и водой в жидкой фазе, отличающийся тем, что он включает стадию контактирования вышеуказанного карбамоилфторида со фтористо-водородной кислотой, при этом мольное соотношение фтористо-водородной кислоты к карбамоилфториду в течение реакции поддерживают при значении, по меньшей мере равном 4, предпочтительно по меньшей мере равном 5, причем вышеуказанное соотношение составляет не более 11, а добавление воды к реакционной смеси осуществляют после того, как остается только один атом галогена, обменивающийся с атомом фтора, причем вышеуказанное добавление осуществляют при температуре в интервале от 10 до 90°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанный карбамоилфторид получен in situ путем добавления изоцианата к жидкой фтороводородной кислоте при температуре, равной не более 10°С.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что температуру поддерживают при значении, равном не более 40°С, до момента, когда остается не более одного атома галогена на молекулу субстрата, подвергаемого реакции обмена со фтором, преимущественно не более 0,1 атома.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что добавление воды начинают при температуре, равной не более 50°С, преимущественно равной не более 30°С.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что сразу после окончания добавления воды реакционную смесь выдерживают при температуре, по меньшей мере равной 80°С и самое большее равной 130°С, до прекращения выделения диоксида углерода.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что количество воды, вводимое в реакционную смесь, равно величине, 1-1,5-кратной стехиометрическому количеству, необходимому для гидролиза карбамоилфторидной группы.

7. Способ по пп.1-3, 5 и 6, отличающийся тем, что способ осуществляют непрерывно и, когда вводят воду, температура реакционной среды по меньшей мере равна 70°С, преимущественно по меньшей мере равна 90°С, предпочтительно не менее 100°С.

8. Способ по пп.1-3, 5, 6 и 7, отличающийся тем, что его осуществляют непрерывно и проводят его по меньшей мере в двух реакторах; причем в первом осуществляют первую стадию, в частности смешивание компонентов и реакцию обмена; при этом субстрат и реагенты вводят преимущественно непрерывно, время пребывания в реакторе преимущественно регулируют таким образом, чтобы осталось не более 0,2, предпочтительно, не более 0,1 атома обмениваемого галогена; перед переходом в другой реактор, интервал температур является таким, как и для введения и обмена;

- во второй реактор, если их только два, вводят воду и заканчивают реакцию при температуре, по меньшей мере равной 50°С, преимущественно по меньшей мере равной 70°С, предпочтительно по меньшей мере 90°С, даже не менее 100°С, и не более 170°С, преимущественно не более 150°С, предпочтительно не более 130°С.

9. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что реакцию проводят в реакторе поршневого типа.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2247107

patent-2247107.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C07C209/74 галогенированием, гидрогалогенированием, дегалогенированием, дегидрогалогенированием

Класс C07C17/20 атомов галогена другими атомами галогена

Патенты РФ в классе C07C17/20:
способ получения 2,3,3,3-тетрафторпропилена и 1,3,3,3-тетрафторпропилена -  патент 2476417 (27.02.2013)
способ получения 1,1,1-трифтор-2,3-дихлорпропана -  патент 2476413 (27.02.2013)
способ получения 2,3,3,3-тетрафторпропена -  патент 2463285 (10.10.2012)
способ активации катализатора для получения фторсодержащих углеводородов -  патент 2449832 (10.05.2012)
катализатор, способ его приготовления и способ фторирования галогенированных углеводородов -  патент 2431524 (20.10.2011)
катализатор, способ его приготовления и способ фторирования галогенированных углеводородов -  патент 2402378 (27.10.2010)
способ синтеза гидрофторалкана -  патент 2392260 (20.06.2010)
стереоселективный способ получения фторированной хиральной молекулы -  патент 2389717 (20.05.2010)
способ получения [18f]фторорганических соединений в спиртовых растворителях -  патент 2357947 (10.06.2009)
способ получения 1,1,1,2,2-пентафторэтана -  патент 2328482 (10.07.2008)

Наверх