有机氟中间体及含氟精细化学品综述和发展前景
沈阳化工研究院有限公司 孟明扬
有机氟化工中间体生产已经成长为我国化工行业发展最为迅速、最具优势技术与良好前景的产业之一，在全球范围更是被赞誉为“新兴黄金产业”。随着有机氟化工合成技术的进步，有机氟化工中间体产品应用范围向更新更高端的领域不断延伸。很多含氟医药、农药和活性染料产品大量涌现而出，其性能上相对具有用量少、毒性低、药效高、代谢能力强等特点，这使它在新医药、农药和染料品种中所占比重越来越大。另外氟碳涂料、含氟织物助剂、含氟表面活性剂、等发展成为精细化工各领域高附加值、有发展前景的主导产品。
2010年～2012年由于氟化工产业链产品价格大幅上涨，2011年全行业产值增长到302亿元，同比增幅为40%以上，2012年增幅达到76%。随着我国国民经济的长期高速发展，氟化物产品的需求量年增长率一直维持在30%左右，特别是石油化工、建筑、电子信息和汽车行业的迅猛发展更为氟化工行业提供了广阔的市场空间。氟化工产业不用石油天然气作为主要原料，与石油价格的变化关联度不大，全球能源的日益紧张，却为氟硅材料的发展提供了巨大空间。有机氟化工中间体产品可以用来合成高性能化工新材料，生产技术复杂，整体价格比以石油天然气为原料的材料高。随着国际石油价格的上涨，两者之间价格差距越来越小，这为氟化工产品拓展应用市场提供了广阔的空间。全球含氟聚合物总产能约22万吨/年，我国产能约为4万吨/年，占世界总产能的18%，已经是世界第二大氟化合物生产国。随着经济实力的增强和人民生活水平的提高，我国对氟化工产品的需求增长率将会高于全球平均水平。未来的10年期间，全球对氟聚合物的需求仍将保持较大的增长幅度，氟产品的全球平均需求增长率将在3%以上。预计“十三、五”时期，我国氟聚合物产能仍可保持15%的年增速。
按照新发布的2016年全国氟化工发展趋势分析报告和市场现状调研情况显示，各类氟产品的前景依次是：氟氯烷进入衰退期，其替代品将因此而出现广阔的市场；氟树脂进入成熟期，主要产品聚四氟乙烯竞争加剧；氟橡胶进入增长期，随着我国汽车产业的发展，氟橡胶将出现明显的增长；氟涂料则将随着建筑、化工产业的增长而增长；而含氟中间体等精细化学品的发展空间最为广阔，由于市场需求较为强劲、竞争不多，仍将在未来3年内维持30%以上的较高毛利水平。
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我国是萤石储量大国。已经探明储量占全世界总储量的1/2，但高品位萤石矿氟资源比例小，共生矿多。萤石资源：世界储量约6亿吨，我国拥有占54%左右；磷矿中的氟资源：世界磷矿石储量约600亿吨，我国占87%。见下表：
表-1 世界氟资源情况表： 来源 萤石矿 磷矿 合计 储量/亿t 世界 6 600 中国 3.24 522 50 3 1.62 15.66 17.28 平均含氟量/% 中国氟资源量/亿t 从表-1可以看出国发展有机氟中间体，资源上非常有优势。我国从上世纪80年代开始有机氟中间体及其精细化学品的研究与开发，1980年以后更是成为国内外精细化工界的研究热点。1990年以后我国有机氟中间体以强劲的加速发展，目前我国已经成为全球含氟有机中间体的主要生产国与供应国，含氟精细化工中间体已经成为国内化工界的热点产业和国民经济新的经济增长点。 1、含氟中间体生产现状
目前我国开发出百余种含氟有机中间体及精细化学品，新建企业发展迅速，生产能力快速增加，2001年我国含氟中间体生产能力约为6～7万吨/年，产品大部分出口国际市场。生产企业达到一百多家，并且有十余家大型企业可以生产系列化有机氟中间体品种。我国目前开发的含氟有机中间体根据化学结构可以分为四个系列，苯系氟化合物、甲苯系氟化合物、杂环族氟化合物、脂肪族氟化物。其中苯系氟化合物中间体中又分为氟苯类、氟苯醚类、多氟苯类、氟氯(卤素)苯类、氟苯酚、氟苯胺类、氟苯睛、硝基氟苯、氟苯丙酮类；氟甲苯系氟化合物中间体也可以分为三氟甲基苯系列、氟苯甲醛、氟苯甲酞氯、氟苯甲酸系；脂肪族含氟氟有机中间体主要用于新型材料生产，有少部分产品用于合成农药和医药等精细化学品；含氟杂环化合物主要为含氟毗咙系中间体等。含氟有机化工中间体的具体生产实例：
