一种微流场反应技术制备全氟烷基苯胺的方法与流程

1.本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种微流场反应技术制备全氟烷基苯胺的方法。


背景技术：

2.全氟烷基苯胺及其衍生物是一类具有广泛应用前景的含氟精细化学品，可以广泛应用于医药、农药、表面活性剂、涂料、橡胶等的原料或者中间体。由于氟原子具有特殊的化学和生物学特性，含氟有机化合物具有较高的脂溶性和疏水性，人们把含氟基团或氟原子引入到具有生物活性的有机化合物中，能够对其理化性质、生物活性等产生显著影响，使得含氟有机化合物在药物化学和农药化学等领域中占有重要地位，含氟农药的开发已成为新型农药的创制主体，其中2
‑
甲基
‑4‑
七氟异丙基苯胺现已成为合成新型杀虫剂氟虫双酰胺的关键中间体。因此开发一种安全、高效、环保的全氟烷基苯胺生产工艺具有重要的经济价值。
3.专利us2002/198399和indian pat.2010de00753报道通过锌粉促进或通过光辐射，锌粉会造成较大的污染。相对而言日本农药株式会社在其专利cn1257861a中公布的全氟烷基苯胺衍生物方法具备良好的工业开发前景，重复上述工艺发现反应速率和对目标产物选择性均未达到预期。
4.微流场反应技术是反应和分散的特征尺度在百微米级别的一项过程强化技术，核心部件微反应器是一种借助于特殊的微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构原件。微反应器通常含有小的通道尺寸(当量直径小于500μm)和通道多样性，流体在这些通道中流动，并要求在这些通道中发生所要求的反应。这样就导致了在微构造的化学设备中具有非常大的表面积/体积比率。采用微流场反应技术可以能够快速提升反应速率，实现连续化的工业生产，反应设备微型化并且便于进行反应过程中的自动化控制，大大提高了生产安全性，同时传热传质的强化能实现能源的高效利用，降低物料损耗，减少废液排放。
5.但是，目前并没有利用微流场反应技术制备全氟烷基苯胺的相关研究，如何将全氟烷基苯胺的制备反应应用到微流场技术中，需要进一步研究。


