CN1057752C - 氟氯醚的温和催化脱氯法 - Google Patents

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本发明是一种分子式为A(CF2)k(CBD)nOCEG(CF2)mJ的氟氯醚在含有0-10%体积水的有机溶剂中和过渡金属零价络合物M(PR3)4或M[(CH3)2P(CH2)qP(CH3)2]Cl2、锌存在下温和脱氯的方法，其中A＝F、Cl、H、
Figure 98110841.5_AB_0
、
Figure 98110841.5_AB_1
，B、D、E或G＝F、Cl或H，J＝F、Cl或H，k＝0或1，n＝0或1，m＝0-10，当k和n＝0时，A＝
Figure 98110841.5_AB_0
或
Figure 98110841.5_AB_1
，M＝Ni或Pd，R＝C6H5、C6H5CH2或C1-8的烷基，q＝1-4。摩尔比依次为1∶0.01-0.15∶1-2。在室温至80℃时反应0.5-10小时。一价金属卤化物有促进作用。本方法简便，适于工业化生产。

Description

氟氯醚的温和催化脱氯法
本发明涉及一种氟氯醚的温和催化脱氯法，即在零价Ni或Pd催化下，将氟氯醚温和脱去氯。该法尤其适用于1，1-二氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲醚的选择氯化，使之生成异氟醚，可用于纯化异氟醚和将它在生产过程中副产物再还原成异氟醚。
异氟醚又名1-氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲基醚，是高效吸入麻醉药，合成异氟醚的过程中会产生副产物，由于反应条件不同，常产生20-30％的二氯化合物1，1-二氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲醚，这不仅增高成本，还给纯化带来不便，无疑将二氯化合物高产率选择性地转化为异氟醚，对生产异氟醚至关重要。用于氟氯烷烃的脱氯试剂大多为金属化合物，如LiAlH4(Acta chimica，Sinica，906，1984)，Zn/NiCl2(Chinese，J.Chemistry，181，1991)等，近年还报导用Zn/NH2·NH2·H2O和(NH4)2S2O8/HCOONH4等还原剂(J.Fruorine，Chem.，105，1991，159，1995)均有缺点。氯氟醚与氟氯烃不同，分子中含有C-O-C键易于断裂，又对于1，1-二氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲醚而言，必须选择性地脱一个氯，保留分子中的另一个氯，条件需要温和，否则形成CF3CH2OCF2H，曾报导用Pd/H2催化氟氯醚脱氯(U.S.P，4,419,018，1979)。R.C.Terrell等用铜和三乙醇胺还原氟氯醚(U.S.P，4,334,103，1982)，但是反应温度皆高，反应时间长，还采用UV照射，在异丙醇中对1，1-二氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲醚进行还原生成异氟醚(J.Fluorine Chem.，80，101-104，1996，Czech.CS 237，733，1983)，但要求特殊设备和长时间(～20小时)的连续照射。所以，氟氯醚的温和脱氯法仍是人们研究的课题。
本发明的目的是提供一种氟氯醚的温和催化脱氯法，即氟氯醚在镍族零价络合物催化下，用锌还原而成为相应的脱氯氢化的氟醚，可用下式表示： 在这反应中所述的氟氯醚具有A(CF2)k(CBD)nOCEG(CF2)mJ分子式，其中A＝F、Cl、H、
Figure C9811084100032
或
Figure C9811084100033
、B、D、E或G＝F、Cl或H、J＝F、Cl、H，k＝0或1，n＝0或1，m＝0-10，当k和n＝0时，
Figure C9811084100034
