СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРСОДЕРЖАЩЕГО ПРОСТОГО ЭФИРА ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ
METHOD OF PRODUCING FLUORINE-CONTAINING ETHER OF HIGH PURITY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения фторсодержащего простого эфира высокой чистоты путем простой очистки.
Предшествующий уровень техники
Известно, что фторсодержащие простые эфиры получают взаимодействием фторсодержащих алкиловых спиртов со фторированными олефинами в присутствии основных соединений, таких как соединения щелочных металлов (патентные документы с 1 по 6). Однако в продуктах реакции остаются небольшие количества фторсодержащих алкиловых спиртов в качестве исходных веществ и побочные продукты (необработанный реакционный раствор фторсодержащего простого эфира).
Примеси (в частности, фторсодержащие алкиловые спирты) отделяют (удаляют путем очистки) из реакционного раствора фторсодержащего простого эфира, промывая данный раствор водой и перегоняя раствор (ректификация или простая перегонка), или осуществляя данные операции в сочетании. Однако на основании патентных документов чистота фторсодержащего простого эфира после очистки оценивается как не превышающая интервал примерно от 91,0 до 99,0%.
Кроме того, предполагается удалять ненасыщенные примеси, полученные в качестве побочных продуктов, в виде аддуктов с хлором, получаемых при добавлении хлора к ненасыщенному соединению (патентные документы с 7 по 9). Однако подобный способ не позволяет отделять фторсодержащие алкиловые спирты и, кроме того, данный способ необходимо осуществлять с использованием светового облучения и/или осуществлять при высокой температуре. Следовательно, возникает проблема, связанная с тем, что требуется ртутная лампа высокого давления и возрастает количество стадий обработки.
Патентный документ 1: JP-Н09-263559А
Патентный документ 2: JP-2002-201152А
Патентный документ 3: JP-2004-345967А
Патентный документ 4: JP-2005-068142А
Патентный документ 5: JP-2005-132826А
Патентный документ 6: JP-2005-306800А
Патентный документ 7: WO 2006/123563
Патентный документ 8: JP-2008-230979А
Патентный документ 9: JP-2005-230981А
Краткое описание изобретения
Проблемы, которые необходимо решить при помощи данного изобретения
Авторами данного изобретения было замечено, что целевой фторзамещенный простой эфир должен иметь очень высокую чистоту при использовании в качестве электролита, применяемого в ячейках, растворителя для полимеров и моющих средств, используемых для полупроводников. Авторами изобретения изучен способ гарантированного и эффективного отделения примеси фторзамещенного алкилового спирта в качестве исходного вещества от необработанного раствора фторзамещенного простого эфира. Авторы испробовали различные методы разделения, такие как метод ректификации (фракционная перегонка), метод кристаллизации, метод промывания (промывание водой и удаление водной фазы).
Однако, по-видимому, фторзамещенный простой эфир и фторсодержащий алкиловый спирт образуют азеотропную систему и, следовательно, с трудом разделяются методом перегонки. Кроме того, метод кристаллизации, в котором вещество кристаллизуют из воды с использованием разницы в температуре замерзания, невозможно использовать для отделения фторсодержащего алкилового спирта, поскольку фторсодержащий алкиловый спирт не замерзает при температуре ее замерзания.
В методе промывания фторсодержащий алкиловый спирт элюируют водой, промывая необработанный раствор фторзамещенного простого эфира водой. В результате, концентрацию фторсодержащего алкилового спирта можно максимально уменьшить (примерно до 0,001% или менее, концентрация по данным газовой хроматографии, в дальнейшем называемой % ГХ).
Однако, чтобы уменьшить концентрацию фторсодержащего алкилового спирта до 0,001% ГХ или менее, необходимо многократно повторять промывание с использованием большого количества воды. Например, чтобы понизить концентрацию фторсодержащего алкилового спирта до интервала от около 9% ГХ до 0,001% ГХ или менее, промывание нужно повторять 6 раз, и необходимо 4-кратное количество воды по сравнению с необработанным раствором фторзамещенного простого эфира. Таким образом, метод промывания не выгоден для распространения на большие количества.
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа эффективного получения фторзамещенного простого эфира высокой чистоты, подходящего для распространения на большие количества, при существенном снижении концентрации фторсодержащего алкилового спирта в упомянутом простом эфире.
Способы решения проблем
Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения фторзамещенного простого эфира высокой чистоты, при этом данный способ включает в себя проведение противоточного разделения необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, содержащего фторсодержащий алкиловый спирт в качестве примеси, с использованием воды.
Способ настоящего изобретения предпочтительно используют в том случае, когда необработанный раствор фторзамещенного простого эфира в качестве исходного вещества представляет собой реакционный раствор, полученный при взаимодействии фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином в присутствии основного соединения.
