2，2，2-三氟乙腈的制備與應用前景展望

李 華 楊汪松 蔣 強 徐衛(wèi)國

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

2，2，2-三氟乙腈，結構式為CF3CN，分子式為C2F3N，分子量為95.02，沸點為-64℃～-65℃。CAS號為353-85-5。三氟乙腈為低沸點高毒性化合物，作為活潑的親電試劑可以合成很多雜環(huán)化合物，在農(nóng)藥、醫(yī)藥方面具有廣泛的應用。

1 制備

三氟乙腈的合成方法較多，按照反應原料的不同分為如下幾類：

1.1 以三氯乙腈為原料

反應方程式如下所示：

美國Dow Chemical Company的Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［1］報道了一種以三氯乙腈和無水氟化氫為原料，在氟化催化劑CrF3存在下，經(jīng)氣相氟氯交換反應制備三氟乙腈的方法。在反應溫度300℃～600℃，接觸時間1～20s下能得到較好的結果。在反應溫度450℃，接觸時間1.7s，HF與三氯乙腈摩爾比4.6情況下，得到產(chǎn)物中含有3.6％三氟乙腈、51.2％一氟二氯乙腈、32.6％二氟一氯乙腈、4.9％三氯乙腈和1.7％三氟氯甲烷；當接觸時間、摩爾比分別增加到8.6s和9.0時，得到產(chǎn)物中含有26.4％三氟乙腈、3.12％一氟二氯乙腈、66.5％二氟一氯乙腈。中間產(chǎn)物一氟二氯乙腈和二氟一氯乙腈可以繼續(xù)氟化成二氟一氯乙腈和三氟乙腈。

三氟乙腈的收率較低，且得到的產(chǎn)品結構復雜，反應選擇性低。

1.2 以氯化腈為原料

反應方程式如下所示：

美國Dow Chemical Company的 Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［2］報道了一種以氯化腈為原料，在催化劑MgO存在下，經(jīng)氣相氟氯交換反應制備三氟乙腈的方法。如在反應溫度635℃、接觸時間11.9s下，氯化腈與一氯二氟甲烷（摩爾比1.03）反應，可得到51.5％收率的一氯二氟乙腈、8.0％收率的2-氯四氟丙腈和7.0％收率的三氟乙腈。又如在反應溫度700℃、接觸時間7.5s下，氯化腈與三氟甲烷（摩爾比0.5）反應，可得到三氟乙腈、一氯三氟甲烷和一氯二氟乙腈。

以氯化腈為原料，在氟化鉻或氧化鎂為催化劑下進行氣相氟氯交換反應。反應選擇性差，產(chǎn)品復雜，三氟乙腈收率很低，約為3.6％～26.4％。

1.3 以HCFC113a為原料

反應方程式如下所示：

日本大金公司報道了以HCFC113a和氨氣為原料制備三氟乙腈的方法［3］。在石英管反應器中，NH3與CF3CCl3的流速比為1.1～1.3：1，反應溫度為650℃～790℃，空速為39.4～78.8h-1的條件下反應，生成三氟乙腈、CF3H與三氯乙腈的混合物。其中三氟乙腈的收率為46.3％～64.7％。

1.4 以全氟乙烷為原料

反應方程式如下所示：

日本大金公司報道了以全氟乙烷和氨氣為原料制備三氟乙腈的方法［3］。六氯乙烷和氨氣以一定的摩爾比通過反應管，反應管長為750mm，內(nèi)徑為23mm，反應溫度為730℃，空速為78.8h-1，反應后得到的三氟乙腈收率為64.7％，原料六氟乙烷的轉化率為100％。

1.5 以乙腈為原料進行氣相氟化或電氟化反應制備三氟乙腈

反應機理如下所示：

以乙腈和氟化氫為原料進行電氟化反應制備三氟乙腈［4］。該方法是文獻報道的較早的合成三氟乙腈的方法，在20世紀60～70年代針對該方法的研究報道很多，是60～70年代的研究熱點。電氟化反應中得到的產(chǎn)物為三氟乙腈、四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷等化合物的混合物。

電化氟化反應中對所需原料要求很高，純度要求為99.9％，反應溫度嚴格控制在0℃。反應后得到的三氟乙腈含量為8.7％～39.8％。得到的產(chǎn)物復雜，均為低沸點氣體，為以后的提純帶來很大的隱患。但是此類方法也是原子經(jīng)濟性最好的合成方法。

1.6 擬鹵化物與金屬氟化物進行電解氟化反應制備三氟乙腈

擬鹵化物為（SCN）2、（CN）2或NCCl等化合物，與金屬氟化物如NaF、CaF2、NaAlF4、CaF2-NaF-KF等進行電解反表應制備三氟乙腈。得到的產(chǎn)物為四氟甲烷、六氟乙烷與三氟乙腈的混合物，其中三氟乙腈的收率為4.85％～14.95％［5］。

1.7 金屬腈化物或硫腈酸鹽進行電解氟化反應制備三氟乙腈

1000g如下組成的混合物（氟化鈣，30％；氟化鎂，35％；氟化鋰，35％）加熱至850℃后，以Pb（550g）為陰極，以氰化鈉（60g）和C為陽極，在電解電勢為7.8V的電解池中進行電解反應。電解反應后得到的產(chǎn)物中三氟乙腈為24％，（CN）2為32.5％，CF4為11％，C2F6為3.7％［6］。

