4，4'－二氟二苯甲烷的合成研究進(jìn)展

張 亨

(錦西化工研究院，遼寧葫蘆島 125001)

0 前言

4，4'－二氟二苯甲烷［1］是一種非常重要的含氟有機(jī)精細(xì)化工和醫(yī)藥中間體，一般不作為化工產(chǎn)品出售，直接氧化成4，4'－二氟二苯甲酮，主要用于合成戰(zhàn)略國防軍工用新型芳香族熱塑性特種工程塑料，如聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚醚酮酮、聚芳醚酮腈、聚芳醚酮、聚芳醚酮酚等。還用于合成新型強(qiáng)效腦血管擴(kuò)張藥物“氟苯桂嗪”及治療老年性癡呆癥藥物“都可喜”等的關(guān)鍵中間體。

用4，4'－二氟二苯甲酮合成的特種工程塑料用途廣泛，可作熔體貼合、模塑制品、復(fù)合材料、纖維和薄膜等。電子電器方面:用于飛機(jī)、船舶、潛艇、核電站、油田等的耐高溫、耐油、耐輻射、耐海水浸蝕的電線電纜的被覆，耐高溫電機(jī)絕緣槽內(nèi)襯，電容器介電膜，耐熱電絕緣帶，衛(wèi)星用調(diào)溫薄膜，可撓性印刷電路板，高溫接線柱、接線板、接插件，電氣開關(guān)，電極端子等。宇航方面:用于宇航雷達(dá)罩、無線電設(shè)備罩、電動機(jī)零部件，高強(qiáng)度高模量的飛機(jī)和飛行器耐熱零件，宇航工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料等。汽車與機(jī)械設(shè)備方面:用于汽車渦輪充電器外殼、汽缸外裙、配電盤、高溫軸承保持架、柴油機(jī)活塞環(huán)、連軸器、制動閘零件、風(fēng)扇、凸輪推桿、流量計(jì)轉(zhuǎn)子、離心分離器部件、熱水泵體、葉輪，耐高溫和耐酸堿管道、接頭和容器，各類O型密封圈，硅片承載器，液晶儀表盤等。其纖維可織造耐腐蝕傳送帶和工業(yè)濾布。

“氟苯桂嗪”主要用于治療缺血性腦血管病、記憶力減退、眩暈、耳鳴、外周血管病、血管性偏頭痛，并可作為抗癲癇的輔助藥。“都可喜”用于治療老年人認(rèn)知和慢性感覺神經(jīng)損害的有關(guān)癥狀(不包括阿爾茨海默病和其它類型的癡呆);血管源性視覺損害和視野障礙的輔助治療;血管源性聽覺損害、眩暈和耳鳴的輔助治療等。

1 理化性質(zhì)

4，4'－二氟二苯甲烷又名雙(4－氟苯基)甲烷，英文名稱為 4，4'－Difluorodiphenylmethane;1，1'－Methylenebis(4－fluorobenzene)等，為白色結(jié)晶或粉末。CAS登錄號457－68－1，分子式C13H10F2，分子量204.22，熔點(diǎn)29 ～30.5 ℃(不同文獻(xiàn)有差異)，沸點(diǎn)90 ℃(133.3 Pa)，相對密度(d420)1.145(不同文獻(xiàn)有差異)，折射率()1.5326。不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯、甲苯等有機(jī)溶劑。具有氟苯類和烷烴類化合物的化學(xué)性質(zhì)。

紅外光譜，ν/cm－1:3060、2930、2850(苯環(huán)C－H)，1580、1490、1420(苯環(huán) C=C)，1390、1300(－CH2－)，838(苯環(huán)對位取代);核磁共振光譜(CDCl3)，δ:4.0(－CH2－);7.2、7.7(ph－H)。

本品有毒，經(jīng)皮膚吸收，會引起神經(jīng)障礙和麻痹癥。工作場所空氣中最高允許濃度為1 mg/m3。

2 合成方法

4，4'－二氟二苯甲烷的合成方法有二氨基二苯甲烷重氮化分解法、氟苯和甲醛縮合法、氟苯和二氯甲烷Fridel－Crafts烷基化法、氟苯和對氟芐基氯Fridel－Crafts芐基化法等。各種方法均可用于工業(yè)化，根據(jù)原料來源情況因地制宜。國內(nèi)外對4，4'－二氨基二苯甲烷重氮化分解法合成4，4'－二氟二苯甲烷的研究較多。今后研究重點(diǎn)是:完善優(yōu)化現(xiàn)有4，4'－二氟二苯甲烷的生產(chǎn)工藝;開發(fā)4，4'－二氟二苯甲烷資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的先進(jìn)催化合成技術(shù)，研發(fā)更高效的催化劑，充分發(fā)揮我國氟資源豐富的優(yōu)勢。

