CN101277917A - 制备3,3,3-三氟丙醛的方法 - Google Patents
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Abstract
提供制备3，3，3－三氟丙醛的方法，包括在选自阿仑尼乌斯酸和路易酸的催化剂存在下水解式[1]的苄基乙烯基醚的步骤，其中R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤素原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基。
Description
技术领域
本发明涉及制备三氟丙醛的方法，三氟丙醛可用作医药和农药的中间体以及用作高性能材料例如含氟聚合物的原料或合成中间体。
背景技术
有关制备3，3，3-三氟丙醛的方法，已有多种报道。
非专利文献1公开了一种制备3，3，3-三氟丙醛的方法，该方法通过使用硝酸汞(II)和冰醋酸将3，3，3-三氟丙烯转化为3，3，3-三氟-1-丙醇，然后用铬酸钠氧化3，3，3-三氟-1-丙醇而制备。专利文献2公开了一种制备3，3，3-三氟丙醛的方法，该方法通过在钯盐存在下使3，3，3-三氟丙烯与水反应而制备。非专利文献2公开了一种制备3，3，3-三氟丙醛的方法，该方法通过将三氟甲基碘加成到乙基乙烯基醚并水解得到的加成产物而制备。专利文献3公开了一种制备3，3，3-三氟丙醛的方法，该方法通过使用钯盐、醋酸钠和冰醋酸将一氯-3，3，3-三氟丙烯转化为醋酸3，3，3-三氟丙烯酯，然后水解醋酸3，3，3-三氟丙烯酯而制得。
专利文献4公开了一种通过使用氢碘酸水溶液水解烷基3，3，3-三氟丙烯基醚而制备3，3，3-三氟丙醛的方法。
专利文献5公开了一种制备3，3，3-三氟丙醛的方法，该方法通过使1-氯-3，3，3-三氟丙烯与金属醇盐在醇(ROH)中反应，其中R具有1到4个碳原子数，从而得到CF3CH＝CHOR或CF3CH(OR)2作为反应产物，然后在碳数3到13的链烷酸存在下水解反应产物而制备。专利文献1公开了一种制备3，3，3-三氟丙醛的方法，该方法通过将三氟甲磺酰氯加成到氯乙烯，从而得到1-氯-3，3，3-三氟丙基醋酸酯，然后用硫酸水解1-氯-3，3，3-三氟丙基醋酸酯。
非专利文献3公开了一种通过在硫酸镁水合物存在下使二甲基-[1-(2-三氟甲基-3，3，3-三氟丙烯基)]胺反应28天来制备3，3，3-三氟丙醛的方法，二甲基-[1-(2-三氟甲基-3，3，3-三氟丙烯基)]胺是一种含三氟甲基的烯胺。
[专利文献1]PCT申请No.2003-522743的公开日文翻译[专利文献2]日本公开专利文献No.63-63633[专利文献3]美国专利No.5,777,184[专利文献4]美国专利No.2,715,144[专利文献5]美国专利No.6,111,139[非专利文献1]Journal of Fluorine Chemistry，Vol.30，第153-158页，1985(荷兰)[非专利文献2]Zhurnal Organicheskoi Khimii，Vol.25，No.7，第1376-1380页，1989(苏联)[非专利文献3]Izvestiya Akademii Nauk，Seriya Khimicheskaya，Vol.5，第1069-1071页，1997(俄罗斯)
发明内容
然而，非专利文献1的方法使用有毒试剂如汞和铬酸。专利文献2和3的方法均需要大量昂贵的钯盐。非专利文献2的方法也使用昂贵的三氟甲基碘。专利文献4的方法在氢解过程中使用高腐蚀性、难于处理的氢碘酸并且作为不需要的副产物产生相对于目标的3，3，3-三氟丙醛而言等摩尔量的烷基碘(例如甲基碘)。专利文献1的方法需要昂贵的三氟甲磺酰氯。专利文献3的方法是将含三氟甲基的烯胺转化为3，3，3-三氟丙醛的罕见的反应实例，但存在这样的问题：要用28天进行这样的转化反应并且3，3，3-三氟丙醛不是主要的反应产物。
另一方面，专利文献5的方法与本发明有共同之处，在于：3，3，3-三氟丙醛通过制备1-氯-3，3，3-三氟丙烯作为起始原料，将1-氯-3，3，3-三氟丙烯转化为3，3，3-三氟甲基乙烯基醚(下文中有时仅称作“乙烯基醚”)，然后水解3，3，3-三氟甲基乙烯基醚而制备。
美国专利No.2,739,987中报导了关于制备乙烯基醚的技术，该技术通过在碱例如KOH存在下使1-氯-3，3，3-三氟丙烯与链状醇(例如甲醇)如式(a)所示进行反应而制备。[化1]CF3CH＝CHCl + CH3OH→CF3CH＝CHOCH3 + HCl (a)1-氯-3，3，3 醇 乙烯基醚-三氟丙烯
然而，当由上述报导的方法制备的乙烯基醚在无机酸例如HCl作为催化剂存在下如式(b)所示水解时，目标3，3，3-三氟丙醛的收率远低于50％。[化2]CF3CH＝CHOCH3 + H2O→CF3CH2CHO + CH3OH (b)乙烯基醚 水 3，3，3-三氟丙醛 醇(低收率)
