CN113072449B - 一种4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种4,4,4‑三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，属于化学合成的领域。本发明采用了三氟丙酮和氯甲酸乙酯为原料，以氯化氢为催化剂，在管道反应器中进行反应。本发明提供了一条新的合成4,4,4‑三氟乙酰乙酸乙酯的方法，采用反应活性较高的氯甲酸乙酯，以氯化氢催化反应，缩短了反应时间，避免4,4,4‑三氟乙酰乙酸乙酯在强酸、强碱体系的自身缩合反应，提高了反应的收率和产品的纯度。

Description

一种4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法
技术领域
本发明属于化学合成领域，具体提供了一种4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法。
背景技术
4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯是合成农药和医药的重要中间体，可用于制备氟啶虫酰胺、噻氟菌胺、嘧螨酯、噻草啶等，目前合成4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的主要方法有以下两种：
(1)Claisen缩合法，采用三氟乙酸乙酯和乙酸乙酯为原料，在乙醇钠的乙醇溶液中反应制备。此方法为最常用的方法，但是为防止原料三氟乙酸乙酯、乙酸乙酯发生酯交换或水解反应生成杂质，因此选择的碱为乙醇钠的乙醇溶液，反应生成的中间态3-乙氧基-3-羟基-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯需要在较高温度下脱去乙醇，而该反应体系中含有乙醇，抑制了乙醇的脱去反应，导致产品中含有少量的中间态。此外，乙酸乙酯在该反应条件下易发生自身缩合反应生成乙酰乙酸乙酯，同时该反应体系对含水要求严格，否则乙醇钠与水反应生成氢氧化钠降低碱的催化性能，同时使反应原料水解。因此通过此方法制备的产品纯度相对较低。例如专利CN106565475A报道合成4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的方法如下：反应容器中加入有机溶剂、乙醇钠的乙醇溶液和乙酸乙酯，控制温度10-20℃滴加三氟乙酸乙酯，滴加完毕控制温度10-65℃反应0.5-6h，20-30℃滴加酸后10-65℃反应0.5-6h，经过滤、洗涤、减压蒸馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯，含量95-97％，收率82-87％。
(2)三氟丙酮与碳酸二乙酯在强碱氢化钠作用下合成。此方法需使用氢化钠，反应过程中产生氢气，在工业化生产过程中存在安全隐患，同时因三氟丙酮和碳酸二乙酯反应活性偏低，导致反应时间长、温度高，因此副反应多，产品品质偏低。
4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯在上述两个反应体系均可发生自身缩合反应，且随反应时间延长、反应温度升高副反应更为严重。
发明内容
针对现有技术中合成4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的方法存在副反应多、存在生产安全隐患等问题，本发明提供一种4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，以解决上述问题。本发明采用了三氟丙酮和氯甲酸乙酯为原料，在酸的催化下，在管道反应器中进行反应。通过本发明的制备方法，可以大幅缩短反应时间，避免了副反应的发生，提高了反应的收率以及产品的质量。
一种4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，反应式如下：
Figure BDA0002982459400000021
反应机理如下：
Figure BDA0002982459400000022
包括以下步骤：
(1)将三氟丙酮与有机溶剂混合，作为A液，氯甲酸乙酯作为B液；
(2)设置管道反应器的参数，如反应温度、反应压力、泵A和泵B的流速，待反应器温度达到设定值后，开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体，至反应器压力到达设定值；开启泵A和泵B；其中，泵A向管道反应器内泵入A液，泵B向管道反应器内泵入B液；
(3)进料过程中检测反应器出口反应液中氯甲酸乙酯的含量，当氯甲酸乙酯的含量＜0.5％时，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收溶剂和剩余原料后，再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯。
优选的，所述步骤(1)中，有机溶剂为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氯乙烷、环己烷中的至少一种。
优选的，所述有机溶剂用量为以三氟乙酮投料量比，2.0～4.0g/g。
优选的，所述三氟丙酮与氯甲酸乙酯投料的摩尔比为1～1.2：1。
优选的，所述步骤(2)中，反应温度设置为50-100℃。
优选的，所述步骤(2)中，反应压力设置为0.5-1.0MPa。
优选的，所述步骤(2)中，泵A设置流速0.5-10ml/min，泵B设置流速0.5-10ml/min。
优选的，所述步骤(4)中，回收的溶剂直接套用于下一批次的生产。
优选的，所述尾气排空阀门和一次常压精馏和二次减压精馏溢出的氯化氢气体可经降膜吸收后制备盐酸。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用反应活性较高的氯甲酸乙酯，有利于降低反应活化能，促进反应正向进行；采用氯化氢催化反应，利用气体在液相有限的溶解度即达到催化目的，又避免副产物累积，使反应进行彻底。
(2)与现有技术相比，本发明将碱催化加成得到中间体后经酸催化消去的两步反应简化为一步反应，缩短反应时间，避免4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯在强酸、强碱体系的自身缩合反应。
(3)采用管道反应器，改善反应体系传质传热效果，进一步缩短反应时间和产品在反应体系停留时间，有效的提高产品纯度和收率。
(4)本发明的反应原子利用率高，副产物盐酸可作为产品外卖或用于其他反应，回收溶剂及处理后的精馏底液可套用于反应；本发明的制备工艺无废水产生，环保效益高。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)称量三氟丙酮114.3g(1.0mol)、甲苯228.6g于混合瓶中搅拌均匀，作为A液；氯甲酸乙酯(含量98.5％)110.2g(1.0mol)作为B液；
(2)设置管道反应器温度设置为50℃，压力0.5MPa，泵A设置流速8ml/min，泵B设置流速2ml/min，达到设定温度后开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体；开启泵A进三氟丙酮和甲苯的混合液，开启泵B进氯甲酸乙酯；
