三氟丙酰氯在含氟農(nóng)藥中的應(yīng)用

徐衛(wèi)國 張建君

(浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023)

0 前言

三氟丙酰氯的分子式為C3H2ClF3O，分子質(zhì)量146.5，CAS號41463-83-6，英文名trifluoropropionyl chloride，密度1.422 g/cm3，沸點48 ℃，閃點-17 ℃。其結(jié)構(gòu)式如下：

由三氟丙酰氯制備的酯CF3CH2COOCH2(CH2)nOOCH2CF3(n為1～20整數(shù))可作為鋰離子電池電解液的成膜添加劑、聚合單體以及醫(yī)藥和農(nóng)藥的中間體[1]。由三氟丙酰氯制備的酯CF3CH2COOCH2C(CH2)2CH2OOCH2CF3可作為熱傳導液的潤滑劑[2]。

介紹了三氟丙酰氯的制備方法，同時較為系統(tǒng)地綜述了三氟丙酰氯在制備含氟農(nóng)藥中的應(yīng)用進展。

1 三氟丙酰氯的制備方法

三氟丙酰氯的制備主要有以下2種方法：

第一種是日本關(guān)東電化工業(yè)株式會社[3]公開的雙(3,3,3-三氟丙基)醚先經(jīng)光氯化反應(yīng)生成雙(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚，然后經(jīng)酸解反應(yīng)制備三氟丙酰氯的方法，反應(yīng)見式1。具體過程：在配有攪拌器、溫度計、100 W高壓汞燈、Dimroth冷凝管和氯氣引入管的200 mL玻璃光反應(yīng)器中，加入210 g(1.00 mol)雙(3,3,3-三氟丙基)醚，用冰水浴冷卻。在光照和攪拌下，于5 h內(nèi)通入5.10 mol氯氣進行反應(yīng)，氯氣的流速為480 mL/min，溫度控制在20～30 ℃。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液經(jīng)氣相色譜法測定，確定原料雙(3,3,3-三氟丙基)醚已經(jīng)反應(yīng)完全，雙(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚的含量為83.0%。反應(yīng)液經(jīng)10%亞硫酸鈉水溶液和48%氫氧化鉀水溶液洗滌，得到的有機層加入硫酸鈉進行干燥，過濾后減壓精餾，收集70～71 ℃/1 kPa餾份230.75 g，雙(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚純度為98.1%，收率65%。在裝有攪拌器、溫度計和蒸餾器的三頸玻璃燒瓶中，加入雙(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚33.07 g(0.095 mol)和質(zhì)量分數(shù)為90%的硫酸9.57 g，于50 ℃下攪拌反應(yīng)2 h后，加入2.60 g (0.063 mol)乙腈。直接蒸餾得到的餾份含有三氟丙酰氯87.1%、1,1,1-三氯-3,3,3-三氟丙烷1.2%和以及其他雜質(zhì)11.7%。三氟丙酰氯的收率為71%。

第二種是日本中央硝子株式會社[4]公開的在自由基引發(fā)劑作用下，用氯氣或硫酰氯氯化3,3,3-三氟丙醛制備三氟丙酰氯的方法，反應(yīng)見式2。具體過程：將100 g(0.892 mol)3,3,3-三氟丙醛裝入配有磁力攪拌器、溫度計、冷凝管和除氯設(shè)備的50 mL三頸玻璃燒瓶中，接著在攪拌下加熱至50 ℃。以200 mL/min的流速引入氯(0.218 mol)，然后通過氣相色譜測試，確定反應(yīng)液為41.3%的三氟丙酰氯、0.1%的三氟丙酸、39.0%的3,3,3-三氟-2-氯丙醛、5.4%的3,3,3-三氟-2,2-二氯丙醛、9.2%的3,3,3-三氟-2-氯丙酰氯和5.0%的其他雜質(zhì)。

2 含氟農(nóng)藥制備中的應(yīng)用

2.1 含氟除草劑的制備

2019年，東莞東陽光科研發(fā)有限公司[5]以間氟苯酚為起始原料，經(jīng)乙?；磻?yīng)生成4-氟-2-羥基苯基乙酮，再與鹽酸羥胺反應(yīng)生成1-(4-氟-2-羥基苯基)乙酮肟，經(jīng)乙酸酐環(huán)合生成6-氟-3-甲基苯并[d]異噁唑，再經(jīng)溴化反應(yīng)生成3-(溴甲基)-6-氟苯并[d]異噁唑，與5,5-二甲基-4,5-二氫異噁唑-3-基異磙脲氫溴酸鹽反應(yīng)生成3-(((5,5-二甲基-4,5-二氫異噁唑-3-基)硫基)甲基)-5-氟苯并[d]異噁唑，再經(jīng)氧化、硝化、還原和酰胺化反應(yīng)制備了除草劑N-(3-(((5,5-二甲基-4,5-二氫異噁唑-3-基)磺酰基)甲基)-5-氟苯并[d]異噁唑-6-基)-3,3,3-三氟丙酰胺，合成工藝見式3。該除草劑在300 g a.i./ha劑量下，對苘麻、反枝莧、馬唐、稗草和狗尾草的除草活性優(yōu)于砜吡草唑。5,5-二甲基-4,5-二氫異噁唑-3-基異磙脲氫溴酸鹽可由羥基脲和3,3-二甲基丙烯酸乙酯為原料，經(jīng)3步反應(yīng)合成，見式4。

