專利名稱:氟鹵醚的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及具有(全)氟烷基結(jié)構(gòu)的氟化乙烯基醚的制備方法。
更準(zhǔn)確地說,本發(fā)明涉及制備具有(全)氟烷基結(jié)構(gòu)的氟鹵醚,包括脫鹵或脫鹵化氫得到其中另一個(gè)端基含有羰基的氟化二乙烯基醚和/或氟化單乙烯基醚。本發(fā)明的方法具有良好的選擇性,產(chǎn)生具有(全)氟烷基結(jié)構(gòu)的氟鹵醚。其中另一個(gè)端基含有羰基的氟化單乙烯基醚是新的。
背景技術(shù):
正如人們所知道的那樣,氟化乙烯基醚形成一系列有價(jià)值的單體,用于制備從氟化彈性體至可熱加工的半結(jié)晶氟化聚合物的各種聚合物。
利用次氟酸鹽(hypofluorite)與烯烴反應(yīng)制備氟鹵醚的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。對于次氟酸鹽的制備方法來說,大多數(shù)已知方法采用金屬氟化物基的催化劑。
美國專利4,827,024描述了以連續(xù)方式制備次氟酸鹽,包括在CsF制成的催化劑存在下,任選地以與金屬如銅的混合物形式,通過用氟等摩爾量氟化具有至少兩個(gè)碳原子的鹵化羰基化合物。通常,這些金屬不但用作催化劑(CsF)載體,還使熱交換更容易,即用于散失次氟酸鹽合成過程中產(chǎn)生的熱。
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù),金屬載體必須實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要功能1)保持催化劑為可接近反應(yīng)物的形式,2)便于熱交換,使催化床溫度可控地維持在要求范圍內(nèi)。載體的其它和基本特征是相對反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物成惰性。
在美國專利4,816,599、4,801,409和4,962,282中,優(yōu)選這樣制備次氟酸鹽利用過量氟將酰氟完全轉(zhuǎn)化為次氟酸鹽,以使催化床上酰氟的濃度非常低,這是由于已知,有些酰氟在CsF存在下產(chǎn)生分解反應(yīng)。例如參見,Carl G.Krespan在Journal of Fluorine Chemistry,16(1980)385-390所述。
利用上述催化劑,申請人對現(xiàn)有的制備次氟酸鹽的方法進(jìn)行了測試,表明,利用所述催化體系,不管是在間斷方法中還是在連續(xù)方式中,催化活性都隨著時(shí)間快速降低。尤其是,申請人發(fā)現(xiàn),當(dāng)在次氟酸鹽合成中,使用了化學(xué)計(jì)量過量的氟時(shí),活性降低的非常明顯直至催化劑完全失活,而上述條件正是現(xiàn)有技術(shù)所述方法中表明為優(yōu)選的條件。
因此,根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),人們在合成次氟酸鹽時(shí)必須在過量氟下操作以盡可能地降低上述不利。通過在所述條件下操作,現(xiàn)有催化劑在約2至3天內(nèi)非常快速地失活。在如此短的持續(xù)時(shí)間下,事實(shí)上是不可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)的。
此外,在非連續(xù)合成次氟酸鹽的方法中,當(dāng)不使用載體下使用催化床時(shí),制備次氟酸鹽的反應(yīng)中,它的進(jìn)一步使用將產(chǎn)生非常低的產(chǎn)率,并觀察到非??斓厥Щ?。
現(xiàn)有技術(shù)中,制備氟化乙烯基醚的方法是已知的。美國專利4,900,872描述了全氟乙烯基醚前體的制備,包括使惰性溶劑稀釋的全氟烷基次氟酸鹽和式CAIF=CA′IF的烯烴連續(xù)反應(yīng),其中A和A′相同或不同,為Cl和Br。該專利顯示,所述次氟酸鹽可以直接從汽相合成它們的反應(yīng)器加入,所述反應(yīng)包括氟與酰氟在催化劑上反應(yīng)。所得產(chǎn)物通過鋅脫鹵轉(zhuǎn)化為全氟乙烯基醚。該方法的缺點(diǎn)與上面關(guān)于制備次氟酸鹽所述的缺點(diǎn)相同。尤其是,所述方法的缺點(diǎn)在于,人們必須合成并立即使用次氟酸鹽,正如人們所知道的那樣,該次氟酸鹽是不穩(wěn)定化合物,尤其是當(dāng)次氟酸鹽的全氟烷基鏈中碳原子數(shù)高于或等于2時(shí)。除此之外還知道,合成次氟酸鹽時(shí)必須使用具有上述缺點(diǎn)的催化劑。
