卤素-镁交换法合成2-三氟甲基丙烯酸*

赵 娟，万 洪，冯晓军，徐洪涛，吕 剑

(西安近代化学研究所，陕西 西安 710065)

·研究简报·

卤素-镁交换法合成2-三氟甲基丙烯酸*

赵 娟，万 洪，冯晓军，徐洪涛，吕 剑

(西安近代化学研究所，陕西 西安 710065)

以2-溴-3,3,3-三氟丙烯(1)为原料,经卤素-镁交换反应制得中间体三氟异丙烯基格氏试剂(2)；2分别与CO2，正丁醛，苯甲醛和苯甲酰氯反应合成了2-三氟甲基丙烯酸(3a),2-三氟甲基-1-己烯-3-醇(3b),1-苯基-2-三氟甲基-2-丙烯-1-醇(3c)和1-苯基-4-三氟甲基-4-丁烯-1-酮(3d)，其中3d为新化合物，其结构经1H NMR，13C NMR，IR，MS和元素分析表征。考察了交换试剂、物料比、温度和反应时间对3a产率的影响。在最优反应条件[以i-PrMgBr/LiCl为交换试剂，150mmol，n(2-溴丙烷)∶n(1)=1.25∶1.00，于-60℃反应2h]下，3a收率64.3%。

卤素-镁交换；2-三氟甲基丙烯酸；三氟异丙烯基格氏试剂；合成

2-三氟甲基丙烯酸(3a)作为一种重要的含氟有机中间体，是合成含氟农药、含氟医药和含氟树脂等多种化工产品的原料，在医学、农业和材料科学等诸多领域均有广泛应用[1]。3a的合成方法已多有文献报道，但是仍存在原料昂贵、毒性大、反应过程复杂和产物分离困难等缺点，需进一步探索和优化。以2-溴-3,3,3-三氟丙烯(1)为原料合成3a是目前最具应用前景的路线之一[2-6]。

基于此，本文以1为原料,经卤素-镁交换反应制得中间体三氟异丙烯基格氏试剂(2)；2与CO2反应合成了2-三氟甲基丙烯酸(3a，Scheme 1),并对反应条件进行了优化。在最佳反应条件[以i-PrMgBr/LiCl为交换试剂，150mmol，n(2-溴丙烷)∶n(1)=1.25∶ 1.00，于-60℃反应2h]下，3a收率64.3%。

本文对该反应进行延伸，将2分别与正丁醛，苯甲醛和苯甲酰氯进行反应，合成了2-三氟甲基-1-己烯-3-醇(3b),1-苯基-2-三氟甲基-2-丙烯-1-醇(3c)和1-苯基-4-三氟甲基-4-丁烯-1-酮(3d)，其中3d为新化合物，其结构经1H NMR，13C NMR，IR，MS和元素分析表征。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

INOVA 500MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Nexus 870型傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片)；ITQ700TM型气相色谱质谱联用仪；Vario EL CHN型元素分析仪。

所用试剂均为分析纯,使用前经干燥处理。

1．2 合成

(1)3a的合成

氮气保护下，在烧瓶中加入THF 80mL，镁屑1.5g(62.5mmol)和2-溴丙烷7.7g(62.5mmol)，搅拌下于室温反应2h。加入无水LiCl 2.6g(62.5mmol)，于-60℃滴加18.8g(50mmol)的THF(20mL)溶液，滴毕，于-60℃反应2h得2。于-60℃通入二氧化碳，反应2h。升温至室温，用10%硫酸(25mL)酸化，乙醚萃取，合并有机相，用无水MgSO4干燥后减压蒸馏，收集84℃～86℃/10KPa馏分得白色固体3a4.5g，收率64.3%，纯度99.4%；1H NMRδ：6.60(d，J=1.1Hz，1H)，6.88(m，1H)，11.67(s，1H)；13C NMRδ：121.0(q，J=270.6Hz)，130.8(q，J=32.2Hz)，135.4(q，J=5.0Hz)，166.9；IRν：3418，2680，2591，2512，1718，1149，1107cm-1；GC-MSm/z：140[M+]。

