CN101128412B - 氟化醚的合成 - Google Patents

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Abstract

一种制备氟化醚，例如地氟烷的方法，包括在氧化铬催化剂存在下，使相应的氯化醚，例如异氟烷与无水氟化氢在蒸气相中反应。着重强调指出，提供该摘要是按照对摘要的要求进行的，摘要用以使研究人员和其它读者可以迅速确定技术内容的主题。应该理解，提交的摘要并不用于解释或者限制所附权利要求的范围或意思。37CFR§1.72(b)。

Description

氟化醚的合成
发明背景
1.发明领域
本发明主要涉及可以用作吸入麻醉剂的氟化醚的制备。
2.相关技术的描述
地氟烷是一种公知的具有有效的麻醉性质的化合物。例如，参见E.I.Eger等人的Anesthesiaand Analgesia，1987，971-973页，974-976页，977-982页，983-985页，1227-1229页，1230-1233页和1312-1315页。
该化合物在U.S.专利No.3,897,502中有所提及，其中使用混在氩气中的20％氟气，以氟利昂E3作为溶剂，由2-二氟甲氧基-1，1，1-三氟乙烷的直接氟化制备。反应耗时13小时，并且必须在-20℃至-25℃下进行以控制放热过程。由于反应缓慢、反应温度低和试剂昂贵，因此该方法难以规模化。而且，本领域技术人员已知，由于氟气与部分氟化烃之间的相互作用易导致爆炸，因此需要特别小心。
用于合成地氟烷的其它方法包括：a)CHCl2OCH2COCl和/或CHCl2OCHClCOCl与四氟化硫反应(U.S.专利No.4,855,511)。其为多个步骤的方法，而且要处理高毒性的气体试剂四氟化硫。b)CF3CHClOCF2H(异氟烷)与氟化钾反应。该反应可以在278℃、500psi下在高压釜中于无溶剂的情况下进行(U.S.专利No.4,874,901)，或者在非质子溶剂(类似环丁砜)存在下，用相转移催化剂(氯化四甲基铵)在210℃以及同样的加压下进行(UK专利说明书No.2,219,292)。这些方法不得不在高压和高温下进行很长时间，因此其投资很大。此外，这些方法还有更进一步的不利性，其基本上都是间歇方法。c)CF3CHClOCF2H(异氟烷)与三氟化溴在环境温度下反应(U.S.专利No.5,015,781)。虽然该方法得到良好的产率而且在短时间内就完成了转化，但是由氟和溴制备的试剂三氟化溴是一种高毒性且有害的化学物质，其与水或有机物质接触会发生爆炸。为了安全使用必须特别小心且需要特殊工程，这就使其非常难于以商业规模使用。此外，BrF3是一种昂贵的氟化试剂。d)CF3CH2OCF2H与固体过渡金属氟化物氟化试剂反应，此处的氟化试剂为CoF3(U.S.专利No.6,054,626)。根据文中所列的实施例，该方法得到的粗地氟烷的产率低(30-40％)，为了用作麻醉剂必须作进一步的纯化。e)在单独的五氯化锑或者五氯化锑与三氯化锑的混合物的存在下，使CF3CHClOCF2H(异氟烷)与HF反应(U.S.专利No.5,026,924和No.6,800,786)。该方法具有若干缺点，包括使用高毒性和有环境问题的锑盐，该锑盐必须以含水的废液流形式除去。该方法还会形成非常难于分离的副产物，该副产物的除去导致能耗升高，而且更严重的是导致地氟烷产率降低。
因此，本发明的目的是提供一种没有显著问题的可以以工业规模制备氟化醚(包括地氟烷)的方法。
发明概述
本发明满足了这个以及其它目的。因此，已经发现某些脂肪族氟化醚(包括地氟烷)可以按照下述方式由相应的氯化醚制备：在氧化铬催化剂存在下使氯化醚与无水氟化氢在蒸气相下接触。本文中使用的术语“氧化铬(chromia)催化剂”指的是包括3-6价铬的催化剂，其中该催化剂选自铬的氧化物、铬的卤化物、用卤化物处理的铬的氧化物及其混合物。
Figure G06806159820070829D000021
发明详述
本发明提供一种制备下式的氟化醚的方法：R″CF2-CFR-O-CF2R′其中R为氢、氟或烷基，R′为氢、烷基或氟代烷基，R″为氟或氟代烷基，该方法包括使下式的氯化醚R″CF2-CClR-O-CF2R′与无水HF在氧化铬催化剂存在下按照上述反应式所示的方式发生反应，其中R、R′和R″如前述定义。
在本发明方法的优选操作中，R为氢，R′为氢且R″为氟，即，该方法以异氟烷为原料制备地氟烷。
