一种3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法
阅读说明：本技术 一种3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法 (Synthetic method of 3, 5-dichlorobenzoyl chloride ) 是由 刘鹏飞 吴天宇 盛莹盈 刘玉超 于 2021-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法,使5-氯间苯二甲酰氯在纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂的作用下经酰氯脱羰基反应制得所述3,5-二氯苯甲酰氯；其中,反应包括蒸出部分产物的同时补加5-氯间苯二甲酰氯的步骤。本发明采用连续化的生产工艺,并配合高活性、耐使用的纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂,在蒸出产物的同时补加原料,一方面,降低了副产物1,3,5-三氯苯的含量,另一方面,提高了产物的含量和收率；本发明中的3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法生产效率高、经济效益好、成本低、绿色环保,尤其适用于工业化生产。(The invention provides a synthesis method of 3, 5-dichlorobenzoyl chloride, which comprises the steps of carrying out acyl chloride decarbonylation reaction on 5-chloroisophthaloyl chloride under the action of a fibrous silicon dioxide/pd nanoparticle catalyst to prepare the 3, 5-dichlorobenzoyl chloride; wherein the reaction comprises the step of distilling part of the product and simultaneously replenishing the 5-chloro-isophthaloyl dichloride. The invention adopts a continuous production process and is matched with a high-activity and durable fibrous silicon dioxide/pd nano-particle catalyst, and the raw materials are added while the product is steamed out, so that on one hand, the content of the by-product 1,3, 5-trichlorobenzene is reduced, and on the other hand, the content and the yield of the product are improved; the synthesis method of the 3, 5-dichlorobenzoyl chloride has the advantages of high production efficiency, good economic benefit, low cost, greenness and environmental protection, and is particularly suitable for industrial production.)
技术领域
本发明涉及一种3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法。
背景技术
3,5-二氯苯甲酰氯广泛应用于农药、医药、染料等领域。在农药领域，3,5-二氯苯甲酰氯与甲硫氨酸及其醚在碱性条件下进行酰基化，获得的衍生物可以促进植物的生长，改良植物状况，或者也可以用作制成杀虫剂；在医药领域，3,5-二氯苯甲酰氯与托品和氯化氢可制备成一种治疗人头痛的药物，也可用作制备三苯甲酰叠氮，作为平衡抗利尿激素药物。3,5-二氯苯甲酰氯拥有巨大的化工市场需求，提高其反应收率、选择性、生产效率，能够获得丰厚的经济利润。
目前，3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法有很多，如：
（1）将5-氯间苯二甲酰氯与pd/BaSO4、pd/Al2O3等钯催化剂，在高温条件下进行脱羰基反应即可得到3,5-二氯苯甲酰氯，该方法步骤简单，产品质量高，收率高，但是该类催化剂的使用时间短，生产效率低，不利于工业化生产。
（2）将5-氯间苯二甲酰氯与氧化铑、三(三苯基膦)氯化铑等铑催化剂，在高温条件下进行脱羰基反应即可得到3，5-二氯苯甲酰氯，该方法使用的催化剂价格昂贵，生产成本高，不利于工业化生产。
（3）以3,5-二氯甲苯为起始原料通入氯气，滴加发烟硫酸，碱化再酸化得到3,5-二氯苯甲酸，再与二氯亚砜反应得到3，5-二氯苯甲酰氯，该反应步骤长，产生的三废较多且不宜处理，易对环境产生污染。
