СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРФТОРЭТИЛИЗОПРОПИЛКЕТОНА
METHOD OF PRODUCING PERFLUOROETHYLISOPROPYL KETONE

3
2
3
2
Настоящее изобретение относится к органической химии, в частности к получению перфорированных кетонов (ПФК), а именно к получению перфторэтилизо-пропилкетона - CFCFCOCF(CF).
Растущий интерес к синтезу перфторированных кетонов обусловлен тем, что составы этого класса обладают полным комплексом свойств, требуемых для продуктов пожаротушения, при этом с 90-х годов используются как наиболее эффективные. Перфторэтилизопропилкетон - вещество со слабыми молекулярными связями, которое поглощает тепло гораздо лучше воды, что чрезвычайно важно на ранней стадии возникновения пожара, и имеет температуру кипения 49°. Он является безопасным для людей, имеет короткий срок жизни в атмосфере, безопасен для дорогостоящего оборудования.
Известны различные способы синтеза перфторэтилизопропилкетона.
1
2
1
2
1
4
1
2
3
3
1
3
Перфторэтилизопропилкетон обычно получают путем присоединения карбонилфторида или ацилфторида к перфорированному алкену. Перфорированные алкены выбирали из соединений формулы R-CF=CFR, где R и R равны или различны и являются С-С-алкилом или фтором. R - предпочтительно фтор, перфторметил или перфторэтил, R - фтор, перфторметил или перфторэтил. Самый предпочтительный алкен - ГФП. Предпочтительные фториды карбоновых кислот соответствуют формуле R-C(0)F, при этом R представляет C-С-алкил, как минимум с 1 фтором.
Известен способ получения перфторэтилизопропилкетона [Авт. свид. СССР 717032, МПК С07С 45/00, 49/16, оп. 28.02.1978 г.] взаимодействием гексафтор-пропилена с пентафторпропионовым ангидридом в присутствии катализатора (цианат, роданид калия и цезия) при нагревании 60-85°С в среде ацетонитрила в течение 4-5.5 ч при аутогенном давлении. Недостатком этого способа является относительно низкий выход целевого продукта (50%), быстрое осмоление катализатора и большее время протекания процесса.
Предложен способ [пат. США 6630075, МПК] получения перфторэтилизопропилкетона путем взаимодействия гексафторпропилена с пентафторпропионовым ангидридом в присутствии катализатора (фторид калия) при 70°С в среде диглима в течение 3 ч, с выходом 90%. Недостатком этого метода как и предыдущего является использование пентафторпропионового ангидрида, являющегося промышленно коммерчески недоступным, малотоннажным продуктом ограниченного использования.
Эти факторы осложняют создание оптимального, технологически выгодного способа получения перфторэтилизопропилкетона.
2
Известен способ [Авт. свид. СССР 569554, МКл С07С 49/16, оп. 27.09.1977 г.]. Было проведено исследование получения перфторэтилизопропилкетона реакцией между окисью гексафторпропилена и гексафторпропиленом в среде ацетонитрила, в качестве катализатора использовался фторид щелочного металла (фторид цезия), при этом процесс длился в течение 6 ч при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. Выход перфторэтилизопропилкетона составил 31%. Взаимодействие осуществляют по схеме:
Недостатком этого метода является низкий выход целевого продукта. При повторении этого опыта был получен выход 30%.
Целью разработки данного изобретения было создание оптимального, технологически выгодного способа получения перфторэтилизопропилкетона, альтернативного представленным выше способам. Этот способ должен обеспечить получение высокого выхода целевого продукта с использованием промышленного коммерчески доступного сырья.
Сущность изобретения состоит в том, что перфторэилизопропилкетон получают взаимодействием окисью гексафторпропилена и гексафторпропилена в присутствии катализатора, при этом способ проводят в среде диглима при температуре 50-100°С, давлении 0,3-0,7 МПа, в течение 0,25-4 часов при постоянном перемешивании, причем в качестве катализатора используют фторид щелочного металла.
Способ может проводиться с использованием в качестве катализатора фторида калия.
В связи с ограниченным использованием пентафторпропионового ангидрида синтез проводят взаимодействием окиси гексафторпропилена с гексафторпропиленом в среде безводного диглима, в качестве катализатора используют фторид щелочного металла, а именно - фторид калия, по схеме:
В результате проведения процесса в разработанных условиях, а именно - при проведении процесса при температуре 70°С и избыточном давлении 0,7 МПа, в среде диглима (ДГ) на катализаторе - фториде калия, как представлено на схеме, достигнут максимальный выход перфторэтилизопропилкетона (95%).
Способ осуществляют на установке, схема которой представлена на фиг.1, где
1 - реактор; 2 - термостат; 3 - манометр; 4 - кран подачи; 5 - смеситель; 6 - магнитная мешалка.
