CN115521192A - 一种九氟异丁基醚的制备方法 - Google Patents

一种九氟异丁基醚的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种九氟异丁基醚的制备方法。本发明提供了一种如式I所示的化合物的制备方法,其包括下述步骤:在有机溶剂中,在相转移催化剂的存在下,将化合物5a、碱金属氟化物和C1‑C6烷基化试剂反应,得到如式I所示的化合物;所述相转移催化剂为四丁基氯化铵、四丁基氟化铵和18‑冠醚‑6中的一种或多种。该制备方法以七氟异丁酰氯为原料,一锅法定向合成九氟异丁基醚,该方法操作简单、反应条件温和、成本更低、收率高,更容易实现工业化生产。

Description

一种九氟异丁基醚的制备方法
技术领域
本发明涉及一种九氟异丁基醚的制备方法。
背景技术
随着科技的发展,电子产品的集成度越来越高,要确保产品的功能正常,产品的清洗变得极其重要。过去电子行业通常使用的CFC(CFC-113)会造成臭氧层的破坏及温室效应,已经被禁用。其替代品HCFC(HCFC-141b,HCFC-225)由于仍然含氯,只能作为过渡性替代清洗溶剂。3M公司针对此发展趋势,开发出NovecTM HFE氢氟醚溶剂系列(HFE-7100/7200)。与HCFC等过渡性替代溶剂不同,3M公司NovecTM HFE由于其优异的环保特性,为需要精密清洗的产业提供了有效安全、符合环保法规要求的解决方案。NovecTM HFE既有适度的溶解性,又有良好的材料相容性。而且和以前使用的氟化液相比,其臭氧层破坏系数为零,全球变暖潜值降低,大气寿命短,几乎无毒,且不被列为挥发性有机化合物(volatile organiccompound,VOC),满足环保法规的要求,是被美国环境保护局认同的显著新替代方案。
已报道的九氟丁基甲醚的合成方法较少,例如已经公开的美国3M公司的专利合成工艺。采用丁酰氯电解合成全氟丁酰氟,包含两种异构体正/异全氟丁酰氟,这两种异构体与硫酸二甲酯进行甲醚化反应得到产品,反应式如下。
Figure BDA0003131406500000011
此合成工艺的关键反应是合成全氟丁酰氟,该反应经特殊设计的电解槽电解,产物为全氟正丁酰氟与全氟异丁酰氟两种异构体的混合物,比例大约在60:40,产率在35%左右,副产物为各种小分子全氟烷烃气体(六氟乙烷、八氟丙烷)等。该电解氟化反应技术难度很高,收率难以突破40%,而且尾气回收再利用相当困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,现有的九氟丁基醚的合成方法较少,其中间体全氟丁酰氟的制备工艺技术较为复杂、难度高,收率较低,为此,本发明提供了一种九氟异丁基醚的制备方法。本发明以七氟异丁酰氯为原料,一锅法定向合成九氟异丁基醚,该方法操作简单、反应条件温和、成本更低、收率高,更容易实现工业化生产。
本发明提供了一种如式I所示的化合物的制备方法,其包括下述步骤:在有机溶剂中,在相转移催化剂的存在下,将化合物5a、碱金属氟化物和C1-C6烷基化试剂反应,得到如式I所示的化合物;所述的相转移催化剂为四丁基氯化铵、四丁基氟化铵和18-冠醚-6中的一种或多种,
Figure BDA0003131406500000021
其中,R为C1-C6烷基。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,C1-C6烷基可为甲基或乙基,例如甲基。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述有机溶剂的种类为本领域常规,例如腈类溶剂、酰胺类溶剂、醚类溶剂和醇类溶剂中的一种或多种,又例如腈类溶剂。所述腈类溶剂可为乙腈;所述酰胺类溶剂可为N,N-二甲基甲酰胺;所述醚类溶剂可为二乙二醇二甲醚、二甲醚和四氢呋喃中的一种或多种;所述醇类溶剂可为乙二醇。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述碱金属氟化物为本领域常规,例如为KF、NaF、CsF和LiF中的一种或多种,又例如KF。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述C1-C6烷基化试剂的种类为本领域常规,例如为硫酸二甲酯、碳酸二甲酯、硫酸二乙酯或碳酸二乙酯,又例如硫酸二甲酯。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述C1-C6烷基化试剂中的C1-C6烷基即为所述如式I所示的化合物中的R。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述化合物5a和碱金属氟化物的摩尔比可为1:(1.5~4),例如1:2。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述化合物5a和C1-C6烷基化试剂的摩尔比可为1:(1.2~3),例如1:1.8。