三氟乙酸的合成研究

吴盛均，闫宗刚，陆敏垒，李华新，葛繁龙，宋烨玲

（南通宝凯化工有限公司，江苏 南通 226221）

三氟乙酸分子式为CF3COOH，CAS号为76-05-1，相对分子质量为 114.02，相对密度为1.5351 g/cm3，熔点为-15.4℃。三氟乙酸是无色、有辛辣气味的液体，易吸潮，能发烟。三氟乙酸能与水、氟代烷烃、甲醇、丙酮、苯、乙醚、四氯化碳和己烷互溶。三氟乙酸可经氢化锂铝或硼氢化钠还原为三氟乙醛和三氟乙醇[1]。

三氟乙酸是一种重要的含氟中间体，由于含有三氟甲基的特殊结构，因此使其性质不同于其他醇类，可以参与多种有机合成反应，尤其用于合成含氟的医药、农药和染料等领域，国内外需求量越来越大，已成为含氟精细化学品的重要的中间体之一。

1 三氟乙酸的合成方法

现有三氟乙酸的制备方法有很多，最早的是由Swarts于1922年以铬酸氧化间三氟甲基苯胺制得[2]。后来又有多种方法被报道出来，主要是氧化法和电解法。

吴银登[3]等人以三氟乙醇为原料，以分子氧为氧化剂，负载型V2O5为催化剂，采用固定床反应器进行反应。得出结论：V2O5/TiO2的催化活性最强，比表面积最大；焙烧温度影响催化剂的表面钒物种的分散、形态和催化剂的比表面积。

胡江海[4]等公开了一种三氟乙酸生产工艺，向氧化釜中泵入三氟乙醇和55%的硝酸作为催化剂，通入过量的氧气，搅拌加热并同时升压，最终得到三氟乙酸。

刘国[5]等公开了一种利用工业废气合成三氟乙酸的方法，先使用强碱与CF3H作用形成CF3-再与CO2反应，最后经过酸化形成三氟乙酸产品。所述的强碱为（Me3Si）2NK或t-BuOK。该方法采用工业废气CO2和CF3H作为原料直接制取三氟乙酸，具有原料易得，环境友好，易实现工业化等优点。

陈建海[6]等选择以 1，1，1-三氟-2，2-二氯乙烷为原料，与液氮、液氧、氢氧化钾，在光照条件下反应，得到三氟乙酸。通过实验表明，该反应条件温和，环境影响小，是一种绿色生产工艺。但是要注意氧气管道的安装，避免生产过程中的意外事故。

2 三氟乙酸的制备

2.1 原料

三氟乙烷、氮气、过氧化氢、催化剂、石英砂。

2.2 实验过程

将催化剂和2 g石英砂混合，投入到固定床反应釜内；将过氧化氢用稳压泵，通入到固定床内，并保持压力始终处于稳定状态，温度升高到50℃～70℃；再把三氟乙烷和氮气同时通入到固定床内，与过氧化氢接触发生反应；对生成的物质进行精馏操作，得到三氟乙酸。反应中使用的催化剂可以重复利用。

3 结果分析

3.1 温度

试验中三氟乙烷与过氧化氢发生反应的温度为50℃～70℃，在试验过程中其余条件相同，发现随着温度的升高，三氟乙烷的转化率也变大，但是当温度高于67℃时，三氟乙烷的转化率变小。所以在实际生产中，在67℃下反应最完全。

3.2 原料配比

在同种催化剂作用下，过氧化氢和三氟乙烷的摩尔比对反应的影响见表1。

表1 过氧化氢与三氟乙烷摩尔比对试验影响

通过表1可知，当过氧化氢与三氟乙烷的摩尔比越接近1∶1.7，三氟乙烷的转化率就越大，所以在实际反应时，过氧化氢与三氟乙烷的摩尔比为1∶1.7左右时，是最佳反应状态。

3.3 催化剂

实验中使用的催化剂为Pd-SiW12/SiO2、Al2O3、HY、HB、SiW12/SiO2+Pd/C、Fe/ZSM-5。对使用不同的催化剂，进行对比，得出适合反应的催化剂。分别以6种催化剂在相同条件下作对比实验。

表2 催化剂的对比试验

从表2可以看出，Pd-SiW12/SiO2的催化活性最高。

4 结论

以三氟乙烷为原料在催化剂作用下，被过氧化氢直接氧化成三氟乙酸。该方法工艺设计合理，其吸收率和总收率高，且能耗低，副产物少，是一种清洁环保、安全可靠的三氟乙酸的合成生产工艺。