氟烷基腈的制备方法及其在制备相关氟烷基四唑中的应用

摘要

本发明涉及式I的氟烷基腈的制备方法及其在脱水剂存在下制备相关的式II的氟烷基四唑的用途，和其中，x1和x2具有与说明中定义相同的含义。本发明还涉及用于制备式I的氟烷基腈和式II的氟烷基四唑的设备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟烷基腈的制备方法及其在制备相关的氟烷基四唑中的应用。

背景技术

氟烷基腈和由它们制备的氟烷基四唑是重要的前体，并广泛用于化学和制药工业。例如，氟烷基腈被用作制备聚合物和农用化学产品的起始原料或中间体，而氟烷基四唑被用作制备药物和农用化学活性成分的中间体。

由于其广泛的用途，为了提供一种简单，经济，高产和适商的流程来制备氟烷基腈及其在制备氟烷基四唑中的应用，已经进行了一些努力。

例如，Swarts等人在《Bulletin Societes Chimiques Beiges》，1922年，第31卷，364-365页；Jones等人在《有机化学杂志》1943，65，1458；和Gmnewald等人在《J.Med.Chem.》-2006，49，2939-2952；公开了五氧化二磷用作脱水剂以将氟代烷基酰胺脱水制备成氟烷基腈的流程。

CN102746190公开了一种使用五氧化二磷作为脱水剂，以磷酸或多磷酸为溶剂，用氟代烷基酰胺制备氟烷基腈的流程。

CN103804231公开了使用三苯基膦、三氟乙酸酐和吡啶在四氯化碳中作为溶剂，用三氟甲基酰胺制备三氟甲基腈的流程。CN103804231强调使用四氯化碳作为溶剂，使用三苯膦作为试剂，在反应过程中形成CF

这些涉及使用含磷试剂的流程具有一个或另一个缺点。例如，这些流程需要特殊的反应器，在较高的温度条件下进行，并且由于使用昂贵且危险的试剂，在商业上不适合使用。

US2010312002描述了使用酰基卤作为脱水剂由氟代烷基酰胺制备氟烷基腈。与使用酰基卤作为脱水剂有关的问题是卤化氢作为副产物产生。因此，使用该方法制备的氟烷基腈不能用作反应物与叠氮化钠反应以形成相应的氟烷基四唑，原因是卤化氢和叠氮化钠一起反应形成不稳定且极易爆炸的氢氰酸(HN3)。

Parker等人在《合成通讯》第34卷，2004，903-907和Crawford等人在《氟化学杂志》，129，2008，1199–1205中描述在碱如吡啶的存在下，用三氟乙酸酐作为脱水试剂，通过脱水三氟甲基酰胺制备三氟甲基腈。

WO2018019693公开了一种在碱(例如吡啶、甲基吡啶、喹啉、喹啉和卤代吡啶)和三氯化磷和/或三氯氧化磷存在下制备氟烷基腈的流程。

与Parker等人和Crawford等人描述的流程有关的缺点是三氟乙酸吡啶鎓盐是作为副产物而形成的。回收吡啶和三氟乙酸并将三氟乙酸转化回三氟乙酸酐增加了操作和生产的成本。这两个方法的另一个缺点是反应期间产生的三氟乙酸与介质中存在的碱发生放热反应，从而导致温度升高。温度升高可能会导致三氟甲基腈的生成不受控制，如果不实时消耗，则可能必须在-196℃下进行冷凝，这需要大量的运营成本。

Norris等人在《有机化学杂志》，1962，27，1449，公开了通过在60℃下使叠氮化钠与三氟甲基腈在乙腈中反应制备三氟甲基四唑的流程。

因此，仍然需要一种简单，经济，高收率和商业上可接受的方法来制备氟烷基腈和由其衍生的相应氟烷基四唑。

所以，本发明提供了制备氟烷基腈和由其衍生的相应的氟烷基四唑的方法，其消除了至少以上列出的一个缺点。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种简单，安全，经济和商业上可接受的方法，用于制备式I的氟烷基腈并用于制备相应的式II的氟烷基四唑。

