СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ПРОСТЫХ ЭФИРОВ
METHOD OF PRODUCING FLUORINE-CONTAINING ETHERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу простого получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой.
Уровень техники
Один из примеров способов получения фторсодержащего простого эфира включает способ, в котором фторсодержащий алкиловый спирт взаимодействует с фторированным олефином в воде в присутствии основного соединения, такого как соединение щелочного металла, с получением фторсодержащего простого эфира с выходом не менее 91% (патентные документы 1 и 2). Однако в данных реакциях, поскольку основное соединение присутствует в реакционной системе, в качестве побочной реакции неизбежно одновременно протекает реакция дегидрогалогенирования фторсодержащего простого эфира, являющегося целевым соединением и, как результат, в качестве побочного продукта получают соединение, содержащее ненасыщенную связь, в количестве приблизительно от 0,1% по массе до приблизительно 10% по массе. Кроме того, поскольку температура кипения данного побочного продукта, содержащего ненасыщенную связь, близка к температуре кипения целевого фторсодержащего простого эфира, это затрудняет их разделение перегонкой.
Соответственно, в патентном документе 3 предлагается применение катализатора фазового переноса для подавления данной побочной реакции, и фторсодержащий простой эфир получают со степенью конверсии, равной 99,99%, и при чистоте 97,8%. Однако стоимость данного способа является высокой, т.к. используют дорогой катализатор фазового переноса.
В патентном документе 4 реакцию проводят в присутствии вторичного спирта или третичного спирта, и фторсодержащий простой эфир получают со степенью конверсии, равной 99,99%, и при чистоте 99,0%. Однако стоимость данного способа является высокой, т.к. используют вторичный или третичный спирт.
С другой стороны, предложен, например, способ добавления хлора к соединению, содержащему ненасыщенную связь, с получением хлорированного продукта присоединения и, последующее отделение данного побочного продукта, содержащего ненасыщенную связь, от фторсодержащего простого эфира с целью повышения его чистоты (патентный документ 5). Однако в данном способе, т.к. требуются свет и высокая температура, проблема заключается в том, что требуется устройство, такое как ртутная лампа высокого давления, и число стадий увеличивается.
Документы предыдущего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: JP9-263559A
Патентный документ 2: JP2002-201152A
Патентный документ 3: JP2004-345967A
Патентный документ 4: JP2005-132826A
Патентный документ 5: WO2006/123563
Описание настоящего изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой, который ингибирует побочную реакцию, приводящую к образованию ненасыщенной связи, и обеспечивает низкую стоимость и простые стадии, не модифицируя соединение, содержащее ненасыщенную связь, для облегчения его отделения, не ингибируя побочную реакцию, но останавливая реакцию до завершения реакции, а именно останавливая реакцию на стадии низкой степени конверсии.
Средства решения проблемы
А именно, настоящее изобретение относится к способу получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой, где способ характеризуется тем, что при получении фторсодержащего простого эфира осуществляют взаимодействие фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином в присутствии основного соединения, причем реакцию завершают на стадии до достижения степени конверсии фторсодержащего алкилового спирта 75%.
Предпочтительно, чтобы в способе получения настоящего изобретения получение осуществляли в воде, т.к. реакция протекает удовлетворительно и извлечение фторсодержащего простого эфира является простым.
Настоящее изобретение также относится к способу получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой, включающему:
(A) стадию взаимодействия фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином в воде в присутствии основного соединения,
(B) стадию завершения реакции на стадии до достижения степени конверсии фторсодержащего алкилового спирта 75%, и
(C) стадию извлечения органического слоя, содержащего полученный фторсодержащий простой эфир.
В настоящем изобретении фторсодержащий простой эфир с высокой чистотой можно получить непрерывно способом получения, дополнительно включающим:
(D) стадию добавления к водному слою, содержащему полученную реакционную смесь, основного соединения в количестве, равном или большем, чем требуемое количество основного соединения, и/или
(E) стадию добавления к водному слою, содержащему полученную реакционную смесь, фторсодержащего алкилового спирта в количестве, равном или большем требуемого количества фторсодержащего алкилового спирта,
причем стадию (C), стадию (D) и/или стадию (E) проводят в необязательном порядке после стадии (B) и затем повторяют стадию (A), стадию (B) и стадию (C).
Способ получения может дополнительно включать стадию (F), на которой органический слой, содержащий полученный фторсодержащий простой эфир и извлеченный на стадии извлечения (C), подвергают перегонке, посредством чего извлекают фторсодержащий простой эфир.
Предпочтительно, чтобы реакция прекращалась на стадии, когда степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта находится в диапазоне не менее 25% и не более 65%, с точки зрения того, что время реакции является малым, реакция является подходящей для рециклирования, побочная реакция не протекает и чистота фторсодержащего простого эфира может становиться высокой.
Предпочтительно, чтобы фторсодержащий алкиловый спирт в качестве исходного соединения представлял собой соединение, представленное формулой (1):
RfCH<sub>2</sub>OH
(1)
в которой Rf представляет собой фторсодержащую алкильную группу.
Предпочтительно, чтобы фторированный олефин в качестве другого исходного соединения представлял собой соединение, представленное формулой (2):
CF<sub>2</sub>=CXY
(2)
в которой X и Y являются одинаковыми или различными, и каждый представляет собой атом водорода, атом хлора, атом фтора или трифторметильную группу.
