2,3，3-三氟丙烯酸甲酯的制備與應(yīng)用

金杭丹，徐衛(wèi)國，戴佳亮（浙江省化工研究院有限公司，浙江　杭州　310023）

·氟化 工·

2,3，3-三氟丙烯酸甲酯的制備與應(yīng)用

金杭丹，徐衛(wèi)國，戴佳亮
（浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

總結(jié)了2，3，3-三氟丙烯酸甲酯的制備方法及其應(yīng)用研究。

2，3，3-三氟丙烯酸甲酯；MTFA；制備；應(yīng)用

0　前言

2，3，3-三氟丙烯酸甲酯，英文名 methyl 2，3，3-trifluoroacrylate（以下簡稱MTFA），CAS號(hào)392-41-5，分子式C4H3F3O2，分子量140，密度1，326 g/cm3，沸點(diǎn) 85℃～86℃，閃點(diǎn)16.4℃。MTFA作為有機(jī)中間體，可制備數(shù)量眾多的有機(jī)化合物，也可與α-烯烴共聚形成高分子化合物。結(jié)構(gòu)如下所示：

1　制備

1.1以CFI=CF2為原料

在高壓釜中加入氯化鋰和鋅粉，加熱，通入CO2保壓至反應(yīng)完成。然后邊攪拌邊加入DMF和1，2，2-三氟-1-碘乙烯，反應(yīng)完畢后，將高壓釜壓力降至大氣壓終止反應(yīng)。將得到的混合物除去鋅粉，加入甲基碘，將所得混合物再次置于高壓釜中加熱反應(yīng)，反應(yīng)完畢后進(jìn)行蒸餾，得到MTFA，產(chǎn)率40%[1]。

1.2以CF2=CFCF3為原料

在氫氧化鉀的甲醇溶液中鼓入CF2=CFCF3，再加入乙醇，分離下層溶液，得到CF3CFHCF2OCH3。將該醚緩慢加入到濃硫酸中，反應(yīng)完后，將混合物倒入碎冰中，分離下層溶液，洗滌，蒸餾，得到CF3CFHCOOCH3，在600℃～800℃通過氯化鉀顆粒脫氟化氫轉(zhuǎn)化為不飽和酯MTFA[2-3]。

1.3以CF2=CFCF2OSO2F為原料

將CF2=CFCF2OSO2F（3a）和Br2反應(yīng)，持續(xù)紅外燈照射，反應(yīng)完畢后，去除過量的溴，得到3b。在燒瓶中加入KF、甘醇二甲醚溶液和3b，反應(yīng)回流，再加入甲醇反應(yīng)，得到3c。向鋅粉、碘和（CH3OCH2CH2）2O 的 混 合 物 中 加 入 3c和（CH3OCH2CH2）2O的混合物，發(fā)生放熱反應(yīng)，將反應(yīng)混合物蒸餾得到MTFA[4]。

上述3c消除反應(yīng)得到MTFA也可采用電解法對(duì)3c進(jìn)行選擇性脫溴制備MTFA。電解槽陰極：浸漬石墨，初電解液：丙酮、酸式硫酸四丁基銨、3c，溫度：30℃～35℃，電流密度：42 mA/cm2，端電壓：40～32 V，電流消耗：3.57 Ah，最終電解得到MTFA，收率73.4%。

1.4以HCF2CF2CH2OH為原料

由2，2，3，3-四氟丙醇（4a）和烷基鋰反應(yīng)，得到2，3，3，-三氟烯丙醇4b。將溴加入到4b的CH2Cl2溶液中，將混合物加熱，反應(yīng)得到4c，收率62%。向4c的乙酸溶液中加入KMnO4、NaHSO3和H2SO4溶液，反應(yīng)得到4d，收率51%。將4d的干燥甲醇溶液和濃硫酸的混合液加熱回流，得到4e，收率76%。在攪拌下向4e的乙醚溶液中加入鋅粉、乙醚和對(duì)苯二酚晶體的混合物溶液，溫和放熱反應(yīng)1 h后，將混合物抽真空蒸餾兩次，得到MTFA，收率85%[6]。

1.5以CF2ClCFClCCl3為原料

在燒瓶中加入CF2ClCFClCCl3，30%發(fā)煙硫酸和汞，反應(yīng)完畢后將反應(yīng)混合物蒸餾，得到餾出液。餾出液加入到甲醇中并冷卻，加水分離，下層液用水沖洗得到CF2ClCFClCOOCH3。然后，將所得液體滴加至丙酮中，反應(yīng)后靜置，下層液用水稀釋，再分離下層液用水沖洗并干燥，得到MTFA[7]。

1.6 以CF3-CFI-COOCH3為原料

將鋅粉、CF2Br-CFClBr和芐腈加入到玻璃燒瓶中，加熱該混合物，鋅開始活化后滴加CF3CFICOOCH3。反應(yīng)結(jié)束后，在真空下除去揮發(fā)性組分，然后將餾出物進(jìn)行分餾，得到無色液體MTFA，收率約80%[8]。

