二氟乙酸制备方法概述

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

二氟乙酸，别名：二氟醋酸，英文名：difluoroacetic acid，CAS 号：381-73-7，分子式：CHF2COOH，相对分子量：96.03，熔点（实验值）：-1 ℃，沸点（实验值）：133 ℃，密度（实验值）：1.530 g/cm3（20 ℃），外观：无色至淡黄色透明液体。二氟乙酸主要用作医药及农药中间体，也可用作杂芳族化合物C-H 二氟甲基化的新试剂[1]，还可用于干式蚀刻[2]，能以高蚀刻速率蚀刻氮化硅，对氧化硅及多晶硅具有高选择比，可抑制对氧化硅的损伤。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、二氟乙醇和二氟乙胺等属于高附加值产品。本文根据不同的原料对二氟乙酸的制备方法进行综述。

1 二氟乙酸的制备方法

1.1 以2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪为原料

杜邦公司的Donald[3]早在1946 年就申请了二氟乙酸的制备专利。将2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪和水的混合物在催化剂（例如氢氧化钠）的存在下加热，分离未反应的三嗪后，将酸化的水相过滤，然后用几份乙醚萃取。通过将干燥的醚提取物分馏可以容易地获得二氟乙酸。例如，将22.2 份2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪和12 份溶于70 份水中的氢氧化钠的混合物加热回流4 h。反应过程中会放出氨气。分离出未反应的三嗪后，水相在冷却下用40 份50%硫酸进行酸化，然后用17.5 份乙醚萃取。通过分馏干燥的醚提取物获得6 份鉴定为二氟乙酸的液体。强无机酸也是氟三嗪水解的催化剂，例如，在等量的4 mol/L 盐酸水溶液存在下,于100 ℃加热时，在15 min 内可将4 份2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪完全水解。该发明中使用的2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪可以容易地以高收率由氨和四氟乙烯制备。

1.2 以二氯乙酸为原料

法国罗地亚公司的O·比西纳[4]以二氯乙酸为原料制备二氟乙酸，该反应属于卤原子交换反应。将KF(18 g)溶于14 mL 水中，然后将二氯乙酸（2 g）添加至上述KF 水溶液中，温度升至150 ℃，将该介质于150 ℃下搅拌6 min。在回到室温之后，通过1H NMR 及19F NMR 检测水溶液。二氯乙酸的转化率为100%，二氟乙酸的收率为94%。

1.3 以二氯乙酰氯为原料制备二氟乙酸

法国罗地亚公司的F·梅茨等[5]公开了一种制备二氟乙酸的方法，在铬基催化剂存在下，在气相中使二氯乙酰氯和氢氟酸反应制备二氟乙酰氟，二氟乙酰氟水解得到二氟乙酸。例如，将预蒸馏的二氯乙酰氯(CDCA)以0.11 mol/h 的流量(约15 g/h)、无水HF 以1.1～2.6 mol/h 的流量(22～52 g/h)引入到Hastelloy C276 反应器中，该反应器长60 cm、外径2.5 cm，填充有基于氧化铬（III）的催化剂(约150 g)，氧化铬（III）催化剂被预干燥至恒定重量并且被氟化(250 ℃下24 h)。试验温度设定为200 ℃～350 ℃，停留时间为10～20 min。在反应之后，二氟乙酰氟(FDFA)通过将其转化为二氟乙酸的钾盐形式进行计量。排出的物料在串联安装的氢氧化钾起泡器中水解，并且各种不同的酸通过离子色谱法以钾盐的形式被计量。氟化催化剂包括氧化铬、氟化铬或者氟氧化铬，或者用金属元素优选镍或镁掺杂的铬。反应温度为250 ℃～400℃，优选250 ℃～300 ℃。该方法的优点为原料廉价，并且具有良好的生产率。

日本旭硝子公司（Asahi Glass Co.,Ltd.）的Kumai 等[6]提供一种工业上安全且简单的生产二氟乙酸的方法。二氯乙酰氯与仲胺反应，然后用氟化剂处理产物N，N-二取代的二氯乙酰胺，得到N，N-二取代的二氟乙酰胺；水解酰胺产物，得到二氟乙酸。例如，在200 mL 玻璃反应器中，加入50 g N，N-二乙基二氟乙酰胺和260 g 10%氢氧化钠水溶液，并在回流下反应4 h。气相色谱分析的结果显示原料消失。向其中滴加盐酸以酸化混合物，得到二氟乙酸，然后将其通过蒸馏分离。在常压下，于132 ℃～135 ℃下获得32.5 g 含水10%的二氟乙酸，收率达92%。

太仓博亿化工有限公司的刘海波[7]公开了一种二氟乙酸的合成方法。将二乙胺和有机溶剂（苯或甲苯）加入反应装置中，混合均匀，控制反应温度在10 ℃～20 ℃，在约2 h 内缓慢滴入二氯乙酰氯，反应完毕，经过滤、蒸馏得到产物N，N-二乙基二氯乙酰胺;将N，N-二乙基二氯乙酰胺、干燥的无水氟化钾或氟化钠和环丁砜混合，于120 ℃～140 ℃下反应6～8 h，经处理得到产物N，N-二乙基二氟乙酰胺;将N，N-二乙基二氟乙酰胺和10 wt%～20 wt%氢氧化钠或氢氧化钾水溶液混合，回流反应4 h 以上，经酸化、萃取、蒸馏得到二氟乙酸，产率达到92%以上。该方法反应条件温和、产物易分离且受热稳定，易于工业化生产。

