專利名稱：制備二氟乙酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備二氟乙酸的新穎方法。
背景技術(shù)：
二氟乙酸是用于制藥和農(nóng)用化學(xué)品工業(yè)的一種中間體。已經(jīng)披露了制備二氟乙酸或其鹽的各種不同方法。
例如已知通過(guò)氯-氟交換制備二氟乙酸。JP-06_228043(旭硝子公司(ASAHIGLASS CO LTD) ) 16/08/1944披露了二氯乙酰氯和仲胺的一種反應(yīng)，隨后用一種氟化劑例如KF處理N，N-雙取代的二氯乙酰胺產(chǎn)物生成N，N-雙取代的二氟乙酰胺。將該酰胺產(chǎn)物水解生成二氟乙酸。
例如，由四氟乙烯制備二氟乙酸已在US2442995 (杜邦公司(DU PONT DENEMOURS) )8/06/1948中報(bào)道過(guò)，這篇專利披露了一種利用四氟乙烯和氨反應(yīng)生成2，4，6-三(二氟甲基)_均三嗪的方法，然后該2，4，6-三(二氟甲基)_均三嗪在氫氧化鈉存在下水解生成二氟乙酸。
JP07-242587(旭硝子公司)19/09/1994披露了通過(guò)兩個(gè)步驟制備二氟乙酸的方法，其中將四氟乙烯與一種伯胺或仲胺在水和任選地一種叔胺存在下反應(yīng)以獲得一種分子式為CHF2CONR1R2的二氟乙酰胺，然后該二氟乙酰胺在濃酸或濃堿存在下水解生成二氟乙酸。
JP2008-162902(日本中央玻璃公司(CENTRAL GLASS CO LTD)) 17/07/2008 披露T由一種1-燒氧基~1,1,2,2~四氣乙稀(R1O-CF2CF2H)，例如1-甲氧基-1,1,2,2-四氣乙烯，與一種金屬氫氧化物或金屬烷氧化物反應(yīng)制備一種二氟乙酸金屬鹽的方法；該1-烷氧基-1，1，2，2-四氟乙烯R1O-CF2CF2H由四氟乙烯和相應(yīng)的醇R1OH在堿存在下的反應(yīng)來(lái)制備。
這些方法的缺點(diǎn)是復(fù)雜的中間體(比如三嗪，酰胺，烷氧基乙烷)必須在水解反應(yīng)進(jìn)行前制備和分離。另外，中間體的水解反應(yīng)通常是不定量的，并且該過(guò)程中的副產(chǎn)物不易處理或者再循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)過(guò)程。
發(fā)明的披露內(nèi)容
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二氟乙酸可以從四氟乙烯和不昂貴的試劑在不形成需要昂貴的分離和提純操作的副產(chǎn)物的情況下獲得。該反應(yīng)以對(duì)二氟乙酸的高選擇性來(lái)進(jìn)行。
因此，本發(fā)明的目的是一種制備二氟乙酸的方法，包括將四氟乙烯與一種無(wú)機(jī)堿的水溶液反應(yīng)。
制備水性堿溶液的適合的無(wú)機(jī)堿的非 限定實(shí)例是堿金屬和堿土金屬碳酸鹽，堿金屬和堿土金屬碳酸氫鹽，堿金屬和堿土金屬氫氧化物，堿金屬和堿土金屬氧化物，堿金屬和堿土金屬磷酸鹽，堿金屬和堿土金屬磷酸氫鹽。制備該水性堿溶液的無(wú)機(jī)堿優(yōu)選自由堿和堿土金屬氫氧化物，即 LiOH，NaOH, KOH, CsOH, RbOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Mg(OH)2 組成的組。無(wú)機(jī)堿更優(yōu)選自由NaOH，KOH, Ca (OH)2, Ba (OH)2, Mg (OH) 2組成的組。無(wú)機(jī)堿甚至更優(yōu)選自NaOH 和 KOH。
水性堿溶液中該無(wú)機(jī)堿的濃度通常為從0.05M至15M的范圍內(nèi)，優(yōu)選地是0.5M和IOM之間的范圍內(nèi)。
該方法通過(guò)將氣態(tài)的四氟乙烯通入該水性堿溶液中進(jìn)行。
溶解在該水溶液中的無(wú)機(jī)堿和四氟乙烯之間的當(dāng)量比通常在1:1和50: I之間，優(yōu)選地是1.5: I和10: I之間。
該方法可以通過(guò)將四氟乙烯單獨(dú)通入一種水性堿溶液中進(jìn)行?；蛘?，該方法可以通過(guò)將四氟乙烯通入一種包含除水性堿溶液以外的有機(jī)相的液相中進(jìn)行。有機(jī)相的存在可以有利于提高四氟乙烯在發(fā)生反應(yīng)的液態(tài)體系中的溶解度，從而提高四氟乙烯的轉(zhuǎn)化率。