这样的低产品收率的主要原因是由于副反应显著发生，通过副反应使水解的醇副产物与乙烯基醚原料反应而形成3，3，3-三氟丙醛的缩醛(下文中有时仅称作“缩醛”)，如式(c)所示。[化3]CF3CH＝CHOCH3 + CH3OH→CF3CH2CH(OCH3)2 (c)乙烯基 醚 醇缩醛
当在乙烯基醚化(a)中过量使用醇时，副反应(c)变得更加显著，优先于水解(b)，并留在反应体系中。这导致目标反应产物收率的显著降低。
作为上述问题的解决方案，专利文献5提出了在乙烯基醚的水解过程中将碳数3到16的链烷酸作为反应体系中的醇接受体共存。即，已经表明在水解(b)过程中碳数3到16的链烷酸的共存下，副产物醇被链烷酸捕集以使得充分抑制副反应(c)，以致由1-氯-3，3，3-三氟丙烯到目标3，3，3-三氟丙醛的收率能提高到约70％。
然而专利文献5的方法需要相对于乙烯基醚为等摩尔量或过量的碳数3到16的链烷酸作为醇接受体，这导致生产率降低。另外，专利文献5的方法产生了相对于目标3，3，3-三氟丙醛为等摩尔量或更多的链烷酸酯作为不需要的副产物。还存在如下缺陷：碳数为6或更多的长链链烷酸(例如己酸)尽管在各种链烷酸化合物中对于提高3，3，3-三氟丙醛的收率有效，但其价格昂贵。
出于这些原因，常规的3，3，3-三氟丙醛的制备方法对于大规模生产应用还需要改进。存在对开发更高效的3，3，3-三氟丙醛的制备方法的需求。
考虑到上述问题，本发明人进行了广泛研究以开发适于三氟丙醛的工业制备的方法。广泛研究的结果，本发明人发现通过如下方法能够高收率地制备3，3，3-三氟丙醛从而解决了上述问题：制备式[1]的苄基乙烯基醚作为原料并且在选自阿仑尼乌斯酸和路易斯酸的催化剂存在下水解该苄基乙烯基醚。
[化4]式[1]中，R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基。(在下文中，苄基乙烯基醚的水解步骤有时可称为“第二工艺步骤”)。
本发明的特征在于：被水解的乙烯基醚相对于氧原子(-O-)在乙烯基的对侧具有带苄基结构(RCH2-)的官能团，其中R与上面相同。即，当具有苄基(RCH2-)的乙烯基醚在阿仑尼乌斯酸或路易斯酸催化剂存在下水解以制备目标3，3，3-三氟丙醛时，没有大量的缩醛由副产物苄醇(RCH2OH)与苄基乙烯基醚原料如下所示而意外地产生。[化5]
结果，不必如专利文献5中公开那样使用大量的碳数3到16的链烷酸作为醇接受体。本发明中，苄基乙烯基醚仅用催化量的阿仑尼乌斯酸或路易斯酸水解以大大高于50％的收率制备3，3，3-三氟丙醛。
适当地使用低成本的阿仑尼乌斯或路易斯酸例如盐酸、硫酸、氯化铁等作为催化剂使得目标3，3，3-三氟丙醛的制备与专利文献5的方法相比，具有大的经济优势和高生产率。
本发明人还发现通过在足以蒸馏3，3，3-三氟丙醛的温度下实施第二工艺步骤的水解反应，并由此在该水解反应过程的同时连续地或逐次地蒸馏得到的3，3，3-三氟丙醛，能够以高收率平稳地制备3，3，3-三氟丙醛。
本发明人已经证实水解的苄醇(RCH2OH)副产物在上述副反应中几乎没被消耗并且稳定地残留在反应体系中(槽底)。苄醇具有明显高于目标3，3，3-三氟丙醛的沸点，因此能有效地将苄醇分离并在第二工艺步骤完成后从反应体系中回收。(苄醇(RCH2OH)的分离/回收步骤在本说明书中有时可称作“第三工艺步骤”)。在第三工艺步骤中回收后，苄醇可用于制备下一批苄基乙烯基醚。
此外，本发明人已发现式[1]的苄基乙烯基醚可容易地由商业上易于获得的式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯作为第二工艺步骤(水解工艺步骤)的原料而制备。
[化6]
式[2]中，X表示卤素(例如氟、氯、溴或碘)。
本发明人进一步发现式[1]的苄基乙烯基醚(新型化合物)能够通过使式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯与式[3]的苄醇在碱性材料共存下反应而以高收率制备。(在下文中，苄基乙烯基醚的制备步骤有时可称为“第一工艺步骤”。)
[化7]RCH2OH [3]式[3]中，R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基。
作为第一工艺步骤的原料，能够使用各种1-卤代-3，3，3-三氟丙烯，包括1-氯-3，3，3-三氟丙烯。1-氯-3，3，3-三氟丙烯还被称作“HCFC-1233”并且是指E-异构体(HCFC-1233t)或Z-异构体(HCFC-1233c)或其混合物，任一种都是可以以低成本商购的并且适于用作第一工艺步骤的起始原料。
