本发明涉及有机合成领域，特别是涉及一种氟代丙二酸二酯的制备方法。
背景技术：
氟代丙二酸二酯是一类重要的含氟有机中间体，可以进行一系列的烷基化、烷氧基化、羟烷基化等反应，广泛应用于有机合成，医药、农药、香料、染料等的生产，因此，氟代丙二酸二酯衍生物具有极其广阔的领域和非常广阔的开发前景，开发一种高效益，低成本的氟代丙二酸二酯合成工艺具有重要意义。
现阶段，制备氟代丙二酸二酯的方法主要有以下几种：羰基消去法、酯化法、裂解法和氟化法。
目前，国内大部分厂家采用的是氟化氢盐氟化法。即以丙二酸二甲(乙)酯为原料，经过氯化、氟化氢三乙胺盐氟化两步反应的制备得到目标产品。该方法的主要缺点是原料毒性大、对设备腐蚀性强、反应设备要求较高，反应过程会产生二氯代丙二酸酯和二氟代丙二酸二酯，影响产品质量和收率。另外后处理过程中，三乙胺回收困难且产生大量含氮废水，处理麻烦，且对环境造成较大污染。
另外，中国专利(cn1025318)提供了一种制备氟代丙二酸二乙酯的方法，该方法以氟代乙酸乙酯和草酸二乙酯为初始原料，经过缩合、氧化两个步骤来合成氟代丙二酸二乙酯，总收率32.5％，该方法仍然存在收率较低，且“三废”较多的问题。
因此，本领域急需开发一种步骤简短、原料安全、绿色环保的更方便易行且成本较低、易于工业化生产的合成氟代丙二酸二酯的方法。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氟代丙二酸二酯的制备方法，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氟代丙二酸二酯(式iii化合物)的制备方法，所述制备方法包括：
将氟代乙酸酯(式i化合物)与碳酸二烷基酯(式ii化合物)在碱存在的条件下进行缩合反应，制备获得氟代丙二酸二酯，所述式i、式ii、式iii化合物的结构式如下所示：
其中，r1、r2、r3同时为甲基或同时为乙基。
在本发明一些实施方式中，所述氟代乙酸酯与碳酸二烷基酯的摩尔比为1∶1～20。
在本发明一些实施方式中，所述碱选自碱金属有机盐、碱金属碳酸盐、氢化钠或氨基钠中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述碱金属有机盐选自甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、正丁基锂、二异丙基胺锂(lda)中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述碱金属碳酸盐选自碳酸钠、碳酸锂、碳酸钾中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述氟代乙酸酯与碱的摩尔比为1∶1～5。
在本发明一些实施方式中，所述氟代乙酸酯与碱的摩尔比为1∶1～3。
在本发明一些实施方式中，反应温度为0～150℃。
在本发明一些实施方式中，反应温度为80～120℃。
在本发明一些实施方式中，反应在溶剂存在的条件下进行，所述溶剂选自有机溶剂。
在本发明一些实施方式中，所述溶剂选自醚类溶剂。
在本发明一些实施方式中，所述醚类溶剂选自乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述反应的后处理包括：反应完成后，调节反应体系的ph值为5～8，有机相脱溶即得氟代丙二酸二酯。
在本发明一些实施方式中，所述反应的后处理还包括：将反应体系的温度调节至-10～50℃。
在本发明一些实施方式中，使用ph调节剂调节反应体系的ph值，所述ph调节剂选自盐酸、硫酸、磷酸、乙酸中的一种或多种的组合。
具体实施方式
本发明发明人经过大量探索实验，提供了一种新的氟代丙二酸二酯的制备方法，所述制备方法反应条件温和、毒性和腐蚀性低，且更易于后处理，是一种适合大规模工业化生产的制备方法，在此基础上完成了本发明。
本发明提供一种氟代丙二酸二酯(式iii化合物)的制备方法，所述制备方法包括：
将氟代乙酸酯(式i化合物)与碳酸二烷基酯(式ii化合物)在碱存在的条件下进行缩合反应，制备获得氟代丙二酸二酯，所述式i、式ii、式iii化合物的结构式如下所示：
本发明所提供的制备方法中，r1、r2、r3可以各自独立地选自烷基，更具体可以是例如c1～c6烷基、c1～c3烷基等，在本发明一具体实施方式中，所述r1、r2、r3可以各自独立地选自甲基或乙基。在本发明另一具体实施方式中，所述r1、r2、r3的基团相同。
