2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺的連續流合成工藝

潘強彪，謝四維，應煒煒，李俊奇

(浙江巍華新材料股份有限公司，浙江 紹興 312300)

2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺是合成殺蟲劑氟蟲腈的關鍵中間體，為淡黃色晶體，熔點33～36 ℃[1]，其合成方法主要有3 種。

張增興等[2]以4-三氟甲基苯胺為原料，基于鹽酸/雙氧水體系氯化4-三氟甲基苯胺制備2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺，通過精確控制反應時間和溫度，提高反應收率至88.6%，含量98.9%。

Monteiro 等[3]以2,6-二氯苯胺為原料，利用管式反應器和微型玻璃靜態混合器，在毫升級持液量尺度下進行2,6-二氯苯胺的三氟甲基化連續反應，該反應的高效傳熱效果縮短反應時間至22 s，但收率僅36.0%。

吳天泉等[4]以4-氯三氟甲苯為原料，通過氨解和光氯化反應合成2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺，收率78.0%，含大量副產物碳酸鈉和氯化氫。

傳統氯化工藝設備選型往往選用釜式或塔式結構，并需要過量氯氣彌補設備低氯氣利用率缺點，還存在放熱劇烈、腐蝕性強、反應時間長、傳質效果差等問題，因此開發安全高效的氯化工藝受到廣泛關注。2022 年，李國梅等[5]利用微通道反應器開發了一種安全高效氯化工藝，以鹽酸為氯源、雙氧水為綠色氧化劑，在碳化硅微通道反應器中對甲苯進行氧氯化得到氯代甲苯，微通道連續化技術縮短了反應時間，確保了反應安全。微通道反應器微結構尺寸保證了熱交換效率高，抑制了局部過熱區域形成，使整個反應器中沒有溫度梯度和內能累積，因此在微通道反應器中進行高放熱、高速率反應也能實現較高反應選擇性和安全性[6]。微通道反應器優異的傳質傳熱效果使反應進程沿反應通道均勻分布，通過調節流量和壓力精確控制中間體或產物的停留時間，大大提高了生產效率。

本研究以4-三氟甲基苯胺為起始原料，經預熱，氧氯化、降溫等工段工序合成2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺。采用微通道反應器構建連續流工藝，考察溫度、壓力、流速、物料用量等工藝參數對反應的影響，并結合實際生產要求得到最佳反應條件。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

康寧高通量微通道G1 反應器(CORNING G1-10FM SiC)；Hanbon-NP7010C 高效液相泵(江蘇漢邦科技股份有限公司)Agilent-1260-InfinityⅡ高效液相色譜(安捷倫公司)。

對三氟甲基苯胺(98%)(江蘇優普生物化學科技股份有限公司)，鹽酸(31%)(江蘇聯化科技有限公司)，雙氧水(50%)(杭州精欣化工有限公司)。

1.2 方法

如圖1 所示，將微通道反應器預熱段1、預熱段2、反應段的導熱油溫度分別設定為130、45、140 ℃，微通道反應器降溫段的循環水溫度設定為10 ℃。先用高效液相泵以490 g/min 將12%鹽酸輸送至微通道反應器預熱段1，再用電磁計量泵將4-三氟甲基苯胺和50%過氧化氫分別以61、125 g/min流速輸送至微通道反應器預熱段2，控制鹽酸預熱溫度為120 ℃，4-三氟甲基苯胺和雙氧水的預熱溫度為40 ℃，氧氯化反應溫度為130 ℃，反應液降溫溫度為25 ℃。穩定運行30 min，有機層取樣，經HPLC 外標法定量分析，計算反應總收率。

圖1 微通道反應器連續化制備2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺工藝示意圖

2 結果與分析

連續化制備2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺工藝中，以4-三氟甲基苯胺、鹽酸(12%)，雙氧水(50%)為起始原料，經過微通道反應器預熱工段、氧氯化工段、降溫工段得到2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺粗品，HPLC 外標法分析。計算收率。研究探索了溫度、壓力、流速和投料量對反應收率的影響。