以该方式，目标3，3，3-三氟丙醛可有利地通过第一、第二和第三工艺步骤的组合由低成本材料制备。
本申请人已经提交了关于制备3，3，3-三氟丙醛的方法的申请(日本专利申请No.2004-310880)，该方法通过制备式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯作为起始原料，通过1-卤代-3，3，3-三氟丙烯与环状仲胺反应而形成含三氟甲基的烯胺，然后水解该含三氟甲基的烯胺。该方法也具有优异的优势，但存在以下问题：必需的环状仲胺组分价格昂贵，且该环状仲胺不能轻易地从环状仲胺的副产物盐中回收。相反，本发明在经济上更具优势，因为不需要使用环状仲胺，并且苄醇能够被回收并能够在反应中被再次利用的事实。
本发明的第一、第二和第三工艺步骤的关系在以下流程中说明。
[化8]
具体实施方式
根据本发明提供由低成本材料容易地以几个步骤高收率地制备3，3，3-三氟丙醛的方法，从而能够以商业规模制备3，3，3-三氟丙醛，其用作医药和农药的中间体以及用作高性能材料例如含氟聚合物的原料或合成中间体。
本发明中，通过制备式[1]的苄基乙烯基醚作为起始原料，并且用催化量的阿仑尼乌斯酸或路易斯酸水解苄基乙烯基醚(第二工艺步骤)从而以大大高于50％的收率制备3，3，3-三氟丙醛。当苄醇(RCH2OH)作为水解反应的副产物产生时，以高收率将该苄醇从反应体系中回收并用于制备下一批苄基乙烯基醚(第三工艺步骤)。而且，式[1]的苄基乙烯基醚易于从低成本的式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯和苄醇制备(第一工艺步骤)。
下面将更详细地描述本发明。
式[1]的苄基乙烯基醚作为本发明中的水解(第二工艺步骤)的原料制备。此处，苄基乙烯基醚的官能团R是苯基或具有取代基R1(其中R1选自烷基、烷氧基、卤原子和硝基)的苯基。作为R1的烷基和烷氧基优选为具有1到6个碳数的那些，如甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丙氧基、正丁氧基和叔丁氧基。作为R1的卤原子为氟、氯、溴和碘中的任一个。官能团R1可以是一种或不同的多种。官能团R的具体实例是未取代的苯基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、3，5-二甲苯基、2-乙基苯基、3-乙基苯基、4-乙基苯基、2-氯苯基、3-氯苯基和4-氯苯基。
其中，官能团R优选为未取代的苯基，因为其成本低且活性高。换言之，式[1]的苄基乙烯基醚优选为如下式所示的苄基(3-三氟甲基)乙烯基醚(1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯)。
[化9]
尽管式[1]的苄基乙烯基醚能够通过任何方法制备并用于第二工艺步骤中，但特别优选在第一工艺步骤中使用式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯作为起始原料来制备式[1]的苄基乙烯基醚。
当苄醇(RCH2OH)作为第二工艺步骤的副产物产生时，优选在第二工艺步骤完成后在第三工艺步骤中从反应体系中分离并回收苄醇。
本说明书中，将依次说明第一到第三工艺步骤。
下面将给出对第一工艺步骤的说明。第一工艺步骤通过式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯与式[3]的苄醇在碱性材料共存下反应来制备式[1]的苄基乙烯基醚。
式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯中，卤素X是氟、氯、溴和碘中的任一个。优选使用1-氯-3，3，3-三氟丙烯，它对应于X是氯的情况，因为1-氯-3，3，3-三氟丙烯可作为HCFC-1233商购。1-氯-3，3，3-三氟丙烯是指E-异构体(HCFC-1233t)和Z-异构体(HCFC-1233c)中的任一者。这些异构体可适合地单独使用或组合使用。在使用1-氯-3，3，3-三氟丙烯的E-异构体作为起始原料的情况下，式[1]的乙烯基醚的E-异构体作为主要反应产物产生。在使用1-氯-3，3，3-三氟丙烯的Z-异构体作为起始原料的情况下，式[1]的乙烯基醚的Z-异构体作为主要反应产物产生。
式[3]的苄醇对应于作为第一工艺步骤的目标产物的式[1]的苄基乙烯基醚的种类而选择。苄醇的具体实例为未取代的苄醇、甲基苄醇、乙基苄醇和氯苄醇。特别优选使用未取代的苄醇，它易于以低成本获得且在第二工艺步骤(水解)中显示出高反应性。
对于在第一工艺步骤中使用的苄醇的量没有特别限制。所用苄醇的量通常为每1.0摩尔1-卤代-3，3，3-三氟丙烯，1.0到10.0摩尔，优选1.0到7.0摩尔，特别优选为1.0到4.0摩尔。然而，就生产率和成本效益方面而言，苄醇的量超过10摩尔是不可取的。
