二氟乙酸制備方法概述

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

二氟乙酸，別名：二氟醋酸，英文名：difluoroacetic acid，CAS 號：381-73-7，分子式：CHF2COOH，相對分子量：96.03，熔點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)值）：-1 ℃，沸點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)值）：133 ℃，密度（實(shí)驗(yàn)值）：1.530 g/cm3（20 ℃），外觀：無色至淡黃色透明液體。二氟乙酸主要用作醫(yī)藥及農(nóng)藥中間體，也可用作雜芳族化合物C-H 二氟甲基化的新試劑[1]，還可用于干式蝕刻[2]，能以高蝕刻速率蝕刻氮化硅，對氧化硅及多晶硅具有高選擇比，可抑制對氧化硅的損傷。二氟乙酸及其下游產(chǎn)品二氟乙酸乙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸酐、二氟乙醇和二氟乙胺等屬于高附加值產(chǎn)品。本文根據(jù)不同的原料對二氟乙酸的制備方法進(jìn)行綜述。

1 二氟乙酸的制備方法

1.1 以2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪為原料

杜邦公司的Donald[3]早在1946 年就申請了二氟乙酸的制備專利。將2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪和水的混合物在催化劑（例如氫氧化鈉）的存在下加熱，分離未反應(yīng)的三嗪后，將酸化的水相過濾，然后用幾份乙醚萃取。通過將干燥的醚提取物分餾可以容易地獲得二氟乙酸。例如，將22.2 份2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪和12 份溶于70 份水中的氫氧化鈉的混合物加熱回流4 h。反應(yīng)過程中會放出氨氣。分離出未反應(yīng)的三嗪后，水相在冷卻下用40 份50%硫酸進(jìn)行酸化，然后用17.5 份乙醚萃取。通過分餾干燥的醚提取物獲得6 份鑒定為二氟乙酸的液體。強(qiáng)無機(jī)酸也是氟三嗪水解的催化劑，例如，在等量的4 mol/L 鹽酸水溶液存在下,于100 ℃加熱時，在15 min 內(nèi)可將4 份2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪完全水解。該發(fā)明中使用的2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪可以容易地以高收率由氨和四氟乙烯制備。

1.2 以二氯乙酸為原料

法國羅地亞公司的O·比西納[4]以二氯乙酸為原料制備二氟乙酸，該反應(yīng)屬于鹵原子交換反應(yīng)。將KF(18 g)溶于14 mL 水中，然后將二氯乙酸（2 g）添加至上述KF 水溶液中，溫度升至150 ℃，將該介質(zhì)于150 ℃下攪拌6 min。在回到室溫之后，通過1H NMR 及19F NMR 檢測水溶液。二氯乙酸的轉(zhuǎn)化率為100%，二氟乙酸的收率為94%。

1.3 以二氯乙酰氯為原料制備二氟乙酸

法國羅地亞公司的F·梅茨等[5]公開了一種制備二氟乙酸的方法，在鉻基催化劑存在下，在氣相中使二氯乙酰氯和氫氟酸反應(yīng)制備二氟乙酰氟，二氟乙酰氟水解得到二氟乙酸。例如，將預(yù)蒸餾的二氯乙酰氯(CDCA)以0.11 mol/h 的流量(約15 g/h)、無水HF 以1.1～2.6 mol/h 的流量(22～52 g/h)引入到Hastelloy C276 反應(yīng)器中，該反應(yīng)器長60 cm、外徑2.5 cm，填充有基于氧化鉻（III）的催化劑(約150 g)，氧化鉻（III）催化劑被預(yù)干燥至恒定重量并且被氟化(250 ℃下24 h)。試驗(yàn)溫度設(shè)定為200 ℃～350 ℃，停留時間為10～20 min。在反應(yīng)之后，二氟乙酰氟(FDFA)通過將其轉(zhuǎn)化為二氟乙酸的鉀鹽形式進(jìn)行計量。排出的物料在串聯(lián)安裝的氫氧化鉀起泡器中水解，并且各種不同的酸通過離子色譜法以鉀鹽的形式被計量。氟化催化劑包括氧化鉻、氟化鉻或者氟氧化鉻，或者用金屬元素優(yōu)選鎳或鎂摻雜的鉻。反應(yīng)溫度為250 ℃～400℃，優(yōu)選250 ℃～300 ℃。該方法的優(yōu)點(diǎn)為原料廉價，并且具有良好的生產(chǎn)率。

