2，2，2-三氟乙腈的制備與應用前景展望

李 華 楊汪松 蔣 強 徐衛(wèi)國

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

2，2，2-三氟乙腈，結構式為CF3CN，分子式為C2F3N，分子量為95.02，沸點為-64℃～-65℃。CAS號為353-85-5。三氟乙腈為低沸點高毒性化合物，作為活潑的親電試劑可以合成很多雜環(huán)化合物，在農藥、醫(yī)藥方面具有廣泛的應用。

1 制備

三氟乙腈的合成方法較多，按照反應原料的不同分為如下幾類：

1.1 以三氯乙腈為原料

反應方程式如下所示：

美國Dow Chemical Company的Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［1］報道了一種以三氯乙腈和無水氟化氫為原料，在氟化催化劑CrF3存在下，經氣相氟氯交換反應制備三氟乙腈的方法。在反應溫度300℃～600℃，接觸時間1～20s下能得到較好的結果。在反應溫度450℃，接觸時間1.7s，HF與三氯乙腈摩爾比4.6情況下，得到產物中含有3.6％三氟乙腈、51.2％一氟二氯乙腈、32.6％二氟一氯乙腈、4.9％三氯乙腈和1.7％三氟氯甲烷；當接觸時間、摩爾比分別增加到8.6s和9.0時，得到產物中含有26.4％三氟乙腈、3.12％一氟二氯乙腈、66.5％二氟一氯乙腈。中間產物一氟二氯乙腈和二氟一氯乙腈可以繼續(xù)氟化成二氟一氯乙腈和三氟乙腈。

三氟乙腈的收率較低，且得到的產品結構復雜，反應選擇性低。

1.2 以氯化腈為原料

反應方程式如下所示：

美國Dow Chemical Company的 Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［2］報道了一種以氯化腈為原料，在催化劑MgO存在下，經氣相氟氯交換反應制備三氟乙腈的方法。如在反應溫度635℃、接觸時間11.9s下，氯化腈與一氯二氟甲烷（摩爾比1.03）反應，可得到51.5％收率的一氯二氟乙腈、8.0％收率的2-氯四氟丙腈和7.0％收率的三氟乙腈。又如在反應溫度700℃、接觸時間7.5s下，氯化腈與三氟甲烷（摩爾比0.5）反應，可得到三氟乙腈、一氯三氟甲烷和一氯二氟乙腈。

以氯化腈為原料，在氟化鉻或氧化鎂為催化劑下進行氣相氟氯交換反應。反應選擇性差，產品復雜，三氟乙腈收率很低，約為3.6％～26.4％。

1.3 以HCFC113a為原料

反應方程式如下所示：

日本大金公司報道了以HCFC113a和氨氣為原料制備三氟乙腈的方法［3］。在石英管反應器中，NH3與CF3CCl3的流速比為1.1～1.3：1，反應溫度為650℃～790℃，空速為39.4～78.8h-1的條件下反應，生成三氟乙腈、CF3H與三氯乙腈的混合物。其中三氟乙腈的收率為46.3％～64.7％。

1.4 以全氟乙烷為原料

反應方程式如下所示：

日本大金公司報道了以全氟乙烷和氨氣為原料制備三氟乙腈的方法［3］。六氯乙烷和氨氣以一定的摩爾比通過反應管，反應管長為750mm，內徑為23mm，反應溫度為730℃，空速為78.8h-1，反應后得到的三氟乙腈收率為64.7％，原料六氟乙烷的轉化率為100％。

1.5 以乙腈為原料進行氣相氟化或電氟化反應制備三氟乙腈

反應機理如下所示：

以乙腈和氟化氫為原料進行電氟化反應制備三氟乙腈［4］。該方法是文獻報道的較早的合成三氟乙腈的方法，在20世紀60～70年代針對該方法的研究報道很多，是60～70年代的研究熱點。電氟化反應中得到的產物為三氟乙腈、四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷等化合物的混合物。

電化氟化反應中對所需原料要求很高，純度要求為99.9％，反應溫度嚴格控制在0℃。反應后得到的三氟乙腈含量為8.7％～39.8％。得到的產物復雜，均為低沸點氣體，為以后的提純帶來很大的隱患。但是此類方法也是原子經濟性最好的合成方法。