1.8 三氟乙酸胺脫水反應制備三氟乙腈

隨著三氟乙酸下游產(chǎn)品的不斷進步與發(fā)展，以三氟乙酰胺為原料經(jīng)脫水反應制備三氟乙腈的方法已經(jīng)成為目前的研究熱點。該方法具有反應定向性好，反應選擇性高，產(chǎn)物收率高等優(yōu)點。

反應方程式如下所示：

三氟乙酰胺脫水反應制備三氟乙腈的實驗中，使用的脫水劑分為三氟乙酸酐/吡啶與三苯基鏻/四氯化碳/無機堿兩類。其中以三氟乙酸酐/吡啶為脫水劑的反應機理［7］如下所示：

三氟乙酰胺與三苯基鏻/四氯化碳無機堿反應制備三氟乙腈［8-9］的反應機理報道有兩種，分別如下所示：

另一反應機理：

以三氟乙酰胺為原料制備三氟乙腈，反應定向性強，選擇性好，收率高，大于85％，而且反應后得到的產(chǎn)品易分離提純，是目前為止最具有工業(yè)化應用前景的三氟乙腈生產(chǎn)路線。

2 應用

三氟乙腈作為活潑的親電試劑廣泛用于含三氟甲基的雜環(huán)化合物的合成中。含有三氟甲基的雜環(huán)化合物的合成方法分為直接引入法和砌塊法兩大類。其中的直接引入法是利用三氟甲基化試劑，將雜環(huán)取代基中的鹵素置換為三氟甲基。現(xiàn)有的三氟甲基化試劑分為親電三氟甲基化試劑、親核三氟甲基化試劑與自由基三氟甲基化試劑三類，售價很高，導致生產(chǎn)出來的產(chǎn)品成本較高。砌塊法就是利用含三氟甲基的有機砌塊，直接合成帶有三氟甲基的雜環(huán)化合物。砌塊法相對直接引入三氟甲基法，反應步驟減少，原料成本較低。三氟乙腈就是合成含有三氟甲基的C-N雜環(huán)化合物的活潑反應砌塊。三氟乙腈可以與鏻葉立德反應合成物質A［10］；與溴和氟化銫進行氟溴化反應合成物質B［11］；與羥胺反應生成物質C［12］；合成一系列含三氟甲基的吡啶和嘧啶類化合物，物質D-H［13］。

反應方程與得到的物質結構如下所示：

3 應用前景展望

目前，含氟、雜環(huán)、手性化合物的合成是新藥研發(fā)的熱點。隨著含氟農(nóng)藥醫(yī)藥的不斷發(fā)展，用到的含有三氟甲基的雜環(huán)化合物種類日益增多，產(chǎn)品量也日益增大。三氟乙腈作為活潑的親電試劑，可以方便的合成很多種含三氟甲基的C-N雜環(huán)化合物。因此，隨著含氟農(nóng)藥和醫(yī)藥的不斷發(fā)展，對其需求量也會越來越大。

國外較早的進行了三氟乙腈的研發(fā)生產(chǎn)，日本的大金公司，美國的鹵碳公司和道化學公司都有三氟乙腈的生產(chǎn)能力。國內(nèi)還沒有能力實現(xiàn)三氟乙腈的工業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)市場缺口很大，主要依靠從國外大公司進口三氟乙腈，合成一些含三氟甲基的農(nóng)藥與醫(yī)藥中間體。因此，盡快加快三氟乙腈的開發(fā)生產(chǎn)，促進三氟乙腈的利用，對于滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要，促進我國氟化學工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

［1］Robert P Ruh，Ralph A Davis.Fluorination of perhaloacetonitriles over an improced chromium fluoride catalyse：US，2745867［P］.1956-05-15.

［2］RobertP Ruh，Ralph A Davis.Preparation of fluoronitriles：US，2939878［P］.1960-06-07.

［3］Takamatsu Shiyuuichi，Misaki Susumu.Preparation of fluoronitriles：JP，59118751［P］.1984-07-09.

［4］Kenkyu Hokoku-AsahiGarasu Kogyo Gijutsu Shoreikai，1975，27：1-10.

［5］Minnesota Mining.Electrolysis of metal fluorides in the presence of a pseudo-halogen：US，3032488［P］.1962-05-01.

［6］Franciszek olstowski.Preparation of fluorocarbon nitriles：US，3017336［P］.1962-01-16.

［7］Campagna F，Cartti A，Carsini G.A convenient synthesis of nitriles from primary amides under mild conditions［J］.Tetrahedron letters，1977，（21）：1813-1816.

［8］Marshall H Parker.A Conveniert preparation of trifluoroacetonitrile application to the synthesis of a novel pyrimidinone builiding block［J］.Synthesis Communications，2004，34（5）：903-907.

［9］Eisaku Yamato，Shigehiko Sugasawa.Preparation of nitrile from primary amide［J］.Tetrahedron letters，1970，50：4383-4384.

［10］Engelbert Ciganek.Iminophosphoranes from the reaction of ylide with nitriles［J］.J.Org.Chem.，1970，35：3631-3636.

［11］Franklin A Davis.An efficient synthesis of N-bromoperhalo-1-alkanimines［J］.J.Org.Chem.，1984，49：1467-1469.

［12］William J Middleton.Trifluoroacetonitrile oxide［J］.J.Org.Chem.，1984，49：919-922.

［13］Len F Lee，Y Larry Sing.Synthesis of trifluoromethylated pyridinones and pyrimidinones［J］.J.Org.Chem.，1990，55：380-384.