馬超峰，李玲，石能富，金佳敏，劉武燦

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

0 前言

2-氯-1，1-二氟乙烷 （CHF2CH2Cl， 簡稱HCFC-142），是一種重要的脂肪族含氟中間體，是制備2，2-二氟乙醇等的中間產(chǎn)物，同時也可用于固體表面清潔、干燥、脫脂的氣溶膠和發(fā)泡劑領域[1]，在含氟農(nóng)藥、醫(yī)藥、制冷劑等方面也具有廣泛的用途。本文對2-氯-1，1-二氟乙烷的制備方法和應用簡單概述。

1 2-氯-1，1-二氟乙烷的性質(zhì)

2-氯-1，1-二氟乙烷 （2-chloro-1，1-difluo roethane），是一種無色透明液體。其分子式為C2H3ClF2，分子量:100．5，CAS 號:338-65-8，沸點:36 ℃，熔點:-82．13 ℃，密度:1．312 g/mL（15 ℃），折射率:1．3528 （@15 ℃）。 臨界溫度:204．76 ℃，臨界壓力:4．277 MPa。大鼠吸入的最小致死濃度 LCLo 126 g/m3（4 h）[2]。

2 2-氯-1，1-二氟乙烷的制備方法

2.1 催化氟化法

2-氯-1，1-二氟乙烷可以通過液相氟化和氣相氟化來制備。Bonnet等[3]以 1，1，2-三氯乙烷為原料，與氫氟酸在液相中反應、反應溫度:30℃～180 ℃，采用含有 Sn、Sb、Ta、Nb 或 Ti的路易斯酸催化劑，反應制備2-氯-1，1-二氟乙烷。

Chen等[4]通過氣相氟化制備2-氯-1，1-二氟乙烷，反應溫度120℃～400℃，采用本體或負載的鉻基催化劑，或銻（特別是 SbCl5）的負載或為負載氟化鹽。 反應壓力為 120 psi（約 0．8 MPa）， 接觸時間為34 s，1，2-二氯乙烯轉(zhuǎn)化率為95%，2-氯-1，1-二氟乙烷選擇性為 94．9%。Liu 等[5]提出上述氟化體系無法再現(xiàn)所公開的轉(zhuǎn)化率和選擇性。（圖 1）

圖1

阿科瑪專利[6]提出HF氣相氟化1，1，2-三氯乙烷或1，2-二氯乙烯以得到1-氯-2，2-二氟乙烷。將35 g氧化鉻催化劑活化，反應溫度為225 ℃，反應壓力 0．3 MPa，接觸時間 4 s，氯氣為氧化劑，1，1，2-三氯乙烷和 HF（30/h）的摩爾比為1 ∶20， 反應 500 h，2-氯-1，1-二氟乙烷的產(chǎn)率穩(wěn)定在50%。（圖2）

圖2

Calfee等[7]采用氯乙烷氟氣氟化制備2-氯-1，1-二氟乙烷。將氯乙烷在銅質(zhì)金屬反應裝置內(nèi)快速氟化反應，對反應產(chǎn)物進行壓縮冷凍收集并分析，反應的產(chǎn)物為四氟化碳CF4、三氟氯甲烷CF3Cl、五氟氯乙烷CF3CF2C、二氟二氯乙烯CF2=CCl2和2-氯-1，1-二氟乙烷CHF2CH2Cl等其他產(chǎn)物。 （圖3）

圖3

通過HF或氟氣催化氟化得到2-氯-1，1-二氟乙烷，方法簡單，但HF和氟氣具有很強的腐蝕性，反應劇烈不安全，部分專利提出的氟化體系無法再現(xiàn)所公開的轉(zhuǎn)化率和選擇性。產(chǎn)品后處理過程復雜且三廢多，使得該方法越來越受到限制。

2.2 催化氯化法

三愛富專利[8]公開了一種光催化氯化法制備2-氯-1，1-二氟乙烷的方法。將R152a與Cl2通入固定床進行光照催化反應，生成混合物，然后精餾出2-氯-1，1-二氟乙烷。其中R152a與Cl2的摩爾比為 1∶1～1∶2，光源采用紫外光，固定床內(nèi)填充催化劑，所述的催化劑為AlCl3，SbCl5，SbCl5中的一種或幾種，反應溫度為50℃～120℃，反應物在固定床內(nèi)的停留時間為 0．2～1 s，2-氯-1，1-二氟乙烷的產(chǎn)率為25%～45%。（圖4）

