一种二氟乙酸的制备方法与流程

1.本发明涉及有机合成技术领域，尤其是涉及一种二氟乙酸的制备方法。


背景技术：

2.二氟乙酸是一种无色至淡黄色液体，主要用作医药及农药中间体或用作干式蚀刻剂，二氟乙酸及其下游产品二氟乙酸乙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸酐、二氟乙醇、二氟乙胺等都属于高附加值产品，因此，研究二氟乙酸的制备方法具有重要的实际意义。
3.目前二氟乙酸的制备工艺有多种：（1）中国发明专利cn101977885a以二氯乙酰氯为原料，与氢氟酸反应制备二氟乙酰氟，再水解得到二氟乙酸，该工艺中会生成氟化氢，危险性较大，且反应温度高达250～300℃，导致生产成本较高；（2）中国发明专利cn103201245b以四氟乙烯为原料制备二氟乙酸，该工艺中有50%的二氟卡宾没有被利用，原子利用率不高，且四氟乙烯存在易燃易聚合的风险，易与空气混合形成爆炸性混合物，危险性较大；（3）美国专利us2442995a以2,4,6-三(二氟甲基)-s-三嗪为原料制备二氟乙酸，该工艺反应路线较长，且原料2,4,6-三(二氟甲基)-s-三嗪需由氨和四氟乙烯制备而成，导致工艺路线延长，不适合大规模生产；（4）中国发明专利cn103429565b以二氟一氯甲烷和氰化钠为原料制备二氟乙腈及二氟乙酸等衍生物，该工艺中生成的二氟卡宾在较高的温度下容易聚合，导致产品收率低，且氰化钠具有高毒性，不适用于大规模生产；（5）中国发明专利cn109534987b以2-氯-1,1-二氟乙烷为原料，在催化剂下与过氧化氢反应直接生成二氟乙酸，该工艺需要大量的催化剂，导致生产成本过高；（6）中国发明专利cn103052621a以二氯乙酸为原料，与氟化剂进行卤原子交换反应制备二氟乙酸，该工艺中原料二氯乙酸的价格较高，反应温度过高，氟化剂用量较大，导致生产成本较高。
4.因此，急需研发一种制备工艺简单、生产成本较低、原子利用率高的二氟乙酸的制备方法。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是提供一种二氟乙酸的制备方法，以解决现有的二氟乙酸制备方法存在的工艺路线较长、生产成本较高、原子利用率较低的技术问题。
6.本技术实施例提供了一种二氟乙酸的制备方法，包括以下步骤：（1）向醚类溶剂或纯化水中加入镍粉，然后通入一氧化碳，升温搅拌进行反应；（2）降温，通入二氟一氯甲烷，然后再次升温，滴加液碱，滴加完毕后保温进行反应；反应结束后，再次降温，加入过氧化氢，保温进行淬灭反应；淬灭反应结束后，对反应物料进行过滤，滤液经酸化、常压蒸馏，得到二氟乙酸。
7.优选的，步骤（1）中，所述醚类溶剂为四氢呋喃、二乙二醇二甲醚中的任意一种，所述镍粉的粒度为200目。
8.优选的，所述镍粉的加入量为二氟一氯甲烷的0.2～0.6当量，所述一氧化碳的通
入量为二氟一氯甲烷的1.0～1.3当量。
9.优选的，步骤（1）中，反应温度为50℃，反应时间为30min。
10.优选的，步骤（2）中，降温至-25℃后通入二氟一氯甲烷。
11.优选的，步骤（2）中，所述液碱的加入量为二氟一氯甲烷的2.0～2.6当量，所述液碱的滴加时间为30min。
12.优选的，步骤（2）中，再次升温至80～110℃，保温进行反应1～4h。
13.优选的，步骤（2）中，再次降温至室温，所述过氧化氢的加入量为二氟一氯甲烷的1.0当量。
14.优选的，步骤（2）中，淬灭反应温度为室温，反应时间为30min。
15.优选的，步骤（2）中，使用稀硫酸对滤液进行酸化，稀硫酸的加入量为二氟一氯甲烷的1.5当量；常压蒸馏收集130℃的馏分。
16.本发明的有益效果是：本发明提供了一种二氟乙酸的制备方法，采用全新的合成路线，以四氢呋喃等醚类为溶剂，以二氟一氯甲烷为原料，以镍粉为催化剂，镍粉先与一氧化碳反应生成四羰基化镍，二氟一氯甲烷在碱性条件下生成二氟卡宾，二氟卡宾与四羰基化镍反应生成二氟乙酰氯，二氟乙酰氯经碱性水解后再经酸化，即可制备得到二氟乙酸，产物收率达到64%以上，纯度达到99%以上；与现有的制备工艺相比，本发明的制备工艺简单，原料廉价易得，反应条件温和，反应时间短，原子利用率高，产品收率高，后处理工艺简单，镍粉催化剂可以回收套用，生产成本低，反应过程安全且快速高效，对环境友好，适合工业化生产。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本技术实施例15制备得到的酯化产物的气相质谱图。
具体实施方式
