二氟乙酸與氟溴甲烷的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

姜彬，陳先進(jìn)，歐陽旭（浙江藍(lán)天環(huán)保高科技股份有限公司，浙江杭州310023）

二氟乙酸與氟溴甲烷的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

姜彬，陳先進(jìn)，歐陽旭（浙江藍(lán)天環(huán)保高科技股份有限公司，浙江杭州310023）

二氟乙酸與氟溴甲烷是合成氟精細(xì)化學(xué)品的重要原料。本文綜述了二氟乙酸與氟溴甲烷的傳統(tǒng)工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)與特性，提出了一種先進(jìn)的聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)。

二氟乙酸；氟溴甲烷；生產(chǎn)技術(shù)；聯(lián)產(chǎn)

0 前言

二氟乙酸及其酯是制備醫(yī)藥、農(nóng)藥以及一些含氟精細(xì)化學(xué)品的重要中間體，已報(bào)道的二氟乙酸與二氟乙酸酯的制備路線往往存在原料不易得到、反應(yīng)條件苛刻而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的難點(diǎn)。氟溴甲烷是重要的氟甲基化試劑，在引入氟甲基時(shí)活性優(yōu)于氟氯甲烷，廣泛應(yīng)用于合成有機(jī)中間體、含氟醫(yī)藥、含氟農(nóng)藥等化學(xué)品。傳統(tǒng)制備氟溴甲烷的工藝普遍存在原料成本高、工藝操作復(fù)雜、產(chǎn)品選擇性差等問題。因此，開發(fā)簡單高效的二氟乙酸與氟溴甲烷的工業(yè)化制備方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文綜述了二氟乙酸與氟溴甲烷的傳統(tǒng)工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)與特性，提出了一種先進(jìn)的二氟乙酸和氟溴甲烷聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)。

1 二氟乙酸的制備

二氟乙酸（CHF2COOH，CAS：381-73-7）是一類重要的藥物中間體，以二氟乙酸為原料可以制備很多氟精細(xì)化學(xué)品，二氟乙酸及其酐也可用作酯化和?；确磻?yīng)的催化劑，在化學(xué)與生物化學(xué)研究中應(yīng)用十分廣泛。二氟乙酸的合成方法有很多種，按起始原料的不同可以分為以下幾類。

1.1 以四氟乙烯為原料

專利報(bào)道了一種用四氟乙烯經(jīng)醚化、氧化、水解制備二氟乙酸的方法[1]。在高壓釜中加入85%氫氧化鉀和甲醇，控制反應(yīng)溫度40℃和反應(yīng)壓力0．2～0．3 MPa，9 h內(nèi)連續(xù)通入四氟乙烯。反應(yīng)物經(jīng)水洗得到1,1,2,2-四氟乙基甲醚，在催化劑作用下，其發(fā)生氧化反應(yīng)得到二氟乙酰氟，水解即可得二氟乙酸。反應(yīng)方程式為：

表1為不同溫度、不同時(shí)間下1,1,2,2-四氟乙基甲醚轉(zhuǎn)化為二氟乙酰氟的反應(yīng)結(jié)果。

表1 反應(yīng)條件及結(jié)果

也有專利報(bào)道了一種以四氟乙烯為原料，經(jīng)酰胺化、水解制備二氟乙酸的方法[2]。將四氟乙烯、二乙胺和水加入高壓反應(yīng)釜中，在80℃和反應(yīng)壓力0．2 MPa條件下反應(yīng)10 h，得到79%收率的二氟乙酰胺，然后與氫氧化鈉進(jìn)行水解反應(yīng)，最后經(jīng)處理可得到84%收率的二氟乙酸。反應(yīng)式如下：

由于四氟乙烯與空氣混合易形成爆炸性混合物，傳統(tǒng)以四氟乙烯為原料制備二氟乙酸的工藝存在較大的危險(xiǎn)性。

1.2 以三氟氯乙烯為原料

Tolman V[3]公開報(bào)道了一種以三氟氯乙烯為原料，經(jīng)酰胺化、氟化、水解制備二氟乙酸的方法。三氟氯乙烯與二乙胺反應(yīng)后經(jīng)水解可得N,N-二乙基-氟氯乙酰胺，然后以乙二醇為溶劑，在140℃反應(yīng)條件下與無水氟化鉀進(jìn)行氟氯交換反應(yīng)得到N,N-二乙基-二氟乙酰胺，將其在堿性條件下水解，最后經(jīng)過處理可得二氟乙酸產(chǎn)品。

