專利名稱：鹵代二氟乙酸烷基酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及借助1，1-二氟四鹵代乙烷與醇的反應(yīng)直接制備鹵代二氟乙酸烷基酯的方法。
鹵代二氟乙酸烷基酯是合成藥物和植物保健產(chǎn)品的中間體。
獲得這些鹵代二氟乙酸烷基酯的方法已經(jīng)記載了很多。
這些方法中最普遍采用的是醇與鹵代二氟乙酸反應(yīng)，或優(yōu)選與相應(yīng)的氟化物和氯化物反應(yīng)。
根據(jù)大量的各種技術(shù)方法可以得到這些鹵代二氟乙酰鹵(氟化物或氯化物)。
US5,259,938記載了一種在通式為M(CF2)nCHxCly的氯化物存在下，(其中x＝1或2，x＋y＝3)借助光化學(xué)氧化反應(yīng)制備ω-鹵代二氟乙酰氯M(CF2)nCOCl的方法，其中M＝F或Cl，n為1～10。
有機(jī)化學(xué)雜志(The Journal of Organic Chemistry，33(2)P816-9(1968))敘述了一種得到溴代二氟乙酰氯的方法，包括以下步驟—→CF2BrCFBrOCH3CF2BrCFBrOCH3＋2ClSO3H—→CF2BrC(O)Cl
相對(duì)于四氟乙烯C2F4，CF2BrC(O)Cl的最后產(chǎn)率小于30％。
從C2F4也可以得到二氟鹵乙酰氟。
具體而言，按照以下步驟能獲得溴代二氟乙酰氟，它記載在申請(qǐng)?zhí)枮镴P8240434公開(kāi)的日本專利申請(qǐng)中CF2BrCF2Br(得自)＋SO3(或HSO3F)得到含有BrCF2CF2OSO2基團(tuán)的中間體。
這種中間體與H2SO4或KF/四氫噻吩砜一起加熱，產(chǎn)生溴代二氟乙酰氟CF2BrC(O)F。
但是，最常引用的方法是在汞鹽存在下，進(jìn)行1，1-二氟代四鹵乙烷如CF2BrCFClBr、CF2ClCCl3的硫酸水解。
因止，D.Moret和F.Dawans(Tetrahedron，33(12)PP.1445-7)指出，由氯代三氟乙烯的溴化反應(yīng)得到的1，2-二溴氯三氟乙烷，在HgO存在下，在發(fā)煙硫酸介質(zhì)中按以下反應(yīng)水解在30-40％發(fā)煙硫酸中，相對(duì)于CF2BrCFClBr的量，用于活化反應(yīng)的HgO量約為1％(重量)。如果發(fā)煙硫酸的濃度大于60％，可以省去氧化汞。
DE1020970記載了依照以下相似的方法制備CF2ClC(O)Cl，該方法是在HgSO4存在下，溫度約為50℃時(shí)，CF2ClCClBr2和發(fā)煙硫酸反應(yīng)，反應(yīng)式是在氣相中，由催化氯化作用可以純化CF2ClC(O)Cl，然后借助分餾作用分離。
還應(yīng)指出，此反應(yīng)能夠從全鹵化鏈烯氧化物開(kāi)始，例如四氟環(huán)氧乙烷或 EP380129敘述了按下述反應(yīng)制備CF2BrC(O)F注Et為乙基 最后，應(yīng)指出Chang-Ming Hu等人(Journal of Fluorine Ch-emistry，49(1990)P.275-280)描述了一種鹵代乙烷轉(zhuǎn)化成相應(yīng)酸的較普通的方法，其借助于化學(xué)計(jì)量的聚氟全鹵烷與過(guò)硫酸銨和甲酸鈉形成的氧化還原化合物進(jìn)行反應(yīng)。
因此按照下述反應(yīng)1，1-二氟四氯乙烷轉(zhuǎn)化為氯代二氟乙酸(產(chǎn)量66.5％-轉(zhuǎn)化率100％)。
在30℃、空氣鼓泡的DMF(二甲基甲酰胺)介質(zhì)中完成反應(yīng)。反應(yīng)一結(jié)束，把介質(zhì)倒入水中，用醚萃取該強(qiáng)酸性溶液。醚萃取物用NaHCO3水溶液中和。水相蒸發(fā)至于，殘留物(CF2ClCO2Na)吸收在濃縮的H2SO4中，然后被蒸餾。
所有這些方法還有很多的缺點(diǎn)，它們大部分用腐蝕性的反應(yīng)介質(zhì)(發(fā)煙硫酸-濃縮的H2SO4)、危害環(huán)境的催化劑(汞鹽)，或者采用的反應(yīng)容易釋放出腐蝕性氣體如HF。一方面，這要求有專用和昂貴的設(shè)備(涂有PVDF或PTPE)；另一方面，如果要保護(hù)環(huán)境，就需要進(jìn)行復(fù)雜的廢水處理。