適合的有機(jī)溶劑可以在脂肪族和芳香族化合物，鹵代脂肪族化合物，醚，醇，二醇，酮，酯，酰胺中選擇。上面提到的鹵代脂肪族化合物可以由(氟代)烴，(聚)氫氟醚，氯化烴，全氟化碳，(聚)全氟代醚，全氟三烷基胺制成。全氟化碳中可以提及1，1，1，3，3_五氟丁烷作為一種適合的有機(jī)溶劑。
通常，有機(jī)溶劑選自極性非質(zhì)子溶劑比如二乙二醇二甲基醚(二甘醇二甲醚)，二甲基甲酰胺，二乙基甲酰胺，四氫呋喃，二甲基亞砜，二甲乙酰胺，乙腈，2-甲氧基乙基醚，二乙醚和它們的混合物中。
液相中有機(jī)溶劑的量不是關(guān)鍵的。通常有機(jī)溶劑相對(duì)于水性堿溶液按體積計(jì)算的比例的范圍為從0.1: I 一直到10: 1，優(yōu)選地是從0.5: I 一直到5: I。
根據(jù)有機(jī)溶劑，液相可以是單或雙相。
—種相轉(zhuǎn)移催化劑，即促進(jìn)一種反應(yīng)物從一個(gè)相遷移到發(fā)生反應(yīng)的另一個(gè)相的一種催化劑，可以用在本發(fā)明的過(guò)程中。當(dāng)本方法在雙相液態(tài)體系中進(jìn)行時(shí)，它的使用對(duì)提高反應(yīng)速率可能是有利的。適合的相轉(zhuǎn)移催化劑的非限定性實(shí)例是季銨或鱗鹽，例如四丁基銨或鱗的齒化物，三辛基芐基銨或鱗的齒化物，季銨或鱗鹽與其它鹽比如锍鹽的混合物也可以使用。
對(duì)于該方法來(lái)說(shuō)反應(yīng)壓強(qiáng)不是關(guān)鍵性的。通常，將四氟乙烯在從0.1MPa至1.2MPa的壓力下通入水性堿溶液，優(yōu)選地在從0.1MPa至0.5MPa的壓力下。四氟乙烯可以任選地與一種惰性氣體混合。適合的惰性氣體例如是氮?dú)?、氦氣、氬氣，?yōu)選地是氮?dú)狻Ｔ诒痉椒ㄖ惺褂枚栊詺怏w可以作為一種稀釋劑來(lái)將四氟乙烯的濃度降低到它的可燃點(diǎn)以下。
該反應(yīng)可以在任何適合的溫度下進(jìn)行，通常在10°C至180°C范圍內(nèi)、優(yōu)選在15°C至150°C范圍內(nèi)、并且更優(yōu)選在20°C至120°C范圍內(nèi)的一個(gè)溫度下進(jìn)行。
該反應(yīng)時(shí)間通常在0.5至100小時(shí)之間，優(yōu)選在I至50小時(shí)之間，并且更優(yōu)選在5至30小時(shí)之間。
該過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行，即連續(xù)通入四氟乙烯并且連續(xù)從反應(yīng)器中提取液相。替代地，該過(guò)程可以分批進(jìn)行，通過(guò)在液相中通入固定量的四氟乙烯然后在反應(yīng)結(jié)束后從液相中回收產(chǎn)物而進(jìn)行。
該反應(yīng)結(jié)束后，該液相通常包含分子式為(CF2HCOO)nM的二氟乙酸鹽形式的反應(yīng)產(chǎn)物，其中M是化合價(jià)為n的金屬陽(yáng)離子。通常M選自堿金屬和堿土金屬的陽(yáng)離子，即選自由Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Mg, Sr, Ba組成的組，n是等于I或2的整數(shù)。當(dāng)n = I時(shí)，M優(yōu)選地是Li, Na, K或當(dāng)n = 2時(shí)，M優(yōu)選地是Ca, Mg, Ba。當(dāng)n = I時(shí)，M更優(yōu)選地是Na或K。
將四氟乙烯轉(zhuǎn)化為二氟乙酸鹽(CF2HCOO)nMS程的選擇性通常大于90%，一般大于95%甚至達(dá)到99%。
分子式為(CF2HCOO)nM的鹽可以通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何傳統(tǒng)水解方法轉(zhuǎn)化為二氟乙酸。通常，水解過(guò)程通過(guò)處理一種濃縮的水性酸溶液來(lái)進(jìn)行。(CF2HCOO)nM轉(zhuǎn)化為二氟乙酸一般是定量的。
