三氟丙酰氯在含氟农药中的应用

徐卫国 张建君

(浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023)

0 前言

三氟丙酰氯的分子式为C3H2ClF3O，分子质量146.5，CAS号41463-83-6，英文名trifluoropropionyl chloride，密度1.422 g/cm3，沸点48 ℃，闪点-17 ℃。其结构式如下：

由三氟丙酰氯制备的酯CF3CH2COOCH2(CH2)nOOCH2CF3(n为1～20整数)可作为锂离子电池电解液的成膜添加剂、聚合单体以及医药和农药的中间体[1]。由三氟丙酰氯制备的酯CF3CH2COOCH2C(CH2)2CH2OOCH2CF3可作为热传导液的润滑剂[2]。

介绍了三氟丙酰氯的制备方法，同时较为系统地综述了三氟丙酰氯在制备含氟农药中的应用进展。

1 三氟丙酰氯的制备方法

三氟丙酰氯的制备主要有以下2种方法：

第一种是日本关东电化工业株式会社[3]公开的双(3,3,3-三氟丙基)醚先经光氯化反应生成双(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚，然后经酸解反应制备三氟丙酰氯的方法，反应见式1。具体过程：在配有搅拌器、温度计、100 W高压汞灯、Dimroth冷凝管和氯气引入管的200 mL玻璃光反应器中，加入210 g(1.00 mol)双(3,3,3-三氟丙基)醚，用冰水浴冷却。在光照和搅拌下，于5 h内通入5.10 mol氯气进行反应，氯气的流速为480 mL/min，温度控制在20～30 ℃。反应结束后，反应液经气相色谱法测定，确定原料双(3,3,3-三氟丙基)醚已经反应完全，双(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚的含量为83.0%。反应液经10%亚硫酸钠水溶液和48%氢氧化钾水溶液洗涤，得到的有机层加入硫酸钠进行干燥，过滤后减压精馏，收集70～71 ℃/1 kPa馏份230.75 g，双(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚纯度为98.1%，收率65%。在装有搅拌器、温度计和蒸馏器的三颈玻璃烧瓶中，加入双(1,1-二氯-3,3,3-三氟丙基)醚33.07 g(0.095 mol)和质量分数为90%的硫酸9.57 g，于50 ℃下搅拌反应2 h后，加入2.60 g (0.063 mol)乙腈。直接蒸馏得到的馏份含有三氟丙酰氯87.1%、1,1,1-三氯-3,3,3-三氟丙烷1.2%和以及其他杂质11.7%。三氟丙酰氯的收率为71%。

第二种是日本中央硝子株式会社[4]公开的在自由基引发剂作用下，用氯气或硫酰氯氯化3,3,3-三氟丙醛制备三氟丙酰氯的方法，反应见式2。具体过程：将100 g(0.892 mol)3,3,3-三氟丙醛装入配有磁力搅拌器、温度计、冷凝管和除氯设备的50 mL三颈玻璃烧瓶中，接着在搅拌下加热至50 ℃。以200 mL/min的流速引入氯(0.218 mol)，然后通过气相色谱测试，确定反应液为41.3%的三氟丙酰氯、0.1%的三氟丙酸、39.0%的3,3,3-三氟-2-氯丙醛、5.4%的3,3,3-三氟-2,2-二氯丙醛、9.2%的3,3,3-三氟-2-氯丙酰氯和5.0%的其他杂质。

2 含氟农药制备中的应用

2.1 含氟除草剂的制备

2019年，东莞东阳光科研发有限公司[5]以间氟苯酚为起始原料，经乙酰化反应生成4-氟-2-羟基苯基乙酮，再与盐酸羟胺反应生成1-(4-氟-2-羟基苯基)乙酮肟，经乙酸酐环合生成6-氟-3-甲基苯并[d]异噁唑，再经溴化反应生成3-(溴甲基)-6-氟苯并[d]异噁唑，与5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3-基异磙脲氢溴酸盐反应生成3-(((5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3-基)硫基)甲基)-5-氟苯并[d]异噁唑，再经氧化、硝化、还原和酰胺化反应制备了除草剂N-(3-(((5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3-基)磺酰基)甲基)-5-氟苯并[d]异噁唑-6-基)-3,3,3-三氟丙酰胺，合成工艺见式3。该除草剂在300 g a.i./ha剂量下，对苘麻、反枝苋、马唐、稗草和狗尾草的除草活性优于砜吡草唑。5,5-二甲基-4,5-二氢异噁唑-3-基异磙脲氢溴酸盐可由羟基脲和3,3-二甲基丙烯酸乙酯为原料，经3步反应合成，见式4。

2016年，日本公益财团法人相模中央化学研究所Kobayashi Osamu等联合日本科研制药株式会社的Kawanishi Naoki[6]公开了一种具有优异的杂草控制效果的吡唑啉酮衍生物5-氯-4-[4-氯-6-氟-2-(2,2,2-三氟乙基)-1H-苯并吡唑-7-基]-1,2-四亚甲基-4-吡唑啉-3-酮，可由4-溴-3,5-二氟苯胺为起始原料，经重氮氯化、格氏反应、氯化、闭环、硝化、氨基化、酰胺化和还原闭环8步反应制备，见式5。