美國專利5,225,576中,次氟酸鹽和(全)鹵-烯烴之間用于制備(全)鹵醚的反應(yīng)是這樣進(jìn)行的使含有次氟酸鹽的汽相流過維持在低溫下含有(全)鹵烯烴的液相。為了實(shí)現(xiàn)總反應(yīng)的高產(chǎn)率,有必要在低溫下操作。然而,在這些條件下,次氟酸鹽與烯烴接觸之前,部分次氟酸鹽發(fā)生縮聚。這造成次氟酸鹽分解并由此可能引起爆炸。例如,分子量為204的次氟酸鹽CF3CF2CF2OF,其沸點(diǎn)為-9℃(Journal of Fluorine Chemistry,Vol95(1999)29),并且在(全)鹵醚合成所采用的溫度下容易縮聚。在低于-30℃的溫度下,上述專利的方法僅僅適用于低沸點(diǎn)次氟酸鹽,即鏈中具有1或2個(gè)碳原子的次氟酸鹽。
美國專利4,906,770描述了式Rf1OCF2OF和FOCF2ORf1OCF2OF,甚至高分子量的次氟酸鹽以及與烯烴的各自加成物,其中Rf1是全氟聚醚基團(tuán)。所述次氟酸鹽的制備方法要求在-60至30℃下,用UV光氟化過氧化物。反應(yīng)時(shí)間非常長,并且轉(zhuǎn)化為次氟酸鹽的反應(yīng),完全時(shí),具有低的產(chǎn)率。參見實(shí)施例。除此之外,工業(yè)方法中使用UV光是昂貴的。
美國專利4,801,409描述了汽相中制備通式為FOCF2-Rf3-CF2OF的雙次氟酸鹽。Rf3是全氟亞烷基或全氟氧亞烷基。碳原子數(shù)高于2的次氟酸鹽的惟一實(shí)例是三個(gè)碳原子的次氟酸鹽。申請人進(jìn)行的測試表明,這些次氟酸鹽與烯烴的加成產(chǎn)率非常低。
現(xiàn)有技術(shù)中,為了避免縮聚以及由此引起的爆炸,碳原子數(shù)高于2的次氟酸鹽的合成是在0℃至60℃下,尤其是在20℃下的汽相中進(jìn)行的。此外,使用非常稀的酰氟前體。參見美國專利4,801,409。
EP1,333,020描述了由碳原子數(shù)高于2的次氟酸鹽高產(chǎn)率合成(全)鹵醚的方法,包括還使用高分子量次氟酸鹽。(全)鹵醚具有(全)氟烷基和氧(全)氟烷基鏈,除此之外,根據(jù)所用的單或二次氟酸鹽前體,它們還可以是單或二官能度的。EP1,333,020所述方法可以是連續(xù)的、半連續(xù)的或間斷的,使用了高濃度甚至沒有溶劑的次氟酸鹽,以及用于從酰氟合成次氟酸鹽的式MeFy·zHF催化劑。該方法的缺點(diǎn)與上述與催化劑和次氟酸鹽有關(guān)的缺點(diǎn)相同。
認(rèn)為需要得到一種制備氟鹵醚的方法,它避免了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),同時(shí)以氟鹵醚合成中良好的選擇性為特征。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備通式(I)的(全)氟鹵醚的方法,包括在-120℃至-20℃,優(yōu)選-100℃至-40℃下,任選在反應(yīng)條件下的惰性溶劑存在下,在液相中,使式(II)的羰基化合物與元素氟和式(III)的烯烴化合物反應(yīng), 其中,A和A′彼此相同或不同,選自Cl、Br、H,前提是A和A′不同時(shí)為H;m=1、2;n=0、1;前提是當(dāng)m=1時(shí),n=1,而當(dāng)m=2時(shí),n=0;R1是氟化取代基,優(yōu)選全氟化取代基,選自下述基團(tuán)C1-C20直鏈或支鏈烷基,C3-C7環(huán)烷基,芳族,C6-C10芳烷基,C5-C10雜環(huán)或烷基雜環(huán);優(yōu)選全氟烷基;