技术实现要素：

6.发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种微流场反应技术制备全氟烷基苯胺的方法，该方法高效、安全、环保。
7.技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种微流场反应技术制备全氟烷基苯胺的方法，包括如下步骤：
9.(1)将苯胺和全氟烷基碘(i)溶于有机溶剂中，得到均相溶液a；
10.(2)将引发剂和相转移催化剂溶于碱性溶液中，得到均相溶液b；
11.(3)将步骤(1)和步骤(2)所得的两种均相溶液分别同时泵入微反应装置中，反应，
收集流出液体，即为全氟烷基苯胺(ⅱ)粗品；
[0012][0013]
其中，
‑
r
f
为c
2～16
全氟烷基。
[0014]
优选的，所述
‑
r
f
选自全氟取代直链烷基、全氟取代支链烷基或全氟取代环烷基，更优选的，
‑
r
f
选自
‑
cf(cf3)2、
‑
(cf2)2cf(cf3)2、
‑
(cf2)2cf3、
‑
(cf2)4cf(cf3)2、
‑
cf2cf3、
‑
cf2cf＝cf(cf3)2、
‑
(cf2)7cf3或全氟取代环己烷基。
[0015]
优选的，步骤(1)得到的均相溶液a中，苯胺的浓度为0.02g/ml～0.5g/ml，优选浓度0.08g/ml，苯胺和全氟烷基碘的摩尔比控制在1:1.0～1.5。
[0016]
优选的，步骤(1)中，所述的有机溶剂为卤代烷烃类、醚类、醇类、酮类、酰胺类、酯类或腈类。
[0017]
优选的，步骤(2)得到的均相溶液b中，引发剂的浓度为0.3mmol/ml～0.9mmol/ml，优选0.36mmol/ml；所述引发剂为连二亚硫酸钠、连二亚硫酸钾、连二亚硫酸锌或锌
‑
亚硫酸溶液。。
[0018]
优选的，步骤(2)中，所述碱性溶液中，使用的碱为能形成均相溶液并与催化剂兼容的碱，包括无机碱和有机碱，优选浓度为0.72mmol/ml。
[0019]
优选的，步骤(2)中，所述相转移催化剂选自季铵盐、磷盐类、聚乙二醇醚类或冠醚类化合物。
[0020]
优选的，步骤(3)中，苯胺和引发剂的反应摩尔比控制在1:0.4～1.2，优选摩尔比为1:0.6。
[0021]
优选的，步骤(3)中，反应温度为0～50℃，反应停留时间为1～15min。
[0022]
优选的，步骤(3)中，均相溶液a泵入的速度为1.5
‑
2.5ml/min，均相溶液b泵入的速度为2.5
‑
3.5ml/min，所述微反应装置中的微反应器容积为45
‑
55ml。
[0023]
优选的，步骤(3)中，所述微反应装置包括通过管道依次相连的微结构混合器、微结构反应器、压力控制阀和产品收集器；
[0024]
优选的，所述微反应装置中的微反应器为超声辅助微反应器。反应时，设置超声频率35
‑
45khz。
[0025]
优选的，步骤(3)将流出的物料使用适合的有机溶剂萃取得到有机相，有机相依次水洗，碱洗或酸洗，饱和氯化钠溶液洗涤，无水硫酸钠干燥过滤后，减压蒸出有机溶剂，所得即为全氟烷基苯胺产物。
[0026]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：
[0027]
(1)本发明的全氟烷基苯胺的制备方法，采用微通道双股进料的方法，操作简单，反应速率快，安全性高；
[0028]
(2)本发明的全氟烷基苯胺的制备方法，采用微流场反应技术的进行反应合成方法，大大缩短了反应时间，由釜式反应的6h左右，缩短为10min左右，节能高效；
[0029]
(3)本发明的全氟烷基苯胺的制备方法，采用了基于超声波的过程强化技术，利用相界面超声空化溃灭的湍动效应、微扰效应及冲击波作用，增强了微通道内流体的传质效果。
[0030]
(4)通过本发明的全氟烷基苯胺的制备方法，在微通道反应器中反应杂质少(没有2
‑
位取代的副产物的生成)，转化率高，制备得到的产品的纯度≥99.0％，产率≥85％。
附图说明
[0031]
图1为本发明微通道反应器的结构示意图。
[0032]
图2七氟异丙基苯胺1h nmr。
[0033]
图3七氟异丙基苯胺
19
f nmr。
具体实施方式
[0034]
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。实施例中采用的实施条件可以根据具体使用的不同要求做进一步调整，未注明的实施条件为本行业的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]
以下微通道反应装置由通过连接管顺序连接的物料进口、微混合器、微反应管道和物料出口，具体组装见图1，其中两个反应原料储罐通过连接管连接各自的料液进口再分别与微混合器连接，该连接管上分别设有泵，微混合器通过连接管与超声辅助微反应器连接，微反应器通过连接管与物料出口连接，微反应器与物料出口间连接有压力控制阀及相应的仪表，自制超声辅助微反应器(超声波振子和微通道相结合，并带有温控系统)，实验中所用试剂均为ar。
[0036]
微通道反应装置中，所述原料罐为250ml的锥形瓶，进料输送泵使用的是高压注射泵，连接管直径均为2mm，进液管长度15cm，微混合器与超声辅助微反应器之间的连接管长度为20cm，微反应管道与出口之间的连接管长度为15cm，超声辅助微反应器容积为50ml。
[0037]
反应式如下：
[0038][0039]
其中，
‑
r
f
为c
2～16
全氟烷基
[0040]
实施例1：
[0041]
取苯胺27.9g(0.3mol)，七氟异丙基碘106.6g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢
铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品73.83g，产率为94.23％。1h nmr(400mhz,cdcl3)δ:7.23(m,2h,ar
‑
h),6.65(m,2h,ar
‑
h),3.84(br,2h,
‑
nh2)；
19
f nmr(376mhz,cdcl3)δ:
‑
76.07(m,6f,
‑
cf3),
‑
181.87(m,1f,
‑
cf)。
[0042]
对比例1
[0043]
