2，2，2-三氟乙腈的制备与应用前景展望

李 华 杨汪松 蒋 强 徐卫国

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

2，2，2-三氟乙腈，结构式为CF3CN，分子式为C2F3N，分子量为95.02，沸点为-64℃～-65℃。CAS号为353-85-5。三氟乙腈为低沸点高毒性化合物，作为活泼的亲电试剂可以合成很多杂环化合物，在农药、医药方面具有广泛的应用。

1 制备

三氟乙腈的合成方法较多，按照反应原料的不同分为如下几类：

1.1 以三氯乙腈为原料

反应方程式如下所示：

美国Dow Chemical Company的Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［1］报道了一种以三氯乙腈和无水氟化氢为原料，在氟化催化剂CrF3存在下，经气相氟氯交换反应制备三氟乙腈的方法。在反应温度300℃～600℃，接触时间1～20s下能得到较好的结果。在反应温度450℃，接触时间1.7s，HF与三氯乙腈摩尔比4.6情况下，得到产物中含有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；当接触时间、摩尔比分别增加到8.6s和9.0时，得到产物中含有26.4％三氟乙腈、3.12％一氟二氯乙腈、66.5％二氟一氯乙腈。中间产物一氟二氯乙腈和二氟一氯乙腈可以继续氟化成二氟一氯乙腈和三氟乙腈。

三氟乙腈的收率较低，且得到的产品结构复杂，反应选择性低。

1.2 以氯化腈为原料

反应方程式如下所示：

美国Dow Chemical Company的 Robert P.Ruh和Ralph A.Davis［2］报道了一种以氯化腈为原料，在催化剂MgO存在下，经气相氟氯交换反应制备三氟乙腈的方法。如在反应温度635℃、接触时间11.9s下，氯化腈与一氯二氟甲烷（摩尔比1.03）反应，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。又如在反应温度700℃、接触时间7.5s下，氯化腈与三氟甲烷（摩尔比0.5）反应，可得到三氟乙腈、一氯三氟甲烷和一氯二氟乙腈。

以氯化腈为原料，在氟化铬或氧化镁为催化剂下进行气相氟氯交换反应。反应选择性差，产品复杂，三氟乙腈收率很低，约为3.6％～26.4％。

1.3 以HCFC113a为原料

反应方程式如下所示：

日本大金公司报道了以HCFC113a和氨气为原料制备三氟乙腈的方法［3］。在石英管反应器中，NH3与CF3CCl3的流速比为1.1～1.3：1，反应温度为650℃～790℃，空速为39.4～78.8h-1的条件下反应，生成三氟乙腈、CF3H与三氯乙腈的混合物。其中三氟乙腈的收率为46.3％～64.7％。

1.4 以全氟乙烷为原料

反应方程式如下所示：

日本大金公司报道了以全氟乙烷和氨气为原料制备三氟乙腈的方法［3］。六氯乙烷和氨气以一定的摩尔比通过反应管，反应管长为750mm，内径为23mm，反应温度为730℃，空速为78.8h-1，反应后得到的三氟乙腈收率为64.7％，原料六氟乙烷的转化率为100％。

1.5 以乙腈为原料进行气相氟化或电氟化反应制备三氟乙腈

反应机理如下所示：

以乙腈和氟化氢为原料进行电氟化反应制备三氟乙腈［4］。该方法是文献报道的较早的合成三氟乙腈的方法，在20世纪60～70年代针对该方法的研究报道很多，是60～70年代的研究热点。电氟化反应中得到的产物为三氟乙腈、四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷等化合物的混合物。

电化氟化反应中对所需原料要求很高，纯度要求为99.9％，反应温度严格控制在0℃。反应后得到的三氟乙腈含量为8.7％～39.8％。得到的产物复杂，均为低沸点气体，为以后的提纯带来很大的隐患。但是此类方法也是原子经济性最好的合成方法。

