一种含氟冠醚类化合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含氟冠醚类化合物及其应用。具体地，提供了式(I)化合物，该类化合物合成制备方法简洁、疏水性强、易溶于有机相。将式(I)化合物用于萃取分离锂同位素，萃取和反萃分离过程中两相分离快速、效率高、对锂同位素具有很高的分离系数。

A Fluorinated Crown Ether Compound and Its Application

The invention discloses a fluorinated crown ether compound and its application. Specifically, formula (I) compounds are provided, which are simple in preparation, hydrophobic and soluble in organic phase. Formula (I) compounds are used to extract and separate lithium isotopes. In the process of extraction and stripping, two-phase separation is fast, efficient and has a high separation coefficient for lithium isotopes.

【技术实现步骤摘要】
一种含氟冠醚类化合物及其应用
本专利技术属于化工领域。具体涉及一种含氟冠醚类化合物及其在锂同位素萃取分离中的应用。
技术介绍
锂元素的天然稳定同位素包括锂-7和锂-6，其丰度分别为92.48％和7.52％。锂同位素经过分离浓缩后，其中的锂-7同位素材料(丰度>99.995％)是钍基熔盐反应堆中为必不可少的熔盐冷却剂，同时，高丰度的锂-7同位素材料也是压水反应堆中的pH调节剂。另一方面，高丰度的锂-6同位素材料是可控热核聚变堆中的必须燃料。因此，锂的两种天然同位素在核能工业中具有不可替代的重要作用。锂同位素的实验室分离方法有：物理方法(如电磁法、分子蒸馏法和气体扩散法等)和化学方法(如电迁移法、电解法、锂汞齐交换法和溶剂萃取交换法等)(核化学与放射化学，1991，13，1)。目前，能够工业化分离锂同位素的方法是锂汞齐液液化学交换法(Chem.Phys，1976，64，1828)，但是该方法需使用大量的汞，对操作人员和环境产生严重危害，且不能满足日益增长的产品产量需求。冠醚类化合物对碱金属、碱土金属具有特殊的选择性配位络合能力，因此该类化合物也被用来分离锂同位素，根据分离方法的不同，可划分为液固化学交换法和液液化学交换法。采用液固化学交换法，冠醚类化合物可作为树脂活性单元在离子交换色谱法分离锂同位素。如专利技术专利申请CN201210274233.1和CN201210274356.5开发了冠醚类聚合物液固分离体系，该体系虽具有较高的单级分离系数，但液固分离法难以实现多级级联富集和放大生产。采用液液化学交换法，冠醚单体可作为萃取剂分离锂同位素。如专利技术专利申请CN201510952278.3公开了冠醚类萃取剂、疏水性离子液体和稀释剂组成的萃取体系；专利技术专利申请201510952117.4报道了具有冠醚结构的疏水性离子液体用于萃取分离锂同位素；专利技术专利申请CN201510976889.1报道了苯并氮杂冠醚类化合物萃取分离锂同位素的应用。冠醚类化合物作为萃取剂分离锂同位素时，其有机相中富集物为锂-6；另一方面专利技术专利CN103801194和CN104140379报道了多芳环类萃取剂，其有机相中富集物为锂-7。上述的现有技术方法中，还存在污染严重、萃取率低、萃取反应速度慢、不易操作、反萃效率低、萃取剂难合成、分离系数不高等缺陷，迫切需要开发可以高效、快速萃取分离锂同位素，且同位素分离系数高的化合物。
技术实现思路
本专利技术提供了一类可用于高效、快速萃取分离锂同位素的含氟冠醚类化合物。本专利技术的第一方面，提供了式(I)化合物，其中，n为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12；和m为1、2或3。在另一优选例中，n为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。在另一优选例中，n为0、1、2、3、4、5、6、7或8。在另一优选例中，m为2或3。在另一优选例中，所述化合物选自下组：在另一优选例中，所述化合物选自下组：本专利技术第二方面，提供了一种萃取剂，其包含如本专利技术第一方面所述的式(I)化合物以及稀释剂。在另一优选例中，所述的稀释剂选自下组：环己烷、正己烷、十二烷、煤油、辛酮、氯仿、四氯化碳、硝基苯、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯苯、三氯苯、二乙苯、溴苯、苯甲醚、硝基甲烷、氯苯、甲基异丁酮和二苯醚，及其组合。在另一优选例中，所述稀释剂选自下组：氯仿、硝基苯、二氯苯、辛酮。在另一优选例中，所述式(I)化合物在所述萃取剂中的摩尔浓度为0.05～2.5mol/L，较佳地，0.1-2mol/L，更佳地0.5-1.8mol/L，最佳地，0.8-1.8mol/L。