CN112028749A - 一种异氟烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种异氟烷的制备方法。本发明制备异氟烷的方法包括：以氟利昂‑22为原料碱性条件下得二氟甲醇，二氟甲醇经醚化反应得异氟烷。本发明提供的反应条件简单，避免了氯气的氯化过程，制备工艺简化，有效地提高了异氟烷的收率和纯度，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种异氟烷的制备方法。
背景技术
异氟烷(F3CCHClOCHF2)化学名为2-氯-2(二氟甲氧基)-1,1,1-三氟乙烷，是一种吸入 性全身麻醉剂，为无色透明的液体，有特殊的香味。动物实验及临床研究表明，异氟烷具有对肝脏毒性小、诱导平稳、舒适、苏醒快、肌松作用好以及无明显副作用等优点，因此， 是临床常用的吸入性全身麻醉剂。
目前异氟烷的制备方法较多，但大都是先醚化后氯化的反应过程，例如，美国专利US3535425报道了一种异氟烷的制备方法，该制备方法以三氟乙醇为原料经硫酸二甲酯醚化，再经氯化、氟化、光照下氯化得异氟烷：
该反应中所用的三氟乙醇价格昂贵，硫酸二甲酯为剧毒品，两步氯化使用了氯气且产 生较多杂质，氟化氢具有较强的腐蚀性，五氯化锑价格昂贵，因此，该工艺对反应设备和 操作要求较高，且成本高，不适合工业化生产。
美国专利US4855511报道了另一种合成方法，用乙酰乙酸为起始原料经酰氯化，再经 氯化和氟化得到异氟烷：
该合成路线虽然以廉价的乙酰乙酸代替三氟乙醇为起始原料，但仍没有克服氯化和氟 化反应过程中杂质多，对设备腐蚀性强的问题，并且所用氟化试剂四氟化硫价格昂贵。
美国专利US3761524报道了一种避免氟化的合成方法，反应以三氟乙醇和氟利昂-22为 原料，在碱性条件下醚化后氯化得异氟烷：
与专利US4855511制备方法相比，该方法所用试剂毒性小，路线较短，避免了氟化过 程，成本较低。但是，在第一步由三氟乙醇和氟利昂-22反应成醚化物阶段，需要150℃的高温，这不仅增加了能耗也增加了高压反应的危险性，并且在醚化物的氯化阶段也使用了氯气，同样不适合于工业化生产。
为了解决反应高温问题中国专利CN1276906报道了一种适合工业化生产的异氟烷制备 方法，相比于美国专利US3761524该方法在第一步通过加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，解决 了反应需要150℃高温这一技术缺陷：
然而，在反应的第二步，同样采用氯气氯化的方式实现醚化物的氯化，进而导致杂质 的生成，降低了醚化物的转化率，增加了化合物分离提纯的难度。
综上所述，目前异氟烷制备方法中都存在问题，或者原料价格高，醚化试剂毒性大， 醚化反应温度高或以氯气为氯化试剂毒性高，杂质多且难去除，收率低，纯度低；因此为 异氟烷合成探究一条安全、生产周期较短、收率更高、更适合工业化生产的工艺路线仍然 是目前需要解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中异氟烷制备过程中成本高、危险性高、转化率低等问题，本发明 提供了一种新的异氟烷的制备方法，该方法避免使用氯气氯化，反应过程中无杂质的产生， 反应更加温和、经济环保且收率高，适于工业化生产。
本发明具体通过如下技术方案实现：
一种异氟烷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碱性溶液加入到反应釜中，密封后通入氟利昂-22即式I，然后通入氮气，控温 反应得二氟甲醇即式Ⅱ溶液；
(2)将氟利昂-123即式Ⅲ加入到步骤(1)所得的二氟甲醇溶液中，控温搅拌得异氟烷即式Ⅳ，反应路线如下所示：
优选方案，步骤(1)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液中 的一种或其混合，特别优选氢氧化钠溶液。
优选方案，步骤(1)中，所述碱性溶液的质量分数为40％-60％，特别优选50％的碱性水溶液。
优选方案，步骤(1)所述氟利昂-22、碱的投料摩尔比为：1:1.8～2.6，特别优选1:2.0。
优选方案，步骤(1)所述反应温度为20℃～40℃，特别优选30℃～35℃。
优选方案，步骤(1)中氟利昂-22与步骤(2)中氟利昂-123的投料量摩尔比为1:1.1～1.8， 特别优选1:1.5。
优选方案，步骤(2)中反应温度为20℃～40℃，特别优选30℃～35℃。
在一优选方案中，反应结束后需进行后处理操作，具体的为：反应液降至室温，静置 后分液得下层有机相，有机相经纯化水洗涤三次，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分得 异氟烷纯品。
与现有技术相比，本发明取得的技术效果是：
1、以氟利昂-22为原料碱性条件下得二氟甲醇，所得二氟甲醇无需分离直接用于下一 步醚化反应，反应条件简单，操作简便；
2、二氟甲醇经醚化得异氟烷，反应条件简单，无需高温及额外添加剂；
3、该制备方法避免了氯气的氯化过程，所得异氟烷纯度高、收率高，适合工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明。应该正确理解的是：本发明的实施例仅仅是用 于说明本发明，而不是对本发明的限制，所以，在本发明的方法前提下对本发明的简单改 进均属本发明要求保护的范围。以下收率和纯度数据为多次试验后所得平均值。
实施例1
向高压反应釜内加入50％NaOH水溶液(160g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在30～35℃，搅拌反应2小时，得二氟甲醇溶 液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(230g)，加完后通入氮气，30～35℃下搅拌反应 3小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗 涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率88.3％(以消耗的氟利昂 -22计)，纯度99.88％。
实施例2
向高压反应釜内加入50％NaOH水溶液(144g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在30～35℃，搅拌反应2.5小时，得二氟甲醇溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(230g)，加完后通入氮气，20～25℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率86.3％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度99.85％。
实施例3
向高压反应釜内加入50％NaOH乙醇溶液(136g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在30～35℃，搅拌反应3小时，得二氟甲醇 溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(230g)，加完后通入氮气，15～20℃下搅拌反应 3小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置30分钟，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率84.8％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度99.66％。