综上，目前3,5-二氯苯甲酰氯的合成虽然能够通过5-氯间苯二甲酰氯脱羰基合成，但是面临使用的催化剂昂贵或者催化剂易失活、导致生产效率低的问题，无法满足工业化的生产要求。此外，虽然3,5-二氯苯甲酰氯的某些合成方法能够降低3,5-二氯苯甲酰氯的生产成本，但是合成步骤繁多，且产生较多的三废，不符合绿色化工的发展需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种绿色环保、合成步骤少且成本低廉的3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法，使5-氯间苯二甲酰氯在纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂的作用下经酰氯脱羰基反应制得所述3,5-二氯苯甲酰氯；其中，所述反应包括蒸出部分产物的同时补加所述5-氯间苯二甲酰氯的步骤。
本发明中，所述酰氯脱羰基反应方程式为：
。
本发明的3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法为连续化的生产工艺，通过及时将产物移出并补加原料，一方面，降低产物在反应体系中的浓度，减少产物与催化剂的进一步反应，从而达到降低副产物1,3,5-三氯苯的目的；另一方面，维持反应的持续进行，使得产物的含量和收率均能提高。
优选地，所述纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂包括纤维状二氧化硅以及负载在所述纤维状二氧化硅上的过渡金属组分、聚乙烯亚胺。
进一步优选地，所述过渡金属组分包括钯。
本发明中的纤维状二氧化硅具有高的比表面积，二氧化硅的纤维状形态能够提供更多的反应位点，通过在纤维状二氧化硅上连接聚乙烯亚胺，进一步增加了反应位点，从而能够极大地提升催化剂的活性，使得负载过渡金属组分后的催化剂活性好，使用时间大大延长。
优选地，所述纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂中所述钯的负载量为1~30%，进一步为10~30%，更进一步为15~25%。
优选地，所述纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂由纤维状二氧化硅在连接剂的作用下与聚乙烯亚胺反应，再与金属酸盐、还原剂反应后制得。
进一步优选地，所述连接剂包括硅烷偶联剂。
进一步优选地，所述金属酸盐包括四氯钯酸盐，六氯钯酸盐、四氯钯酸盐水合物、六氯钯酸盐水合物中的一种或者多种。
进一步优选地，所述还原剂包括XBH4。
更进一步优选地，所述X选自Na、K、Li。
优选地，所述纤维状二氧化硅、所述聚乙烯亚胺的投料质量比为1：0.5~1.5，进一步为1：0.7~1.2，更进一步为0.8~1。
优选地，所述金属酸盐、所述还原剂的投料摩尔比为1：5~15，进一步为1：7~13，更进一步为1：9~11。
根据一些优选的实施方式，所述纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂的制备包括对所述纤维状二氧化硅进行真空脱气后，在有机溶剂的存在下，与所述聚乙烯亚胺反应。
进一步优选地，所述有机溶剂为甲醇。
进一步优选地，控制所述真空脱气的温度为100~150℃，更进一步为110~130℃。
进一步优选地，控制所述反应的温度为50~70℃，更进一步为55~65℃。
优选地，所述催化剂的投料量为所述5-氯间苯二甲酰氯质量的 0.001~1%，进一步为0.005~0.5 %，更进一步为0.002~0.05%。
优选地，所述反应还包括在蒸出部分产物的同时补加所述5-氯间苯二甲酰氯的步骤之前的反应步骤，所述反应步骤为：向反应器中加入所述5-氯间苯二甲酰氯和所述催化剂进行反应至反应体系中所述3,5-二氯苯甲酰氯的质量浓度为10~20%。
进一步优选地，控制使所述反应体系中所述3,5-二氯苯甲酰氯的质量浓度为10~20%的反应步骤的反应体系的温度为260~305℃，更进一步为280~295℃。
进一步优选地，控制使所述反应体系中所述3,5-二氯苯甲酰氯的质量浓度为10~20%的反应步骤的反应时间为1~5h，更进一步为2~4h。
优选地，控制蒸出部分产物的同时补加所述5-氯间苯二甲酰氯的步骤中，维持反应器中的反应体系的体积或质量不变。
优选地，在蒸出部分产物的同时补加所述5-氯间苯二甲酰氯的步骤中，控制反应体系的反应温度为260~305℃，通过在反应器上安装精馏柱，并控制所述精馏柱的温度为200~240℃以使所述3,5-二氯苯甲酰氯自所述精馏柱移出的同时使所述5-氯间苯二甲酰氯回流至所述反应器中。
进一步优选地，控制反应体系的反应温度为270~305℃，更优选为280~290℃。
进一步优选地，控制所述精馏柱的温度为230~240℃。
优选地，所述3,5-二氯苯甲酰氯的合成过程中，还包括将所述5-氯间苯二甲酰氯先进行预热的步骤。
进一步优选地，控制所述预热温度为80~120℃，更进一步为90~110℃。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明采用连续化的生产工艺，并配合高活性、耐使用的纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂，在蒸出产物的同时补加原料，一方面，降低了副产物1,3,5-三氯苯的含量，另一方面，提高了产物的含量和收率；本发明中的3,5-二氯苯甲酰氯的合成方法生产效率高、经济效益好、成本低、绿色环保，尤其适用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。但本发明并不限于以下实施例。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中的常规条件。本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中，反应在带有精馏柱以及搅拌装置的三口烧瓶中进行，三口烧瓶上包裹有加热套以控制反应温度，精馏柱的温度也可以采用加热套或者其他加热保温装置进行温度控制。