在第一工艺步骤中，需要碱性材料来中和卤化氢副产物，并将化学平衡改变到反应产物一方。没有碱性材料的情况下，式[1]的苄基乙烯基醚无法显著地制备。对于碱性材料的种类没有特别限制。碱性材料优选为无机碱。无机碱的具体实例为氢氧化钠、碳酸钠、酸式碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、酸式碳酸钾、氢氧化钙和氢氧化锂。其中，优选氢氧化钠和氢氧化钾，二者均可以低成本获得。该反应甚至在碱性材料为有机碱(例如甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、三丁胺、吡啶、哌啶、甲基吡啶、二甲基吡啶和苯胺)时进行。然而，无机碱比有机碱更优选，因为有机碱相对昂贵且在反应后需要繁重的纯化操作。对于所用碱性材料的量没有特别限制。所用碱性材料的量优选为每1.0摩尔1-卤代-3，3，3-三氟丙烯为1.0到10摩尔，优选1.0到6.0摩尔，特别优选1.0到4.0摩尔。即使碱性材料的量超过10摩尔，对于反应性也不会有影响。然而，就生产率和成本效益而言，碱性材料的量超过10摩尔是不可取的。另一方面，若碱性材料的量少于1.0摩尔，会导致如下不希望的问题：转化为苄基乙烯基醚的效率变低，以至于难以在反应结束后分离/纯化苄基乙烯基醚。
为了提高碱性材料在反应体系中的溶解性，可在第一工艺步骤中加入水。在第一工艺步骤中加入水通常是优选的。所用的水量优选为每1g碱性材料0.01到2g，特别优选0.1到1g。
也可加入相转移催化剂以促进第一工艺步骤的反应。对于相转移催化剂的种类没有特别限制。可使用冠醚、季铵盐和鏻盐作为相转移催化剂。相转移催化剂的具体实例为18-冠-6-醚、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵和四丁基氯化鏻。对于所用相转移催化剂的量也没有特别限制。所用相转移催化剂的量通常为每100重量份1-卤代-3，3，3-三氟丙烯0.01到30重量份，优选为0.1到15重量份，特别优选为0.5到10重量份。即使相转移催化剂的量超过30重量份，对于反应性也不会有影响。然而，就生产率和成本效益而言，相转移催化剂的量超过30重量份是不可取的。从实施例1中清楚看出，相转移催化剂在第一工艺步骤中不是必需的。存在许多情形，在没有相转移催化剂的存在下该反应以足够的选择性和速率进行。
第一工艺步骤的反应温度通常为0到200℃，优选20到150℃，更优选30到100℃。
第一工艺步骤的反应甚至能在耐压反应器例如高压釜中进行，但通常在大气压下在空气中进行。因为原料1-卤代-3，3，3-三氟丙烯和目标产物苄基乙烯基醚两者在空气中均稳定，足以在露天环境中进行第一工艺步骤的反应。
对第一工艺步骤的反应时间没有特别限制。优选用例如色谱法来监控反应的状态，并通过证实反应接近结束来终止反应。由此，获得了其中含有式[1]的乙烯基醚的反应混合物。
该反应混合物能不经过提纯或经过提纯以除去未反应的原料和副产物后用作第二工艺步骤的起始原料。
在提纯反应混合物的情况中，对于提纯技术没有特别限制。通过在第一工艺步骤完成后从反应体系中过滤固体物质或沉积物例如无机盐，并对得到的滤液进行水洗以及两相分离而获得乙烯基醚和未反应的醇的混合有机相，或者通过在第一工艺步骤完成后从反应体系中过滤固体物质或沉积物例如无机盐，并对得到的滤液进行简单蒸馏(粗馏)而获得乙烯基醚和未反应的醇的混合馏分是可行的。
当将苄醇用作醇时，在第二工艺步骤(水解)过程中游离醇和苄基乙烯基醚之间的缩醛形成反应变得受到抑制。因此不必从反应体系中彻底去除过量的醇。在第一工艺步骤完成后提供粗提纯就足够。
其次，下面将给出对第二工艺步骤的说明。第二工艺步骤是将式[1]的苄基乙烯基醚在选自阿仑尼乌斯酸和路易斯酸的催化剂的存在下进行水解，从而制得目标3，3，3-三氟丙醛。
在第二工艺步骤中，能使用各种苄基乙烯基醚化合物[1]。特别优选使用1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯，它对应于其中R是未取代的苯基的情况。
就成本效益而言，特别优选使用由第一工艺步骤制备的苄基乙烯基醚。然而，该苄基乙烯基醚未必由第一工艺步骤制备，并且能由任何其它方法制备以用作第二工艺步骤的起始原料。