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述化合物5a和有机溶剂的摩尔体积比的比值可为0.05~0.2mmol/mL,例如0.108mmol/mL。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述反应的温度可为20~120℃,又可为60~120℃,例如70℃。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述反应的进程可采用本领域中的常规测试方法(如TLC、HPLC、GC或NMR)进行监控,一般以所述化合物5a消失或不再反应时作为反应终点;所述反应的时间为本领域常规,例如0.5~10.5h,又例如1h。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述如式I所示的化合物的制备方法还进一步包括下述步骤:在有机溶剂中,将如式II所示的化合物和磺酰氯反应,得到所述的化合物5a即可,
Figure BDA0003131406500000031
其中,M+为碱金属离子。
所述化合物5a的制备方法中,所述碱金属离子可为K+、Li+、Na+或Cs+,例如K+
所述化合物5a的制备方法中,所述有机溶剂的定义如前任一项所述。
所述化合物5a的制备方法中,所述如式II所示的化合物和磺酰氯的摩尔比可为1:(1~2),例如1:1.2。
所述化合物5a的制备方法中,所述反应的温度为本领域常规,例如-20~70℃,又例如20~30℃。
所述化合物5a的制备方法中,所述反应的进程可采用本领域中的常规测试方法(如TLC、HPLC、GC或NMR)进行监控,一般以所述如式II所示的化合物消失或不再反应时作为反应终点;所述反应的时间为本领域常规,例如0.5~10.5h,又例如10h。
所述的如式I所示的化合物的制备方法中,所述如式I所示的化合物的制备方法还可进一步包括下述步骤:在有机溶剂中,将如式III所示的化合物、碱金属氟化物和光气反应,得到所述如式II所示的化合物,即可,
Figure BDA0003131406500000041
其中,M+为碱金属离子。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述有机溶剂、碱金属氟化物和碱金属离子的种类如前任一项所述。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述如式III所示的化合物和光气的摩尔比为本领域常规,例如1:(0.8~3),又例如1:1。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述如式III所示的化合物和金属氟化钾的摩尔比为本领域常规,例如1:(0.8~3),又例如1:1。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述如式III所示的化合物和有机溶剂的摩尔体积比的比值为本领常规,例如1.2~3mmol/mL,又例如1.7mmol/mL。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述反应的温度为本领域常规,例如-30~120℃,又例如20~30℃。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述反应的进程可采用本领域中的常规测试方法(如TLC、HPLC、GC或NMR)进行监控,一般以所述如式III所示的化合物消失或不再反应时作为反应终点;所述反应的时间为本领域常规,例如3~24h,又例如6h。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,所述碱金属氟化物中的碱金属即为所述的如式II所示的化合物中的M。
所述如式II所示的化合物的制备方法中,较佳地,所述如式II所示的化合物的混合液未经任何后处理,直接和磺酰氯反应,得到所述的化合物5a。
本发明还提供了一种如式II所示的化合物的制备方法,其包括下述步骤:在有机溶剂中,将如式III所示的化合物、碱金属氟化物和光气反应,得到所述如式II所示的化合物,即可,
Figure BDA0003131406500000051
其中,M+为碱金属离子。较佳地,所述反应条件和参数如前所述。
在不违背本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于提供了一种九氟异丁基醚的制备方法。本发明以七氟异丁酰氯为原料,一锅法定向合成九氟异丁基醚,该方法操作简单、反应条件温和、成本更低、收率高,更容易实现工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。
实施例1七氟异丁酰氯的制备
Figure BDA0003131406500000061
