2-氯-1，1-二氟乙烷的制备与应用研究进展

马超峰，李玲，石能富，金佳敏，刘武灿

（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， 简称HCFC-142），是一种重要的脂肪族含氟中间体，是制备2，2-二氟乙醇等的中间产物，同时也可用于固体表面清洁、干燥、脱脂的气溶胶和发泡剂领域[1]，在含氟农药、医药、制冷剂等方面也具有广泛的用途。本文对2-氯-1，1-二氟乙烷的制备方法和应用简单概述。

1 2-氯-1，1-二氟乙烷的性质

2-氯-1，1-二氟乙烷 （2-chloro-1，1-difluo roethane），是一种无色透明液体。其分子式为C2H3ClF2，分子量:100．5，CAS 号:338-65-8，沸点:36 ℃，熔点:-82．13 ℃，密度:1．312 g/mL（15 ℃），折射率:1．3528 （@15 ℃）。 临界温度:204．76 ℃，临界压力:4．277 MPa。大鼠吸入的最小致死浓度 LCLo 126 g/m3（4 h）[2]。

2 2-氯-1，1-二氟乙烷的制备方法

2.1 催化氟化法

2-氯-1，1-二氟乙烷可以通过液相氟化和气相氟化来制备。Bonnet等[3]以 1，1，2-三氯乙烷为原料，与氢氟酸在液相中反应、反应温度:30℃～180 ℃，采用含有 Sn、Sb、Ta、Nb 或 Ti的路易斯酸催化剂，反应制备2-氯-1，1-二氟乙烷。

Chen等[4]通过气相氟化制备2-氯-1，1-二氟乙烷，反应温度120℃～400℃，采用本体或负载的铬基催化剂，或锑（特别是 SbCl5）的负载或为负载氟化盐。 反应压力为 120 psi（约 0．8 MPa）， 接触时间为34 s，1，2-二氯乙烯转化率为95%，2-氯-1，1-二氟乙烷选择性为 94．9%。Liu 等[5]提出上述氟化体系无法再现所公开的转化率和选择性。（图 1）

图1

阿科玛专利[6]提出HF气相氟化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。将35 g氧化铬催化剂活化，反应温度为225 ℃，反应压力 0．3 MPa，接触时间 4 s，氯气为氧化剂，1，1，2-三氯乙烷和 HF（30/h）的摩尔比为1 ∶20， 反应 500 h，2-氯-1，1-二氟乙烷的产率稳定在50%。（图2）

图2

Calfee等[7]采用氯乙烷氟气氟化制备2-氯-1，1-二氟乙烷。将氯乙烷在铜质金属反应装置内快速氟化反应，对反应产物进行压缩冷冻收集并分析，反应的产物为四氟化碳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等其他产物。 （图3）

图3

通过HF或氟气催化氟化得到2-氯-1，1-二氟乙烷，方法简单，但HF和氟气具有很强的腐蚀性，反应剧烈不安全，部分专利提出的氟化体系无法再现所公开的转化率和选择性。产品后处理过程复杂且三废多，使得该方法越来越受到限制。

2.2 催化氯化法

三爱富专利[8]公开了一种光催化氯化法制备2-氯-1，1-二氟乙烷的方法。将R152a与Cl2通入固定床进行光照催化反应，生成混合物，然后精馏出2-氯-1，1-二氟乙烷。其中R152a与Cl2的摩尔比为 1∶1～1∶2，光源采用紫外光，固定床内填充催化剂，所述的催化剂为AlCl3，SbCl5，SbCl5中的一种或几种，反应温度为50℃～120℃，反应物在固定床内的停留时间为 0．2～1 s，2-氯-1，1-二氟乙烷的产率为25%～45%。（图4）

图4

催化氯化反应的优点是工艺简单、反应温度低，反应时间短、可连续生产、适合大规模工业化生产，不足之处是产物选择性和产率较低。因此该工艺的关键点及难点是开发高选择性的催化剂。

2.3 催化加氢还原法

催化加氢是氟化工中一种常用的技术路线[9]。含氯烷烃中氯的消除和碳碳双键的加氢一般都采用气相催化加氢工艺。反应所使用的催化剂通常为 VIII族贵金属，如 Pd、Pt、Ru、Rh 等，催化剂载体为活性炭、氧化铝、沸石等。由于具有反应连续性，设备运行稳定，不需对催化剂分离，因此越来越受到关注。

Takita[10]等研究了 CFC-113（CCl2FCClF2）催化加氢反应，催化剂采用 Pt、Pd、Ni、Mn 等负载在活性炭、TiO2和分子筛，不同催化剂反应产物不同，采用Pd、Ni负载在TiO2或分子筛催化剂时，反应产物中无2-氯-1，1-二氟乙烷。使用Pd/C催化剂，Pd含量1%，反应温度100℃～500℃，反应原料CFC-113 1．3mol%，H223．3 mol%，H2O 2．0 mol%，He为平衡气，反应产物中有少量2-氯-1，1-二氟乙烷，反应温度200℃时2-氯-1，1-二氟乙烷含量最高，含量为5%。（图5）