2.1 鹽酸預熱溫度對反應的影響

為滿足工業化放大生產需求，設計鹽酸預熱模塊，不僅緩解了反應段換熱壓力，也能滿足高流速進料。參考1.2 方法，考察了不同鹽酸預熱溫度條件下反應對2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺收率的影響，結果見圖2。

圖2 鹽酸預熱溫度對反應的影響

從圖2 可知：隨著預熱溫度的升高，原料轉化率逐漸提高，當預熱溫度＞72 ℃時，單氯化雜質含量明顯降低。考慮到實際生產中難于實現較高的預熱溫度，將鹽酸最佳預熱溫度確定為85 ℃適宜，此時預熱段微通道反應器導熱油溫度為120 ℃。

2.2 氧氯化溫度對反應的影響

上述鹽酸預熱溫度考察結果表明溫度繼續升高可繼續降低單氯化雜質含量。為保證氧氯化反應徹底，降低反應液中單氯雜質，參考1.2 方法，考察了不同反應段溫度對反應收率的影響，結果見圖3。

圖3 氧氯化反應溫度對反應的影響

反應溫度為140oC 時，單氯雜質含量僅0.9%，但該溫度已遠遠超過了雙氧水分解溫度，導致反應體系壓力倍增至16 bar，雙氧水利用率極低，不利于工藝放大和安全生產，因此反應溫度為130oC 適宜，此時單氯雜質含量降低至2.3%，微通道反應器導熱油溫度設置為140oC。

2.3 系統壓力對反應的影響

實驗選用的是康寧G1 玻璃微通道反應器，該反應器具有高傳熱、高耐壓等效果，最高壓力可達18 bar，故選取了9～15 bar 壓力范圍，參考1.2 方法，通過調節背壓閥研究了不同系統壓力對反應收率的影響，結果見圖4。

圖4 系統壓力對反應的影響

由圖4 可知：單氯雜質含量與系統壓力成反比，反應收率則相反，與系統壓力成正比。為保證單氯雜質含量小于3.0%，系統壓力為13～15 bar 適宜。

2.4 流速對反應的影響

微通道反應器高效的傳質和傳熱效果是縮短停留時間的關鍵，直接影響到氧氯化反應的產能。在上述實驗的基礎上，通過增大流速可以實現增加系統壓力和縮短停留時間，在實際生產過程中也可改變管徑來調節系統壓力和流速。參考1.2 方法，研究了不同流速對反應收率的影響，結果見圖5。

圖5 流速對反應的影響

當總流速提高至676 g/min 時，單氯含量略微增加，反應收率仍達82.5%。當流速降低至338 g/min時，反應體系中檢測出存在2,6-二氯-4-三氟甲基苯酚雜質，初步判斷是停留時間過長導致，因此在反應結束后設計降溫模塊是十分必要的。

2.5 雙氧水和鹽酸用量對反應的影響

雙氧水和鹽酸濃度的選擇與反應速率有關，50%雙氧水和12%鹽酸已能滿足工藝設計要求，在此不再贅述，值得注意的是當提高鹽酸濃度時，可能會導致反應體系中析出胺鹽導致管道堵塞。參考1.2 方法，只研究考察了雙氧水和鹽酸的用量對反應的影響，結果見表1。

表1 雙氧水和鹽酸的用量篩選

由表1 可知：隨著50%H2O2用量由4.2 eq 增加至4.8 eq，單氯雜質含量由9.4%明顯降低至3.0%，產品收率由76.4%增加至81.7%，繼續增加50%H2O2用量至5.4 eq，對單氯雜質含量(3.2%)和產品收率(81.5%)均無明顯影響，故50%H2O2用量為4.8 eq適宜。當50%H2O2用量為4.8 eq，12%鹽酸的用量為4.5 eq 最為適宜，若提高至5.0 eq，系統壓力已到設定極限。

3 結論

以4-三氟甲基苯胺為底物，在微通道反應器中通過預熱、氧氯化、降溫3 道工序實現了2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺連續化合成，優化條件下，反應收率高達83.0%，產品含量99.0%，后處理簡單。該工藝符合化工生產的本質安全要求，為工業化合成2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺提供了一種新途徑。