三氟乙酰乙酸乙酯的应用

背景及概述^[1][2][3]

三氟乙酰乙酸乙酯是一种重要的有机化工原料，在有机氟化合物合成、农药、医药、染料以及液晶等行业有着广泛的用途。我国是萤石(一种含有氟元素的原料)主要产出国，在原料上有优势，使得我国成为含氟化合物的主要生产国。

理化性质及结构^[1]

三氟乙酰乙酸乙酯(以下简称三氟乙酰乙酸乙酯)，英文名ethyl 4,4,4-trifluoroacetoacetate，CAS号为372-31-6。分子式为C6H7F3O3，分子量为184.11，密度为1.259，熔点为-39 ℃，沸点为129.5 ℃(760 mmHg)，折射率为1.375-1.378，闪点为28 ℃，水中溶解度为10 g/L (20 ℃)。三氟乙酰乙酸乙酯拥有两个构型，即烯醇式和酮式，通常情况下可以自由转换，具体结构如下所示：

应用

三氟乙酰乙酸乙酯是一种重要的农药和医药中间体，可用于制备噻氟菌胺、嘧螨酯、噻草啶等农药，也可以用于制备贝氟沙通等医药。其合成方法主要是以三氟乙酸乙酯和乙酸乙酯经克莱森缩合反应制得。反应的原理如下所示：

现有技术中4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的制备以三氟乙酸乙酯和乙酸乙酯为原料，以环己烷为溶剂经克莱森缩合反应合成，有以下报道：

美国专利US4647689报道了如下的方法：在氢化钠(含量为60%，分散在矿物油中)存在下，以环己烷为溶剂，三氟乙酸乙酯与乙酸乙酯发生反应，加入氯化氢气体酸化得反应粗产物，再经过滤、精馏后得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯产品。产品纯度为94.0%，收率为75%。

此反应体系：产生大量的氢气，在工业化生产中存在安全隐患；用无水氯化氢气体酸化，操作时很难准确控制酸化终点，逸出的无水氯化氢气体需要较大量的碱液中和，使三废量增加；使用大量环己烷，会使得体系组分分离困难，从而增加能耗及操作周期；三氟乙酰氯的加入会增加反应的操作步骤，从而延长单釜反应的操作时间。

美国专利US4883904报道了如下的方法：金属钠和乙醇制备乙醇钠，加入环己烷作为溶剂，冷却后加入三氟乙酸乙酯，升温后加入无水乙酸乙酯反应，脱溶，加入环己烷、无水甲酸和乙酸乙酯酸化，再经过滤、常压精馏、减压蒸馏、140 mmHg真空度下减压精馏后得到4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯。产品纯度为99.1%，收率为74.7%。

此生产工艺中：固体碱钠在加料过程放热剧烈，加料过程不易控制，易造成粉尘污染；使用金属钠和乙醇制备乙醇钠会产生大量的氢气，在工业化生产中存在安全隐患；两次共沸脱醇，能耗大，脱醇工艺终点难控制，以致工艺不稳定；脱醇使用大量环己烷，造成溶剂的回收能耗增大、反应时间增加。

目前三氟乙酰乙酸乙酯的工业生产方法是以三氟乙酸乙酯和乙酸乙酯在金属钠的催化下生成三氟乙酰乙酸乙酯粗品，所用的金属钠在运输及使用过程中存在较大的危险性。2007年第12期《农药》指出可以用固体乙醇钠作为催化剂促使三氟乙酸乙酯和乙酸乙酯进行克莱森酯缩合反应，然而固体乙醇钠与金属钠同样属于高危险运输品，在使用中如有不当，会对人体造成较严重的伤害。

制备^[2]

(1)在四口瓶中，将Mg(NO3)2·6H2O 48.08g(0.1875mol)、Al(NO3)3·9H2O 23.45g(0.0625mol)配制成的混合水溶液Ⅰ70ml，与氢氧化钠20g(0.5mol)和碳酸钠3.31g(0.03125mol)配制的混合水溶液Ⅱ70ml混合得到混合溶液，调整混合溶液的pH值为8.5，搅拌30min，于65℃老化18h，过滤得到滤饼，将滤饼洗涤至中性，80℃下干燥12h，研磨得催化剂前体；

(2)将步骤(1)得到的催化剂前体放入马弗炉中于450℃下焙烧3h，氮气保护下自然冷却至室温。将焙烧后的固体加入到100ml 0.1mol/L KF水溶液中，室温下搅拌48h，过滤、水洗并真空干燥后，在450℃下焙烧8h，然后在氮气保护下自然冷却至室温，制得催化剂；

(3)在四口烧瓶中，分别加入乙酸乙酯40g、三氟乙酸乙酯20g和步骤(2)得到的催化剂0.02g，在40℃下反应6h，精馏除去未反应的乙酸乙酯和生成的乙醇得到缩合产物，冷却，再向得到的缩合产物中加入甲酸和乙酸乙酯(甲酸与乙酸乙酯质量比为1:1)的混合溶液10g，在40℃下反应1h，冷却，过滤，将滤液减压精馏，得到三氟乙酰乙酸乙酯，经GC/MS分析，纯度为99.9％，收率为87.9％。

主要参考资料

[1]王凤鸣, 李慧, 程东, 冯宁, & 张守良. (2004). 三氟乙酰乙酸乙酯大鼠急性经口毒性实验研究. 口岸卫生控制, 9(4), 9-10.

[2]张国华, & 郑纯智. (2007). 三氟乙酰乙酸乙酯的合成. 农药, 46(12), 823-824.

[3]茆旭东, 何军邀, 孙志浩, & 郑璞. (2008). 葡萄汁酵母sw-58不对称还原4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的研究. 化学研究与应用, 20(5), 000518-522.