2003年，德国拜尔作物科学有限公司的Haaf Klaus等[7]公开了一种吡啶类除草剂2-(1-甲基-3-三氟基吡唑-5-基氧基)-6-(三氟丙酰基氨基甲基)-吡啶，可由1-甲基-3-(三氟基)-2-吡唑-2-酮和2-氯-6-氰基吡啶为起始原料，经3步反应制备，见式6。

2.2 含氟杀菌剂的制备

2018年，瑞士先正达公司[8]公开的杀菌剂3,3,3-三氟-N-{[3-氟-4-[5-(三氟甲基)-1,2,4-噁二唑-3-基]苯基]甲基}丙酰胺，可由3-氟-4-甲基苯氰和盐酸羟胺为起始原料，经5步反应制备,见式7。

2.3 含氟杀虫剂的制备

2018年，德国拜耳作物科学股份有限公司[9]公开的中离子咪唑并吡啶化合物，可杀死昆虫、蜘蛛与线虫。例如，由2,3-二氯-3-氧代-丙酸甲酯与N-[(2-氯-1,3-噻唑-5-基)甲基] 吡啶-2-胺为起始原料，经3步反应制备1-[(2-氯噻唑-5-基)甲基]-3-(3,3,3-三氟丙酰基)咪唑并[1,2-a]吡啶-4-鎓-2-醇盐，反应见式8。其对玉米根蚜蝇的致死率为100%。

2017年，美国陶氏益农公司[10]公开的杀虫剂4-((Z)-3-(3,5-二氯苯基)-1,4,4,4-四氟丁-1-烯-1-基)-2-(三氟甲基)-N-((R)-1-(3,3,3-三氟丙酰胺基)乙基)苯甲酰胺，对舔菜夜蛾、粉纹夜蛾和伊蚊有较好的防治效果。该杀虫剂可由4-(1-氟乙烯基)-2-(三氟甲基)苯甲酸为原料，经2步反应制备，反应见式9。4-(1-氟乙烯基)-2-(三氟甲基)苯甲酸可由4-溴-2-(三氟甲基)苯甲酸甲酯和(1-氟乙烯基)甲基二苯基硅烷为原料，经2步反应制备，见式10。

2017年，德国巴斯夫欧洲公司[11]公开的[7-[5-(3,5-二氯-4-氟苯基)-5-三氟甲基-4H-异噁唑-3-基]-2,3-二氢化茚-4-基]甲胺与三氟丙酰氯的酰胺化化合物可作为杀虫剂，是由4-溴-2-甲酰基苄腈和2-二乙氧基磷酰基乙酸乙酯为起始原料，经13步反应制备，见式11。

2016年，美国陶氏益农公司[12]公开了一种反式-2-氯-5-(2,2-二氯-3-(3,4,5-三氯苯基)环丙烷甲酰胺基)-N-(1-(3,3,3-三氟丙酰基)氮杂环丁烷-3-基)苯甲酰胺杀虫剂，该杀虫剂可由3,4,5-三氯苯甲醛和4-甲氧基苄基膦酸二乙酯为起始原料，经6步反应制备，见式12。

2016年，瑞士先正达公司[13]公开了一种用作杀虫剂的异噁唑啉-苯乙烯衍生物。例如，N-[(E)-2-[5-(3,5-二氯苯基)-5-(三氟甲基)-4H-异噁唑啉-3-基] 乙烯基]-4-氟苯基]-3,3,3-三氟丙酰胺可由1,3-二氯-5-[1-(三氟甲基)乙烯基]苯和氯代肟基乙酸乙酯为起始原料，经7步反应制备，见式13。

3 结语

三氟丙酰氯是一种小分子酰氯化合物，可以合成用途广泛的含氟农药。因此，开发一条具有工业化价值的合成路线，应该引起研究人员的高度重视。目前，文献报道的制备路线各有优缺点。

第二种方法制备三氟丙酰氯所用的三氟丙醛可以方便地由1-氯-3,3,3-三氟丙烯得到，但三氟丙醛不稳定，易生成三氟丙醛三聚体，再加上氯化反应的选择性不是很好，因此，只适合实验室研究用。相比较而言，第一种方法似乎更有工业上应用的可能性，其原料双(3,3,3-三氟丙基)醚可以方便地用偏氟乙烯制备。

1,1-二氯-3,3,3-三氟丙烷是HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)生产过程中的中间产物，也可由三氟丙烯生产过程中的中间产物1-氯-3,3,3-三氟丙烷氯化得到。如若能成功开发一条以1,1-二氯-3,3,3-三氟丙烷为原料，采用光氧化反应来制备三氟丙酰氯的绿色工艺路线，对扩大三氟丙酰氯的应用市场具有积极的意义。