CN102875270A - 一种三氟甲基代胺的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三氟甲基代胺的合成方法，将氨基酸、无水氢氟酸和四氟化硫，按摩尔比1：3~20：1.8~3.2混合进行反应，反应温度为50～150℃，反应时间为2~10小时，反应结束后冷却、中和、萃取、精馏得到三氟甲基代胺产品。本发明工艺流程短，产品易分离，收率高，产品质量稳定，最高收率达88%，产品含量在97.5%以上。

Description

一种三氟甲基代胺的合成方法
技术领域
本发明涉及氟精细化工技术领域，尤其涉及含三氟甲基化合物的制备。
背景技术
三氟甲基代胺类化合物是有机合成的重要中间体，主要用于有机合成、医药及农药中间体，也可用于液晶合成的中间体等方面。
制备三氟甲基代胺的方法主要有以下几种：
1）氟碳腈经过铂催化加氢便产生了1,1一二氢烷基胺。例如用这个方法将CF3CN还原生成CF3CH2NH2，收率为80％。不足之处是原料氟碳腈比较昂贵，不适合大规模工业化生产。
2）含三氟甲基化合物中除氟以外的卤素与氨进行氨解作用，生成三氟甲基代胺。不足之处是此方法得到的产品以盐酸盐的形态存在，需要在碱性条件下提纯，后处理较复杂。
3）六氟丙酮与手性苄胺反应，生成物N-(1,1,1-三氟异亚丙基)苄胺，再与伯胺反应得到三氟异丙胺（US6166259），总收率35%，该方法步骤繁琐，收率低，且原料六氟丙酮比较昂贵，不适合大规模工业化生产。
4）气相条件下，采用铂、铑或钯等为催化剂氢化还原三氟丙酮肟，后用浓盐酸酸化即可制备S-TFIPM·HC1。三氟丙酮肟与氢气的摩尔比为1:3，催化剂选择负载于1/8氧化铝锭片的0.5%铑，171℃条件下反应4h，收率84%（US6265616B1）。该方法反应简单，收率较高，但原料三氟丙酮肟不易得。
5）三氟代烯烃硝酸硝化，再氢气还原（催化剂选择Ra-Ni）得到三氟甲基代胺，总收率79%（DE3218201A1）。该方法收率高，反应简单，但所用原料不易得。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺陷，提供了一种原料易得，工艺流程短，反应条件温和，操作简单，收率高的三氟甲基代胺的合成方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种三氟甲基代胺的合成方法，将氨基酸、无水氢氟酸和四氟化硫，按摩尔比1：3~20：1.8~3.2混合进行反应，反应温度为50～150℃，反应时间为2~10小时，反应结束后冷却、中和、萃取、精馏得到三氟甲基代胺产品。
进一步的：
所述的氨基酸为不含羟基的一氨基一羧基氨基酸。
所述的氨基酸选自D-丙氨酸、L-丙氨酸、γ-氨基丁酸、甘氨酸、色氨酸中的一种。
所述氨基酸、无水氢氟酸和四氟化硫的摩尔比为1：10~15：2.0~2.5。
所述反应温度为75～105℃。
所述反应时间为3.5～6小时。
本发明采用氨基酸与SF4在溶剂中反应，氟化氨基酸的羧基，得到三氟甲基代胺。其中氨基酸为不含羟基（-OH）的一氨基一羧基氨基酸；溶剂为无水氢氟酸；氨基酸、无水氢氟酸和四氟化硫的摩尔比为1：3~20：1.8~3.2；反应温度为50～150℃，反应时间为2~10小时，反应压力为自生压力，反应结束后冷却、中和、萃取、精馏得到三氟甲基代胺产品
由于四氟化硫可以有选择的氟化有机化合物中的某些官能团，是其它氟化剂不可代替的。根据SF4氟化特性，羧基能被SF4氟化成三氟甲基，反应式如下:
R-COOH+SF4→R-COF+SOF2+HF
R-COF+SF4→R-CF3+SOF2
其中R为不含羟基（-OH）的氨基。随着R的碳链的增长，氟化温度及时间要求越高。反应产物经碱中和、萃取、精馏得到三氟甲基代胺。
由于SF4及副产物SOF2都是沸点较低的腐蚀性气体，在无溶剂条件下70℃时其蒸气压可达3Mpa以上，整个反应是在高压下进行的，这对反应设备的要求较高。因此有必要使用溶剂来降低反应压力，提高反应安全系数。本发明人通过对各种溶剂的考察，发现无水氟化氢能有效降低反应压力，缩短反应时间。同时氟化氢与氨基酸络合对胺基起到保护作用，防止被SF4破坏。三氟甲基代胺的收率随着无水氟化氢用量的增加而提高，但无水氟化氢用量太大，增加后处理工序的负荷。因此，本发明中氨基酸与溶剂无水氟化氢的摩尔比为1:3～1:20，优选1:10～1:15。
增加SF4的投料量，能有效提高反应产物的收率，但当氨基酸与SF4的摩尔比小于1:3.2时，产物收率不再增加，造成SF4的浪费。因此，本发明中氨基酸与SF4的摩尔比为1:1.8～1:3.2，优选1:2.0～1:2.5。
反应温度是影响反应速度及产物收率的重要因素。因使用了无水氟化氢溶剂，反应压力得以降低，可以提高反应温度，缩短反应时间。但反应温度过高会增加副产物的产生量，所以反应温度不宜超过150℃。因此，本发明中反应温度控制在50～150℃，优选75～105℃。
