本發(fā)明涉及一種制備全氟叔丁醇，通常也稱為全氟叔丁醇(全氟t-buoh)的新方法。

背景技術(shù)：

1、化合物全氟叔丁醇(iupac名稱：1,1,1,3,3,3-六氟-2-(三氟甲基)丙-2-醇)是一種完全氟化的醇。其他名稱分別為全氟叔丁醇(perfluoro-tert-butyl?alcohol)、全氟叔丁醇(perfluoro-tert-butanol)或全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)。

2、在科學(xué)或技術(shù)文獻(xiàn)以及專利文獻(xiàn)中描述了化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)的典型技術(shù)應(yīng)用。全氟叔丁醇(全氟t-buoh)的一些早期應(yīng)用是在所謂的“氟化學(xué)反應(yīng)”中，例如，如在journal?offluorine?chemistry(2006)，127(11)，1496-1504中所公開的?；衔锶宥〈?全氟t-buoh)也被描述用于制備藥物肽，如wo?2008/034093中所述。化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)在離子液體中的較新技術(shù)應(yīng)用，例如，在new?journal?ofchemistry(2017)，41(1)，47-50中被描述；和用作傳熱流體，例如在cn?111792985中被描述；以及在聚合物應(yīng)用中的用途，例如在jp?2013/006952和macromolecules(華盛頓，dc，美國)雜志(2016)，49(10)，3706-3715中被描述。cn?110563764等較新的專利公開描述了化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)在電池電解質(zhì)配方中作為阻燃劑，以及作為穩(wěn)定過氧化物的起始材料代替sf6(其具有23,900的巨大全球變暖潛勢值；sf6目前在高壓電應(yīng)用中以非常高的工業(yè)量用作氣體介電介質(zhì)，例如用作斷路器和開關(guān)裝置)的大規(guī)模應(yīng)用。例如在wo?2019/207020中，化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)也被描述為電子產(chǎn)品中的添加劑。

3、化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)是叔丁醇(t-丁醇；t-buoh)的全氟化類似物。值得注意的是，由于其吸電子的氟取代基，全氟叔丁醇對于醇是非常酸性的，pka值(酸度)為5.4，類似于羧酸。作為全氟化的化合物，全氟叔丁醇也是沸點最低的醇之一，其沸點低于甲醇。(cas編號：2378-02-1)化學(xué)式c4f9oh，分子量：236.04g/mol。全氟叔丁醇為無色液體，可與水混溶，沸點45℃(25℃和100kpa下的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。到目前為止，只有適用于實驗室的方法才能得到全氟叔丁醇(全氟t-buoh)。

4、化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)通常通過將三氯甲基鋰添加到六氟丙酮中，然后與五氟化銻進(jìn)行鹵素交換來制備。衍生自其烷氧基陰離子的鋁酸鹽，四[1,1,1,3,3,3-六氟-2-(三氟甲基)丙-2-氧基]鋁酸鹽(1-)，{al[(cf3)3co]4}-用作弱配位陰離子。然而，使用三氯甲基鋰是危險的，因為在α位含有鹵素的有機(jī)鋰化合物容易爆炸(形成二鹵卡賓)。

5、另一種應(yīng)用的實驗室方法，例如，也使用六氟丙酮作為起始材料，并在下文中更詳細(xì)地概述。

6、現(xiàn)有技術(shù)中目前已知的用于制備化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)的所有現(xiàn)有技術(shù)方法都具有許多缺點。

7、目前，化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)是通過在親核反應(yīng)中“cf3-陰離子”與六氟丙酮(hfa)的一般反應(yīng)制備的，如以下反應(yīng)方案所示：

8、

9、六氟丙酮(hfa)在室溫下是氣體，因此，除了所涉及的“化學(xué)”之外，hfa的使用成本也因物流問題(例如，壓力氣瓶的處理和清潔以及安全問題)而急劇增加，因為hfa在大氣壓下是一種毒性很強(qiáng)的氣體。hfa的水合物更容易處理。最優(yōu)選的hfa水合物為hfa三水合物(hfa×3h2o)。然而，由于hfa水合物相對于三氟甲基陰離子沒有反應(yīng)性，因此需要借助于脫水劑(如p2o5或so3/h2so4)將hfa水合物轉(zhuǎn)化為幾乎無水的hfa。由于合適的hfa的制備和處理在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上是pf-t-buoh合成中最具挑戰(zhàn)性的部分，下文對此進(jìn)行了更詳細(xì)的概述。

10、在迄今已知的工業(yè)規(guī)模的方法中，六氟丙酮(hfa)通常由六氟丙烯(hfp)來制備，六氟丙烯(hfp)環(huán)氧化成六氟環(huán)氧丙烷(hfpo)，隨后異構(gòu)化產(chǎn)生六氟丙酮(hfa)，如以下反應(yīng)方案所示：