圖4

催化氯化反應的優(yōu)點是工藝簡單、反應溫度低，反應時間短、可連續(xù)生產(chǎn)、適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，不足之處是產(chǎn)物選擇性和產(chǎn)率較低。因此該工藝的關鍵點及難點是開發(fā)高選擇性的催化劑。

2.3 催化加氫還原法

催化加氫是氟化工中一種常用的技術(shù)路線[9]。含氯烷烴中氯的消除和碳碳雙鍵的加氫一般都采用氣相催化加氫工藝。反應所使用的催化劑通常為 VIII族貴金屬，如 Pd、Pt、Ru、Rh 等，催化劑載體為活性炭、氧化鋁、沸石等。由于具有反應連續(xù)性，設備運行穩(wěn)定，不需對催化劑分離，因此越來越受到關注。

Takita[10]等研究了 CFC-113（CCl2FCClF2）催化加氫反應，催化劑采用 Pt、Pd、Ni、Mn 等負載在活性炭、TiO2和分子篩，不同催化劑反應產(chǎn)物不同，采用Pd、Ni負載在TiO2或分子篩催化劑時，反應產(chǎn)物中無2-氯-1，1-二氟乙烷。使用Pd/C催化劑，Pd含量1%，反應溫度100℃～500℃，反應原料CFC-113 1．3mol%，H223．3 mol%，H2O 2．0 mol%，He為平衡氣，反應產(chǎn)物中有少量2-氯-1，1-二氟乙烷，反應溫度200℃時2-氯-1，1-二氟乙烷含量最高，含量為5%。（圖5）

圖5

阿科瑪專利[11]公開了一種 2-氯-1，1，1-三氟乙烷（R133a）制備 2-氯-1，1-二氟乙烷（R142）的方法。2-氯-1，1，1-三氟乙烷在堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物，如NaOH、Ca（OH）2等試劑下脫氟化氫，反應溫度80℃～200℃，得到2-氯-1，1-二氟乙烯（R1122）；2-氯-1，1-二氟乙烯與氫氣反應，氫氣與R1122的摩爾比為8．7，催化劑采用 0．5 Pd/C，反應溫度 80 ℃，接觸時間 4．5 s，反應壓力為常壓，2-氯-1，1-二氟乙烯轉(zhuǎn)化率約為100．0%， 產(chǎn)物 2-氯-1，1-二氟乙烷的選擇性為98．7%。 （圖 6）

圖6

R113催化加氫，產(chǎn)物的選擇性低。而以2-氯-1，1-二氟乙烯為原料的催化加氫，具有反應原子經(jīng)濟性，工藝簡單、催化劑與產(chǎn)物易分離、可連續(xù)生產(chǎn)、適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2.4 自由基反應

Johri[12]等研究了不同含氟烯烴與CF3OX的反應。將氟乙烯CH2=CHF與CF3OX通入反應器中，反應溫度-150℃～20℃，溶劑CF2Cl2，于-110℃收集反應產(chǎn)物，通過19F NMR分析各組分含量，CF3OCHFCH2Cl含量為 66%，F(xiàn)2CHCH2Cl含量為33%。（圖 7）

圖7

Kharroubi[13]等考察了自由基物質(zhì)氯化碘與偏氟乙烯的反應機理。在卡里烏斯反應管中加入VDF 3．8 g，氯化碘 8．1 g，二苯甲酮 0．169 g 和溶劑二氯甲烷10 g，反應溫度為室溫，引發(fā)劑為紫外光，反應產(chǎn)物為同分異構(gòu)體（I）和 （II）。在三口燒瓶中加入 3．0 g 同分異構(gòu)體（I） 和 （II），冰浴或鹽浴，加入還原劑三丁基錫4．0 g，可得到2-氯-1，1-二氟乙烷。 （圖 8）

圖8

通過自由基反應得到2-氯-1，1-二氟乙烷，制備方法簡單，但由于原料和還原劑價格昂貴，需要大量溶劑，產(chǎn)品收率較低，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2.5 其他方法