Способ осуществляют следующим образом:
В стальной реактор (1) автоклавного типа емкостью 0,38 л, нагреваемый термостатом 2 при постоянном перемешивании магнитной мешалкой 6, загружают последовательно катализатор, предварительно высушенный при 150°С под вакуумом в течение 6 ч, растворитель - диглим (ДГ). Затем реактор герметизируют и при перемешивании и температуре около 18°-20°С подают ОГФП для активации катализатора в количестве, соответствующего соотношению КF:OГФП 1:1,43 и выдерживают 0,5-1 ч. Реактор нагревают до 70°С и подают из смесителя 5 смесь ОГФП и ГФП до 0,7 МПа. Контроль за реакцией осуществляют по падению давления, которое отслеживают манометром 3. По окончанию процесса производят сдувку лишнего газа, взвешивание, очистку и выделение целевого продукта.
Были проведены синтезы с использованием разных катализаторов - фторидов щелочных металлов.
Экспериментальные результаты показали, что скорость реакции увеличивается в ряду используемых катализаторов в следующем порядке KF<RbF<CsF.
Наиболее оптимальным и экономически обоснованным является использование фторида калия KF.
ПРИМЕР 1.
Опыт 1. В стальной реактор 1 автоклавного типа, нагреваемый термостатом 2 при постоянном перемешивании магнитной мешалкой 6, загружают последовательно KF (0,069 моль), ДГ (0,57 моль). Затем реактор герметизируют и при перемешивании и температуре около 18°-20°С подают ОГФП (0,052 моль) для активации катализатора и выдерживают 1 ч. Реактор нагревают до 100°С и подают из смесителя 5 смесь ОГФП (0,12 моль) и ГФП (0,13 моль) до 0,5 МПа.
Контроль за реакцией осуществляют по падению давления, которое отслеживают манометром 3. По окончании процесса производят сдувку лишнего газа, взвешивание, очистку и выделение целевого продукта.
3
2
3
2
Перфторэитилизопропилкетон (CFCFC(O)CF(CF)).
-1
Присутствует характерная для кетонов полоса поглощения в ИК спектре 1780 см.
Масс-спектр, m/z:
3
2
4
3
2
3
2
3
2
3
2
+
+
+
+
+
+
69(CF ), 100(CF ), 119(CFCF ), 147(CFCFC(O)), 169((CF)CF), 197((CF)CFC(O)).
Опыт 2 (сопоставительный)
Подобным образом (опыт 1) осуществляют реакцию, используя в качестве катализатора CsF (0.069 моль).
Опыт 3.
Подобным образом (опыт 1) осуществляют реакцию, используя в качестве катализатора RbF (0.069 моль). Результаты опытов 1-3 приведены в таблице 1.
ПРИМЕР 2.
Подобным образом (как пример 1) осуществляют способ при разных значениях температуры (опыт 4-6). Результаты указаны в таблице 2.
Оптимальным значением температуры является 70°С, так как при температурах ниже и выше указанной происходит образование побочных продуктов.
ПРИМЕР 3.
Подобным образом (пример 1) осуществляют способ при температуре 70°С и разных значениях давления (опыт 7-9). Результаты указаны в таблице 3.
ПРИМЕР 4.
Опыт 10. В стальной реактор 1 автоклавного типа при постоянном перемешивании магнитной мешалкой 6, загружают последовательно CsF (0,069 моль), ацетонитрил (0,57 моль). Затем реактор герметизируют и при перемешивании и температуре около 18°-20°С подают ОГФП (0,052 моль) для активации катализатора и выдерживают 1 ч. После этого при той же температуре подают из смесителя 5 смесь ОГФП (0,12 моль) и ГФП (0,13 моль) до 0,5 МПа.
Выход ПЭИПК 68%.
Данный процесс характеризуется низкой температурой проведения, что приводит к снижению энергозатрат.
Оптимальным значением давления является 0,7 МПа и температура 70°С.
Как видно из приведенных в таблицах опытов, наиболее успешным являются опыты 5 и 8, которые отличаются высоким выходом и оптимальными условиями ведения процесса. Таким образом, поставленная перед разработчиками данного изобретения задача решена.
Таблица 1
Номер примера
Катализатор
Время процесса (ч)
Выход ПЭИПК (%)
1
KF
4
67
2
RbF
3.5
65
3
CsF
3
66
Таблица 2
Номер опыта
Температура процесса (°С)
Выход ПЭИПК (%)
4
50
48
5
70
95
6
100
67
Таблица 3
Номер опыта
Давление (МПа)
Время процесса (ч)
Выход ПЭИПК (%)
7
0.3
5.5
64,2
8
0.7
0,25
95
9
1
3.5
65,8