1.6 拟卤化物与金属氟化物进行电解氟化反应制备三氟乙腈

拟卤化物为（SCN）2、（CN）2或NCCl等化合物，与金属氟化物如NaF、CaF2、NaAlF4、CaF2-NaF-KF等进行电解反表应制备三氟乙腈。得到的产物为四氟甲烷、六氟乙烷与三氟乙腈的混合物，其中三氟乙腈的收率为4.85％～14.95％［5］。

1.7 金属腈化物或硫腈酸盐进行电解氟化反应制备三氟乙腈

1000g如下组成的混合物（氟化钙，30％；氟化镁，35％；氟化锂，35％）加热至850℃后，以Pb（550g）为阴极，以氰化钠（60g）和C为阳极，在电解电势为7.8V的电解池中进行电解反应。电解反应后得到的产物中三氟乙腈为24％，（CN）2为32.5％，CF4为11％，C2F6为3.7％［6］。

1.8 三氟乙酸胺脱水反应制备三氟乙腈

随着三氟乙酸下游产品的不断进步与发展，以三氟乙酰胺为原料经脱水反应制备三氟乙腈的方法已经成为目前的研究热点。该方法具有反应定向性好，反应选择性高，产物收率高等优点。

反应方程式如下所示：

三氟乙酰胺脱水反应制备三氟乙腈的实验中，使用的脱水剂分为三氟乙酸酐/吡啶与三苯基鏻/四氯化碳/无机碱两类。其中以三氟乙酸酐/吡啶为脱水剂的反应机理［7］如下所示：

三氟乙酰胺与三苯基鏻/四氯化碳无机碱反应制备三氟乙腈［8-9］的反应机理报道有两种，分别如下所示：

另一反应机理：

以三氟乙酰胺为原料制备三氟乙腈，反应定向性强，选择性好，收率高，大于85％，而且反应后得到的产品易分离提纯，是目前为止最具有工业化应用前景的三氟乙腈生产路线。

2 应用

三氟乙腈作为活泼的亲电试剂广泛用于含三氟甲基的杂环化合物的合成中。含有三氟甲基的杂环化合物的合成方法分为直接引入法和砌块法两大类。其中的直接引入法是利用三氟甲基化试剂，将杂环取代基中的卤素置换为三氟甲基。现有的三氟甲基化试剂分为亲电三氟甲基化试剂、亲核三氟甲基化试剂与自由基三氟甲基化试剂三类，售价很高，导致生产出来的产品成本较高。砌块法就是利用含三氟甲基的有机砌块，直接合成带有三氟甲基的杂环化合物。砌块法相对直接引入三氟甲基法，反应步骤减少，原料成本较低。三氟乙腈就是合成含有三氟甲基的C-N杂环化合物的活泼反应砌块。三氟乙腈可以与鏻叶立德反应合成物质A［10］；与溴和氟化铯进行氟溴化反应合成物质B［11］；与羟胺反应生成物质C［12］；合成一系列含三氟甲基的吡啶和嘧啶类化合物，物质D-H［13］。

反应方程与得到的物质结构如下所示：

3 应用前景展望

目前，含氟、杂环、手性化合物的合成是新药研发的热点。随着含氟农药医药的不断发展，用到的含有三氟甲基的杂环化合物种类日益增多，产品量也日益增大。三氟乙腈作为活泼的亲电试剂，可以方便的合成很多种含三氟甲基的C-N杂环化合物。因此，随着含氟农药和医药的不断发展，对其需求量也会越来越大。

国外较早的进行了三氟乙腈的研发生产，日本的大金公司，美国的卤碳公司和道化学公司都有三氟乙腈的生产能力。国内还没有能力实现三氟乙腈的工业化生产，国内市场缺口很大，主要依靠从国外大公司进口三氟乙腈，合成一些含三氟甲基的农药与医药中间体。因此，尽快加快三氟乙腈的开发生产，促进三氟乙腈的利用，对于满足国内生产需要，促进我国氟化学工业的发展具有重要意义。

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