СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАФТОРФЕНОЛА
METHOD OF PRODUCING PENTAFLUOROPHENOL

Изобретение относится к способам получения фторированных фенолов, в частности пентафторфенола.
Пентафторфенол и его производные находят широкое применение для создания полимеров, обладающих уникальными свойствами (J. Polym. Sci. A, Polym.Chem., 1992, vol. 30(7), p.1279-1286), синтеза аминокислот, пептидов и нуклеозидов, являющихся интермедиатами в синтезе противоопухолевых агентов, ингибиторов ВИЧ (Патент США №7262169(2007), WO 9616931 (1996), J. Org. Chem., 2000, vol.65(4), p.979), в качестве компонентов металлоценовых каталитических систем для полимеризации олефинов (J. Organomet. Chem., 2001, vol.621, p.184; Organometallics, 2002, vol. 194, p.265).
Известны способы получения пентафторфенола реакцией гексафторбензола с водным раствором гидроокиси калия в автоклаве при температуре 175°С и давлении выше 15 атм с выходом 83,5% (J. Res. NBS, 1963, 67A, p.481-497). При проведении указанной реакции в присутствии катализаторов межфазного переноса - галогенидов N, N-гексаалкилзамещенного гуанидиния или тетракис(диалкиламидо)фосфония удалось снизить необходимую для реакции температуру до 100-140°С и повысить выход целевого продукта до 92% (Патент РФ №2343142 С2, 2009), однако реализация такого способа требует специального оборудования для работы при высоком давлении. Известен способ получения пентафторфенола из гексафторбензола и гидроокиси калия в среде органического растворителя. В трет-бутаноле выход пентафторфенола достигает 71% (J. Chem. Soc., 1959, р. 13-17). В среде безводного пиридина выход пентафторфенола составляет 52% (Science, 1958, vol.127, p.643). Существенными недостатками указанных способов являются невысокий выход и низкое качество целевого продукта.
Известен способ получения пентафторфенола разложением пентафтор-фенилалкиловых эфиров; которые получают реакцией соответствующих алкоголятов с гексафторбензолом (выход для пентафторанизола 72%). Разложение проводят кислотами или хлоридом алюминия, выход пентафторфенола 20-58% (J. Chem. Soc., 1959,р. 2019-2021).
В настоящее время гексафторбензол не является промышленно доступным продуктом, в связи с тем, что гексахлорбензол, из которого его получали, ранее запрещен к производству по причине его высокой канцерогенности, поэтому возникла настоятельная потребность в способе синтеза пентафторфенола из промышленно доступного в настоящий момент сырья, а именно пентафторбензола и бромпентафторбензола.
Известен способ получения пентафторфенола из бромпентафторбензола, в котором сначала взаимодействием последнего с магнием в эфире получают пентафторфенилмагнийбромид, затем получают пентафторфенилдиметоксиборат либо пентафторфенилборную кислоту взаимодействием с триметоксибором, далее окисляют их перекисью водорода с получением пентафторфенола (J Fluorine Chem., 128 (2007), p.1153-1157, заявка на патент Японии JP 82548(A), 2005).
Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения пентафторфенола из бромпентафторбензола, в котором взаимодействием бромпентафторбензола с магнием в эфире получают пентафторфенилмагнийбромид, последний далее подвергают взаимодействию с пероксидами, получая пентафторфенол (Заявка на паатент Китая CN1847210 А, 2006). Этот метод обладает рядом недостатков, препятствующих его промышленному применению, а именно получение пентафторфенилмагнийбромида (реактива Гриньяра) в диэтиловом эфире является процессом повышенной опасности и требует использования инертной атмосферы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание не требующего специального оборудования, простого в технологическом отношении способа получения пентафторфенола из доступного в промышленности сырья, каким в настоящее время является бромпентафторбензол.