此外，以CF3CFBrCOOCH3為原料，得到MTFA，收率約55.5%。

1.7以FOCCF2CF2COOCH3為原料

在不銹鋼流化床反應(yīng)器內(nèi)裝入玻璃珠，通入N2，加熱流化床，將全氟丁二酰氟單甲酯通入反應(yīng)器中，進(jìn)行裂解反應(yīng)。反應(yīng)中，反應(yīng)物的流速為2.7 cm/s，保留時(shí)間為9 s，流化床出口以-78℃冷井收集產(chǎn)物。氣相色譜分析得到全氟丁二酰氟單甲酯轉(zhuǎn)化率89%，目標(biāo)產(chǎn)物MTFA選擇性75%，副產(chǎn)物二甲基全氟琥珀酸和全氟琥珀酸酐的選擇性分別為21%和4%[9]。

2　應(yīng)用

2.1有機(jī)合成

2.1.1制備1-甲氧羰基七氟環(huán)丁烷

1973年，England等人[3]發(fā)表了MTFA和四氟乙烯制備1-甲氧羰基七氟環(huán)丁烷5的方法。在密封的卡里烏斯管中加入MTFA的四氟丙酸甲酯溶液、四氟乙烯、檸檬烯和吩噻嗪，加熱，回收得到沸點(diǎn)高于室溫的化合物，分離得到化合物9。

2.1.2制備γ-酮酯化合物

1978年，Shendrik等人 發(fā)表了MTFA和醛光化學(xué)誘導(dǎo)反應(yīng)制備γ-酮酯化合物的方法。液相反應(yīng)法：在12℃～15℃用高壓紫外燈照射醛和MTFA的混合物，反應(yīng)完畢后，用水洗滌混合物，無水硫酸鎂干燥，蒸餾分離，得到γ-酮酯化合物6a～6c，收率為49%～73%。

氣相反應(yīng)法：在反應(yīng)燒瓶中加入丁醛和MTFA，100℃下用高壓紫外燈照射。丁醛和MTFA反應(yīng)完后，將反應(yīng)容器冷卻，用乙醚混合。在蒸餾過程中，于65℃～85℃/1.33 kPa條件下收集到部分含有化合物（6c～6g）的混合物，蒸餾殘余物中大多是調(diào)聚產(chǎn)物。產(chǎn)物（6c～6g）通過制備氣相色譜分離，收率為2%～66%。

2.1.3制備二烯二甲酯化合物

2011年，Hajduch等人[11]發(fā)表了關(guān)于2，3，3-三氟丙烯酸甲酯的β，β’-耦合反應(yīng)。三氟丙烯酸甲酯能與二烷（芳）基銅鋰通過氟化取代C-3位或C-C偶聯(lián)，得到相應(yīng)的烷基（芳基）取代產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物取決于銅鋰試劑上的烷基或芳基取代基。如以二甲基銅鋰為試劑時(shí)，得到 （Z，Z）-2，3，4，5-四氟-2，4-己二烯二甲酯。而以其他金屬試劑如甲基碘化鎂或甲基鋰為催化劑時(shí)，得到產(chǎn)物成分復(fù)雜。

2.1.4制備芳香三氮烯化合物

2013年，Hafner等人[12-13]發(fā)表了關(guān)于芳香三氮烯化合物的制備方法。在燒瓶中加入苯胺衍生物 7a、THF、BF3·OEt2溶液和亞硝酸異戊酯，攪拌。濾出沉淀物，并傾倒至含有i-Pr2NH的THF-吡啶混合液，攪拌并加熱。萃取、干燥、純化，得到7b，收率74%。向7b中加入AgF，將反應(yīng)容器封閉，在氬氣氛下加入MTFA。將懸浮液加熱，攪拌，然后冷卻至室溫并加入EtOAc，將粗產(chǎn)物用快速柱色譜法（硅膠）純化，得到芳香三氮烯氟化酯7，收率38%。

2.1.5制備特窗酸衍生物

2002年，Paleta等人[14]研究發(fā)現(xiàn)，烷氧基烷基與MTFA進(jìn)行自由基加成時(shí)，1，3-氫會(huì)自由轉(zhuǎn)換形成二級(jí)烷氧基烷基自由基R1R2CH-O-CH·-CH3，但不會(huì)形成三級(jí)烷氧基烷基自由基R1R2C·-O-CHR3R4。該反應(yīng)在石英比色管中進(jìn)行，載入MTFA和醚類化合物，中等電壓的紫外燈照射直至氟代丙烯酸酯轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%，經(jīng)萃取、處理得到產(chǎn)物8a和8b。