在250ml三口瓶中,加入5g(16.85mmol)的三光气的甲苯溶液(10ml),加入0.12g(1.68mmol)DMF作为催化剂,可催化生成光气。
在120ml厚壁耐压瓶中,加入5g(33.33mmol)六氟丙烯,3.3g(33.33mmol)光气,1.933g(33.33mmol)金属氟化物KF,20ml乙腈作为溶剂。室温搅拌反应6h,得到七氟异丁羧酸盐80%。直接加入4.5g(33.33mmol)硫酰氯,常温搅拌10h,蒸馏得到5.5g(23.7mmol)七氟异丁酰氯,产率约为89%。
Figure BDA0003131406500000062
19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-74.46,-74.62(d,J=8.3Hz,6F),-174.08,-174.33(m,J=8.1Hz,1F).GC-MS(EI)m/z 169[C3F7]+,69[CF3]+.ESI(负离子模式)212.9790[C4O2F7].IR1678.4(CO);
Figure BDA0003131406500000063
无色液体.19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-73.55,-73.58(d,J=8.0Hz,6F),-168.69,-168.83(m,J=7.9Hz,1F).GC-MS(EI)m/z 197[C3F7CO]+,169[C3F7]+,150[(CF3)2C]+,100[CF3CF]+,69[CF3]+,63[COCl]+.FI-MS理论C4F7OCl:231.9520.实测.232.9597[M+H]+,197[M-Cl]+,169[C3F7]+.IR1797.2(CO)。
实施例2七氟异丁酰氟的制备
Figure BDA0003131406500000071
用5ml的厚壁耐压瓶作反应容器,在手套箱中,加入金属氟化物KF(13mg,0.224mmol)。在N2保护下,加入溶剂DMF 0.7ml,并加入七氟异丁酰氯(52mg,0.224mmol)。常温搅拌1h,得到七氟异丁酰氟,产率约为75%。
Figure BDA0003131406500000072
无色液体.19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-73.51,(6F),-180.37,(1F).-18.58(s,1F).GC-MS(EI)m/z 216[M]+,169[C3F7]+,150[(CF3)2C]+,100[CF3CF]+,69[CF3]+,47[COF]+.
实施例3九氟异丁基甲醚的制备
Figure BDA0003131406500000073
选用5ml厚壁耐压瓶做反应容器。在手套箱中,往厚壁耐压瓶中加入金属氟化物KF(12.5mg,0.216mmol),取出,在N2保护下,注入乙腈1ml做溶剂,并加入七氟异丁酰氯(25mg,0.108mmol),硫酸二甲酯(25mg,0.198mmol),四丁基氯化铵(1.4mg,0.005mmol)。加热至70℃搅拌反应1h,体系由白色浑浊变为橙黄色,产率约为80%。
Figure BDA0003131406500000074
无色液体.19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-74.42,-74.48(td,J=9.5Hz,6.2Hz,6F),-82.42,-82.55(m,J=9.5Hz,8Hz,2F),-188.3,-188.45(m,J=6.0Hz,1F).1H NMR(400MHz,CDCl3)δ3.35(s,3H).GC-MS(EI)m/z 231[M-F]+,169[C3F7]+,150[(CF3)2C]+,100[CF3CF]+,69[CF3]+,81[CF2OCH3]+,31[OCH3]+.
实施例4九氟异丁基甲醚的制备
Figure BDA0003131406500000081
选用5ml厚壁耐压瓶做反应容器。在手套箱中,往厚壁耐压瓶中加入金属氟化物KF(12.5mg,0.216mmol),取出,在N2保护下,注入乙腈1ml做溶剂,并加入七氟异丁酰氯(25mg,0.108mmol),硫酸二甲酯(25mg,0.198mmol),四丁基氟化铵(1.3mg,0.005mmol)。加热至70℃搅拌反应1h,体系由白色浑浊变为橙黄色,产率约为47%。
实施例5九氟异丁基甲醚的制备
Figure BDA0003131406500000082
选用5ml厚壁耐压瓶做反应容器。在手套箱中,往厚壁耐压瓶中加入金属氟化物KF(12.5mg,0.216mmol),取出,在N2保护下,注入乙腈1ml做溶剂,并加入七氟异丁酰氯(25mg,0.108mmol),硫酸二甲酯(25mg,0.198mmol),18-冠醚-6(1.3mg,0.005mmol)。加热至70℃搅拌反应1h,体系由白色浑浊变为橙黄色,产率约为61%。

Claims (10)

