CN112745225A - 一种1,1,1-三氟异丙胺的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1,1,1‑三氟异丙胺的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)以1,1,1‑三氟异丙醇为原料，在有机碱作用下，与磺酰氯类化合物反应得到1,1,1‑三氟异丙基磺酸酯化合物；(2)在极性非质子溶剂中，所述1,1,1‑三氟异丙基磺酸酯化合物与氨气进行胺化反应；(3)精馏反应液，得到1,1,1‑三氟异丙胺。本发明具有原料易得、条件温和、收率高、适合工业化放大生产等优点。

Description

一种1,1,1-三氟异丙胺的制备方法
技术领域
本发明涉及氟化工领域，具体涉及一种1,1,1-三氟异丙胺的制备方法。
背景技术
1,1,1-三氟异丙胺，别名：1,1,1-三氟-2-丙胺，CAS号:421-49-8，分子式：C3H6F3N，常温下为无色液体，沸点：46-47℃，是重要的含氟有机中间体，广泛应用于农药、医药和染料等化工行业。如在农药领域，是合成苯甲酰胺类杀虫剂(DE 3611193)和三唑并吡啶类杀菌剂(US 9805615)的关键原料之一。在医药领域，由其合成的药物中间体及其成品药可作为内皮素拮抗剂，用来治疗各种心血管疾病(WO 9729748)。
现有技术中对三氟异丙胺的制备方法，主要有以下报道:
US4378366A公开了一种以1,1,1-三氟丙酮肟为原料，制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，该方法以四氢铝锂(LiAlH4)为还原剂，不仅价格昂贵，三废量大，而且存在安全风险，反应收率仅为57％，不适宜工业化生产应用，反应式如下：
Figure BDA0002251132600000011
1996年Soloshonok等人(J.Org.Chem.61,1996,6563-6569)报道了以1,1,1，5,5,5-六氟-2,4-戊二酮为原料，先与苄胺反应得到N-(1,1,1-三氟异丙烯基)苄胺，然后在三乙胺作用下异构化为N-苄烯-1,1,1-三氟异丙胺，之后在4N浓度盐酸中水解，得到1,1,1-三氟异丙胺盐酸盐，最后在乙醚/三乙胺溶液中脱去氯化氢，得到1,1,1-三氟异丙胺。该方法反应步骤多，涉及的原料种类多，造成总反应收率偏低(<50％)，且异构化反应需要190h，造成生产周期较长，不适合产业化生产，反应式如下：
Figure BDA0002251132600000021
美国氰氨公司专利US6166259A对此工艺进行了改进，将反应步骤缩至2步。以1,1,1-三氟丙酮为原料，对甲苯磺酸为催化剂，先与苄胺反应得到N-(1,1,1-三氟异丙烯基)苄胺，然后在DBU的作用下，与苄胺反应得到1,1,1-三氟异丙胺。虽然该反应步骤较少，但需大量使用苄胺，不仅造成原料成本升高，且三废排放量大，工业化难度较大。
2001年，美国氰氨公司专利US6307103B公开了以雷尼镍为催化剂，还原1,1,1-三氟丙酮肟制备三氟异丙胺的方法，反应压力为50bar，反应温度为90℃，反应时间为2.5h，收率为86％。该工艺的温度、时间和收率指标符合工业化生产需要，但氢气压力50bar，对车间设备及安全设施要求十分苛刻。
2001年，美国霍尼韦尔公司专利US6265616B公开了以钯碳(Pd/C)或氧化铝负载的铑(Rh/Al2O3)为催化剂，通过液相法或气相法还原1,1,1-三氟丙酮肟制备三氟异丙胺，具体地，液相法工艺，氢气压力均小于3bar，最优实施例中，反应温度为89℃，时间为3.5h，反应转化率55％，选择性为93％；气相法工艺，最优实施例以(Rh/Al2O3)为催化剂，反应温度为147℃，应转化率100％，选择性为94％，产物分离收率为80％，但该工艺的催化剂非常昂贵，成本高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，该方法步骤简单、条件温和、反应收率高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，所述方法包括以下步骤:
(1)在极性非质子溶剂中，式Ⅱ所示的1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与氨气进行胺化反应，反应式如下：
Figure BDA0002251132600000031
其中，R1选自C1～C4烷基、苄基或取代苄基、C6～C7芳基或取代芳基；所述取代苄基或取代芳基上的取代基为一个或多个，所述取代基独立地选自卤素、羟基、硝基或C1～C3烷基；(2)对反应液进行精馏，得到1,1,1-三氟异丙胺。
作为优选，所述R1选自苯基、对甲苯基、邻甲苯基、间甲苯基、2,4,6-三甲基苯基或2,4,6-三异丙基苯基。
根据上述制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，步骤(1)的胺化反应在高压反应釜中进行，反应时先升温至10～120℃，再通入氨气，使得压力维持在0.4～0.8MPa，反应时间0.5～12h；步骤(2)中，反应液移入玻璃精馏釜进行精馏，得到含量99.5％以上的1,1,1-三氟异丙胺。
作为优选，步骤(1)的反应温度60～100℃，反应时间3～10h。
根据上述制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，所述极性非质子溶剂选自四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、二乙二醇二甲醚、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮、环丁砜中的至少一种；且1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与极性非质子溶剂的质量比为1:2.0～1:10.0。
作为优选，所述极性非质子溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种；且所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与极性非质子溶剂的质量比为1:3.0～1:6.0。