本发明所提供的制备方法中，所述碱通常可以提供反应体系中的碱性条件，所述碱可以是碱金属有机盐、碱金属碳酸盐、氢化钠或氨基钠等。所述碱金属有机盐通常指第ia族的元素与有机化合物所形成的盐类物质，例如可以是甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、正丁基锂、二异丙基胺锂(lda)等中的一种或多种的组合。所述碱金属碳酸盐通常指第ia族的元素与碳酸跟所形成的盐类物质，例如可以是自碳酸钠、碳酸锂或碳酸钾等。在本发明一优选实施方式中，所述碱优选选自甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾、乙醇钾、氢化钠等，更优选选自甲醇钾和/或乙醇钾。本领域技术人员可以根据要制备目标产物酯基上的烷基种类选择对应的醇盐，如制备氟代丙二酸二甲酯的碱优选为甲醇钠和/或甲醇钾，更优选为甲醇钾，制备氟代丙二酸二乙酯的碱优选为乙醇钠和/或乙醇钾，更优选为乙醇钾。所述碱的使用量相对于氟代乙酸酯按摩尔量计通常是基本等量或者过量的，例如，氟代乙酸酯与碱的摩尔比可以为1∶1～5，也可以为1∶1～3。
本发明所提供的制备方法中，反应温度可以为0～150℃，还可以为80～120℃。本领域技术人员可根据反应进程适当调整反应时间，监测反应进程的方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如可以是色谱法、核磁共振法等分析方法，通常来说，也可以以原料底物基本消失作为反应的终点，具体的反应时间可以是例如1-10小时。
本发明所提供的制备方法中，反应可以在溶剂存在的条件下进行，所述溶剂通常可以为有机溶剂，更具体可以为醚类有机溶剂，醚类溶剂可以是例如乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃等中的一种或多种的组合。本领域技术人员可根据反应底物的种类和用量调整溶剂的种类和用量，醚类溶剂的使用量可以为氟代乙酸酯重量的3～10倍。
本发明所提供的制备方法中，按摩尔量计碳酸二烷基酯相对于氟代乙酸酯的用量通常是基本等量或者过量的，例如，氟代乙酸酯与碳酸二烷基酯的摩尔比可以为1∶1～20，优选可以为1∶3～10。当反应在溶剂(例如，醚类溶剂)存在的条件下进行时，氟代乙酸酯与碳酸二烷基酯的摩尔比可以为1：3～6；当反应体系中未加入溶剂时，可以通过增加碳酸二烷基酯用量的方式获得更好的反应效果，例如氟代乙酸酯与碳酸二烷基酯的摩尔比可以为1：5～10。
本发明所提供的制备方法中，所述反应的后处理可以包括：反应完成后，调节反应体系的ph值为5～8，优选的ph值为6～7，有机相脱溶即得氟代丙二酸二酯。后处理中，通常需要将反应体系的温度降低，例如，可以将反应体系的温度调节至-10～50℃，再例如，可以在调节反应体系的ph值之前调节反应体系的温度。用于调节反应体系的ph值的试剂可以是本领域各种ph调节剂，例如，ph调节剂可以选自盐酸、硫酸、磷酸、乙酸等中的一种或多种的组合，优选使用乙酸和/或盐酸水溶液。
本发明提供的氟代丙二酸二酯的制备方法反应过程比较温和，因摒弃了常规的氯化氟化步骤，毒性和腐蚀性低，也没有二氟代丙二酸二酯杂质产生，反应对工厂设备要求较低，生产过程操作简单安全。此外，所述制备方法整个反应过程没有含氮废水产生，节省了废水处理成本，也降低了污水排放产生的污染。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
氟代丙二酸二甲酯的制备：
在250m1圆底烧瓶中,加入80.0g碳酸二甲酯和5.4g甲醇钠，加热至回流，滴加氟乙酸甲酯9.0g，反应2h。用30％盐酸调节ph＝6～7淬灭反应，分液，有机相减圧蒸馏，得到氟代丙二酸二甲酯8.3g(含量96.5％)，收率54.6％。
实施例2
氟代丙二酸二甲酯的制备：
在250m1圆底烧瓶中,加入40g四氢呋喃、40.0g碳酸二甲酯和10.8g甲醇钠，加热至回流，滴加氟乙酸甲酯9.0g，反应4h。用30％盐酸淬灭反应，分液，有机相减圧蒸馏，得到氟代丙二酸二甲酯8.3g(含量94.2％)，收率53.3％。
实施例3
氟代丙二酸二甲酯的制备：
在250m1圆底烧瓶中,加入80.0g碳酸二甲酯和7.0g甲醇钾，加热至回流，滴加氟乙酸甲酯9.0g，反应2h。用30％盐酸淬灭反应，分液，有机相减圧蒸馏，得到氟代丙二酸二甲酯9.1g(含量98.0％)，收率60.8％。
实施例4
氟代丙二酸二乙酯的制备：
在250m1圆底烧瓶中,加入80.0g碳酸二乙酯和4.5g氢化钠，加热至回流，滴加氟乙酸乙酯9.0g，反应2h。用30％盐酸淬灭反应，分液，有机相减圧蒸馏，得到氟代丙二酸二乙酯9.1g(含量86.9％)，收率52.3％。
实施例5
氟代丙二酸二乙酯的制备：
在250m1圆底烧瓶中,加入80.0g碳酸二乙酯和10.8g乙醇钾，加热至回流，滴加氟乙酸乙酯9.0g，反应2h。用30％盐酸淬灭反应，分液，有机相减圧蒸馏，得到氟代丙二酸二乙酯10.3g(含量96.1％)，收率65.5％。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。