1）2,6-二氟苯腈和2,6-二氟苯甲酰胺
2,6-二氯甲苯侧链氯化、水解氧化得到2,6-二氯苯甲醛，然后将2,6-二氯苯甲醛与羟胺反应得到2,6-二氯苯腈，继续用氟化氢氟化可以得到非常有用的农药、医药中间体2,6-二氟苯腈，我国目前主要采用技术难度较小的这条路线生产2,6-二氟苯腈。2,6-二氟苯腈继续向下催化水解可以值得2,6-二氟苯甲酰
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胺用于合成苯甲酰脲类农药杀虫剂。
2）对三氟甲基苯胺
以对硝基甲苯为原料与溴进行溴化反应，生成对二溴甲基硝基苯，再用次溴酸钠溴化，生成对三溴甲基硝基苯，再用三氟化锑氟化，然后用二氯化锡还原，得对三氟甲基苯胺。该方法是经典方法，所用原料易得，但溴化需用溴较多，且仅是中间过渡，还要用SbF3氟化，SnCl2还原，工艺复杂，三废较多，工业化困难。如果能用氯化代替溴化，用HF进行氟化，常规的还原方法进行还原，就有一定的工业意义了。以对三氟甲基氟苯为原料，经过氨解和光自由基卤代反应合成２，６-二氯-４-三氟甲基苯胺。目前国内多家科研机构研究与开发此路线，此路线更趋于合理，产品质量高，“三废”量少。2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺做为有用的含氟中间体可以向下延伸制得氟虫腈农药和医药多种产品。 2、含氟精细化学品生产现状 1）含氟医药及其中间体
目前国内国外含氟的药物的品种有数百种，其中很多品种已经是治疗某种疾病的主要药物，发展成合成药物家族十分重要的一类产品，如氟喹诺酮类抗菌素、抗真菌药物氟康唑、抗抑郁药物氟西汀等。氟喹诺酮类抗菌药物的中间体为2,4-二氯氟苯，环丙氟哌酸具有药效高、广谱抗菌、耐交叉使用、无毒副作用且不需皮试等特点，近些年发展非常迅速，国内有数家企业生产，总生产装置能力约数千吨。作为起始原料，2,4-二氯氟苯消耗量约是环丙氟哌酸的3倍以上。随着全球环丙氟哌酸生产装置的不断增加，可以预计将来2,4-二氯氟苯的市场需求较大，市场前景很好。新一代氟喹诺酮类抗菌素是氟哌酸，氟哌酸因抗菌能力强、副作用小、适应范围广、疗效显著而得到快速发展，成为广受病人欢迎的强效广谱抗菌消炎药。生产氟哌酸的中间体为3-氯-4-氟苯胺为基础原料，同时使用3-氯-4-氟苯胺也可以合成除草剂、杀菌剂、植物生长调节剂等农药。国内3-氯-4-氟苯胺生产不能满足国内尤其是国外制药业的需求。特别是高质量医药级中间体产品还不能满足国内市场需求，有一部分依靠进口，并且3-氯-4-氟苯胺向国外出口时也非常紧俏。氟苯水杨酸为水杨酸衍生物，具有解热、镇痛、抗炎作用，比阿司匹林镇痛消炎作用强且维持时间长，胃肠道刺激小。抗炎活性是阿司匹林的4倍。生产氟苯水杨酸的中间体是2,4-二氟苯胺，该中间体还可以用来制备
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氟喹诺酮类抗菌药多氟啶酸等。2,4-二氟苯胺国内主要由上海有机氟材料研究所和阜新化工研究所研制。另外，一些高效低毒抗肿瘤药物如卡莫氟、羟烷基氟脲嘧啶、去氧氟脲苷、二羧酸氟脲嘧啶等可以由含氟杂环类中间体5-氟脲嘧啶来生产，5-氟脲嘧啶一般采用缩合环化、直接氟化等方法生产，杂环类化合物由于其独特的性质已经广泛应用于医药制造业。
2）含氟染料及其中间体