當(dāng)R1是氟化或全氟烷基或環(huán)烷基時(shí),它的鏈上任選地含有一個(gè)或多個(gè)氧原子;當(dāng)R1是氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)H原子和/或一個(gè)或多個(gè)不同于F的鹵原子;R′=(RI)pT,其中RI是氟化或全氟化取代基,優(yōu)選全氟化取代基,選自下述基團(tuán)C1-C20直鏈或支鏈亞烷基,C3-C7環(huán)亞烷基(cycloalkylene);當(dāng)RI是氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)H原子和/或一個(gè)或多個(gè)不同于F的鹵原子;當(dāng)RI是全氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)氧原子;p=0、1;T定義如下 其中,A和A′定義同上;r=1,2;t=0,1;前提是,當(dāng)r=1時(shí),t=1,當(dāng)r=2時(shí),t=0;R2與R1定義相同,與R1相同或不同; 其中,n′=0,1;u′=0,1;R2定義同上;前提是,當(dāng)u′=0時(shí),n′=1;當(dāng)u′=1時(shí),n′=0;
其中,R1和n定義同上;u=0,1;R′a=-((RI)pQ其中,RI和p定義同上; 其中,n′、u′和R2定義同上;前提是當(dāng)u=0時(shí),n=1,而當(dāng)u=1時(shí),n=0;并且當(dāng)u′=0時(shí),n′=1,而當(dāng)u′=1時(shí),n′=0;CAF=CA′F2(III)其中,A和A′定義同上。
任選地,反應(yīng)中所用的氟可用惰性氣體如氮?dú)饣蚝庀♂尅?br>
本發(fā)明的方法是在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行的,并且該反應(yīng)能夠以半連續(xù)或連續(xù)方式進(jìn)行。
例如,半連續(xù)方式可以這樣進(jìn)行將氣體氟加入裝有式(II)的羰基化合物和式(III)的烯烴化合物的反應(yīng)器中。摩爾比(II)/(III)可以在寬的范圍內(nèi)變化,例如0.05至10。連續(xù)加入氟直到烯烴完全轉(zhuǎn)換。該條件可以根據(jù)不再出現(xiàn)反應(yīng)放熱而簡單地確定。實(shí)際上,通過在例如-100℃下進(jìn)行化合物(II)和(III)的反應(yīng),只要反應(yīng)化合物與元素氟反應(yīng),就有放熱并且溫度增加約5至15℃。因此,當(dāng)例如化合物(III)完全消耗時(shí),反應(yīng)終止。此時(shí),反應(yīng)器溫度恢復(fù)到初始值。
連續(xù)方式中,向反應(yīng)器中加入氣體氟和化合物(II)和(III),直至達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。實(shí)際上,反應(yīng)物以固定流量加入反應(yīng)器,并連續(xù)排出反應(yīng)混合物。當(dāng)反應(yīng)器中三種反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的濃度與反應(yīng)器流出的反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的濃度相同時(shí),達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。
反應(yīng)物之間的摩爾比不是特別固定,例如摩爾比(II)/(III)可以在0.05至10內(nèi)變化,并且F2/(III)可以在0.05至10內(nèi)變化。
作為本發(fā)明方法中的溶劑,可以使用上述溫度范圍內(nèi)為液體和惰性的化合物??梢允褂?,例如選自(全)氟化碳、(全)氟醚、(全)氟聚醚、全氟胺的化合物或各種混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)它們的物理性能,在上述一系列化合物中選擇溶劑。
