CN115073268B - 3,3,3-三氟丙醇及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3,3,3‑三氟丙醇及其制备方法。所述制备方法包括：使三氟丙基二氯甲基硅烷与氟化盐、碱性物质以及氧化剂于第一有机溶剂中构成反应体系；使所述反应体系发生反应，生成3,3,3‑三氟丙醇。本发明所提供的3,3,3‑三氟丙醇的制备方法不需要严苛的反应条件，且反应物和试剂都是常用的原料，成本低，环境污染较小，符合绿色化学的理念，并且，所述制备方法的产率高，得到的3,3,3‑三氟丙醇纯度高，特别适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种3,3,3-三氟丙醇及其制备方法。
背景技术
本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
氟醇化合物由于分子结构中C-F键的存在，表现出独特的物理、化学性质以及生理活性。3,3,3-三氟丙醇作为氟醇的一种，既可以用作合成药物的中间体，也可以用作合成高性能材料的原料或中间体，有着非常广阔的应用前景。
因此，3,3,3-三氟丙醇的低成本、绿色化的制备同时还能获得较高的纯度和产率成为了相关领域的共同期望。
然而，现有技术中，合成3,3,3-三氟丙醇方法主要有如下几种方案：
方案一：文献Chemical Communications(Cambridge,United Kingdom),(4),386-387；2002中报道了用3,3，3-三氟丙烯同二氯硼烷反应，合成3,3,3-三氟丙醇的方法；
方案二：美国专利(US5777184,US6111139)公开了用1-氯-3,3,3-三氟丙烯先同醇反应合成酯，然后水解合成3,3,3-三氟丙醇的方法；
方案三：专利(CN201110244835)公开了以3,3,3-三氟丙醛为原料，在催化剂RaneyNi作用下，高压加氢还原得到3,3,3-三氟丙醇；
方案四：专利(CN201210286304，CN201210286302，CN201210286343和CN201210286371)分别报道了一种通过2-溴-3,3,3-三氟丙烯为原料，先生成3,3,3-三氟丙烯基甲醚,然后3,3,3-三氟丙烯基甲醚分别在无机酯或有机酯和Raney Ni催化剂作用下,高压加氢制得3,3,3-三氟丙醇；
方案五：专利(CN201510750757)公开了一种以3,3,3-三氟丙烯为起始原料，先生成中间产物2-溴-3,3,3-三氟丙醇，然后2-溴-3,3,3-三氟丙醇在溶剂、催化剂作用下,加压反应得到3,3,3-三氟丙醇,收率为85.7％；
方案六：专利(CN202110955266)公开了一种在引发剂的作用下，1-氯三氟乙烷和镁在极性溶剂中反应制备得到格氏试剂CF3CH2MgC1溶液，格氏试剂CF3CH2MgC1溶液与甲醛在极性浴剂中反应得到CF3CH2CH2OMgC1溶液,CF3CH2CH2OMgC1溶液加入酸水，水解制备得到3,3,3-三氟丙醇。
现有的合成3,3,3-三氟丙醇都有一定的缺点，
其中，方案一：其条件非常苛刻，须在-70℃左右进行，并且操作安全性低；
方案二：原料较不稳定，易聚合，且价格贵，成本高；
方案三：其方法尽管收率较高，但其成本高，且加氢工艺操作危险性高，整体工业化应用前最较差；
方案四：其方法不但原料成本高且不易得，加氢工艺操作危险性高，且两步反应的总收率(50％～60％)不高；
方案五：其方法反应压力高，危险性高，且其制备过程中会产生大量的废有机溶剂和缚酸剂，环境污染严重；
方案六：其方法用到危险性很高的格式反应，操作安全性低。