催化剂是选自阿仑尼乌斯酸和路易斯酸的至少一种。此处，阿仑尼乌斯酸是具有离解一个或多个质子的性质并且通常在溶解于水中至浓度0.1mol·dm-3时显示出6或更低的pH的化学物类。阿仑尼乌斯酸的优选实例为归类为强酸或中等酸的那些，包括氢氯酸、硫酸、三氟甲磺酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、甲磺酸、苯磺酸、三氟乙酸、磷酸、硅酸、硼酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、新戊酸、草酸、丁二酸、己二酸和巴豆酸。其中，特别优选氢氯酸和硫酸，二者均能以低成本获得并显示出高催化活性。使用强氧化性酸例如硝酸、高氯酸、氯酸、高锰酸和铬酸是不可取的，因为这些强氧化性酸作为用于3，3，3-三氟丙醛的制备的水解催化剂发挥作用，但能导致目标反应产物的氧化以形成3，3，3-三氟丙酸的事实。
路易斯酸是具有在其空轨道中能接受电子对的原子的化学物类。过渡金属氧化物和过渡金属络合物可用作路易斯酸。路易斯酸的具体实例是Ag+、I+、SO3、SO2、BF3、BCl3、氯化铝(AlCl3)、AlBr3、氯化铁(III)(FeCl3)、FeBr3、Fe2O3、FeO、茂金属(二茂铁、二茂钴、二茂镍等)、Cu2O、CuO、氯化铜(II)(CuCl2)、SbCl5、氯化锡(IV)(SnCl4)、氯化钛(TiCl4)、PdCl2和Pd(OCOCH3)2。其中，特别优选氯化铁(III)(FeCl3)，它可以低成本获得并显示出高催化活性。上述酸催化剂可单独或以其组合使用。特别优选使用氯化铁(III)和氢氯酸的混合催化剂。在使用氯化铁(III)和氢氯酸的混合催化剂的情况下，有可能反应可能在非常温和的条件(相对低的温度条件)下进行。
所用催化剂的量相对于式[1]的乙烯基醚，通常为0.0001到0.8当量，优选0.005到0.5当量，更优选0.01到0.3当量。此处，术语“当量”定义为催化剂摩尔数除以催化剂化合价。催化剂化合价是指阿仑尼乌斯酸中酸阴离子的化合价(例如氢氯酸为1价和硫酸为2价)或路易斯酸中具有空轨道的原子的化合价(例如FeCl3为3价，FeO为2价和Cu2O为1价)。在组合使用多种催化剂的情况下，这些多种催化剂的总当量落入上述规定的范围。在组合使用过渡金属催化剂和阿仑尼乌斯酸催化剂的情况下，对于过渡金属催化剂和阿仑尼乌斯酸催化剂之间的比例没有特别限制。然而，通常过渡金属催化剂以与阿仑尼乌斯酸催化剂相比少的量使用。使用这样的组合催化剂的一个优选实例为相对于1当量的阿仑尼乌斯酸催化剂，过渡金属催化剂为0.01到0.5当量。
用于第二工艺步骤(水解)的水的量为每1摩尔苄基乙烯基醚，通常1到20摩尔，优选1到20摩尔，更优选1到5摩尔。就生产率而言，若水量超过20摩尔，在经济上是不利的。若水量少于1摩尔，存在目标反应减速并且二苄基醚可能作为副产物形成而导致苄醇的回收率下降的问题。
第二工艺步骤的反应温度(反应器内液相的温度)取决于所用催化剂的种类，并且通常为50到150℃，优选70到130℃。在使用浓硫酸作为催化剂的情况下，第二工艺步骤的反应温度特别优选在100到120℃的范围内。在使用氯化铁(III)和30％盐酸的混合催化剂的情况下，第二工艺步骤的反应温度特别优选在70到100℃的范围内。反应温度可在整个反应过程保持恒定，或者可以在反应开始阶段控制到相对低的程度并在反应过程中逐渐提高。
第二工艺步骤的反应能够在大气压下、加压下或减压下进行。因为反应最简便，优选在大气压下进行第二工艺步骤的反应。
得到的3，3，3-三氟丙醛在水的共存下相对稳定，但在过渡金属化合物的存在下与空气接触时可能被空气中的氧氧化而形成3，3，3-三氟丙酸。在第二工艺步骤中使用过渡金属催化剂(例如FeCl3、FeBr3、Fe2O3或Cu2O)的情况下，因而优选在惰性气体(例如氮、氦)气氛中进行水解反应以防止3，3，3-三氟丙醛被氧氧化。另一方面，在第二工艺步骤中使用阿仑尼乌斯酸例如氢氯酸或硫酸作为催化剂的情况下，该水解反应可以适当地在惰性气体气氛中或在空气中进行。
对于第二工艺步骤的反应形式没有特别限制。为了便于反应控制，优选将作为起始原料的式[1]的苄基乙烯基醚、催化剂和水逐次或连续地混合。
特别优选在足以蒸馏目标3，3，3-三氟丙醛的温度下(至少在高于或等于目标产物化合物的沸点的温度下)进行第二工艺步骤的反应，从而在反应过程的同时连续地或逐次地蒸馏得到的3，3，3-三氟丙醛。通过该技术，目标3，3，3-三氟丙醛不仅能在反应过程中平稳地回收，而且可以从反应体系中不断地被去除，以使将形成3，3，3-三氟丙醛的平衡转移到目标产物侧，并且由此将3，3，3-三氟丙醛的收率提高到更高的水平。此时，目标3，3，3-三氟丙醛具有充分低于式[1]的苄基乙烯基醚和式[2]的苄醇的沸点，因此不会与这些化合物[1]和[2]形成共沸混合物。
更特别优选在空气中、在高于或等于3，3，3-三氟丙醛的沸点的温度下进行第二工艺步骤的反应，并且由此连续地或逐次地作为镏分获得生成的3，3，3-三氟丙醛(将在实施例1到3中讨论)。
反应体系中(槽底)副产物苄醇的量随第二工艺步骤的水解进行而增加。然而，缩醛由如前面已经提及的副产物苄醇和未反应的苄基乙烯基醚间的反应形成是不可能的。因此，该水解技术不会导致3，3，3-三氟丙醛收率的下降。
