专利名称：三氟乙酸酯和三氟乙酸硫酯的制备方法
技术领域：
本发明涉及由三氟乙酰氯和醇或硫醇制备三氟乙酸酯和三氟乙酸硫酯的方法。三氟乙酸的酯或硫酯是可以用于制备药物、农业化学品、液晶、染料和工业化学品的优良化学中间体。三氟乙酸酯也可以用作制备其他精细化学品、药物、农业化学品、液晶、染料和工业化学品的溶剂。
己公开了几种可以用来制备三氟乙酸酯的方法。US4,916,256描述了一些汽相反应，必须使用化学计算上大大过量的有毒性而且又相当贵的三氟乙酰氯同醇反应来制备三氟乙酸酯。US5,405,991描述了酰基氯同醇的反应来制备三氟乙酸酯，但必须有催化剂存在，其催化剂可以是同起始原料酰基氯相应的羧酸的碱金属盐或鎓盐。US4,701,551公开了三氟乙酸同醇反应来制备三氟乙酸酯，但必须用液体HF作催化剂。US4,730,082公开了由三氟乙酸和甲醇制备甲基三氟乙酸酯的多步法，其中的一步需要用强酸作催化剂。WO96/26185A1公开了在吡啶和4-二甲氨基吡啶(DMAP)存在下由三氟乙酸酐同硫醇反应来制备硫酯。所有这些参考文献中，均未单独或共同描述或建议本发明提出的方法。
我们发现，在本发明的方法中，其产物三氟乙酸酯或三氟乙酸硫酯本身是该反应的优良溶剂。该反应在相当低的温度下进行，从大约室温到略低于三氟乙酰氯沸点的温度范围不需要其他的催化剂或试剂。该反应的副产物氯化氢在反应完成时通过在搅拌下加热反应混合物到室温而排除。由本方法得到的酯或硫酯产品纯度己经很高，通过蒸馏纯度可提高到99％以上。本发明方法的优点包括(i)目的酯或硫酯产品易于纯化，因为不存在必须用蒸馏或其他技术排除的其他溶剂。
(ii)在目的酯或硫酯中三氟乙酰氯的溶解度高，由此得到高浓度的反应混合物，并使每个反应器中得到的酯或硫酯产品更多。
(iii)在目的酯或硫酯中，三氟乙酰氯的高溶解度保证了此方法更安全，因为控制有毒的三氟乙酰氯不让其因沸腾而除去(沸点为27℃)的方法不仅仅依赖于反应器的冷却。
(iv)在目的酯或硫酯的形成中不需要其他的试剂或催化剂。
因而，本发明提供了由三氟乙酰氯和式(II)化合物制备式(I)三氟乙酸酯化合物的方法。 其中R是烷基，或是用烷氧基或卤代烷氧基取代的烷基，X是氧或硫原子，该方法包括以下步骤(i)在有一定量的式(I)表示的三氟乙酸酯化合物存在下，使三氟乙酰氯同式(II)表示的化合物在20℃或更低的温度下反应，得到式(I)表示的三氟乙酸酯化合物；和(ii)在室温下使反应混合物脱气，以排除HCl副产物和残留的三氟乙酰氯。
这里使用的术语“烷基”指的是直链和支链的脂肪族烃基链，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、正己基。当烷基具有不对称碳原子时，术语烷基就意味着包括其对映体形式或其混合物。术语“烷氧基”指的是连接有氧原子的直链和支链的脂肪族烃基链，例如甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丁氧基等。术语“卤代烷氧基”指的是由一个或多个卤原子取代的烷氧基，例如，氯代甲氧基、一氯二氟甲氧基、三氟甲氧基、全氟乙氧基、2-溴乙氧基等。术语“卤素”指的是氟、氯或溴原子。
在本发明优选的方法中，R是(C1-C6)烷基或由(C1-C4)烷氧基取代的(C1-C6)烷基。
在本发明再优选的方法中，R是(C1-C4)烷基。
在本发明更加优选的方法中，R是甲基、乙基或异丙基。
在本发明最为优选的方法中，R是乙基。
更具体地说，本发明的制备三氟乙酸酯或硫酯的方法包括，第一步是在低温下和在式(I)表示的目的产物作为溶剂的存在下，使三氟乙酰氯同醇或硫醇反应，在所需反应结束时，在室温下使反应混合物脱气，以排除副产物氯化氢和残留的三氟乙酰氯。这些气体一般通过一个洗气瓶予以处理，或是在三氟乙酰氯的情况下，使所述的气体循环使用，例如，可在充有其后的反应中被用作溶剂的三氟乙酸的酯或硫酯的洗气瓶中收集，或者是采用冷凝的办法收集。在这个反应中制备的三氟乙酸的酯或硫酯有很高的纯度，而通过蒸馏的方法可使其纯度提高到99％以上。
醇(ROH)或硫醇(RSH)可从具有1至6个碳原子的醇或硫醇中选择。烷基R可以是直链的或支链的。R基可以由烷氧基或卤代烷氧基取代。
反应步骤(i)在接近三氟乙酰氯沸点的温度下进行。具体的反应温度范围是从大约-40℃到大约20℃，优选的范围是从大约-30℃到大约0℃，更为优选的范围是从大约-25℃到大约-15℃。