Предпочтительно, чтобы реакция проводилась при абсолютном давлении в диапазоне от 0,4 МПа до 1,0 МПа, с точки зрения того, что побочная реакция не протекает, и чистота фторсодержащего простого эфира может становиться высокой.
Отношение основного соединения к одному молю фторсодержащего алкилового спирта от 0,3 до 1,0 моль является предпочтительным с точки зрения высокой скорости основной реакции и удовлетворительной селективности относительно фторсодержащего простого эфира.
Цель настоящего изобретения
Согласно настоящему изобретению, оно относится к способу получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой, в котором ингибируется побочная реакция, в результате которой образуется ненасыщенная связь и обеспечиваются низкая стоимость и простые стадии.
Кроме того, способ получения является полезным с точки зрения стоимости и поточного производства, т.к. слой фторсодержащего простого эфира, полученный реакцией, можно легко отделить от водного слоя, содержащего непрореагировавшие исходные соединения, и также т.к. непрореагировавшие исходные соединения в водном слое можно применять повторно.
Т.к. реакцию прекращают на стадии, когда побочная реакция не протекает, количество соединения, содержащего ненасыщенную связь, отделение которого является трудным, является небольшим, и очистку проводят простой перегонкой, способствуя получению большей чистоты фторсодержащего простого эфира.
Вариант осуществления для реализации настоящего изобретения
Способ получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой настоящего изобретения характеризуется тем, что при получении фторсодержащего простого эфира, реакцией фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином в присутствии основного соединения, реакцию прекращают на стадии до достижения степени конверсии фторсодержащего алкилового спирта 75%.
В настоящем изобретении реакцию прекращают на стадии до достижения степени конверсии фторсодержащего алкилового спирта 75%. Если степень конверсии превышает 75%, протекает реакция дегидрогалогенирования целевого продукта, а именно фторсодержащего простого эфира, посредством чего увеличивается доля побочного продукта, содержащего ненасыщенную связь, который трудно отделить.
Согласно настоящему изобретению, когда степень конверсии составляет вплоть до 75%, особенно вплоть до 70%, доля побочного продукта, содержащего ненасыщенную связь, является не более 0,3%, хотя это зависит от типа и количества исходных соединений и основного соединения, которые будут применять. Другие отделимые примеси (например, фторид калия и дифторацетат калия) остаются, например, в водном слое, и чистота фторсодержащего простого эфира в органическом слое является более 99,6% и, следовательно, высокую чистоту эфира, содержащего фтор, можно легко получить простой перегонкой.
В настоящем изобретении, меньшая степень конверсии является лучшей с точки зрения того, что по мере того, как степень конверсии увеличивается, протекает побочная реакция, такая как образование олефина, который тяжело отделить. С другой стороны, большая степень конверсии является лучшей с точки зрения увеличения выхода и увеличения скорости реакции и производительности. С данных точек зрения, предпочтительный момент времени для прекращения реакции будет наступать, когда степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта будет не более 73%, также не более 65%, более того, не более 55%, особенно не более 50%, и не менее 25%, даже не менее 30%, особенно не менее 40%.
Предпочтительно, чтобы фторсодержащий алкиловый спирт в качестве одного из исходных соединений представлял собой первичный фторсодержащий алкиловый спирт, представленный формулой (1):
RfCH<sub>2</sub>OH
(1)
в которой Rf представляет собой фторсодержащую алкильную группу с точки зрения хорошего протекания реакции нуклеофильного присоединения фторированного олефина.
Фторсодержащая алкильная группа, представленная Rf, представляет собой группу, в которой замещен, по меньшей мере, один атом водорода алкильной группы атомом фтора. Примеры фторсодержащих алкильных групп представляют собой линейные или разветвленные фторсодержащие алкильные группы, содержащие 1-8 атомов углерода. Число атомов углерода предпочтительно составляет 1-6, более предпочтительно 1-4.
3
3
2
3
2
2
3
2
3
3
2
4
3
2
5
2
2
2
2
3
2
2
5
3
2
3
2
3
3
2
2
2
Их примеры представляют собой CF-, CFCF-, CF(CF)-, CF(CF)-, CF(CF)-, CF(CF)-, CHFCF-, CHF(CF)-, CHF(CF)-, (CF)CF-, (CF)CH- и подобные, и предпочтительными являются CF-, CFCF- или CHFCF-.
Предпочтительно, чтобы фторированный олефин в качестве другого исходного соединения представлял собой соединение, представленное формулой (2):
CF<sub>2</sub>=CXY
(2)
в которой X и Y являются одинаковыми или различными, и каждый представляет собой атом водорода, атом хлора, атом фтора или трифторметильную группу, с точки зрения высокой реакционноспособности.
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
Их примерами являются CF=CF, CF=CHF, CF=CH, CF=CFCl, CF=CFCF и подобные, и CF=CF является предпочтительной с точки зрения высокой реакционноспособности.
Фторированный олефин реагирует в количестве, эквимолярном фторсодержащему алкиловому спирту, но для контроля степени конверсии фторсодержащего алкилового спирта вплоть до 75% количество фторированного олефина, действительно вводимого в реакционную систему, предпочтительно является не более 1,0 моля, даже предпочтительно не более 0,8 моля, особенно предпочтительно не более 0,7 моля, и предпочтительно не менее 0,3 моля, даже предпочтительно не менее 0,5 моля, на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, учитывая его количество, высвобождающееся в виде непрореагировавшего соединения после реакции.