11、

12、在最近的專利公開中，例如在中國專利申請cn?111116342?a(2020年5月8日公開)中公開了hfpo改進(jìn)的異構(gòu)化為hfa。此外，在較早的美國專利us?3321515?a(1967年5月23日)中描述了氟化環(huán)氧化物異構(gòu)化為相關(guān)羰基化合物。

13、例如，在最近的中國專利申請cn?111153783?a(2020年5月15日)中，公開了從hfp開始合成hfa的完整合成方法和一些改進(jìn)。還公開了一種用于實施該方法的裝置。公開了一種以六氟丙烯為原料生產(chǎn)六氟丙酮三水合物的方法。該方法包括以下步驟：(1)以六氟丙烯和氧氣為原料，在溶劑存在下，在氧化釜中進(jìn)行氧化反應(yīng)，得到六氟環(huán)氧丙烷和未反應(yīng)的六氟丙烯的混合物；(2)將所得混合物進(jìn)行脫溶劑、除酸和干燥后，將混合物引入固定床反應(yīng)器，在催化劑的條件下，對六氟環(huán)氧丙烷進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)，生成六氟丙酮；以及(3)將所得產(chǎn)物進(jìn)行多級吸水，將六氟丙酮與水結(jié)合，以得到六氟丙酮三水合物。氧化反應(yīng)得到的混合產(chǎn)物不經(jīng)分離，在路易斯酸催化劑的存在下，通過反應(yīng)直接生成六氟丙酮和六氟丙酮三水合物，根據(jù)沸點不同實現(xiàn)六氟丙烯和六氟丙酮三水合物的分離，分離得到的六氟丙烯經(jīng)精餾、干燥、除雜后可繼續(xù)循環(huán)使用。cn?111153783a聲稱該方法避免了在中間步驟中六氟丙烯和六氟環(huán)氧丙烷的高難度分離，解決了現(xiàn)有技術(shù)中六氟丙烯和六氟丙酮難以分離的問題，降低了生產(chǎn)能耗和廢水排放，節(jié)約了成本。

14、科學(xué)文獻(xiàn)(例如susumu?misaki在journal?offluorine?chemistry，17(1981)，159-171(“苯酚和甲酚的直接氟化”)，和kurosaki等人在chemistry?letters(1988)，(1)，17-20)中也公開了hfa的完整的合成方法。

15、盡管hfp是由dupont、solvay?specialty?polymers、daikin和lianyungangtetrafluor?new?materials?co.,ltd.等幾家公司通過以大工業(yè)規(guī)模和合理的價格熱解(作為制冷劑逐步淘汰的)hcfc-22(cf2clh)來進(jìn)行生產(chǎn)的，但hfpo和hfa由于它們的氣體形式和毒性而非常罕見和昂貴。

16、對于合成全氟叔丁醇(全氟t-buoh)所需的另一種組分，即cf3-陰離子，ruppert試劑(cf3-tms)是一種合適的前體，但已經(jīng)無法以合理的價格大規(guī)模生產(chǎn)。在過去，以合理的價格大規(guī)模生產(chǎn)ruppert試劑是通過使用作為合適的大規(guī)模商業(yè)前體材料halon?1301(cf3-br；在60年代用作非常有效的滅火劑)的工藝實現(xiàn)的。但這種合適的cf3-tms(ruppert試劑)前體，即halon?1301(cf3-br)在蒙特利爾議定書(montreal?protocol)期間已被淘汰，因此由于環(huán)境禁令的原因，不再大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，也不再作為最終產(chǎn)物，但它可能仍是一種法律上受限應(yīng)用的小眾化合物，如“聲明僅用作中間體”。wo?2012/148772中公開了ruppert試劑的替代合成方法，例如由仍然可用的替代前體cf3h來合成。例如，在cn107880069中公開了由昂貴的cf3so2cl(三氟甲磺酰氯；tfcl)合成ruppert試劑的另一種替代方法。ruppert試劑的所述替代合成仍然是可能的，但要么需要非常具有挑戰(zhàn)性的特殊裝置，要么在三氟甲磺酰氯(tfcl)存在下，原料價格已經(jīng)高于全氟叔丁醇(全氟t-buoh)在聚合物、sf6替代品和電池等較大規(guī)模應(yīng)用中可接受的市場價格。

17、cf3-陰離子的其他來源是三氟乙酸鹽，例如三氟乙酸鈉或三氟乙酸鉀，它們可以以合理的價格得到并且可以大規(guī)模得到。在這種情況下，cf3-陰離子是通過三氟乙酸鹽的熱誘導(dǎo)脫羧而產(chǎn)生的。具有該脫羧反應(yīng)類型的早期出版物描述了例如由三氟乙酸酯合成cf3i(journal?ofthe?american?chemical?society(1950)，72，3806-7)和cf3-取代的苯(chemistry?letters(1981)，(12)，1719-20；journal?offluorine?chemistry(2010)，131(11)，1108-1112)。

