用于卤氟交换反应的含有氨基鏻盐的催化剂

本发明涉及一种用于通过卤氟交换反应制备含氟化合物的改进 催化剂系统。

含氟化合物用于液晶混合物中(EP 0 602 596)中。

卤氟交换反应称之为halex反应。这是一种常用的方法，用于 向含有可被取代的卤的化合物中引入氟取代基。

在芳香族化合物，特别是活性芳香族化合物中，卤氟交换反应是 亲核取代。这一反应需要比较高的反应温度，通常是200-30 0℃，其结果是有时形成大量的分解产物。通常，没有溶剂就不能 操作，以至于与没有溶剂的过程相比其时空产率较低。作为一种选 择，可以使用常规相转移催化剂使上述缺点减少。

还存在其它问题，例如，在没有溶剂的过程中，反应悬浮液的搅 拌性能差。已使用的相转移催化剂是烷基季铵盐或烷基鏻盐(US-A 4287374)、吡啶鎓盐(WO 87/04194)，冠醚或四苯基鏻盐(J.H.Clark 等，四面体通讯，28[1987]，第111-114页)，某些相转移催化剂的 活性比较低，在进行反应所需的温度下仅具有中等稳定性。

由于这些限制和缺点，所以非常需要一种改进的催化剂系统，利 用这种催化剂系统避免已知方法中固有的缺点如特别是高反应温度 和长反应时间，以获得所需的含氟化合物，特别是非活性芳族化合 物，而且在相对低的反应温度和相对短的反应时间内获得好的至非 好的产率。

现已发现，一种由通式(I)的氨基鏻盐与一种或多种选自季铵 盐、季鏻盐和聚醚的化合物形成的混合物能令人意外地满足上述要 求。

本发明提供了一种在芳烃上进行卤氟交换反应的催化剂，它基本 上由一种或多种组分a)的化合物以及组分b)、c)和/或d)中至少一 种化合物形成的混合物组成，其中组分

a)是通式(I)的氨基鏻盐

其中A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8相互独立，可以相同或不同， 每一个是具有1-12个碳原子的直链或支链烷基或链烯基、具有4-8 个碳原子的环烷基、具有6-12个碳原子的芳基、具有7-12个碳原 子的芳烷基，或者A1A2、A3A4、A5A6、A7A8相互独立，可以相同或不同， 直接或经O或N-A9相互连接，形成具有3-7个环原子的环，A9是具 有1-4个碳原子的烷基，B-是单价的酸阴离子或多价的酸阴离子的 等价物，

b)是通式(II)的季铵化合物 其中

R1、R2、R3和R4可以相同或不同，是

通式-(CmH2mO)pR5的直链或支链烷氧基聚氧烷基，其中，R5是具

有1-16，优选1-8个碳原子的直链或支链烷基，或C1-C4-烷芳

基，特别是苄基，m是一个1-10，优选1-5的整数，p是1-15，

优选2-10的数；

或是具有1-30，优选1-18个碳原子的直链或支链烷基；

或未取代的苯基或萘基；或取代的苯基或萘基，其中取代基是

卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、硝基、CF3、或氰基；和

X-是阴离子，优选F-、HF2-、Cl-、I-、Br-、BF4-、1/2SO42-、C6H5-SO3-、 p-CH3-C6H4SO3-、HSO4-、PF6-或CF3SO3-；

c)是通式(III)的季鏻化合物

其中

R6、R7、R8和R9相同或不同，是具有1-22，优选1-16个碳原子 的直链或支链烷基；取代的或未取代的芳基或一个C1-C4-烷芳基， 其中芳基是苯基或萘基，所述取代基是卤素、C1-C4-烷基、C1-C4-烷 氧基、硝基或氰基；

X的意义与前面的定义相同；和

d)是通式(IV)的冠醚或聚醚

             R10-(O-CxH2x)r-OR11       (IV)

其中R10、R11相同或不同，是具有1-16，优选1-8个碳原子的直 链或支链烷基；

x是2-6，优选2-3的整数，和

r是0-20，优选1-18，特别是4-14的数。

本发明的催化剂包括以下所有可能的组合：化合物a)与化合物 b)或与化合物c)或与化合物d)或与混合物b)和c)，或b)和d)，或 c)和d)，或b)、c)和d)，其中所述化合物a)至d)本身可以是相应 化合物的混合物。