纤维状二氧化硅购自麦克林试剂，硅烷偶联剂（KH560）购自阿拉丁。
本发明实施例中使用的5-氯间苯二甲酰氯为市售，纯度在93~96%，为液体状态，5-氯间苯二甲酰氯常压下沸点在289℃左右；3,5-二氯苯甲酰氯常压下沸点在249℃左右。
在没有特别说明的情况下，下述实施例及对比例中的补加原料是通过用蠕动泵缓慢滴加。
实施例1
步骤1：向带有精馏柱的三口烧瓶中加入50g 5-氯间苯二甲酰氯，开启搅拌，升温至100℃预热，保温1小时；
步骤2：将纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂（500mg）加入体系中，搅拌，缓慢升温至285℃，溶液颜色逐渐加深，保温反应3小时，通过气相色谱测得产物浓度为15%（面积归一法）；
在进行步骤1和步骤2时，使精馏柱的加热装置以及三口烧瓶的加入口均处于关闭状态；
步骤3：打开精馏柱的加热装置以及三口烧瓶的加入口，维持反应体系的温度保持不变，并将精馏柱的温度升高至230℃，一边蒸出部分产物，一边补加原料继续反应，维持反应烧瓶中原料的体积不变，150小时后无产品蒸出，停止反应，得到产品500g，质量收率94.5%，纯度95%。
纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂制备方法如下：
步骤1：在120℃条件下，将反应瓶中10g纤维状二氧化硅真空脱气2小时，然后在氮气保护下冷却至60℃，然后将硅烷偶联剂（KH560）溶解在60ml热甲醇中，加入上述反应瓶中，搅拌1.5h，然后将9g聚乙烯亚胺（PEI）溶解在60ml热甲醇中，加入上述反应瓶中，搅拌5h，反应完成后离心分离，热甲醇洗涤（10ml*2），60℃，真空干燥，得到纤维状二氧化硅-PEI。
步骤2：将1.0g纤维状二氧化硅-PEI加入到100ml蒸馏水中，超声15分钟，然后在室温下剧烈搅拌20min，将金属酸盐四氯钯酸钠（294mg，1mmol）溶于20ml水中，滴加到上述体系中，40℃搅拌4h，然后向反应体系中滴加还原剂硼氢化钠（378mg，10mmol）水溶液，搅拌4h，离心分离，水洗（5ml*2），甲醇洗涤（5ml*2），60℃，真空干燥过夜，得到纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂。
实施例2
除下列步骤外，其余步骤同实施例1。
步骤2：将纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂（50mg）加入体系中，搅拌，缓慢升温至285℃，溶液颜色逐渐加深，保温反应3小时左右；
步骤3：维持反应体系中的温度不变，并将精馏柱的温度升高至230℃，一边蒸出部分产物，一边补加原料继续反应，维持反应烧瓶中原料的体积不变，100小时后无产品蒸出，停止反应，得到产品300g，收率94%，纯度95%。
对比例1
除下列步骤外，其余步骤同实施例1。
步骤3：维持反应体系中的温度不变，并将精馏柱的温度升高至245℃，一边蒸出部分产物，一边补加原料继续反应，维持反应烧瓶中原料的体积不变，100小时后无产品蒸出，停止反应，得到产品380g，收率94%，纯度75%。
精馏柱的温度过高，反应体系中的原料会被蒸出，导致产品中的纯度过低。
对比例2
步骤1：向带有蒸馏装置的三口烧瓶中加入50g 5-氯间苯二甲酰氯，开启搅拌，升温至100℃预热，保温1小时；
步骤2：将纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂（500mg）加入体系中，搅拌，缓慢升温至285℃，溶液颜色逐渐加深，通过气相色谱监测，发现有副产物出现时，蒸出产物后继续反应，重复反应与蒸馏的过程，直到反应瓶中无原料。将蒸馏出的粗产品进行减压蒸馏，得到产物，收率89%，纯度96%。
该实施例利用重复反应与重复蒸馏得到粗产品，再对粗产品进行减压蒸馏，虽然能够得到收率89%、纯度96%的产品，但整个操作流程复杂，并且副产物的监测不到位很可能出现过度反应，使产品的收率降低。
对比例3
与实施例1的区别在于未采用一边蒸出产物，一边补加原料继续反应的连续反应方式。
步骤1：向带有精馏柱的三口烧瓶中加入50g 5-氯间苯二甲酰氯，开启搅拌，升温至100℃预热，保温1小时；
步骤2：将纤维状二氧化硅/pd纳米颗粒催化剂（500mg）加入体系中，搅拌，缓慢升温至285℃，溶液颜色逐渐加深，保温反应，气谱跟踪反应进程，得到3,5-二氯苯甲酰氯的粗品，收率70%，纯度75%。
对比例4
除下列步骤外，其余步骤同实施例1。
步骤2：将（500mg）氯化钯催化剂加入体系中，搅拌，缓慢升温至285℃，溶液颜色逐渐加深，保温反应3小时左右；
步骤3：维持反应体系中的温度不变，并将精馏柱的温度升高至235℃，一边蒸出部分产物，一边补加原料继续反应，维持反应烧瓶中原料的体积不变，70小时后无产品蒸出，停止反应，得到3,5-二氯苯甲酰氯的产品180g，收率85%，纯度80%。
对比例6
除下列步骤外，其余步骤同实施例1。
步骤2：将（500mg）Pd/Al2O3催化剂加入体系中，搅拌，缓慢升温至285℃，溶液颜色逐渐加深，保温反应3小时；
步骤3：维持反应体系中的温度不变，并将精馏柱的温度升高至235℃，一边蒸出部分产物，一边补加原料继续反应，维持反应烧瓶中原料的体积不变，80小时后无产品蒸出，停止反应，得到3,5-二氯苯甲酰氯的产品200g，收率87%，纯度85%。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。