本发明的另一个目的是提供一种高产率的方法，用于制备式I的氟烷基腈，并用于制备具有高纯度的相应的式II的氟烷基四唑。

根据本发明，通过提供一种制备式I的氟烷基腈的方法来实现这些目的。

其中，x

通过使用一种或多种脱水剂，

使式III的氟代烷基酰胺脱水。

使式I的氟烷基腈通过碱以除去在脱水反应过程中产生的任何捕获的痕量酸，然后使其与叠氮化钠反应以获得相应的式II的氟烷基四唑；

其中，x

在本发明中，式I的氟烷基腈仅使用脱水剂产生，可以选择在脱水反应期间和/或之后同时除去从脱水剂获得的副产物。与现有技术不同，由于在脱水反应过程中不存在碱，因此在脱水反应过程中产生的酸例如三氟乙酸的再循环非常容易且廉价。

此外，在与叠氮化钠反应之前，使式I的氟烷基腈通过碱，从而防止形成肼酸(HN

具体实施方式

本发明涉及式I的氟烷基腈的制备方法。

其中，x

自主地自氟，氯，氢和甲基选择；

其中，x

具有与上文定义相同的含义。

对本发明有用的脱水剂包括但不限于乙酸酐、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、三氟甲磺酸酐、对甲苯磺酸、甲磺酸、高氯酸、三氟甲磺酸、乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、乙酰氯、新戊酰氯、2,2-二甲基丁酰氯、异戊酰氯、苯甲酰氯、三氯乙酰氯、对甲苯磺酰氯、甲磺酰氯、三氯化磷、氯氧化磷、氯磺酸、氯磺酰基异氰酸酯、光气、双光气、三光气三溴化物、六氯环磷三嗪、亚硫酰氯、二环己基碳二亚胺、羰基二咪唑、氰基甲酸酯、马丁硫烷、硫酸、盐酸、原甲酸和氰尿酰氯。

式I的氟烷基腈的制备可以在不存在溶剂的情况下或在一种或多种合适的溶剂的存在下进行。

根据本发明，制备根据本发明的式I的氟烷基腈所需的温度条件可以会有所不同。所需的温度范围是在-40℃至250℃之间，具体的温度范围是在-15℃至180℃之间，更具体的温度范围是在-4℃至120℃之间，最具体的温度范围是5℃至70℃之间。

用于制备式I的氟烷基腈的脱水反应通常可以在减压下或在大气压或过压下进行。

在一个实施方案中，将相应的式III的氟代烷基酰胺添加至脱水剂中。

在另一个实施方案中，将脱水剂添加至相应的式III的氟代烷基酰胺。

在又一个实施方案中，将相应的式III的氟代烷基酰胺和一种或多种合适的溶剂的混合物添加到脱水剂中。

在又一个实施方案中，将脱水剂和一种或多种合适的溶剂的混合物加入各自的式III的氟代烷基酰胺中。

在另一个实施方案中，将脱水剂加入到相应的式III的氟代烷基酰胺和一种或多种合适的溶剂的混合物中。

在又一个实施方案中，将相应的式III的氟代烷基酰胺添加到脱水剂和一种或多种溶剂的混合物中。

在又一个实施方案中，将式III的各个氟代烷基酰胺和一种或多种第一合适溶剂的混合物添加到脱水剂和一种或多种第二合适溶剂的混合物中。第一合适溶剂和第二合适溶剂可以相同或不相同。

在又一个实施方案中，将脱水剂和一种或多种第一合适溶剂的混合物加入到相应的式III的氟代烷基酰胺和一种或多种第二合适溶剂的混合物中。第一合适的溶剂和第二合适的溶剂可以相同或不同。

脱水剂的量应足以使式Ⅲ的氟代烷基酰胺基本上或完全脱水。脱水剂与式III的氟代烷基酰胺的摩尔比可以在0.5:1至50:1之间，特别是在0.5:1至20:1之间，更具体是在1:1至10:1之间，最具体是在1:1和5:1。