特别优选的催化剂由组分a)和b)组成，其中R1、R2、R3和R4中 至少一个是通式-(CmH2mO)pR5的直链或支链烷氧基聚氧烷基，或由组 分a)和d)组成。

组分a)与组分b)、c)和/或d)的混合比率可以在宽范围内变化， 其前提条件是，组分a)在总的催化剂中的重量占5-95％，优选占 10-80％。

特别优选的催化剂由组分a)和d)组成，特别是a)∶d)的比率为 2∶1-1∶20，优选1∶1-1∶15，特别优选1∶2-1∶10。

组分a)：

可以使用一种通式(I)的化合物，其中A1、A2、A3、A4、A5、A6、 A7、A8相互独立，可以相同或不同，每一个是具有1-12，特别是1- 8，优选1-4个碳原子的直链或支链烷基或链烯基，特别是烷基，或 者具有4-8，特别是5-6个碳原子的环烷基。这些化合物是特别有利 的，因为它们可以比较简单的方式由相应的二烷基胺，二链烯基胺， 二环烷基胺，含有烷基和链烯基、烷基和环烷基或链烯基和环烷基 的仲胺制备。

可以使用一种通式(I)的化合物，其中A1A2＝A3A4、A1A2＝A3A4＝A5A6 或A1A2＝A3A4＝A5A6＝A7A8。这些化合物中，A1A2、A3A4、A5A6、A7A8的两个 或多个是相同的，这些化合物是易于得到的。

烷基的例子是甲基、乙基、正丙基、异丙基、丁基、异丁基、正 戊基、3-甲基丁基、正己基、2-乙基己基，特别是甲基、乙基、正 丙基、正戊基，链烯基的例子是烯丙基、丙-2-烯基、正丁-2-烯基， 环烷基的例子是环戊基、环己基、4-甲基环己基、4-叔丁基环己基。

也可以使用通式(I)的化合物，其中A1＝A2，A3＝A4，A5＝A6，A7＝A8。 这些化合物是易于获得的，因而是有利的。

还可以使用通式(I)的化合物，其中A1＝A2＝A3＝A4，或 A1＝A2＝A3＝A4＝A5＝A6，或A1＝A2＝A3＝A4＝A5＝A6＝A7＝A8。在这些化合物中，A1-A8 中有四、六或八个是相同的，类似地，由于它们易于获得，所以是 有利的。

还可以使用一种通式(I)的化合物，其中A1A2、或A1A2和A3A4、 或A1A2和A3A4和A5A6、或A1A2和A3A4和A5A6和A7A8直接或经O或N-A9相互连接，形成具有5-6个环原子的饱和或不饱和环。相应地，这 些化合物含有一、二、三或四个上述环。

进一步说，还可以使用一种通式(I)的化合物，其中A1A2、或A1A2 和A3A4、或A1A2和A3A4和A5A6、或A1A2和A3A4和A5A6和A7A8连接，形 成一个含有N原子的环，N原子上分别有基团A1-A8，如果必要的话， O、N-A9和CH2作为环元。在这组物质中，N原子与其上的基团A1-A8 形成了例如六氢吡啶环、四氢吡咯环、六氢吡嗪环或吗啉环。相应 地，这些化合物含有一、二、三或四个上述环。

在通式(I)的化合物中，如开始时已提到，B-是单价的酸阴离子 或多价的酸阴离子的等价物，特别是无机矿物酸-、有机羧酸-、脂 族或芳族磺酸的阴离子。  

常用的通式(I)的化合物中，B-是F-、C1-、I-、Br-、HF2-、BF4-、 C6H5-SO3-、p-CH3-C6H5SO3-、HSO4-、PF6-或CF3SO3-；特别是F-、Cl-、I-、 Br-、HF2-、BF4-。

作为非穷尽举例，通式(I)化合物的例子有：

四(二甲基氨基)氯化鏻

四(二乙基氨基)氯化鏻

四(二甲基氨基)溴化鏻

四(二乙基氨基)溴化鏻

四(二丙基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二乙基氨基)(二甲基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

四(二丁基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(二乙基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(环戊基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(二丙基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(二丁基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(环己基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(二烯丙基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(二己基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二乙基氨基)(二己基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二甲基氨基)(二庚基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(二乙基氨基)(二庚基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

四(吡咯烷基)氯化鏻或-溴化鏻

四(哌啶子基)氯化鏻或-溴化鏻

四(吗啉代基)氯化鏻或-溴化鏻

三(哌啶子基)(二烯丙基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(吡咯烷基)(乙基甲基氨基)氯化鏻或-溴化鏻

三(吡咯烷基)(二乙基氨基)氯化鏻或-溴化鏻。

也可以使用两种或多种通式(I)化合物的混合物。如果使用通式 (I)化合物的混合物，这是特别简单的。

通式(I)化合物可以通过，例如，使五氯化磷与二烷基胺反应来 制备。下面的反应式说明了用二甲基胺进行的反应：

             PCl5+HN(CH3)2→P[N(CH3)2]4Cl

然而，五氯化磷可以分步与不同的仲胺，例如，二烷基胺反应， 以得到非对称取代的通式(I)的化合物。合成通式(I)化合物的其它 方法由R.Schwesinger等公开在应用化学103(1991)1376和化学 通讯127(1994)2435-2454中。