由于在工藝步驟中的任何一步都沒(méi)有副產(chǎn)物形成，本發(fā)明的方法已被發(fā)現(xiàn)是特別有利的，即使二氟乙酸鹽的產(chǎn)率較低。尤其是本發(fā)明工藝沒(méi)有形成需要分離和適當(dāng)處理的副產(chǎn)物。
當(dāng)四氟乙烯與無(wú)機(jī)堿溶液的反應(yīng)在一種有機(jī)相存在下進(jìn)行時(shí)，將有機(jī)相在水解前除去是優(yōu)選的。該有機(jī)相可以通過(guò)任何傳統(tǒng)的方法，比如通過(guò)在真空下蒸發(fā)，從水相中分離出來(lái)。
然后二氟乙酸可以用標(biāo)準(zhǔn)的分離和提純技術(shù)從水相中回收。
現(xiàn)在將參考以下實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，這些實(shí)例的目的僅是用作說(shuō)明而非限制本發(fā)明的范圍。若任何引用結(jié)合在此的專利、專利申請(qǐng)以及公開(kāi)物中的披露內(nèi)容與本申請(qǐng)的描述相沖突到達(dá)可能導(dǎo)致術(shù)語(yǔ)不清楚的程度，則本說(shuō)明應(yīng)該優(yōu)先。
實(shí)例
實(shí)例I
將一種10M(78ml)K0H水溶液和二甲基甲酰胺(50ml)填裝進(jìn)250ml AISI316的高壓釜中。將該高壓釜冷卻到-50°C/-7(TC，并在減壓下抽空。在磁攪拌下將溫度升高到75°C。將四氟乙烯(總量為0.25摩爾)在0.3MPa的壓力下連續(xù)通入該液相。將該液體混合物攪拌20小時(shí)。冷卻到室溫后，將該液體混合物排出并通過(guò)NMR光譜法分析:隨著四氟乙烯完全反應(yīng)，四氟乙烯轉(zhuǎn)化為CF2HCOOK是定量的。
將該原始的混合物在減壓下加熱到100°C以除去溶劑。將剩下的液體混合物在冷卻的同時(shí)通過(guò)添加濃鹽酸酸化，然后用二乙醚(二乙醚/HCl:l/lv/v)萃取幾次。該有機(jī)提取物用硫酸鎂干燥，然后將干燥的醚提取物分餾。23克(0.24摩爾)純度為的98%的二氟乙酸被分離出來(lái)。
實(shí)例2
使用與實(shí)例I中同樣的步驟,將四氟乙烯(0.14摩爾)與一種7.5M NaOH(60ml)溶液在二乙二醇二甲醚(60ml)存在下反應(yīng)。形成了一種雙相的液體混合物。24小時(shí)后反應(yīng)完成后，將該雙相的原始混合物添加進(jìn)一種分液漏斗。將該兩相分離后進(jìn)行分析:它們都含有CF2HCOONa作為唯一的產(chǎn)物。四氟乙烯到CF2HCOONa的反應(yīng)的選擇性是定量的。上層的有機(jī)相用一種2%的NaOH溶液萃取兩次，并將兩次得到的水相分開(kāi)。
將該收集到的水相集合到一起，通過(guò)添加20%的HCl溶液酸化，然后用二乙醚萃取幾次并像實(shí)例I中描述的那樣分離。12.9克(0.14摩爾)純度為98%的二氟乙酸被分離出來(lái)。
實(shí)例3
使用與實(shí)例I中同樣的步驟，將四氟乙烯(0.1摩爾)與一種10MK0H(78ml)溶液在乙腈(60ml)存在下反應(yīng)。22小時(shí)后，將該液體混合物排出并通過(guò)NMR光譜法分析:隨著四氟乙烯完全反應(yīng)，四氟乙烯轉(zhuǎn)化為HCF2COOK是定量的。
像實(shí)例I中一樣地進(jìn)行產(chǎn)物的分離，得到9.2克(0.1摩爾)純度為98%的二氟乙酸。
實(shí)例4
使用與實(shí)例I中同樣的步驟，將一種7.5M(60ml)NaOH的水溶液與40ml的具有130°C平均沸點(diǎn)的一種全氟聚醚溶劑GALDKNK PFPE以及3ml的一種40%的氫氧化四丁基銨溶液一起添加進(jìn)250ml的AISI316高壓釜中。將該高壓釜在0.3MPa下連接到一個(gè)I升的四氟乙烯容器并將該高壓釜加熱到75°C持續(xù)20小時(shí)。將該液體混合物排出并通過(guò)NMR光譜法分析:雖然發(fā)生反應(yīng)生成CF2HCOONa的四氟乙烯的量較低，但是沒(méi)有副產(chǎn)物生成。基于所轉(zhuǎn)化的四氟乙烯的選擇性是定量的。CF2HCOONa的產(chǎn)率是12%。
實(shí)例5