Согласно настоящему изобретению фторзамещенный простой эфир высокой чистоты, содержащий фторсодержащий алкиловый спирт в концентрации 0,001% ГХ или менее, можно получить из необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, содержащего фторсодержащий алкиловый спирт в концентрации от 0,2 до 20% ГХ.
В настоящем изобретении данный фторзамещенный простой эфир является, например, фторзамещенным алкиловым простым эфиром, представленным формулой (3):
2
2
RfCHOCFCHXY, (3)
в котором Rf представляет собой фторсодержащую алкильную группу, Х и Y являются одинаковыми или отличаются друг от друга, и каждый из них представляет собой атом водорода, атом хлора, атом фтора или трифторметильную группу.
Фторсодержащий алкиловый спирт согласно настоящему изобретению является, например, соединением, представленным формулой (1):
2
RfCHOH, (1)
в котором Rf представляет собой фторсодержащую алкильную группу.
Фторсодержащий олефин, используемый в синтезе данного фторзамещенного простого эфира, является, например, соединением, представленным формулой (2):
2
CF=CXY, (2)
в котором Х и Y являются одинаковыми или отличаются друг от друга, и каждый из них представляет собой атом водорода, атом хлора, атом фтора или трифторметильную группу.
Настоящее изобретение относится к способу получения фторзамещенного простого эфира высокой чистоты, который включает в себя доведение содержания влаги во фторзамещенном простом эфире, полученном путем противоточного разделения, до 50 ч. на 1 млн или менее, и/или перегонку фторзамещенного простого эфира.
Эффект изобретения
Способ получения согласно настоящему изобретению может обеспечить способ эффективного получения фторзамещенного простого эфира высокой чистоты, подходящий для распространения на большие количества.
Фаза фторзамещенного простого эфира и водная фаза, содержащая непрореагировавшее исходное вещество, образующиеся в результате данной реакции, легко разделяются, а непрореагировавшее исходное вещество водной фазы можно использовать многократно.
Кроме того, фторзамещенный простой эфир можно очистить до высокой чистоты при помощи (простой) перегонки.
Фторзамещенный простой эфир высокой чистоты, в котором содержание воды снижено, особенно применим в качестве компонента электролита, используемого для ячейки, конденсатора и так далее.
Способ осуществления изобретения
Способ получения фторзамещенного простого эфира высокой чистоты данного изобретения включает в себя проведение противоточного разделения необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, содержащего фторсодержащий алкиловый спирт в качестве примеси, с использованием воды.
Необработанный раствор фторзамещенного простого эфира (в качестве исходного вещества) может представлять собой реакционный раствор продукта, полученный при использовании фторсодержащего алкилового спирта в качестве исходного вещества, или реакционный раствор продукта, полученный по реакции, в которой фторсодержащий алкиловый спирт образуется в результате побочной реакции.
В том случае, когда фторзамещенный простой эфир получают при использовании фторсодержащего алкилового спирта в качестве исходного вещества, фторсодержащий алкиловый спирт предпочтительно вводят во взаимодействие с фторированным олефином в присутствии основного соединения. В патентных документах с 1 по 9 описана данная реакция.
Точнее, предпочтителен фторсодержащий алкиловый спирт, представленный формулой (1):
2
RfCHOH, (1)
в котором Rf представляет собой фторсодержащую алкильную группу,
вследствие его хорошей реакционноспособности в реакции нуклеофильного присоединения фторсодержащего алкилового спирта к фторированному олефину.
Фторсодержащая алкильная группа, представленная Rf, представляет собой группу, в которой, по меньшей мере, один из атомов водорода алкильной группы замещен атомом фтора. Фторсодержащая алкильная группа может представлять собой линейную или разветвленную С1-С8 фторсодержащую алкильную группу. Предпочтительно, фторсодержащая алкильная группа содержит от 1 до 6 атомов углерода, а более предпочтительно, от 1 до 4 атомов углерода.
3
3
2
3
2
2
3
2
3
3
2
4
3
2
5
2
2
2
2
3
2
2
5
2
2
2
2
3
3
2
2
2
Конкретные примеры фторсодержащей алкильной группы включают в себя CF-, CFCF-, CF(CF)-, CF(CF)-, CF(CF)-, CF(CF)-, CHFCF-, CHF(CF)-, CHF(CF)-, (CF)CF- и (CF)CH-. Предпочтительной является CF-, CFCF- или CHFCF-.
Ввиду хорошей реакционноспособности подобного соединения фторированный олефин, который является одним из исходных веществ, представляет собой соединение, представленное формулой (2):
2
CF=CXY, (2)
в котором Х и Y являются одинаковыми или отличаются друг от друга, и каждый из них представляет собой атом водорода, атом хлора, атом фтора или трифторметильную группу.