或 该分子中至少含有一个Cl，即Cl≥1。氯原子可以在分子的末端碳原子上，也可以在粼近O的碳原子上。如2-氢-1，1，2，2-四氟乙基一氯二氟甲基醚，1，1，2，2，2-五氟乙基一氯二氟甲基醚，1-氯-2，2，2-三氟乙基一氯二氟甲基醚，1，1，2，2，2-五氟乙基-ω-一氯十氟戊基醚，1，1，2，2，2-五氟乙基-ω-一氯十六氟辛基醚，1-氯-1-氢-2，2，2-三氟乙基三氟甲基醚，1，1，2，2，2-五氟乙基-ω-三氯十四氟庚基醚。所述的零价金属络合物是M(PR3)4或M[(CH3)2P(CH2)qP(CH3)2]Cl2分子式，其中R＝C6H5、C6H5CH2或C1-8的烷基，q＝1-4，M＝Ni或Pd。所述的氟氯醚、过渡金属零价络合物和锌的摩尔比为1∶0.005-0.2∶0.8-5。由于反应过程中M(PR3)2Cl2或M[(CH3)2P(CH2)qP(CH3)2]Cl2、2PR3和Zn还可再生成过渡金属零价络合物，所以，推荐上述摩尔比为1∶0.01-0.15∶1-2。在有机溶剂中，上述反应的温度为室温至80℃，反应时间0.5-10小时，推荐反应温度40-70℃，反应时间2-5小时。
本发明方法所述过渡金属零价络合物可由二价氯化物MeCl2，三价膦化物PR3或三价双膦化合物(CH3)2P(CH2)qP(CH3)2及Zn形成。其中M、q同前所述。Ni(O)或Pd(O)络合物介入反应后Ni(O)或Pd(O)转变为Ni(II)或Pd(II)络合物，Ni(II)或Pd(II)络合物又与反应体系中的Zn作用，重生为Ni(O)或Pd(O)络合物，这样介入反应又重生，不断循环往复，因此只需催化量的过渡金属二价络物及化学计算量的Zn。过渡金属零价络合物的消耗和重生可描述如下：反应中氟氯醚、二价过渡金属氯化物，三价膦化物或双膦化物和Zn的摩尔比为1∶0.01-0.1∶0.005-0.2∶0.8-5。推荐摩尔比为1∶0.02-0.05∶0.01-0.15∶1-2。
在本发明的方法中，加入一价金属的溴化物或碘化物将有助增加反应速度，缩短反应时间。反应体系中加入一价金属的溴化物或碘化物的量为氟氯醚的0-0.5％，推荐重量比为0.05-0.2％。
在上述的反应中，加入少量水将有助于反应的进行，可以采取水和有机溶剂的混合溶剂，即含有0-10％体积比水的有机溶剂，推荐含有0.1-5％体积比水的有机溶剂。
本发明中所用的溶剂为普通的极性溶剂，如乙腈、乙醚、卤代烷、N，N二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯等。
用Ni(O)络合物催化脱氯的反应可能经历以下过程，
Figure C9811084100042
本发明的方法是将过渡金属络合物用于氟氯醚的脱氯反应，采用常用的还原试剂Zn，在本发明的方法中，可以将Ni(O)或Pd(O)当场形成，立即参与，变为二价金属Ni(II)或Pd(II)，又在Zn的作用下重生为Ni(O)或Pd(O)，可往复使用，免去了催化剂的无水无氧严格环境下的预先制备和贮存。本发明的方法中，还原反应必须经攫H而实现，选取含水的溶剂使操作更为方便，又提高产率。本发明中应用的原料均为商品，不经纯化，同时，可应用一锅反应而完成。(见实例)。所以，本发明的方法简易，适于工业化生产而且尤其对于除去异氟醚中的杂质，或是将异氟醚生产中的副产物转化为异氟醚而言，都具有经济意义。
                          实施例1
在三颈瓶内放入100mmol Zn粉。通入N2气搅拌，加入Ni(PPh3)2Cl2或Ni[(CH3)2P(CH2)3P(CH3)2]Cl2 2mmol和二甲基甲酰胺或氯仿30ml，滴加1，1-二氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲醚100mmol在室温至60℃搅拌2小时，气相色谱(GC〕跟踪表明原料全部转化，蒸馏、水洗，无水Na2SO4干燥后，再次蒸馏，收集b.p.48-48.5℃1-氯-2，2，2-三氟乙基二氟甲醚，纯度97.5％，产率72％。
                           实施例2
同上操作，用6mmol PPh3和2mmol NiCl2或PdCl2代替上述零价过渡金属络合物，并加入NaBr 0.13g、和1ml水，获产物17.5g，纯度≥98％，产率95％。