2
2
Основное соединение, применяемое в способе получения настоящего изобретения, действует в качестве катализатора, и неорганические основные соединения являются предпочтительными с точки зрения того, что данные соединения вместе с фторсодержащим алкиловым спиртом легко образуют алкоксиды. Их примерами являются гидроксиды щелочного металла, такого как NaOH, KOH, CsOH, LiOH, Ca(OH) и Ba(OH); фториды металла, такие как KF, CsF и LiF; и подобные. С точки зрения хорошей способности к диссоциации гидроксиды щелочного металла являются более предпочтительными. С точки зрения высокой скорости реакции и удовлетворительной селективности относительно фторсодержащего простого эфира количество основного соединения предпочтительно является не менее 0,01 моль, даже предпочтительно не менее 0,2 моль, особенно предпочтительно не менее 0,3 моль, и предпочтительно не более 1,0 моль, даже предпочтительно не более 0,8 моль относительно 1 моля фторсодержащего алкилового спирта. С точки зрения безопасности при рассмотрении аномального роста температуры из-за теплоты, образующейся в результате реакции с фторсодержащим алкиловым спиртом, и взрывоопасных свойств образовавшегося алкоксида, предпочтительно применять основное соединение в количестве 5-40% по массе, предпочтительно 15-25% по массе в водном растворе.
Предпочтительно обычно проводить реакцию фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином в растворителе. Примерами растворителя является вода и полярные органические растворители, такие как диэтиловый спирт, глим, диоксан, тетрагидрофуран и ацетонитрил. В настоящем изобретении, предпочтительно применять воду с точки зрения того, что образование побочного продукта, содержащего ненасыщенную связь, легко ингибировать, и отделение от целевого продукта, а именно фторсодержащего простого эфира, является простым. Вода предпочтительно является ионообменной водой или разбавленной водой, которая содержит небольшое количество примесей.
Т.к. фторированный олефин в качестве исходного соединения является газообразным при нормальной температуре, реакцию проводят при нормальном давлении или при повышенном давлении. Давление реакции в абсолютном давлении является не менее 0,05 МПа, даже предпочтительно не менее 0,2 МПа, особенно предпочтительно не менее 0,4 МПа, и предпочтительно не более 1,0 МПа, даже предпочтительно не более 0,85 МПа, особенно предпочтительно не более 0,8 МПа, с точки зрения того, что побочная реакция протекает медленно, и чистота фторсодержащего простого эфира может становиться высокой. Температура реакции составляет от 25°C до 90°C, предпочтительно от 50°C до 85°C.
Когда применяют соединения формулы (1) и формулы (2) в качестве исходных соединений, фторсодержащий простой эфир, полученный в настоящем изобретении, представляет собой алкильный фторсодержащий простой эфир, представленный формулой (3):
RfCH<sub>2</sub>OCF<sub>2</sub>CHXY
(3)
в которой Rf, X и Y представляют собой, как определено выше. Как упоминается выше, в полученном растворе алкильного фторсодержащего простого эфира, в продукте реакции содержится побочный продукт (4), который содержит ненасыщенную связь и образуется в результате реакции дегидрогалогенирования основным соединением в реакционной системе. Однако его количество является крайне малым согласно способу получения настоящего изобретения.
2
2
2
2
2
Когда применяют CF=CF, CF=CHF или CF=CH в качестве фторированного олефина, примерами побочного продукта (4), содержащего ненасыщенную связь, являются формулы (4a)-(4d):
RfCH<sub>2</sub>OCF=CF<sub>2</sub>
(4a)
RfCH<sub>2</sub>OCF=CHF
(4b)
RfCH<sub>2</sub>OCF=CH<sub>2</sub>
(4c)
RfCH<sub>2</sub>OCF=CFCl
(4d)
2
3
в которых Rf представляет собой, как определено выше, и при применении CF=CFCF в качестве фторированного олефина, примерами побочного продукта (4), содержащего ненасыщенную связь, являются формулы (4e) и (4e'):
RfCH<sub>2</sub>OCF=CFCF<sub>3 </sub>
(4e)
RfCH<sub>2</sub>OCF<sub>2</sub>CF=CF<sub>2</sub>
(4e')
в которых Rf представляет собой, как определено выше.
Т.к. полученный фторсодержащий простой эфир и побочный продукт почти не обладают растворимостью в воде, раствор продукта реакции разделяют на два слоя, а именно один слой представляет собой органический слой, содержащий фторсодержащий простой эфир и побочный продукт, и другой слой представляет собой водный слой, содержащий непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт и основное соединение в качестве исходных соединений. Соответственно, органический слой, содержащий фторсодержащий простой эфир с высокой чистотой, можно легко выделить.
А именно, предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой, включающий:
(A) стадию взаимодействия фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином в воде в присутствии основного соединения,
(B) стадию завершения реакции на стадии до достижения степени конверсии фторсодержащего алкилового спирта 75%, и
(C) стадию извлечения органического слоя, содержащего полученный фторсодержащий простой эфир.
Также, применяя повторно непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт и основное соединение в водном слое, можно повысить выход, и получение фторсодержащего простого эфира может протекать непрерывно.
Другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ непрерывного получения фторсодержащего простого эфира с высокой чистотой, включающий в добавление к вышеупомянутым стадиям (A)-(C)
(D) стадию добавления к водному слою, содержащему полученную реакционную смесь, основного соединения в количестве, равном или большем, чем требуемое количество основного соединения, и/или
(E) стадию добавления к водному слою, содержащему полученную реакционную смесь, фторсодержащего алкилового спирта в количестве, равном или большем требуемого количества фторсодержащего алкилового спирта, причем стадию (C), стадию (D) и/или стадию (E) проводят в необязательном порядке после стадии (B) и, затем, повторяют стадию (A), стадию (B) и стадию (C).
Способ получения может включать стадию (F), на которой органический слой, содержащий фторсодержащий простой эфир и извлеченный на стадии извлечения (C), подвергают перегонке, посредством чего извлекают фторсодержащий простой эфир.
После прекращения реакции на стадии (B) раствор продукта реакции содержит два слоя, а именно один слой представляет собой органический слой, содержащий фторсодержащий простой эфир, и побочный продукт, и другой слой представляет собой водный слой, содержащий непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт и основное соединение в качестве исходных соединений. Органический слой извлекают из раствора продукта реакции на стадии (C). Способ извлечения конкретно не ограничен, и органический слой легко отделить от водного слоя и извлечь стандартным способом, таким как способ разделения жидкостей.
Извлеченный органический слой содержит только фторсодержащий простой эфир и очень малое количество примесей (соединений, содержащих ненасыщенную связь, в качестве побочного продукта и непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт). Соответственно, проведением стадии (F) для перегонки органического слоя, посредством чего извлекают фторсодержащий простой эфир (например, не менее 99,7%), можно получить фторсодержащий простой эфир с высокой чистотой.
Стадия (D) представляет собой стадию добавления основного соединения к водному слою для его потребления в реакции стадии (A), и стадия (E) представляет собой стадию добавления фторсодержащего алкилового спирта к водному слою для его потребления в реакции стадии (A). Когда количество, которое нужно добавить, является равным или большим количества, потребленного на стадии (A), стадии (A)-(E) можно повторять.
Предпочтительное количество составляет 1,0, даже предпочтительно 1,05 количества, потребленного на стадии (A). Стадии (D) и (E) представляют собой стадии для введения дополнительного количества и, следовательно, их не всегда проводят в каждом цикле получения.
Порядок стадий (C), (D) и (E) конкретно не ограничен. А именно, данные стадии можно проводить в порядке, указанном ниже.
(1) После извлечения органического слоя (стадия (C)), проводят стадию (D) и, затем, стадию (E).
(2) После извлечения органического слоя (стадия (C)), проводят стадию (E) и, затем, стадию (D).
(3) После извлечения органического слоя (стадия (C)), проводят одновременно стадию (D) и стадию (E).
(4) После добавления основного соединения к водному слою (стадия (D)), проводят стадию (C) и, затем, стадию (E).
(5) После добавления основного соединения к водному слою (стадия (D)), проводят стадию (E) и, затем, стадию (C).
(6) После проведения добавления основного соединения (стадия (D)) и добавления фторсодержащего алкилового спирта (стадия (E)) к водному слою одновременно проводят стадию (C).
(7) После проведения добавления фторсодержащего алкилового спирта к водному слою (стадия (E)), проводят стадию (C) и, затем, стадию (D).
(8) После проведения добавления фторсодержащего алкилового спирта к водному слою (стадия (E)), проводят стадию (D) и, затем, стадия (C).
Среди вышеуказанных порядков порядок (4) является предпочтительным, т.к. фторсодержащий алкиловый спирт, содержащийся в следовых количествах в органическом слое, можно извлекать полностью. Как упоминается выше, стадии (D) и (E) не всегда проводят в каждом цикле получения.
Когда после проведения стадий (C)-(E) добавляют фторированный олефин, и проводят стадию (A) и, затем, стадию (B), становится возможным повторное применение непрореагировавших исходных соединений, оставшихся в результате снижения степени конверсии, и повышение выхода.
Примеры
Далее, настоящее изобретение объясняется посредством примеров и сравнительных примеров, но не ограничивается данными примерами.
Способы измерения, применяемые в настоящем изобретении, являются следующими.
(1) ЯМР: применяют AC-300, полученный у BRUKER.
19
F-ЯМР: условия измерения: 282 МГц (трихлорфторметан = 0 м.д.)
1
H-ЯМР: условия измерения: 300 МГц (тетраметилсилан = 0 м.д.)
(2) гель-фильтрация (GC): применяют GC-17A, полученную у SHIMADZ CORPORATION, колонка: DB624 (длина: 60, I.D: 0,32, Film: 1,8 мкм)
Пример 1
Стадия (A)
2
2
2
6-литровый реактор из нержавеющей стали вакуумировали, и после введения гидроксида калия (546 г: 9,75 моль), воды (2184 мл) и 2,2,3,3-тетрафторпропилового спирта (фторсодержащий алкиловый спирт): HCFCFCHOH (1716 г: 13 моль), проводили 20 раз при комнатной температуре вакуумирование и заполнение содержимого реактора газообразным азотом. После вакуумирования системы в реактор вводили тетрафторэтилен с получением внутреннего давления системы 0,1 МПа, и проводили нагревание до внутренней температуры 75°C. После того как температура внутри реактора достигала 75°C, понемногу добавляли тетрафторэтилен так, чтобы поддерживать давление реакции, равным 0,7-0,8 МПа. Внутреннюю температуру регулировали так, чтобы поддерживать ее в диапазоне 75-95°C.