组分b)：

在通式(II)化合物中含有的通式-(CmH2mO)pR5所示的直链或支 链烷氧基聚氧烷基中，相同或不同和烷氧基单元可以相互连接。在 通式(II)化合物中的直链或支链烷氧基聚氧烷基数目优选为1或 2。用于本发明目的，特别优选的通式(II)的化合物是：二甲基二(乙 氧基聚氧丙基)氯化铵，二甲基二(乙氧基聚氧丙基甲醚)氯化铵，二 甲基(乙氧基聚氧丙基)-(乙氧基聚氧丙基甲基醚)氯化铵，二甲基- 二(乙氧基聚氧乙基)氯化铵，二甲基二(乙氧基聚氧乙基甲醚)氯化 铵，二甲基(乙氧基聚氧乙基)(乙氧基聚氧乙基甲醚)氯化铵，在每 种情况下平均链长p为3，还有三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵和三 甲基(乙氧基聚氧丙基甲醚)氯化铵，在每种情况下平均链长p为8， 或以上化合物的混合物。

通式(II)的上述化合物可以由相应的乙醇胺用已知方法(US-PS 3 123 641；US-PS 3 141 905)制备，它与烯化氧反应和季铵化后， 可以同时醚化或不醚化，能得到所需化合物，产率高。

优选的通式(II)化合物是十八烷基三甲基氯化铵，二(十八烷基) 二甲基氯化铵，四甲基氯化铵，四甲基溴化铵，十六烷基三甲基氯 化铵，和苄基三甲基氯化铵。

组分c)：

为了本发明目的，优选的通式(III)的化合物，是十六烷基三丁 基溴化鏻，十八烷基三丁基溴化鏻，四丁基氯化鏻，四丁基溴化鏻， 四辛基溴化鏻，四苯基氯化鏻或-溴化鏻鏻。

组分d)：

用于本发明目的，优选的通式(IV)的化合物的平均摩尔分子量 为300-800 g/mol。特别优选的是聚乙二醇二甲醚的混合物，链长r 为6-17，平均摩尔分子量为500g/mol。代替通式(IV)聚醚或与之结 合使用的，可以使用冠醚如18-冠-6，二苯并-18-冠-6，苯并-18- 冠-6，15-冠-5，苯并-15-冠-5，癸-18-冠-6和二环己基-18-冠-6。

令人意外的是，本发明的催化剂能强烈地加速反应，其结果是卤 氟交换反应(halex反应)能在相当温和的条件下进行，特别是在低 温和/或较短的时间内进行。同时，还能抑制或避免形成不必要的副 产物。

本发明还提供了一种所述催化剂在halex反应中的应用，其中， 在有所述催化剂存在、在有或没有溶剂存在、和40-260℃的温度下， 含有能与氟交换的卤素的化合物与通式(V)的氟化物或氟化物的混 合物反应

              MeF                (V)

其中Me是一个化学计量当量的碱土金属离子、碱金属离子或四 烷基铵离子，其中的烷基优选具有1-4个碳原子。

为了本发明的目的，“可以与氟交换的卤”是指氯、溴或碘，特 别是氯和溴，优选氯，它可以被氟以亲核取代而交换。

以含有可与氟交换的卤的化合物的重量为基准，本发明催化剂的 用量是0.5-35％，特别是1-30％，优选3-25％。

本发明的进一步的优点是，许多化合物可以作为halex反应的 起始原料。

因此，含有可与氟交换的卤的化合物可以是芳族化合物，其环上 带有可与氟交换的氯或溴取代基，特别是氯取代基，或在环上具有 1-3个氮原子，如果必要的话，该化合物可以带有至少一个利于芳族 化合物亲核取代的进一步的取代基。

作为非穷尽举例，适合于作为本发明方法的起始化合物是芳族化 合物苯、萘、吡啶、蒽、菲、嘧啶、以及吡嗪，也可以是由吡啶的 苯并稠合环系(喹啉、异喹啉、吖啶、吖啶酮)，嘧啶的苯并稠合的 环系，吡嗪的苯并稠合的环系，哌嗪的苯并稠合的环系(噌啉-、酞 嗪-、喹唑啉-、喹喔啉-、吩唪-、吩噁嗪的苯并二嗪)和它们的衍生 物，如果必要的话，这些化合物可以带有一个有利于芳族化合物亲 核取代的进一步的取代基。这些有利于芳族化合物亲核取代的进一 步的取代基通常会导致芳族化合物的活化，因此更容易进行卤氟交 换反应。

