摘要:综述了五氟苯甲腈的合成方法及其在医药、农药、液晶材料、高分子材料等方面的应用。
关键词:五氟苯甲腈;五氯苯甲腈;氟化;应用;合成
Abstract:This review summarizes the syntheses and various applications of pentafluorobenzonitrile in the area of pharmaceuticals, agrochemicals, speciality polymeric materials, and so on。
Key words:pentafluorobenzonitrile;pentachlorobenzonitrile;fluorination;application;synthesis
五氟苯甲腈,又名五氟苯腈,化学名2,3,4,5,6-五氟苯甲腈或2,3,4,5,6-五氟苯腈,CAS号773-82-0,分子式C7F5N,分子量193.0736,为无色透明液体,沸点185-190℃,熔点2.4℃,相对密度1.532,折光率1.4415-1.4435,闪点29℃。五氟苯甲腈是重要的医药、农药、液晶材料、特种聚合物等的中间体[1],具有非常良好的发展前景。本文对五氟苯甲腈的合成和应用作一综述。
五氟苯甲腈的合成
五氟苯甲腈的合成文献国外报道的较多,主要有以下几条路线,但仅以五氯苯甲腈为原料的合成路线具有实际意义。 五氟碘苯与氰化亚铜反应 美国专利[2,3]报道五氟碘苯与氰化亚铜在吡啶中于150℃反应数分钟,稍冷后减压蒸馏得五氟苯甲腈。所用原料五氟碘苯由五氟苯的碘化或五氟溴苯经格氏试剂与三氟碘乙烯或1,1,2-三氟-1-氯-2-碘乙烷反应制得。该法原料价格高昂不易得,缺乏实用价值。 五氟溴苯与氰化亚铜反应 美国专利[3]研究了五氟溴苯和氰化亚铜在多种不同条件下的反应结果,发现以DMF或NMP为溶剂于140-180℃下反应均不能完全。如在DMF中160-170℃反应6小时,有75%的产品,仍有22%的原料。
五溴苯甲腈的氟化反应 美国专利[4]报道了五溴苯甲腈与干燥细微的氟化钾在苯腈溶剂中,在压力釜中300℃反应20小时,未分离出的产品收率为72%。该法原料价格高,也没有实用意义。
五氯苯甲腈的氟化反应 五氯苯甲腈经与氟化钾氟化制备五氟苯甲腈是研究得最多的方法[1,3-12]。英国专利[5]报道了无溶剂条件下压力釜加热反应制备五氟苯甲腈,但未给出详细反应温度、收率等数据。Yasuhiro等人[8]报道了在330-370℃的无溶剂反应,未反应和未反应完全的中间产物回收套用。Kaieda等[4]则分别研究了一步法和分步转化法合成五氟苯甲腈。五氯苯甲腈与干燥微细的氟化钾在苯甲腈溶剂中,315℃下于压力釜中反应18小时,冷却过滤后的母液以气相色谱内标法测定,结果含80.5%五氟苯甲腈和1.2%的3,5-二氯-2,4,6-三氟苯甲腈。精馏后可得到75.5%收率的五氟苯甲腈纯品。相似条件下,加少量二苯并-18-冠-6并在300℃反应7小时后得66.5%的产品,15.4%的3-氯-2,4,5,6-四氟和5.8%的3,5-二氯-2,4,6-三氟苯甲腈。无冠醚的条件下,但将反应温度提高至350℃反应4小时,母液含72.5%的五氟苯甲腈。催化剂除用冠醚外,也可使用聚乙二醇等。