产物分析结果：
19F NMR，ppm：4.8(s，3F)，12.05(d，2F)
1H NMR，ppm：6.34(q，1H)，6.68(t，1H)
MS(m/z)：51(CF2H+，100％)，69(CF3 + 23.5％)，67(OCF2H+，12.80％)，117，119(CF3CHCl+，17％，5％)，149(M+-Cl，15.43％)
当上述反应没加入水时，产率仅60％；而无NaBr时，反应时间需16小时。
                                 实施例3
如实施例2操作变更反应条件，结果如表1所示：
                     摩尔 溶剂  水 反应温度 反应时间 分离产率a
CF3CCl2OCF2H11111 Zn111.21.52.5 NiCl20.020.050.020.050.02 PPh30.070.150.070.150.6 NaBr0.010.010.010.02 20mlCH3CNDMFDMFDMFDMF  ml2111-3  ℃6040-5040-5040-5040-50 小时103333 ％30939275b20c
a.产物CF3CHClOCF2Hb.伴随产生10-20％的CF3CHOCF2Hc.78-80％的产物是CF3CH2OCF2H
结果表明增加催化剂和还原剂的量，可以把氟氯醚中第二个或第二个以上的氯进一步还原。
                         实施例4
用无水无氧条件下制备Pd(PPh3)4代替Ni(PPh3)4进行反应。在N2气流下，Pd(PPh3)4 7.88mmol、KI 2mmol和Zn 100mmol进行搅拌，滴加CF3CCl2OCF2H 100mmol，逐渐升温至70℃，反应3小时后，仅有40％原料消耗，继续反应10小时，后处理获8g产物，纯度98％，产率45％。
                                实施例5
反应可在高压釜或玻璃封管中进行。在50～60ml内径为3cm的封管中，放Zn粉32mmol，NiCl2 0.53-1.77mmol，PPh3 2-5mmol和NaI 0.5mmol，加30ml DMF和1.5ml水，再将该封管装于N2气流通过的管道系统中进行搅拌0.5小时，于0℃下将25mmol HCF2CF2OCF2Cl加入封管，冷却于-78℃将封管封端。然后封管置于40-55℃油浴中搅拌5-10小时，在干冰浴中开封后慢慢蒸馏得HCF2CF2OCF2H  b.p.29℃，3.5g，产率92％。分析数据如下：(HCF2CF2OCF2H)
19F NMR，ppm：+8(OCF2H，d，2F)，+12(OCF2，s，2F)，+60.5(HCF2，d，2F)
1H NMR，ppm：5.7(OCF2H，t，1H)，6.6(HCF2，t，1H)
MS(m/z)：167(M+-1，3.4％)，149(M+-F，47.2％)，117(HCF2CF2O，8％)，101(HCF2CF2 +，24％)，51(CF2H，100％)。
                         实施例6
在100ml高压釜内装Zn粉2.1g(32mmol)，NiCl2 0.23(1.77mmol)，PPh3(1.3g，5mmol)和NaI 0.07g(0.5mmol)，30ml DMF-1.5ml H2O，冷于干冰浴中，加入4.65g CF3CH2OCF2Cl(25mmol)。然后加热搅拌在45-55℃10小时，高压釜的气相出口接上冷阱(-78℃)放出。收集在冷阱中的液体经仔细蒸馏，得3.4g CF3CH2OCF2H，b.p.29℃，产率90％。
                          实施例7
反应装置如图1。三口瓶内装Zn粉(1.05g，16mmol)，NiCl2(0.12g，0.88mmol)，PPh3(0.65g，2.5mmol)和NaI(0.03g 0.25mmol)，加20ml DMF和0.8ml水，于室温下搅拌0.5小时。将Cl(CF2)6OCF2CF3 6.67g(12.5mmol)加入反应瓶于48-55℃加热10小时。然后于20mm，70-80℃下，蒸出粗产物HCF2(CF2)5OCF2CF3。得粗产物经水洗涤，干燥，b.p.90-92℃。分析数据如下：