本专利技术第三方面，提供了一种如本专利技术第二方面所述的萃取剂的用途，其特征在于，用于萃取分离锂同位素。本专利技术第四方面，提供了一种锂同位素萃取分离方法，其特征在于，所述方法包括步骤：(1)将如本专利技术第二方面所述的萃取剂，与含有锂离子的水相接触并萃取，得到有机相，其中水相富集了锂-7同位素，有机相富集了锂-6同位素；(2)用反萃剂对前述步骤得到的有机相进行反萃处理，收集反萃水相产品，从而实现了锂同位素的分离富集。在另一优选例中，所述锂离子来自Li2SO4、Li2CO3、LiNO3、LiCl、LiBr、LiSCN、LiClO4、LiI、Li3PO4、CF3COOLi、CCl3COOLi、LiOH，或其组合。在另一优选例中，所述锂离子来自LiSCN、LiClO4、CCl3COOLi、LiI，或其组合。在另一优选例中，步骤(1)中，所述萃取剂与所述含有锂离子的水相的体积比为0.1-10:1，较佳地，0.5-5:1，更佳地，1-4:1，最佳地，1.5-3:1。在另一优选例中，步骤(1)中，所述锂离子在所述水相中的摩尔浓度为0.01-6mol/L，较佳地，0.1-4mol/L，更佳地0.5-3mol/L，最佳地，1-3mol/L。在另一优选例中，步骤(1)中，所述萃取的时间为1-3min，较佳地，1-2min。在另一优选例中，所述的反萃剂是H2O。在另一优选例中，所述反萃的时间为1-3min，较佳地，1-2min。在另一优选例中，所述步骤(2)重复进行2-4次，较佳地，2-3次。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。具体实施方式本专利技术人经过广泛而深入的研究，通过大量筛选和测试，首次开发了一类含氟冠醚类化合物，令人惊讶的是，本专利技术的含氟冠醚类化合物作为有机萃取剂萃取分离水相中的锂同位素，不仅两相分离快速、效率高，而且同位素分离系数可达1.033-1.041。在此基础上，完成本专利技术。式(I)化合物式(I)化合物，其中，n为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12；和m为1、2或3。在另一优选例中，n为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。在另一优选例中，n为0、1、2、3、4、5、6、7或8。在另一优选例中，m为2或3。式(I)化合物的制备方法本专利技术的化合物可以通过本领域已知的标准方法或者通过与其类似的已知方法来制备。制备本专利技术化合物的一般方法如下：其中，n为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12；和m为1、2或3。以苯并冠醚化合物A为原料，含氟亚磺酸盐化合物B作为氟烷基化试剂，通过自由基化学反应，快速、简便的得到修饰后的式(I)化合物。本专利技术所述的化合物的分子结构采用核磁共振仪(1HNMR和19FNMR)确定。萃取剂本专利技术的萃取剂包含如前所述的式(I)化合物以及稀释剂。稀释剂一般为常规的有机溶剂，其加入的目的是为了改善萃取体系的特性，如溶解度、密度、粘度、萃取能力、防止乳化等。在另一优选例中，所述的稀释剂选自下组：环己烷、正己烷、十二烷、煤油、辛酮、氯仿、四氯化碳、硝基苯、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯苯、三氯苯、二乙苯、溴苯、苯甲醚、硝基甲烷、氯苯、甲基异丁酮和二苯醚，及其组合。在另一优选例中，所述稀释剂选自下组：氯仿、硝基苯、二氯苯、辛酮。在另一优选例中，所述式(I)化合物在所述萃取剂中的摩尔浓度为0.05～2.5mol/L，较佳地，0.1-2mol/L，更佳地0.5-1.8mol/L，最佳地，0.8-1.8mol/L。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.式(I)化合物，

【技术特征摘要】
1.式(I)化合物，其中，n为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12；和m为1、2或3。2.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，n为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。3.如权利要求1或2所述的化合物，其特征在于，m为2或3。4.如权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述化合物选自下组：5.一种萃取剂，其包含如权利要求1所述的式(I)化合物以及稀释剂。6.如权利要求5所述的萃取剂，其特征在于，所述的稀释剂选自下组：环己烷、正己烷、十二烷、煤油、辛酮、氯仿、四氯化碳、硝基苯、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯苯、三氯苯、二乙苯、溴苯、苯甲醚、硝基甲烷、氯苯、甲基异丁酮和二苯醚，及其组合。7.如权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，张丽君，徐永昌，胡金波，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31