William P D等[4]對上述反應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化，使用吡咯烷作為酰胺化試劑，使其成為一種適合放大生產(chǎn)且無需高壓設(shè)備的方法。盡管如此，以三氟氯乙烯為原料的生產(chǎn)方法還是存在工藝操作復(fù)雜的問題。

1.3 以二氯乙酰氯為原料

專利[5]報(bào)道了一種以二氯乙酰氯為原料，先與仲胺反應(yīng)生成N,N-二取代的二氯乙酰胺，再經(jīng)氟化和水解反應(yīng)制備二氟乙酸的方法。該技術(shù)與以三氟氯乙烯為原料的生產(chǎn)方法相似，存在工藝復(fù)雜的不足。

Metz F[6]公開了一種由二氯乙酰氯在鉻基催化劑作用下直接用HF氟化制備二氟乙酸的方法。將預(yù)蒸餾的二氯乙酰氯和無水氟化氫引入到溫度為200℃的反應(yīng)器中，反應(yīng)后的氣流經(jīng)過-40℃～10℃的分段冷凝操作，可有效將物料分離。再通入氫氧化鉀起泡器中進(jìn)行水解，可得到二氟乙酸或二氟乙酸鹽。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是原料便宜、工藝成本低，產(chǎn)品生產(chǎn)率高。

1.4 以鹵代乙烷為原料

專利報(bào)道了一種氧化鹵代乙烷制備二氟乙酸的方法[7]。以HCF2CXClH（X是Cl或F）為原料經(jīng)過光催化氧化、水解即可制備二氟乙酸。與其他方法相比，HCFC-132a或HCFC-133原料易得，反應(yīng)收率較高，大規(guī)模制備二氟乙酸的可行性更高。反應(yīng)式如下：

1.5 其他方法

除以上方法外，還有其他制備二氟乙酸的方法，譬如氟氯鏈烷酸酯在鋅和醇存在下還原脫氯[8]，一氯二氟醋酸經(jīng)氣相加氫脫氯[9]，1,2-二氯-3,3-二氟丙烯在氧化劑存在下氧化[10]等。

2 氟溴甲烷生產(chǎn)技術(shù)

氟溴甲烷（CH2BrF，CAS：373-52-4）是一類重要的化工生產(chǎn)原料，主要用于化學(xué)產(chǎn)品中引入氟甲基，應(yīng)用前景廣闊。但其制備方法較少公開報(bào)道，主要有以下幾種。

2.1 二溴氟甲烷化學(xué)還原脫溴

2．1．1用氫化三丁基錫還原

專利報(bào)道了用氫化三丁基錫還原二溴氟甲烷合成氟溴甲烷的技術(shù)[11]，低溫下（5℃），在二溴氟甲烷中滴加氫化三丁基錫，反應(yīng)在回流冷凝條件下進(jìn)行，反應(yīng)后蒸出反應(yīng)物，用極低溫度（-78℃）冷阱收集。該方法的氟溴甲烷產(chǎn)物收率較高，為81．8%，但原料氫化三丁基錫價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，且工藝操作復(fù)雜。

2．1．2用鈉汞齊還原

專利也報(bào)道了用鈉汞齊還原二溴氟甲烷合成氟溴甲烷的技術(shù)[12]，在反應(yīng)設(shè)備中加入一定量的鈉汞齊、異丙醇及水，然后加入二溴氟甲烷，在攪拌與回流冷凝條件下反應(yīng)1 h，最后以極低溫度（-78℃）冷阱收集產(chǎn)物。該方法得到的氟溴甲烷純度達(dá)90%以上，但產(chǎn)品收率比較低，只有43%左右，而且同樣存在原料成本高、工藝復(fù)雜的不足。