日本旭硝子公司（Asahi Glass Co.,Ltd.）的Kumai 等[6]提供一種工業(yè)上安全且簡單的生產(chǎn)二氟乙酸的方法。二氯乙酰氯與仲胺反應(yīng)，然后用氟化劑處理產(chǎn)物N，N-二取代的二氯乙酰胺，得到N，N-二取代的二氟乙酰胺；水解酰胺產(chǎn)物，得到二氟乙酸。例如，在200 mL 玻璃反應(yīng)器中，加入50 g N，N-二乙基二氟乙酰胺和260 g 10%氫氧化鈉水溶液，并在回流下反應(yīng)4 h。氣相色譜分析的結(jié)果顯示原料消失。向其中滴加鹽酸以酸化混合物，得到二氟乙酸，然后將其通過蒸餾分離。在常壓下，于132 ℃～135 ℃下獲得32.5 g 含水10%的二氟乙酸，收率達(dá)92%。

太倉博億化工有限公司的劉海波[7]公開了一種二氟乙酸的合成方法。將二乙胺和有機(jī)溶劑（苯或甲苯）加入反應(yīng)裝置中，混合均勻，控制反應(yīng)溫度在10 ℃～20 ℃，在約2 h 內(nèi)緩慢滴入二氯乙酰氯，反應(yīng)完畢，經(jīng)過濾、蒸餾得到產(chǎn)物N，N-二乙基二氯乙酰胺;將N，N-二乙基二氯乙酰胺、干燥的無水氟化鉀或氟化鈉和環(huán)丁砜混合，于120 ℃～140 ℃下反應(yīng)6～8 h，經(jīng)處理得到產(chǎn)物N，N-二乙基二氟乙酰胺;將N，N-二乙基二氟乙酰胺和10 wt%～20 wt%氫氧化鈉或氫氧化鉀水溶液混合，回流反應(yīng)4 h 以上，經(jīng)酸化、萃取、蒸餾得到二氟乙酸，產(chǎn)率達(dá)到92%以上。該方法反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物易分離且受熱穩(wěn)定，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

1.4 以氯氟乙酸為原料

法國羅地亞公司的O·比西納[8]公開了一種鹵原子交換反應(yīng)制備二氟乙酸的方法。將氯氟乙酸（5 g）溶于50 g 水中，然后將上述溶液與氟化鉀（15 g）接觸，使該混合物的溫度到達(dá)100 ℃，持續(xù)22 h。通過1H NMR 及19F NMR 分析水溶液。氯氟乙酸的轉(zhuǎn)化率為100%，二氟乙酸的收率為41%。

1.5 以四氟乙烯為原料

Solvay 公司的Vito[9]公開了一種由四氟乙烯制備二氟乙酸的方法。該方法包括任選地在一種有機(jī)溶劑存在下將四氟乙烯和一種無機(jī)堿的水溶液反應(yīng)。二氟乙酸可以從四氟乙烯和不昂貴的試劑在不形成需要昂貴的分離和提純操作的副產(chǎn)物的情況下獲得，二氟乙酸的選擇性較高。例如，將78 mL 10 mol/L 的KOH 水溶液和二甲基甲酰胺(50 mL)填裝進(jìn)250 mL AISI316 的高壓釜中，將該高壓釜冷卻到-50 ℃～-70 ℃，并在減壓下抽真空，在磁力攪拌下將溫度升高到75 ℃，在0.3 MPa 的壓力下，將四氟乙烯(0.25 mol)連續(xù)進(jìn)料到液相中，將該液體混合物攪拌20 h，冷卻到室溫后，將該液體混合物排出并通過NMR 光譜法分析。隨著四氟乙烯完全反應(yīng)，四氟乙烯轉(zhuǎn)化為CF2HCOOK 是定量的。將該粗制的混合物在減壓下加熱到100 ℃以除去溶劑；將剩下的液體混合物在冷卻的同時通過添加濃鹽酸酸化，然后用二乙醚（V(二乙醚）：V（HCl)=1：1）萃取幾次；該有機(jī)萃取物用硫酸鎂干燥，然后將干燥的醚萃取物分餾，分離得到23 g（0.24 mol）純度為98%的二氟乙酸。