作为备选的水解技术，例如在回流条件下进行第二工艺步骤的反应并且在该反应完成后通过蒸馏来回收3，3，3-三氟丙醛是合理可行的(将在实施例4中讨论)。
对于第二工艺步骤的反应时间没有特别限制。优选用例如色谱法来监控反应的状态并通过证实反应接近结束来终止该反应。
下面将给出对第三工艺步骤的说明。第三工艺步骤是在获得第二工艺步骤中作为馏分制备的3，3，3-三氟丙醛后，随后通过进一步蒸馏来回收副产物苄醇。
在通过蒸馏回收3，3，3-三氟丙醛后，苄醇可以通过加热蒸馏残余物到高于或等于苄醇在常压下馏出的点(即苄醇的沸点：203到205℃)的温度或者在减压下加热蒸馏残余物到相应的点而回收。如上所述，苄醇不可能在水解反应体系中(即在水存在下)形成缩醛。因此，如将在实施例1和2中说明的那样，苄醇能以非常高的收率回收。
下面将参考以下实施例对本发明更详细地描述。然而应当注意，以下实施例仅是例示性的而且并不旨在限制本发明。在下面的说明中，产物组成的所有百分比(％)为基于由反应产物的直接气相色谱分析测定的面积。实施例1
(第一工艺步骤)将100ml不锈钢高压釜用干冰和丙酮冷却，并装入19g(0.34mol)KOH在37.2g(0.34mol)苄醇和6.2g水中的溶液以及22.5g(0.17mol)(1Z)1-氯-3，3，3-三氟丙烯。将得到的溶液加热到22℃左右，搅拌1小时，然后进一步在70℃加热下搅拌12小时。用气相色谱法分析反应溶液，并发现含有49.5％苄醇、0.5％(1Z)1-氯-3，3，3-三氟丙烯作为原料、45％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和5.0％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯。
从反应溶液中过滤盐沉积物后，对反应溶液进行急骤蒸馏(粗蒸馏)以获得54g的90-100℃/2.7kPa的馏分的混合物。用气相色谱法分析该混合物，并发现含有49.7％苄醇、45.3％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和5.0％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯。
(第二工艺步骤)将由此获得的混合物(54g)装入100ml的带有磁搅拌器、温度计、蒸馏柱、冷凝管和接收烧瓶的三颈玻璃烧瓶中，随后向其加入1.3g(0.07mol)水和2.7g(0.026mol)35％氢氯酸。通过在100到120℃的温度下加热下搅拌而使得到的溶液反应。由此，目标3，3，3-三氟丙醛作为沸点55到57℃的馏分获得(产量：13.8g，第二工艺步骤的收率：91.7％，第一和第二工艺步骤的总收率：71.7％，纯度：99％)。
(第三工艺步骤)3，3，3-三氟丙醛的蒸馏完成后，进一步继续蒸馏以回收苄醇(回收量：26g，回收率：70％)。
[性能数据](1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯：1H-NMR谱(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：4.67(1H，m)，4.98(2H，s)，6.38(1H，d，J＝6.8Hz)，7.35(5H，m)19F-NMR谱(400MHz，CDCl3，CFCl3)δ(ppm)：-57.92(3F，d，J＝6.3Hz)(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯：1H-NMR谱(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：4.81(2H，s)，5.06(1H，dq，J＝12.6，6.3Hz)，7.12(1H，dq，J＝12.6，2.0Hz)，7.35(5H，m)19F-NMR谱(400MHz，CDCl3，CFCl3)δ(ppm)：-59.81(3F，d，J＝6.3Hz)3，3，3-三氟丙醛：1H-NMR谱(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：3.62(3H，s)，4.926(1H，dq，J＝13.2，6.4Hz)，7.08(1H，dq，J＝13.2，2.0Hz)19F-NMR谱(400MHz，CDCl3，CFCl3)δ(ppm)：-59.59(3F，d，J＝6.4Hz)实施例2
