全氟异丁腈的合成方法技术

技术编号：41326176 阅读：2 留言：0更新日期：2024-05-13 15:03

本发明专利技术属于氟化物制备领域，具体涉及一种全氟异丁腈的合成方法，包括下述步骤：S1：以六氟丙酮为原料、对甲基苯磺酰甲基异腈为氰化试剂，在碱、醇和非质子溶剂的作用下，制得3,3,3‑三氟‑2‑（三氟甲基）丙腈；S2:对3,3,3‑三氟‑2‑（三氟甲基）丙腈进行氟化，制得全氟异丁腈。本申请的技术方案以六氟丙酮为原料、对甲基苯磺酰甲基异腈为氰源，在催化剂和溶剂的作用下进行氰基化反应。此反应具有条件温和、安全性高、转化率高等优点。且该过程溶剂可回收利用，全氟异丁腈后续提纯处理简单，适于大规模生产。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氟化物制备领域，具体涉及一种全氟异丁腈的合成方法。

技术介绍

1、全氟异丁腈是全氟腈类化合物中一种重要的含氟精细化学品。因其具有优异的绝缘性能、灭弧性能、良好的材料兼容性，低毒性、无闪点、较低的gwp值，全氟异丁腈可作为替代传统sf6的绝缘气体而具有较好的应用前景。

2、从产品收率、原料成本和生产安全性方面考虑，目前制备全氟异丁腈易于工业化放大的方法步骤主要为：

3、 1.通过电解法或化学合成法制备全氟异丁酰氟、全氟异丁酸等中间体；

4、 2.将中间体进行酯化制备全氟异丁酸酯；

5、 3.将全氟异丁酸酯进行氨化制备全氟异丁酰胺；

6、 4.将全氟异丁酰胺在脱水剂的作用下经脱水后制备全氟异丁腈并提纯。

7、该类方法的原料全氟异丁酰氟或全氟异丁酸甲酯较难获得，规模化生产较难。生产过程中使用到氨气，生产工艺具有一定的危险性。且该类方法中的氨化步骤和脱水步骤产率较低，造成全氟异丁腈的整体产率较低。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种全氟异丁腈的合成方法。

2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：

3、一种全氟异丁腈的合成方法，包括下述步骤：s1：以六氟丙酮为原料、对甲基苯磺酰甲基异腈为氰化试剂，在碱、醇和非质子溶剂的作用下，制得3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；s2:对3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行氟化，制得全氟异丁腈。</p>

4、步骤s2）的具体步骤为：s2.1）对3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行溴化，得到2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；s2.2）对2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行氟化得到全氟异丁腈。

5、采用下式（i）制备：

6、（i）。

7、步骤s1）的具体步骤为：在反应釜中分别加入对甲基苯磺酰甲基异腈、醇、非质子溶剂和碱，将反应釜温度稳定在-10℃后抽至真空，而后通入六氟丙酮并将反应釜稳定在反应温度下进行反应；反应结束后，放出釜内物料并过滤、分液，收集下层氟化层，可得3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；

8、优选的，六氟丙酮与对甲基苯磺酰甲基异腈的摩尔比为1：1-3；更优选的，六氟丙酮与对甲基苯磺酰甲基异腈的摩尔比为1：1.8-2；

9、优选的，六氟丙酮与非质子溶剂的质量比为1：3-5；更优选的，六氟丙酮与非质子溶剂的质量比为1：3.5-4；

10、优选的，六氟丙酮与碱的摩尔比为1：2-10；更优选的，六氟丙酮与碱的摩尔比为1：3-5.5；

11、优选的，六氟丙酮与醇的质量比为1：0.5-2；更优选的，六氟丙酮与醇的质量比为1：0.8-1.5；

12、优选的，反应温度为-10至20℃；更优选的，反应温度为-5至0℃。

13、优选的，所述的碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、磷酸钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、正丙醇钠、异丙醇钠、异丙醇钾、正丁醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢化钠、氢化钾、氢化钙中的一种或几种；

14、所述的醇为甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇中的一种或者几种；

15、所述的溶剂为二甲醚、乙醚、丙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙腈、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺、环丁砜、甲苯、1，4-二氧六环、n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。

16、步骤s2.1）的具体步骤为：在反应釜中加入3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈、非质子溶剂、液溴，并将反应釜温度逐渐升温至反应所需温度，反应结束后向反应釜中加入亚硫酸氢钠溶液并分液可得2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；

17、优选的，判断反应结束的方法为：在反应过程中，采集体系液体进行气相色谱测试，分析体系组成；待反应釜内3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈消耗完全时，表明反应结束；