2.2 二溴甲烷化學(xué)氧化氟化

專利分別報(bào)道了采用高價(jià)金屬氟化物和過渡金屬氟氧化物與二溴甲烷反應(yīng)合成氟溴烷烴[13-14]，該技術(shù)的不足之處是不僅產(chǎn)品氟溴甲烷的收率較低，而且面臨高價(jià)金屬氟化物和過渡金屬氟氧化物來源困難，工藝復(fù)雜的問題。

2.3 氟乙酸銀與溴反應(yīng)

專利報(bào)道了氟乙酸銀溴化制備氟溴甲烷的技術(shù)方法[15]，將氟乙酸銀與溴在管式反應(yīng)器內(nèi)共熱到50℃～120℃，反應(yīng)停留5 h，最終將反應(yīng)混合物分餾制得收率為62%的產(chǎn)物氟溴甲烷。反應(yīng)方程式為：

2.4 其他方法

除以上方法外，還有其他制備氟溴甲烷的方法，譬如以二溴甲烷為原料的氣相氟化，以三溴氟甲烷為原料還原脫溴得二溴氟甲烷和氟溴甲烷，其中的二溴氟甲烷繼續(xù)還原脫溴得氟溴甲烷等。

3 聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，近幾年來，有研究提出在生產(chǎn)氟溴甲烷的同時(shí)聯(lián)產(chǎn)二氟乙酸[16]，大大提高了技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。在金屬摻雜的催化劑作用下，將1,1,2,2-四氟乙基甲醚在反應(yīng)溫度為220℃～350℃、液空速0．3～0．8 h-1的條件下進(jìn)行催化裂解反應(yīng)，得到二氟乙酰氟和氟甲烷反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物分離并干燥后分別得到二氟乙酰氟和氟甲烷氣體，其中的二氟乙酰氟水解后經(jīng)精餾即可得二氟乙酸產(chǎn)品；然后將氟甲烷氣體與溴混合并預(yù)熱至150℃～200℃進(jìn)行熱溴化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離雜質(zhì)并除水、冷卻、精餾即得到氟溴甲烷產(chǎn)品，在不同CH3F和Br2摩爾比反應(yīng)條件下結(jié)果如表2所示。

表2 不同CH3F和Br2摩爾比反應(yīng)結(jié)果

與傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)相比，該聯(lián)產(chǎn)法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）工藝簡單，經(jīng)過催化裂解、熱溴化兩步反應(yīng)和簡單后處理后能得到純度99%以上的氟溴甲烷產(chǎn)品；

（2）1,1,2,2-四氟乙基甲醚原料價(jià)廉易得，可顯著降低生產(chǎn)成本；

（3）產(chǎn)品氟溴甲烷收率高，選擇性好，收率在94．8%以上，最高可達(dá)98．9%，選擇性則在95%以上，最高可達(dá)99．7%；

（4）該工藝在生產(chǎn)氟溴甲烷的同時(shí)聯(lián)產(chǎn)二氟乙酸產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益大大提高。

4 結(jié)論

二氟乙酸和氟溴甲烷都是合成氟精細(xì)化學(xué)品的重要原料，因其應(yīng)用廣泛而工業(yè)需求量越來越大。它們的傳統(tǒng)合成方法普遍存在工藝路線復(fù)雜或原料價(jià)格高等不足，而將兩者進(jìn)行聯(lián)合制備的方法具有更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此該聯(lián)產(chǎn)技術(shù)更值得研究。

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Technology Progress of Difluoroacetic Acid and Bromofluoromethane

JIANG Bin,CHEN Xian-jin,OUYANG Xu
（Zhejiang Lantian Environmental Protection Hi-Tech Co.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310023,China）

The difluoroacetic acid and bromofluoromethane are both important raw material for the synthesis of fluorinated fine chemicals．Traditional production technology and the characteristics of difluoroacetic acid and bromofluoromethane were described,and an advanced co-production technology was proposed．

difluoroacetic acid;bromofluoromethane;production technology;co-production

1006-4184（2015）4-0011-03

2014-12-25

姜彬（1988-），男，浙江衢州人，碩士研究生，現(xiàn)從事氟精細(xì)化學(xué)品的開發(fā)研究工作。E-mail：jiangbin1@sinochem．com。