二(三氯甲基)碳酸酯的合成和应用最新进展

吴秀云 ， 董建勋 ， 冯晓燕

(1.平顶山市神鹰化工科技有限公司 ， 河南 平顶山 467000 ; 2.炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室 ， 河南 平顶山 467000 ; 3.河南平煤神马环保节能有限公司 ， 河南 平顶山 467000 ; 4.河南省祥羽药物技术研究院有限责任公司 ， 河南 平顶山 467000)

0 前言

光气是重要的有机合成原料，由于剧毒，应用受到了严格的限制。随着国家环保要求越来越高，研究光气的替代品迫在眉睫。二(三氯甲基)碳酸酯又称三光气和固体光气，英文名称为Bis(trichlorometyl)Carbonate或Triphosgene，简称BTC。二(三氯甲基)碳酸酯常温下为白色晶体，性质稳定。作为光气和双光气在合成中的替代物，由于反应温和、使用方便、转化率高等特点而被广泛应用[1-4]。1880年，研究人员首次合成出二(三氯甲基)碳酸酯，晶体结于1971年被报道。1987年以后，以二(三氯甲基)碳酸酯替代光气应用于有机合成中后，相应的应用才逐步展开。

本文重要介绍二(三氯甲基)碳酸酯的合成研究进展，并总结了二(三氯甲基)碳酸酯的应用进展，引起人们的关注，促进了二(三氯甲基)碳酸酯在有机合成中更广泛地应用。

1 二(三氯甲基)碳酸酯的合成

碳酸二甲酯/氯气氯化法是目前工业生产中唯一的方法。以碳酸二甲酯和氯气为原料，在光、热或引发剂的引发下发生过氯化反应合成，研究表明，氯化过程中有8种氯代产物存在，反应历程如图1所示[5-6]。

图1 碳酸二甲酯氯化反应历程

二(三氯甲基)碳酸酯的制备工艺主要有溶剂法和本体法两种。

1.1 溶剂法

溶剂法研究较多，1985年，有研究发现在内部装有石英玻璃管保护紫外光源的光氯化装置中，加入碳酸二甲酯和引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，20～60 ℃条件下通入氯气，后期将温度提高到80 ℃，反应时长16 h，二(三氯甲基)碳酸酯产率达95%。1987年，有研究人员将0.5 mol(45.0 g)碳酸二甲酯溶解于250 mL的四氯化碳中，在10～20 ℃搅拌下用光照通氯气，反应约需要28 h完成，产品量143.0 g，产率97%。薛建[7]以过氧化二叔丁基(DTBP)、偶氮二异丁腈为引发剂本体法制备三光气，考察了温度、光强、引发剂用量对反应的影响，对使用不同引发剂的方法进行比较后，提出了以过氧化叔丁基为引发剂、光强375 W、引发剂量0.2%、温度40～60 ℃的优化工艺路线。

1.2 本体法

研究人员用偶氮二异丁腈(ABIN)作为引发剂制备三光气，在20～60 ℃下反应16 h后，将产品冷却过滤，减压干燥，得到产品，产率95%。唐文涛[5]采用以三光气和甲醇为原料，以三乙胺为缚酸剂和引发剂，较优条件为n(BTC)∶n(CH3OH)=1∶30，6 mol无水AlCl3，温度35 ℃，反应时长18 h，产率88.4%。但到目前为止，循环工艺的工业化生产装置未见报道。

1.3 新工艺探索

蔡笑怡等[8]采用紫外LED来光催化合成二(三氯甲基)碳酸酯的新工艺探索，通过调节LED灯具的输入功率来改变反应过程中的辐射强度，与采用高压汞灯的传统工艺相比，紫外LED光催化合成的新工艺可以缩短反应时间，并节约电能70%。

吴秀云等[9]开发了一种二(三氯甲基)碳酸酯的连续合成装置。原料只有碳酸二甲酯和氯气，采用紫外光源进行催化。该装置包括三个反应釜，反应釜温度依次升高，各反应釜通过管道串联连接，装置包括导热层、搅拌器、碳酸二甲酯进料口控制阀、液体分布器、压力表、温度计、紫外光源、尾气排出控制阀、物料排出控制阀、氯气进料口控制阀、气体分布器、物料排出控制阀，各组成部分按照特定顺序连接。

二(三氯甲基)碳酸酯连续化反应装置充分利用碳酸二甲酯氯化反应中不同取代物的位阻效应，通过调节紫外光源的波长和频率，实现了碳酸二甲酯氯化的连续化反应，转化率和选择性接近100%。

吴秀云等[10]开发了二(三氯甲基)碳酸酯的连续结片装置(见图2)，该装置包括恒温物料槽、卸料孔、冷却板、移动刮片器、半成品传送带、固定刮片器、震动床、成品传送带、卸料仓，各设备按照特定次顺连接。

连续结片装置具有设计科学、操作简单、生产效率高、产品质量可靠等优点，大大提高了生产效率。连续化合成装置和连续结片装置已分别在年产1万t的生产装置上得到应用，产品得到下游客户的广泛认可。随着该技术的应用范围进一步扩大，将会对二(三氯甲基)碳酸酯的应用带来巨大的推动作用。