18、优选的，3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与液溴的摩尔比为1：1.2-4；更优选的，3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与液溴的摩尔比为1：1.5-2.5；

19、优选的，3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与非质子溶剂的质量比为1：1-3；更优选的，3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与非质子溶剂的质量比为1：1.5-2;

20、优选的，反应所需温度为10-50℃；更优选为25-35℃。

21、结果表明，在优选的范围内该步骤产率更高。

22、步骤s2.2）的具体步骤为：

23、在反应釜中加入2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈、氟化氢、金属氟化物，并将反应釜温度逐渐升温至反应所需温度进行反应，反应结束后，反应釜降温至10℃，将釜内气体放出并通过碱液洗涤，制得全氟异丁腈；

24、优选的，判断反应结束的方法为：在反应过程中观察反应釜内压力变化，同时采集反应釜内气体样品进行红外测试，分析气体组成；待反应釜内压力稳定且红外谱图中没有2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈且只有全氟异丁腈的特征峰时，表明反应结束；

25、优选的，2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与氟化氢的摩尔比为1：4-12；更优选的，2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与氟化氢的摩尔比为1：6-9；

26、优选的，金属氟化物为csf、alf3、sbf5中的一种或几种；

27、优选的，2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与金属氟化物的摩尔比为1：1-5；更优选的，2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈与金属氟化物的摩尔比为1：1.5-3；

28、优选的，反应所需温度为60-100℃；更优选为70-80℃。

29、同样的，结果表明，在优选的范围内该步骤产率更高。

30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：

31、本申请的技术方案以六氟丙酮为原料、对甲基苯磺酰甲基异腈为氰源，在催化剂和溶剂的作用下进行氰基化反应。此反应具有条件温和、毒性低、安全性高、转化率高等优点。所得产物后经溴化、氟化可得全氟异丁腈。该方法设备简单，投资和运维的费用较少，操作简便且安全，全氟异丁腈的整体产率较高。且该过程溶剂可回收利用，全氟异丁腈后续提纯处理简单，适于大规模生产。

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【技术保护点】

1.一种全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：以六氟丙酮为原料、对甲基苯磺酰甲基异腈为氰化试剂，在碱、醇和非质子溶剂的作用下，制得3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；S2:对3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行氟化，制得全氟异丁腈。

2.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，步骤S2）的具体步骤为：S2.1）对3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行溴化，得到2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；S2.2）对2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行氟化得到全氟异丁腈。

3.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，采用下式（I）制备：

4.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，步骤S1）的具体步骤为：在反应釜中分别加入对甲基苯磺酰甲基异腈、醇、非质子溶剂和碱，将反应釜温度稳定在-10℃后抽至真空，而后通入六氟丙酮并将反应釜稳定在反应温度下进行反应；反应结束后，放出釜内物料并过滤、分液，收集下层氟化层，可得3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈。

6.根据权利要求4所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，六氟丙酮与对甲基苯磺酰甲基异腈的摩尔比为1：1.8-2；

7.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，所述的碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、磷酸钾、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、正丙醇钠、异丙醇钠、异丙醇钾、正丁醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢化钠、氢化钾、氢化钙中的一种或几种；

8.根据权利要求2所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，步骤S2.1）的具体步骤为：在反应釜中加入3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈、非质子溶剂、液溴，并将反应釜温度逐渐升温至反应所需温度，反应结束后向反应釜中加入亚硫酸氢钠溶液并分液可得2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；

9.根据权利要求2所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，步骤S2.2）的具体步骤为：

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【技术特征摘要】

1.一种全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，包括下述步骤：s1：以六氟丙酮为原料、对甲基苯磺酰甲基异腈为氰化试剂，在碱、醇和非质子溶剂的作用下，制得3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；s2:对3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行氟化，制得全氟异丁腈。

2.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，步骤s2）的具体步骤为：s2.1）对3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行溴化，得到2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈；s2.2）对2-溴3,3,3-三氟-2-（三氟甲基）丙腈进行氟化得到全氟异丁腈。

3.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，采用下式（i）制备：

4.根据权利要求1所述的全氟异丁腈的合成方法，其特征在于，步骤s1）的具体步骤为：在反应釜中分别加入对甲基苯磺酰甲基异腈、醇、非质子溶剂和碱，将反应釜温度稳定在-10℃后抽至真空，而后通入六氟丙酮并将反应釜稳定在反应温度下进行反应；反应结束后，放出釜内物料并过滤、分液，收集下层氟化层，可得3,3,3-三氟-2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海强，朱笛，宋跃，李希仑，梁开畅，李鑫，张志君，白智勇，徐兴亮，
申请(专利权)人：天津市长芦化工新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：

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