在芳族化合物上的有利于亲核取代的进一步的取代基是-J和-M 取代基，它们降低了芳环的电子密度，从而使得亲电子取代更难。 然而，从亲核取代的观点来看，这样活化了芳环。如果这些取代基 位于要与氟交换的卤原子、特别是氯或溴、优选氯的邻或对位，取 代基的活化作用特别大。

作为非穷尽举例，有利于亲核取代、从而有利于卤氟交换反应、 特别是氯氟交换反应的进一步的取代基是特别是F、Cl、Br、I、NO2、 NO、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、SO2Cl、OCF3、SCF3、SOCF3、 SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR或OR，或者连接两个邻位的基团 -CO-O-CO-、-CO-NR-CO-，特别是F、Cl、NO2、CF3、CN、CHO、COCl、 SO2Cl、COOR、SO2CF3、CONRR’、SO2R、COR，优选F、Cl、NO2、CF3、 CN、CHO、COCl，其中R和R’相互独立，可以相同或不同，是氢、具 有1-6、特别是1-4个碳原子的烷基、具有6-12个碳原子的芳基或 具有7-12个碳原子的芳烷基，烷基或芳烷基可以被一至三个卤原子 取代，特别是氟代或氯代。

可以使用在环上带有一个可与氟交换的氯或溴取代基，特别是氯 取代基的芳族化合物，这些化合物带有至少一个取代基，选自F、Cl、 Br、I、NO2、NO、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、SO2Cl、OCF3、 SCF3、SOCF3、SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR、OR或连接两个邻 位的基团-CO-O-CO-、-CO-NR-CO-，其中R和R’相互独立，可以相同 或不同，是氢、具有1-6、特别是1-4个碳原子的烷基、具有6-12 个碳原子的芳基或具有7-12个碳原子的芳烷基，烷基或芳烷基可以 被一至三个卤原子取代。

上述化合物还可以含有其它取代基，如烷基、氨基、烷氨基、羟 基或烷氧基。

作为起始原料，可以使用在环上带有一个可与氟交换的氯或溴取 代基，特别是氯取代基，如果必要的话，这些化合物带有至少一个 可与氟交换的氯或溴，特别是氯作为进一步的取代基，至少一个进 一步的取代基选自F、NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、SO2Cl、 OCF3、SCF3、SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR、OR、-CO-O-CO-或 -CO-NR-CO-。这些起始化合物相应地带有至少两个可与氟交换的卤 取代基，它们相互独立，可以是氯或，特别是氯。这些化合物通常 是易于进行单-或双卤氟交换，而不必带有选自上述基团的进一步的 取代基。但是，它们也可以带有有利于芳族化合物亲核取代的、选 自上述基团的进一步的取代基。从卤氟交换的观点看，取代基的存 在提高了芳族化合物的反应性。

在本发明方法中，使用通式(VI)的化合物可以获得良好的结果

其中W是N或C-R30，X是N或C-R40，Y是N或C-R50，Z是N或 C-R60，W、X和Y不同时是N，R10、R20、R30、R40、R50、R60相同或不同， 是H、F、Cl、Br、I、NO2、NO、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、 SO2Cl、OCF3、SCF3、SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR、OR或连接 两个邻位的基团-CO-O-CO-、-CO-NR-CO-或-CR”＝CR”-CR”＝CR”-，其 中R和R’的定义与前面相同，R”相互独立，可以相同或不同，其意 义与R10至R60一样，R10至R60中至少一个是氯或溴，特别是氯。

可以使用一种通式(VI)的化合物，其中R10、R20、R30、R40、R50、 R60相同或不同，特别是H、F、Cl、Br、NO2、CF3、CN、CHO、COCl， 优选H、F、Cl、NO2、CN、CHO。

可以使用一种通式(VI)的化合物，其中R10-R60中只有一个是氯 或溴，特别是氯，W、X、Y和Z都不是氮原子，R10-R60中至少一个其 余的基团是NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、SO2Cl、OCF3、 SCF3、SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR、OR、-CO-O-CO-、-CO-NR-CO-或-CR”＝CR”-CR”＝CR”-。

可以使用一种通式(VI)化合物进行halex反应，基团R10-R60中 的两个或多个是氯或溴，特别是氯，基团W、X、Y、Z是0-3个氮原 子，基团R10-R60中其余的都是氢。

可以使用一种通式(VI)化合物进行本方法，基团R10-R60中的仅 有一个是氯或溴，特别是氯，基团W、X、Y、Z中至少一个是氮原子， 基团R10-R60中其余的都是氢。