使用與實(shí)例I中同樣的步驟，將一種7.5M(60ml) NaOH的水溶液添加進(jìn)一種250ml的AISI316高壓釜中，該高壓釜由0.3MPa的四氟乙烯加壓并在攪拌下加熱到75°C持續(xù)20小時(shí)。將該液體混合物排出并通過(guò)NMR光譜法分析。盡管CF2HCOONa的產(chǎn)率較低(1.0%相對(duì)于四氟乙烯)，但是由于所有發(fā)生反應(yīng)的四氟乙烯都轉(zhuǎn)化為CF2HCOONa,沒(méi)有副產(chǎn)物生成。
實(shí)例6
使用與實(shí)例I中同樣的步驟，將一種1.5M(7ml) K2CO3的水溶液和二乙二醇二甲醚(15ml) 一起添加進(jìn)一種100ml AISI316的高壓釜中。形成了一種雙相的液體混合物。該高壓釜由0.3MPa的四氟乙烯加壓并在磁攪拌下在75°C加熱。54小時(shí)后反應(yīng)停止，將該雙相的粗混合物添加進(jìn)一種分液漏斗。分離后將該兩相進(jìn)行NMR分析。盡管CF2HCOONa的產(chǎn)率較低(4.1%相對(duì)于四氟乙烯)，但是 由于所有發(fā)生反應(yīng)的四氟乙烯都轉(zhuǎn)化為CF2HCOONa,沒(méi)有副產(chǎn)物生成。
權(quán)利要求
1.一種制備二氟乙酸的方法，包括將四氟乙烯與無(wú)機(jī)堿的水溶液反應(yīng)以獲得二氟乙酸鹽的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該無(wú)機(jī)堿選自由堿金屬和堿土金屬碳酸鹽，堿金屬和堿土金屬碳酸氫鹽，堿金屬和堿土金屬氫氧化物，堿金屬和堿土金屬氧化物，堿金屬和堿土金屬磷酸鹽，堿金屬和堿土金屬磷酸氫鹽組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該無(wú)機(jī)堿選自由LiOH，NaOH,KOH, CsOH, RbOH,Ca (OH)2, Mg (OH)2, Sr (OH)2, Ba (OH) 2 組成的組。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中該水溶液中無(wú)機(jī)堿的濃度范圍是從0.05M 到 15M。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中該水溶液中無(wú)機(jī)堿和四氟乙烯之間的當(dāng)量比為1:1至50:1。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，在至少一種有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該至少一種有機(jī)溶劑對(duì)該堿水溶液按體積計(jì)算的比例為從0.1: I至Ij 10: I。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中該有機(jī)溶劑選自脂肪族和芳香族化合物，鹵代脂肪族化合物，醚，醇，二醇，酮，酯，酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一項(xiàng)所述的方法，其中該有機(jī)溶劑是極性非質(zhì)子溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該有機(jī)溶劑選自由二乙二醇二甲基醚，二甲基甲酰胺，二乙基甲酰胺，四氫呋喃，二甲基亞砜，二甲基乙酰胺，乙腈，2-甲氧基乙基醚，二乙醚和它們的混合物組成的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求6到10中任一項(xiàng)所述的方法，還包括相轉(zhuǎn)移催化劑。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括水解所述二氟乙酸鹽以獲得二氟乙酸。
全文摘要
提供了一種由四氟乙烯制備二氟乙酸的方法。該方法包括任選地在一種有機(jī)溶劑存在下將四氟乙烯和一種無(wú)機(jī)堿的水溶液反應(yīng)。
文檔編號(hào)C07C51/41GK103201245SQ201180053570
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者V.托爾特利, C.蒙扎尼, I.夫拉西克斯 申請(qǐng)人:索爾維特殊聚合物意大利有限公司