此对比例与实施例1区别仅在于此对比例为常规反应釜中反应。在密闭反应釜中加入苯胺27.9g(0.3mol,1.0eq)，450ml水，300ml甲基叔丁基醚，连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol,0.6eq)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol,1.2eq)，四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol,0.1eq)，七氟异丙基苯胺106.6g(0.3mol,1.2eq),在室温(25℃)下搅拌6小时。加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品64.79g，产率为82.69％。
[0044]
对比例2：
[0045]
此对比例与实施例1区别仅在于微反应器未进行超声辅助混合。取苯胺27.9g(0.3mol)，七氟异丙基碘106.6g(0.3mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，将温度设定为25℃，不打开超声装置进行超声辅助混合。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，其中有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品45.29g，产率为57.80％。对比例3：
[0046]
此对比例与实施例1区别仅在于碱性溶液使用nahco3配制。取苯胺27.9g(0.3mol)，七氟异丙基碘106.6g(0.3mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，碳酸氢钠30.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品70.23g，产率为89.64％。
[0047]
实施例2：
[0048]
取苯胺27.9g(0.3mol)，全氟碘代丙烷106.6g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品73.11g，产率为93.31％。
[0049]
实施例3：
[0050]
取苯胺27.9g(0.3mol)，五氟碘乙烷91.78g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度控制在10℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入，控制体系压力使流体以液态形式在管道内流动。反应温度为10℃，反应停留时间为10min。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品57.28g，产率为90.43％。
[0051]
实施例4：
[0052]
取苯胺27.9g(0.3mol)，全氟辛基碘196.55g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品134.77g，产率为87.88％。
[0053]
实施例5：
[0054]
取苯胺27.9g(0.3mol)，全氟正戊基碘142.54g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min，出口收集粗产品。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，然后依次用0.2mol/l的盐酸溶
液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品97.12g，产率为89.63％。
[0055]
实施例6：
[0056]
取苯胺27.9g(0.3mol)，全氟异戊基碘142.54g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min，出口收集粗产品。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品95.62g，产率为88.25％。
[0057]
实施例7：
[0058]
取苯胺27.9g(0.3mol)，全氟异庚基碘142.54g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min，出口收集粗产品。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品119.23g，产率为86.17％。
[0059]
实施例8：
[0060]
取苯胺27.9g(0.3mol)，1
‑
碘全氟(4
‑
甲基
‑5‑
戊烯)96.17g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为25℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为25℃，反应停留时间为10min，出口收集粗产品。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤。无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品96.16g，产率为85.90％。
[0061]
实施例9：
[0062]
取苯胺27.9g(0.3mol)，十一氟碘环己烷146.86g(0.36mol)，加入300ml的甲基叔丁基醚混匀得到均相有机溶液；取连二亚硫酸钠31.4g(0.18mol)，相转移催化剂四丁基硫酸氢铵10.2g(0.03mol)，无水碳酸钠38.2g(0.36mol)，溶于450ml水中得到均相水溶液。将
配制好的两种物料分别倒入相应的原料罐中，开启超声辅助微反应器的超声装置并将温度设定为20℃。将两股物料通过微混合器混合泵入超声辅助微反应器中，设置频率40khz。有机溶液以2ml/min的流速泵入，水相溶液以3ml/min的流速泵入。反应温度为20℃，反应停留时间为10min，出口收集粗产品。将出口收集的粗产品加入100ml的甲基叔丁基醚，静置分液。分出有机相，水相用100ml甲基叔丁基醚萃取。合并有机相，用0.2mol/l的盐酸溶液，5％的碳酸钠溶液，饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥过滤，旋干溶剂，减压蒸馏，得到产品95.66g，产率为85.45％。
[0063]
将实施例1～9的反应结果如下表1所示
[0064]
表1实施例反应结果表
[0065][0066]
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。