2014年，該研究組[15-16]發(fā)表了一種與上述相同原理制備特窗酸和抗壞血酸衍生物的方法，特窗酸衍生物具有抗菌、抗氧化、抗腫瘤、抗炎等多種生物活性[17]。其制備方法如下：將MTFA和醇（R2=H）或醚（R2=烷基）9a加入到紫外比色皿中，再加入過氧化二苯甲酰 （DBP）和偶氮二異丁腈（AIBN），加熱，得到羥基酯9b和醚酯9c/9d。羥基酯9b和對(duì)甲苯磺酸一水合物在甲苯中回流，直至9b完全轉(zhuǎn)化。蒸發(fā)甲苯，蒸餾純化，再脫氫氟化，得到二氫呋喃酮9e。9e和二乙醚、三乙胺的混合物攪拌反應(yīng)脫HF，得到呋喃酮9。

2.2聚合反應(yīng)

觀察兩組咳嗽、呼吸困難、肺部哮鳴音等消失時(shí)間、住院時(shí)間以及臨床療效。療效判定分為顯效：患兒臨床癥狀、肺部體征顯著改善或消失，PEF%大于80%；有效：患兒臨床癥狀、肺部體征有所改善，PEF%在60%～79%；無效：未達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，甚至嚴(yán)重?？傆行剩剑@效+有效）/總例數(shù)×100%。

2，3，3-三氟丙烯酸甲酯具有一個(gè)全氟乙烯基和一個(gè)可水解的酯基，是一個(gè)難均聚而易共聚制備含氟聚合物的單體。

2.2.1制備交替共聚物

1980年，Matsuda等人[18-19]發(fā)表了MTFA和丙烯制備共聚物的方法。將等量MTFA和丙烯加入不銹鋼高壓釜中，室溫下，用60Co源γ射線照射，除去未反應(yīng)的MTFA單體，真空下干燥，得到MTFA和丙烯的共聚物。25℃時(shí)在6 Mrad的輻射下，由等摩爾單體組成的共聚物平均分子量為6.5×104。

1984年，Tabata等人[20]發(fā)表了MTFA和碳酸亞乙烯酯（vinylene carbonate，VCA）制備共聚物的方法。在玻璃安瓿瓶中加入等量MTFA和VCA，用60Co源γ射線照射安瓿瓶。將反應(yīng)混合物倒入甲醇溶液中以沉淀共聚物，隨后減壓過濾并干燥，得到共聚物VCA-共-MTFA，呈白色粉末狀。該共聚物可溶于丙酮、四氫呋喃和DMF，但不溶于水、甲醇和苯，其特性粘度為0.086 dL/g（30℃，DMF溶液）。

2.2.2制備無規(guī)共聚物

2003年，Souzy等人[21]發(fā)表了制備含氟無規(guī)共聚物的方法。含氟聚合物具有優(yōu)異的性能，如熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性、折射率、耐氧化等，應(yīng)用與高科技相關(guān)領(lǐng)域：航天、微電子、工程、化工、汽車等行業(yè)。其制備方法如下：哈氏高壓釜中加入引發(fā)劑、MTFA、1，1，1，3，3-五氟丁烷和偏二氟乙烯（vinylidene fluoride，VDF），然后加熱高壓釜。反應(yīng)結(jié)束后，將高壓釜冷卻至室溫，經(jīng)處理得到無規(guī)共聚物，呈白色粉末狀。

2.3其他應(yīng)用

2.3.1制備離子交換膜

2.3.2用作藥物制劑

2002年，Philippe等人[23]發(fā)明了一種用于吸入的穩(wěn)定藥物氣霧劑制劑，該制劑包含活性物質(zhì)、氣霧劑推進(jìn)劑、極性氟化分子和賦形劑。生物活性劑可選自任何治療或診斷劑，推進(jìn)劑是HFA134a或HFA227或它們的混合物，極性氟化分子選擇包含含氧基團(tuán)、帶有一個(gè)短碳鏈的直鏈化合物，如2，3，3-三氟丙烯酸甲酯。

3　展望

2，3，3-三氟丙烯酸甲酯作為含氟羧酸酯具有良好的物理、化學(xué)和生物性能，不僅是制備脂類化合物的重要中間體，也是用于合成醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)化學(xué)品、聚合物的重要原料。

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Synthesis and Applications of Methyl 2，3，3-Trifluoroacrylate

JIN Hang-dan，XU Wei-guo，DAI Jia-liang
（Zhejiang Chemical Industry Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310023，China）

It was basically summarized the synthesis and applications of methyl 2，3，3-trifluoroacrylate. Keywords:methyl 2，3，3-trifluoroacrylate;preparation;application

1006-4184（2016）4-0001-06

2016-01-16

金杭丹（1990-），女，浙江杭州人，助理工程師，主要從事含氟精細(xì)化學(xué)品研究開發(fā)工作。

E-mail:jinhangdan@sinochem.com。