式(II)的羰基化合物的前體可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種方法制備。例如,可以這樣制備(全)氟-酰氟-在無水HF中,將氫化羧酸(或?qū)?yīng)的酯或酰氯)電化學(xué)氟化(“preparation,properties and industrial application of organofluorine compounds”,R.E.Bands,1982版,P19-43);-使(全)氟烷基碘和發(fā)煙硫酸反應(yīng)(M.Hudlicky“Chemistry of organicfluorine compounds;a laboratory manual”,Ellis Horword Ltd 1976,P273),通過氧化氟代烯烴(Houben Weil Vol.E 10b 1999,P691)。
-使(全)氟酰氯和NaF反應(yīng)(J.Chem Soc.(C),1969,P1706-1709)。(全)氟代酮以及(全)氟酰氟可以通過在氟化物離子源存在下歧化(全)氟羧酸酯來制備(美國專利5,466,877)。所述(全)氟羧酸酯可以通過用元素氟直接氟化相應(yīng)的氫化酯或部分氟化酯來制備。
式(II)化合物是,例如COF-COF,COF-(CF2)2COF,COF-(CF2)4COF,COF-(CF2)6COF,COF-CF2OCF2-COF,CF3C(O)-C(O)-CF3,CF3C(O)-COF。優(yōu)選使用COF-COF,COF-(CF2)2COF,COF-(CF2)4COF,COF-(CF2)6COF,COF-CF2OCF2-COF。
將式(I)的氟鹵醚轉(zhuǎn)化為帶有-OCF=CF2端基的相應(yīng)乙烯基醚可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的脫鹵和脫鹵化氫方法來進(jìn)行。
如上所述,本發(fā)明方法可得到的其中另一個(gè)端基含有羰基的氟化單乙烯基醚是新的。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例是用于說明,而不是限定本發(fā)明。
實(shí)施例實(shí)施例1
由二酰氟F(O)C-CF2)6-COF合成氟鹵醚將4.2g二酰氟F(O)C-(CF2)6-COF樣品溶解在42g CFCl3(CFC11)中。將該溶液加入50cm3玻璃反應(yīng)器中,該反應(yīng)器裝有攪拌器、用于氟和CFC1112(CFCl=CFCl)的鼓泡式入口。通過加入用4.2Nl/h氦氣稀釋的1.7Nl/h的氟(氦氣/氟的摩爾比為2.5/1)和以1.6Nl/h的流速加入CFC1112,在-40℃下反應(yīng)90分鐘。
物料平衡為96%。首先,在40℃下蒸餾反應(yīng)粗產(chǎn)物。用氣相色譜法表征重餾分和輕餾分。輕餾分含有CFC114、CFC11和未反應(yīng)的F(O)C-(CF2)6-COF。從分析中計(jì)算出,-C(O)F端基的轉(zhuǎn)化率為33.9%,對-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為49.0%,它分為-對式CF2Cl-CFCl-O-(CF2)7-COF的單加成化合物的-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為36.1%;-對式CF2Cl-CFCl-O-(CF2)8-O-CFCl-CF2Cl的雙加成化合物的-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為8.6%;-對式C7F15-O-CFCl-CF2Cl的化合物的-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為4.3%。
F(O)C-(CF2)6-COF的轉(zhuǎn)化率為51.3%。
單加成化合物CF2Cl-CFCl-O-(CF2)7-COF相對于F(O)C-(CF2)6-COF的選擇性為47.7%,而雙加成化合物CF2Cl-CFCl-O-(CF2)8-O-CFCl-CF2Cl的選擇性為5.6%。
