背景及概述

三氟乙酸酐( TFAA )是強脫水機，具有范圍比較寬的化學反應性，在較多種聚合物和精細化學品的合成中用來作溶劑、催化劑、脫水劑和保護劑，廣泛應用在染料、感光材料、液晶顯示材料、航天科技、農(nóng)藥、醫(yī)藥、聚合材料等方面，提高聚合反應的速度和產(chǎn)品的收率，并作為衍生化學試劑應用于氣相色譜和高效液相色譜對畜肉、果蔬中有毒代謝物和菌素的檢測、具有非常好的開發(fā)應用前景。三氟乙酸酐英文名稱：Trifluoroacetic anhydride，中文別名：三氟醋酸酐，CAS號：407-25-0，分子式：C4F6O3，分子量：210.031，外觀與性狀：無色液體。主要用作分析試劑、溶劑、催化劑、脫水縮合劑、羧基和氨基三氟乙?；瘯r的保護劑。在醫(yī)藥、化工行業(yè)有廣泛應用。

制備

三氟乙酸酐是重要的催化劑和?；瘎?，在化工領域有著廣泛的應用。其制備方法是用三氟乙酸與二氯乙酸酐反應。反應方程式：CF3COOH+(Cl2CHCO)2O→(CF3CO)2O+Cl2CHCOOH。同時現(xiàn)在較為先進的合成法有氯化亞砜法和五氧化二磷(溶劑)法。在五氧化二磷合成法的基礎上提出了五氧化二磷(過量)法，以三氟乙酸和五氧化二磷為原料，一般情況下五氧化二磷和三氟乙酸的反應由于生成的磷酸作用，使反應體系粘稠無法攪拌，三氟乙酸與五氧化二磷不能接觸、產(chǎn)率低，該工藝基于此缺點對于工藝進行改進，要有充分的五氧化二磷和三氟乙酸接觸，兩者的用料摩爾比(三氟乙酸：五氧化二磷)是 1：0.6 到 1：1 。整個操作過程在全封閉狀態(tài)下進行，冷凝及冷卻用水是冰鹽水，整個的反應過程中要不停的攪拌，三氟乙酸要快速滴加并且越滴加越快。反應的副產(chǎn)物磷酸可以回收。這個工藝完整、規(guī)范、合理，便于操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)，能有效提高產(chǎn)品的純度和收率，無環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本。

本文采用三氟乙酸和五氧化二磷反應合成三氟乙酸酐的方法，并通過正交實驗確定了的反應溫度、的反應時間和反應物的配比。產(chǎn)品通過氣象色譜和紅外光譜圖進行檢測。通過實驗過程及結果對比發(fā)現(xiàn)：五氧化二磷法從經(jīng)濟因素、環(huán)境及產(chǎn)率更加合理。其合成反應式如下圖：

圖1 三氟乙酸酐的合成反應式

實驗操作：

三氟乙酸的制備方法：

三氟乙酸首先由Swarts于1922年以鉻酸氧化間三氟甲基苯胺制得，以后又有多種合成方法的報道。工業(yè)生產(chǎn)主要采用Simons電解氟化法。美國3M公司進行早期的工業(yè)開發(fā)，以乙酐或乙酰鹵為原料，其中以乙酰氟更為理想，經(jīng)電解氟化后，生成的氣態(tài)三氟乙酰氟由電槽上部流向吸收塔，產(chǎn)率為75％～85％，最高可達90％以上。提純方法通常是將酰氟以堿水解成鹽，然后再用硫酸酸化并蒸出三氟乙酸產(chǎn)品。

三氟乙酸酐的制備方法：

1. 實驗步驟

將所要蒸餾三氟乙酸粗品加入到四口圓底燒瓶中，反應瓶密封，安裝在精餾系統(tǒng)中。向系統(tǒng)中通入氮氣，進行氮氣保護，逐漸加熱攪拌。加熱填料塔的溫度，填料塔的溫度控制在 40℃ 左右。油浴加熱，當蒸餾物沸騰時，開始保溫。一段時間后，有餾分出現(xiàn)，記下此時的油溫、液溫、氣溫。當餾分流出較穩(wěn)定時，開始收集餾分，餾分溫度 39－41℃ 。

2. 實驗中的問題與解決方法

( 1 )三氟乙酸在反應中損失

在反應中三氟乙酸從冷凝管處損失一部分，差不多損失量接近原料的 10％ ，經(jīng)過研究的，是在溫度的升高的過程中，溫度的升高速度過快，酸損失的比較嚴重。在反應中溫度升高要循序漸進，大約間隔 15 分鐘升高 10℃ ，升到一定的溫度對于溫度的把握要慎重。

( 2 )在反應中沒反應的五氧化二磷黏在一起

為解決這個問題首先想到的是使用溶劑但是經(jīng)過反復使用諸如四氯化碳、環(huán)己烷等溶劑效果并不明顯，因為磷酸不溶于這些溶劑，五氧化二磷也不溶。然后用五氧化二磷極度過量，這樣就可以提供充分的與三氟乙酸接觸的五氧化二磷，以三氟乙酸計算產(chǎn)率，產(chǎn)率得到升高。

3. 注意事項

( 1 )油浴加熱，升高溫度時，升高溫度速度逐漸升高，切記溫度不能升的太快。避免損失。

( 2 )蒸餾過程保證氮氣保護覆蓋整個反應系統(tǒng)。不能讓三氟乙酸酐在高溫下與空氣接觸。

( 3 )精餾柱一定要校準，使其垂直，防止發(fā)生壁流，影響產(chǎn)品純度。

4. 實驗中的問題與解決方法

填料塔的柱身要加熱，不能溫度太高，在產(chǎn)物的沸點附近就好。

結果與討論

在溫度低的情況下，溫度對于收率的影響很大，達到一定的溫度后溫度對于收率的影響不大，但是投料比的影響是很大，上下都有影響。時間影響不大。投料比三氟乙酸和五氧化二磷的質(zhì)量比是1：1。所得的產(chǎn)品中含有大約 7.2％ 的三氟乙酸，所得三氟乙酸酐的純度是 92.8％。

結論

本文主要介紹了采用五氧化二磷的工藝，工藝參數(shù)、工藝條件清楚完整，規(guī)范合理，便于操作，適合工業(yè)化生產(chǎn)，能保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。還有副產(chǎn)物磷酸可以回收利用。產(chǎn)率高。在此工藝中要注意在蒸餾時對于填料柱的加熱，可以很好的提高收率。

參考文獻

[1] US2011/237494 A1， 2011 ;