杜邦[14]公開了一種2-氯-1，1-二氟乙烷的制備方法。在三口燒瓶中加入75 mL SOCl2，二氟乙醇82 g，磁力攪拌，干冰冷凝，反應產(chǎn)生的HCl水洗吸收，反應過夜后釋放出未反應的SOCl2，剩下的反應混合物用于下步反應。在反應混合物中添加45 g無水LiCl和200 mL無水NMP（甲基吡咯烷酮），反應溫度50℃，反應時間6 h后加熱到120℃蒸餾出純度99%的2-氯-1，1-二氟乙烷。

Siegemund[15]等研究了鹵代乙醛與四氟化硫和二烷基氨基三氟化硫的反應。實現(xiàn)不同鹵代乙醛和二烷基氨基三氟化硫的反應，具體反應方程式如圖9。

圖9

3 2-氯-1,1-二氟乙烷的應用

2-氯-1,1-二氟乙烷可制備多種含氟中間體、農(nóng)藥和醫(yī)藥等，如制備二氟乙醇、二氟乙胺和二氟乙酸酯等中間體，各類除草劑、殺蟲劑、抗癌藥物、抗菌藥物和免疫藥物等。

3.1 制備含氟中間體

（1）制備二氟乙醇

Asahi專利[16]公開了以 2-氯-1，1-二氟乙烷為原料一步法制備二氟乙醇的方法。原料2-氯-1,1-二氟乙烷與羧酸酯、堿金屬氫氧化物、水在溫度150℃～200℃的條件下反應，摩爾比為1∶1～20 ∶0．5～5 ∶0．5～5。 例如:2-氯-1,1-二氟乙烷與丁內(nèi)酯、氫氧化鉀、水在200℃反應2．5 h，2-氯-1，1-二氟乙烷的轉(zhuǎn)化率為86%，二氟乙醇的收率為48．6%。山東飛源[17]提出了以醋酸鹽和2-氯-1，1-二氟乙烷為原料，高沸點醇類作為溶劑，用醋酸調(diào)節(jié)PH值，按照特定投料比，在特定溫度梯度下反應生產(chǎn)2，2-二氟乙醇。（圖10）

圖10

Bayer專利[16]公開了一種以2-氯-1,1-二氟乙烷為原料，兩步法制備二氟乙醇的方法。2-氯-1，1-二氟乙烷先與甲酸或乙酸的堿金屬鹽進行取代反應生成2，2-二氟乙基酯或2，2-二氟乙基乙酸酯，再在醇和堿存在下進行酯交換生成2，2-二氟乙醇。在三口燒瓶中預先置入600 mL二甲基亞砜，289．5 g （2．95 moL） 乙酸鉀， 溫度 120℃，30 min 滴加含 200 g（1．97 moL） 2-氯-1，1-二氟乙烷和200 mL二甲基亞砜的混合溶液，反應攪拌2 h后冷卻到60℃，色譜分析2-氯-1，1-二氟乙烷完全轉(zhuǎn)化。再在20 min內(nèi)滴加入221 g（6．88 moL）甲醇，于 90 ℃下加熱反應 2 h，蒸餾后，2，2-二氟乙醇的收率為 84．4%。 （圖 11）

圖11

（2）制備二氟乙酸酯

西安近代化學所專利[19]公開了一種2-氯-1，1-二氟乙烷制備二氟乙酸酯的方法。以2-氯-1，1-二氟乙烷及金屬醋酸鹽為原料，金屬醋酸鹽為醋酸鉀或醋酸鈉，優(yōu)選醋酸鉀，溶劑采用乙酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮中的一種或多種，于120℃～150℃下反應12 h，得到二氟乙酸乙酯。Bayer專利[16]WO2013010985中提出2-氯-1，1-二氟乙烷先與甲酸或乙酸的堿金屬鹽進行取代反應生成2，2-二氟乙基酯。（圖12）