向芳环中引入至少一个氮原子提高了芳族化合物的反应性，即使 在芳族化合物中不存在有利于亲核取代的进一步的取代基，也足以 发生卤氟交换。

使用通式(VII)的化合物可以获得良好的结果

其中W是N或C-R30，R10、R20、R40、R50、R60和，可能的话，R30 是Cl、F、NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、SO2Cl、OCF3、SCF3、 SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR、OR，或两个在邻位相互连接的 基团是-CO-O-CO-、-CO-NR-CO-，其中R和R’相互独立，相同或不同， 是H、具有1-6个碳原子的直链或支链烷基、具有6-12个碳原子的 芳基或具有7-12个碳原子的芳烷基，R10、R20、R40、R50、R60和，可 能的话，R30中另一个是Cl，其余的基团是H、F、Cl。

使用通式(VII)的化合物也能获得成，其中W是N或C-R30，R10、 R20、R40、R50、R60之一或基团R30是Cl、F、NO2、CF3、CN、CHO、COF、 COCl、SO2F、SO2Cl、OCF3、SCF3、SO2CF3、COOR、CONRR’、SO2R、COR或OR，或两个在邻位相互连接的基团是-CO-O-CO-或-CO-NR-CO-， 其中R和R’相互独立，相同或不同，是H、具有1-6个碳原子的直 链或支链烷基、具有6-12个碳原子的芳基或具有7-12个碳原子的 芳烷基，R10、R20、R40、R50、R60中另一个是Cl，其余的基团是H、F、 Cl。

基团-CO-O-CO-或-CO-NR-CO-通常是R10-R60中的两个，互为邻 位，特别地，当W是N时，它们是R10、R20、R40、R50和R60中处于相 邻位置上的两个，当W是C-R30时，是R20、R30或R40中处于相邻位置 上的两个。

在通式(VII)的化合物中，基团R10、R20、R40、R50、R60和，可能 的话，R30之一或基团R30是Cl、F、NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、 OCF3、COOR、COONRR’、COR、OR、-CO-O-CO-或-CO-NR-CO-，优选Cl、 F、NO2、CF3、CN、CHO、COOR或COCl，其中R和R’特别是H、具有 1-4个碳原子的直链或支链烷基、具有6-12个碳原子的芳基，优选 H或具有1-3个碳原子的直链或支链烷基，特别优选甲基或乙基， R10、R20、R40、R50、R60和，可能的话，R30中的一个或两个是Cl，其 余的基团相同或不同，是H或Cl。

上述通式(VII)包括未活化的化合物，其中基团R10、R20、R40、R50、 R60和，可能的话，R30中一个是Cl或F，此外，基团R10、R20、R40、 R50、R60和，可能的话，R30中一个、两个或多个是Cl，如果上述基团 中一个是F，则所得到的化合物含有一个、两个或多个Cl原子，如 果上述基团中一个不是F而是Cl，则所得到的化合物含有两个、三 个或多个Cl原子。

当通式(VII)中的W是N时，这些未活化的吡啶衍生物的例子是 2，3-二氯吡啶，2，4-二氯吡啶，2，5-二氯吡啶，2，6-二氯吡啶，3，4- 二氯吡啶，3，5-二氯吡啶，2，3，4-三氯吡啶，2，3，5-三氯吡啶，2，3，6- 三氯吡啶，2，4，6-三氯吡啶，四氯吡啶和五氯吡啶，以及由上述含 氯吡啶作部分氟代所形成的氟代含氯吡啶。

当通式(VII)中的W是C-R30时，这些未活化的苯衍生物的例子是 1，2-二氯苯，1，3-二氯苯，1，4-二氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4-三 氯苯，1，3，5-三氯苯，1，2，3，4-四氯苯，1，2，3，5-四氯苯，1，2，4，6- 四氯苯，以及由上述含氯苯作部分氟代所形成的氟代含氯苯。

上述通式(VII)还包括含有活化基团的化合物。合适的活化基团 是NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、SO2F、SO2Cl、OCF3、SCF3、SO2CF3、 COOR、COONRR’、SO2R、COR、OR、-CO-O-CO-或-CO-NR-CO-，特别是 NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、OCF3、COOR、CONRR’、COR、OR、 -CO-O-CO-或-CO-NR-CO-，优选NO2、CF3、CN、CHO、COCl、COOR、 COR。

在含有活化基团的化合物中，如果W是N，通式(VII)中的基团 R10-R60之一、特别是基团R10、R20、R40、R50、R60之一是活化基团，特 别是当W是C-R30时，C-R30特别是活化基团。如果可与F交换的Cl位于活化基团的邻位或对位，则活化基团具有特别大的作用。与此 相关的是，应再次提醒，对于氯氟交换，吡啶环中的N原子具有活 化作用。