(第一工艺步骤)将100ml不锈钢高压釜用干冰和丙酮冷却，并装入19g(0.34mol)KOH在37.2g(0.34mol)苄醇和6.2g水中的溶液以及22.5g(0.17mol)(1Z)1-氯-3，3，3-三氟丙烯和0.56g的18-冠-6醚。将得到的溶液加热到22℃左右，搅拌1小时，然后进一步在70℃加热下搅拌12小时。用气相色谱法分析反应溶液，并发现含有50％苄醇、44.8％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和5.2％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯。
从反应溶液中过滤盐沉积物后，对反应溶液进行急骤蒸馏(粗蒸馏)以获得53.5g的90-100℃/2.7kPa的馏分的混合物。用气相色谱法分析该混合物，并发现含有49.9％苄醇、44.9％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和5.2％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯。
(第二工艺步骤)将由此获得的混合物(53.5g)装入100ml的带有磁搅拌器、温度计、蒸馏柱、冷凝管和接收烧瓶的三颈玻璃烧瓶中，随后向其加入6.2g(0.34mol)水和1.4g(0.0086mol)FeCl3。通过在100到120℃的温度下加热下搅拌而使所得溶液反应。由此，目标3，3，3-三氟丙醛作为沸点55到57℃的馏分获得(产量：12g，第二工艺步骤的收率：80.8％，第一和第二工艺步骤的总收率：62.4％，纯度：99％)。
(第三工艺步骤)完成3，3，3-三氟丙醛的蒸馏后，进一步继续蒸馏以回收苄醇(回收量：31g，回收率：83％)。实施例3
(第一工艺步骤)将1000ml不锈钢高压釜用干冰和丙酮冷却，并装入323g(5.77mol)KOH在415g(3.84mol)苄醇和138g水中的溶液、500g(3.83mol)(1E)1-氯-3，3，3-三氟丙烯和12.5g四丁基溴化铵。将得到的溶液加热到22℃左右，搅拌1小时，然后进一步在80℃加热下搅拌24小时。用气相色谱法分析反应溶液，并发现含有3.2％苄醇、4.2％(1E)1-氯-3，3，3-三氟丙烯作为原料、86.3％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯、4.4％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和1.3％的1，1，1-三氟-3，3-二苄氧基丙烷。
从反应溶液中过滤盐沉积物后，对反应溶液进行急骤蒸馏(粗蒸馏)以获得643g的81-85℃/2kPa的馏分的混合物。用气相色谱法分析该混合物，并发现含有2.5％苄醇、92.4％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯、4.6％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和0.1％的1，1，1-三氟-3，3-二苄氧基丙烷。
(第二工艺步骤)将由此获得的混合物(643g)装入1000ml的带有磁搅拌器、温度计、蒸馏柱、冷凝管和接收烧瓶的三颈玻璃烧瓶中，随后向其加入69g(3.83mol)水和15.5g(0.155mol)98％硫酸。通过在100到120℃的温度下加热下搅拌而使所得溶液反应。由此，目标3，3，3-三氟丙醛作为沸点55到57℃的馏分获得(产量：300g，第二工艺步骤的收率：86.8％，第一和第二工艺步骤的总收率：70％，纯度：99％)。
如上所述，当通过在实施例1到3中逐次部分蒸馏3，3，3-三氟丙醛而进行第二工艺步骤(水解)时，第二工艺步骤的目标产物的分离收率达到80.8～91.7％。当在实施例1和2中在第二工艺步骤的反应后回收苄醇时，苄醇回收收率超过80％。实施例4
以与实施例3中相同的方式制备混合物(组成：2.5％苄醇、92.7％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯、4.7％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和0.1％的1，1，1-三氟-3，3-二苄氧基丙烷)。然后，将34g制备的混合物装入100ml的带有磁搅拌器、温度计和回流冷凝器的三颈玻璃烧瓶中，随后向其加入1.5g(0.08mol)水和0.67g(0.007mol)98％硫酸，并在100℃下加热下搅拌该混合物2小时。将得到的反应溶液用气相色谱法分析，并发现含有66.2％目标3，3，3-三氟丙醛，1％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯，0.4％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯和1.4％的1，1，1-三氟-3，3-二苄氧基丙烷。在用蒸馏柱和接收烧瓶取代回流冷凝器后，对反应溶液进行蒸馏以获得作为沸点55到57℃的馏分的目标3，3，3-三氟丙醛(产量：10g，收率：53.9％，纯度：99％)。