(2)3b的合成

按1.2(1)反应制得2，于-60℃滴加正丁醛3.6g(50mmol)的THF(20mL)溶液，滴毕，于-60℃反应2h；升温至室温，加入饱和氯化铵溶液30mL，用乙醚萃取，合并有机相，干燥后减压蒸馏，收集74℃～76℃/10KPa馏分得淡黄色液体3b6.0g，收率71.4%，纯度98.5%；1H NMRδ：0.95(t，J=7.4Hz，3H)，1.38～1.70(m，4H)，2.16(s，1H)，4.36(m，1H)，5.72(s，1H)，5.82(d，J=1.4Hz，1H)；13C NMRδ：13.8，18.6，38.4，68.9，118.8(q，J=5.6Hz)，123.4(q，J=272.2Hz)，142.0(q，J=27.6Hz)；IRν：3381，2965，2939，2878，1316，1171，1128cm-1；GC-MSm/z：167[M-1]。

(3)3c的合成

按1.2(1)反应制得2，滴加苯甲醛5.3g(50mmol)的THF(20mL)溶液，滴毕，于-60℃反应2h；升至室温，加入30mL饱和氯化铵溶液，用乙醚萃取，合并有机相，干燥后减压蒸馏，收集120℃～122℃/10KPa馏分得淡黄色液体3c7.9g，收率78.2%，纯度97.6%；1H NMRδ：2.14(s，1H)，5.41(s，1H)，5.79(t，J=1.2Hz，1H)，5.92(s，1H)，7.31～7.38(m，5H)；13C NMRδ：71.3，119.8(q，J=5.4Hz)，123.2(q，J=272.1Hz)，127.0，127.7，128.6，140.3，140.9(q，J=28.4Hz)；IRν：3364，3100，3000，1599，1580，1495，1456，1323，1025，1130，1171cm-1；GC-MSm/z：202[M+]。

(4)3d的合成

按1.2(1)反应制得2，加入CuCN 4.5g(50mmol)和无水LiCl 4.2g(100mmol)，于-60℃滴加苯甲酰氯7.0g(50mmol)的THF(20mL)溶液，滴毕，于-60℃反应2h；升温至室温，依次加入饱和氯化铵溶液30mL，10%氢氧化钠溶液20mL，次氯酸钠溶液50mL，抽滤，滤液用乙醚萃取，合并有机相，旋蒸除溶后经硅胶柱层析[洗脱剂：V(石油醚)∶V(CH2Cl2)=3∶1]纯化，收集第二色带，蒸除溶剂后用石油醚(60℃～90℃)重结晶得白色针状晶体3d1.7g，收率14.9%，纯度99.2%；1H NMRδ：2.70(t，J=7.5Hz，2H)，3.22(t，J=7.4Hz，2H)，5.41(s，1H)，5.72(s，1H)，7.46～7.98(m，5H)；13C NMRδ：24.0，36.5，118.7(q，J=5.8Hz)，123.7(q，J=271.9Hz)，128.0，128.7，133.3，136.6，137.5(q，J=29.2Hz)，198.1；IRν：3100，3000，1681，1597，1580，1486，1450，1158，1109cm-1；GC-MSm/z：228[M+]；Anal.calcd for C 62.86%，H 4.92%。

2 结果与讨论

2．13a的合成工艺优化

为优化3a的合成工艺，考察交换试剂(RX)、催化剂、物料比[r=n(RX)∶n(1)]、反应温度和反应时间对3a产率的影响，确定最佳反应条件。

(1)RX与催化剂

150mmol，r=1∶ 1，其余反应条件同1.2(1)，考察RX和催化剂对3a收率的影响，结果见表1。

由表1可见，在无催化剂LiCl条件下，以CH3CH2CH2I，CH3CH2CH2Br和CH3CH2CH2Cl为交换试剂，3a收率接近，选用活性适中且价格低廉的溴代物为交换试剂。当RX为直链卤代烷烃时，烷基链越长，反应活性越差，3a收率越低；当RX为带支链的卤代烷烃时，随着烷基碳链增长，空间位阻增大，反应难度增加，从而致使3a收率降低；当RX为卤代芳烃时，3a收率几乎为0，其原因是卤代芳烃制成格氏试剂后，碳负离子与苯环共轭，电荷分散，电负性减弱，较难进行交换反应。可见，不同卤代物作交换试剂对3a收率有很大影响，小分子卤代物由于空间位阻小，反应活性高，易于进行交换反应，故选用i-PrMgBr为交换试剂，即RX=2-溴丙烷。