本发明方法不仅涉及活化基团邻位和/或对位的Cl的交换，而且 还涉及不太有利的间位上的Cl的交换。因此，也可以使用通式(VIII) 的化合物

其中，其中W是N或C-R30，R30是NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、 SO2F、SO2Cl、OCF3、SCF3、SO2CF3、COOR、COONRR’、SO2R、COR、OR， 或者两个邻位的R20、R30、R40基团是-CO-O-CO-或-CO-NR-CO-，特别 是NO2、CF3、CN、CHO、COF、COCl、OCF3、COOR、CONRR’、COR、OR， 或者两个邻位的R20、R30、R40基团是-CO-O-CO-或-CO-NR-CO-，优选 NO2、CF3、CN、CHO、COCl，R10、R20、R40是H、F或Cl。

作为非无穷举例，含有可与氟交换的卤素的物质包括：4-硝基 氯苯、2-氯硝基苯、2，4-二氯硝基苯、2-氯苯甲醛、4-氯苯甲醛、 2-氯苄氰、4-氯苄氰、2-氯苯甲酰氯、4-氯苯甲酰氯、2，4-二氯苯 甲醛、2，6-二氯苯甲醛、2，4-二氯苄氰、2，6-二氯苄氰、2，4-二氯 苯甲酰氯、2，6-二氯苯甲酰氯、1，3，5-三氯苯。

作为通式(V)的氟化物，可以使用氟化钙、氟化铵、氟化锂、氟 化钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯或其混合物，特别是氟化锂、氟化 钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯或其混合物，优选氟化钠、氟化钾、 氟化铯或其混合物，特别优选氟化钾、氟化铯或其混合物。通常， 仅使用氟化钾就够了。

关于氟化物与起始化合物的比率，必须考虑过量的氟化物可能会 导致不必要的副反应。在这种情况下，建议使用欠量的氟化物。一 般来说，氟化物的摩尔数与要取代的卤的当量数之比为(0.5- 10)∶1，特别是(0.8-5)∶1，优选(1-2)∶1，特别优选(1-1.5)∶1。

本发明的halex反应可以在有或没有溶剂存在的条件下进行。 如果使用溶剂，可以使用偶极质子惰性的、质子惰性的或质子溶剂。 合适的偶极质子惰性溶剂的例子是二甲亚砜(DMSO)、二甲砜、环丁 砜、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺、1，3-二甲基咪唑啉-2-酮、 N-甲基吡咯烷酮，二甘醇二甲醚、六甲基磷酸三酰胺、乙腈、苄腈。 这些溶剂可以混合物的形式使用。

合适的不具有所述偶极特征的质子惰性溶剂是芳烃或氯代芳 烃，例如，苯，甲苯，邻-、间-、对二甲苯，二甲苯异构体的工业 混合物，乙苯，1，3，5-三甲基苯，邻-、间-、对氯甲苯，氯苯，邻-、 间-、对二氯甲苯。这些溶剂也可以混合物的形式使用。

质子惰性或偶极质子惰性溶剂可以任何量使用，例如，以含有要 与氟交换的卤素的化合物的重量为基准，其用量为5-500％，但优选 少量使用，为5-30％。当使用质子溶剂时，以含有要与氟交换的卤 素的化合物的重量为基准，其用量为0.1-5％，优选为0.1-2％。

反应温度取决于含有要与氟交换的卤素的化合物的种类。所以， 反应性相对较差的化合物通常需要较高的反应温度，而反应性相对 较强的起始原料在相对低的温度下也能成功地反应。

反应时间也是如此。反应性差的起始原料通常需要比反应性高的 起始原料更长的反应时间。

应当注意到，仅由氟交换一个卤原子比由氟交换两个或多个卤原 子通常要简单。通常需要两次或多次卤氟交换，如果进行的话，与 单卤氟交换相比，需要更剧烈的反应条件(更高的反应温度和更长的 反应时间)。

在许多情况下，在60-250℃，特别是90-220℃，优选120-200 ℃的温度下足以进行本发明的方法。

本发明的halex反应可以在低于一个大气压、大气压或高于大 气压下进行。例如，可以在反应开始前，向反应悬浮液中加入少量 低沸点的、能与水形成共沸物的质子惰性溶剂，如苯、二甲苯、1，3，5- 三甲基苯、环己烷或甲苯。然而，通过减压，一部分溶剂与水一起 从反应悬浮液中除去。这一过程能提高反应速度和产率，还能使副 产物的形成最小。