2.1 二氨基二苯基甲烷重氮化分解法

4，4'－二氨基二苯甲烷、足夠的亞硝酸鈉、氫氟酸(或氟硼酸)等在適當(dāng)溶劑中，于－20～10℃下進(jìn)行重氮化反應(yīng)，過濾重氮鹽，用乙醚洗滌。再將該重氮鹽在適當(dāng)溶劑中加熱分解得4，4'－二氟二苯甲烷，直至不發(fā)生分解氣體為止。反應(yīng)結(jié)束后，蒸出溶劑，然后減壓蒸餾，得合格產(chǎn)品。重氮化的影響因素為無機(jī)酸濃度、反應(yīng)物濃度、加料速度和反應(yīng)溫度等。反應(yīng)物濃度太大，反應(yīng)激烈，溫度難以控制，容易因局部溫度過高造成部分重氮化合物分解;若反應(yīng)物濃度太小，反應(yīng)速度過慢，反應(yīng)不完全。一般情況是，反應(yīng)完畢溶液總體積為胺量的12倍左右。重氮鹽熱穩(wěn)定性差，重氮化反應(yīng)大多在低溫下進(jìn)行。芳胺重氮化分解法需大量處理重氮鹽中間產(chǎn)物，熱分解條件要求嚴(yán)格，產(chǎn)生大量有害氣體，操作環(huán)境比較惡劣，要謹(jǐn)慎操作以免爆炸。該法一次性在苯環(huán)上引入氟原子，工藝相對簡單，成本較低，產(chǎn)品收率較高，質(zhì)量比較穩(wěn)定。該法反應(yīng)時(shí)間較長，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。

J.Lichtenberger等［2］較早將 4，4'－二氨基二苯甲烷經(jīng)重氮化氟化分解制得4，4'－二氟二苯甲烷，產(chǎn)率30.6%。氧化4，4'－二氟二苯甲烷得4，4'－二氟二苯甲酮。

Staniland，Philip Anthony等［3］將 4，4'－二氨基二苯甲烷和亞硝酸鈉在95%HF溶液中重氮化，控制溫度－20～－10℃;重氮化后以80%的氫氟酸處理得4，4'－二氟二苯甲烷，產(chǎn)率69.6%;再以質(zhì)量濃度35%的硝酸氧化，得4，4'－二氟二苯甲酮，產(chǎn)率 89.3%。

鄭州大學(xué)郭彥春等［4］將4，4'－二氨基二苯甲烷以亞硝酸鈉和氟硼酸重氮化得重氮鹽，然后加熱分解得4，4'－二氟二苯甲烷。

Fukuoka，Shinsuke等［5］將20 g 4，4'－二氨基二苯甲烷、96 mL 42%的氟硼酸和100 mL正辛烷攪拌混合，然后滴加14.3 g亞硝酸鈉溶于28 mL水的溶液，得38.5 g重氮鹽。稱取10 g該重氮鹽溶于200 mL正辛烷中，于100～110℃加熱分解得4，4'－二氟二苯甲烷，產(chǎn)率91.1%。

Aihara，Tetsuhito等［6］將 4，4'－二氨基二苯甲烷、氟硼酸和亞硝酸鈉反應(yīng)制得重氮鹽，再和三氟化硼合二甲醚反應(yīng)得 4，4'－二氟二苯甲烷，產(chǎn)率80%。該生產(chǎn)工藝可安全穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

青島帝科精細(xì)化學(xué)有限公司孫森［7］以4，4'－二氨基二苯甲烷為原料，經(jīng)重氮化分解反應(yīng)得4，4'－二氟二苯甲烷，再進(jìn)行氧化反應(yīng)合成4，4'－二氟二苯甲酮。通過改進(jìn)工藝和優(yōu)化反應(yīng)條件，產(chǎn)品收率84%，為工業(yè)化生產(chǎn)提供一種經(jīng)濟(jì)有效生產(chǎn)方法。