为了进一步提高反应的转化率，进一步地，步骤(1)的胺化反应在催化剂R2OM下进行，其中：R2选自C1-C4烷基，M选自碱金属或碱土金属，反应式如下：
Figure BDA0002251132600000041
作为优选，R2选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基；M选自Li、Na或K。
根据上述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与催化剂R2OM的摩尔比为1:0.01～1:1.0；作为优选，所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与催化剂R2OM的摩尔比为1:0.05～1:0.2。
根据上述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，优选地，所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物按照以下步骤制备：
(a)在有机溶剂和有机碱存在下，1,1,1-三氟丙醇与磺酰氯类化合物反应，反应式如下：
Figure BDA0002251132600000042
(b)用水洗涤反应液，分液后蒸馏除去有机溶剂，得到中间体1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物。
根据上述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，所述有机碱选自下式(IV)所示的烷基胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、N,N-二异丙基乙胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、四甲基乙二胺中至少一种；
Figure BDA0002251132600000043
其中R3、R4和R5独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基。
进一步地，所述1,1,1-三氟丙醇与有机碱的摩尔比为1:1.0～1:10.0；作为优选，所述1,1,1-三氟丙醇与有机碱的摩尔比为1:1.1～1:2.0。
根据上述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，所述1,1,1-三氟丙醇与磺酰氯类化合物的摩尔比为1:1.0～1:10.0；作为优选，所述1,1,1-三氟丙醇与磺酰氯类化合物的摩尔比为1:1.05～1:1.5。
根据上述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，所述有机溶剂选自卤代烃类、乙腈、四氢呋喃、二氧六环、苯、甲苯、二甲苯中至少一种；且所述1,1,1-三氟丙醇与有机溶剂的质量配比为1:2.0～1:10.0。
作为优选，所述有机溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯中至少一种；且所述1,1,1-三氟丙醇与有机溶剂的质量配比为1:23.0～1:5.0。
根据上述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，可选地，步骤(a)中，有机溶剂、有机碱、苯磺酰氯类化合物和1,1,1-三氟异丙醇同时加入反应器，升温至10℃～100℃，保温反应0.5～24h；作为优选，步骤(a)的反应温度为20℃～50℃，反应时间为2～6h。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.本发明以1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物为原料，原料易得，成本低廉；同时避免了以三氟异丙基卤代烃为原料时的高温高压环境和三氟丙酮/三氟丙酮肟为原料时加氢还原的苛刻条件，经胺化步骤和精馏步骤即可获得纯度高达99.5％的目标产物，操作简单、安全，条件温和，反应收率高，适合工业化生产。
2.本发明另一有益效果是采用R2OM作为胺化反应的催化剂，不仅缩短了反应时间，提高了生产效率，同时也进一步提高了反应的转化率和反应收率。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
一、化合物制备
实施例1
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
在装有磁子、温度计和冷凝回流管的500mL三口玻璃反应瓶中，加入1,1,1-三氟异丙醇(45.6g,0.4mol)，二氯乙烷(200g)，三乙胺(48.6g,0.48mol)，对甲苯磺酰氯(83.9g,0.44mol)，升温至50℃，磁力搅拌下保温3h，反应完成。反应液降至室温，分别用(100×2)mL纯净水洗涤，有机相用无水硫酸钠(10g)干燥，过滤，常压蒸馏，回收溶剂。蒸馏残液为淡黄色油状液体(108.4g)，经气相色谱分析，目标产物对甲苯磺酰三氟异丙酯含量为95.0％，折百重量为102.98g，理论产量为107.3g，反应收率95.9％。
实施例2
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
本实施例的操作步骤同实施例1，区别在于：在制备过程中，改变有机碱，由实施例1的三乙胺变为三正丁基胺(88.9g，0.48mmol)。
蒸馏残液为黄色油状液体103.8g，经气相色谱分析，目标产物对甲苯磺酰三氟异丙酯含量为94.2％，折百质量为97.8g，理论产量为107.3g，反应收率91.1％。
实施例3
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
本实施例的操作步骤同实施例1，区别在于：在制备过程中，改变溶剂，由实施例1的二氯乙烷变为甲苯(200g)。
蒸馏残液为淡黄色油状液体114.4g，经气相色谱分析，目标产物对甲苯磺酰三氟异丙酯为77.1％，折百质量为88.2g，理论产量为107.3g，反应收率82.2％。
实施例4
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