实施例4
向高压反应釜内加入50％NaOH水溶液(208g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在30～35℃，搅拌反应2.5小时，得二氟甲醇溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(230g)，加完后通入氮气，35～40℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率85.6％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度98.81％。
实施例5
向高压反应釜内加入50％NaOH水溶液(216g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在30～35℃，搅拌反应2.5小时，得二氟甲醇溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(230g)，加完后通入氮气，40～45℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率81.1％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度98.18％。
实施例6
向高压反应釜内加入50％KOH乙醇溶液(224g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在20～25℃，搅拌反应3小时，得二氟甲醇 溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(168g)，加完后通入氮气，30～35℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率83.2％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度99.72％。
实施例7
向高压反应釜内加入50％LiOH水溶液(96g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在15～20℃，搅拌反应3小时，得二氟甲醇溶 液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(153g)，加完后通入氮气，30～35℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率80.8％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度99.73％。
实施例8
向高压反应釜内加入50％LiOH水溶液(96g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在35～40℃，搅拌反应2.5小时，得二氟甲醇溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(275g)，加完后通入氮气，30～35℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率81.9％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度98.97％。
实施例9
向高压反应釜内加入50％NaOH甲醇溶液(170g)，封闭高压釜，抽真空，开搅拌，加入氟利昂-22(87g)，然后通入氮气，控制温度在40～45℃，搅拌反应2.5小时，得二氟甲醇溶液。
向上述高压反应釜中通入氟利昂-123(291g)，加完后通入氮气，30～35℃下搅拌反应 3.5小时，反应结束，将反应液冷却至室温，静置，分液得下层有机相，(3×30mL)纯化水洗涤，得异氟烷溶液，精馏收集48～49℃馏分，得异氟烷纯品，收率78.2％(以消耗的氟利昂-22计)，纯度98.02％。
对比实施例1
将TFE200g和NMP80g加入到高压釜内，封闭高压釜，开动搅拌，加入氟利昂-22(F-22) 173g，然后向高压釜中充氮气，搅拌下加入5℃的50％NaOH水溶液368g，控制釜内温度在 36℃之间，加完后向高压釜中充氮气到18～20kg/cm2，搅拌反应3小时。将釜内反应液转移 到蒸馏釜中，搅拌下水浴加热分馏，收集30℃以下馏分，得到CF3CH2CHF2收率为78％(按消耗的TFE计算)。
将300g(2.0mol)2,2,2-三氟乙基二氟甲醚投入氯化罐中，开搅拌和日光灯，通入少量 氯气，当缺罐内氯气颜色消失后，用气体流量计控制通氯气的速度，使其全部反应而不至 于溢出。水浴控制反应温度在15～20℃，通入0.9mol氯气，然后再在在15～20℃反应30分钟。 将反应液蒸馏，收集40℃以下馏分为醚化物，得到150g。将剩余物冷至在5～10℃，搅拌下 缓慢滴加氢氧化钠溶液，加完后搅拌10分钟，静置10分钟，将下层氯化物溶液放入贮罐， 水洗三次，将下层氯化物溶液放入干燥罐中，加入氯化钙，搅拌干燥5小时，提纯，收率为 74％，(按消耗的2,2,2一三氟乙基二氟甲醚计算)。
对比实施例2
将150gCC14加入到反应容器内，冰浴冷却至0～5℃，加入135g(1mo1)无水AlCl3，搅拌 30min后，开始滴加150gHFE(1mo1)，控制滴加速度，使体系内的温度保持在0～5℃；滴加完 成后，保持20～40℃继续反应24h；反应产物冷却到0～5℃，慢慢滴加6mo1/L盐酸333m1，静 置分层得油相；油相用100m12％的氢氧化钠溶液洗涤，再用水(50×3m1)洗至中性，加入无 水氯化钙干燥，24h后，对其用120×3cm填料柱进行精馏，收集42～48℃的馏分，用MS-GC分析，收率70.2％，纯度96.56％。
Claims (7)
1.一种异氟烷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碱性溶液加入到反应釜中，密封后通入氟利昂-22即式I，然后通入氮气，控温反应得二氟甲醇即式Ⅱ溶液；
(2)将氟利昂-123即式Ⅲ加入到步骤(1)所得的二氟甲醇溶液中，控温搅拌得异氟烷Ⅳ，反应路线如下所示：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液中的一种或其混合。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱性溶液为碱的质量分数为50％的碱性溶液。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氟利昂-22、碱的投料摩尔比为1:1.8～2.6。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中反应温度为20℃～40℃。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中氟利昂-22、氟利昂-123的投料量摩尔比为1:1.1～1.8。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中反应温度为20℃～40℃。
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