青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院周曉東［8］以4，4'－二氨基二苯甲烷為原料，氟硼酸作酸性介質(zhì)和氟化原料，其與原料摩爾比6∶1，在溫度0～5℃，亞硝酸鈉滴加時(shí)間20～30 min條件下進(jìn)行重氮化反應(yīng);采用甲苯溶劑法分批加料進(jìn)行分解反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間1 h;再滴加70%稀硝酸進(jìn)行氧化反應(yīng)，滴加時(shí)間3 h，恒溫反應(yīng)3 h，得4，4'－二氟二苯甲酮。產(chǎn)品純度＞99%，總收率＞54%。工藝放大實(shí)驗(yàn)表明已趨成熟，達(dá)到工業(yè)化前的小試要求。

Moody、David John等［9］公開了芳基重氮鹽及其衍生物進(jìn)行親核取代反應(yīng)的過程。在溶劑體系中生成芳基重氮鹽，在疏水性離子液體中重氮鹽分解，與適當(dāng)?shù)挠H核試劑發(fā)生取代反應(yīng)。利用離子液體、重氮鹽和親核試劑反應(yīng)得到所需的芳基化合物，無需分離重氮鹽和無水條件。適宜的離子液體包括咪唑、吡啶和類似季銨化的環(huán)狀亞胺鹽等。親核試劑包括鹵化物、氰化物、硫氰酸鹽或?qū)嵱玫碾x子液體陰離子。在0℃，4，4'－二氨基二苯甲烷在水溶液中和亞硝酸鈉及氟硼酸經(jīng)重氮化，小心加熱至20℃，得1－丁基－3－甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體加合物白色沉淀［bmim］［PF6］，沉淀迅速分解，混合物分離為黃色疏水性離子液體層和清晰的溶液層。傾析除去溶液層，沖洗剩下的離子液體層，用干燥的氮?dú)飧稍?。?0℃加熱該有機(jī)層90 min，連續(xù)產(chǎn)生粉紅色氣泡。然后冷卻、萃取，在真空中蒸餾得黃色油狀物，4，4'－二氟二苯甲烷含量82%，總產(chǎn)率75%。

2.2 氟苯和甲醛縮合法

氟苯和甲醛在酸性催化劑作用下生成4，4'－二氟二苯甲烷，同時(shí)副產(chǎn)2，4'－二氟二苯甲烷、2，2'－二氟二苯甲烷及一定量的樹脂狀物。該法原料易得，做好產(chǎn)物的分離和精制工作至關(guān)重要，可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

J.Lichtenberger等［2］在0 ℃向氟苯的乙醇溶液中慢慢加入硫酸，然后在18～20℃加入甲醛反應(yīng)，得4，4'－二氟二苯甲烷及其異構(gòu)體和聚合物。Gyorgy Oláh 等［10］將 4.5 g 氟化氫、24 g 氟苯、50 mL四氯化碳和7.5 g多聚甲醛混合攪拌2 h，再以8 g氯化鋅催化回流1 h，放置過夜，過濾，多余的氟苯和四氯化碳蒸餾回收，殘液用乙醇進(jìn)行重結(jié)晶得4，4'－二氟二苯甲烷。

Gyorgy Oláh 等［11］將 197 g 氟苯、56 g 多聚甲醛和56 g無水氯化鋅的混合物在60℃通入干燥氯化氫回流反應(yīng)8 h，分離有機(jī)相，用水洗滌，用5%碳酸氫鈉洗滌，再用水洗滌，用氯化鈣干燥，真空蒸餾得對氟芐基氯，沸點(diǎn)66～68℃(15 mmHg)。副產(chǎn)4，4'－二氟二苯甲烷。

Roegl、Harald 等［12］公開了兩步法制備 4，4'－二氟二苯甲酮的工藝過程。氟苯和甲醛在有機(jī)磺酸催化下反應(yīng)生成4，4'－二氟二苯甲烷，通過分離得到產(chǎn)物;然后以硝酸氧化得4，4'－二氟二苯甲酮。