图5

阿科玛专利[11]公开了一种 2-氯-1，1，1-三氟乙烷（R133a）制备 2-氯-1，1-二氟乙烷（R142）的方法。2-氯-1，1，1-三氟乙烷在碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物，如NaOH、Ca（OH）2等试剂下脱氟化氢，反应温度80℃～200℃，得到2-氯-1，1-二氟乙烯（R1122）；2-氯-1，1-二氟乙烯与氢气反应，氢气与R1122的摩尔比为8．7，催化剂采用 0．5 Pd/C，反应温度 80 ℃，接触时间 4．5 s，反应压力为常压，2-氯-1，1-二氟乙烯转化率约为100．0%， 产物 2-氯-1，1-二氟乙烷的选择性为98．7%。 （图 6）

图6

R113催化加氢，产物的选择性低。而以2-氯-1，1-二氟乙烯为原料的催化加氢，具有反应原子经济性，工艺简单、催化剂与产物易分离、可连续生产、适合大规模工业化生产。

2.4 自由基反应

Johri[12]等研究了不同含氟烯烃与CF3OX的反应。将氟乙烯CH2=CHF与CF3OX通入反应器中，反应温度-150℃～20℃，溶剂CF2Cl2，于-110℃收集反应产物，通过19F NMR分析各组分含量，CF3OCHFCH2Cl含量为 66%，F2CHCH2Cl含量为33%。（图 7）

图7

Kharroubi[13]等考察了自由基物质氯化碘与偏氟乙烯的反应机理。在卡里乌斯反应管中加入VDF 3．8 g，氯化碘 8．1 g，二苯甲酮 0．169 g 和溶剂二氯甲烷10 g，反应温度为室温，引发剂为紫外光，反应产物为同分异构体（I）和 （II）。在三口烧瓶中加入 3．0 g 同分异构体（I） 和 （II），冰浴或盐浴，加入还原剂三丁基锡4．0 g，可得到2-氯-1，1-二氟乙烷。 （图 8）

图8

通过自由基反应得到2-氯-1，1-二氟乙烷，制备方法简单，但由于原料和还原剂价格昂贵，需要大量溶剂，产品收率较低，不适于大规模工业化生产。

2.5 其他方法

杜邦[14]公开了一种2-氯-1，1-二氟乙烷的制备方法。在三口烧瓶中加入75 mL SOCl2，二氟乙醇82 g，磁力搅拌，干冰冷凝，反应产生的HCl水洗吸收，反应过夜后释放出未反应的SOCl2，剩下的反应混合物用于下步反应。在反应混合物中添加45 g无水LiCl和200 mL无水NMP（甲基吡咯烷酮），反应温度50℃，反应时间6 h后加热到120℃蒸馏出纯度99%的2-氯-1，1-二氟乙烷。

Siegemund[15]等研究了卤代乙醛与四氟化硫和二烷基氨基三氟化硫的反应。实现不同卤代乙醛和二烷基氨基三氟化硫的反应，具体反应方程式如图9。

图9

3 2-氯-1,1-二氟乙烷的应用

2-氯-1,1-二氟乙烷可制备多种含氟中间体、农药和医药等，如制备二氟乙醇、二氟乙胺和二氟乙酸酯等中间体，各类除草剂、杀虫剂、抗癌药物、抗菌药物和免疫药物等。

3.1 制备含氟中间体

（1）制备二氟乙醇

Asahi专利[16]公开了以 2-氯-1，1-二氟乙烷为原料一步法制备二氟乙醇的方法。原料2-氯-1,1-二氟乙烷与羧酸酯、碱金属氢氧化物、水在温度150℃～200℃的条件下反应，摩尔比为1∶1～20 ∶0．5～5 ∶0．5～5。 例如:2-氯-1,1-二氟乙烷与丁内酯、氢氧化钾、水在200℃反应2．5 h，2-氯-1，1-二氟乙烷的转化率为86%，二氟乙醇的收率为48．6%。山东飞源[17]提出了以醋酸盐和2-氯-1，1-二氟乙烷为原料，高沸点醇类作为溶剂，用醋酸调节PH值，按照特定投料比，在特定温度梯度下反应生产2，2-二氟乙醇。（图10）

图10

Bayer专利[16]公开了一种以2-氯-1,1-二氟乙烷为原料，两步法制备二氟乙醇的方法。2-氯-1，1-二氟乙烷先与甲酸或乙酸的碱金属盐进行取代反应生成2，2-二氟乙基酯或2，2-二氟乙基乙酸酯，再在醇和碱存在下进行酯交换生成2，2-二氟乙醇。在三口烧瓶中预先置入600 mL二甲基亚砜，289．5 g （2．95 moL） 乙酸钾， 温度 120℃，30 min 滴加含 200 g（1．97 moL） 2-氯-1，1-二氟乙烷和200 mL二甲基亚砜的混合溶液，反应搅拌2 h后冷却到60℃，色谱分析2-氯-1，1-二氟乙烷完全转化。再在20 min内滴加入221 g（6．88 moL）甲醇，于 90 ℃下加热反应 2 h，蒸馏后，2，2-二氟乙醇的收率为 84．4%。 （图 11）