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
2
2
3
Конкретные примеры фторированного олефина включают в себя CF=CF, CF=CHF, CF=CH, CF=CFCl и CF=CFCF. Принимая во внимание хорошую реакционноспособность, предпочтительными являются CF=CF, CF=CFCl и CF=CFCF.
Фторированный олефин и фторсодержащий алкиловый спирт взаимодействуют в эквимолярных количествах. Однако конверсию фторсодержащего алкилового спирта необходимо снизить до 70%. Следовательно, действительное количество фторированного олефина, вводимого в реакционную систему, предпочтительно составляет 1,0 моль или менее, более предпочтительно, 0,7 моль или менее, а особенно предпочтительно, 0,65 моль или менее, а предпочтительно, 0,3 моль или более, и более предпочтительно, 0,5 моль или более, относительно 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, считая, что данное количество фторированного олефина выделяли в качестве непрореагировавшего вещества после реакции.
2
2
Основное соединение выступает в качестве катализатора в способе получения настоящего изобретения и предпочтительно представляет собой неорганическое основное соединение, поскольку оно легко образует алкоголят с фторсодержащим алкиловым спиртом. В частности, принимая во внимание хорошую диссоциацию, более предпочтительными являются гидроксиды щелочных металлов, такие как NaOH, KOH, CsOH и LiOH, или гидроксиды щелочноземельных металлов, такие как Ca(OH) или Ba(OH). Количество данного основного соединения предпочтительно составляет 0,01 моль или более, более предпочтительно, 0,2 моль или более, а особенно предпочтительно, 0,3 моль или более, а предпочтительно, 1,0 моль или менее, и более предпочтительно, 0,8 моль или менее, относительно 1 моль фторсодержащего алкилового спирта, принимая во внимание скорость реакции и/или хорошую селективность фторзамещенного простого эфира. В реакции основного соединения с фторсодержащим алкиловым спиртом выделенная теплота реакции может вызвать аномальное повышение температуры, и/или алкоголят, образующийся в результате данной реакции, может быть взрывоопасным. Следовательно, с учетом безопасности, основное соединение используют в виде водной жидкости с концентрацией от 5 до 40 мас.%, а предпочтительно, используют в виде водной жидкости с концентрацией от 15 до 25 мас.%.
Взаимодействие фторсодержащего алкилового спирта с фторированным олефином обычно предпочтительно осуществляют в растворителе. Примеры растворителя включают в себя воду и полярные органические растворители, такие как диэтиловый эфир, глимы, диоксан, тетрагидрофуран и ацетонитрил. В настоящем изобретении предпочтительно используют воду, поскольку вода имеет тенденцию к предотвращению образования побочного продукта, содержащего ненасыщенную связь, а целевой фторзамещенный простой эфир легко отделяется от воды. В качестве воды предпочтительно используют воду после ионообменной смолы или дистиллированную воду, содержащую меньше примесей.
Реакцию проводят при нормальном давлении или под (повышенным) давлением, поскольку фторированный олефин в качестве исходного соединения является газом при нормальной температуре. С учетом снижения скорости протекания побочной реакции и повышения чистоты фторзамещенного простого эфира давление реакции предпочтительно составляет 0,05 МПа или более, более предпочтительно, 0,2 МПа или более, а особенно предпочтительно абсолютное давление, составляющее 0,4 МПа или более, и оно предпочтительно составляет 1,0 МПа или менее, более предпочтительно, 0,85 МПа или менее, а особенно предпочтительно, 0,8 МПа или менее. Реакцию проводят при температуре в интервале от 25 до 90°С, а предпочтительно, от 50 до 85°С.
Образующийся в реакции фторзамещенный простой эфир является фторсодержащим алкиловым простым эфиром, представленным формулой (3), в случае, когда в качестве исходных веществ используют соединения, представленные формулами (1) и (2).
2
2
RfCHOCFCHXY, (3)
В данной формуле Rf, X и Y являются такими же, как определено выше.
Полученный реакционный раствор продукта фторсодержащего алкилового простого эфира содержит описанный выше непрореагировавший фторсодержащий алкиловый спирт. Кроме того, реакционный раствор продукта может содержать ненасыщенный побочный продукт, полученный в результате дегидрогалогенирования, вызванного присутствием основного соединения в реакционной системе.
Выход и чистота (концентрация) фторсодержащего простого эфира в полученном реакционном растворе продукта и количество примесей изменяются в зависимости от условий реакции. Концентрация фторсодержащего простого эфира в необработанном растворе фторсодержащего простого эфира по настоящему изобретению предпочтительно составляет 80% ГХ или более, более предпочтительно, 85% ГХ или более, а особенно предпочтительно, 90% ГХ или более, чтобы уменьшить количество стадий противоточного разделения и дополнительно снизить расход воды. Желательно, чтобы верхний предел концентрации фторсодержащего простого эфира необработанного раствора был максимально возможно высок. Однако максимальной является концентрация, составляющая 99,8% ГХ или менее. Концентрацию фторсодержащего простого эфира в растворе продукта реакции нельзя повысить до 99,8% ГХ только лишь реакцией синтеза. Поэтому, как правило, раствор продукта реакции необходимо подвергнуть некоторой очистке. В настоящем изобретении очистку проводят с хорошей эффективностью и, следовательно, концентрация фторсодержащего простого эфира может составлять 85% ГХ или менее, и 90% ГХ или менее.