1.4 以氯氟乙酸为原料

法国罗地亚公司的O·比西纳[8]公开了一种卤原子交换反应制备二氟乙酸的方法。将氯氟乙酸（5 g）溶于50 g 水中，然后将上述溶液与氟化钾（15 g）接触，使该混合物的温度到达100 ℃，持续22 h。通过1H NMR 及19F NMR 分析水溶液。氯氟乙酸的转化率为100%，二氟乙酸的收率为41%。

1.5 以四氟乙烯为原料

Solvay 公司的Vito[9]公开了一种由四氟乙烯制备二氟乙酸的方法。该方法包括任选地在一种有机溶剂存在下将四氟乙烯和一种无机碱的水溶液反应。二氟乙酸可以从四氟乙烯和不昂贵的试剂在不形成需要昂贵的分离和提纯操作的副产物的情况下获得，二氟乙酸的选择性较高。例如，将78 mL 10 mol/L 的KOH 水溶液和二甲基甲酰胺(50 mL)填装进250 mL AISI316 的高压釜中，将该高压釜冷却到-50 ℃～-70 ℃，并在减压下抽真空，在磁力搅拌下将温度升高到75 ℃，在0.3 MPa 的压力下，将四氟乙烯(0.25 mol)连续进料到液相中，将该液体混合物搅拌20 h，冷却到室温后，将该液体混合物排出并通过NMR 光谱法分析。随着四氟乙烯完全反应，四氟乙烯转化为CF2HCOOK 是定量的。将该粗制的混合物在减压下加热到100 ℃以除去溶剂；将剩下的液体混合物在冷却的同时通过添加浓盐酸酸化，然后用二乙醚（V(二乙醚）：V（HCl)=1：1）萃取几次；该有机萃取物用硫酸镁干燥，然后将干燥的醚萃取物分馏，分离得到23 g（0.24 mol）纯度为98%的二氟乙酸。

日本旭硝子公司[10]公开了四氟乙烯与伯胺（例如甲胺）或仲胺（例如二甲胺）在水存在下，在N2环境中反应，在0～4.905×105Pa 压力下加热至120 ℃，得到二氟乙酰胺，水解二氟乙酰胺，得到二氟乙酸。

Raksha 等[11]将68 g C2F4慢慢加入到58 g 哌啶中，在12 h 内得到57%的N-（1,1,2,2-四氟乙基）哌啶；用冰处理N-（1,1,2,2-四氟乙基）哌啶，得到HF 和84%N-二氟乙酰基哌啶；蒸发后，用2.5 mol/L NaOH（放热）处理得到73% CHF2CO2Na；CHF2CO2Na 和H2SO4反应，蒸馏得到CHF2CO2H。

1.6 以2-氯-1,1-二氟乙烷为原料

山东华安新材料有限公司的王瑞英等[12]以2-氯-1,1-二氟乙烷（R142）为原料，在催化剂存在下与过氧化氢反应，直接生成二氟乙酸。反应釜为固定床反应釜，催化剂为KMnO4/C（KMnO4的含量为15%～20%），反应温度为120 ℃～150 ℃，反应压力为0.4～1.2 MPa。例如，将200 g 催化剂投入到反应釜内，通入氮气置换反应釜内空气；将反应釜加热升温至140 ℃，升温速率为2 ℃/min；向反应釜中继续通入氮气，使反应釜内压力升高至0.8 MPa；将过氧化氢以300 mL/h 的流量、2-氯-1,1-二氟乙烷以50 mL/h 的流量用稳压泵通入到反应釜内接触反应，接触时间为20 s；对反应产物进行精馏操作，得到二氟乙酸。二氟乙酸的收率为62.3%，纯度高达99.7%。

1.7 以三氟氯乙烯为原料

Tolman[13]以三氟氯乙烯（ClCF=CF2）为原料，先与Et2NH 反应，然后水解产物，得到80%的FCHClCONEt2；将FCHClCONEt2与无水氢氧化物加热，在140 ℃下于二甘醇中与无水KF 加热反应，得到75%的F2CHCONEt2；将F2CHCONEt2水解，得到F2CHCO2H。

1.8 以F2CHCH=CCl2为原料

Albert 等[14]报道，多氟羧酸可通过含氟烯烃经KMnO4氧化制备，氧化是快速且几乎是定量的。F3CCCl=CCl2经KMnO4氧化制备F3CCO2H，产率为90%；F2CHCH=CCl2经KMnO4氧化制备F2CHCO2H，产率为86%；Cl2FCCCl=CCl2经KMnO4氧化制备Cl2FCCO2H，产率为70%。

2 小结

二氟乙酸不仅可用于医药及农药中间体，而且可用作二氟甲基化试剂。二氟乙酸与氟化氢的混合气体可用于半导体器件制造中蚀刻氮化硅等，具有良好的市场前景。

制备二氟乙酸的主要原料有2,4,6-三（二氟甲基）-s-三嗪、二氯乙酸、二氯乙酰氯、二氟氯乙酸乙酯、氯氟乙酸、四氟乙烯、2-氯-1,1-二氟乙烷、三氟氯乙烯等。由于四氟乙烯易燃、易聚合，与空气混合能形成爆炸性混合物，不能外购和长距离运输，因此以四氟乙烯为原料生产二氟乙酸需要有四氟乙烯生产装置相配套。相关单位可根据本单位原料配套以及生产管理水平，选择适合本单位实际的二氟乙酸合成工艺路线，以便为今后建设二氟乙酸生产装置创造条件。