使用该新方法可以在蒸气相中于相对温和的条件下，使用过量的无水HF在氧化铬催化剂存在下将CF3CHClOCF2H(异氟烷)氟化为CF3CHFOCF2H(地氟烷)。优选地，该方法为连续过程，并且由于该方法可以在减压、环境压力和升高的压力下进行，所以其不局限于特定的压力。几乎观察不到副产物的生成，这样就不会导致如相关技术的实施例中所示的情况，即由于从地氟烷中分离副产物而带来的产品损失。
反应中所用的氧化铬催化剂可以采用本领域技术人员已知的方法制备，例如，U.S.专利No.6,706,935中公开的方法，其全部内容引入本文作为参考。优选地，氧化铬催化剂为铬的氧化物，例如Cr2O3；或者铬的卤化物，例如CrX3，其中每个X为相同或者不同的卤素，特别是氟或氯；或者用卤化物，例如CCl3F或CCl4或者氟化试剂例如HF处理的铬的氧化物，例如Cr2O3。优选地，采用包括煅烧、干燥和/或使用氟化试剂例如HF进行部分氟化的方法制备该氧化铬催化剂。其可以以球团、颗粒或者粉末形式使用。该氧化铬催化剂可以为非担载催化剂，但是也可以沉积在诸如氧化铝的固体载体上，或者还可以用过渡金属离子掺杂。
因此，本发明的方法提供一种安全且经济的制备地氟烷的途径，其可以容易地发展为商业规模。
通常，通过使HF和CF3CHClOCF2H与氧化铬催化剂接触来进行氟化作用。HF和CF3CHClOCF2H可以为液体和/或蒸气相，而且催化剂可以装载在填充床或者模拟移动床中，或者装载在搅拌釜反应器中。
起始氯化醚的沸点为48.5℃，通过加热可以容易地使其蒸发。在一个实施方案中，在80-450℃，优选100-300℃，最优选120-200℃下，通过使HF蒸气和CF3CHClOCF2H蒸气在氧化铬催化剂的填充床或者模拟移动床上接触来进行氟化反应。反应可以在升高的压力、减压或者大气压力下进行。虽然优选以蒸气形式引入原料，但是也可以以液体形式引入。如果希望，还可以将原料与惰性载气混合引入。
在反应的一个优选实施方案中，将蒸气形式的原料CF3CHClOCF2H和过量的HF连续引入到氧化铬催化剂床上。相对于每摩尔CF3CHClOCF2H，所用的HF的量可以为0.25-25摩尔当量，更优选1-15当量HF，最优选2-6当量HF。然后将HCl、未反应的HF、未反应的CF3CHClOCF2H和地氟烷收集到另一个釜或塔中，其中用分馏法除去HCl，而未反应的HF和CF3CHClOCF2H循环利用。
产物/未反应的原料和HCl的分离可以连续或者间歇进行，而且对压力没有限制，其可以为减压、环境压力或者升高的压力。在实际操作中，为了获得更大的分馏效率优选在较高的压力下操作。所用的分离方法可以为分馏、溶剂萃取、水洗等。
下列实施例对本发明进行了说明，但其不以任何方式对发明范围构成限制。
实施例1
向1英尺×1英寸的不锈钢管中填满氧化铬催化剂并将其加热至175℃。使用氮气作为载气，以20ml/min的速度将CF3CHClOCF2H进料至管中。进料的CF3CHClOCF2H量为0.07mol/h，连通过量的HF蒸气一同进料。经过氧化铬床之后，所得物质进入水洗器以除去HF和HCl。洗涤器与冷阱连通。称重冷阱中所含物质的量并用GC/MS分析。分析显示：地氟烷75.30％，CF3CHClOCF2H 24.58％，其它副产物总计0.12％(R123，R124，R125)。
实施例2
向1英尺×1英寸的不锈钢管中填满氧化铬催化剂并将其加热至170℃。此例中不使用载气。在CF3CHClOCF2H到达含有氧化铬的管中之前使用预热器将其蒸发。进料的CF3CHClOCF2H的量为0.23mol/h，进料的HF的量为2.3mol/h。经过氧化铬床之后，所得物质进入水洗器以除去HF和HCl。洗涤器与冷阱连通。称重冷阱中所含物质的量并用GC/MS分析。分析显示：地氟烷76.02％，CF3CHClOCF2H14.65％，其它副产物9.33％(R123，R124，R125)。
实施例3
向1英尺×1英寸的不锈钢管中填满氧化铬催化剂并将其加热至140℃。此例中不使用载气。在CF3CHClOCF2H到达含有氧化铬的管中之前使用预热器将其蒸发。进料的CF3CHClOCF2H的量为0.32mol/h，进料的HF的量为1.5mol/h。经过氧化铬床之后，将所得物质收集在冷瓶中并称重该瓶。得到95％的物质平衡。使冷瓶的内容物经过水洗以除去HF和HCl，将有机物质收集在冷阱中并使用GC/MS分析。分析显示：46.14％地氟烷，53.86％异氟烷和＜0.1％的副产物。其对应于95％的地氟烷产率。
应该理解，前述的本发明的详细描述只是一个优选实施方案的详细描述或者只是本发明的少数优选实施方案的详细描述，在不偏离本发明的精神或范围的情况下可以根据公开内容对公开的实施方案进行大量变换。因此，前述的本发明的详细描述并不意图在任何方面限制本发明的范围。相反，本发明的范围只能由所述的权利要求和其等效变换来确定。