该方法的操作如下在干燥的反应器中加入目的产物酯或硫酯的尾料(循环物料，常取自前一反应批次)，并冷却到低温。加入第一试剂，它可以是三氟乙酰氯，也可以是式(II)表示的化合物。在保持反应器的内部温度为所需温度的速率下加入第二试剂。反应完成后，将该反应混合物加热到室温，以便脱气排除氯化氢和残留的三氟乙酰氯。这时反应器就包含有目的产物三氟乙酸的酯或硫酯。在常压或减压下蒸馏，可进一步提高纯度。
加料的顺序是可变的。优选的顺序是先将三氟乙酰氯溶解在三氟乙酰酯或三氟乙酰硫酯的尾料中，而后再同适当的醇或硫醇反应。但是，这个反应也可以通过先把醇或硫醇溶解在三氟乙酰酯或三氟乙酰硫酯中，而后再将三氟乙酰氯加入到该混合物来完成。
三氟乙酰氯和式(II)化合物的填加量一般按1∶1的摩尔比配制。两种试剂均可稍微过量使用，这取决于成本和是否易得。因而，式(II)化合物同三氟乙酰氯合适的摩尔比是1.10至0.90，优选的范围是1.05至0.98。例如，式(II)化合物可以在1.01至1.10的摩尔比过量使用。优选使用式(II)化合物在摩尔比1.01至1.02的少量过量，因为在其少量过量使用的时候，式(II)表示的残留化合物在蒸馏时易于排除。另外，三氟乙酰氯可以稍微过量(即式(II)化合物同三氟乙酰氯的摩尔比是0.99至0.90)使用，在脱气时从产品酯或硫酯中排除。如果使用较高的过量，多余的三氟乙酰氯可通过冷凝循环并回到下一批次反应，或者是由填充有三氟乙酸酯或硫酯的洗涤器收集，在下一个批次的反应中作为尾料使用。
所希望的三氟乙酸酯或硫酯作为溶剂使用时同三氟乙酰氯使用量的摩尔比可在很宽的范围内变化，优选的摩尔比范围是大约0.5至2。
本方法一般采用间歇操作，但是也可以连续操作。在三氟乙酰氯的低压力下实施这个反应也是可能的，优选的压力不高于50psig。在压力下的反应可在所描述的温度范围的高温端进行，不会使试剂和产物丢失到反应器中。
虽然其他的溶剂像芳香族化合物如甲苯或醚、酯或烷烃，都可被用于此方法，以取代所需的三氟乙酸酯或硫酯，但是在反应温度下，三氟乙酰氯在这些溶剂中的溶解度势必要降低，从而导致产率下降。此外，为制得高纯度的产品，这些溶剂还必须从产品酯或硫酯中分离。
下面的实施例和实验方法为操作人员提供进一步的指导。实施例1三氟乙酸乙酯的制备将187g三氟乙酸乙酯尾料冷却到-19℃，向其加入199g的三氟乙酰氯，使该混合物保持在-19至-25℃，在60分钟内向其加入55.8g的乙醇，接着在45分钟内加入另外的14g乙醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温，并使用充有10％氢氧化钠水溶液的洗气瓶。将所得到的396g三氟乙酸乙酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，就得到360g纯度大于99％的三氟乙酸乙酯。实施例2三氟乙酸乙酯的制备将237g三氟乙酸乙酯尾料冷却到-19℃，向其加入132.5g的三氟乙酰氯，使该混合物保持在-19至-25℃，在60分钟内向其加入37g的乙醇，接着在45分钟内加入另外的9.5g乙醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温，并使用充有10％氢氧化钠水溶液的洗气瓶。将所得到的三氟乙酸乙酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，就得到128g纯度大于99％的三氟乙酸乙酯。实施例3三氟乙酸异丙酯的制备将180g三氟乙酸异丙酯尾料冷却到-19℃，向其加入132.5g的三氟乙酰氯，使该混合物保持在-19至-25℃，在60分钟内向其加入48.6g的异丙醇，接着在45分钟内加入另外的12.1g异丙醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温，并使用充有10％氢氧化钠水溶液的洗气瓶。将所得到的三氟乙酸异丙酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，所得到的三氟乙酸异丙酯重282.6g，纯度大于97％。