制備方法
自從1933年Swarts以三氟醋酸酐為原料,經催化還原法制得三氯乙醇以來,相繼開發出一系列合成方法。根據反應類型可以分為氧化法、還原法和水解法3種。根據原料可分為三氟醋酸法、三氟乙酰氯法、三氟醋酐法、三氟醋酸酯法、三氟乙醛法、偏氟乙烯法、三氟乙烷(HFC-143a)法以及三氟氯乙烷(HCFC -133a)法等。
三氟乙酰氯法
以三氟乙酰氯為原料,經催化加氫還原反應得到三氟乙醇。催化劑的選擇是合成的關鍵。若以氫化鋁鋰為催化劑,則因所用催化劑價格昂貴,操作困難以及無法再生回用等缺點,只適合于實驗室制備。鈀、鉑以及釕是比較合適的催化劑,這些催化劑可用比較簡單的方法進行再生活化,即使不活化,其壽命也可以達到24小時以上。鈀是最理想的催化劑,為改善催化劑的耐熱性,催化劑鈀最好載于鋁或其他惰性載體如硅膠、膨潤土上。以鈀/鋁為催化劑,用氧氣來還原三氟乙酰氯制備三氟乙醇的方法,具有設備簡單,原料轉化率高以及產品收率好等特點,具有工業化生產價值,不足之處是原料三氯乙酰氯與副產品氯化氫分離比較困難。合成可分為氣相和液相兩種方法。氣相反應可以在常壓或加壓下進行,由于三氟乙酰氯的沸點較低,因而液相反應必須在加壓情況下進行。在連續氣相反應過程中,由于三氟乙酰氯和氫的反應可在瞬間完成,因而原料與催化劑的接觸時間很短,一般情況下只有5~10秒,如在高溫高壓條件下,接觸時間則更短,這有利于提高生能力。一般情況下,三氟乙醇的收率可達到75%~95%。
三氟醋酐法
由三氯醋酐液相加氫還原生產三氟乙醇是國內外采用生產三氟乙醇的最早方法。但三氟醋酐容易發生深度還原,生成半縮醛、酯、酸,甚至生成烴類化合物。在反應溫度20~40℃,壓力4.5~5.0MPa下,以鉑為催化劑進行液相氫化還原反應,生成的主要產物為三氟乙酸、三氟乙酯、三氟乙醇和三氟乙烷。以鉑或鎳為催化劑,三氟醋酐的氣相氫化還原,其主要產物為三氟乙醇。采用銠/活性炭或銠/鋁為催化劑,反應溫度為50~150℃,反應壓力0.5~1.5MPa下進行液相氫化還原,三氟乙醇的收率可以達到75%。該法技術簡單,操作方便,但易產生大量的副產品。
三氟醋酸法
在催化劑作用下,1分子的三氟醋酸與2分子的氫反應,可生成1分子的三氟乙醇。反應可以在氣相中也可以在液相中進行。在氣相氫化反應中,以鉻或銅基化合物為催化劑,三氯乙醇的收率只有37%;以銠或銥基化合物為催化劑,三氟乙醇的收率更小,僅有1.4%。因為氣相反應的反應溫度高,產品收率低等原因,工業上一般采用液相法進行生產。液相法可采用間歇或連續方式進行,間歇法是以銠、銣、銥等為催化劑,在0.5~5MPa、70~150℃下進行,三氟醋酸的轉化率和三氟乙醇的收率均很高,但由于三氟醋酸的深度還原,有一定量的副產物如三氯乙烷、乙烷和甲烷生成。連續液相法具有反應能力大,操作簡單,原料轉化率和產品收率好的特點,被應用于工業化生產中。
三氟氯乙烷法(HCFC-133a)
浙江大學材料與化工學院化工所用三氟氯乙烷在γ—丁內酯存在下和ω—羧基丁酸鉀在200℃和4.5MPa下反應制得三氟乙醇,反應后副產ω—羥基丁酸鉀可以還原成γ—丁內酯,回收利用。中科院上海有機所以三氟氯乙烷為原料,在相轉移催化劑存在下,溫度150-300℃,壓力4-15MPa條件下,與羧酸的堿或堿金屬鹽在水溶液中反應制備三氟乙醇,其中相轉移催化劑可以是離子型、非離子型表面活性劑或分子式為XC-nF2OCFSOY的含氟化合物等。另外浙江化工研究院開發出以三氟氯乙烷為原料,經過酯化,水解二步反應合成三氟乙醇的工藝路線。