1.6 擬鹵化物與金屬氟化物進行電解氟化反應制備三氟乙腈

擬鹵化物為（SCN）2、（CN）2或NCCl等化合物，與金屬氟化物如NaF、CaF2、NaAlF4、CaF2-NaF-KF等進行電解反表應制備三氟乙腈。得到的產物為四氟甲烷、六氟乙烷與三氟乙腈的混合物，其中三氟乙腈的收率為4.85％～14.95％［5］。

1.7 金屬腈化物或硫腈酸鹽進行電解氟化反應制備三氟乙腈

1000g如下組成的混合物（氟化鈣，30％；氟化鎂，35％；氟化鋰，35％）加熱至850℃后，以Pb（550g）為陰極，以氰化鈉（60g）和C為陽極，在電解電勢為7.8V的電解池中進行電解反應。電解反應后得到的產物中三氟乙腈為24％，（CN）2為32.5％，CF4為11％，C2F6為3.7％［6］。

1.8 三氟乙酸胺脫水反應制備三氟乙腈

隨著三氟乙酸下游產品的不斷進步與發(fā)展，以三氟乙酰胺為原料經脫水反應制備三氟乙腈的方法已經成為目前的研究熱點。該方法具有反應定向性好，反應選擇性高，產物收率高等優(yōu)點。

反應方程式如下所示：

三氟乙酰胺脫水反應制備三氟乙腈的實驗中，使用的脫水劑分為三氟乙酸酐/吡啶與三苯基鏻/四氯化碳/無機堿兩類。其中以三氟乙酸酐/吡啶為脫水劑的反應機理［7］如下所示：

三氟乙酰胺與三苯基鏻/四氯化碳無機堿反應制備三氟乙腈［8-9］的反應機理報道有兩種，分別如下所示：

另一反應機理：

以三氟乙酰胺為原料制備三氟乙腈，反應定向性強，選擇性好，收率高，大于85％，而且反應后得到的產品易分離提純，是目前為止最具有工業(yè)化應用前景的三氟乙腈生產路線。

2 應用

三氟乙腈作為活潑的親電試劑廣泛用于含三氟甲基的雜環(huán)化合物的合成中。含有三氟甲基的雜環(huán)化合物的合成方法分為直接引入法和砌塊法兩大類。其中的直接引入法是利用三氟甲基化試劑，將雜環(huán)取代基中的鹵素置換為三氟甲基。現(xiàn)有的三氟甲基化試劑分為親電三氟甲基化試劑、親核三氟甲基化試劑與自由基三氟甲基化試劑三類，售價很高，導致生產出來的產品成本較高。砌塊法就是利用含三氟甲基的有機砌塊，直接合成帶有三氟甲基的雜環(huán)化合物。砌塊法相對直接引入三氟甲基法，反應步驟減少，原料成本較低。三氟乙腈就是合成含有三氟甲基的C-N雜環(huán)化合物的活潑反應砌塊。三氟乙腈可以與鏻葉立德反應合成物質A［10］；與溴和氟化銫進行氟溴化反應合成物質B［11］；與羥胺反應生成物質C［12］；合成一系列含三氟甲基的吡啶和嘧啶類化合物，物質D-H［13］。

反應方程與得到的物質結構如下所示：

3 應用前景展望

目前，含氟、雜環(huán)、手性化合物的合成是新藥研發(fā)的熱點。隨著含氟農藥醫(yī)藥的不斷發(fā)展，用到的含有三氟甲基的雜環(huán)化合物種類日益增多，產品量也日益增大。三氟乙腈作為活潑的親電試劑，可以方便的合成很多種含三氟甲基的C-N雜環(huán)化合物。因此，隨著含氟農藥和醫(yī)藥的不斷發(fā)展，對其需求量也會越來越大。

國外較早的進行了三氟乙腈的研發(fā)生產，日本的大金公司，美國的鹵碳公司和道化學公司都有三氟乙腈的生產能力。國內還沒有能力實現(xiàn)三氟乙腈的工業(yè)化生產，國內市場缺口很大，主要依靠從國外大公司進口三氟乙腈，合成一些含三氟甲基的農藥與醫(yī)藥中間體。因此，盡快加快三氟乙腈的開發(fā)生產，促進三氟乙腈的利用，對于滿足國內生產需要，促進我國氟化學工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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