實(shí)施例2由二酰氟F(O)C-(CF2)6-COF合成氟鹵醚將5.0g結(jié)構(gòu)為F(O)C-(CF2)6-COF的二酰氟樣品溶解在19.8g CFCl3(CFC11)中。將該溶液加入50cm3玻璃反應(yīng)器中,該反應(yīng)器裝有攪拌器、用于氟和CFC1112(CFCl=CFCl)進(jìn)料的鼓泡式入口。通過加入用4.2Nl/h氦氣稀釋的1.7Nl/h的氟(氦氣/氟的摩爾比為2.5/1)和以1.6Nl/h的流速加入CFC1112,在-40℃下反應(yīng)180分鐘。
物料平衡為97%。首先,在40℃下蒸餾反應(yīng)粗產(chǎn)物。用氣相色譜法表征重餾分和輕餾分。輕餾分含有CFC114、CFC11和未反應(yīng)的F(O)C-(CF2)6-COF。從分析中計(jì)算出,-C(O)F端基的轉(zhuǎn)化率為96.9%,對-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為52.0%,它分為-對式CF2Cl-CFCl-O-(CF2)7-COF的單加成化合物的-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為3.1%;-對式CF2Cl-CFCl-O-(CF2)8-O-CFCl-CF2Cl的雙加成化合物的-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為48.7%;-對式C7F15-O-CFCl-CF2Cl的化合物的-O-CFCl-CF2Cl端基的選擇性為0.2%。
F(O)C-(CF2)6-COF的轉(zhuǎn)化率為98%。單加成化合物CF2Cl-CFCl-O-(CF2)7-COF相對于F(O)C-(CF2)6-COF的選擇性為6.2%,而雙加成化合物CF2Cl-CFCl-O-(CF2)8-O-CFCl-CF2Cl的選擇性為48.3%。
權(quán)利要求
1.一種制備通式(I)的(全)氟鹵醚的方法,包括在-120℃至-20℃,優(yōu)選-100℃-40℃下,任選在反應(yīng)條件下的惰性溶劑存在下,在液相中,使式(II)的羰基化合物和元素氟以及式(III)的烯烴化合物反應(yīng), 其中,A和A′彼此相同或不同,選自Cl、Br和H,前提是A和A′不同時(shí)為H;m=1,2;n=0,1;前提是當(dāng)m=1時(shí),n=1,而當(dāng)m=2時(shí),n=0;R1是氟化取代基,優(yōu)選全氟化取代基,選自下述基團(tuán)C1-C20直鏈或支鏈烷基,C3-C7環(huán)烷基,芳族,C6-C10芳烷基,C5-C10雜環(huán)或烷基雜環(huán);優(yōu)選全氟烷基;當(dāng)R1是氟化或全氟烷基或環(huán)烷基時(shí),它的鏈上任選地含有一個(gè)或多個(gè)氧原子;當(dāng)R1是氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)H原子和/或一個(gè)或多個(gè)不同于F的鹵原子;R′=(RI)pT,其中RI是氟化或全氟化取代基,優(yōu)選全氟化取代基,選自下述基團(tuán)C1-C20直鏈或支鏈亞烷基,C3-C7環(huán)亞烷基;當(dāng)RI是氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)H原子和/或一個(gè)或多個(gè)不同于F的鹵原子;當(dāng)RI是全氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)氧原子;p=0、1;T定義如下 其中,A和A′定義同上;r=1,2;t=0,1;前提是,當(dāng)r=1時(shí),t=1,當(dāng)r=2時(shí),t=0;R2與R1定義相同,與R1相同或不同; 其中,n′=0,1;u′=0,1;R2定義同上;前提是,當(dāng)u′=0時(shí),n′=1;當(dāng)u′=1時(shí),n′=0; 其中,R1和n定義同上;u=0,1;R′a=-(RI)pQ其中,RI和p定義同上; 