[发明专利]一种非均相催化苯转化为三氟甲苯的方法

说明书

技术领域

本发明属于热催化有机合成技术领域，具体涉及一种非均相催化苯转化为三氟甲苯的方法。

背景技术

三氟甲基(·CF₃)具有强吸电性和亲脂性，且其C-F键十分稳定，将其引入到有机化合物中能够显著改变化合物的偶极矩、极性、亲脂性及其化学和代谢的稳定性。含三氟甲基的芳香化合物已在医药、农药和有机材料等领域得到广泛应用，如抗癌药索拉非尼、抗抑郁药氟西汀、新型植物广谱杀菌剂肟菌酯、液晶显示屏典型材料ZLI-2857等都含三氟甲基。因此，发展新型高效的有机氟化学反应，尤其是三氟甲基化反应，长期以来一直引起化学研究者的广泛兴趣。

三氟甲基化的发展在一定程度上受限于三氟甲基化试剂的发现，较为常用的三氟甲基化试剂有亲核的(CH₃)₃SiCF₃、亲电的Umemoto试剂、Togni试剂，此外还有CF₃Cl、CF₃SO₂Cl、CF₃COOH等。且由于传统的钯、铜催化三氟甲基化需要C-H键预先功能化才能进一步三氟甲基化，尝试选用新的催化体系直接进行三氟甲基化成为了发展三氟甲基化反应的又一个突破点。

工业上进行三氟甲基化反应的一种传统方法是先将甲基上的氢进行自由基引发的氯化反应，得到三氯甲基化合物，然后通过氟氯交换的氟化反应得到三氟甲基化合物；另一种方法是先将酸制备成相对应的酰氟化合物，然后用HF将酰氟转化成三氟甲基。但两种方法显著的缺点是反应条件苛刻、反应体系复杂、成本高、污染高、危险系数也较高。因此，研发一种低成本、温和条件下将苯转化为三氟甲苯的方法具有重要的研究和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非均相催化苯转化为三氟甲苯的有机合成方法，其体系简单、反应条件温和、成本低且可大量制备三氟甲苯，解决了目前工业上制备三氟甲苯时存在的高污染、高成本的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非均相催化苯转化为三氟甲苯的方法，是以一水合硫酸锰作为催化剂，三氟甲基亚磺酸钠（CF₃SO₂Na-Langlois试剂）作为三氟甲基源，乙腈为溶剂，在低温常压条件下催化苯生成三氟甲苯。

其具体包括如下步骤：

1）将0.2mmol一水合硫酸锰和0.5mmol三氟甲基亚磺酸钠于反应器中混合后，加入1~5mL乙腈和0.5~1mL苯；

2）将该反应器放入超声波清洗机中超声处理30s后，将反应器连接空气气球，置于集热式恒温磁力搅拌器中50℃反应24h。

所述超声处理的频率为50~70KHz。

本发明的优点在于：

（1）本发明采用一水合硫酸锰为催化剂进行低温催化，使苯的三氟甲基化反应在较温和、较低的温度（<60℃）条件下即可进行，且反应后的一水合硫酸锰经处理后可循环使用，不仅降低了成本，也更加环保。

（2）本发明采用非均相反应体系，反应条件温和，可有效避免目前工业三氟甲基化反应中使用强酸、重金属带来的污染。

（3）本发明方法操作简单易行，具有很好的重复性，且反应过程简单、对环境友好，有利于大规模的工业生产，适于推广应用。

（4）本发明方法可进一步用于对具有生物活性、药物活性的有机化合物进行三氟甲基修饰，具有良好的实际应用前景和经济效益。

附图说明

图1为实施例1反应后所得上清液的GC-MS图。

图2为实施例1所得三氟甲苯的¹⁹F NMR图谱。

图3为一水合硫酸锰的循环使用次数与三氟甲苯产率的变化关系图。

图4为不同反应时间与三氟甲苯产率的变化关系图。

图5为反应过程中捕获的中间产物三氟甲基自由基的ESR图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

（1）称取0.2mmol一水合硫酸锰作为催化剂，0.5mmol三氟甲基亚磺酸钠作为三氟甲基源，于反应器中混合后，加入1mL乙腈为溶剂及0.5mL反应物苯；

（2）将该反应器放入超声波清洗机中50KHz超声处理30s后，将反应器连接空气气球，置于集热式恒温磁力搅拌器中50℃反应24h；