Эта задача решается заявляемым способом получения пентафторфенола из бромпентафторбензола, который заключается в том, что бромпентафторбензол подвергают взаимодействию с цинком при мольном соотношении 1:1 в полярном апротонном растворителе, выбранном из группы, включающей диметилформамид, диметилацетамид, N-метилпирролидон, ацетонитрил, в интервале температур 30-70°С, полученный раствор пентафторфенилцинкбромида подвергают взаимодействию с трет-бутиловым эфиром пероксикислоты, таким как трет-бутилпероксибензоат, трет-бутилпероксиацетат, трет-бутилперокситрифторацетат, в присутствии солей одновалентной меди CuX, где Х=Cl, Br, I, при мольном соотношении бромпентафторбензол: трет-бутиловый эфир пероксикислоты: CuX, равном 1:1:0,1; затем образовавшийся трет-бутиловый эфир пентафторфенола отделяют и гидролизуют нагреванием с концентрированной соляной кислотой, целевой пентафторфенол выделяют известными приемами с выходом 75-91%.
Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что в отличие от пентафторфенилмагнийбромида, являющегося промежуточным соединением в способе-прототипе, в заявляемом способе интермедиатом является соответствующее цинкорганическое производное, которое устойчиво к действию кислорода воздуха, его получают не в диэтиловом эфире, а в значительно более высококипящих и менее горючих растворителях (диметилформамид, диметилацетамид, N-метилпирролидон, ацетонитрил), что значительно упрощает аппаратуру, необходимую для промышленного внедрения способа по настоящему изобретению, и делает способ значительно более безопасным.
Технический результат изобретения состоит в создании способа получения пентафторфенола из промышленно доступного бромпентафторбензола без использования высоколетучих пожароопасных растворителей и соответственно простого в аппаратурном оформлении.
Заявляемый способ включает три стадии:
(i) взаимодействие бромпентафторбензола с предварительно активированным цинком с получением раствора пентафторфенилцинкбромида в полярном апротонном растворителе, таком как ДМФА, ДМАА, N-метилпирролидон или ацетонитрил. Цинк может быть активирован либо взаимодействием с 5-8 мол.% триметилхлорсилана, либо путем образования цинк-медной пары взаимодействием с ацетатом меди, взятом в количестве 5-8 мол.% от количества цинка. Образование пентафторфенилцинкбромида происходит количественно при добавлении бромпентафторбензола к взвеси цинка в полярном апротонном растворителе, таком как диметилформамид, диметилацетамид, N-метилпирролидон, ацетонитрил, при соотношении цинка и пентафторфенилбромида 1:1 и температуре 30-70°С, предпочтительно при 45-50°С.
(i) взаимодействие раствора пентафторфенилцинкбромида с трет-бутиловым эфиром перосикислоты, таким как трет-бутилпероксибензоат, трет-бутилпероксиацетат, трет-бутилперокситрифторацетат, в одном из перечисленных растворителей при катализе галогенидами одновалентной меди (хлоридом, бромидом или йодидом) при соотношении бромпентафторбензол: трет-бутиловый эфир пероксикислоты: CuX, равном 1:1:0,1 при комнатной температуре получают трет-бутиловый эфир пентафторфенола, для выделения которого к реакционной смеси добавляют разбавленную соляную кислоту и органический растворитель, такой как хлористый метилен или хлороформ, предпочтительно хлористый метилен, после чего перемешивают и отделяют нижний слой, состоящий в основном из трет-бутилового эфира пентафторфенола и растворителя.
(iii) гидролиз полученного трет-бутилового эфира пентафторфенола действием концентрированной соляной кислоты при нагревании и перемешивании с одновременной отгонкой растворителя. После завершения отгонки растворителя реакционную смесь кипятят до прекращения газовыделения. Целевой пентафторфенол выделяют, выливая реакционную смесь в воду, продукт промывают холодной водой и ректифицируют.
