背景及概述
3-氟-4-硝基苯胺是一种重要的有机合成原料，黄色针状结晶，高毒，易升华。微溶于冷水，溶于沸水、乙醇、乙醚、苯和酸溶液。其是一种重要的化工原料，可直接用于合成多种染料和颜料，也可合成农药氯硝胺、医药卡柳肿；同时还是防老剂、光稳定剂、显影剂等的原料。3-氟-4-硝基苯胺英文名称：3-Fluoro-4-nitroaniline，中文别名：4-硝基-3-氟苯胺，CAS号：2369-13-3，分子式：C6H5FN2O2，分子量：156.115。
制备
工业生产3-氟-4-硝基苯胺一般以3-氟-4-硝基氯苯为原料，可采用高压釜间歇法生产，收率在 98%以上，而采用管道反应器连续化生产，收率在 94%左右。目前生产企业都以压间歇法生产，以3-氟-4-硝基氯苯为原料，可采用高压釜进行间歇生产，根据原料氨水的浓度可分为高压法和低压法，氨水浓度高于 40%的称为高压法。3-氟-4-硝基苯胺合成的机理为：3-氟-4-硝基氯苯和一定浓度氨水在一定温度好压力条件下进行氨化反应，氨基取代氯基反应，属于高温高压反应。由于苯环上存在强吸电基—硝基，因此氯基较活泼，反应不需催化剂，但仍需在高温高压下氨解。由于属于非催化氨化，因此为双分子亲核取代反应，反应速度与3-氟-4-硝基氯苯和氨水的浓度成正比。氨的理论用量为3-氟-4-硝基氯苯的 2 倍（摩尔比），为了防止发生副反应生成二芳基仲胺和酚，同时也为了降低反应生成的氯化铵在高温时对反应釜的腐蚀，氨的用量远远超过理论量。其实质为亲核置换反应，首先是带有未共用电子对的氨分子同苯环上与氯相连的碳原子发生亲核反应，得到带有极性的中间加成产物，加成产物迅速转化为铵盐并恢复环的芳香性，然后再与氨反应得到反应产物3-氟-4-硝基苯胺。其合成反应式如下图：
图1 3-氟-4-硝基苯胺的合成反应式
实验操作：
方法一、
氨水的配置，经计量的工艺水打入氨水配置罐，液氨罐的液氨经计量进入氨水配置罐进行氨水配置，氨水浓度 40%以上。3-氟-4-硝基氯苯储罐的3-氟-4-硝基氯苯经泵打入计量槽，3-氟-4-硝基氯苯加入氨化釜，随后配置好的一定浓度氨水打入氨化釜中。检查氨化釜处于工作状态后，通蒸汽加热升温，温度升至 150℃后停止加热，氨化釜温度随氨化反应的进行而升高，釜内温度不上升时，说明反应基本结束。通蒸汽维持釜内温度 175～178℃，这个过程为保温过程，保温时间 8 h 以上。保温结束，进行过量氨气的高压、低压回收，高压吸收利用氨化釜与吸收罐的压力差进行，过量的氨和部分水蒸气经冷凝器冷却后进入高压吸收罐，高压吸收的氨水经检测浓度后由泵送至氨水配置罐，当氨化釜内压力降至 0.2 MPa 时，开启真空系统进行低压吸收，吸收至釜内压力为 0 MPa。低压吸收的氨水检测到一定浓度后由泵送至氨水配置罐。高压吸收 2 h，低压吸收 0.5 h。氨气回收结束，釜内压入 0.2 MPa 的空气，物料压至结晶釜冷却至室温，出料时氨水浓度过大，用结晶釜真空管道进行除味，并打开水阀进行稀释和降温，结晶后的物料放至离心机离心，晶体3-氟-4-硝基苯胺计量待用，滤液去滤液储存罐。具体各单元操作时间：投对硝基氯化苯 20 min，加氨水 50 min，升温至 140℃ 2.5～3.0 小时，保温 9～10 小时，放压氨吸收 3.0～3.5 小时，出料水洗 0.5 小时。
方法二、
在 500 mL 高压釜中，投入甲醇 200 mL，水 20mL，3-氟-1，4-二硝基苯 30 g，1%Pt/C 催化剂 1 g，1#助剂0. 3 g，2#助剂 1 g。保压试验 1 min，不漏气为合格。氮气置换 3 遍，氢气置换 3 遍，最终放空至0. 001 MPa。开启搅拌 100 r/min，打开电加热开关，升温至40～45 ℃，将转速调至 750 r/min。开启氢气阀门，冲压至 0. 800 MPa，关闭氢气阀门，待压力下降至0. 400 MPa。再开启氢气阀门将压力冲至 0. 800MPa，待压力下降至 0. 04 MPa。如此反复冲压，合计下降压力降共 4. 5 MPa 为反应终点。反应过程中控制温度在 55～63 ℃，反应时间约 1 h。开盖，迅速将溶液过滤，催化剂回收使用。甲醇母液取样分析。黄色的甲醇溶液至 500 mL 四口瓶中，搅拌冷却结晶。结晶温度 0～2 ℃，得到3-氟-4-硝基苯胺结晶，抽滤，烘干得产品，称重计算收率，取样分析。
结论
3-氟-1，4-二硝基苯催化加氢还原合成3-氟-4-硝基苯胺是典型的连串反应，3-氟-4-硝基苯胺是中间产物，控制合适的反应条件是合成3-氟-4-硝基苯胺获得较高转化率的关键所在。通过实验证实，催化剂、助剂在反应体系中是关键的条件，决定高选择性的实现; 同时各工艺参数也决定了合成反应的得率。离心后的甲醇母液套用达到一定浓度时可以用于深度加氢还原，合成间苯二胺，经脱溶剂、脱水、精馏得到副产品间苯二胺，实现了清洁生产、循环套用。3-氟-4-硝基苯胺是一种具有较好市场前景的项目，关键在于氨化过程温度和压力控制和废水的处理。降低氨耗和废水量是该产品在生产过程中的关键，废水中的副产物氯化铵的回收也是各生产企业值得考虑的问题。另外各生产企业自动化控制程度不高，基本还采用人工间歇操作，每套装置的定员颇多，人工成本较大，采用先进的自动化控制是今后降本的首选。
参考文献
[1]WO2003/76413 A1, 2003