在实施例4中，第二工艺步骤(水解)在回流条件下进行，并且完成反应后，通过蒸馏分离目标3，3，3-三氟丙醛。实施例4中第二工艺步骤的目标产物收率略低于实施例1到3，但达到约54％。即使通过该程序也作为主要产物制备了3，3，3-三氟丙醛。实施例5
以与实施例3中相同的方式进行第一工艺步骤，由此制备反应混合物(气相色谱法组成：0.4％苄醇，89.5％(1E)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯，5.0％(1Z)1-苄氧基-3，3，3-三氟丙烯，1.8％的1，1，1-三氟-3，3-二苄氧基丙烷和3.3％其他化合物)。然后，将700g(3.47mol)制备的混合物装入1000ml的带有磁搅拌器、温度计、蒸馏柱、冷凝管和接收烧瓶的三颈玻璃烧瓶中，随后将混合物冷却到5℃。
在用氮气置换反应室内后，将72.3g(0.694mol，0.2当量)35％含水氢氯酸和5.7g(0.0347mol，0.01当量)氯化铁(III)的溶液小心地加入混合物中以防止产生热。将得到的混合溶液搅拌15分钟并通过在氮气气氛中在70到100℃下加热下搅拌而使其反应。由此，获得作为沸点55到57℃的馏分的399g目标3，3，3-三氟丙醛(纯度：98％)。第二工艺步骤的目标产物的收率为90.4％。
Claims (9)
1、制备3，3，3-三氟丙醛的方法，包括：
在选自阿仑尼乌斯酸和路易斯酸的催化剂存在下水解式[1]的苄基乙烯基醚，
[化10]
其中R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基。
2、根据权利要求1的制备3，3，3-三氟丙醛的方法，其中R表示苯基。
3、根据权利要求1或2的制备3，3，3-三氟丙醛的方法，其中催化剂选自硫酸、氢氯酸、氯化铁(III)、氯化铜(II)、氯化铝、氯化锡(IV)和氯化钛。
4、根据权利要求1～3中任一项的制备3，3，3-三氟丙醛的方法，其中催化剂相对于式[1]的苄基乙烯基醚具有0.005～0.5当量。
5、根据权利要求1～4中任一项的制备3，3，3-三氟丙醛的方法，其中所述水解在足以蒸馏3，3，3-三氟丙醛的温度下进行，使得在所述水解过程的同时连续地或逐次地蒸馏3，3，3-三氟丙醛。
6、根据权利要求1～5中任一项的制备3，3，3-三氟丙醛的方法，其中式[1]的苄基乙烯基醚通过使式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯与式[3]的苄醇在碱性材料的存在下反应而制备，
[化11]
其中X表示选自氟、氯、溴和碘的卤素；和
[化12]
RCH2OH [3]
其中R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤素原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基。
7、根据权利要求1～6中任一项的制备3，3，3-三氟丙醛的方法，其中式[3]的苄醇通过在将3，3，3-三氟丙醛从由所述水解产生的反应混合物中蒸馏出后蒸馏残余物而回收。
8、制备3，3，3-三氟丙醛的方法，包括：
通过使式[2]的1-卤代-3，3，3-三氟丙烯与式[3]的苄醇在碱性材料的存在下反应而制备式[1]的苄基乙烯基醚的第一步骤，
[化13]
其中X表示选自氟、氯、溴和碘的卤素，
[化14]
RCH2OH [3]
其中R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤素原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基，
[化15]
其中R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤素原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基；
通过在催化剂的存在下水解式[1]的苄基乙烯基醚而得到3，3，3-三氟丙醛的反应混合物的第二步骤，其中催化剂选自阿仑尼乌斯酸和路易斯酸并且相对于苄基乙烯基醚具有0.005～0.5当量；和
通过从反应混合物中蒸馏出3，3，3-三氟丙醛后蒸馏残余物而回收式[3]的苄醇的第三步骤。
9、式[1]所示的苄基乙烯基醚
[化16]
其中R表示苯基或具有选自烷基、烷氧基、卤素原子、硝基和氨基的取代基R1的苯基。
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