另外，應(yīng)提到某些堿性物質(zhì)難以獲得或操作有危險(xiǎn)性，并且需要很特別的設(shè)備。
本發(fā)明主題的方法是從可容易得到的反應(yīng)劑直接而簡(jiǎn)單地獲得高產(chǎn)量的如下式的鹵代二氟乙酸烷基酯 其中X表示氟、氯、溴或碘原子，R表示直鏈或支鏈的脂肪族烴基，含碳原子數(shù)為1～10，優(yōu)選是1～6；本方法的特征是，在氧存在和自由基發(fā)生條件下，式II的1，1-二氟四鹵代乙烷與醇ROH(III)反應(yīng)。
CF2XCY2Z (II)其中X和式(I)中含義一樣，Y和Z表示溴、氯或碘原子且是相同或不同的，R和式(I)中的含義一樣。
本發(fā)明可用的1，1-二氟四鹵代乙烷(II)，為下式的化合物CF2BrCCl2Br，CF2ClCCl2I，CF2BrCCl2I，CF3CBr3，CF3CCl3，CF2ClCCl3，CF2ClCCl2Br.
所有這些化合物用已知方法獲得，不是本發(fā)明的主題。
本發(fā)明可以利用的醇ROH為甲醇、乙醇、丙醇、正-丁醇和2-乙基己醇。
根據(jù)本發(fā)明，為了產(chǎn)生自由基，可以使用化學(xué)引發(fā)劑或光化學(xué)引發(fā)劑。
根據(jù)第一種方式，反應(yīng)在化學(xué)引發(fā)劑存在下進(jìn)行，這些引發(fā)劑例如有機(jī)過(guò)氧化物如過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)氧化月桂酰、過(guò)氧化乙?；h(huán)己烷磺酰、過(guò)氧化異丁酰、過(guò)氧化二氯乙酰、過(guò)氧化三氯乙酰；有機(jī)氫過(guò)氧化物，如叔-丁基過(guò)氧化氫、叔戊基過(guò)氧化氫、枯烯過(guò)氧化氫、萜烷過(guò)氧化氫；過(guò)二碳酸酯，如過(guò)二碳酸乙酯、過(guò)二碳酸乙基己酯、過(guò)二碳酸異丙酯、過(guò)二碳酸異丁酯、鯨蠟醇過(guò)二碳酸酯、過(guò)二碳酸環(huán)己酯、過(guò)二碳酸肉豆蔻酯、過(guò)二碳酸叔-丁基環(huán)己酯；過(guò)新癸酸(perneodecanoate)叔-丁基酯、過(guò)新癸酸枯基酯；過(guò)甲氧基乙酸叔-丁基酯；過(guò)乙氧基乙酸叔-丁基酯；和偶氮化合物，如2，2′-偶氮二-(2，4-二甲基戊睛)、1，1-偶氮二(環(huán)己烷睛)和偶氮二(異丁睛)。
在這些化學(xué)引發(fā)劑中，優(yōu)選用偶氮化合物，特別是偶氮二(異丁睛)，以后稱為AIBN。
一般，相對(duì)于所用的1，1-二氟代四鹵乙烷，化學(xué)引發(fā)劑的用量為0.01mol％～10mol％，優(yōu)選0.5mol％～5mol％。
根據(jù)第二種方式，其中的自由基發(fā)生劑是光化學(xué)引發(fā)劑，反應(yīng)在光照射下進(jìn)行，光的波長(zhǎng)λ至少等于200nm，優(yōu)選在260nm～800nm。
一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)按第一種方式反應(yīng)時(shí)，通過(guò)讓1，1-二氟四鹵代乙烷(II)與醇ROH(III)和化學(xué)引發(fā)劑接觸，然后加熱所得的混合物，同時(shí)用氧氣或以惰性氣體例如氮?dú)狻⒑饣驓鍤庀♂尩难鯕夤呐?，由此制備?I)的產(chǎn)物。
在采用第二種方式時(shí)，用氧氣或以一種惰性氣體如氮?dú)狻⒑饣驓鍤庀♂尩难鯕夤呐莸耐瑫r(shí)，對(duì)由反應(yīng)試劑(II)和(III)組成的混合物進(jìn)行光照射。
醇ROH(III)與1，1-二氟四鹵代乙烷(II)的摩爾比大于或等于1，優(yōu)選小于5。
根據(jù)上述兩種方式中任意一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，醇ROH同時(shí)用作反應(yīng)試劑和溶劑。在上述那些條件下，(III)∶(II)的摩爾比可以在較大程度上變化。它們的比值至少等于1，最大等于30，優(yōu)選在5和20間。