В настоящем изобретении противоточную экстракцию необработанного раствора фторзамещенного простого эфира (в качестве исходного вещества) осуществляют с использованием воды в качестве растворителя экстракции (разделяющего агента) для фторсодержащего алкилового спирта.
Способ противоточной экстракции представляет собой способ жидкостной экстракции, и экстракцию проводят с использованием вертикального аппарата для экстракции. Данный способ включает в себя вливание необработанного раствора фторзамещенного простого эфира с большим удельным весом (например, удельный вес составляет около 1,5) в аппарат для экстракции через его верхнюю часть; вливание воды (удельный вес составляет 1,0) через нижнюю часть и перемещение капель воды по направлению к верхней части аппарата при перемешивании раствора в случае, если это необходимо. При всплывании капель воды необработанный раствор фторзамещенного простого эфира эффективно приходит в контакт с водой и фторсодержащий алкиловый спирт экстрагируется каплями воды. Воду, используемую для экстракции, удаляют через верхнюю часть данного аппарата.
Типичным аппаратом для противоточной экстракции является аппарат для экстракции типа смесителя-отстойника с многоступенчатой мешалкой.
Например, в патентных документах JP-2001-39962А, JP-7-188085А и JP-5-170755А описан способ разделения при помощи противоточной экстракции. Однако способ разделения фторсодержащего соединения путем противоточной экстракции известен не был.
Желательно, чтобы концентрация фторсодержащего алкилового спирта в необработанном растворе фторзамещенного простого эфира была низкой.
Согласно способу настоящего изобретения, необработанный раствор можно очистить до достижения концентрации фторсодержащего алкилового спирта 0,001% ГХ или менее, даже от 0,2 до 20% ГХ. Предпочтительно, концентрация фторсодержащего алкилового спирта составляет от 0,2 до 20% ГХ, более предпочтительно, от 1 до 15% ГХ, а особенно предпочтительно, от 1 до 10% ГХ, учитывая количество стадий противоточного разделения и расход воды.
Для аппарата противоточной экстракции можно подходящим образом выбрать количество стадий, скорость перемешивания и диаметр колонны в соответствии с концентрацией фторзамещенного простого эфира в необработанном растворе фторзамещенного простого эфира, и/или требуемой чистотой. Например, в случае, когда необработанный раствор фторзамещенного простого эфира с концентрацией фторсодержащего алкилового спирта 9% ГХ (концентрация фторзамещенного простого эфира составляет 90% ГХ) очищают путем 24-стадийного способа противоточной экстракции, концентрацию фторсодержащего алкилового спирта можно понизить до 0,001% ГХ или менее (в этом случае концентрация фторзамещенного простого эфира составляет около 99,6% ГХ). Для того чтобы уменьшить подобный уровень концентрации фторсодержащего алкилового спирта до 0,001% ГХ или менее методом промывания (процесс промывания водой и удаление водной фазы), процессы промывания водой и удаления водной фазы необходимо повторять шесть раз. Следовательно, количество воды, необходимое для промывания водой, в четыре раза больше количества, используемого в методе противоточной экстракции.
Предпочтительно, количество стадий составляет пять или более, а более предпочтительно, 10 или более с учетом производительности разделения. Производительность разделения возрастает по мере увеличения количества стадий, но увеличивается и размер аппарата. Поэтому количество стадий предпочтительно составляет 50 или менее.
Скорость перемешивания предпочтительно является высокой, чтобы увеличить площадь контакта жидкость-жидкость, и, желательно, составляет 20 об/мин или более. Однако, если скорость перемешивания слишком высока, в жидкости могут образоваться пузыри, что приведет к снижению эффективности контакта. Поэтому желательно, чтобы скорость перемешивания составляла 400 об/мин или менее. Соотношение скорость подачи тяжелой жидкости/скорость подачи легкой жидкости изменяется в зависимости от диаметра колонны. Чтобы получить определенную производительность обработки, требуется 10 кг или более в час. Способ осуществляют с использованием воды, и поэтому желательно, чтобы температура обработки составляла 2°С или выше, а, желательно, 90°С или ниже.
Противоточную экстракцию можно осуществить два или более раз. Перед проведением противоточной экстракции раствор продукта реакции фторзамещенного простого эфира можно промыть водой обычным способом с получением сырого раствора фторзамещенного простого эфира, в котором содержание водорастворимых соединений, таких как фторсодержащие алкиловые спирты и основные соединения, снижается до некоторой степени.