日本旭硝子公司[10]公開了四氟乙烯與伯胺（例如甲胺）或仲胺（例如二甲胺）在水存在下，在N2環(huán)境中反應(yīng)，在0～4.905×105Pa 壓力下加熱至120 ℃，得到二氟乙酰胺，水解二氟乙酰胺，得到二氟乙酸。

Raksha 等[11]將68 g C2F4慢慢加入到58 g 哌啶中，在12 h 內(nèi)得到57%的N-（1,1,2,2-四氟乙基）哌啶；用冰處理N-（1,1,2,2-四氟乙基）哌啶，得到HF 和84%N-二氟乙?；哙?；蒸發(fā)后，用2.5 mol/L NaOH（放熱）處理得到73% CHF2CO2Na；CHF2CO2Na 和H2SO4反應(yīng)，蒸餾得到CHF2CO2H。

1.6 以2-氯-1,1-二氟乙烷為原料

山東華安新材料有限公司的王瑞英等[12]以2-氯-1,1-二氟乙烷（R142）為原料，在催化劑存在下與過氧化氫反應(yīng)，直接生成二氟乙酸。反應(yīng)釜為固定床反應(yīng)釜，催化劑為KMnO4/C（KMnO4的含量為15%～20%），反應(yīng)溫度為120 ℃～150 ℃，反應(yīng)壓力為0.4～1.2 MPa。例如，將200 g 催化劑投入到反應(yīng)釜內(nèi)，通入氮?dú)庵脫Q反應(yīng)釜內(nèi)空氣；將反應(yīng)釜加熱升溫至140 ℃，升溫速率為2 ℃/min；向反應(yīng)釜中繼續(xù)通入氮?dú)猓狗磻?yīng)釜內(nèi)壓力升高至0.8 MPa；將過氧化氫以300 mL/h 的流量、2-氯-1,1-二氟乙烷以50 mL/h 的流量用穩(wěn)壓泵通入到反應(yīng)釜內(nèi)接觸反應(yīng)，接觸時間為20 s；對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行精餾操作，得到二氟乙酸。二氟乙酸的收率為62.3%，純度高達(dá)99.7%。

1.7 以三氟氯乙烯為原料

Tolman[13]以三氟氯乙烯（ClCF=CF2）為原料，先與Et2NH 反應(yīng)，然后水解產(chǎn)物，得到80%的FCHClCONEt2；將FCHClCONEt2與無水氫氧化物加熱，在140 ℃下于二甘醇中與無水KF 加熱反應(yīng)，得到75%的F2CHCONEt2；將F2CHCONEt2水解，得到F2CHCO2H。

1.8 以F2CHCH=CCl2為原料

Albert 等[14]報道，多氟羧酸可通過含氟烯烴經(jīng)KMnO4氧化制備，氧化是快速且?guī)缀跏嵌康摹3CCCl=CCl2經(jīng)KMnO4氧化制備F3CCO2H，產(chǎn)率為90%；F2CHCH=CCl2經(jīng)KMnO4氧化制備F2CHCO2H，產(chǎn)率為86%；Cl2FCCCl=CCl2經(jīng)KMnO4氧化制備Cl2FCCO2H，產(chǎn)率為70%。

2 小結(jié)

二氟乙酸不僅可用于醫(yī)藥及農(nóng)藥中間體，而且可用作二氟甲基化試劑。二氟乙酸與氟化氫的混合氣體可用于半導(dǎo)體器件制造中蝕刻氮化硅等，具有良好的市場前景。

制備二氟乙酸的主要原料有2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪、二氯乙酸、二氯乙酰氯、二氟氯乙酸乙酯、氯氟乙酸、四氟乙烯、2-氯-1,1-二氟乙烷、三氟氯乙烯等。由于四氟乙烯易燃、易聚合，與空氣混合能形成爆炸性混合物，不能外購和長距離運(yùn)輸，因此以四氟乙烯為原料生產(chǎn)二氟乙酸需要有四氟乙烯生產(chǎn)裝置相配套。相關(guān)單位可根據(jù)本單位原料配套以及生產(chǎn)管理水平，選擇適合本單位實(shí)際的二氟乙酸合成工藝路線，以便為今后建設(shè)二氟乙酸生產(chǎn)裝置創(chuàng)造條件。