2-溴-2,2-二氟乙酰氯、2-溴-2,2-二氟乙酸酯的制备方法以及废弃物二氟三氯乙烷的回...的制作方法_2

文档序号:8440900阅读:来源:国知局
路线,但存在选择性问题:有溴二 氯乙酸酯及其衍生物的副产物生成,也存在二氟二氯二溴乙烷原料不易得到,而且采用氧 气氧化工程放大问题很多,不易实现工业化的大生产。
[0015] (3)采用溴二氟三卤乙烷和发烟硫酸为原料制备2-溴-2, 2-二氟乙酸酯系列化合 物: 主要采用四氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、二氟乙烯通过与溴素的加成得到溴二 氟三卤乙烷,然后再与发烟硫酸反应得到溴二氟乙酰卤,溴二氟乙酰卤与水、醇、酰胺反应 得到溴二氟乙酸及其衍生物。反应如附图8中SCheme_8所示,其图8中R8为氢、烷基(饱和 烃基),包括甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、芳香烃基团、苄基。
[0016]SatoShiro等人(JP11080084,23Mar1999)采用四氟乙烯、三氟氯乙烯通过与 溴素的加成得到溴二氟三卤乙烷;使用氧化铁做催化剂、发烟硫酸氧化得到溴二氟乙酰卤, 再与水、醇、酰胺反应得到溴二氟乙酸及其衍生物。MorelD. 1445-1447)以三氟氯乙烯为原料先合成1-氯-1,2-二溴-1,2, 2-三氟乙烷(CF^rCFClfc), 然后在氧化汞的存在下,用S03/CF2BrCFClBr摩尔比等于4. 0~1. 5:1. 0量的40%发烟硫酸 氧化脱卤反应,反应20小时得到产率为85%的溴代二氟乙酰氟,离析出得到的溴代二氟乙 酰氟截留在无水乙醇中得到溴二氟乙酸乙酯(SCheme_8),并指出在缺少氧化汞的条件下, 1-氯-1,2-二溴-1,2, 2-三氟乙烷的转化率非常低。DrivonGilles等人(EP1270540, 02Jan2003.)采用二氟乙稀(偏氟乙稀)为原料制备溴二氟乙酸醋系列化合物。Drivon Gilles(EP716074,12Jun1996.)等人采用二氟二氯乙烯为原料制备溴二氟乙酸酯系列 化合物。
[0017] 其中四氟乙烯由于C-F健比较稳定,反应条件苛刻,导致采用发烟硫酸氧化时收 率低,而采用偏氟乙烯为原料时,需要先把氢转化为溴原子,导致反应步骤长,废物也多,因 此采用四氟乙烯和偏氟乙烯为原料没有经济性,该路线不适合工业生产。采用三氟氯乙烯 和二氟二氯乙烯为原料的路线,相对比较好,是比较适合的工业化生产路线。
[0018]DrivonGilles和Jean-PhilippeGillet等人(US6906219B2, 14Jul, 2005.) 提出采用R122为原料制备二氟二氯乙烯,得到的二氟二氯乙烯与溴素反应得到二氟二 氯二溴乙烷,是一种经济可行的办法,反应如附图9中Scheme_9所示,其图9中R9为氢、 烷基(饱和烃基),包括甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基。专利 US6906219B2中分别采用二氟二氯二溴乙烷、二氟四溴乙烷为原料,不使用过渡金属催化 剂,直接使用发烟硫酸氧化脱卤得到溴二氟乙酰卤,然后跟乙醇反应得到溴二氟乙酸乙酯。 针对这两个原料,该专利不使用有毒的过渡金属催化剂也实现了较高的收率得到溴二氟乙 酸乙酯,但是采用发烟硫酸导致反应后处理有大量的废酸很难处理。
[0019]现有采用溴二氟三卤乙烷和发烟硫酸为原料制备2-溴-2, 2-二氟乙酸酯系列化 合物及其衍生物的技术路线,主要存在溴二氟三卤乙烷原料的来源问题,也就是如何大量 和廉价地获得该原料;同时在氧化脱卤反应过程中使用发烟硫酸,存在废硫酸的处理问题, 如果大规模的工业生产,产生大量的废硫酸很难处理。
[0020] 综上所述,现有的制备2-溴-2, 2-二氟乙酸酯系列化合物方法存在所有催化剂毒 性大,反应选择性差,或者是原料价格昂贵、成本高,反应溶剂用量大,产物收率低,或反应 过程中产生大量三废等一系列问题,导致很难实现2-溴-2, 2-二氟乙酸酯系列化合物的工 业化生产。因此,找到一条操作简单,对环境友好的适宜工业放大生产的2-溴-2, 2-二氟 乙酸酯系列化合物的合成路线是从事有机氟化学技术人员的任务和挑战。
[0021] 另外,参考现有制备2-溴-2,2-二氟乙酸酯系列化合物的技术卬3 690621982), 采用三氟二氯乙烷生产过程中的废弃1,1-二氟-1,2, 2-三氯乙烷为原料,用氢氧化钠的水 溶液在50~70°C反应脱氯化氢,得到二氟二氯乙烯;得到的二氟二氯乙烯在回流的条件下 通入溴素中反应,直到反应液的红色消失,然后再减压蒸馏得到第二步反应的原料二氟二 氯二溴乙烷;在50~70°C之间用发烟硫酸(S03含量:50~70%)为氧化剂进行氧化脱卤反 应,然后蒸出中间体溴二氟乙酰氯,得到的溴二氟乙酰氯与乙醇反应得到溴二氟乙酸乙酯。
[0022] 采用现有技术(US6906219B2)中,用原料二氟二氯二溴乙烷跟发烟硫酸反应制备 溴二氟乙酸乙酯与现有技术相当,后两步反应的总收率在75~80%左右,与本专利中的收 率相当,但是产生大量的废硫酸;主要差别在本专利中采用二氟三氯乙烷制备二氟二氯二 溴乙烷过程中前两步反应的总产率只有55~60%,与专利中报道的产率87%有较大的差距。
[0023] 发明人对制备二氟二氯二溴乙烷反应过程进行了深入而仔细的研宄,发现导致前 两步反应收率较低的主要原因是专利US6906219B2中采用的二氟三氯乙烷原料是纯品, 而本发明中采用的是三氟二氯乙烷生产过程中的废弃物二氟三氯乙烷,其含量只能达到大 于95%,得到的废物二氟三氯乙烷中含有杂质,很可能是这些杂质导致前两步制备二氟二氯 二溴乙烷反应收率低。
[0024]本发明中对采用废弃二氟三氯乙烷为原料制备二氟二氯二溴乙烷反应进行了大 量的实验条件筛选和改进,特别是对催化剂、溶剂、碱的种类、原料的加入顺序、反应温度和 反应时间进行了广泛的筛选,发现制备二氟二氯二溴乙烷的产率没有明显的提高。发明人 对二氟三氯乙烷粗品中的杂质进行了分离和鉴定,发现主要的杂质是含氟烯烃,杂质有一 氣二氣乙條、2,3-二氣-六氣-2_丁條(1?1316)、2-氣-六氣-2-丁條(1?1326)、六氣-2-丁 烯(R1336)等。
[0025] 发明人在实验过程中发现采用汞盐为催化剂,采用等量的三氧化硫,即使反应超 过72小时,也不能使二氟二氯二溴乙烷完全转化成2-溴-2, 2-二氟乙酰氯,至少需要两倍 量的三氧化硫,才能使二氟二氯二溴乙烷完全转化,三氧化硫沸点(45°C)与2-溴-2, 2-二 氟乙酰氯沸点(50°C)接近,过量的三氧化硫会给后处理带来困难,过量的三氧化硫与 2-溴-2, 2-二氟乙酰氯分离很困难,要得到纯的2-溴-2, 2-二氟乙酰氯非常困难。汞盐 的毒性也比较大,对操作人员和环境的影响很大。另外采用汞盐为催化剂做活性过高,副产 物复杂。但是本发明人经过反复的试验和探索发现在反应体系中加入廉价的过渡金属盐 类(Lewis酸)催化剂,采用温度摆动法分批加入三氧化硫、分批蒸出产品取得较好的实验 结果,而且所用的三氧化硫减少,2-溴-2, 2-二氟乙酰氯的收率也大大提高,由于三氧化硫 不过量,反应后处理简单,容易得到纯的产品,采用的催化剂是廉价的过渡金属盐类(Lewis 酸),这些催化剂用量少,对成本的增加几乎没有影响。而且是毒性小的过渡金属盐类,容易 回收,对环境和操作人员的健康影响小。