本发明的催化剂可以在有或没有大气氧存在的条件下使用。优选 在保护性气氛下操作，如在氩或氮气氛下进行。

当进行本方法时，要在整个反应时间内确保反应混合物的良好混 合。

本方法可以间歇或连续地进行。

下面的实施例说明了本发明，但不对其进行限制。

实验部分

制备4-硝基氟苯

实施例1

使用四(二乙基氨基)溴化鏻和聚乙二醇二甲醚(500g/mol)作为 催化剂，使4-硝基氯苯反应制备4-硝基氟苯

在配有温度计、锚式搅拌器和带计泡计的回流冷凝器的1.5L 的四颈烧瓶中装入157g(1mol)的4-硝基氯苯、62.7g(1.1mol) 氟化钾，以及3.99g(0.01mol)四(二乙基氨基)溴化鏻和40g(0.08 mol)聚乙二醇二甲醚(500)作为催化剂。然后，混合物被加热到规定 的反应温度，同时搅拌，并反应规定的时间。在反应完成后，使反 应混合物冷却，并溶解在氯苯中，过滤出不溶组分(盐如KCl、KF)， 在减压下精馏纯化所需的产品(4-硝基氟苯)。

比较例1

使用四(二乙基氨基)溴化鏻作为催化剂，使4-硝基氯苯反应制 备4-硝基氟苯

按实施例1中描述的方法，使用157g(1mol)的4-硝基氯苯、 62.7g(1.1mol)氟化钾，以及3.99g(0.01mol)四(二乙基氨基) 溴化鏻。

比较例2

使用聚乙二醇二甲醚(500)作为催化剂，使4-硝基氯苯反应制备 4-硝基氟苯

按实施例1中描述的方法，使用157g(1mol)的4-硝基氯苯、 62.7g(1.1mol)氟化钾，以及40g(0.08mol)聚乙二醇二甲醚 (500)。 4-硝基氯苯  溶剂  KF/mol   催化剂 时间(小时)  反应温度 转化率％  产率％ 实施例1   1mol   无   1.1     A+B     20     180    100    88 比较例1   1mol   无   1.1  A 0.01mol     20     180     80    68 比较例2   1mol   无   1.1  B 0.08mol     20     180     25   <20

         A＝四(二乙基氨基)溴化鏻

         B＝聚乙二醇二甲醚(500)

制备2-硝基氟苯

实施例2

使用四(二乙基氨基)溴化鏻和聚乙二醇二甲醚(500)作为催化 剂，使4-硝基氯苯反应制备2-硝基氟苯

在配有温度计、锚式搅拌器和带计泡计的回流冷凝器的1.5L 的四颈烧瓶中装入157g(1mol)的2-硝基氯苯、62.7g(1.1mol) 氟化钾，以及3.99g(0.01mol)四(二乙基氨基)溴化鏻和40g(0.08 mol)聚乙二醇二甲醚(500)作为催化剂。然后，混合物被加热到规定 的反应温度，同时搅拌，并反应规定的时间。在反应完成后，使反 应混合物冷却，并溶解在氯苯中，过滤出不溶组分(盐如KCl、KF)， 在减压下精馏纯化所需的产品(2-硝基氟苯)。

比较例3

使用四(二乙基氨基)溴化鏻作为催化剂，使2-硝基氯苯反应制 备2-硝基氟苯

按实施例2中描述的方法，使用157g(1mol)的2-硝基氯苯、 62.7g(1.1mol)氟化钾，以及3.99g(0.01mol)四(二乙基氨基) 溴化鏻。

比较例4

使用聚乙二醇二甲醚(500)作为催化剂，使2-硝基氯苯反应制备 2-硝基氟苯

按实施例2中描述的方法，使用157g(1mol)的2-硝基氯苯、 62.7g(1.1mol)氟化钾，以及40g(0.08mol)聚乙二醇二甲醚 (500)。 2-硝基氯苯  溶剂  KF/mol   催化剂 时间(小时)  反应温度  转化率％  产率％ 实施例2   1mol   无   1.1     A+B     15     180     99     83 比较例3   1mol   无   1.1  0.01mol A     15     180     90     68 比较例4   1mol   无   1.1  0.08mol B     15     180     78     74

        A＝四(二乙基氨基)溴化鏻

        B＝聚乙二醇二甲醚(500)

实施例3

使用四(二乙基氨基)溴化鏻和三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵 作为催化剂，使2，6-二氯苯甲醛反应制备2，6-二氟苯甲醛