在包含溶剂和式III的氟代烷基酰胺的溶液中，式III的氟代烷基酰胺的浓度可以在1.0w/w％至99.0w/w％之间变化。

包含一种或多种溶剂和脱水剂的溶液中的脱水剂的浓度可以在1.0w/w％至99.0w/w％之间变化。

在本发明的一个实施方案中，不除去在脱水反应期间和之后从脱水剂获得的副产物。

在本发明的另一个实施方案中，同时除去在脱水反应期间或之后从脱水剂获得的副产物。

将通过上述方法制备的式I的各个氟烷基腈与一种或多种碱相互作用，随后在溶剂的存在下与叠氮化钠反应以获得式II的氟烷基四唑；

其中，x

式I的氟烷基腈与碱的相互作用可以通过起泡、吹扫、卷曲、滴水或任何其它使根据本发明方法制备的式I的氟烷基腈与碱发生的物理接触方式进行。

在一个实施方案中，可以使根据本发明的方法制备的式I的氟烷基腈可以通过碱或碱的混合物。

在另一个实施方案中，可以使根据本发明的方法制备的式I的氟烷基腈通过一系列的碱，其中所述碱可以相同或不同。

在又一个实施方案中，可以使根据本发明的方法制备的式I的氟烷基腈穿过一系列的碱，其中该系列中的每个单独的组分可以是碱的混合物。

根据本发明方法制备的式I的氟烷基腈可通过的碱包括烷基胺，例如甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、正丁胺、仲丁胺、叔丁胺、异丁胺，戊胺和己胺；二烷基胺，例如二甲胺、二乙胺、乙基甲基胺、二丙胺、二异丙胺，二丁胺和甲基己胺；三烷基胺、例如N,N-二异丙基乙胺、1,3-二甲基丁胺、N,N-二甲基乙胺、三丁胺、三乙胺、三异丙基胺，三甲胺；吡啶，卤代吡啶，例如2-3-或4-氯吡啶、2,6-二氯吡啶、2，4-4-二氯吡啶、2,4,6-三氯吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、喹啉，奎尼丁，和烷基吡啶，例如2,6-二甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶和2,3-二甲基吡啶，但不限于这些实例。

对于根据本发明的式II的氟代四唑的制备所需的温度条件可以根据所用的起始材料，温度范围可能在-80℃至250℃之间，具体的温度范围是在-10℃至180℃之间，更具体的温度范围是在0℃至120℃之间，最具体的温度范围是在10℃至70℃之间。

叠氮化钠与式I的氟烷基腈的反应通常可以在减压下或在大气压或过压下进行。

叠氮化钠的量应足以消耗所产生的式I的氟烷基腈。叠氮化钠与式I的氟烷基腈的摩尔比可以在1:1至1:10之间，具体是在1:1至1:5之间，更具体是在1:1和1:2之间。

适用于制备式I的氟烷基腈的溶剂及其用于制备相关的式II的氟烷基四唑的溶剂的实例包括乙腈、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、丙酮、γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、硝基甲烷、二甲基甲酰胺、四甲基脲、二甲基丙烯脲、二甲基亚砜、环丁砜、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、三氟乙酸、二氟乙酸和乙酸，但不限于这些实例，特别是丙酮或乙腈，但不限于这些实例。

包含一种或多种溶剂和叠氮化钠的溶液中叠氮化钠的浓度可以在1.0w/w％至99.0w/w％之间变化。

用于本发明的式III的氟代烷基酰胺是可商购的，或者可以通过文献WO2003080563中已知的方法容易地制备它。Swarts et al，《Bulletin SocietesChimiques Beiges》，1922年，第31卷，364-365；和J.King，1961年，第27-28页，题为“2-三氟甲基苄啶的合成研究”。

