2-溴七氟丙烷合成与应用

孔丽苹 周 强 吴四清 严仕锵 叶立峰

（巨化集团技术中心，国家氟材料工程技术研究中心，浙江 衢州 324004）

2-溴七氟丙烷，又名七氟-2-溴丙烷、全氟-2-溴丙烷、七氟异丙基溴、全氟异丙基溴及1,1,1,2,3,3,3-七氟溴丙烷等，英文名为2-bromoheptafluoropropane。CAS 号 422-77-5，分子式 C3BrF7，相对分子质量248.92，常温常压下沸点14℃，密度1.8 g/cm3，折射率 1.325，蒸汽压 2.56 kPa。2-溴七氟丙烷在常温常压下是无色刺激性气体，加压下易液化，不燃[1-2]。

2-溴七氟丙烷是重要的含氟有机中间体，目前主要用来替代2-碘七氟丙烷合成医药农药的关键中间体——4-七氟异丙基苯胺衍生物[3-5]，如2-甲基-4-七氟异丙基苯胺、2-乙基-4-七氟异丙基苯胺、2-甲氧基-4-七氟异丙基苯胺、2-三氟甲氧基-4-七氟异丙基苯胺、2-氟-4-七氟异丙基苯胺、2,6-二甲基-4-七氟异丙基苯胺、2,6-二乙基-4-七氟异丙基苯胺、2,6-二氟-4-七氟异丙基苯胺及4-七氟异丙基苯胺等。其中2-甲基-4-七氟异丙基苯胺是制备氟虫酰胺的关键中间体，需重点关注。

国内目前只有巨化和中化蓝天形成规模化生产，其他大都为贸易商。原本2-溴七氟丙烷都是从国内出口到韩国或印度定制加工生产2-甲基-4-七氟异丙基苯胺后到日本，生产氟虫酰胺杀虫剂。目前，欧洲市场也已经启动，通过国内定制加工后，再销往欧洲。现在全球市场需求约在200 t，以后需求量会放大。

1 合成路线

按照其主要原料分类，目前报道的有工业化可能的合成方法主要有四氟乙烯法、六氟丙烯法和1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷（HFC-227ea）法等。

1.1 四氟乙烯法

四氟乙烯法是以四氟乙烯为原料，先与三氟溴甲烷反应制备1-溴七氟丙烷，之后1-溴七氟丙烷经异构化反应得到2-溴七氟丙烷的方法。方程式如下：

反应步骤：氮气保护下加路易斯酸催化剂（通式AlFnCl3-n，n=2.5～2.95；由氯化铝和三氯氟甲烷制备）及溶剂（六氟丙烷环状二聚物，P2O5干燥），降温排氮后加入摩尔比为1:1～1.5的三氟溴甲烷和四氟乙烯，之后升温至常温在系统压力下反应16 h，减压蒸馏可得质量分数为93%的1-溴七氟丙烷，收率约67%。1-溴七氟丙烷和六氟丙烯中加入上述路易斯酸催化剂，升温至130℃，保温反应22 h，转化率只有10%[6]。

四氟乙烯法副反应少，但存在如下缺点：1)四氟乙烯为易爆品，安全性差；2)加成反应及异构化反应时间长，且异构化反应的转化率低；3)1-溴七氟丙烷的沸点（12℃）与2-溴七氟丙烷的沸点（14℃）接近，产品提纯困难。因此，该方法工业化难度较大。

1.2 六氟丙烯法

六氟丙烯法是指以六氟乙烯为原料，先和溴反应制备1,2-二溴六氟丙烷，之后1,2-二溴六氟丙烷与KF反应得到2-溴七氟丙烷的方法[7-10]。方程式如下：

反应步骤：在室温下先加入溴，然后加入六氟丙烯并恒定搅拌直至褪色，将反应混合物以氮气吹扫可获得收率为95%的1,2-二溴六氟丙烷。将溶剂四亚甲基砜和氟化钾加入高压釜，并通过蒸馏干燥混合物，之后加入1,2-二溴六氟丙烷，混合物在氮气存在下加热到125℃（此时压力1.35 MPa），保温反应2 h后再升温，在3 h内升温至175℃，之后冷却、减压并蒸馏出产品，质量分数95.8%，收率83%[9]。

叶立峰等对此方法的第1步进行改进，由液相反应改为气相反应，通过增加光照和升高反应温度来提高反应的效率，缩短反应时间[11-12]。张文革等对此方法第2步进行了改进，通过改造反应装置，可将反应结束时压力从2.0 MPa以上降低到1.1 MPa以下，且可将2-溴七氟丙烷的收率提高到93.2%[13]。此外还有专利公开了六氟丙烯、氟化钾/氟化银和溴化氰分别在乙氰、DMF或环丁砜溶剂中一步反应制备2-溴七氟丙烷的方法[14]。