Стадия (B)
Когда количество добавленного тетрафторэтилена достигало 0,7 моль к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта, добавление тетрафторэтилена прекращали, и реакцию продолжали при перемешивании. Когда понижение внутреннего давления реактора прекращалось, внутреннюю температуру реактора доводили до комнатной температуры и непрореагировавший тетрафторэтилен удаляли для прекращения реакции.
19
В реакторе образовывался раствор продукта реакции, разделяющийся на два слоя - нижний органический слой (эфирный слой, удельная плотность: 1,6) и верхний водный слой. После отбора пробы верхнего водного слоя определяли посредством F-ЯМР количества фторида калия и дифторацетата калия, которые являются продуктами побочной реакции тетрафторэтилена и гидроксида калия, и дополнительное количество непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта. Количество фторида калия составляло 3,0 моль, дифторацетата калия составляло 1,4 моль, и непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта составляло 7,1 моль.
Стадия (D)
Из количеств фторида калия и дифторацетата калия, определенных выше, рассчитывали количество расходуемого гидроксида калия (3,0 моль + 1,4 моль = 4,4 моль), и добавляли расходуемое количество (246 г: 4,4 моль) гидроксида калия к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (C)
Затем, после промывки нижнего органического слоя в растворе продукта реакции водой один раз органический слой отделяли и извлекали.
19
1
2
2
2
2
2
Количество извлеченного органического слоя составляло 1369 г, и как результат F-ЯМР и H-ЯМР анализов, органический слой содержал фторсодержащий простой эфир, представленный HCFCFCHOCFCFH, и его чистота, измеренная GC, составляла 99,72%. Количество данного полученного фторсодержащего простого эфира (1369 г × 0,9972 = 1365 г: 5,9 моль) составляло количество, соответствующее 47,4% при переводе в степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта. На данной стадии выход составлял 42,3%.
Стадия (E)
Из количества непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта, определенного выше, рассчитывали количество расходуемого фторсодержащего алкилового спирта (загруженный фторсодержащий алкиловый спирт (13 моль), - непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт (7,1 моль) = 5,9 моль), и добавляли требуемое количество (779 г: 5,9 моль) фторсодержащего алкилового спирта к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (F)
1357 г органического слоя, полученного на стадии (C), подвергали простой перегонке, и фторсодержащий простой эфир, имеющий чистоту (GC анализ) 99,73% получали с выходом 95%.
Повторение стадий после стадии (A)
После завершения стадии (E) порядок действий стадии (A) повторяли и, затем, реакцию прекращали при тех же условиях (степень конверсии: 45%), как на стадии (B), и полученный органический слой отделяли и извлекали (стадия (C)). Фторсодержащий простой эфир извлекали в количестве 1290 г при чистоте (GC анализ) 99,76% и дополнительно подвергали простой перегонке (стадия (F)). Как результат, фторсодержащий простой эфир, имеющий чистоту (GC анализ) 99,77%, получали с выходом 97,0%.
Пример 2
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) давление реакции изменяли, как показано в таблице 1, и на стадии (B) подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию останавливали, когда количество тетрафторэтилена достигало 1,0 моля к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 3
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) давление реакции изменяли, как показано в таблице 1, и на стадии (B) подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию останавливали, когда количество тетрафторэтилена достигало 0,5 моля к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 4
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) количество гидроксида калия изменяли на 218 г (3,90 моль), что составляло 0,3 моля к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 5
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) количество гидроксида калия изменяли на 728 г (13,0 моль), что составляло 1,0 моль на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 6
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) гидроксид натрия применяли вместо гидроксида калия, его количество изменяли на 390 г (9,75 моль), что составляло 0,75 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, и добавляли воду (1950 мл). Результаты показаны в таблице 1.
Пример 7
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) гидроксид натрия применяли вместо гидроксида калия, его количество изменяли на 156 г (3,90 моль), что составляло 0,3 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, и добавляли воду (390 мл), и дополнительно на стадии (B) подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию останавливали, когда количество тетрафторэтилена достигало 1,0 моля к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 8
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) давление реакции изменяли, как показано в таблице 1, и количество гидроксида калия изменяли на 400 г (7,15 моль), что составляло 0,55 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 9
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 8, за исключением того, что на стадии (A) количество тетрафторэтилена изменяли на 1100 г (11 моль), что составляло 0,83 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Пример 10
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) фторид калия применяли вместо гидроксида калия, его количество изменяли на 151 г (2,60 моль), что составляло 0,2 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, вместо воды добавляли ацетонитрил (2184 мл), и дополнительно на стадии (B) подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию останавливали, когда количество тетрафторэтилена достигало 1,0 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Сравнительный пример 1
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) количество гидроксида калия изменяли на 218 г (3,90 моль), что составляло 0,3 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, добавляли воду (31 мл), и дополнительно на стадии (B) подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию останавливали, когда количество тетрафторэтилена достигало 1,0 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Сравнительный пример 2
Стадии (A)-(F) проводили тем же способом, как в примере 1, за исключением того, что на стадии (A) количество гидроксида калия изменяли на 218 г (3,90 моль), что составляло 0,3 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, добавляли воду (105 мл), и дополнительно на стадии (B) подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию останавливали, когда количество тетрафторэтилена достигало 1,0 моля на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Результаты показаны в таблице 1.
