氟酮精细化学品的合成原理与生产工艺(一)
来源/作者:中国标准物质网  日期:2018-06-15

1.六氟丙酮

(1)八氟异丁烯氧化法六氟丙酮的早期合成方法是由四氟乙烯和六氟丙 烯生产,所得剧毒的副产物八氟异丁烯经高锰酸钾氧化处理,反应式如下:

实验室巾少量制备还可用六氟丙烯为原料,例如:

(2)六氯丙酮气相交换法工业生产曾采用六氯丙酮与无水氟化氢在铬催化剂存在下,气相交换反应制取,例如:

如果氯-氟交换不完全,则生成部分氟化的全氟氯丙酮。

(3)六氟环氧丙烷重排法六氟环氧丙烷重排法是生产六氟丙酮的主要工业方法。自从六氟环氧丙烷(HFPO)实现工业化生产后,六氟丙酮以此为原料,在傅-克催化剂存在下重排而得,这一生产方法比上述方法更为便利,例如:

文献报道采用混合的金属氧化物催化剂SiO2/Al2O3、Cr2O3/Al2O3和Cr2O3/TiO2等在110~130℃时的转化率接近100%,选择性为97%。

2.三氟-1,3-二酮

三氟-1,3-二酮的合成普遍采用Claisen缩合反应,由含氟羧酸酯在有强碱存在下与酮缩合制得,产率为45%~87%,例如:

三氟-1,3-二酮的纯化可通过与金属螯合,如制成铜螯合物,再经H2S作用,重新分离出纯度很高的产物。

3.γ-氯代对氟苯丁酮

γ-氯代对氟苯丁酮有γ-氯代丁酰氯法和三氯化铝催化法两种生产工艺。

(1) γ-氯代丁酰氯法经与氟苯反应而得,其反应式如下:

将定量的氟苯和无水三氯化铝在冰冷却下倒入装有搅拌器、冷凝器及温度计的反应器中,在一定温度下,用稳压漏斗滴加定量的氟苯和γ-氯代丁酰氯的混合液。滴加完毕,室温放置一定时间,在快速搅拌下,慢慢将反应液倒入装有碎冰块的大烧杯中,用分液漏斗分出油层,用5%碳酸钠洗至中性,用无水氯化钙干燥。然后将油层及酮层倒入蒸馏烧瓶中进行蒸馏,收集128~140℃(0.93×10-3 MPa)馏分,即为产品。低沸物再进行蒸馏,又可得一部分产品。

(2)三氯化铝催化法其反应式如下:

将二硫化碳和三氯化铝加入反应锅,搅拌下加入氟苯,25℃保温0.5 h。冷却至10℃以下,慢慢加入γ-氯代丁酰氯。加毕,室温下反应2h。于25℃倒入盐酸冰水中分取油层后,水洗,用无水氯化钙干燥。回收二硫化碳后,减压蒸馏,收集130~142℃(0.80×10-3 MPa)馏分,即为成品。

4.α,α,α-三氟苯乙酮

α,α,α-三氟苯乙酮合成路线主要有苯基格氏试剂与三氟乙酸反应法、苯基格氏试剂与三氟乙酸酯反应法和苯与三氟乙酰氯或三氟乙酸酐反应法三种。

(1)苯基格氏试剂与三氟乙酸反应法本法产率为58%。反应中1 mol三氟乙酸消耗3 mol苯基格氏试剂,耗费较多的试剂及时间。

(2)苯基格氏试剂与三氟乙酸酯反应法苯基格氏试剂与三氟乙酸酯反应,反应式如下:

①三氟乙酸乙酯的制备取85%的三氟乙酸钠84g置于250mL三口烧瓶中,在搅拌下,滴加无水乙醇56g和浓硫酸68.2g制成的冷溶液,加毕,在室温下搅拌5h。蒸馏,收集沸点68℃以下的馏分。以饱和碳酸氢钠溶液洗涤,无水硫酸钠干燥。无色透明液体与适量的五氧化二磷混合,回流若干分钟后,常压蒸馏,得沸点59~60℃的馏分49.5g,收率66%。

α,α,α-三氟苯乙酮的制备在氮气流下向镁屑3.0g滴加溴苯20.25g和无水乙醚100mL配成的溶液,温度保持在30~34℃, 30min加完。回流搅拌反应1h,镁屑完全溶解。冷却到室温,所得苯基溴化镁的乙醚溶液置于滴液漏斗中。
将三氟乙酸乙酯17.4g和无水乙醚150mL混合于充满干燥氮气的250mL三口烧瓶内,搅拌,用液氮冷却到-80℃。滴加上述苯基溴化镁乙醚溶液,约10 min加完。在搅拌下反应液逐渐升至室温,维持片刻。先后滴加25mL饱和氯化铵溶液和32mL稀盐酸。分出乙醚溶液,水相用乙醚提取,乙醚溶液合并,水洗,以无水硫酸钠干燥。常压蒸馏,收集沸点150~151℃馏分8.7g,收率40.8 %。