综上所述，现有技术中的文献和专利中报道的3,3,3-三氟丙醇的合成方法存在反应条件苛刻或成本高或危险性高或环境污染严重等等问题。均无法实现低成本、绿色化且高纯度高收率地获得3,3,3-三氟丙醇这一目的。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种3,3,3-三氟丙醇及其制备方法，实现3,3,3-三氟丙醇的低成本、绿色化的制备，且同时能够获得较高的纯度和产率。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种3,3,3-三氟丙醇的制备方法，包括：
使三氟丙基二氯甲基硅烷与氟化盐、碱性物质以及氧化剂于第一有机溶剂中构成反应体系；
使所述反应体系发生反应，生成3,3,3-三氟丙醇。
进一步地，所述氟化盐包括氟化钠和/或氟化钾；
所述碱性物质包括碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
进一步地，所述氧化剂包括双氧水；
所述双氧水以滴加的方式加入所述反应体系中，且滴加时控制所述反应体系的温度低于30℃。
进一步地，所述反应体系中，三氟丙基二氯甲基硅烷、氟化盐、碱性物质、氧化剂以及第一有机溶剂的摩尔比为1：2.4～4：2～3：2.5～5：1～16。
进一步地，所述反应体系的反应温度为10-40℃，反应时间为5-10h。
进一步地，所述制备方法还包括：
反应结束后，采用水对所述反应体系进行洗涤，并采用第二有机溶剂对洗涤后的水相进行萃取获得萃取相，然后从所述萃取相中分离提纯获得所述3,3,3-三氟丙醇。
进一步地，所述分离提纯具体包括：
采用还原性碱的水溶液对所述萃取相进行洗涤；
对经过洗涤的所述萃取相进行蒸馏，收集88-92℃之间的馏分。
进一步地，所述第一有机溶剂和/或第二有机溶剂选自醚类溶剂。
进一步地，所述3,3,3-三氟丙醇的产率在85％以上。
第二方面，本发明还提供了上述制备方法制得的3,3,3-三氟丙醇，所述3,3,3-三氟丙醇的纯度在98％以上，在一些优选实施条件下，能够达到99％以上。
借由以上的技术方案，本发明的有益效果至少包括：
本发明所提供的3,3,3-三氟丙醇的制备方法不需要严苛的反应条件，且反应物和试剂都是常用的原料，成本低，环境污染较小，符合绿色化学的理念，并且，所述制备方法的产率高，得到的3,3,3-三氟丙醇纯度高，特别适用于工业化生产。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例提供的3,3,3-三氟丙醇的核磁共振氢谱图；
图2是本发明一典型实施案例提供的3,3,3-三氟丙醇的气相色谱图；
图3是本发明另一典型实施案例提供的3,3,3-三氟丙醇的气相色谱图；
图4是本发明又一典型实施案例提供的3,3,3-三氟丙醇的气相色谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如前述的分析，现有技术中的专利和文献报道的合成3,3,3-三氟丙醇方法存在条件严格，操作繁琐，毒害性大，环境污染严重，危险性高，成本高的问题，很难实现工业化生产。本发明的目的是寻求一种反应条件简单，容易实现，成本较低，环境污染较小，适合工业化生产的3,3,3-三氟丙醇的合成方法。
为解决上述问题，本发明提供了一种3,3,3-三氟丙醇的制备方法,该方法是以三氟丙基二氯甲基硅烷为原料,制备3,3,3-三氟丙醇，原料便宜易得,商业化可以购买，成本低,反应条件温和，室温下即可发生充分的反应，且制备工艺绿色，该制备方法制得的3,3,3-三氟丙醇的收率高、副产物少，且溶剂可以回收利用。
示例性地，本发明实施例可以以四氢呋喃(THF)为溶剂，三氟丙基二氯甲基硅烷为原料，与氟化钾，碳酸氢钾，30％双氧水反应生成3,3,3-三氟丙醇，反应结束后加水分层，有机相洗涤浓缩后直接蒸馏可得到高品质的产品。
当然，在其他各种实施例中，THF溶剂可以用其他的常用甲基叔丁基醚，异丙醚醚类溶剂替代，氟化钾可以用氟化钠替代，碳酸氢钾可以用碳酸氢钠替代，且不限于此，基于本发明的发明构思的其他等同功能的原料或试剂的替换亦均属于本发明的保护范围之内。