При противоточной экстракции основные вещества, помимо фторсодержащих алкиловых спиртов, растворимы в водной фазе и, следовательно, могут быть удалены путем отделения водной фазы.
Содержание спирта можно вычислить по методу удельного веса исходя из водной фазы, полученной из аппарата противоточной экстракции. Поэтому данную фазу можно использовать снова для синтеза фторзамещенного простого эфира.
Таким образом, в соответствии со способом противоточной экстракции настоящего изобретения, можно значительно снизить количество воды и сократить время обработки. Кроме того, фторсодержащие алкиловые спирты и/или основные соединения можно легко удалить из водной фазы за короткое время, поскольку количество данной водной фазы не велико.
Кроме того, фторзамещенный простой эфир можно получить при меньшем воздействии на окружающую среду, так как большую часть стадий его получения, включая противоточную экстракцию и (простую) перегонку, описанных ниже, осуществляют в закрытой системе. После синтеза фторзамещенного простого эфира можно непрерывно осуществлять последующие стадии очистки.
Ненасыщенные соединения являются одними из побочных продуктов, нерастворимых в водной фазе. Максимальная концентрация подобных ненасыщенных соединений в реакционном растворе продукта составляет менее 0,3% ГХ. Разница между температурой кипения данных ненасыщенных соединений и простого эфира не велика. Поэтому перегонкой чрезвычайно трудно снизить концентрацию ненасыщенных соединений до 0,01% ГХ или менее. Однако, если они и содержатся в данном простом эфире, ненасыщенные соединения практически не оказывают влияния на физические свойства эфира.
Фторзамещенный простой эфир высокой чистоты, полученный в настоящем изобретении, применим, например, в качестве компонента (растворителя) электролита, используемого для литиевой аккумуляторной батареи и конденсатора, различных растворителей и моющего средства для полупроводника. В частности, при использовании фторзамещенного простого эфира высокой чистоты в качестве растворителей электролита содержание влаги желательно снизить до 50 ч. на 1 млн или менее, предпочтительно, до 30 ч. на 1 млн или менее, а более предпочтительно, до 10 ч. на 1 млн или менее.
Примеры способа снижения содержания влаги включают в себя адсорбцию влаги при помощи дегидратирующего вещества, такого как молекулярные сита, и азеотропную перегонку с использованием азеотропных растворителей, таких как гексан. В настоящем изобретении можно использовать подобные способы. Фторзамещенный простой эфир и вода образуют гетерогенный азеотроп и, следовательно, экстрагированный противоточным способом фторзамещенный простой эфир предпочтительно сразу (непрерывно) перегоняют, принимая во внимание затраты.
Примеры
Далее настоящее изобретение объяснено на основе примеров и сравнительных примеров, но изобретение не ограничено только ими.
Способ измерения, использованный в настоящем изобретении, описан ниже.
(1) Анализ состава
Метод ЯМР: использовали прибор АС-300, который является продуктом корпорации Bruker.
19
ЯМР-F:
Условия измерения: 282 МГц (трихлорфторметан=0 м.д.)
1
ЯМР-Н:
Условия измерения: 300 МГц (тетраметилсилан=0 м.д.)
(2) Анализ концентрации
Метод гель-хроматографии (ГХ): использовали Gc-17A, выпускаемый SHIMADZU CORPORATION. Колонка: DB624 (длина 60, В.Д. 0,32, пленка 1,8 микрометра). Предел измерения: 0,001%.
(3) Содержание влаги (мас.% или ч. на 1 млн).
Метод Карла Фишера: использовали МКС-501, который является продуктом Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.
Католит: AQUAMICRON CXU, являющийся продуктом химической корпорации Mitsubishi.
Анолит: AQUAMICRON АКХ, являющийся продуктом химической корпорации Mitsubishi.
Пример синтеза 1 (получение необработанного раствора фторзамещенного простого эфира)
2
2
2
Систему, состоящую из 6-литрового автоклава, изготовленного из нержавающей стали, вакуумировали. В автоклав помещали 401 г гидроксида калия (7,15 моль, молярное количество 0,55 на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта), воду (1604 мл), 2,2,3,3-тетрафтор-1-пропанол (температура кипения 109°С, удельный вес 1,4), представленный формулой HCFCFCHOH (1716 г, 13 моль) в качестве фторсодержащего алкилового спирта. Затем систему вакуумировали и заполняли азотом 20 раз при комнатной температуре. После вакуумирования систему заполняли тетрафторэтиленом до достижения 0,1 МПа и нагревали реакционную систему до 85°С. После достижения в системе температуры 85°С к ней понемногу добавляли тетрафторэтилен так, чтобы давление реакции поддерживалось в интервале от 0,5 до 0,8 МПа. Температуру системы регулировали так, чтобы она поддерживалась в интервале от 75 до 95°С.