上述前两种方法操作不方便,产率低,应用受到了限制。

(3)苯与三氟乙酰氯或三氟乙酸酐反应法

①三氟乙酸锂的制备向250mL圆底烧瓶中加入5.0g LiOH·H2O,置于冰水浴中。然后慢慢加入15g三氟乙酸与10mL水组成的溶液,约10min内加完。继续搅拌数分钟,然后减压蒸去大部分水,真空于燥后得三氟乙酸锂备用。

② α,α,α-三氟苯乙酮的合成将上述装有三氟乙酸锂的圆底烧瓶置于冷水浴中,依次加入3.8g镁屑、10mL无水四氢呋喃及25g溴苯。搅拌片刻后,反应剧烈进行,反应液处于回流状态。约15min后,大部分镁屑已消失,反应混合物由无色液体变成橙黄色糊状物。在50℃下继续搅拌1h。冰水浴冷却,然后往瓶内加入5%的稀盐酸50mL,搅拌数分钟后,分出有机层,水相用乙醚萃取。有机相经无水氯化钠干燥后,进行常压蒸馏,收集沸程146~154℃馏分19.5g,重蒸后,得沸程150~154℃馏分17g,即为产品α,α,α-三氟苯乙酮,产率为75%。

该法优点是合成方法简单,反应一步完成,产率高,溴苯等试剂消耗量少,操作方便,可避免制备格氏试剂时生成的大量偶合产物联苯。

5. 4,4'-氟二苯甲酮

4,4'-二氟二苯甲酮的合成方法较多,可分为缩合法和合成法两类。

(1)苯系精细化学品缩合法由卤代苯和苯甲酰卤在路易斯酸的催化下合成而得,收率可达99%以上,其反应式如下:

由氟苯与光气直接酰化缩合而得,其反应式如下:

上述反应中,除4,4'-二氟二苯甲酮外,还伴有2,4'-二氟二苯甲酮的生成,其组成为75%的4,4'-二氟二苯甲酮及25%的2,4'-二氟二苯甲酮,总收率66%。

由氟苯与四氯化碳在无水三氯化铝催化下,先生成4,4'-二氟二苯二氯甲烷,反应完毕,然后用冰水解而得粗品,再经水蒸气蒸馏,分离,用苯重结晶而得产品,其反应式如下:

未反应的四氯化碳和氟苯,用水蒸气进行蒸馏回收,产品收率63.9%。此法特点是原料易得,工艺及所需设备简单,但产品收率低。

由氟苯与一氧化碳在空气存在下,以二氯化钯三氯化铁为催化剂进行反应而得,其反应式如下:

本反应需要在压力容器内进行,起始反应温度为170℃,同时有极少量的2,4'-二氟二苯甲酮生成。

(2)二苯酮、二苯甲烷或其他衍生物氟化、取代等反应的合成法

①卤素交换合成法其反应式如下:

以4,4'-二氯二苯甲酮和氟化钾为原料,在二甲基亚砜(DMSO)溶剂中,于230~240℃下进行反应,反应过程中加入少量苯,通过共沸蒸出水和苯,即得产品。该法4,4'-二氟二苯甲酮收率为80%~82%。

②由4, 4'--氟二苯甲烷氧化而得,其反应式如下:

该法是甲烷氧化成甲酮的方法,收率在90%~95%。

③由4,4'-二氨基苯甲烷与足够的亚硝酸钠在93%的氟化氢中,于-20~10℃下进行重氮化反应,得重氮化物,然后,在-10℃下加入稀硝酸氧化,再经加热回流而得,其反应式如下:

④以4,4'-二氟苯基二氯乙烯为原料制得,其反应式如下:

4,4'-二氟苯基二氯乙烯在二氯甲烷中用稀硝酸于30~40℃下氧化生成4,4'-二氟二苯甲酮。

⑤傅-克烷基化法向装有回流冷凝器、电动搅拌装置的50L缩合反应釜中加入30kg四氯化碳和12.5kg无水三氯化铝,搅拌下降温至-5~0℃,滴加9kg氟苯,室温下搅拌反应4h,至氯化氢气体逸出不明显时放置过夜。次日加入冰水,进行水蒸气蒸馏回收四氯化碳和氟苯,分离酮层;水层用苯提取后并入酮层,冷至析晶,得浅棕色结晶粗品4,4'-二氟二苯甲酮7.2kg,用苯重结晶,得白色片状结晶成品6.2kg。

【关键词】六氟丙酮 四氟乙烯 三氯化铝 三氟乙酸钠