1.恒温物料槽 2.卸料孔 3.分布板

2 应用进展

二(三氯甲基)碳酸酯在室温条件下为白色固体，熔点为79～81 ℃。当所处温度低于206 ℃和有催发剂存在时，1分子二(三氯甲基)碳酸酯分解为3分子光气；当所处温度高于206 ℃，二(三氯甲基)碳酸酯分解为光气和双光气，随着温度逐步升高，会进一步反应生成三光气、活性炭或者路易斯酸的混合物；当处于较高温度条件下，二(三氯甲基)碳酸酯直接分解成为光气、二氧化碳和四氯化碳[11]。在氯离子存在的情况下，二(三氯甲基)碳酸酯可以定量分解为光气[12]。二(三氯甲基)碳酸酯能与由碳、氮、氧组成的双官能团亲核体反应生成各种多元杂环化合物，因此在很多领域得到广泛应用。

2.1 在医药方面的应用

二(三氯甲基)碳酸酯氯甲酰化反应可用在药物合成中制备多种重要的医药中间体。杨建国等[13]对其碳青霉烯类抗生素帕尼培南的侧链合成进行了研究，原料对硝基苄醇经二(三氯甲基)碳酸酯酰化后，进一步与乙脒盐酸盐发生N-酰基化反应，再经一系列反应得到帕尼培南的中间体侧链。李翠娟等[14]报道二(三氯甲基)碳酸酯可将酰氨基脱水为氰基，为药物分子的结构修饰提供了一条新方案。

2.2 在农药方面的应用

二(三氯甲基)碳酸酯与醇反应制得氯甲酸酯，再进一步与相应的胺反应可制备一系列的氨基甲酸酯类农药。二(三氯甲基)碳酸酯与二级胺反应得到氨基酰氯，再与另一分子胺反应可制得许多脲类除草剂等[15]。二(三氯甲基)碳酸酯与2,6 -二氟苯甲酰胺反应可制得对应的酰基异氰酸酯，再与合适的胺反应可制备一系列苯甲酰脲类杀虫剂。利用二(三氯甲基)碳酸酯与2-氨基-5-甲氧基苯酚环化反应合成具有杀真菌活性的天然产物甲氧基-2,3 -二氢苯并噁唑。

2.3 在有机合成方面的应用

由于二(三氯甲基)碳酸酯能在引发剂条件下定量分解成光气，因此可以参与多种有机合成反应[16]。二(三氯甲基)碳酸酯用于合成各种烷基氯化物。 PALOMO等[17]报道使用二(三氯甲基)碳酸酯三和乙胺混合物制备氯化脂肪族伯醇。这个方法仅限于线性伯醇作为α-支链仲醇醇主要形成N,N-二乙基氨基甲酸酯，代替烷基氯化物。

二(三氯甲基)碳酸酯已用于合成杂环化合物。AYALA等[18-19]报道了使用二(三氯甲基)碳酸酯和吡啶制备二氯化物，提出了反应机制是通过氯离子的环氧化物开环进行，然后生成的氯代醇，在生成吡啶鎓的过程中进行氯甲酰化氨基甲酸酯中间体。LI等[20]利用二(三氯甲基)碳酸酯和线性γ-和β-酮基丙二腈为原料合成2,4-二氯取代的吡喃并[2,3,d]嘧啶和呋喃[2,3,d]嘧啶。该反应提供了一种绕过了传统的苛刻氯化条件，具有良好收率的氯化产品的方案。LI等[21]通过2-烷基吡啶-N-氧化物和二(三氯甲基)碳酸酯在室温下的一锅反应，开发了一种简便有效的2-氯甲基吡啶的合成方法，该氯化反应可用于构建快速灵敏的荧光探针，用于检测光气。

2.4 在高分子材料合成方面的应用

异氰酸酯是聚氨酯材料的重要原料之一，二(三氯甲基)碳酸酯可以代替光气生产多种异氰酸酯。董建勋等[22]采用二(三氯甲基)碳酸酯与间苯二甲胺反应，合成了间苯二亚甲基二异氰酸酯。考察了原料的物质的量比、反应温度、反应时间和氮气气速的影响。结果表明，间苯二甲胺和二(三氯甲基)碳酸酯的物质的量比为1.25∶1.0，氮气流速10 mL/min，连续通入反应体系，反应温度为130 ℃，反应时间为6.0 h，此时产率为 80.65%。

JANG[23]报道4，40-双(4-羟基苯基)-戊酸 (BHPV) 和双酚A在三光气、三乙胺和相转移催化剂四丁基氯化铵存在的条件下发生反应生成高分子化合物。

3 结论与展望

二(三氯甲基)碳酸酯作为光气和双光气的绿色替代品，具有安全、经济、无污染、反应计量准确、反应条件温和、产品质量好、收率高等优点，可以避免剧毒光气使用不当而产生的危险,可广泛应用于聚氨酯、农药、医药、精细化学品、香料和染料的各方面。碳酸二甲酯连续氯化合成二(三氯甲基)碳酸酯的工艺反应具有生产效率高、过程安全、能耗低、产品质量稳定、绿色环保等优点，随着连续工艺应用范围进一步扩大，将会对二(三氯甲基)碳酸酯的应用带来前所未有的发展机遇。