Тетрафторэтилен добавляли до тех пор, пока количество не достигало 0,5 моль на 1 моль фторсодержащего алкилового спирта. Реакцию проводили непрерывно при перемешивании. Когда снижение давления в автоклаве прекращалось, температура в автоклаве снижалась до комнатной температуры, и непрореагировавший тетрафторэтилен выделяли и останавливали реакцию. Осуществление данных стадий занимало 5 часов.
2
2
2
2
2
Фторзамещенный простой эфир нижней фазы производственного раствора представлял собой HCFCFCHOCFCFH (температура кипения 92°С, удельный вес 1,52). В таблице 1 представлен состав производственного раствора фторзамещенного простого эфира нижней фазы, полученный по данным ГХ анализа.
Пример синтеза 2
Фторзамещенный простой эфир синтезировали так же, как и в примере синтеза 1, за исключением того, что количество тетрафторэтилена составляло 780 г (7,8 моль). В таблице 1 представлен состав полученного производственного раствора фторзамещенного простого эфира.
Пример синтеза 3
Фторзамещенный простой эфир синтезировали так же, как и в примере синтеза 1, за исключением того, что количество тетрафторэтилена составляло 910 г (9,1 моль). В таблице 1 представлен состав полученного производственного раствора фторзамещенного простого эфира.
Пример синтеза 4
Фторзамещенный простой эфир синтезировали так же, как и в примере синтеза 1, за исключением того, что количество тетрафторэтилена составляло 1040 г (10,4 моль). В таблице 1 представлен состав полученного производственного раствора фторзамещенного простого эфира.
Пример синтеза 5
Фторзамещенный простой эфир синтезировали так же, как и в примере синтеза 1, за исключением того, что количество тетрафторэтилена составляло 1170 г (11,7 моль). В таблице 1 представлен состав полученного производственного раствора фторзамещенного простого эфира.
Таблица 1
Примерсинтеза
Концентрация фторзамещенного простого эфира (% ГХ)
Концентрация фторсодержащего алкилового спирта (% ГХ)
Прочее(% ГХ)
1
98,7
1,0
0,3
2
90,2
8,8
0,9
3
88,3
10,6
1,2
4
83,4
15,3
1,4
5
78,6
20,0
1,4
Примеры с 1 по 5
В качестве необработанного раствора фторзамещенного простого эфира использовали каждый из производственных растворов фторзамещенного простого эфира, полученных в примерах синтеза с 1 по 5 в количестве 1500 г. Противоточную экстракцию необработанного раствора проводили в следующих условиях с использованием аппарата для экстракции типа смесителя-отстойника.
Аппарат для экстракции типа смесителя-отстойника (высота колонны 3300 мм, внутренний диаметр 200 мм)
Количество стадий: 24 стадии
Скорость перемешивания: 285 об/мин
Скорость подачи тяжелой жидкости: 160 кг/ч
Легкая жидкость: чистая вода
Скорость подачи легкой жидкости: 100 кг/ч
Температура обработки: 27°С
Время обработки составляло 0,01 часа. В таблице 2 показаны количества воды, использованной для необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, с составами, соответственно.
Таблица 2
Пример
Необработанный раствор фторзамещенного простого эфира
Концентрация фторсодержащего алкилового спирта(% ГХ)
Количество воды (г/г фтор-замещенного простого эфира)
Перед экстракцией
После экстракции
1
Пример синтеза 1
1,06
0,001 или менее
0,567
2
Пример синтеза 2
8,8
0,001 или менее
0,629
3
Пример синтеза 3
10,6
0,001 или менее
0,634
4
Пример синтеза 4
15,3
0,001 или менее
0,645
5
Пример синтеза 5
20,0
0,001 или менее
0,654
Как показано в таблице 2, все концентрации экстрагированного фторсодержащего алкилового спирта во фторзамещенных простых эфирах составляли 0,001% ГХ или менее, несмотря на разницу в концентрации фторсодержащего алкилового спирта в необработанных растворах фторзамещенного простого эфира. Содержание влаги в экстрагированных фторзамещенных простых эфирах во всех случаях составляло 960 ч. на 1 млн.
Осуществляли простую перегонку каждого фторзамещенного простого эфира и получали фторзамещенный простой эфир высокой чистоты, составляющей 99,8% ГХ, в виде фракции, полученной при 92°С. Содержание влаги составляло 10 ч. на 1 млн или менее. Выход фторзамещенного простого эфира высокой чистоты из необработанного раствора фторзамещенного простого эфира составлял 90%.
Пример синтеза 6
2
2
2
2
3
Фторзамещенный простой эфир, представленный формулой HCFCFCHOCFCFHCF (температура кипения 108°С, удельный вес 1,61) синтезировали так же, как и в примере синтеза 1, за исключением того, что вместо тетрафторэтилена использовали гексафторпропилен.