本实施例的操作步骤同实施例1，区别在于：在制备过程中，改变磺酰氯，由实施例1的对甲苯磺酰氯变为甲基磺酰氯(50.4g，0.44mol)。
蒸馏残液为淡黄色油状液体75.8g，经气相色谱分析，目标产物甲磺酰三氟异丙酯为92.2％，折百质量为69.9g，理论产量为76.9g，反应收率90.9％。
实施例5
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
本实施例的操作步骤同实施例1，区别在于：在制备过程中，改变三乙胺的用量，由实施例1的48.6g(0.48mol)变为81g(0.8mol)。
蒸馏残液为淡黄色油状液体106.7g，经气相色谱分析，目标产物甲磺酰三氟异丙酯为95.3％，折百质量为101.7g，理论产量为107.3g，反应收率94.8％
实施例6
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
本实施例的操作步骤同实施例1，区别在于：在制备过程中，改变对甲苯磺酰氯的用量，由实施例1的83.9g(0.44mol)变为152.5g(0.8mol)。
蒸馏残液为黄色油状液体110.3g，经气相色谱分析，目标产物对甲苯磺酰三氟异丙酯含量为92.8％，折百质量为102.4g，理论产量为107.3g，反应收率95.4％。
实施例7
1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备：
本实施例的操作步骤同实施例1，区别在于：在制备过程中，改变反应温度，由实施例1的50℃变为25℃。
蒸馏残液为黄色油状液体58.5g，经气相色谱分析，目标产物对甲苯磺酰三氟异丙酯含量为83.3％，折百质量为48.7g，理论产量为107.3g，反应收率45.4％。
表1对1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备过程中的反应结果进行汇总，具体如下：
表1 1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物的制备
Figure BDA0002251132600000081
由上表1可知，制备1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物，最好的批次收率达到95.9％(实施例1)；通过增加有机碱或磺酰氯的量对反应收率影响不大(实施例5和实施例6)；采用其他的有机碱如三正丁基胺收率略会降低(实施例2)；选用其他的磺酰氯如甲基磺酰氯，反应效果不如对甲苯磺酰氯(实施例4)；降低温度对反应较为不利(实施例7)。
实施例8
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
250mL反应釜中(SUS 316L)加入对甲苯磺酰三氟异丙酯(28.2g,95.0％,0.1mol)，叔丁醇钾(1.12g，0.01mol)，N-甲基吡咯烷酮(100g)，开动搅拌，升温至80℃，持续通入氨气，维持反应釜压力为0.5MPa，保温6h，反应完成。冷却至室温，排出剩余氨气至常压。反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物(1,1,1-三氟异丙胺)为92.3％，副产物双(三氟异丙基)胺0.25％，原料对甲苯磺酰三氟异丙酯为5.40％。
实施例9
本实施例的操作步骤同实施例8，区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，提高反应温度，由实施例8的80℃提高至100℃。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰为93.3％，副产双(三氟异丙基)胺0.36％，对甲苯磺酰三氟异丙酯为3.2％。
实施例10
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
本实施例的操作步骤同实施例8，区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，改变反应溶剂，由实施例8的N-甲基吡咯烷酮变为N,N-二甲基甲酰胺(100g)。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰(1,1,1-三氟异丙胺)为85.5％，副产双(三氟异丙基)胺0.33％，对甲苯磺酰三氟异丙酯为12.7％。
实施例11
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
本实施例的操作步骤同实施例8区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，改变反应溶剂，由实施例8的N-甲基吡咯烷酮变为乙腈(100g)。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰为43.7％，副产双(三氟异丙基)胺0.07％，对甲苯磺酰三氟异丙酯为52.2％。
实施例12
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
本实施例的操作步骤同实施例8区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，增加反应时间，由实施例8的6h增加至12h。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰为91.3％，副产双(三氟异丙基)胺0.65％，对甲苯磺酰三氟异丙酯为5.4％。
实施例13
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
本实施例的操作步骤同实施例8区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，改变催化剂，由实施例8的叔丁醇钾变为异丙醇钠(0.82g，0.01mol)。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰为70.6％，副产双(三氟异丙基)胺0.06％，甲磺酰三氟异丙酯为27.8％
实施例14