在本发明实施例所提供的技术方案中，THF是有机实验室最常用的有机溶剂之一，氟化钾是一种价格低廉的无机氟化盐，反应后处理非常简单，大大降低了生产成本，具有更强的经济实用性和灵活性，也是符合绿色化学的要求。
本发明实施例制备3,3,3-三氟丙醇的具体反应方程式如下式所示：
示例性地，在具体反应时，可以先按摩尔比量取三氟丙基二氯甲基硅烷：氟化钾：碳酸氢钾：30％双氧水：THF＝1：2.5～4：2～2.5：10～15：2～15。在室温(通常指10-40℃之间，更为优选为18-25℃)下，将三氟丙基二氯甲基硅烷溶于THF中，然后于10～30℃下将氟化钾，碳酸氢钾置于THF中，控温30度以内慢慢滴加30％的双氧水，滴加完30％双氧水后，室温下继续搅拌8个小时，待反应体系中没有三氟丙基二氯甲基硅烷后停止反应。然后加入水洗涤，水相用甲基叔丁基醚萃取一次或多次，合并有机相，用10％亚硫酸氢钠水溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩干有机相。蒸馏，油温105度，收集90度馏分，即得纯的3,3,3-三氟丙醇。
在上述制备过程中，氟化钾的作用是与硅形成稳定的氟化硅，起到脱硅的作用；碳酸氢钾的作用是调pH值，维持反应的酸碱环境，以促成较高的产率和纯度；双氧水是起到氧化的作用，且其浓度不限于30％，只要满足摩尔比的要求，其他浓度亦可，例如20-40％；亚硫酸氢钠水溶液的目的是洗涤有机相中的酸性和氧化性物质，可以用其他的水溶还原性的碱性物质替代。
本发明采用三氟丙基二氯甲基硅烷为原料，钾成本低，安全性高，符合绿色化学，且得到的3,3,3-三氟丙醇纯度高。采用上述技术方案，可以在室温下反应，不需要严苛的无水操作条件，且反应物和试剂都是常用的原料，成本低，环境污染较小，得到的3,3,3-三氟丙醇纯度高，非常适合工业化生产。
如下将结合部分更为具体的实施例对上述技术方案进行示例性说明，然而，可以理解的，所选的实施例仅为众多可行的实施例中的较为优选的若干个，本领域技术人员根据本发明的发明构思以及参照如下的实施例可以获得不同与此的其他实施例，如下公开的实施例不应被理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
在室温(25℃)下，将50g三氟丙基二氯甲基硅烷溶于300ml四氢呋喃中。
保持室温，加入34g氟化钾，59g碳酸氢钾，控温30度以内滴加130g30％双氧水，滴加完后，室温继续搅拌8小时。
然后加入300ml水洗涤1次，水相用200ml甲基叔丁基醚萃取2次，合并有机相，有机相用50mL10％亚硫酸氢钠水溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干。
常压蒸馏，油温105度收集90度馏分，经过测量，本实施例所制备的3,3,3-三氟丙醇产物的产率为85％，上述产物的核磁共振氢谱如图1所示，气相色谱如图2所示，图1和图2反映出，本实施例所制得的产物的纯度极高。
实施例2
在室温(18℃)下，将2.1kg三氟丙基二氯甲基硅烷溶于1.2L四氢呋喃中。
室温加入1.4kg氟化钾，2.4kg碳酸氢钾，控温30度以内滴加3.3kg 30％双氧水，滴加完室温搅拌8小时。
然后加入3000ml水洗涤1次，水相用2000ml甲基叔丁基醚萃取2次，合并有机相，有机相用1.50L10％亚硫酸氢钠水溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干。
常压蒸馏，油温105度收集90度馏分，产率89％。上述产物的气相色谱如图3所示，显示出，该实施例在进行放量制备时，所制备的产物的纯度仍然保持极高的水平。
实施例3
在室温(20℃)下，将2.1kg三氟丙基二氯甲基硅烷溶于1.2L甲基叔丁基醚中。