由表1还可见，加入催化剂LiCl后，当以CH3CHBrCH3为交换试剂时，3a收率从30.9%增至54.2%(No.7)。其原因在于LiCl不仅能够和格氏试剂结合形成电负性更高的结构，还能增加格氏试剂的溶解性，并且减少卤代烃自身的偶联反应，最终提高卤素-镁交换反应效率[7-10]。但对于其它交换试剂，LiCl的催化效果不明显。因此，LiCl的催化效果与交换试剂的分子结构也有着重要关系。

表 1 RX和催化剂对3a收率的影响*Table 1 Effects of exchange reagents and catalyst on yield of 3a

*150mmol，r=1∶ 1，其余反应条件同1.2(1)

(2)反应温度、r和反应时间

以i-PrMgBr为交换试剂，LiCl为催化剂，其余反应条件同1.2(1)，考察反应温度、r和反应时间对3a收率的影响，结果见表2。由表2可见，合成3a时，主要副产物为1,1-二氟丙二烯和2,3-二甲基丁烷，前者为2热分解产生，后者为2-溴丙烷与2偶联所产生。由表2可见，反应温度从-50℃降至-80℃的过程中，3a的产率先升高后降低，-60℃时收率最高。这是因为温度升高，2热分解增加，温度过低，反应活性降低。增加2-溴丙烷用量，1转化率增大，有利于提高3a收率，但同时反应体系内2总浓度增加，热分解和偶联等副反应也增多，反应的选择性受到影响[11]。因此，最佳反应温度为-60℃。

表 2 反应温度、 r和反应时间对3a收率的影响*Table 2 Effects of temperature,r and reaction time on yield of 3a

*r=n(2-溴丙烷)∶n(1)，其余反应条件同1.2(1)

从表2还可见，r=1.25时，3a收率最高(No.5)。在相同反应条件下(No.5,No.9和No.11)，适当延长反应时间，可使交换反应进行更充分，有利于提高3a收率，但反应时间过长也会增大中间体的热分解。最佳反应时间为2.0h。

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Synthesisof2-TrifluoromethylacrylicAcidViaHalogen-MagnesiumExchangeMethod

ZHAO Juan,WAN Hong,FENG Xiao-jun,XU Hong-tao,LÜ Jian

(Xi′an Modern Chemistry Research Institute,Xi′an 710065，China)

An intermediate,3,3,3-trifluoroisopropenyl Grignard reagent(2),was prepared by the bromine-magnesium exchange reaction ofi-PrMgBr with 2-bromo-3,3,3-trifluoropropene(1).2-Trifluoromethylacrylic acid(3a),2-trifluoromethyl-1-hexene-3-ol(3b),1-phenyl-2-trifluoromethyl-2-propylene-1-ol(3c)and 1-phenyl-4-trifluoromethyl-4-buten-1-one(3d)were synthesized by addition reaction of2with CO2,n-butanal,benzaldehyde and benzoyl chloride,respectively.3dwas a novel compound.The structures were characterized by1H NMR,13C NMR,IR，GC-MS and elemental analysis.Effects of exchange agent,mole ratio,temperature and reaction time on the yield of3awere investigated.The optimum reaction conditions of3aat -60℃ for 2h were as follows: exchange reagent wasi-PrMgBr/LiCl,1was 50mmol,n(2-bromopropane)∶n(1)=1.25∶1.00.The yield of3awas 64.3% under the optimum reaction conditions.

halogen-magnesium exchange reaction;2-trifluoromethylacrylic acid;3,3,3-trifluoroisopropenyl grignard reagent;synthesis

2013-08-27；

2014-09-10

陕西省工业科技攻关项目(2010K07-06)

赵娟(1988-)，女，汉族，陕西西安人，助理工程师，硕士研究生，主要从事含氟有机化合物的合成研究。Tel.029-88291168，E-mail: canghaiyisu_zj@126.com

吕剑，研究员，中国兵器工业集团首席专家，博士生导师，E-mail: lj_087@126.com

O622.4；O622.5

A

1005-1511(2014)06-0820-04