19.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本发明所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品，本发明中所使用的方法，如无特殊规定，均为常规的方法。
20.实施例1一种二氟乙酸的制备方法，包括以下步骤：（1）向高压反应釜中加入30.02g二乙二醇二甲醚和2.06g 200目的镍粉（纯度99.5%，0.035mol），放入搅拌磁子，合釜，向釜内通入5mpa的氮气进行置换，重复置换三次将釜内的空气充分置换干净，然后通入4.88g一氧化碳气体（纯度100%，0.174mol），通入完毕后升温至50℃搅拌进行反应，反应30min结束，生成四羰基化镍；反应方程式如下：
（2）待反应釜降温至-25℃，向釜内通入15.05g二氟一氯甲烷气体（纯度100%，0.174mol），然后将反应釜升温至80℃，使用高压泵向釜内滴加46.40g液碱（纯度30.0%，0.348mol），滴加时间为30min，滴加完毕后于80℃下保温反应1h；反应结束后，将反应釜降温至室温，开釜，向釜内加入19.73g过氧化氢（纯度30.0%，0.174mol），室温下保温30min进行淬灭反应；淬灭反应结束后，对反应物料进行过滤，得到固体为黑色的镍粉和部分氯化钠盐，回收镍粉催化剂以套用；得到滤液，使用85.33g稀硫酸（纯度30.0%，0.261mol）对滤液进行酸化，然后进行常压蒸馏，收集130℃馏分，得到二氟乙酸9.69g，通过甲酯化方法间接进行气相检测，测得酯化产物二氟乙酸甲酯的纯度后，经计算得出：二氟乙酸的纯度为99.36%，收率为57.48%；反应方程式如下：实施例2本实施方法和实施例1不同的是，步骤（1）中，向反应釜中加入4.13g 200目的镍粉（纯度99.5%，0.070mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.20g，其计算纯度为99.15%，计算收率为60.17%。
21.实施例3本实施方法和实施例1不同的是，步骤（1）中，向反应釜中加入6.19g 200目的镍粉（纯度99.5%，0.105mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.40g，其计算纯度为99.21%，计算收率为61.59%。
22.由实施例1-3可知，随着二氟一氯甲烷与镍粉的摩尔比从1:0.2增加至1:0.4，产物二氟乙酸的计算收率明显升高，当二氟一氯甲烷与镍粉的摩尔比从1:0.4增加至1:0.6时，产物二氟乙酸的计算收率仍然升高，但升高幅度较小，因此，从经济角度考虑，镍粉的加入量优选为二氟一氯甲烷的0.4当量。
23.实施例4本实施方法和实施例2不同的是，步骤（1）中，向釜内通入5.35g一氧化碳气体（纯度100%，0.191mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.44g，其计算纯度为99.16%，计算收率为62.25%。
24.实施例5本实施方法和实施例2不同的是，步骤（1）中，向釜内通入5.85g一氧化碳气体（纯度100%，0.209mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.51g，其计算纯度为99.10%，计算收率为62.65%。
25.实施例6本实施方法和实施例2不同的是，步骤（1）中，向釜内通入6.33g一氧化碳气体（纯度100%，0.226mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.64g，其计算纯度为99.20%，计算收率为63.17%。
26.由实施例2、4-6可知，随着二氟一氯甲烷与一氧化碳的摩尔比从1:1.0增加至1:1.1，产物二氟乙酸的计算收率明显升高，当二氟一氯甲烷与一氧化碳的摩尔比从1:1.1增加至1:1.3时，产物二氟乙酸的计算收率仍然随之升高，但升高幅度并不明显，因此，从经济角度考虑，一氧化碳的通入量优选为二氟一氯甲烷的1.1当量。
27.实施例7本实施方法和实施例4不同的是，步骤（2）中，向釜内滴加51.07g液碱（纯度30.0%，0.383mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.67g，其计算纯度为99.25%，计算收率为63.76%。