Таблица 1
Пример
1
2
3
4
5
6
Фторированный олефин
Тип
TFE
TFE
TFE
TFE
TFE
TFE
Количество<sup>(1)</sup>
0,7
1,0
0,5
0,7
0,7
0,7
Основное соединение
Тип
KOH
KOH
KOH
KOH
KOH
NaOH
Количество<sup>(1)</sup>
0,75
0,75
0,75
0,3
1,0
0,75
Концентрация (% по массе)<sup> (2)</sup>
20
20
20
20
20
20
Растворитель
Тип
вода
вода
вода
вода
вода
вода
Температура реакции (°С)
75-95
75-95
75-95
75-95
75-95
75-95
Время реакции (часов)
5,0
10,1
3,3
5,0
5,0
5,0
Давление реакции (МПа)
0,7-0,8
0,65-0,7
0,5-0,8
0,7-0,8
0,7-0,8
0,7-0,8
Степень конверсии (%)
47,4
61,8
28,7
43,9
48,8
40,4
Фторсодержащий простой эфир
Чистота (%)
После стадии (C)
99,72
99,77
99,70
99,88
99,68
99,83
После стадии (F)
99,73
99,8
99,72
99,88
99,7
99,83
Выход (%)
После стадии (C)
42,3
61,8
28,7
43,9
43,7
40,3
После стадии (F)
95,0
94,0
98,0
97,5
98,0
98,5
Пример
Сравнительный пример
7
8
9
10
1
2
Фторированный олефин
Тип
TFE
TFE
TFE
TFE
TFE
TFE
Количество<sup>(1)</sup>
1,0
0,7
0,83
1,0
1,0
1,0
Основное соединение
Тип
NaOH
KOH
KOH
KF
KOH
KOH
Количество<sup>(1)</sup>
0,3
0,55
0,55
0,2
0,3
0,3
Концентрация (% по массе)<sup> (2)</sup>
40
20
20
-
20
20
Растворитель
Тип
вода
вода
вода
вода
вода
вода
Температура реакции (°С)
75-95
75-95
75-95
75-95
75-95
75-95
Время реакции (часов)
13,6
8,5
9,0
4,3
15,0
17,0
Давление реакции (МПа)
0,7-0,8
0,75-0,8
0,75-0,8
0,7-0,8
0,7-0,8
0,7-0,8
Степень конверсии (%)
57,5
62,7
73
25,0
78
85,3
Фторсодержащий простой эфир
Чистота (%)
После стадии (C)
99,83
99,73
99,76
99,70
97,17
99,21
После стадии (F)
99,83
99,77
99,77
99,71
98,25
99,31
Выход (%)
После стадии (C)
57,4
62,7
72
24,3
43,7
40,3
После стадии (F)
98,5
98,5
98,5
94,0
97,0
96,5
(1): Моль на моль фторсодержащего алкилового спирта(2): Концентрация водного раствора основного соединения
Из таблицы 1 видно, что когда степень конверсии спирта составляет от 28% до 73%, чистота фторсодержащего простого эфира является не менее 99,7%, любой из KOH, NaOH и KF можно применять в качестве основного соединения, и даже полярный органический растворитель, отличный от воды, является эффективным в качестве растворителя. Результаты сравнительных примеров 1 и 2 показывают, что когда степень конверсии превышает 75%, селективность начинает падать, требуется более продолжительное время реакции, и реакция является неэффективной.
Также, с точки зрения рециклирования, можно сказать, что степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта, равная 40-73%, является особенно подходящей с точки зрения выхода и времени реакции.
Пример 11
Стадия (A)
2
2
2
2
3
3-литровый реактор из нержавеющей стали вакуумировали, и после введения гидроксида калия (85 г: 1,5 моль), воды (800 мл) и 2,2,3,3-тетрафторпропилового спирта (фторсодержащий алкиловый спирт): HCFCFCHOH (600 г: 4,5 моль) проводили 3 раза при комнатной температуре вакуумирование и заполнение содержимого реактора газообразным азотом. После вакуумирования системы в реактор вводили гексафторпропилен (CF=CFCF) с получением внутреннего давления системы 0,1 МПа, и проводили нагревание до внутренней температуры 50°C. После того как температура внутри реактора достигала 50°C, понемногу добавляли гексафторпропилен так, чтобы поддерживать давление реакции равным 0,4-0,5 МПа. Внутреннюю температуру регулировали так, чтобы поддерживать ее в диапазоне 50-60°C.
Стадия (B)
Когда количество добавленного гексафторпропилена достигало 0,6 моль к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта, подачу гексафторпропилена прекращали, и реакцию продолжали при перемешивании. Когда понижение внутреннего давления реактора прекращалось, внутреннюю температуру реактора доводили до комнатной температуры и непрореагировавший гексафторпропилен удаляли для прекращения реакции.
19
В реакторе образовывался раствор продукта реакции, разделяющийся на два слоя - нижний органический слой (эфирный слой) и верхний водный слой. После отбора пробы верхнего водного слоя количество непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта, определенное F-ЯМР, составляло 7,1 моль. Проверяли, присутствовали или нет примеси, и ни фторида калия, ни дифторацетат калия не обнаруживали.
Стадия (C)
Затем, после промывки нижнего органического слоя в растворе продукта реакции водой один раз органический слой отделяли и извлекали.