【发明内容】

[0026] 为了解决上述存在的技术问题,本发明提供了一种2-溴-2, 2-二氟乙酰氯、 2-溴-2, 2-二氟乙酸酯的制备方法和废弃物二氟三氯乙烷的回收处理方法,具体的技术方 案分为以下三步骤: 步骤一:以废料二氟三氯乙烷为原料与碱反应得到二氟二氯乙烯,得到的二氟二氯乙 烯与溴素加成反应得到二氟二氯二溴乙烷,用作下一步的原料; 步骤二:第一步骤中得到的二氟二氯二溴乙烷,在催化剂存在下,温度40~120°C之间与三氧化硫发生氧化脱卤反应,生成2-溴-2, 2-二氟乙酰氯,再与水、醇反应得到 2-溴-2, 2-二氟乙酸及相应的酯; 步骤三:2_溴-2, 2-二氟乙酰氯、2-溴-2, 2-二氟乙酸酯系列化合物的精馏提纯,以及 催化剂的回收套用。
[0027] 制备2-溴-2, 2-二氟乙酰氯、2-溴-2, 2-二氟乙酸酯系列产物反应如附图10中 Scheme_10所不,其图10中R1CI代表如下基团:氣、烷基(饱和径基),包括甲基、乙基、丙基、 异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、芳香烃基团、苄基,分子中含有双键、叁建、〇、N、S、 P杂原子的径基、杂环、乙條基、乙炔基。
[0028] 步骤一中制备原料二氟二氯二溴乙烷:安装好带有回流冷凝管和机械搅拌装置的 反应瓶,反应时控制回流冷凝管中冷却水温度在0~30°C,在该反应瓶中加入R123车间废 料二氟三氯乙
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