圖12

（3）制備二氟乙胺

Bayer專利[20]提出了 2，2-二氟-1-鹵代乙烷與芐胺化合物在酸消除劑下制備二氟乙胺的方法。 例如:在高壓反應釜中加入 1152 g（11．1 mol）2-氯-1，1-二氟乙烷和 403 g 芐胺（3．695 mol），內(nèi)溫120℃，反應16 h。隨后加入700 g水進行分離，水相中的芐胺鹽酸鹽通過滴加氫氧化鈉溶液轉(zhuǎn)為游離的芐胺，有機相蒸餾可得到306 g的N-芐基-2，2-二氟乙胺，純度為 95．6%。將 280 g（1．62 mol）2，2-二氟乙基芐胺溶于 1260 mL 甲苯中，加入7．0 g的5%Pd/C催化劑，維持氫氣壓力0．6 MPa，溫度 80 ℃，反應 10 h，過濾蒸餾后得到109．8 g 2，2-二氟乙胺，產(chǎn)率為 84%。 （圖 13）

圖13

Bayer專利[21]公開了由 2-氯-1，1-二氟乙烷和氨一步法制備二氟乙胺的方法。在壓力穩(wěn)定的密封容器中，1．0～18．0 MPa 的壓力范圍內(nèi)混合 2-氯-1，1-二氟乙烷和氣態(tài)、液態(tài)和超臨界氨，反應溫度為80℃～200℃，減壓分離出二氟乙胺。（圖14）

圖14

（4）制備氫氟醚

東岳專利[22]公開了一種氟氯烴資源化轉(zhuǎn)化為氫氟醚方法。將醇汽化后與2-氯-1，1-二氟乙烷體積比1∶3混合通入反應器1中，反應溫度300℃，反應壓力 0．1 MPa，反應2 h。 反應器1中的物料與氟化氫氣體按體積比1∶0．1混合通入反應器2中，反應2 h，控溫350℃，反應壓力為常壓，得到混合氣，經(jīng)水堿洗得到產(chǎn)物。色譜分析氫氟醚含量為34%。（圖15）

圖15

3.2 制備含氟農(nóng)藥

趙都精細化工專利[23]公開了一種以2-氯-1，1-二氟乙烷為原料合成五氟磺草胺除草劑。（1）以2-氯-1，1-二氟乙烷為原料，與間三氟甲基苯酚發(fā)生取代反應得到間二氟乙氧基三氟甲苯（反應Ⅰ）；（2）生成的間二氟乙氧基三氟甲苯與硫酰氟反應得到2-（2'，2'-二氟乙氧基）-6-三氟甲基苯磺酰氟 （反應Ⅱ）；（3）所生成的磺酰氟與5，8-而甲氧基-[1，2，4]三唑[1，5-c]嘧啶-2-胺在堿的作用下，在有機溶劑（水溶性）中反應，得到五氟磺草胺（反應Ⅲ）。（圖16）

圖16

3.3 制備含氟醫(yī)藥

霍夫曼公司專利[24]公開了一種以2-氯-1，1-二氟乙烷為原料合成抑制MAP4K4用于治療癌癥的有機化合物。以2-氯-1，1-二氟乙烷為原料，與B-1化合物反應，其中溶劑為水、異丙醇、乙醇、甲醇、DMSO、DMF、乙酸乙酯、乙酸和乙醇胺等，氫氧化鈉分散在溶劑中，即可得到B-2化合物。 （圖17）

圖17

4 總結(jié)

2-氯-1，1-二氟乙烷是一種重要的含氟中間體。目前，對2-氯-1，1-二氟乙烷的開發(fā)和研究仍處于初級水平。催化氟化法方法簡單，但HF和氟氣具有很強的腐蝕性，反應劇烈不安全。催化氯化法反應溫度低，反應時間短、可連續(xù)生產(chǎn)，但產(chǎn)物產(chǎn)率較低。自由基反應法制備方法簡單，但由于原料和還原劑價格昂貴，需要大量溶劑。相比較之下，采用2-氯-1，1-二氟乙烯催化加氫法，具有生產(chǎn)條件簡單、轉(zhuǎn)化率及收率高等優(yōu)點，工業(yè)化價值高。2-氯-1，1-二氟乙烷作為重要的含氟中間體，目前主要用于制備各類除草劑、抗癌藥等。由于其含有二氟甲基，可用于制備應用更廣泛的二氟系列中間體，因此開展2-氯-1，1-二氟乙烷的合成和應用研究，對氟化工企業(yè)的發(fā)展有著較為重要的意義。