1H NMR，ppm：6.0(HCF2，t，1H)
19F NMR，ppm：10.4(CF3，s，3F)，5.8(CF2O，s，2F)，11.2(OCF2，s，2F)，410，42.8，43.6，44.3，(CF2，s，10F)，64(HCF2，d，2F)。
元素分析：C8F16HO，计算值：C＝22.02％，F＝34.86％，实测值：C＝21.88％，F＝34.72％。
                           实施例8
操作如实施例6，变更氟氯醚分别为CF3CF2O(CF2)8Cl、
Figure C9811084100061
，分离产率分别为78％和91％。
分析数据如下：
CF3CF2O(CF2)8H，b.p.123-125℃，
19F NMR，ppm：7.3(CF3，s，3F)，12，13(OCF2，s，4F)，45，46，49(CF2，s，12F)，60.2(CF2H，d，2F)。
MS(m/z)：535(M+-1，12％)，517(M+-F，13％)，401(M+-OCF2CF3，22％)，135(CF3CF2O，41％)，119(CF3CF2 +，100％)。b.p.119-121℃。
19F NMR，ppm：12(HCF2O，d，2F)，60.9(芳2F，d，)，73.2(芳1F，t)，80.5(芳2F，d)，
MS(m/z)：234(M+，1.5％)，233(M+-H，8.6％)，215(M+-F，5.6％)，183(C6F5O+，28％)，67(HCF2O+，24％)，51(CF2H，100％)。

Claims (5)

1、一种氟氯醚的温和催化脱氯法，其特征是在含有0-10％体积水的有机溶剂中，氟氯醚、过渡金属零价络合物、锌和一价金属的溴化物或碘化物在室温至80℃反应0.5-10小时，氟氯醚、过渡金属零价络合物和锌的摩尔比为1∶0.005-0.2∶0.8-5，一价金属的溴化物或碘化物用量为氟氯醚重量的0-0.5％，所述的氟氯醚具有A(CF2)k(CBD)nOCEG(CF2)mJ分子式，过渡金属零价络合物具有M(PR3)4或M[(CH3)2P(CH2)qP(CH3)2]Cl2分子式，其中A＝F、Cl、H、 ，B、D、E或G＝F、Cl或H，J＝F、Cl或H，k＝0或1，n＝0或1，m＝0-10，当k和n＝0时，
Figure C9811084100022
或
Figure C9811084100023
，M＝Ni或Pd，R＝C6H5、C6H5CH2或C1-8的烷基，q＝1-4。
2、如权利要求1所述的一种氟氯醚的温和催化脱氯法，其特征是所述的一价金属的溴化物或碘化物用量为氟氯醚重量的0.05-0.2％。
3、如权利1要求所述的一种氟氯醚的温和催化脱氯法，其特征是采用含有0.1～5％体积水的有机极性溶剂。
4、如权利要求1所述的一种氟氯醚的温和催化脱氯法，其特征是所述的过渡金属零价络合物是由过渡金属二价氯化物和三价膦化物或双膦化合物在反应中生成的，二价过渡金属氯化物是NiCl2或PdCl2，三价膦化物或双膦化合物是PR3或(CH3)2P(CH2)qP(CH3)2，R＝C6H5、C6H5CH2或C1-8的烷基，q＝1-4，反应中氟氯醚与二价过渡金属氯化物，三价膦化物或双膦化物及锌的摩尔比为1∶0.01-0.1∶0.005-0.2∶0.8-5。
5、如权利要求1所述的一种氟氯醚的温和催化脱氯法，其特征是所述的氟氯醚与二价过渡金属氯化物、三价膦化物或双膦化合物的摩尔比为1∶0.02-0.05∶0.01-0.15。
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US4419018A (en) * 1980-01-31 1983-12-06 Ebauches Electroniques, S.A. Electronic watch with control means for selecting and correcting time data

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