18、現(xiàn)有技術(shù)中還已知醇與元素氟(f2)的直接接觸通常產(chǎn)生烷基次氟酸鹽(參見elemental?fluorine?in?organic?chemistry，springer?verlag?1997，isbn：978-3-540-69197-6，doi?https://doi.org/10.1007/3-540-69197-9)，并且已知烷基次氟酸鹽可能是爆炸性的(j.fluorine?chemistry?54(1991)，1)。例如，次氟酸鹽在形式上是of-的衍生物，of-是次氟酸的共軛堿。一個實例是三氟甲基次氟酸酯(cf3of)；三氟甲基次氟酸酯(cf3of)可以被視為cof2和f2的簡單混合物，在所述烷基次氟酸鹽中，它是一個例外，因為它不是爆炸性的，因此它可以用作氟化劑。

19、制備全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)的現(xiàn)有技術(shù)方法，例如，具有以下缺點：hfa合成涉及幾個復(fù)雜的步驟；hfa為氣體(在通常情況下)，因此很難處理hfa；hfa是有毒的。此外，與使用ruppert試劑(cf3-tms)或使用cf3-陰離子的替代來源的合成路線(例如上述方法)以及可能與之相關(guān)的危險相比，需要方便且環(huán)保的方法。應(yīng)避免被有毒物質(zhì)污染的廢水。

20、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點，特別是提供一種生產(chǎn)全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)的更有效和更節(jié)能的方法，也是更環(huán)保的方法，還提供了一種方便的合成路線，與現(xiàn)有技術(shù)方法中使用的六氟丙酮(hfa)和其他氟化結(jié)構(gòu)單元作為起始化合物不同。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的按照權(quán)利要求中限定的進(jìn)行解決，并在下文中詳細(xì)描述。這里，本發(fā)明涉及使用電解氟化(ecf)合成全氟叔丁醇(pf-t-buoh)的新方法。具體而言，本發(fā)明涉及一種制造全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)的新方法，涉及羥基保護(hù)基團(tuán)和電解氟化(ecf)步驟。

2、如上所述，化合物全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)(通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh))以及羥基保護(hù)的叔丁醇化合物(分別為羥基保護(hù)的叔丁醇(t-butanol)或t-buoh，其中r為羥基保護(hù)基團(tuán))在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。

3、然而，迄今為止，將羥基保護(hù)基團(tuán)化學(xué)與電解氟化(ecf)步驟結(jié)合使用在現(xiàn)有技術(shù)中是未知的。

4、簡而言之，本發(fā)明涉及一種制備化合物全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butylalcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)，以及制備目標(biāo)化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)的羥基保護(hù)且甲基全氟化的中間體化合物或前體化合物的新方法。

5、如本文所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用保護(hù)基團(tuán)來保護(hù)叔丁醇中的羥基，并結(jié)合隨后的電解氟化(ecf)反應(yīng)步驟來全氟化目標(biāo)產(chǎn)物化合物叔丁醇的甲基是新的。這適用于本文在本發(fā)明方法的上下文中提及的所有保護(hù)基團(tuán)。

6、全氟化和三氟乙?；Ｗo(hù)的叔丁醇化合物，即三氟乙酸叔丁酯，在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。然而，該化合物的制備不同于本發(fā)明的新方法，通過使全氟叔丁醇和三氟乙酸酐(tfah)反應(yīng)制備。

7、全氟化和三氟磺?；?即三氟甲磺酸酯)保護(hù)的叔丁醇化合物，即三氟磺酸叔丁酯，在現(xiàn)有技術(shù)中也是已知的。然而，該化合物的制備不同于本發(fā)明的新方法，通過使全氟叔丁醇和三氟甲磺酸酐(tf2o)反應(yīng)制備。

8、因此，羥基保護(hù)且甲基全氟化的中間體化合物或前體化合物的制備仍然是新的，并且也被要求保護(hù)。在根據(jù)本發(fā)明的該方法中，中間體化合物或前體化合物(例如羥基保護(hù)且甲基全氟化的叔丁醇(t-buoh)化合物)是通過將羥基保護(hù)的叔丁醇(t-buoh)化合物進(jìn)行電解氟化(ecf)步驟得到的。本發(fā)明還涉及一種制備化合物全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)的新方法，該方法通過將羥基保護(hù)且甲基全氟化叔丁醇(t-buoh)化合物脫保護(hù)以得到未受保護(hù)的全氟叔丁醇化合物，即換句話說，未受保護(hù)的甲基全氟化全氟叔丁醇(全氟t-buoh)化合物。

9、脫保護(hù)，即去除羥基保護(hù)基團(tuán)，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)方式來實現(xiàn)。例如，這種脫保護(hù)可以通過用無機(jī)堿水溶液(如溶解在水中的氫氧化鈉或氫氧化鉀)進(jìn)行皂化，并對目標(biāo)脫保護(hù)化合物進(jìn)行相分離來實現(xiàn)。由于成本原因，簡單的無機(jī)堿(koh、naoh)是脫保護(hù)的最優(yōu)選選擇，但其他脫保護(hù)選擇(如酯交換、用nabh4/lialh4處理或甚至通過在金屬催化劑上用氫氣(h2)氫化以及通過使用水溶性胺(例如，20℃時112g/l的net3))是不同的選擇，在技術(shù)上是適用的。