在非醇溶劑介質(zhì)下進(jìn)行反應(yīng)并不超出本發(fā)明的范圍。這種溶劑必須既不和反應(yīng)試劑(II)和(III)反應(yīng)，也不影響所形成的產(chǎn)物(I)。而且，在操作條件下必須是完全惰性的。
根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)是在用空氣或氧氣或富氧空氣鼓泡條件下完成的。通常在大氣壓下(105Pa)進(jìn)行，但是在不同壓力下反應(yīng)并不脫離本發(fā)明的范疇。
根據(jù)上述兩種方式，溫度可在較大程度上變化，一般在20℃-150℃，優(yōu)選在50℃-100℃。為維持反應(yīng)溫度在上述限定內(nèi)，有可能需要對(duì)反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行冷卻。
反應(yīng)持續(xù)的時(shí)間可在較大程度上變化，特別是按第二種方式操作時(shí)，光照射時(shí)間可以從15分鐘到80小時(shí)。
所用的照射源是產(chǎn)生波長(zhǎng)200nm～800nm電磁輻射的任何裝置(汞蒸汽燈、氖燈、激態(tài)原子燈(excimer lamps)、激光器等)。
本發(fā)明特別適用于制備溴代二氟乙酸乙酯、氯代二氟乙酸乙酯和三氟乙酸乙酯。
借助本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法即一次或多次蒸餾，從反應(yīng)介質(zhì)中分離得到產(chǎn)物，目的是從未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)試劑中分離產(chǎn)物，如果需要，可以再循環(huán)利用未反應(yīng)的反應(yīng)試劑，尤其是當(dāng)醇ROH同時(shí)用作反應(yīng)試劑和溶劑時(shí)。
產(chǎn)物用氣相色譜分析，用核磁共振鑒定。
本發(fā)明主題的方法能在溫和操作條件下、無(wú)需利用特殊和麻煩的物料，經(jīng)1，1-二氟四鹵代乙烷和醇之間簡(jiǎn)單的反應(yīng)直接得到鹵代二氟乙酸烷基酯(I)。而且，流出物由稍有或沒(méi)有腐蝕性的產(chǎn)物組成，如需要可再循環(huán)利用而無(wú)需特殊純化處理。
下面的實(shí)施例闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1把含有42.5g(或0.145mol)的CF2BrCCl2Br和102.5g(或2.22mol)的乙醇的145g乙醇溶液放入傳統(tǒng)的反應(yīng)器中，反應(yīng)器裝有一個(gè)渦輪式攪拌器、一個(gè)冷凝器、一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)器和一個(gè)用作氣體入口的浸管。
然后，加入1.18g偶氮二異丁睛(AIBN)，相應(yīng)的摩爾數(shù)等于所用鹵代乙烷的5％。
反應(yīng)介質(zhì)在攪拌和空氣鼓泡(平均流速7l/h)下溫度升到65℃。
10小時(shí)后，觀測(cè)到CF2BrCCl2Br的轉(zhuǎn)化率是50％，溴代二氟乙酸乙酯的產(chǎn)率是42％(經(jīng)氣相色譜測(cè)定)。
鑒定溴代二氟乙酸乙酯在Brucker型號(hào)AC300多核裝置上質(zhì)子(1H)、碳13(13C)和氟19(19F)核磁共振(NMR)(頻率1H＝300.13MHz，13C＝75.47MHz，19F＝282.4MHz)。
NMR鑒定 ·13C NMR譜(溶劑＝CDCl3)δa＝108.8ppmδb＝159.5ppmδc＝64.5ppmδd＝13.5ppm·19F NMR譜(溶劑＝CDCl3/外標(biāo)物三氟乙酸)δ(CF2Br)＝-16.8ppm偶合常數(shù)1JC-F＝314Hz偶合常數(shù)2JC-F＝31Hz·1H NMR譜(溶劑＝CDCl3/內(nèi)標(biāo)物四甲基硅烷)δ(CH2)＝4.42ppmδ(CH3)＝1.40ppm)實(shí)施例2把含有45g(或0.153mol)的CF2BrCCl2Br和105g(或2.28mol)的乙醇的150g乙醇溶液放入傳統(tǒng)的反應(yīng)器中，反應(yīng)器裝有一個(gè)渦輪式攪拌器、一個(gè)冷凝器、一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)器和一個(gè)用作氣體入口的浸管。