室温加入1.4kg氟化钠，2.4kg碳酸氢钠，控温30度以内滴加3.3kg 30％双氧水，滴加完室温搅拌8小时。
然后加入3000ml水洗涤1次，水相用2000ml甲基叔丁基醚萃取2次，合并有机相，有机相用1.5L10％亚硫酸氢钠水溶液洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干。
常压蒸馏，油温105度收集90度馏分，产率87％。上述产物的气相色谱如图4所示，显示出，该实施例更换了部分反应原料且在进行放量制备时，所制备的产物的纯度仍然保持极高的水平。
实施例4
本实施例与实施例1原料、试剂以及制备过程大体相同，区别仅在于：
本实施例的制备过程是在温度10℃条件下进行的，适当的延长反应时间至10h，所或产物的纯度以及产率与实施例1相当。
实施例5
本实施例与实施例1原料、试剂以及制备过程大体相同，区别仅在于：
本实施例的制备过程是在温度30℃条件下进行的，适当的缩短反应时间为5h，所或产物的纯度以及产率与实施例1相当。
对比例1
本对比例与实施例1原料、试剂以及制备过程大体相同，区别仅在于：
直接将与实施例1同样用量的三氟丙基二氯甲基硅烷、氟化钾、碳酸氢钾以及30％双氧水直接加入到四氢呋喃中，构成反应体系，以同样的反应条件和后处理工艺进行制备。
所制得的产物的收率显著下降，仅为50％左右，且气相色谱测试时，杂峰较多。
对比例2
本对比例与实施例1原料、试剂以及制备过程大体相同，区别仅在于：
在滴加双氧水时，未进行温度控制(冷浴)，滴加过程中，反应体系温度升至45℃以上。
所制得的产物的收率显著下降，仅为60％左右，且气相色谱测试时，杂峰较多。
对比例3
本对比例与实施例1原料以及制备过程大体相同，区别仅在于：
所得的产物没有用水洗涤，甲基叔丁基醚萃取，所得的目标产物纯度非常低，纯度仅为45％。
对比例4
本对比例与实施例1原料以及制备过程大体相同，区别仅在于：
以非醚类溶剂甲醇或者是DMF作为有机溶剂构成反应体系进行3,3,3-三氟丙醇产物的制备。
采用两种非醚类溶剂所制得的产物的收率略微下降，为80％左右。
基于上述实施例以及对比例，可以明确，本发明实施例提供的3,3,3-三氟丙醇的制备方法不需要严苛的反应条件，且反应物和试剂都是常用的原料，成本低，环境污染较小，符合绿色化学的理念，并且，所述制备方法的产率高，得到的3,3,3-三氟丙醇纯度高，特别适用于工业化生产。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (2)
1.一种3，3，3-三氟丙醇的制备方法，其特征在于，包括：
使三氟丙基二氯甲基硅烷与氟化盐、碱性物质以及氧化剂于第一有机溶剂中构成反应体系，其中，所述氧化剂为双氧水，所述双氧水以滴加的方式加入所述反应体系中，且滴加时控制所述反应体系的温度低于30℃，所述第一有机溶剂选自醚类溶剂；
使所述反应体系发生反应，生成3，3，3-三氟丙醇，
所述氟化盐为氟化钠和/或氟化钾；
所述碱性物质为碳酸氢钠和/或碳酸氢钾，
所述反应体系中，三氟丙基二氯甲基硅烷、氟化盐、碱性物质、氧化剂以及第一有机溶剂的摩尔比为1∶2.4～4∶2～3∶2.5～5∶1～16，
所述反应体系的反应温度为10-30℃，反应时间为5-10h，
所述制备方法还包括：
反应结束后，采用水对所述反应体系进行洗涤，并采用第二有机溶剂对洗涤后的水相进行萃取获得萃取相，然后从所述萃取相中分离提纯获得所述3，3，3-三氟丙醇，
所述分离提纯具体包括：
采用还原性碱的水溶液对所述萃取相进行洗涤；
对经过洗涤的所述萃取相进行浓缩后蒸馏，收集88-92℃之间的馏分，
所述第二有机溶剂选自醚类溶剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3，3，3-三氟丙醇的产率在85％以上。
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