实施例4三氟乙酸乙酯的制备将237g三氟乙酸乙酯尾料冷却到-30℃，向其加入132.5g的三氟乙酰氯，使该混合物保持在-30℃，在60分钟内向其加入37g的乙醇，接着在45分钟内加入另外的9.5g乙醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温，并使用充有10％氢氧化钠水溶液的洗气瓶。将所得到的379g三氟乙酸乙酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，就得到360g纯度大于99％的三氟乙酸乙酯。实施例5三氟乙酸甲酯的制备将128g三氟乙酸甲酯尾料冷却到-20℃，向其加入132.5g三氟乙酰氯，使该混合物保持在-20℃，在60分钟内向其加入25.9g甲醇，接着在45分钟内加入另外的6.4g甲醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温，并使用充有10％氢氧化钠水溶液的洗气瓶。将所得到的256g三氟乙酸甲酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，就得到243g纯度大于99％的三氟乙酸甲酯。实施例6三氟乙酸乙酯的制备反应器的安装使第一个洗气瓶含有100g三氟乙酸乙酯，第二个洗气瓶含有10％氢氧化钠水溶液。将187g三氟乙酸乙酯尾料冷却到-10℃，向其加入199g的三氟乙酰氯，使该混合物保持在-10℃，在60分钟内向其加入55.8g的乙醇，接着在45分钟内加入另外的14g乙醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温。将所得到的356g三氟乙酸乙酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，就得到338g纯度大于99％的三氟乙酸乙酯。从第一个洗气瓶收集的三氟乙酸乙酯已含有某些三氟乙酰氯，用作下一个反应的尾料。实施例7三氟乙酸S-乙酯的制备将158g三氟乙酸S-乙酯尾料冷却到-25℃，向其加入199g三氟乙酰氯，使该混合物保持在-25℃，在60分钟内向其加入75.1g乙硫醇，接着在45分钟内加入另外的18.8g乙硫醇。而后将该混合物在搅拌下冷却到室温，并使用充有10％氢氧化钠水溶液的洗气瓶。将所得到的391g三氟乙酸乙硫酯转移到一个蒸馏器中，常压下蒸馏，就得到375g纯度大于99％的三氟乙酸乙硫酯。
权利要求
1.一种由三氟乙酰氯和式(II)化合物制备式(I)三氟乙酸酯化合物的方法， 其中R是烷基，或是用烷氧基或卤代烷氧基取代的烷基，X是氧或硫原子，该方法包括以下步骤(i)在有初始存在量的式(I)表示的三氟乙酸酯化合物存在下，使三氟乙酰氯同式(II)表示的化合物在20℃或更低的温度下反应，得到式(I)表示的三氟乙酸酯化合物；和(ii)在室温下使反应混合物脱气，以排除HCl副产物和残留的三氟乙酰氯。
2.权利要求1所述的方法，其中R是(C1-C6)烷基或由(C1-C4)烷氧基取代的(C1-C6)烷基。
3.权利要求2所述的方法，其中R是(C1-C4)烷基。
4.权利要求3所述的方法，其中R是甲基、乙基或异丙基。
5.权利要求4所述的方法，其中R是乙基。
6.前述任一项权利要求所述的方法，其中式(II)表示的化合物同步骤(i)使用的三氟乙酰氯的摩尔比是1.10至0.90。
7.权利要求6所述的方法，其中摩尔比为1.05至0.98。
8.权利要求7所述的方法，，其中摩尔比为1.02至1.01。
9.权利要求6所述的方法，其中式(I)表示的三氟乙酸酯化合物在步骤(i)的初始存在量同三氟乙酰氯的摩尔比是0.5至2。
10.权利要求6所述的方法，步骤(i)在-30℃至0℃的温度范围内进行。
全文摘要
本发明提供了一种由三氟乙酰氯和醇或硫醇制备三氟乙酸酯和三氟乙酸硫酯的方法,这里的酯或硫酯是作为溶剂使用的。三氟乙酸的酯或硫酯是优良的化学中间体,可以用于制备药物、农业化学品、液晶、染料和工业化学品。三氟乙酸酯和硫酯也可以用作制备其他精细化学品、药物、农业化学品、液晶、工业化学品和染料的溶剂。
文档编号C07C69/63GK1281847SQ0010989
公开日2001年1月31日 申请日期2000年7月11日 优先权日1999年7月21日
发明者劳瑞·安·斯潘格勒, 费雷夫多恩·艾伯德萨肯, 祖书华·安东尼·钟 申请人:罗姆和哈斯公司