三氟乙酸的合成研究

吳盛均，閆宗剛，陸敏壘，李華新，葛繁龍，宋燁玲

（南通寶凱化工有限公司，江蘇 南通 226221）

三氟乙酸分子式為CF3COOH，CAS號為76-05-1，相對分子質量為 114.02，相對密度為1.5351 g/cm3，熔點為-15.4℃。三氟乙酸是無色、有辛辣氣味的液體，易吸潮，能發煙。三氟乙酸能與水、氟代烷烴、甲醇、丙酮、苯、乙醚、四氯化碳和己烷互溶。三氟乙酸可經氫化鋰鋁或硼氫化鈉還原為三氟乙醛和三氟乙醇[1]。

三氟乙酸是一種重要的含氟中間體，由于含有三氟甲基的特殊結構，因此使其性質不同于其他醇類，可以參與多種有機合成反應，尤其用于合成含氟的醫藥、農藥和染料等領域，國內外需求量越來越大，已成為含氟精細化學品的重要的中間體之一。

1 三氟乙酸的合成方法

現有三氟乙酸的制備方法有很多，最早的是由Swarts于1922年以鉻酸氧化間三氟甲基苯胺制得[2]。后來又有多種方法被報道出來，主要是氧化法和電解法。

吳銀登[3]等人以三氟乙醇為原料，以分子氧為氧化劑，負載型V2O5為催化劑，采用固定床反應器進行反應。得出結論：V2O5/TiO2的催化活性最強，比表面積最大；焙燒溫度影響催化劑的表面釩物種的分散、形態和催化劑的比表面積。

胡江海[4]等公開了一種三氟乙酸生產工藝，向氧化釜中泵入三氟乙醇和55%的硝酸作為催化劑，通入過量的氧氣，攪拌加熱并同時升壓，最終得到三氟乙酸。

劉國[5]等公開了一種利用工業廢氣合成三氟乙酸的方法，先使用強堿與CF3H作用形成CF3-再與CO2反應，最后經過酸化形成三氟乙酸產品。所述的強堿為（Me3Si）2NK或t-BuOK。該方法采用工業廢氣CO2和CF3H作為原料直接制取三氟乙酸，具有原料易得，環境友好，易實現工業化等優點。

陳建海[6]等選擇以 1，1，1-三氟-2，2-二氯乙烷為原料，與液氮、液氧、氫氧化鉀，在光照條件下反應，得到三氟乙酸。通過實驗表明，該反應條件溫和，環境影響小，是一種綠色生產工藝。但是要注意氧氣管道的安裝，避免生產過程中的意外事故。

2 三氟乙酸的制備

2.1 原料

三氟乙烷、氮氣、過氧化氫、催化劑、石英砂。

2.2 實驗過程

將催化劑和2 g石英砂混合，投入到固定床反應釜內；將過氧化氫用穩壓泵，通入到固定床內，并保持壓力始終處于穩定狀態，溫度升高到50℃～70℃；再把三氟乙烷和氮氣同時通入到固定床內，與過氧化氫接觸發生反應；對生成的物質進行精餾操作，得到三氟乙酸。反應中使用的催化劑可以重復利用。

3 結果分析

3.1 溫度

試驗中三氟乙烷與過氧化氫發生反應的溫度為50℃～70℃，在試驗過程中其余條件相同，發現隨著溫度的升高，三氟乙烷的轉化率也變大，但是當溫度高于67℃時，三氟乙烷的轉化率變小。所以在實際生產中，在67℃下反應最完全。

3.2 原料配比

在同種催化劑作用下，過氧化氫和三氟乙烷的摩爾比對反應的影響見表1。

表1 過氧化氫與三氟乙烷摩爾比對試驗影響

通過表1可知，當過氧化氫與三氟乙烷的摩爾比越接近1∶1.7，三氟乙烷的轉化率就越大，所以在實際反應時，過氧化氫與三氟乙烷的摩爾比為1∶1.7左右時，是最佳反應狀態。

3.3 催化劑

實驗中使用的催化劑為Pd-SiW12/SiO2、Al2O3、HY、HB、SiW12/SiO2+Pd/C、Fe/ZSM-5。對使用不同的催化劑，進行對比，得出適合反應的催化劑。分別以6種催化劑在相同條件下作對比實驗。

表2 催化劑的對比試驗

從表2可以看出，Pd-SiW12/SiO2的催化活性最高。

4 結論

以三氟乙烷為原料在催化劑作用下，被過氧化氫直接氧化成三氟乙酸。該方法工藝設計合理，其吸收率和總收率高，且能耗低，副產物少，是一種清潔環保、安全可靠的三氟乙酸的合成生產工藝。