含氟染料主要指活性染料，含氟活性染料比还原染料更经济、比直接染料牢度更好、较冰染料更趋于生态化的优点，成为染料尤其新型染料待开发的重点系列产品。含氟活性染料的优点在于有较高的固色率，既能提高染料的利用率，又减轻了印染过程中的环境污染，因此含氟活性染料成为染料工业的发展热点与前沿。我国在含氟活性染料的生产几乎没有，生产活性染料的主要中间体是三聚氟氰，一直以来由于三聚氟氰的生产工艺苛刻，设备腐蚀严重等问题，中间体三聚氟氰只有一厂家自产自用小批量氟化钠法合成的产品，受技术路线限制，存在成本高、设备腐蚀严重、三废污染大问题，难于大规模生产。至今我国尚未形成大规模的工业化生产，严重地影响了我国氟代均三嗪活性染料的产业化进程。无水氟化氢液相催化氟化是三聚氟氰工艺技术关键点，重点要解决氟化反应设备腐蚀，及原料成本问题。反应体系中氟化氢兼作溶剂及氟化剂，避免使用其它高价且难分离的高沸点溶剂及氟化剂，降低原料成本，适于染料应用推广；通过液相催化技术研究，均相反应传质传热效果好，不仅从源头上提高反应转化率，使工艺简化，还缓和工艺条件，避免氟化钠工艺和氟化氢气相法高温产生的强腐蚀，提高生产安全性。因此开发无水HF氟化法制备三聚氟氰合成工艺，通过HF液相催化氟化反应研究，从源头上降低成本，减少设备腐蚀，简化工艺；通过HF回收及副产物综合利用研究，大幅度减少废水排放量；我院开发出HF液相法合成三聚氟氰生产技术，完成中试及产业化，解决国内高固色率含氟活性染料中间体短缺的问题。三聚氟氰是生产高固色率活性染料的重要中间体，向下延伸可以生产一系列高固色率含氟活性染料。另外，氟碳涂料也是涂料行业重点应该发展的领域。上述含氟染料及含氟精细化学品品种众多，市场空间相当巨大，而在国内许多领域几乎是空白，只有少数企业能生产很少数活性染料和中间体品种。
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3）含氟农药及其中间体
因为采用氟原子和含氟基团代替农药分子芳环上的其他基团，可以显著提高农药活性，所以近十年来世界上含氟农药得到迅猛发展，目前全球总共1300多个农药品种中含氟农药大约占12%，而在含氟农药中除草剂大约占45%、杀虫剂占33%、杀菌剂约占15%、其它占7%。含氟除草剂如五氟磺草胺等是近年来开发最热门的，新开发研究出的除草剂，含氟化合物占50%，况且有机氟除草剂又是未来农药的发展方向，因此我们可以看出含氟农药已经成为世界农药行业发展的重点。五氟磺草胺(penoxsulam)系由美国陶农科公司(DowAgroSciences)所开发的苗后用除草剂，它通过抑制乙酰乳酸合成酶(ALS)而致效。2004年9月24日在美国EPA正式注册登记，2005年在美国南部稻区推广应用，2008年在我国登记。氟磺草胺对水稻十分安全，2005年与2006年在美国对10个水稻品种喷施，结果无论是稻株高度、抽穗期及产量均无明显差异，此表明所有品种均有较强抗耐性。当超高剂量时，早期对水稻根部的生长有一定的抑制作用，但迅速恢复，不影响产量。我院对含氟中间体五氟磺草胺新的合成工艺进行了深入研究。 3、结论
经过国内化工研究单位和氟化工生产企业多年奋斗，近二十多年来我国有机氟中间体及精细化学品生产取得长足的进展，目前国内含氟有机中间体及精细化学品生产工厂有近百家，品种已经接近一百种，生产规模、产品质量和生产技术几方面都取得非常大的进步，产品出口世界各地。尽管我国有机氟中间体和精细化学品已经有了很大起色，但是与国内、外精细化工发展的需求和与国外氟化工先进生产水平比较仍还存在者巨大的差距，需要我们化学研究工作者和氟化工生产企业坚持不懈的研究实践，使我国的有机含氟中间体及含氟精细化学品的生产行业和生产技术水平更上一层楼，得到更大的发展。
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