28.实施例8本实施方法和实施例4不同的是，步骤（2）中，向釜内滴加55.73g液碱（纯度30.0%，0.418mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸10.08g，其计算纯度为99.05%，计算收率为60.06%。
29.实施例9本实施方法和实施例4不同的是，步骤（2）中，向釜内滴加60.27g液碱（纯度30.0%，0.452mol），其他步骤相同，得到二氟乙酸9.20g，其计算纯度为99.43%，计算收率为55.32%。
30.由实施例4、7-9可知，随着二氟一氯甲烷与液碱的摩尔比从1:2.0增加至1:2.2，产物二氟乙酸的计算收率明显升高，当二氟一氯甲烷与液碱的摩尔比从1:2.2增加至1:2.6时，产物二氟乙酸的计算收率明显降低，因此，液碱的加入量优选为二氟一氯甲烷的2.2当量。
31.实施例10本实施方法和实施例7不同的是，步骤（2）中，将反应釜升温至95℃，于95℃下保温反应，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.73g，其计算纯度为99.11%，计算收率为64.05%。
32.实施例11本实施方法和实施例7不同的是，步骤（2）中，将反应釜升温至110℃，于110℃下保温反应，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.40g，其计算纯度为99.21%，计算收率为61.59%。
33.由实施例7、10-11可知，随着反应温度从80℃升高至95℃，产物二氟乙酸的计算收率明显升高，当反应温度从95℃升高至110℃时，产物二氟乙酸的计算收率明显降低，因此，
反应温度优选为95℃。
34.实施例12本实施方法和实施例10不同的是，步骤（2）中，保温反应2h，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.87g，其计算纯度为99.17%，计算收率为64.46%。
35.实施例13本实施方法和实施例10不同的是，步骤（2）中，保温反应3h，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.79g，其计算纯度为99.33%，计算收率为64.55%。
36.实施例14本实施方法和实施例10不同的是，步骤（2）中，保温反应4h，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.85g，其计算纯度为99.27%，计算收率为64.87%。
37.由实施例10、12-14可知，随着反应时间从1h延长至2h，产物二氟乙酸的计算收率明显升高，当反应时间从2h延长至4h，产物二氟乙酸的计算收率仍然随之升高，但升高幅度较小，考虑到延长反应时间会增加成本，因此反应时间优选为2h。
38.实施例15本实施方法和实施例12不同的是，步骤（1）中，向反应釜中加入30.04g四氢呋喃作为醚类溶剂，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.96g，其计算纯度为99.34%，计算收率为65.28%。
39.实施例16本实施方法和实施例12不同的是，步骤（1）中，向反应釜中加入30.06g纯化水作为溶剂，其他步骤相同，得到二氟乙酸10.28g，其计算纯度为99.13%，计算收率为61.30%。
40.由实施例12、15-16可知，随着溶剂种类的变化，产物二氟乙酸的计算收率会随之发生变化，选用四氢呋喃作为溶剂时，产物二氟乙酸的计算收率最高，二乙二醇二甲醚次之，纯化水最差，因此，溶剂优选为醚类溶剂四氢呋喃。
41.请参阅表1，为实施例1-16的实验数据与实验结果的汇总。
42.表1 实施例1-16的实验数据与实验结果汇总表
由表1可知，以四氢呋喃为醚类溶剂，以二氟一氯甲烷为原料，以镍粉为催化剂，当四羰基化镍制备反应中镍粉的加入量为二氟一氯甲烷的0.4当量、一氧化碳的通入量为二氟一氯甲烷的1.1当量、反应温度为50℃、反应时间为30min，二氟乙酸制备反应中液碱的加入量为二氟一氯甲烷的2.2当量、反应温度为95℃、反应时间为2h，淬灭反应中过氧化氢的加入量为二氟一氯甲烷的1.0当量、反应温度为室温、反应时间为30min，酸化反应中稀硫酸的加入量为二氟一氯甲烷的1.5当量时，产物二氟乙酸的计算收率达到65.28%。
43.将实施例15制备得到的酯化产物进行检测，测得其气相质谱图如图1所示。从图1中可以看出，检测得到的质谱数据与二氟乙酸甲酯的数据相吻合，由此可知，该酯化产物为二氟乙酸甲酯，间接证明实施例15制备得到的产物为二氟乙酸，即本技术的制备方法制备得到的产物为二氟乙酸。