2016年，日本公益財團法人相模中央化學研究所Kobayashi Osamu等聯(lián)合日本科研制藥株式會社的Kawanishi Naoki[6]公開了一種具有優(yōu)異的雜草控制效果的吡唑啉酮衍生物5-氯-4-[4-氯-6-氟-2-(2,2,2-三氟乙基)-1H-苯并吡唑-7-基]-1,2-四亞甲基-4-吡唑啉-3-酮，可由4-溴-3,5-二氟苯胺為起始原料，經(jīng)重氮氯化、格氏反應(yīng)、氯化、閉環(huán)、硝化、氨基化、酰胺化和還原閉環(huán)8步反應(yīng)制備，見式5。

2003年，德國拜爾作物科學有限公司的Haaf Klaus等[7]公開了一種吡啶類除草劑2-(1-甲基-3-三氟基吡唑-5-基氧基)-6-(三氟丙?；被谆?-吡啶，可由1-甲基-3-(三氟基)-2-吡唑-2-酮和2-氯-6-氰基吡啶為起始原料，經(jīng)3步反應(yīng)制備，見式6。

2.2 含氟殺菌劑的制備

2018年，瑞士先正達公司[8]公開的殺菌劑3,3,3-三氟-N-{[3-氟-4-[5-(三氟甲基)-1,2,4-噁二唑-3-基]苯基]甲基}丙酰胺，可由3-氟-4-甲基苯氰和鹽酸羥胺為起始原料，經(jīng)5步反應(yīng)制備,見式7。

2.3 含氟殺蟲劑的制備

2018年，德國拜耳作物科學股份有限公司[9]公開的中離子咪唑并吡啶化合物，可殺死昆蟲、蜘蛛與線蟲。例如，由2,3-二氯-3-氧代-丙酸甲酯與N-[(2-氯-1,3-噻唑-5-基)甲基] 吡啶-2-胺為起始原料，經(jīng)3步反應(yīng)制備1-[(2-氯噻唑-5-基)甲基]-3-(3,3,3-三氟丙酰基)咪唑并[1,2-a]吡啶-4-鎓-2-醇鹽，反應(yīng)見式8。其對玉米根蚜蠅的致死率為100%。

2017年，美國陶氏益農(nóng)公司[10]公開的殺蟲劑4-((Z)-3-(3,5-二氯苯基)-1,4,4,4-四氟丁-1-烯-1-基)-2-(三氟甲基)-N-((R)-1-(3,3,3-三氟丙酰胺基)乙基)苯甲酰胺，對舔菜夜蛾、粉紋夜蛾和伊蚊有較好的防治效果。該殺蟲劑可由4-(1-氟乙烯基)-2-(三氟甲基)苯甲酸為原料，經(jīng)2步反應(yīng)制備，反應(yīng)見式9。4-(1-氟乙烯基)-2-(三氟甲基)苯甲酸可由4-溴-2-(三氟甲基)苯甲酸甲酯和(1-氟乙烯基)甲基二苯基硅烷為原料，經(jīng)2步反應(yīng)制備，見式10。

2017年，德國巴斯夫歐洲公司[11]公開的[7-[5-(3,5-二氯-4-氟苯基)-5-三氟甲基-4H-異噁唑-3-基]-2,3-二氫化茚-4-基]甲胺與三氟丙酰氯的酰胺化化合物可作為殺蟲劑，是由4-溴-2-甲酰基芐腈和2-二乙氧基磷?；宜嵋阴槠鹗荚希?jīng)13步反應(yīng)制備，見式11。

2016年，美國陶氏益農(nóng)公司[12]公開了一種反式-2-氯-5-(2,2-二氯-3-(3,4,5-三氯苯基)環(huán)丙烷甲酰胺基)-N-(1-(3,3,3-三氟丙?；?氮雜環(huán)丁烷-3-基)苯甲酰胺殺蟲劑，該殺蟲劑可由3,4,5-三氯苯甲醛和4-甲氧基芐基膦酸二乙酯為起始原料，經(jīng)6步反應(yīng)制備，見式12。

2016年，瑞士先正達公司[13]公開了一種用作殺蟲劑的異噁唑啉-苯乙烯衍生物。例如，N-[(E)-2-[5-(3,5-二氯苯基)-5-(三氟甲基)-4H-異噁唑啉-3-基] 乙烯基]-4-氟苯基]-3,3,3-三氟丙酰胺可由1,3-二氯-5-[1-(三氟甲基)乙烯基]苯和氯代肟基乙酸乙酯為起始原料，經(jīng)7步反應(yīng)制備，見式13。

3 結(jié)語

三氟丙酰氯是一種小分子酰氯化合物，可以合成用途廣泛的含氟農(nóng)藥。因此，開發(fā)一條具有工業(yè)化價值的合成路線，應(yīng)該引起研究人員的高度重視。目前，文獻報道的制備路線各有優(yōu)缺點。

第二種方法制備三氟丙酰氯所用的三氟丙醛可以方便地由1-氯-3,3,3-三氟丙烯得到，但三氟丙醛不穩(wěn)定，易生成三氟丙醛三聚體，再加上氯化反應(yīng)的選擇性不是很好，因此，只適合實驗室研究用。相比較而言，第一種方法似乎更有工業(yè)上應(yīng)用的可能性，其原料雙(3,3,3-三氟丙基)醚可以方便地用偏氟乙烯制備。

1,1-二氯-3,3,3-三氟丙烷是HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物，也可由三氟丙烯生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物1-氯-3,3,3-三氟丙烷氯化得到。如若能成功開發(fā)一條以1,1-二氯-3,3,3-三氟丙烷為原料，采用光氧化反應(yīng)來制備三氟丙酰氯的綠色工藝路線，對擴大三氟丙酰氯的應(yīng)用市場具有積極的意義。