然后，加入0.3g偶氮二異丁睛(AIBN)，相應(yīng)的摩爾數(shù)等于所用鹵代乙烷的1.2％。反應(yīng)介質(zhì)在攪拌和空氣鼓泡(流速7l/g)下溫度升到65℃。反應(yīng)1.5小時(shí)后，觀測(cè)到CF2BrCCl2Br轉(zhuǎn)化率是57％，溴代二氟乙酸乙酯的產(chǎn)率是51.3％。
實(shí)施例3把含有45g(或0.22mol)CF2ClCCl3(F112a)和105g(或2.28mol)乙醇的150g乙醇溶液放入和實(shí)施例2相同的裝置中。
然后，加入0.72g AIBN，相對(duì)于所用的F112a為2mol％。
得到F112a的轉(zhuǎn)化率是73.4％，氯代二氟乙酸乙酯的產(chǎn)率是23％。
NMR鑒定 ·13C NMR譜(溶劑＝CDCl3)δa＝116.9ppmδb＝159.2ppmδc＝64.5ppmδd＝13.7ppm·19F NMR譜(溶劑＝CDCl3/外標(biāo)物TFA)δ(CF2Cl)＝-15.4ppm1JC-F＝300Hz2JC-F＝34.5Hz·1H NMR譜
(溶劑＝CDCl3/內(nèi)標(biāo)物TMS)δ(CH2)＝4.4ppmδ(CH3)＝1.4ppm實(shí)施例417.5g(60毫摩爾)CF2BrCCl2Br和42g乙醇引入裝有一個(gè)攪拌器的125cm3玻璃反應(yīng)器中。然后，反應(yīng)器進(jìn)行同軸照射(coaxialirradiation)(4×8W燈，365nm，“Rayonet”型裝置)，借助于空氣流冷卻反應(yīng)器外部以保持反應(yīng)介質(zhì)溫度在25℃。
照射60小時(shí)后，氣相色譜分析粗反應(yīng)混合物顯示4.5gCF2BrCCl2Br未轉(zhuǎn)化，形成7.5g溴代二氟乙酸乙酯。CF2BrCCl2Br的轉(zhuǎn)化率是73.8％，溴代二氟乙酸乙酯的摩爾產(chǎn)率是61.5％。實(shí)施例5把含有90.83g(或0.31mol)CF2BrCCl2Br和219.17g(4.76mol)乙醇的310g乙醇溶液注入具有300cm3可用體積、有一個(gè)中央燈(15W燈，λ365nm)的光反應(yīng)器中。一個(gè)外部泵確保反應(yīng)溶液保持循環(huán)。
借助反應(yīng)器夾套中的循環(huán)水，反應(yīng)介質(zhì)的溫度維持在環(huán)境溫度水平。
另外，空氣以平均流速3l/h連續(xù)注入反應(yīng)器底部。
打開(kāi)燈。
65小時(shí)后，CF2BrCCl2Br的轉(zhuǎn)化率是58.8％，溴代二氟乙酸乙酯的產(chǎn)率為55％。
氣相色譜法檢測(cè)上述化合物。實(shí)施例6把含有90g(0.30mol)CF2BrCCl2Br和210g乙醇的300g乙醇溶液放入與實(shí)施例5一樣的裝置中。
空氣流速為7l/h，反應(yīng)介質(zhì)溫度達(dá)65℃。
反應(yīng)15小時(shí)后，觀測(cè)到CF2BrCCl2Br的轉(zhuǎn)化率是88％，溴代二氟乙酸乙酯的產(chǎn)率是66.5％。實(shí)施例7把47.1g(0.147mol)CF3CBr3和103g(2.23mol)乙醇放入一個(gè)傳統(tǒng)的反應(yīng)器中，此反應(yīng)器裝有一個(gè)渦輪式攪拌器、一個(gè)冷凝器、一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)器和一個(gè)用作氣體入口的浸管。
然后，加入0.3g AIBN，相對(duì)于鹵代乙烷是1.24mol％。在攪拌和空氣鼓泡(7l/h)下，加熱反應(yīng)介質(zhì)到65℃。
反應(yīng)13小時(shí)30分鐘后，相對(duì)于鹵代乙烷，得到CF3CBr3轉(zhuǎn)化率是21.7％，三氟乙酸乙酯的產(chǎn)率是17％。實(shí)施例8把45g(0.152mol)CF2ClCCl2I和105g(2.28mol)乙醇一起放入與實(shí)施例7一樣的裝置中。