本发明还涉及用于制备式II的氟烷基四唑的设备，所述设备包括：

a.配备有加料装置的第一反应器，其中在脱水剂的存在下进行式III的氟代烷基酰胺的脱水，得到式I的氟烷基腈，

b.包含一个或多个碱的容器或串联的多个容器或洗涤器，以及用于使式I的氟烷基腈接受并通过碱以纯化式I的氟烷基腈的装置，以及

c.第二反应器，其配备有用于接受式I的纯化的氟烷基腈的装置，其中叠氮化钠与式I的纯化的氟烷基腈反应以获得式II的氟烷基四唑。

在一个实施方案中，第一反应器是流动反应器，其中任选地在一种或多种合适的溶剂存在下，使用一种或多种脱水剂对式III的各个氟代烷基酰胺进行脱水。如果使用的话，在-40℃至180℃之间，具体的温度范围是在-15℃至150℃之间，更具体的温度范围是在-4℃至100℃之间；以及最具体的温度范围是在5℃到60℃之间。

离开流动反应器后的反应物料，然后可以用常规方式将未反应的物料作为各自未反应的氟烷基酰胺、未反应的脱水剂、由脱水剂和水形成的反应产物以及其它可缩合的副产物进行缩合分离，并通过这种方式将其从使用的气态相应的氟烷基腈中分离出来，最好是经过进一步的纯化步骤，如上述与适当的碱接触以除去任何潜在的酸液痕迹，以便将其用于制备相应的氟烷基四唑。

在另一个实施方案中，第一反应器是具有三个区域的塔式反应器，第一区域、第二区域和第三区域。

第一区域可以在适合于在脱水反应期间分离脱水剂和由脱水剂形成的产物的温度下操作。因此，第一区域的温度可以在25℃至180℃之间变化，这取决于脱水剂与脱水反应后形成的产品之间的沸点或熔点差。

第二区域可以在适合引起式Ⅲ的氟烷基酰胺的脱水反应，并同时排除脱水反应中由脱水剂形成的副产物干扰的温度下操作。适当地，在所述第二区域中的温度可能在30℃-175℃之间。

第三区域在适合于冷凝式III的氟代烷基酰胺、脱水剂和一种或多种溶剂的温度下操作，如果使用的话，但不冷凝在塔式反应器第二区生成的式I的氟烷基腈。

在第一反应器中的脱水反应过程中产生的副产物，例如三氟乙酸(如果使用的脱水剂是三氟乙酸酐的话)以及溶剂(如果使用的话)被收集在单独的容器中以进行再循环。然后在第二反应器中与叠氮化钠反应之前，使在第一反应器中制备的式I的氟烷基腈通过一个或多个串联的容器或包含一个或多个碱的洗涤器。

借助于以下实施例进一步详细说明本发明，而不对其施加任何限制。

化学实例：

在40℃下，将三氟甲基酰胺(5.6g，50mmol)和三氟乙酸(3mL)的溶液缓慢添加到2,2,2-三氟乙酸酐(42.2g，200mmol)中。使在添加过程中形成的气态三氟甲基腈通过含有吡啶(10mL)的阱，以除去痕量的三氟乙酸(如果有的话)。然后将纯化的三氟甲基腈在25℃下和高效搅拌下，向叠氮钠(6.5g，100mmol)和乙腈(50mL)的溶液中泡腾15小时。反应完成后，将得到的悬浮液过滤并将滤液浓缩以获得1.2g(产率：29％的5-(三氟甲基)四唑-1-钠。

范例2：

在25℃下将三氟甲磺酸酐(17gm，60mmol)添加到2,2,2-三氟乙酰胺(5.6g，50mmol)中。将添加过程中形成的气态三氟乙腈通过含有吡啶的捕集器(10mL)，以除去三氟甲磺酸的痕迹(如有的话)。然后将纯化的三氟甲基腈在25℃下向叠氮钠(3.25g，50mmol)在乙腈(50mL)中的溶液中泡腾20小时。过滤所得悬浮液，并将其浓缩，以得到3.2g(产量：40％的5-(三氟甲基)四唑-1-化物钠。