44.综上所述，本发明提供了一种二氟乙酸的制备方法，采用全新的合成路线，以四氢呋喃等醚类为溶剂，以二氟一氯甲烷为原料，以镍粉为催化剂，镍粉先与一氧化碳反应生成四羰基化镍，二氟一氯甲烷在碱性条件下生成二氟卡宾，二氟卡宾与四羰基化镍反应生成
二氟乙酰氯，二氟乙酰氯经碱性水解后再经酸化，即可制备得到二氟乙酸，产物收率达到64%以上，纯度达到99%以上；与现有的制备工艺相比，本发明的制备工艺简单，原料廉价易得，反应条件温和，反应时间短，原子利用率高，产品收率高，后处理工艺简单，镍粉催化剂可以回收套用，生产成本低，反应过程安全且快速高效，对环境友好，适合工业化生产，可广泛应用于有机合成技术领域。
45.需要说明的是：在对产物二氟乙酸进行检测时，由于二氟乙酸的气相响应值不高，无法检测其纯度，因此采用甲酯化的方法，通过测量酯化产物的纯度，间接计算出二氟乙酸的纯度和收率。
46.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种二氟乙酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）向醚类溶剂或纯化水中加入镍粉，然后通入一氧化碳，升温搅拌进行反应；（2）降温，通入二氟一氯甲烷，然后再次升温，滴加液碱，滴加完毕后保温进行反应；反应结束后，再次降温，加入过氧化氢，保温进行淬灭反应；淬灭反应结束后，对反应物料进行过滤，滤液经酸化、常压蒸馏，得到二氟乙酸。2.根据权利要求1所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述醚类溶剂为四氢呋喃、二乙二醇二甲醚中的任意一种，所述镍粉的粒度为200目。3.根据权利要求1所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，所述镍粉的加入量为二氟一氯甲烷的0.2～0.6当量，所述一氧化碳的通入量为二氟一氯甲烷的1.0～1.3当量。4.根据权利要求1或2或3所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，反应温度为50℃，反应时间为30min。5.根据权利要求1所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，降温至-25℃后通入二氟一氯甲烷。6.根据权利要求1所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述液碱的加入量为二氟一氯甲烷的2.0～2.6当量，所述液碱的滴加时间为30min。7.根据权利要求1或6所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，再次升温至80～110℃，保温进行反应1～4h。8.根据权利要求1所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，再次降温至室温，所述过氧化氢的加入量为二氟一氯甲烷的1.0当量。9.根据权利要求1或8所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，淬灭反应温度为室温，反应时间为30min。10.根据权利要求1所述的二氟乙酸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使用稀硫酸对滤液进行酸化，稀硫酸的加入量为二氟一氯甲烷的1.5当量；常压蒸馏收集130℃的馏分。

技术总结
本发明提供了一种二氟乙酸的制备方法，采用全新的合成路线，以四氢呋喃等醚类为溶剂，以二氟一氯甲烷为原料，以镍粉为催化剂，镍粉先与一氧化碳反应生成四羰基化镍，二氟一氯甲烷在碱性条件下生成二氟卡宾，二氟卡宾与四羰基化镍反应生成二氟乙酰氯，二氟乙酰氯经碱性水解后再经酸化，即可制备得到二氟乙酸，产物收率达到64%以上，纯度达到99%以上；与现有的制备工艺相比，本发明的制备工艺简单，原料廉价易得，反应条件温和，反应时间短，原子利用率高，产品收率高，后处理工艺简单，镍粉催化剂可以回收套用，生产成本低，反应过程安全且快速高效，对环境友好，适合工业化生产，属于有机合成技术领域。成技术领域。成技术领域。


技术研发人员：刘聪 王生忠 程贺
受保护的技术使用者：国邦医药集团股份有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/8/24