19
1
Количество извлеченного органического слоя составляло 761 г, и как результат F-ЯМР и H-ЯМР анализов после промывки водой один раз органический слой содержал фторсодержащий простой эфир, представленный
и его чистота, измеренная GC, составляла 99,83%. Количество данного полученного фторсодержащего простого эфира (761 г × 0,9983 = 760 г: 2,69 моль) составляло количество, соответствующее 60% при переводе в степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта. На данной стадии выход составлял 59,8%.
Стадия (D)
Гидроксид калия (основное соединение) дополнительно не загружали.
Стадия (E)
Из количества непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта, определенного выше, рассчитывали количество расходуемого фторсодержащего алкилового спирта (загруженный фторсодержащий алкиловый спирт (4,5 моль), - непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт (1,85 моль) = 2,65 моль), и добавляли требуемое количество (245 г: 1,85 моль) фторсодержащего алкилового спирта к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (F)
761 г органического слоя, полученного на стадии (C), подвергали простой перегонке, и фторсодержащий простой эфир, имеющий чистоту (GC анализ) 99,85%, получали с выходом 99,8%.
Пример 12
Стадия (A)
3
2
2
3-литровый реактор из нержавеющей стали вакуумировали, и после введения гидроксида калия (101 г: 1,8 моль), воды (410 мл) и 2,2,3,3,3-пентафторпропилового спирта (фторсодержащий алкиловый спирт): HCFCFCHOH (900 г: 6,0 моль) проводили 20 раза при комнатной температуре вакуумирование и заполнение содержимого реактора газообразным азотом. После вакуумирования системы в реактор вводили тетрафторэтилен с получением внутреннего давления системы 0,1 МПа, и проводили нагревание до внутренней температуры 75°C. После того как температура внутри реактора достигала 75°C, понемногу добавляли тетрафторэтилен так, чтобы поддерживать давление реакции равным 0,7-0,8 МПа. Внутреннюю температуру регулировали так, чтобы поддерживать ее в диапазоне 75-85°C.
Стадия (B)
Когда количество добавленного тетрафторэтилена достигало 0,6 моль к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта, подачу тетрафторэтилена прекращали, и реакцию продолжали при перемешивании. Когда понижение внутреннего давления реактора прекращалось, внутреннюю температуру реактора доводили до комнатной температуры и непрореагировавший тетрафторэтилен удаляли для прекращения реакции.
19
В реакторе образовывался раствор продукта реакции, разделяющийся на два слоя - нижний органический слой (эфирный слой) и верхний водный слой. После отбора пробы верхнего водного слоя определяли посредством F-ЯМР количества фторида калия и дифторацетата калия, которые являются продуктами побочной реакции тетрафторэтилена и гидроксида калия, и дополнительное количество непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта. Количество фторида калия составляло 1,84 моль, дифторацетата калия составляло 0,86 моль, и непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта составляло 2,55 моль.
Стадия (C)
Затем, после промывки нижнего органического слоя в растворе продукта реакции водой один раз органический слой отделяли и извлекали.
19
1
3
2
2
2
2
Количество извлеченного органического слоя составляло 570 г, и как результат F-ЯМР и H-ЯМР анализов, органический слой содержал фторсодержащий простой эфир, представленный CFCFCHOCFCFH и его чистота, измеренная GC, составляла 99,91%. Количество данного полученного фторсодержащего простого эфира (570 г × 0,9991 = 569 г: 2,27 моль), составляло количество, соответствующее 38% при переводе в степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта. На данной стадии выход составлял 37,8%.
Стадия (D)
Из количеств фторида калия и дифторацетата калия, определенных выше, рассчитывали количество расходуемого гидроксида калия (1,84 моль + 0,86 моль = 2,7 моль), и добавляли расходуемое количество (151 г: 2,7 моль) гидроксида калия к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (E)
Из количества непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта, определенного выше, рассчитывали количество расходуемого фторсодержащего алкилового спирта (загруженный фторсодержащий алкиловый спирт (6,0 моль), - непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт (3,72 моль) = 2,28 моль), и добавляли требуемое количество (342 г: 2,28 моль) фторсодержащего алкилового спирта к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (F)
570 г органического слоя, полученного на стадии (C), подвергали простой перегонке, и фторсодержащий простой эфир, имеющий чистоту (GC анализ) 99,91%, получали с выходом 99,8%.
Пример 13
Стадия (A)
2
2
2
2
3-литровый реактор из нержавеющей стали вакуумировали, и после введения гидроксида калия (240 г: 4,26 моль), воды (960 мл) и 2,2,3,3,-тетрафторпропилового спирта (фторсодержащий алкиловый спирт): HCFCFCHOH (750 г: 5,7 моль), проводили 20 раза при комнатной температуре вакуумирование и заполнение содержимого реактора газообразным азотом. После вакуумирования системы в реактор вводили хлортрифторэтилен (CF=CFCl) с получением внутреннего давления системы 0,1 МПа, и проводили нагревание до внутренней температуры 75°C. После того как температура внутри реактора достигала 75°C, понемногу добавляли хлортрифторэтилен так, чтобы поддерживать давление реакции равным 0,4 МПа (давление паров хлортрифторэтилена). Внутреннюю температуру регулировали так, чтобы поддерживать ее в диапазоне 75-85°C.