2.3 氟苯和二氯甲烷Friedel－Crafts烷基化法

氟苯和二氯甲烷在路易士酸、質(zhì)子酸、酸性氧化物等催化下進(jìn)行Friedel－Crafts烷基化反應(yīng)生成4，4'－二氟二苯甲烷粗品，再經(jīng)水蒸汽蒸餾、分離、重結(jié)晶得產(chǎn)品，產(chǎn)率＞64%。未反應(yīng)的二氯甲烷和氟苯得以回收。路易士酸催化劑有 AlCl3、ZnCl2、BF3等。無水AlCl3是多種Friedel－Crafts烷基化反應(yīng)中應(yīng)用最廣泛的催化劑，消耗量大，具有很強(qiáng)的吸水性，反應(yīng)中放出大量氯化氫氣體和大量的熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸨?，并對設(shè)備腐蝕較重。質(zhì)子酸催化劑有硫酸、氯磺酸、磷酸、氫氟酸、烷基磺酸、陽離子交換樹脂等。氫氟酸有許多優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴，腐蝕性強(qiáng)。H3PO4－BF3催化效果較好。陽離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)是副反應(yīng)少，通常不與反應(yīng)物或產(chǎn)物形成絡(luò)合物，可用簡單的過濾方法將其從反應(yīng)物中回收套用。酸性氧化物可以是天然的(如沸石、硅藻土、膨潤土、鋁礬土等)，也可以是合成的。近年開發(fā)較多的是分子篩催化劑，隨硅鋁比不同，有A型、X型、R型及新型ZSM系列分子篩。分子篩催化劑的優(yōu)點(diǎn)是容易再生，可重復(fù)使用，基本上不產(chǎn)生廢液，大量用于石油化工。氟苯和二氯甲烷 Friedel－Crafts烷基化法原料易得，設(shè)備簡單。

G.S.Kolesnikov等［13］將二氯甲烷和氟苯在無水三氯化鋁催化下發(fā)生Friedel－Crafts反應(yīng)，分離得到4，4'－二氟二苯甲烷。

2.4 氟苯和對氟芐基氯Friedel－Crafts芐基化法

氟苯和對氟芐基氯在路易士酸、質(zhì)子酸、酸性氧化物等催化下進(jìn)行Friedel－Crafts芐基化反應(yīng)生成4，4'－二氟二苯甲烷粗品，再經(jīng)蒸餾、分離、重結(jié)晶得產(chǎn)品。

Gyorgy Oláh 等［10］將 19 g 氟苯和 9 g 無水三氯化鋁在50 mL二硫化碳中溶解，加入10 g對氟芐基氯，在40℃攪拌反應(yīng)45 min，冷卻，傾入冰中，分離，干燥有機(jī)層，多余二硫化碳和氟苯蒸餾回收，殘液用乙醇重結(jié)晶得4，4'－二氟二苯甲烷。

2.5 其他方法

F.A.Gunther等［14］將 3.5 g 紅磷、1.22 g 碘溶于100 mL乙酸中，保持室溫30 min，加入7 g 4，4'－二氟二苯甲醇和1.22 g水，回流反應(yīng)44 h，過濾后傾入300 mL 2.5%亞硫酸氫鈉溶液中，得75%4，4'－二氟二苯甲烷，熔點(diǎn)28.5～29.5℃。

3 結(jié)束語

4，4'－二氟二苯甲烷是一種非常重要的精細(xì)有機(jī)化工中間體，以其氧化產(chǎn)物4，4'－二氟二苯甲酮合成的特種工程塑料在航空航天、汽車、電子、機(jī)械等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用;合成的相關(guān)藥物市場需求量逐年增加，產(chǎn)品持續(xù)擴(kuò)張。國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)高技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目逐漸增多，4，4'－二氟二苯甲烷受到關(guān)注。

優(yōu)化4，4'－二氟二苯甲烷合成過程尚有潛力可挖。改進(jìn)現(xiàn)有合成工藝，研發(fā)新工藝，選擇合適的催化劑，縮短反應(yīng)時(shí)間，控制系統(tǒng)副反應(yīng)，減少副產(chǎn)物生成量，簡化操作，對節(jié)約原料，降低成本，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，提高4，4'－二氟二苯甲烷的質(zhì)量和收率，具有積極意義。4，4'－二氟二苯甲烷的優(yōu)化合成及副產(chǎn)物回收處理等完善工作仍然非常必要。

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