相似条件下,分步实施以上反应,第一步在270℃反应4小时,冷却过滤后母液精密分馏得86.3%收率的3,5-二氯-2,4,6-三氟苯甲腈,含量98.2%。将此中间体再与干燥微细氟化钾在苯甲腈中于330℃反应12小时,冷却过滤后母液气相色谱分析收率达96.8%。精密分馏后得到的产品再进行气相色谱分析,未见其它杂质。Tamotsu等人[7]则报道了在环丁砜中的分步反应,第一步160-210℃,第二步则升到210-280℃。
Kaieda等人[9]报道五氯苯甲腈与无水氟化钾在苯甲腈中氟化制五氟苯甲腈,产品经减压蒸馏得到,而釜底未反应和/或未反应完全的物料不断循环使用。
葛雅莉等[12]报道以环丁砜为溶剂,聚乙二醇为催化剂,温度为200-220℃搅拌反应36小时,减压蒸馏得油状产物,收率为45.7%
二、五氟苯甲腈的应用
五氟苯甲腈通过水解可得五氟苯甲酰胺、五氟苯甲酸等;通过位置选择性脱氟可制2,3,5,6-四氟苯甲腈,2,3,5,6-四氟苯甲酸,3,5-二氟苯甲腈,3,5-二氟苯甲酰胺,3,5-二氟苯胺等;同过对位氟的亲核取代可制4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲腈,4-芳氧基-2,3,5,6-四氟苯甲腈,4-巯基-2,3,5,6-四氟苯甲腈,4-烷氧基-2,3,5,6-四氟苯甲腈,4-羟基-2,3,5,6-四氟苯甲腈等;通过对位苯氧基取代后再与二元酚反应合成含氟聚醚腈;通过三价磷偶联得八氟-4,4’-联苯二甲腈等。
1. 合成五氟苯甲酸
五氟苯甲腈在硫酸水溶液中水解即得五氟苯甲酸,收率很高[11,15]。五氟苯甲酸是合成氟喹诺酮类抗细菌药物司氟沙星(sparfloxacin)等的重要中间体。控制条件还可将五氟苯甲腈水解为五氟苯甲酰胺,然后经霍夫曼降解制得五氟苯胺等。五氟苯甲酸经还原制得的五氟苄醇是制备拟除虫菊酯类杀虫剂五氟苯菊酯(fenfluthrin)的中间体。
2. 合成2-五氟苯基苯并噁唑
五氟苯甲腈与邻氨基苯酚缩合制得2-五氟苯基苯并噁唑[14],是重要的农药、医药中间体。
3. 合成五氟苯甲醛
五氟苯甲腈在酸和醇存在下经雷尼镍催化氢化得五氟苯甲醛的缩醛[16],是医药、农药中间体。
4. 合成2,3,5,6-四氟苯甲腈
五氟苯甲腈在水溶性盐如硫酸铵,水溶性溶剂如甲醇、丙酮等存在下及一定pH条件下,与金属如锌、锡、铁或锌汞齐或锡汞齐选择性脱氟生成2,3,5,6-四氟苯甲腈[17]。它是重要的医药、农药等中间体,如可以合成拟除虫菊酯类杀虫剂四氟苯菊酯(transfluthrin)。
5. 合成3,5-二氟苯腈和3,5-二氟苯胺
五氟苯甲腈与金属卤化物反应脱去邻、对位的氟原子,生成3,5-二氟苯腈,经水解和霍夫曼降解生成3,5-二氟苯胺[18]。3,5-二氟苯胺是重要的医药、农药如除草剂氟吡草胺(diflufenzopyr)的中间体。
6. 合成八氟-4,4’-联苯二甲腈
五氟苯甲腈与三价磷化合物反应生成八氟-4,4’-联苯二甲腈,它可合成多种特殊高分子材料。其水解产物二酸及加氢产物二胺等也同样是合成特种聚合物的单体。
7. 合成4-氨基-2,3,5,6-四氟苯甲腈, 4-巯基-2,3,5,6-四氟苯甲腈,4-烷氧基-2,3,5,6-四氟苯甲腈,4-芳氧基-2,3,5,6-四氟苯甲腈和4-羟基-2,3,5,6-四氟苯甲腈