Стадия (B)
Когда количество добавленного хлортрифторэтилена достигало 0,6 моль к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта, подачу хлортрифторэтилена прекращали, и реакцию продолжали при перемешивании. Когда понижение внутреннего давления реактора прекращалось, внутреннюю температуру реактора доводили до комнатной температуры и непрореагировавший хлортрифторэтилен удаляли для прекращения реакции.
19
В реакторе образовывался раствор продукта реакции, разделяющийся на два слоя - нижний органический слой (эфирный слой) и верхний водный слой. После отбора пробы верхнего водного слоя определяли посредством F-ЯМР количества фторида калия и дифторацетата калия, которые являются продуктами побочной реакции тетрафторэтилена и гидроксида калия, и дополнительное количество непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта. Количество фторида калия составляло 1,30 моль, дифторацетата калия составляло 0,61 моль, и непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта составляло 3,11 моль.
Стадия (C)
Затем, после промывки нижнего органического слоя в растворе продукта реакции водой один раз, органический слой отделяли и извлекали.
19
1
2
2
2
2
Количество извлеченного органического слоя составляло 638 г, и как результат F-ЯМР и H-ЯМР анализов, органический слой содержал фторсодержащий простой эфир, представленный HCFCFCHOCFCFClH, и его чистота, измеренная GC, составляла 99,85%. Количество данного полученного фторсодержащего простого эфира (638 г × 0,9985 = 637 г: 2,56 моль) составляло количество, соответствующее 45,2% при переводе в степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта. На данной стадии выход составлял 45,1%.
Стадия (D)
Из количеств фторида калия и дифторацетата калия, определенных выше, рассчитывали количество расходуемого гидроксида калия (1,30 моль + 0,61 моль = 1,91 моль), и добавляли расходуемое количество (107 г: 1,91 моль) гидроксида калия к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (E)
Из количества непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта, определенного выше, рассчитывали количество расходуемого фторсодержащего алкилового спирта (загруженный фторсодержащий алкиловый спирт (5,68 моль), - непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт (3,11 моль) = 2,57 моль), и добавляли требуемое количество (340 г: 2,57 моль) фторсодержащего алкилового спирта к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (F)
638 г органического слоя, полученного на стадии (C), подвергали простой перегонке, и фторсодержащий простой эфир, имеющий чистоту (GC анализ) 99,91% получали с выходом 99,0%.
Пример 14
Стадия (A)
2
2
2
2
2
100 мл реактор из нержавеющей стали вакуумировали, и после введения гидроксида калия (6,4 г: 0,12 моль), воды (25 мл) и 2,2,3,3,-тетрафторпропилового спирта (фторсодержащий алкиловый спирт): HCFCFCHOH (20 г: 0,15 моль) проводили 3 раза при комнатной температуре вакуумирование и заполнение содержимого реактора газообразным азотом. После вакуумирования системы в реактор вводили винилиденфторид (CF=CH) с получением внутреннего давления системы 0,1 МПа, и проводили нагревание до внутренней температуры 80°C. После того как температура внутри реактора достигала 80°C, понемногу добавляют винилиденфторид так, чтобы поддерживать давление реакции равным 0,8 МПа. Внутреннюю температуру регулировали так, чтобы поддерживать ее в диапазоне 75-80°C.
Стадия (B)
Когда количество добавленного винилиденфторида достигало 0,6 моль (5,8 г) к 1 молю фторсодержащего алкилового спирта, подачу винилиденфторида прекращали, и реакцию продолжали при перемешивании. Когда понижение внутреннего давления реактора прекращалось, внутреннюю температуру реактора доводили до комнатной температуры и непрореагировавший винилиденфторид удаляли для прекращения реакции.
19
В реакторе образовывался раствор продукта реакции, разделяющийся на два слоя - нижний органический слой (эфирный слой) и верхний водный слой. После отбора пробы верхнего водного слоя определяли посредством F-ЯМР количества фторида калия и дифторацетата калия, которые являются продуктами побочной реакции винилиденфторида и гидроксида калия, и дополнительное количество непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта. Ни фторида калия, ни дифторацетат калия не обнаруживали, и количество непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта составляло 0,10 моль.
Стадия (C)
Затем, после промывки нижнего органического слоя в растворе продукта реакции водой один раз, органический слой отделяли и извлекали.
19
1
2
2
2
2
3
Количество извлеченного органического слоя составляло 9,8 г, и как результат F-ЯМР и H-ЯМР анализов, органический слой содержал фторсодержащий простой эфир, представленный HCFCFCHOCFCH, и его чистота, измеренная GC, составляла 99,85%. Количество данного полученного фторсодержащего простого эфира (9,8 г × 0,9985 = 9,78 г: 0,05 моль), составляло количество, соответствующее 30% при переводе в степень конверсии фторсодержащего алкилового спирта. На данной стадии выход составлял 30%.
Стадия (D)
Гидроксид калия дополнительно не загружали.
Стадия (E)
Из количества непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта, определенного выше, рассчитывали количество расходуемого фторсодержащего алкилового спирта (загруженный фторсодержащий алкиловый спирт (0,15 моль), - непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт (0,10 моль) = 0,05 моль), и добавляли требуемое количество (6,6 г: 0,05 моль) фторсодержащего алкилового спирта к водному слою, оставшемуся в растворе продукта реакции.
Стадия (F)
9,8 г органического слоя, полученного на стадии (C), подвергали простой перегонке, и фторсодержащий простой эфир, имеющий чистоту (GC анализ) 99,93%, получали с выходом 99,8%.