10、除了三乙胺(net3)之外，根據(jù)它們在水中的溶解度，也可以使用其他水溶性有機(jī)胺來對受保護(hù)的羥基進(jìn)行脫保護(hù)。因此，在本發(fā)明的上下文中，適用于脫保護(hù)反應(yīng)的水溶性胺例如是烷基胺，例如獨立地具有一至三個c1至c3烷基鏈(例如甲基、乙基、丙基、異丙基及其組合)的烷基胺。因此，帶有c1至c3烷基鏈的烷基胺選自甲胺(menh2)、二甲胺(me2nh)、三甲胺(me3n)、乙胺(etnh2)、二乙胺(et2nh)、三乙胺(et3nh)、丙胺(prnh2)、二丙胺(pr2nh)、異丙胺(i-prnh2)和二異丙胺(i-pr2nh)。原則上，芳族胺，例如羥基取代的胺，例如間苯二酚(溶解度為26g/l)，也適用于本發(fā)明的脫保護(hù)反應(yīng)，但是除了水溶性之外，也由于經(jīng)濟(jì)原因不如脂族胺優(yōu)選。

11、關(guān)于本發(fā)明用于合成化合物全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)的新方法，令人驚訝地，現(xiàn)在本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，如果叔丁醇中的羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))首先與保護(hù)基團(tuán)反應(yīng)，然后受保護(hù)的叔丁醇(t-buoh)化合物經(jīng)受電解氟化條件，則可以通過同樣適用于工業(yè)規(guī)模的便利方法得到化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)，并且允許制備用于價格敏感的大規(guī)模產(chǎn)品應(yīng)用的化合物全氟叔丁醇(全氟t-buoh)。因此，這種方便的方法是通過保護(hù)叔丁醇中的羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))，然后在電解氟化條件下進(jìn)行氟化步驟后脫保護(hù)羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))來實現(xiàn)的，特別是如本文和權(quán)利要求中所述。

12、在步驟中涉及電解池的總體發(fā)明合成路線如下面的反應(yīng)方案所示，其中r和x獨立地具有如下進(jìn)一步定義的含義：

13、

14、因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，叔丁醇中的羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))首先與保護(hù)基團(tuán)反應(yīng)，然后經(jīng)受電解氟化條件。因此，目標(biāo)產(chǎn)物全氟t-buoh可以以適合工業(yè)規(guī)模和允許價格敏感的批量產(chǎn)品應(yīng)用的步驟和方便的方式得到。這是通過保護(hù)羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))，然后在電解氟化條件下在無水hf中氟化后脫保護(hù)來實現(xiàn)的。

15、在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“在氟化氫中氟化”、“在hf中氟化”、“在氟化氫中電解”或“在hf中電解”(例如“hf/電解”或類似術(shù)語)分別表示或分別與術(shù)語“電解氟化”或“電化學(xué)氟化”同義使用。在氟化氫(hf)中電解氟化或電解可以分別在氟化氫(hf)溶液或懸浮液中進(jìn)行。

16、“電化學(xué)氟化”的一般定義通常如下：溶解或懸浮在含氟溶劑中的基質(zhì)通過陽極氧化進(jìn)行氟化(例如，參見hollitzer和sartori，chem.ing.tech.58(1986)第31頁)。根據(jù)本發(fā)明的基質(zhì)是羥基保護(hù)的叔丁醇化合物(分別為羥基保護(hù)的叔丁醇或t-buor，其中r為如本文所定義的羥基保護(hù)基團(tuán))。

17、在本發(fā)明的電解氟化的上下文中，術(shù)語“hf”或“氟化氫”分別總是表示“無水氟化氫”(“ahf”)，除非另有明確說明。

18、電解氟化條件可以由適合在無水氟化氫(“ahf”)中進(jìn)行電解反應(yīng)的任何電化學(xué)(電解)裝置提供，即，任何耐氟化氫(hf)并允許施加電流和電壓以進(jìn)行電化學(xué)(電解)反應(yīng)的裝置。

19、例如，hollitzer和sartori在chem.ing.tech.58(1986)第31-38頁(關(guān)于在氟化氫溶液或懸浮液中電化學(xué)氟化的綜述)，pletcher等人在chem.rev.2018，118，9，4573–4591(關(guān)于合成有機(jī)化學(xué)實驗室流動電解池的文章)，以及winterson等人在chem.sci，2021，12，9053(關(guān)于流動化學(xué)中涉及胺×hf加合物(作為氟(“f”)源)的電化學(xué)反應(yīng)的文章)中給出了適用電解氟化條件的一般指導(dǎo)。