По данным ГХ анализа фазы фторзамещенного простого эфира, которая представляла собой нижнюю фазу полученного производственного раствора, концентрация фторзамещенного простого эфира составляла 97,1% ГХ, концентрация непрореагировавшего фторсодержащего спирта составляла 2% ГХ, а концентрация других компонентов (ненасыщенное соединение побочного продукта и не идентифицированного продукта) составляла 0,9% ГХ.
Пример 6
В качестве необработанного раствора фторзамещенного простого эфира использовали производственный раствор фторзамещенного простого эфира, полученный в примере синтеза 6, в количестве 1500 г и осуществляли противоточную экстракцию данного необработанного раствора в следующих условиях с использованием аппарата для экстракции типа смесителя-отстойника.
Аппарат для экстракции типа смесителя-отстойника (высота колонны 3300 мм, внутренний диаметр 200 мм)
Количество стадий: 24 стадии
Скорость перемешивания: 285 об/мин
Скорость подачи тяжелой жидкости: 160 кг/ч
Легкая жидкость: чистая вода
Скорость подачи легкой жидкости: 100 кг/ч
Температура обработки: 27°С
Время обработки составляло 0,01 часа. Количество воды составляло 0,62 г на 1 г фторзамещенного простого эфира. Концентрация фторсодержащего алкилового спирта в полученном фторзамещенном простом эфире составляла 0,001% ГХ или менее, концентрация фторзамещенного простого эфира составляла 99,8% ГХ, а содержание воды составляло 960 ч. на 1 млн.
Осуществляли простую перегонку фторзамещенного простого эфира и получали фторзамещенный простой эфир высокой чистоты, составляющей 99,8% ГХ, в виде фракции, полученной при 108°С. Содержание воды составляло 10 ч. на 1 млн или менее. Выход фторзамещенного простого эфира высокой чистоты из необработанного раствора фторзамещенного простого эфира составлял 95%.
Сравнительный пример 1 (разделение перегонкой)
Необработанный раствор фторзамещенного простого эфира, полученный в примере синтеза, находился в равновесии пар-жидкость и был неразделим в разбавленной зоне фторсодержащего алкилового спирта (концентрация 8,839% ГХ). Фторзамещенный простой эфир и фторсодержащий алкиловый спирт образовывали азеотроп (фторзамещенный простой эфир/фторсодержащий алкиловый спирт=97/3 мол.%). Для подтверждения исследовали разделение периодической перегонкой. Разделения периодической перегонкой практически не достигалось.
Кроме того, исследовали разделение перегонкой с использованием азеотропического минимума вода/спирт (состав азеотропа: 70/30% ГХ, 94°С, 1 атмосфера). Однако разделения путем перегонки практически не достигалось.
Сравнительный пример 2 (разделение кристаллизацией)
2
2
2
2
2
2
2
2
В трехгорлую колбу на 100 мл загружали 39,0 г фторэфира, представленного формулой HCFCFCHOCFCFH, 2,53 г фторсодержащего алкилового спирта, представленного формулой HCFCFCHOH, и 1,33 г воды. Таким образом получали 42,85 г тестового необработанного раствора фторзамещенного простого эфира (композиционное соотношение: фторзамещенный простой эфир 91% ГХ/фторсодержащий алкиловый спирт 5,9% ГХ/вода 3,1 мас.%).
Необработанный раствор фторзамещенного простого эфира медленно перемешивали на магнитной мешалке и охлаждали раствор до -18°С в течение двух часов. Раствор фильтровали, чтобы удалить твердый осадок. Проводили анализ полученного фильтрата в отношении % ГХ концентрации фторсодержащего алкилового спирта методом газовой хроматографии и анализ содержания воды методом Карла Фишера. По полученным данным фильтрат состоял из фторзамещенного простого эфира в количестве 94,0% ГХ/фторсодержащего алкилового спирта 5,8% ГХ/воды 0,16 массовых %. Процентная доля фторсодержащего алкилового спирта изменялась мало.
Фторзамещенный простой эфир, фторсодержащий алкиловый спирт и вода, которые являются тремя компонентами необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, имеют температуру замерзания ниже -40°С, -15°С и 0°С, соответственно. Однако несмотря на то, что температуру необработанного раствора фторзамещенного простого эфира понижали до -18°С, замерзала лишь отделенная вода, а растворенный фторсодержащий алкиловый спирт не замерзал. Следовательно, отделение фторсодержащего алкилового спирта нельзя было осуществить.
Сравнительный пример 3 (промывание водой и удаление водной фазы)
Обработку промыванием 1500 г (987 мл) необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, полученного в примере синтеза, осуществляли непрерывно таким образом, что концентрацию фторсодержащего алкилового спирта в данном растворе понижали до 0,001% ГХ или менее (это занимало около 6 часов). Однократная обработка промыванием включает в себя промывание водой в объеме 987 мл, равном объему необработанного раствора фторзамещенного простого эфира, и удаление воды. В таблице 3 представлены результаты.