其中,n′、u′和R2定義同上;前提是當(dāng)u=0時(shí),n=1,而當(dāng)u=1時(shí),n=0;并且當(dāng)u′=0時(shí),n′=1,而當(dāng)u′=1時(shí),n′=0;CAF=CA′F2(III)其中,A和A′定義同上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中反應(yīng)中所用的氟用惰性氣體稀釋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2的方法,其是在唯一一個(gè)反應(yīng)器中,以半連續(xù)或連續(xù)方式進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其以半連續(xù)方式進(jìn)行,其中式(II)的羰基化合物與式(III)的烯烴化合物的摩爾比為0.05至10。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其以連續(xù)方式進(jìn)行,其中(II)/(III)的摩爾比為0.05至10,F(xiàn)2/(III)的摩爾比為0.05至10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法,其中使用選自(全)氟化碳、(全)氟醚、(全)氟聚醚、全氟胺的化合物或它們的各種混合物作為溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的方法,其中式(II)的化合物選自COF-COF,COF-(CF2)2COF,COF-(CF2)4COF,COF-(CF2)6COF,COF-CF2OCF2-COF,CF3C(O)-C(O)-CF3,CF3C(O)-COF。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的方法,其中通過脫鹵或脫鹵化氫方法,將式(I)的氟鹵醚轉(zhuǎn)化為帶有-OCF=CF2端基的相應(yīng)乙烯基醚。
9.式(I)的氟化單乙烯基醚,其中另一個(gè)端基含有羰基,它可以用權(quán)利要求1-8的方法得到 其中,A和A′彼此相同或不同,選自Cl、Br、H,前提是A和A′不同時(shí)為H;m=1,2;n=0,1;前提是當(dāng)m=1時(shí),n=1,而當(dāng)m=2時(shí),n=0;R1是氟化取代基,優(yōu)選全氟化取代基,選自下述基團(tuán)C1-C20直鏈或支鏈烷基,C3-C7環(huán)烷基,芳族,C6-C10芳烷基,C5-C10雜環(huán)或烷基雜環(huán);優(yōu)選全氟烷基;當(dāng)R1是氟化或全氟烷基或環(huán)烷基時(shí),它的鏈上任選地含有一個(gè)或多個(gè)氧原子;當(dāng)R1是氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)H原子和/或一個(gè)或多個(gè)不同于F的鹵原子;R′=(RI)PT,其中RI是氟化或全氟化取代基,優(yōu)選全氟化取代基,選自下述基團(tuán)C1-C20直鏈或支鏈亞烷基,C3-C7環(huán)亞烷基;當(dāng)RI是氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)H原子和/或一個(gè)或多個(gè)不同于F的鹵原子;當(dāng)RI是全氟化基團(tuán)時(shí),它任選地含有一個(gè)或多個(gè)氧原子;p=0,1;T定義如下 其中,n′=0,1;u′=0,1;R2定義同上;前提是,當(dāng)u′=0時(shí),n′=1;當(dāng)u′=1時(shí),n′=0。
全文摘要
一種制備下述通式(I)的(全)氟鹵醚的方法包括在-120℃至-20℃,優(yōu)選-100℃至-40℃下,任選在反應(yīng)條件下的惰性溶劑存在下,在液相中,使式(II)的羰基化合物和元素氟以及式(III)的烯烴化合物反應(yīng),右式Ⅰ其中,A和 A′彼此相同或不同,選自Cl、Br、H;m=1、2;n=0、1;R
文檔編號C07C59/135GK1680241SQ20051000908
公開日2005年10月12日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月29日
發(fā)明者V·托爾特利, S·米勒范蒂, P·卡利尼 申請人:索爾維索萊克西斯公司