(3)20min后取样检测反应器出口反应液氯甲酸乙酯残留0.49％，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收甲苯和少量残留原料，精馏终点温度为115℃；再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯174g，GC纯度97.2％，折纯收率92.0％。
实施例2
(1)称量三氟丙酮125.7g(1.1mol)、环己烷377.1g于混合瓶中搅拌均匀，作为A液；氯甲酸乙酯110.2g(含量98.5％)(1.0mol)作为B液；
(2)设置管道反应器温度设置为70℃，压力0.6MPa，泵A设置流速9.5ml/min，泵B设置流速1.5ml/min，达到设定温度后开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体；开启泵A进三氟丙酮和环己烷的混合液，开启泵B进氯甲酸乙酯；
(3)20min后取样检测反应器出口反应液氯甲酸乙酯残留0.45％，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收环己烷和少量残留原料，精馏终点温度为85℃；再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯175g，GC纯度97.6％，折纯收率92.8％。
实施例3
(1)称量三氟丙酮125.7g(1.1mol)、环己烷377.1g于混合瓶中搅拌均匀，作为A液；氯甲酸乙酯(含量98.5％)110.2g(1.0mol)作为B液；
(2)设置管道反应器温度设置为80℃，压力0.7MPa，泵A设置流速9.5ml/min，泵B设置流速1.5ml/min，达到设定温度后开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体；开启泵A进三氟丙酮和环己烷的混合液，开启泵B进氯甲酸乙酯；
(3)20min后取样检测反应器出口反应液氯甲酸乙酯残留0.2％，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收环己烷和少量残留原料，精馏终点温度为85℃；再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯178.1g，GC纯度98.1％，折纯收率94.9％。
实施例4
(1)称量三氟丙酮125.7g(1.1mol)、甲苯228.6g于混合瓶中搅拌均匀，作为A液；氯甲酸乙酯(含量98.5％)110.2g(1.0mol)作为B液；
(2)设置管道反应器温度为90℃，压力0.7MPa，泵A设置流速8.5ml/min，泵B设置流速2ml/min，达到设定温度后开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体；开启泵A进三氟丙酮和甲苯的混合液，开启泵B进氯甲酸乙酯；
(3)20min后取样检测反应器出口反应液氯甲酸乙酯残留0.2％，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收环己烷和少量残留原料，精馏终点温度为115℃；再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯178.8g，GC纯度98.8％，折纯收率96.1％。
实施例5
(1)称量三氟丙酮137.1g(1.2mol)、甲苯548.4g于混合瓶中搅拌均匀，作为A液；氯甲酸乙酯(含量98.5％)110.2g(1.0mol)作为B液；
(2)设置管道反应器温度为100℃，压力0.8MPa，泵A设置流速8.5ml/min，泵B设置流速1ml/min，达到设定温度后开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体；开启泵A进三氟丙酮和甲苯的混合液，开启泵B进氯甲酸乙酯；
(3)20min后取样检测反应器出口反应液氯甲酸乙酯残留0.1％，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收环己烷和少量残留原料，精馏终点温度为115℃；再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯176.5g，GC纯度97.6％，折纯收率93.6％。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，反应式如下：
Figure FDA0002982459390000011
包括以下步骤：
(1)将三氟丙酮与有机溶剂混合，作为A液，氯甲酸乙酯作为B液；
(2)设置管道反应器的参数，待反应器温度达到设定值后，开启尾气排空阀门和氯化氢气体进气阀门，通入氯化氢气体，至反应器压力到达设定值；开启泵A和泵B；其中，泵A向管道反应器内泵入A液，泵B向管道反应器内泵入B液；
(3)进料过程中检测反应器出口反应液中氯甲酸乙酯的含量，当氯甲酸乙酯的含量＜0.5％时，反应合格；
(4)反应结束后，反应液经一次常压精馏回收溶剂和剩余原料后，再经二次减压精馏得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯。
2.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，有机溶剂为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氯乙烷、环己烷中的至少一种。
3.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂用量为以三氟乙酮投料量计2.0～4.0g/g。
4.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述三氟丙酮与氯甲酸乙酯投料的摩尔比为1～1.2：1。
5.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，反应温度设置为50-100℃。
6.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，反应压力设置为0.5-1.0MPa。
7.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，泵A设置流速0.5-10ml/min，泵B设置流速0.5-10ml/min。
8.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述步骤(4)中，回收的溶剂直接套用于下一批次的生产。
9.如权利要求1所述的4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成方法，其特征在于，所述尾气排空阀门和一次常压精馏和二次减压精馏溢出的氯化氢气体可经降膜吸收后制备盐酸。
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