然后，加入0.5g AIBN，相對(duì)于鹵代乙烷是2mol％。在攪拌和空氣鼓泡(7l/h)下，反應(yīng)介質(zhì)加熱到65℃。
反應(yīng)8小時(shí)后，相對(duì)于鹵代乙烷，CF2ClCCl2I幾乎全部轉(zhuǎn)化，所得氯代二氟乙酸乙酯的產(chǎn)率為65％。
權(quán)利要求
1.直接制備下式鹵代二氟乙酸烷基酯的方法 其中X表示氟、氯、溴或碘原子，R表示直鏈或支鏈的脂肪族烴基，含碳原子數(shù)為1～10，特征是在氧存在和自由基產(chǎn)生條件下，如式(II)的1，1-二氟代四鹵乙烷與醇ROH(III)反應(yīng)，CF2XCY2Z(II)ROH (III)其中X和式(I)中含義一樣，Y和Z表示溴、氯或碘原子且是相同或不同的，R和式(I)中的含義一樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于式(II)的1，1-二氟四鹵代乙烷是下式的化合物CF2BrCCl2Br、CF2ClCCl3、CF3CCl3、CF3CBr3和CF2ClCCl2I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于醇ROH(III)是乙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的方法，其特征在于醇ROH(III)與1，1-二氟代四鹵乙烷(II)的摩爾比大于或等于1，優(yōu)選小于5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3的一種方法，其特征在于醇ROH同時(shí)用作反應(yīng)試劑和溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3和權(quán)利要求5的一種方法，其特征在于醇ROH(III)與1，1-二氟四鹵代乙烷(II)的摩爾比最小等于1，最大等于30。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于(III)∶(II)摩爾比為5～20。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)方法，其特征在于自由基發(fā)生劑是化學(xué)引發(fā)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于化學(xué)引發(fā)劑是偶氮化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于偶氮化合物是偶氮二(異丁睛)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)方法，其特征在于用光化學(xué)引發(fā)的方法產(chǎn)生自由基。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于光化學(xué)引發(fā)包括用波長(zhǎng)λ至少等于200nm的光照射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于波長(zhǎng)λ在260nm～800nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的一項(xiàng)方法，其特征在于溫度在20℃～150℃。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中的一項(xiàng)方法，其特征是在空氣存在下完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備鹵代二氟乙酸烷基酯的方法。該方法包括在空氣和/或氧與自由基發(fā)生劑存在的情況下，1，1-二氟四鹵代乙烷與醇反應(yīng)。
文檔編號(hào)C07C67/00GK1131659SQ9512154
公開(kāi)日1996年9月25日 申請(qǐng)日期1995年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月5日
發(fā)明者吉勒斯·德賴旺, 讓-菲利普·吉勒特, 克里斯托弗·魯平, 阿蘭·沃蒂爾 申請(qǐng)人:埃爾夫阿托化學(xué)有限公司