1.一种如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,其包括下述步骤:在有机溶剂中,在相转移催化剂的存在下,将化合物5a、碱金属氟化物和C1-C6烷基化试剂反应,得到如式I所示的化合物;所述相转移催化剂为四丁基氯化铵、四丁基氟化铵和18-冠醚-6中的一种或多种,
Figure FDA0003131406490000011
其中,R为C1-C6烷基。
2.如权利要求1所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法满足下列条件中的一种或多种:
(1)所述C1-C6烷基为甲基或乙基;
(2)所述有机溶剂为腈类溶剂、酰胺类溶剂、醚类溶剂和醇类溶剂中的一种或多种;
(3)所述碱金属氟化物为KF、NaF、CsF和LiF中的一种或多种;
(4)所述烷基化试剂为硫酸二甲酯、碳酸二甲酯、硫酸二乙酯或碳酸二乙酯;
(5)所述化合物5a和碱金属氟化物的摩尔比为1:(1.5~4);
(6)所述化合物5a和C1-C6烷基化试剂的摩尔比为1:(1.2~3);
(7)所述化合物5a和有机溶剂的摩尔体积比的比值为0.05~0.2mmol/mL;
(8)所述反应的温度为20~120℃。
3.如权利要求2所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法满足下列条件中的一种或多种:
(1)所述C1-C6烷基为甲基;
(2)所述有机溶剂为腈类溶剂;
(3)所述碱金属氟化物为KF;
(4)所述C1-C6烷基化试剂为硫酸二甲酯;
(5)所述化合物5a和碱金属氟化物的摩尔比为1:2;
(6)所述化合物5a和C1-C6烷基化试剂的摩尔比为1:1.8;
(7)所述化合物5a和有机溶剂的摩尔体积比的比值为0.108mmol/mL;
(8)所述反应的温度为60~120℃。
4.如权利要求2所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法满足下列条件中的一种或多种:
(1)所述腈类溶剂为乙腈;
(2)所述酰胺类溶剂为N,N-二甲基甲酰胺;
(3)所述醚类溶剂为二乙二醇二甲醚、二甲醚和四氢呋喃中的一种或多种;
(4)所述的醇类溶剂为乙二醇;
(5)所述反应的温度为70℃。
5.如权利要求1所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,其还进一步包括下述步骤:在有机溶剂中,将如式II所示的化合物和磺酰氯反应,得到所述的化合物5a即可,
Figure FDA0003131406490000021
其中,M+为碱金属离子。
6.如权利要求5所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法满足下列条件中的一种或多种:
(1)所述的有机溶剂的定义如权利要求2-4中任一项所述;
(2)所述如式II所示的化合物和磺酰氯的摩尔比为1:(1~2);
(3)所述反应的温度为-20~70℃;
(4)所述碱金属离子为K+、Na+、Cs+或Li+
7.如权利要求6所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法满足下列条件中的一种或多种:
(1)所述如式II所示的化合物和磺酰氯的摩尔比为1:1.2;
(2)所述反应的温度为20~30℃;
(3)所述碱金属离子为K+
8.如权利要求5所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述如式I所示的化合物的制备方法还进一步包括下述步骤:在有机溶剂中,将如式III所示的化合物、碱金属氟化物和光气反应,得到所述如式II所示的化合物,即可,
Figure FDA0003131406490000031
其中,M+为碱金属离子。
9.如权利要求8所述的如式I所示的化合物的制备方法,其特征在于,所述的制备方法满足下列条件中的一种或多种:
(1)所述的有机溶剂的种类如权利要求2-4中任一项所述;
(2)所述如式III所示的化合物和光气的摩尔比为1:(0.8~3),例如1:1;
(3)所述如式III所示的化合物和碱金属氟化物的摩尔比为1:(0.8~3),例如1:1;
(4)所述如式III所示的化合物和溶剂的摩尔体积比的比值为1.2~3mmol/mL,例如1.7mmol/mL;
(5)所述反应的温度为-30~120℃,例如20~30℃;
(6)所述碱金属离子的种类如权利要求6或7所述;
(7)所述碱金属氟化物的种类如权利要求2或3所述。
10.一种如式II所示的化合物的制备方法,其特征在于,其包括下述步骤:在有机溶剂中,将如式III所示的化合物、碱金属氟化物和光气反应,得到所述如式II所示的化合物,即可,
Figure FDA0003131406490000041
其中,M+为碱金属离子;较佳地,所述反应参数和条件如权利要求9所述。
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