20、用于提供所需電解氟化條件的電化學(xué)(電解)裝置，例如，可以分別是電解池(electrolytic?cell)或電解池(electrolysis?cell)，特別是所謂的simmons電解池，或者用于提供所需電解氟化條件的電化學(xué)(電解)裝置，例如，可以分別為電化學(xué)(電解)微反應(yīng)器或電解微反應(yīng)器，特別是由fraunhofer?imm開發(fā)的新型創(chuàng)新電化學(xué)微反應(yīng)器概念，該電化學(xué)微反應(yīng)機(jī)概念特別涉及模塊性、靈活性、高壓操作和生產(chǎn)規(guī)模的可及性方面。

21、對于電解氟化(ecf)的應(yīng)用來說，諸如連續(xù)操作的電化學(xué)微反應(yīng)器的裝置是未知的，因此，本發(fā)明還涉及一種包括電解氟化(ecf)工藝步驟的方法，其中羥基保護(hù)的叔丁醇化合物(分別為羥基保護(hù)的叔丁醇或t-buor，其中r為如本文所定義的羥基保護(hù)基團(tuán))在電解氟化條件下在電化學(xué)微反應(yīng)器中進(jìn)行氟化步驟，特別是如本文和權(quán)利要求中所述。此外，本發(fā)明還涉及一種方法，其中目標(biāo)全氟叔丁醇(nonafluoro-tert-butyl?alcohol)，通常也稱為全氟叔丁醇(perfluoro-t-butanol)(全氟t-buoh)通過包括以下步驟的方法進(jìn)行制備：保護(hù)叔丁醇中的羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))，然后在電化學(xué)微反應(yīng)器中在電解氟化條件下進(jìn)行氟化步驟之后進(jìn)行羥基官能團(tuán)(oh-官能團(tuán))的脫保護(hù)步驟，特別是如本文和權(quán)利要求中所述。

22、在上述反應(yīng)方案中的總體發(fā)明合成路線中，保護(hù)試劑的基團(tuán)x表示(例如，作為離去基團(tuán))氫原子、鹵素原子(優(yōu)選氟原子或氯原子，更優(yōu)選氯原子)或-o-r基團(tuán)(即，與r-x的r形成酸酐基團(tuán)r-o-r)。優(yōu)選地，保護(hù)試劑的基團(tuán)x表示氫原子、氯原子或-o-r基團(tuán)(即，與r-x的r形成酸酐基團(tuán)r-o-r)。

23、在之前的反應(yīng)方案中的總體發(fā)明合成路線中，保護(hù)試劑和保護(hù)基團(tuán)的取代基r分別表示選自以下的取代基：cf3co-、cf2hco-、cfh2co-、cf2clco-、cfcl2co-、ccl3co-、cclh2co-，ccl2hco-、ch3co-、cf3so2-、cf2clso2-、cfcl2so2-、ccl3so2-、cf2hso2-、cfh2so2-、ch3so2-，pfco-和pfso2-，其中pf表示部分氟化或全氟化的c2-c4殘基。

24、更優(yōu)選地，保護(hù)試劑和保護(hù)基團(tuán)的取代基r分別表示選自以下的取代基：cf3co-、cf2hco-、cf2clco-、ch3co-、cf3so2-、ch3so2-、pfco-、pfso2-，其中pf表示部分氟化或全氟化的c2-c4殘基。

25、更優(yōu)選地，保護(hù)試劑和保護(hù)基團(tuán)的取代基r分別表示選自以下的取代基：cf3co-、cf2hco-、cf2clco-、ch3co-、cf3so2-和ch3so2-。

26、最優(yōu)選地，保護(hù)試劑和保護(hù)基團(tuán)的取代基r分別表示選自以下的取代基：cf3co-、cf2hco-、cf2clco-和cf3so2-。

27、上述定義的保護(hù)試劑r-x和相關(guān)保護(hù)基團(tuán)r，分別用于通過電解氟化(ecf)制造全氟叔丁醇(全氟叔丁醇；全氟t-buoh)和中間體或前體化合物全氟叔丁酯(全氟叔丁酯；全氟buor)的方法中，其具體和代表性實例選自：三氟乙酸酐(tfah)，三氟乙酰氯(tfac)，三氟甲磺酸酐(tf2o)和三氟甲磺酰氯(tfcl)；tfah和tfac均用于通過三氟乙?；Ｗo(hù)起始材料化合物叔丁醇(叔丁醇；t-buoh)的羥基；tf2o和tfcl均用于通過三氟甲磺酰基(cf3so2-)與羥基氧形成三氟甲磺酸酯基團(tuán)來保護(hù)起始材料化合物叔丁醇(叔丁醇；t-buoh)的羥基。

28、本發(fā)明方法中使用的特別優(yōu)選的保護(hù)試劑r-x為tfah、tfac和三氟甲磺酸酯(cf3so2-)保護(hù)基。更優(yōu)選地，本發(fā)明方法中使用的保護(hù)劑r-x為tfac和三氟甲磺酸酯(cf3so2-)保護(hù)基，且最優(yōu)選地，本發(fā)明方法中使用的保護(hù)劑r-x為tfac和tfcl(三氟甲磺酰氯)。最優(yōu)選地，本發(fā)明方法中使用的保護(hù)試劑r-x為tfac。

