李 華 楊汪松 蔣 強(qiáng) 徐衛(wèi)國(guó)

（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(jié)構(gòu)式為CF3CN，分子式為C2F3N，分子量為95.02，沸點(diǎn)為-64℃～-65℃。CAS號(hào)為353-85-5。三氟乙腈為低沸點(diǎn)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(yīng)用。

1 制備

三氟乙腈的合成方法較多，按照反應(yīng)原料的不同分為如下幾類：

1.1 以三氯乙腈為原料

反應(yīng)方程式如下所示：

美國(guó)Dow Chemical Company的Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［1］報(bào)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(yīng)制備三氟乙腈的方法。在反應(yīng)溫度300℃～600℃，接觸時(shí)間1～20s下能得到較好的結(jié)果。在反應(yīng)溫度450℃，接觸時(shí)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(dāng)接觸時(shí)間、摩爾比分別增加到8.6s和9.0時(shí)，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(jié)構(gòu)復(fù)雜，反應(yīng)選擇性低。

1.2 以氯化腈為原料

反應(yīng)方程式如下所示：

美國(guó)Dow Chemical Company的 Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［2］報(bào)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(yīng)制備三氟乙腈的方法。如在反應(yīng)溫度635℃、接觸時(shí)間11.9s下，氯化腈與一氯二氟甲烷（摩爾比1.03）反應(yīng)，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(yīng)溫度700℃、接觸時(shí)間7.5s下，氯化腈與三氟甲烷（摩爾比0.5）反應(yīng)，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(jìn)行氣相氟氯交換反應(yīng)。反應(yīng)選擇性差，產(chǎn)品復(fù)雜，三氟乙腈收率很低，約為3.6％～26.4％。

1.3 以HCFC113a為原料

反應(yīng)方程式如下所示：

日本大金公司報(bào)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(yīng)器中，NH3與CF3CCl3的流速比為1.1～1.3：1，反應(yīng)溫度為650℃～790℃，空速為39.4～78.8h-1的條件下反應(yīng)，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(yīng)方程式如下所示：

日本大金公司報(bào)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(yīng)管，反應(yīng)管長(zhǎng)為750mm，內(nèi)徑為23mm，反應(yīng)溫度為730℃，空速為78.8h-1，反應(yīng)后得到的三氟乙腈收率為64.7％，原料六氟乙烷的轉(zhuǎn)化率為100％。

1.5 以乙腈為原料進(jìn)行氣相氟化或電氟化反應(yīng)制備三氟乙腈

反應(yīng)機(jī)理如下所示：

以乙腈和氟化氫為原料進(jìn)行電氟化反應(yīng)制備三氟乙腈［4］。該方法是文獻(xiàn)報(bào)道的較早的合成三氟乙腈的方法，在20世紀(jì)60～70年代針對(duì)該方法的研究報(bào)道很多，是60～70年代的研究熱點(diǎn)。電氟化反應(yīng)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(yīng)中對(duì)所需原料要求很高，純度要求為99.9％，反應(yīng)溫度嚴(yán)格控制在0℃。反應(yīng)后得到的三氟乙腈含量為8.7％～39.8％。得到的產(chǎn)物復(fù)雜，均為低沸點(diǎn)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(jì)性最好的合成方法。

1.6 擬鹵化物與金屬氟化物進(jìn)行電解氟化反應(yīng)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(jìn)行電解反表應(yīng)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(jìn)行電解氟化反應(yīng)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(shì)為7.8V的電解池中進(jìn)行電解反應(yīng)。電解反應(yīng)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(yīng)制備三氟乙腈

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

反應(yīng)方程式如下所示：

三氟乙酰胺脫水反應(yīng)制備三氟乙腈的實(shí)驗(yàn)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(jī)堿兩類。其中以三氟乙酸酐/吡啶為脫水劑的反應(yīng)機(jī)理［7］如下所示：

三氟乙酰胺與三苯基鏻/四氯化碳無機(jī)堿反應(yīng)制備三氟乙腈［8-9］的反應(yīng)機(jī)理報(bào)道有兩種，分別如下所示：

另一反應(yīng)機(jī)理：

以三氟乙酰胺為原料制備三氟乙腈，反應(yīng)定向性強(qiáng)，選擇性好，收率高，大于85％，而且反應(yīng)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(yīng)用前景的三氟乙腈生產(chǎn)路線。

2 應(yīng)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?，F(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(jià)很高，導(dǎo)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(jī)砌塊，直接合成帶有三氟甲基的雜環(huán)化合物。砌塊法相對(duì)直接引入三氟甲基法，反應(yīng)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(yīng)砌塊。三氟乙腈可以與鏻葉立德反應(yīng)合成物質(zhì)A［10］；與溴和氟化銫進(jìn)行氟溴化反應(yīng)合成物質(zhì)B［11］；與羥胺反應(yīng)生成物質(zhì)C［12］；合成一系列含三氟甲基的吡啶和嘧啶類化合物，物質(zhì)D-H［13］。

反應(yīng)方程與得到的物質(zhì)結(jié)構(gòu)如下所示：

3 應(yīng)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(diǎn)。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(duì)其需求量也會(huì)越來越大。

國(guó)外較早的進(jìn)行了三氟乙腈的研發(fā)生產(chǎn)，日本的大金公司，美國(guó)的鹵碳公司和道化學(xué)公司都有三氟乙腈的生產(chǎn)能力。國(guó)內(nèi)還沒有能力實(shí)現(xiàn)三氟乙腈的工業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)缺口很大，主要依靠從國(guó)外大公司進(jìn)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(jìn)三氟乙腈的利用，對(duì)于滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要，促進(jìn)我國(guó)氟化學(xué)工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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