在配有温度计、锚式搅拌器和带计泡计的回流冷凝器的1.5L的 四颈烧瓶中装入174g(1mol)的2，6-二氯苯甲醛、114g(2mol)氟 化钾，以及7.98g(0.02mol)四(二乙基氨基)溴化鏻和36g(0.05mol) 三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵作为催化剂。然后，混合物被加热到 规定的反应温度，同时搅拌，并反应规定的时间。在反应完成后，使 反应混合物冷却，并溶解在氯苯中，过滤出不溶组分(盐如KCl、KF)， 在减压下精馏纯化所需的产品(2，6-二氟苯甲醛)。

比较例5

使用四(二乙基氨基)溴化鏻作为催化剂，使2，6-二氯苯甲醛反 应制备2，6-二氟苯甲醛

按实施例3中描述的方法，使用174g(1mol)的2，6-二氯苯甲 醛、114g(2mol)氟化钾，以及7.98g(0.02mol)四(二乙基氨基) 溴化鏻。

比较例6

使用三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵作为催化剂，使2，6-二氯 苯甲醛反应制备2，6-二氟苯甲醛

按实施例3中描述的方法，使用174g(1mol)的2，6-二氯苯甲 醛、114g(2mol)氟化钾，以及36g(0.05mol)三甲基(乙氧基聚 氧丙基)氯化铵。 2，6-二氯苯甲醛 溶剂  KF/mol     催化剂 时间(小时)  反应温度  转化率  产率％ 实施例3     1mol  无     2     A+B     20     165     88    69 比较例5     1mol  无     2  0.01mol A     20     165     65    55 比较例6     1mol  无     2  0.05mol B     20     165     42   <40

        A＝四(二乙基氨基)溴化鏻

        B＝三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵

实施例4

使用四(二乙基氨基)溴化鏻和三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵 作为催化剂，使1，3，5-三氯苯反应制备3，5-二氟氯苯

在配有温度计、锚式搅拌器和带计泡计的回流冷凝器的1.5L 的四颈烧瓶中装入180g(1mol)的1，3，5-三氯苯、114g(2mol) 氟化钾，以及7.98g(0.02mol)四(二乙基氨基)溴化鏻和36g(0.05 mol)三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵作为催化剂。然后，混合物被 加热到规定的反应温度，同时搅拌，并反应规定的时间。在反应完 成后，使反应混合物冷却，并溶解在氯苯中，过滤出不溶组分(盐如 KCl、KF)，在减压下精馏纯化所需的产品(3，5-二氟氯苯)。

比较例7

使用四(二乙基氨基)溴化鏻作为催化剂，使1，3，5-三氯苯反应 制备3，5-二氟氯苯

按实施例4中描述的方法，使用180g(1mol)的1，3，5-三氯苯、 114g(2mol)氟化钾，以及7.98g(0.02mol)四(二乙基氨基)溴化 鏻。

比较例8

使用三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵作为催化剂，使1，3，5-三 氯苯反应制备3，5-二氟氯苯

按实施例4中描述的方法，使用174g(1mol)的1，3，5-三氯苯、 114g(2mol)氟化钾，以及36g(0.05mol)三甲基(乙氧基聚氧丙 基)氯化铵。 1，3，5-三氯苯 溶剂   KF/mol    催化剂 时间(小时)  反应温度   转化率  产率％ 实施例4     1mol   无     2     A+B     24     190     65    61* 比较例7     1mol   无     2  0.01mol A     24     190     40    55** 比较例8     1mol   无     2  0.05mol B     24     190     <5    <5

A＝四(二乙基氨基)溴化鏻

B＝三甲基(乙氧基聚氧丙基)氯化铵

*加35％的1，3-二氯-5-氟苯

**加40％的1，3-二氯-5-氟苯

实施例5

使用四(二乙基氨基)溴化鏻和四苯基溴化鏻作为催化剂，使4- 氯苯甲醛反应制备4-氟苯甲醛

在配有温度计、锚式搅拌器和带计泡计的回流冷凝器的1.5L 的四颈烧瓶中装入140g(1mol)的4-氯苯甲醛、57g(1mol)氟化 钾，以及3.99g(0.01mol)四(二乙基氨基)溴化鏻和4.19g(0.01 mol)四苯基溴化鏻作为催化剂。然后，混合物被加热到规定的反应 温度，同时搅拌，并反应规定的时间。在反应完成后，使反应混合 物冷却，并溶解在氯苯中，过滤出不溶组分(如盐KCl、KF)，在减 压下精馏纯化所需的产品(4-氟苯甲醛)。

产率104g(84％)

比较例9

使用四苯基溴化鏻作为催化剂，使4-氯苯甲醛反应制备4-氟苯 甲醛

按实施例5中描述的方法，使用140g(1mol)的4-氯苯甲醛、 57g(1mol)氟化钾，以及8.4g(0.02mol)四苯基溴化鏻)。

产率：32％