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
本实施例的操作步骤同实施例8，区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，降低氨气压力，由实施例8的0.5MPa降低为0.3MPa。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰为60.8％，副产双(三氟异丙基)胺0.17％，对甲苯磺酰三氟异丙酯为37.2％。
实施例15
1,1,1-三氟异丙胺的制备：
本实施例的操作步骤同实施例8，区别在于：在1,1,1-三氟异丙胺的制备过程中，删除实施例8的叔丁醇钾，不使用催化剂。
对1,1,1-三氟异丙胺反应液取样气相色谱分析(扣除溶剂峰)，目标产物峰为58.6％，副产双(三氟异丙基)胺0.09％，对甲苯磺酰三氟异丙酯为38.8％。
表2对1,1,1-三氟异丙胺的的制备过程中的反应结果进行汇总，具体如下：
表2 1,1,1-三氟异丙胺的制备
Figure BDA0002251132600000111
由上表2可知，制备1,1,1-三氟异丙胺的工艺，最高的批次反应选择性为92.3％(实施例8)；不同的溶剂对反应选择性影响较大，选用其他的溶剂选择性会显著降低(实施例10和11)；通过增加温度，有利于提高反应选择性(实施例9)；改变催化剂种类或不适用催化剂，该反应也能进行，但加入催化剂，反应效果更好(实施例13和15)；降低氨气压力对反应不利(实施例14)。
二、产物精馏
反应液精馏实验：
将上述实施例8、9、10和12制备的1,1,1-三氟异丙胺反应液合并后精馏，收集46—47℃馏分，共收集1,1,1-三氟异丙胺35.8g，纯度99.52％。

Claims (13)

1.一种制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤:
(1)在极性非质子溶剂中，式Ⅱ所示的1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与氨气进行胺化反应，反应式如下：
Figure FDA0002251132590000011
其中，R1选自C1～C4烷基、苄基或取代苄基、C6～C7芳基或取代芳基；所述取代苄基或取代芳基上的取代基为一个或多个，所述取代基独立地选自卤素、羟基、硝基或C1～C3烷基；
(2)对反应液进行精馏，得到1,1,1-三氟异丙胺。
2.按照权利要求1所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：步骤(1)的胺化反应在高压反应釜中进行，升温至10～120℃后通入氨气，使得反应压力维持在0.4～0.8MPa，反应时间0.5～12h。
3.按照权利要求1所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：所述极性非质子溶剂选自四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、二乙二醇二甲醚、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和环丁砜中的至少一种。
4.按照权利要求1所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：步骤(1)的胺化反应在催化剂R2OM的作用下进行，其中：R2选自C1-C4烷基，M选自碱金属或碱土金属。
5.按照权利要求4所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：R2选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基；M选自Li、Na或K。
6.按照权利要求4所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与催化剂R2OM的摩尔比为1:0.01～1:1.0。
7.按照权利要求6所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物与催化剂R2OM的摩尔比为1:0.05～1:0.2。
8.按照权利要求1-7任一所述的制备1,1,1-三氟异丙胺的方法，其特征在于：所述1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物按照以下步骤制备：
(a)在有机溶剂和有机碱存在下，1,1,1-三氟丙醇与磺酰氯类化合物反应，反应式如下：
Figure FDA0002251132590000021
(b)用水洗涤反应液，分液后蒸馏除去有机溶剂，得到中间体1,1,1-三氟异丙基磺酸酯化合物。
9.按照权利要求8所述的制备1,1,1-三氟异丙基磺酸酯的方法，其特征在于：所述有机碱选自下式(IV)所示的烷基胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、N,N-二异丙基乙胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、四甲基乙二胺中至少一种；
Figure FDA0002251132590000022
其中：R3、R4和R5独立地选自氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基。
10.按照权利要求8所述的制备1,1,1-三氟异丙基磺酸酯的方法，其特征在于：所述1,1,1-三氟丙醇与有机碱的摩尔比为1:1.0～1:10.0。
11.按照权利要求8所述的制备1,1,1-三氟异丙基磺酸酯的方法，其特征在于：所述1,1,1-三氟丙醇与磺酰氯类化合物的摩尔比为1:1.0～1:10.0。
12.按照权利要求8所述的制备1,1,1-三氟异丙基磺酸酯的方法，其特征在于：所述有机溶剂选自卤代烃类、乙腈、四氢呋喃、二氧六环、苯、甲苯、二甲苯中至少一种。
13.按照权利要求8所述的制备1,1,1-三氟异丙基磺酸酯的方法，其特征在于：步骤(a)的反应温度为10℃～100℃，反应时间为0.5～24h。
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