六氟丙烯法反应条件温和、收率高，比较容易实现工业化生产，但此方法也存在如下缺点：1)KF易受潮且有毒，收集需特别注意；2)反应物料溴对设备的腐蚀较大；3)所用溶剂较多，有较大的环保压力。

1.3 HFC-227ea法

HFC-227ea与溴可以一步反应得到2-溴七氟丙烷：

专利CN101768047B比较了热溴化反应、光溴化反应和催化溴化反应的反应条件、原料转化率及产品选择性等因素，优选热溴化反应，反应温度450℃，反应接触时间23 s，HFC-227ea与Br2的摩尔比1.8，此时原料转化率和产品的选择性分别达52.7%和99.8%[15]。

专利CN102701902B将HFC-227ea与溴按摩尔比为1.2～4:1混合后，进行多级溴化反应，在各级溴化反应之间通入氯气，将溴化反应生成的溴化氢转化为溴，再进入下一级溴化反应，将得到的反应产物水洗、碱洗、精馏即得到2-溴七氟丙烷，HFC-227ea的单程转化率最高达到87.5%，产品收率最高达85.2%[16]。

此方法所用原料HFC-227ea可以由六氟丙烯与HF反应而得，实质上也是六氟丙烯法，优点是步骤短、副反应少且不需要溶剂，工业化潜力大，缺点是副产物HBr相对量大，后处理工序负荷大，且同样存在溴对设备的腐蚀问题。

1.4 其他

1)有多篇专利文献报道了全氟烷基碘化物溴化制备全氟烷基溴化物的方法。专利CN1067239A（FR9106114）采用气相反应，而专利CN1068102A（FR9107649）采用液相光溴化作用，其RfBr的选择性都几乎为全部[17-18]。专利JP1985184033A采用光溴化作用，产率小于42%[19]；文献[20]也采用光化学作用，在过量溴的存在下，用紫外线照射7 d，产率为90%。上述专利文献没有提到2-溴七氟丙烷的合成，但可以参考其工艺用2-碘七氟丙烷和溴反应制备。

2)欧洲专利（EP0361282A1）公开了 3-(全氟异丙基)-4-(三氟甲基)戊烷通过热裂解反应制备2-溴七氟丙烷的方法[21]。

3)专利US3456024报道了在镍催化下，溴作用于化合物RfSF5得到全氟烷基溴的反应，反应温度为 500 ℃[22]。

4)专利EP0298870B1介绍了全氟烷基磺酰氯（RfSO2Cl）在催化剂存在下与溴化氢的气相溴化制备2-溴七氟丙烷的方法[23]。专利CN1052108A、EP0429331B1（FR8915522）介绍了全氟烷基磺酰氯（RfSO2Cl）与 R1R2R3R4X+Br-（X 代表氮或磷原子，R1～R4可以是相同或不同的取代基，其中1个取代基可以是氢原子）反应制备全氟烷基溴化物的方法[24-25]。

5)文献[26]报道了以对甲基异丙基苯为原料，先与氟化钴反应生成全氟 （1-甲基-4-异丙基环己烷），接着与溴在510℃条件下反应得到2-溴七氟丙烷与4-溴十三氟(甲基环己烷)的混合物方法，该混合物理论上摩尔比为1:1，产品收率不高（约40%），且氟化钴较昂贵；文献[27]报道了全氟（异丙基环己烷）与溴反应制备2-溴七氟丙烷的方法。

6)文献[28]报道了以溴五氟苯和全氟异丙基银为原料制备全氟苯银和2-溴七氟丙烷的方法，此反应中2-溴七氟丙烷为副产品。

以上反应大都存在原料昂贵及不易得的缺点，因此，工业化潜力不大。

2 应用现状

七氟异丙基具有低极性、高亲脂性和电负性及生物稳定性，在农药、医药和材料领域里有广泛的应用，作为农药或医药的活性成分中亲油的结构单元，保证了良好的膜渗透性[29]。七氟异丙基用于新农药创制开发最成功的化合物是已经上市的氟虫酰胺（flubendiamide，NNI-001)[30]。 氟虫酰胺（又名氟虫双酰胺，商品名垄歌）是由日本农药公司和德国拜尔公司于1998年联合开发的一种新型邻苯二甲酰胺类杀虫剂，它能高效激活昆虫鱼尼丁受体，过度释放细胞内钙库中的钙离子，导致昆虫瘫痪死亡。氟虫酰胺对几乎所有的鳞翅目类害虫具有很好的活性，是很有发展前途的新型杀虫剂。