反应时间是影响产物收率的重要因素。在一定范围内，反应时间越长，产物收率越高。但过长的反应时间会大大增加副产物的生成量，反而导致收率降低。因此，本发明中反应时间控制为2～10小时，优选3.5～6小时。
本发明原料易得，工艺流程短，产品易分离，收率高，最高收率可达88%，反应产物经碱中和、萃取、精馏等常规操作后纯度在97.5%以上。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限于所述的实施例。
实施例1：
在1L不锈钢（316L材质）高压反应釜中投入1摩尔D-丙氨酸，12摩尔无水氢氟酸，搅拌15分钟，加入2.2摩尔四氟化硫，85℃反应4h。反应结束后降温至室温，副产亚硫酰氟及未反应的四氟化硫用碱液吸收，反应液通入冰水中，用氢氧化钠中和至碱性，再用二氯甲烷萃取，萃取液经蒸馏分离得到产品（S）-三氟异丙胺0.86摩尔，含量99%，以D-丙氨酸计算收率为86%。
实施例2：
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔D-丙氨酸，3摩尔无水氢氟酸，3.2摩尔四氟化硫，85℃反应3.5h。得到（S）-三氟异丙胺0.65摩尔，含量97.8%，以D-丙氨酸计算收率为65%。
实施例3:
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔D-丙氨酸，20摩尔无水氢氟酸，1.8摩尔四氟化硫，85℃反应10h。得到（S）-三氟异丙胺0.76摩尔，含量98.8%，以D-丙氨酸计算收率为76%。
实施例4:
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔L-丙氨酸，15摩尔无水氢氟酸，2.5摩尔四氟化硫，50℃反应6h。得到（R）-三氟异丙胺0.62摩尔，含量98.5%，以L-丙氨酸计算收率为62%。
实施例5:
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔L-丙氨酸，8摩尔无水氢氟酸，2.5摩尔四氟化硫，150℃反应2h。得到（R）-三氟异丙胺0.73摩尔，含量99.1%，以L-丙氨酸计算收率为73%。
实施例6:
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔L-丙氨酸，12摩尔无水氢氟酸，2.2摩尔四氟化硫，75℃反应4h。得到（R）-三氟异丙胺0.85摩尔，含量99.5%，以L-丙氨酸计算收率为85%。
实施例7:
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔γ-氨基丁酸，12摩尔无水氢氟酸，2.7摩尔四氟化硫，90℃反应6h。得到4,4,4-三氟丁胺0.79摩尔，含量98.3%，以γ氨基丁酸计算收率为79%。
实施例8:
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔γ-氨基丁酸，15摩尔无水氢氟酸，2.2摩尔四氟化硫，85℃反应8h。得到4,4,4-三氟丁胺0.75摩尔，含量99.3%，以γ氨基丁酸计算收率为75%。
实施例9：
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔甘氨酸，14摩尔无水氢氟酸，2.3摩尔四氟化硫，85℃反应3.5h。得到三氟乙胺0.88摩尔，含量99.7%，以甘氨酸计算收率为88%。
实施例10：
反应装置和操作步骤同实施例1，不同之处是投入1摩尔色氨酸，12摩尔无水氢氟酸，2.8摩尔四氟化硫，85℃反应2h。得到三氟色胺0.74摩尔，含量97.5%，以色氨酸计算收率为74%。

Claims (6)

1.一种三氟甲基代胺的合成方法，将氨基酸、无水氢氟酸和四氟化硫，按摩尔比1：3~20：1.8~3.2混合进行反应，反应温度为50～150℃，反应时间为2~10小时，反应结束后冷却、中和、萃取、精馏得到三氟甲基代胺产品。
2.根据权利要求1所述的三氟甲基代胺的合成方法，其特征在于，所述的氨基酸为不含羟基的一氨基一羧基氨基酸。
3.根据权利要求2所述的三氟甲基代胺的合成方法，其特征在于，所述的氨基酸选自D-丙氨酸、L-丙氨酸、γ-氨基丁酸、甘氨酸、色氨酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的三氟甲基代胺的合成方法，其特征在于，所述氨基酸、无水氢氟酸和四氟化硫的摩尔比为1∶10~15∶2.0~2.5。
5.根据权利要求1所述的三氟甲基代胺的合成方法，其特征在于，所述反应温度为75～105℃。
6.根据权利要求1所述的三氟甲基代胺的合成方法，其特征在于，所述反应时间为3.5～6小时。
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