29、三氟甲磺?；?triflyl?group)，更正式地稱為三氟甲磺?；?trifluoromethanesulfonyl?group)，是分子式為f3cso2-的官能團(tuán)。三氟甲磺?；ǔＳ?tf表示。相關(guān)的三氟甲磺酸酯基團(tuán)(三氟甲磺酸酯)的分子式為cf3so2o-，并用-otf表示。三氟甲磺酸酐(cf3so2)2o是一種非常強(qiáng)的三氟甲磺酸試劑。

30、三氟甲磺酸(trifluoromethanesulfonic?acid)簡稱三氟甲磺酸(triflicacid)、tfms、tfsa、hotf或tfoh，是一種化學(xué)式為cf3so3h的磺酸。它是已知最強(qiáng)的酸之一。三氟甲磺酸在研究中主要用作酯化催化劑。

31、三氟甲磺酸酐(trifluoromethanesulfonic?anhydride)，又稱三氟甲磺酸酐(triflic?anhydride)，是式為(cf3so2)2o的化合物。它是由三氟甲磺酸衍生而來的酸酐。該化合物常用作強(qiáng)親電試劑引入三氟甲磺?；?cf3so2)。三氟甲磺酸酐縮寫為tf2o，是強(qiáng)酸三氟甲磺酸(cf3so2oh)的酸酐。

32、三氟甲磺酰氯(trifluoromethanesulfonyl?chloride)(或三氯甲酰氯(triflylchloride)，cf3so2cl)，縮寫為tfcl，可用于將三氟甲基引入芳香族和雜環(huán)芳香族體系的高效方法中?；瘜W(xué)性質(zhì)一般且溫和，在室溫下使用光氧化還原催化劑和光源。

33、保護(hù)基團(tuán)優(yōu)選必須選自對元素氟(f2)和氟化氫(hf)不敏感的保護(hù)基團(tuán)。因此，通常常用的tms-基團(tuán)不適用于本發(fā)明的方法。

34、然而，有些保護(hù)基團(tuán)(例如，如烷基-、芐基、叔丁基、烯丙基-、三苯甲基-、四氫吡喃基、甲氧基芐基-、甲氧基甲基-)原則上對f2-氟化敏感。但原則上，如果出于任何其他原因需要，也可以使用這些保護(hù)基團(tuán)，但在這種情況下，所述保護(hù)基團(tuán)片段預(yù)計至少會發(fā)生部分氟化，并且在脫保護(hù)后，部分氟化的保護(hù)基團(tuán)的回收利用是非常困難或不可能的，而且這是除了較高的f2消耗之外的一個缺點。因此，出于環(huán)保和成本的考慮，使用這種可氟化的保護(hù)基團(tuán)是非常不可取的。

35、現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明，例如，作為保護(hù)基團(tuán)的三氟乙?；淮_定為滿足用作保護(hù)基團(tuán)的所有要求；盡管一些參考文獻(xiàn)公開了最佳合成路線，即先將乙酰氯(或乙酰氟)電氟化為三氟乙酰氟，然后水解得到三氟乙酸(eidman，k.f.；nichols，p.j.“三氟乙酸”，載于encyclopedia?ofreagents?for?organic?synthesis(編輯：l.paquette)2004年，j.wiley&sons，紐約。doi:10.1002/047084289)。必須注意的是，即使三氟乙酰基作為一般保護(hù)基團(tuán)是已知的，但從未在無水氟化氫(ahf)存在下的電解氟化中使用，也從未在電解氟化中使用。例如，作為保護(hù)基團(tuán)的三氟乙?；谝韵卢F(xiàn)有技術(shù)中僅被一般地描述：journal?ofthechemical?society，perkintransactions1，1999，第24期，1589-1615中的保護(hù)基團(tuán)概述；氨基酸合成(概述見chem.rev.2009，109，2455–2504)；以及硝化等危險條件(見巴斯大學(xué)化學(xué)系，《推進(jìn)劑、炸藥、煙火》32卷，第1期(2007)，第20-31頁，doi:10.1002/prep.200700004和wo2004076384)。

36、三氟乙?；谒嵝詶l件下是穩(wěn)定的，但在堿性條件下很容易去除。一般來說，任何全氟乙酰基都滿足保護(hù)基團(tuán)的要求，但由于成本和環(huán)保原因，三氟乙酰基是最優(yōu)選的一種。

37、全氟磺?；诩夹g(shù)上表現(xiàn)類似于保護(hù)基團(tuán)，但與三氟乙?；啾?，主要由于成本原因而不太優(yōu)選；但是，如果更經(jīng)常地回收，成本原因就變得不那么重要了，這取決于回收率。然而，在脫保護(hù)過程中，一些副反應(yīng)是可能的，因為游離全氟磺酸增加了在部分氟化中間階段和最終的全氟叔丁醇(全氟叔丁醇；全氟t-buor)產(chǎn)物中誘發(fā)重排反應(yīng)和其他副反應(yīng)的風(fēng)險。