氟虫酰胺发现以后，世界各大农药公司及研究机构如瑞士先正达公司、日产化学工业公司、三井及住友化学等纷纷开始将七氟异丙基引入农药结构中，合成出了大批具有高杀虫活性的化合物[31-35]。代表产品有杀虫剂：

杀虫、杀螨剂：

其中，R1和R2分别独立地表示氢原子、C1～C5烷基、卤原子、C1～C3烷氧基或卤代烷氧基，R3和R4分别独立地表示氢原子、烯丙基、C3～C8环烷基、C1～C8烷基或卤代烷基，R6和R7分别独立地表示氢原子、C1～C5烷基或卤代烷基、C3～C8环烷基、C1～C3烷氧基、C2～C6烯基或卤代烯基、C1～C4烷基羰基或卤代烷基羰基、C1～C4烷基磺酰基或卤代烷基磺酰基、C1～C3烷氧基羰基或C1～C3卤代烷氧基羰基；Y分别独立地表示氢原子、卤原子、羟基、硝基、氰基、C1～C5烷基或卤代烷基、C1～C3烷基氨基或二烷基氨基、C1～C3烷氧基或卤代烷氧基；Z分别独立地表示氢原子、卤原子、羟基、硝基、氰基、C1～C5烷基或卤代烷基、C1～C3烷氧基或卤代烷氧基；n表示0～4的整数，m表示0～2的整数。

心血管药（Pr为丙基）：

2-溴七氟丙烷目前主要用来替代2-碘七氟丙烷合成4-七氟异丙基苯胺衍生物，其中2-甲基-4-七氟异丙基苯胺是制备氟虫酰胺的关键中间体。下面介绍2-溴七氟丙烷制备2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的发展。

2-甲基-4-七氟异丙基苯胺最早由日本农药株式会社开发，并申请了相应的专利CN1163469C和JP2003335735A[36-37]。CN1163469C公开了以2-甲基苯胺与2-碘七氟丙烷反应制备2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的方法，收率达到96%，该方法从技术角度来分析是一种比较理想的制备方法，但是原料比较昂贵，影响了它的工业化推广应用。专利JP2003335735A用2-溴七氟丙烷代替2-碘七氟丙烷制备2-甲基-4-七氟异丙基苯胺，收率低，只有32%，不利于工业化生产，但开创了用2-溴七氟丙烷代替2-碘七氟丙烷的先例。

专利CN1498881A公开了2-甲基苯胺与2-溴七氟丙烷反应制备2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的方法[9]。该方法与上述JP2003335735A不同之处在于，2-溴七氟丙烷先滴加到有机溶剂中后再加入到2-甲基苯胺、引发剂、碱、相转移催化剂及溶剂的混合体系中。该方法可将收率提高到90%，但该方法的缺点主要是反应时间较长（需混合搅拌一晚）。专利CN1498881A曾于2007年和2008年先后转让。

专利CN102731317A和CN102731321A中均提及2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的制备方法[4,38]。反应采用加压的方法，大大提高了原料的转化率和产物的选择性。放大实验的最终收率高达96.5%。

3 结束语

2-溴七氟丙烷有工业化潜力的方法实质上都是六氟丙烯法。1种是六氟丙烯先和溴反应制得1,2-二溴六氟丙烷，1,2-二溴六氟丙烷与KF反应得到2-溴七氟丙烷；另1种是六氟丙烯先与HF反应制得HFC-227ea，HFC-227ea与溴反应得到2-溴七氟丙烷。六氟丙烯先与Br2加成再用KF取代的优点是副产物KBr容易处理，但缺点是所用溶剂较多，有环保压力。六氟丙烯先与HF加成再用Br2取代的优点是原料成本低，但缺点是副产HBr相对量大，后处理工序负荷大。且六氟丙烯法都存在溴对设备的腐蚀问题。企业可根据自身研发及生产现状选择自身合适的方法。

2-溴七氟丙烷是一类重要的含氟有机中间体，目前主要用来替代2-碘七氟丙烷合成医药农药关键中间体——4-七氟异丙基苯胺衍生物，其中2-甲基-4-七氟异丙基苯胺是合成氟虫酰胺的关键中间体，需重点关注。目前，国内对2-溴-七氟丙烷及2-甲基-4-七氟异丙基苯胺的研究较少，需加强该方面的研究。

今后的研究重点是将2-碘七氟丙烷参与的反应尽可能地用2-溴七氟丙烷代替，合成更多的医药农药关键中间体。对于医药农药企业，则尝试用2-溴七氟丙烷在医药农药分子式中引入七氟异丙基。从而使得医药农药及相对应的关键中间体相互促进发展，增加对2-溴七氟丙烷的需求。

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