Claims (13)

1.一种制备下式的2-二氟甲氧基-1，1，1，2-四氟乙烷的方法：
CF3-CHF-O-CF2H
该方法包括使下式的2-氯-2-二氟甲氧基-1，1，1-三氟乙烷(异氟烷)与无水HF在氧化铬催化剂存在下反应：
CF3-CHCl-O-CF2H
其中所述氧化铬催化剂选自铬的氧化物、铬的卤化物、卤化物处理的铬的氧化物及其混合物。
2.根据权利要求1的方法，其中在80-450℃下异氟烷和HF在蒸气相中于氧化铬催化剂床上反应。
3.根据权利要求2的方法，其中在120-200℃下异氟烷和HF在蒸气相中于氧化铬催化剂床上反应。
4.根据权利要求1的方法，其中以蒸气、液体或者与惰性载气混合的形式将异氟烷引入到氧化铬催化剂上。
5.根据权利要求1的方法，其以连续方式操作，而且相对于每摩尔异氟烷使用0.25-25摩尔当量的HF，将异氟烷和HF蒸气连续进料到氧化铬催化剂上。
6.根据权利要求5的方法，其中相对于每摩尔异氟烷使用1-15摩尔当量的HF，将异氟烷和HF蒸气连续进料到氧化铬催化剂上。
7.根据权利要求6的方法，其中相对于每摩尔异氟烷使用2-6摩尔当量的HF，将异氟烷和HF蒸气连续进料到氧化铬催化剂上。
8.根据权利要求1的方法，其中反应在减压下进行。
9.根据权利要求1的方法，其中反应在升高的压力下进行。
10.根据权利要求1的方法，其中反应在大气压下进行。
11.根据权利要求1的方法，其进一步包括以间歇或连续方式并在减压下从未反应的原料和HCl中分离产物。
12.根据权利要求1的方法，其进一步包括以间歇或连续方式并在环境压力下从未反应的原料和HCl中分离产物。
13.根据权利要求1的方法，其进一步包括以间歇或连续方式并在升高的压力下从未反应的原料和HCl中分离产物。
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