38、根據(jù)本發(fā)明，叔丁醇(叔丁醇；t-buoh)可以通過使用三氟乙酰氯(tfac)或三氟乙酸酐(tfah)在沒有任何催化劑或活化劑的情況下容易地?；?，例如用優(yōu)選的三氟乙酰基?；?，而使用tfac的優(yōu)點是氣態(tài)hcl離開任何反應(yīng)裝置，因此，可以省去得到三氟乙?；娜宥〈?全氟叔丁醇；全氟t-buoh)的分離步驟。

39、三氟乙酸叔丁酯的合成是眾所周知的，tetrahedron?letters(2002)，43(48)，8687-8691公開了使用三氟乙酸酐(tfah)的合成方法。例如在journal?ofmolecularcatalysis(1986)，37(1)，45-52中也公開了使用三氟乙酸的合成方法。例如，在international?journal?ofpeptide&protein?research(1978)，12(5)，258-68中描述了通過在三氟乙酸(tfa)中對cf3-co-保護(hù)的肽脫保護(hù)而形成作為副產(chǎn)物的三氟乙酸叔丁酯。

40、分別使用三氟乙酰氯(tfac)或者三氟甲烷磺酰氯來合成三氟乙酸叔丁酯，都是新的，并且具有一定的優(yōu)點，因為在這兩種情況下，脫保護(hù)反應(yīng)中形成的hcl僅僅作為氣體離開反應(yīng)裝置，并且留下目標(biāo)產(chǎn)物作為殘留物，因此無需分離和/或進(jìn)一步純化即可使用。然而，當(dāng)然，如果需要，目標(biāo)產(chǎn)物的殘留物可以進(jìn)行合適的分離和/或純化方法。根據(jù)本發(fā)明，在氟化步驟之后發(fā)生的脫保護(hù)非常簡單，并且可以在堿性條件下進(jìn)行。在脫保護(hù)過程中形成的三氟乙酸及其鹽可以作為tfa回收利用，例如根據(jù)文獻(xiàn)中的步驟將其轉(zhuǎn)化為tfac或tfah中，以實現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)并且避免浪費寶貴的保護(hù)基團(tuán)材料。journal?oforganicchemistry?47(1982)4577中提到了1,1-二甲基乙基三氟甲磺酸酯((ch3)3coso2cf3)，三氟甲磺酸全氟叔丁酯是氟化后的產(chǎn)物，并且通過全氟叔丁醇(全氟t-buoh)與三氟甲磺酸酐進(jìn)行反應(yīng)的制備方法已經(jīng)記載于1976年3m的us?3981928中。在所述公開中，全氟叔丁醇(全氟t-buoh)本身，即本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)物，是根據(jù)以下反應(yīng)方案制備的：

41、

42、另外，如us3981928中所公開的，已經(jīng)由全氟t-buoh和tfah制備出三氟乙酸全氟叔丁酯，并且也可以由全氟t-buoh和三氟酸酐制備出三氟磺酸全氟叔丁酯。但是，由于全氟異丁烯作為起始材料非常昂貴且很難生產(chǎn)，例如，從hcfc-124(cf3-cfclh)中生產(chǎn)，hcfc-124(cf3-cfclh)是通過在800℃的鍍金反應(yīng)器中與氯二氟甲烷進(jìn)行熱解反應(yīng)合成制冷劑hfc-125(cf3-cf2h)的一種未分離的中間產(chǎn)物，(wo2002006193)，這不是一種適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)合成路線。

43、通過本技術(shù)的新方法制備的全氟叔丁醇(通常也稱為全氟叔丁醇(全氟t-buoh))可用于現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何技術(shù)應(yīng)用。例如，如前所述，它可用于生產(chǎn)全氟叔丁醇的過氧化物，該過氧化物又可用作sf6的替代品。全氟叔丁醇(全氟t-buoh)也可用于電池。事實上，電池應(yīng)用對全氟叔丁醇(全氟t-buoh)的純度(至少99.9％)要求非常高。因此，這里本發(fā)明的方法在得到的產(chǎn)量和純度方面提供了額外的優(yōu)勢。雖然，使用全氟叔丁醇(全氟t-buoh)作為sf6的替代品的需求，以及在農(nóng)用化學(xué)品或藥物領(lǐng)域中使用的需求，少于用于電池應(yīng)用的需求(例如，由于在sf6和農(nóng)用化學(xué)品或藥物的制備中，隨著采用清潔步驟的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，較低的純度就足夠了)，但是，本發(fā)明的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)方法的上述缺點，并在產(chǎn)量和純度方面提供了額外的優(yōu)勢。

44、定義

45、除了在
技術(shù)實現(xiàn)要素：
中已經(jīng)定義的那些術(shù)語之外，下面給出本文中使用的術(shù)語的一些進(jìn)一步定義。