Таблица 3
Количество промываний водой
Концентрация фторзамещенного простого эфира (% ГХ)
Концентрация фторсодержащего алкилового спирта (% ГХ)
Количество воды (г)
Перед промыванием водой
90,2
8,8
-
1
94,4
5,2
987
2
97,9
1,7
987
3
99,1
0,6
987
4
99,5
0,2
987
5
99,6
0,1
987
6
99,6
0,001 или менее
987
Как показано в таблице 3, для снижения концентрации фторсодержащего алкилового спирта в 1500 г необработанного раствора фторзамещенного простого эфира до 0,001% ГХ или менее использовали 5922 г воды (4 г на 1 г необработанного раствора фторзамещенного простого эфира).
Пример 7
3
2
2
Фторзамещенный простой эфир синтезировали способом, аналогичным способу примера синтеза 1, за исключением того, что в качестве исходного вещества вместо фторсодержащего алкилового спирта использовали CFCFCHOH, и вместо КОН использовали NaOH.
3
2
2
2
2
Фторзамещенный простой эфир, который являлся нижней фазой полученного производственного раствора, представлял собой CFCFCHOCFCFH (температура кипения 68°С). Данные ГХ анализа производственного раствора фторзамещенного простого эфира, являющегося нижней фазой полученного производственного раствора, указывали на состав, в котором концентрация фторзамещенного простого эфира составляла 98,2% ГХ, концентрация фторсодержащего алкилового спирта составляла 1,5% ГХ, а концентрация других компонентов составляла 0,3% ГХ.
Противоточную экстракцию производственного раствора фторзамещенного простого эфира осуществляли в условиях, аналогичных условиям примера 1. В результате оказалось возможным снизить концентрацию фторсодержащего алкилового спирта до 0,0001% ГХ.
Пример 8
3
2
Фторзамещенный простой эфир синтезировали способом, аналогичным способу примера 1, за исключением того, что в качестве исходного соединения вместо фторсодержащего алкилового спирта использовали CFCHOH, и вместо КОН использовали NaOH.
Данные ГХ анализа производственного раствора фторзамещенного простого эфира, являющегося нижней фазой полученного производственного раствора, указывали на состав, в котором концентрация фторзамещенного простого эфира составляла 98,2% ГХ, концентрация фторсодержащего алкилового спирта составляла 1,3% ГХ, а концентрация других компонентов составляла 0,5% ГХ.
Противоточную экстракцию производственного раствора фторзамещенного простого эфира осуществляли в условиях, аналогичных условиям примера 1. В результате оказалось возможным снизить концентрацию фторсодержащего алкилового спирта до 0,0001% ГХ.
Пример 9
3
2
2
2
3
Фторзамещенный простой эфир CFCFCHOCFCFHCF (температура кипения 87°С) синтезировали, проводя реакцию, аналогичную реакции примера 7, за исключением того, что вместо тетрафторэтилена использовали гексафторпропилен.
По данным ГХ анализа производственного раствора фторзамещенного простого эфира, являющегося нижней фазой полученного производственного раствора, концентрация фторзамещенного простого эфира составляла 97,6% ГХ, концентрация непрореагировавшего фторсодержащего алкилового спирта составляла 2,2% ГХ, а концентрация других компонентов (ненасыщенного соединения побочного продукта и неидентифицированного продукта) составляла 0,2% ГХ.
Противоточную экстракцию производственного раствора фторзамещенного простого эфира осуществляли в условиях, аналогичных условиям примера 1. В результате оказалось возможным снизить концентрацию фторсодержащего алкилового спирта до 0,0001% ГХ.
Пример 10
3
2
2
Фторзамещенный простой эфир синтезировали способом, аналогичным способу примера синтеза 1, за исключением того, что в качестве исходного соединения вместо фторсодержащего алкилового спирта использовали CFCFCHOH и вместо тетрафторэтилена использовали хлортрифторэтилен.
2
2
2
2
Фторзамещенный простой эфир, представляющий собой нижнюю фазу полученного производственного раствора, представлял собой HCFCFCHOCFCFClH (температура кипения 108°С). Данные ГХ анализа производственного раствора фторзамещенного простого эфира, представляющего собой нижнюю фазу полученного производственного раствора, указывали на состав, в котором концентрация фторзамещенного простого эфира составляла 98,3% ГХ, концентрация фторсодержащего алкилового спирта составляла 1,2% ГХ, а концентрация других компонентов составляла 0,5% ГХ.
Противоточную экстракцию производственного раствора фторзамещенного простого эфира осуществляли в условиях, аналогичных условиям примера 1. В результате оказалось возможным снизить концентрацию фторсодержащего алкилового спирта до 0,0001% ГХ.