图11

（2）制备二氟乙酸酯

西安近代化学所专利[19]公开了一种2-氯-1，1-二氟乙烷制备二氟乙酸酯的方法。以2-氯-1，1-二氟乙烷及金属醋酸盐为原料，金属醋酸盐为醋酸钾或醋酸钠，优选醋酸钾，溶剂采用乙酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮中的一种或多种，于120℃～150℃下反应12 h，得到二氟乙酸乙酯。Bayer专利[16]WO2013010985中提出2-氯-1，1-二氟乙烷先与甲酸或乙酸的碱金属盐进行取代反应生成2，2-二氟乙基酯。（图12）

图12

（3）制备二氟乙胺

Bayer专利[20]提出了 2，2-二氟-1-卤代乙烷与苄胺化合物在酸消除剂下制备二氟乙胺的方法。 例如:在高压反应釜中加入 1152 g（11．1 mol）2-氯-1，1-二氟乙烷和 403 g 苄胺（3．695 mol），内温120℃，反应16 h。随后加入700 g水进行分离，水相中的苄胺盐酸盐通过滴加氢氧化钠溶液转为游离的苄胺，有机相蒸馏可得到306 g的N-苄基-2，2-二氟乙胺，纯度为 95．6%。将 280 g（1．62 mol）2，2-二氟乙基苄胺溶于 1260 mL 甲苯中，加入7．0 g的5%Pd/C催化剂，维持氢气压力0．6 MPa，温度 80 ℃，反应 10 h，过滤蒸馏后得到109．8 g 2，2-二氟乙胺，产率为 84%。 （图 13）

图13

Bayer专利[21]公开了由 2-氯-1，1-二氟乙烷和氨一步法制备二氟乙胺的方法。在压力稳定的密封容器中，1．0～18．0 MPa 的压力范围内混合 2-氯-1，1-二氟乙烷和气态、液态和超临界氨，反应温度为80℃～200℃，减压分离出二氟乙胺。（图14）

图14

（4）制备氢氟醚

东岳专利[22]公开了一种氟氯烃资源化转化为氢氟醚方法。将醇汽化后与2-氯-1，1-二氟乙烷体积比1∶3混合通入反应器1中，反应温度300℃，反应压力 0．1 MPa，反应2 h。 反应器1中的物料与氟化氢气体按体积比1∶0．1混合通入反应器2中，反应2 h，控温350℃，反应压力为常压，得到混合气，经水碱洗得到产物。色谱分析氢氟醚含量为34%。（图15）

图15

3.2 制备含氟农药

赵都精细化工专利[23]公开了一种以2-氯-1，1-二氟乙烷为原料合成五氟磺草胺除草剂。（1）以2-氯-1，1-二氟乙烷为原料，与间三氟甲基苯酚发生取代反应得到间二氟乙氧基三氟甲苯（反应Ⅰ）；（2）生成的间二氟乙氧基三氟甲苯与硫酰氟反应得到2-（2'，2'-二氟乙氧基）-6-三氟甲基苯磺酰氟 （反应Ⅱ）；（3）所生成的磺酰氟与5，8-而甲氧基-[1，2，4]三唑[1，5-c]嘧啶-2-胺在碱的作用下，在有机溶剂（水溶性）中反应，得到五氟磺草胺（反应Ⅲ）。（图16）

图16

3.3 制备含氟医药

霍夫曼公司专利[24]公开了一种以2-氯-1，1-二氟乙烷为原料合成抑制MAP4K4用于治疗癌症的有机化合物。以2-氯-1，1-二氟乙烷为原料，与B-1化合物反应，其中溶剂为水、异丙醇、乙醇、甲醇、DMSO、DMF、乙酸乙酯、乙酸和乙醇胺等，氢氧化钠分散在溶剂中，即可得到B-2化合物。 （图17）

图17

4 总结

2-氯-1，1-二氟乙烷是一种重要的含氟中间体。目前，对2-氯-1，1-二氟乙烷的开发和研究仍处于初级水平。催化氟化法方法简单，但HF和氟气具有很强的腐蚀性，反应剧烈不安全。催化氯化法反应温度低，反应时间短、可连续生产，但产物产率较低。自由基反应法制备方法简单，但由于原料和还原剂价格昂贵，需要大量溶剂。相比较之下，采用2-氯-1，1-二氟乙烯催化加氢法，具有生产条件简单、转化率及收率高等优点，工业化价值高。2-氯-1，1-二氟乙烷作为重要的含氟中间体，目前主要用于制备各类除草剂、抗癌药等。由于其含有二氟甲基，可用于制备应用更广泛的二氟系列中间体，因此开展2-氯-1，1-二氟乙烷的合成和应用研究，对氟化工企业的发展有着较为重要的意义。