46、如果一種物質(zhì)不含水，它就是“無水(的)”。水的存在會妨礙許多化學(xué)過程；因此，使用無水試劑和技術(shù)非常重要。然而，在實踐中，很難達(dá)到完美的干燥；無水物質(zhì)會逐漸從大氣中吸收水分(濕度)，因此必須謹(jǐn)慎儲存。

47、“無水氟化氫”(“ahf”)通常是通過在回轉(zhuǎn)窯中用h2so4將礦物螢石(caf2)轉(zhuǎn)化為hf和caso4來制備的。而且由于h2so4是一種干燥劑，所以生產(chǎn)的無水氟化氫(ahf)可能僅含有微量水分，并且僅由外部污染造成，例如發(fā)生在儲罐中、管道連接/斷開處，以及無水氟化氫(ahf)加工和/或應(yīng)用中可能使用的惰性氣體和/或溶劑導(dǎo)致的微量水分。

48、例如，下文給出了市售無水氟化氫(ahf)的典型規(guī)格(檢驗方法gb?7746-2011；中國國家標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)用無水氟化氫)：

49、

50、在本發(fā)明的電解氟化工藝中，微量的水(h2o)甚至可容許最高達(dá)約100ppm。這種微量的水甚至有助于提高電解氟化工藝中使用的氟化氫(hf)的電導(dǎo)率。然而，這種微量的水必須與電解氟化工藝中過高微量水(h2o)的缺點(即電解池中的潛在腐蝕，以及可能增加的電極材料消耗)相平衡。因此，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“無水”或“基本無水”或類似術(shù)語表示水含量(微量)最多為約100ppm(≤100ppm)、優(yōu)選最多為約50ppm(≤50ppm)、更優(yōu)選最多為約40ppm(≤40ppm)或30ppm(≤30ppm)、甚至更優(yōu)選最多為約20ppm(≤20ppm)。

51、因此，術(shù)語“無水氟化氫”(“ahf”)是指基本上無水氟化氫，其微量水最多為約100ppm(≤100±5ppm)，優(yōu)選最多為約50ppm(≤50±5ppm)，更優(yōu)選最多為約40ppm(≤40±5ppm)或30ppm(≤30±5ppm)，甚至更優(yōu)選最多為約20ppm(≤20±5ppm)。具體而言，術(shù)語“無水氟化氫”(“ahf”)“基本上無水氟化氫”(或類似術(shù)語，例如，“無水hf”、“無水hf”或“無水氟化氫”)意味著“工業(yè)用無水氟化氫”，特別是氟化氫(hf)通常包含最多約20ppm的水(20±1ppm)，優(yōu)選最多約15ppm的水(15±1ppm)，并且更優(yōu)選最多約10ppm(10±1ppm)的微量水。

52、在液態(tài)無水的hf中，發(fā)生自電離：形成一種極強(qiáng)酸性的液體(h0＝-15.1)。hammett酸度函數(shù)(h0)是一種酸度的測量方法，用于強(qiáng)酸的高濃度溶液。自電離或分子自電離是同一物質(zhì)的分子之間產(chǎn)生離子的反應(yīng)。如果一種純液體部分地解離成離子，則稱之為自電離。通常，在這種反應(yīng)中，所有原子的氧化數(shù)保持不變。這種自電離可以是質(zhì)子性的(h+轉(zhuǎn)移)，任何含有不穩(wěn)定h+(質(zhì)子)的溶劑稱為質(zhì)子溶劑。這種質(zhì)子溶劑的分子通常通過氫鍵將(h+)提供給溶質(zhì)。質(zhì)子溶劑通常進(jìn)行一些自電離，并且在本發(fā)明的上下文中，兩個hf之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移與f-和第三個hf的同質(zhì)締合相結(jié)合形成hf2-。

53、本文公開的數(shù)值范圍包括從下限值到上限值的所有值，并且包括上限值和下限值。對于包含具體值的范圍(例如，1至7)，包括任何兩個具體值之間的任何子范圍(例如，1至2；2至6；5至7；3至7；5至6；等等)。

54、術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”以及它們的派生詞不旨在排除任何額外的組件、步驟或程序的存在，無論其是否被具體公開。為了避免任何疑問，除非另有說明，否則要求保護(hù)的所有組合物通過使用術(shù)語“包括”可以包括任何額外的添加劑、助劑或化合物，無論是聚合的還是非聚合的。相反，術(shù)語“基本上由……組成”排除了任何后續(xù)敘述的范圍內(nèi)的任何其他組成部分、步驟或程序，但對可操作性不重要的部分、步驟或程序除外。術(shù)語“由……組成”排除了沒有具體描述或列出的任何組件、步驟或程序。除非另有說明，否則術(shù)語“或”是指所列部分單獨以及以任何組合的形式。單數(shù)的使用包括復(fù)數(shù)的使用，反之亦然。

55、本文使用的術(shù)語“體積％”是指“％體積”。除非另有說明，本文使用的所有百分比(％)分別表示“體積％”或“％體積”。