2,3,4,5-四氟苯甲酸是合成新一代抗生素氟喹诺酮类药物的关键中间体,国内外需求量大,文献报道的工艺路线中主要存在着工艺复杂,涉及使用试剂种类繁多,氟化反应氟化剂用量大、氟化不完全副产多、溶剂回收率低,生产成本高等缺点。另外,因对生产过程所及的单元反应的机理缺乏深入了解,工艺改进进展缓慢,因此,深入了解相关的酰亚胺和氟化单元反应的机理,并在理论指导下,结合绿色化学原理和化工过程强化手段,开发出经济性好、对环境污染小、生产效率高、适合工业化的2,3,4,5-四氟苯甲酸的工艺路线具有重要的理论和实际意义。本文以四氯邻苯二甲酸酐为起始原料,通过与苯胺进行酰亚胺化反应合成N-苯基四氯邻苯二甲酰亚胺,再通过氟化反应得到N-苯基四氟邻苯二甲酰亚胺,之后水解开环得四氟邻苯二甲酸,脱羧得到最终产品2,3,4,5-四氟苯甲酸,工艺总收率68.8%。本论文在实验的基础上,对氟化反应进行了机理推测、底物拓展以及相关量子化学计算。工艺研究:开发了母液循环法制备四氯邻苯二甲酸酐的酰亚胺化工艺。研究了酰亚胺过程适宜的乙酸浓度为95%以上,苯胺与四氯苯酐的配比为1.2:1。随着酰亚胺反应进行会产生当量的水造成乙酸浓度的下降,向反应后的母液中补加一定量乙酸增浓到95%乙酸,另加入摩尔当量的苯胺进行循环反应,循环10次后,产品收率未明显下降,母液循环工艺降低了乙酸的用量、生产成本和废水排放量。在经过优化后的工艺条件下产品收率达96%以上。探索了新型复配催化剂体系催化、溶剂法制氟化钾作氟化剂制备N-苯基四氟邻苯二甲酰亚胺的工艺,以四苯基溴化膦与PEG-6000复配为催化剂体系,在环丁砜溶剂中,解决了氟化钾用量大,预处理时间长,转化率和选择性低的问题,氟化钾与底物摩尔比由12:1降至6:1,预处理时长由48h降至4h,产品收率提高至83.2%,高于文献报道的74%的收率。改进了N-取代基四氟邻苯二甲酰亚胺水解生产2,3,4,5-四氟邻苯二甲酸的工艺,研究了在1 5wt%氢氧化钠中的水解工艺,避免了硫酸等强腐蚀性试剂的使用,减少了废水的排放,将传统硫酸水解工艺的反应时间8小时缩短至2小时,提高生产效率的同时产品收率达到93%。探索了水相高温脱羧法生产2,3,4,5-四氟苯甲酸的工艺,使用水替代传统工艺中的三正丁胺、DMSO、硫酸等溶剂,工艺简单易于操作,生产成本大大降低,探究的最佳工艺条件下2,3,4,5-四氟苯甲酸的产品收率达到92.7%,对比传统工艺85-94%的产品收率具有显著优势。工艺研究的各步反应的产物均通过1HNMR和13CNMR验证,结构正确。机理研究、底物拓展与化学计算:探究了四氯邻苯二甲酰亚胺多个氟化位点反应的历程和机理,推测为距离羰基较远的CI原子先被亲核取代,后进行邻位的氟取代,最后至氟化完全。采用软件Material Studio对氟化反应中亲核活性位点进行Fukui函数计算,验证了相关机理的推断。另外对酰亚胺进行底物拓展,共合成了 5种不同的N-取代基四氟邻苯二甲酰亚胺,研究了不同N-取代基对氟化反应的影响,通过量子化学计算进一步得到了底物进行氟化反应的活性顺序:3-戊基>苯基>1-丁基>乙基>甲基。基于实验的结果和对反应过程的分析,通过筛选对比,选用丁胺进行酰亚胺化的底物进行氟化反应产率良好,水解后胺类回收率达75%,合成过程对环境污染小,故今后工艺改进时可使用丁胺作原料。