Все стадии способа осуществляют в одном реакторе без выделения и очистки промежуточных соединений. Пентафторфенол, полученный таким образом, очищают ректификацией до чистоты 99%. Выход продукта составляет 75-91%.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления:
Пример 1
В двухлитровую колбу к 809 мл ДМФА при интенсивном перемешивании добавляют 126 г порошка цинка, 17,5 г триметилхлорсилана и перемешивают 30 мин, затем по каплям прибавляют 400 г бромпентафторбензола с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не превышала 45-50°С. После окончания добавления бромпентафторбензола реакционную смесь перемешивают 30 мин. К полученной смеси при перемешивании добавляют 0,5 г CuCl и при температуре 20-25°С по каплям добавляют 315 г трет-бутилпероксибензоата. Реакционную смесь перемешивают в течение часа, затем добавляют 650 мл (860 г) хлористого метилена и 1,2 л 10% соляной кислоты. Перемешивают 20 минут, отделяют нижний слой, к нему добавляют 650 мл концентрированной соляной кислоты и нагревают до кипения (100°С) с одновременной отгонкой хлористого метилена. Затем реакционную смесь кипятят до прекращения газовыделения, охлаждают до 15-17°С, верхний слой декантируют, к остатку добавляют 650 мл воды и нагревают до кипения, снова охлаждают до 15-17°С, декантируют, кристаллический осадок отфильтровывают, сушат. Получают 250 г сырца пентафторфенола, из которого ректификацией выделяют 218 г пентафторфенола чистотой 99%.
Пример 2
Способом, аналогичным описанному в примере 1, используя 0,7 г CuBr вместо 0,5 г CuCl, из 400 г бромпентафторбензола получают 230 г сырца пентафторфенола, из которого ректификацией выделяют 201 г пентафторфенола чистотой 99%.
Пример 3
Способом, аналогичным описанному в примере 1, используя 1,0 г CuI вместо 0,5 г CuCl, из 400 г бромпентафторбензола получают 270 г сырца пентафторфенола, из которого ректификацией выделяют 243 г пентафторфенола чистотой 99%.
Пример 4
В двухлитровую колбу к 950 мл ацетонитрила при интенсивном перемешивании добавляют 126 г порошка цинка, 17,5 г триметилхлорсилана и перемешивают 30 мин, затем по каплям прибавляют 400 г бромпентафторбензола с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не превышала 45-50°С. После окончания добавления бромпентафторбензола реакционную смесь перемешивают 60 мин. К полученной смеси при перемешивании добавляют 0,5 г CuCl и при температуре 20-25°С по каплям добавляют 315 г трет-бутилпероксибензоата. Реакционную смесь перемешивают в течение часа, затем добавляют 650 мл (860 г) хлористого метилена и 1,2 л 10% соляной кислоты, перемешивают 20 минут, отделяют нижний слой, к нему добавляют 650 мл концентрированной соляной кислоты и нагревают до кипения (100°С) с одновременной отгонкой хлористого метилена. Далее реакционную смесь кипятят до прекращения газовыделения, охлаждают до 15-17°С, верхний слой декантируют, к остатку добавляют 650 мл воды и нагревают до кипения, снова охлаждают до 15-17°С, декантируют, кристаллический осадок отфильтровывают, сушат. Получают 250 г сырца пентафторфенола, из которого ректификацией выделяют 203 г пентафторфенола чистотой 99%.
Пример 5
В двухлитровую колбу к 920 мл ДМАА при интенсивном перемешивании добавляют 126 г порошка цинка, 17,5 г триметилхлорсилана и перемешивают 30 мин, затем из капельной воронки добавляют 400 г бромпентафторбензола с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не превышала 45-50°С. После окончания добавления бромпентафторбензола реакционную смесь перемешивают 60 мин. К полученной смеси при перемешивании добавляют 0,5 г CuCl и при температуре 20-25°С по каплям добавляют 315 г трет-бутилпероксибензоата. По завершении добавления реакционную смесь перемешивают в течение часа, затем добавляют 650 мл (860 г) хлористого метилена и 1,2 л 10% соляной кислоты, перемешивают 20 минут, отделяют нижний слой, к нему добавляют 650 мл концентрированной соляной кислоты и нагревают до кипения (100°С) с одновременной отгонкой хлористого метилена. Далее реакционную смесь кипятят до прекращения газовыделения, затем охлаждают до 15-17°С, верхний слой декантируют, к остатку добавляют 650 мл воды и нагревают до кипения, снова охлаждают до 15-17°С, декантируют, кристаллический осадок отфильтровывают, сушат. Получают 240 г сырца пентафторфенола, из которого ректификацией выделяют 210 г пентафторфенола чистотой 99%.