способ выделения трифторуксусной кислоты из водных реакционных смесей

Формула изобретения

Способ выделения трифторуксусной кислоты из водных реакционных смесей экстракцией трифторуксусной кислоты или ее производных органическим растворителем, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют дибензиловый эфир в массовом соотношении дибензиловый эфир : трифторуксусная кислота, равном 1,16 ^oC 7,0 : 1, а получение целевого вещества проводят нагреванием экстракта при температуре 100 - 150^oC в вакууме 40 - 60 мм рт.ст.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии фторорганических соединений, а именно к способу выделения трифторуксусной кислоты из водных реакционных смесей или азеотропа с водой, который может быть использован в технологии получения трифторуксусной кислоты.

Известен способ выделения трифторуксусной кислоты из реакционной смеси, получаемой реакцией 1,1,1-трифтор-2,2,2-трихлорэтана с олеумом с последующим гидролизом продуктов реакции и нейтрализацией едким натром. Образовавшиеся соли (хлористый натрий и трифторацетат натрия) упаривают досуха, экстрагируют трифторацетат натрия горячим спиртом, отгоняют растворитель и полученный таким образом трифторацетат натрия обрабатывают серной кислотой. Выход трифторуксусной кислоты при том составляет 74,5% ( патент США N 3102139, кл. 260-546, 1966).

Недостатками данного способа выделения трифторуксусной кислоты из реакционной смеси являются многостадийность и сложность технологии, связанная с необходимостью работы с твердыми солями, а также большие энергетические затраты, связанные с отпаркой больших количеств воды и растворителя.

Указанные недостатки полностью присущи и другим "солевым" способам выделения трифторуксусной кислоты, в которых водные растворы обрабатывают карбонатом натрия (см. "Bull. Chem. Soc. Japan", 1961, 34, N10, 1468 - 1472), карбонатом бария ( патент США N 2396076, кл. 260 - 539, 1946) и аммиаком ( патент США N 2827486, 1960), с образованием соответствующих солей трифторуксусной кислоты. Дальнейшее выпаривание воды и сернокислотная обработка сухих солей приводит к выделению трифторуксусной кислоты.

Известен также способ выделения трифторуксусной кислоты из азеотропа с водой обработкой последнего в дистилляционной колонне трифторацетилхлоридом ( патент ФРГ N 2200725, кл. C 07 C 53/18, 1979).

Недостатками способа является применение труднодоступного трифторацетилхлорида, нецелесообразность использования метода для выделения трифторуксусной кислоты из водных растворов, содержащих более 20,6% воды, и необходимость дополнительной ректификации трифторуксусной кислоты для окончательного удаления образующегося хлористого водорода.

Наиболее близким по технической сущности является способ выделения трифторуксусной кислоты, при котором водные растворы, содержащие хлористый водород и трифторуксусную кислоту, обрабатывают КОН, отгоняют воду, экстрагируют трифторацетат калия горячим ацетоном, отпаривают растворитель и обрабатывают полученную соль концентрированной серной кислотой с отгонкой целевого продукта.

Выход трифторуксусной кислоты только на стадии сернокислотной обработки проэкстрагированного трифторацетата калия составляет 85,5% (см. авторское свидетельство СССР N 1699993, кл. C 07 C 53/18, 1991).

Недостатками способа являются сложность и многостадийность технологии выделения трифторуксусной кислоты из реакционных смесей, высокая энергоемкость процесса, связанная с необходимостью отпарки воды и ацетона, и более чем десятикратный мольный избыток используемой серной кислоты.

При создании изобретения ставилась задача упростить технологию выделения трифторуксусной кислоты из реакционных смесей, снизить энергоемкость процесса и повысить выход трифторуксусной кислоты на стадии выделения.

Это достигается тем, что водные реакционные смеси, содержащие трифторуксусную кислоту, обрабатывают дибензиловым эфиром, отделяют органический слой и нагревают полученный экстракт при температуре 100 - 150^oC в вакууме 40 - 60 мм рт. ст., конденсируя выделившуюся трифторуксусную кислоту. Выделение трифторуксусной кислоты из экстракта при температуре ниже 100^oC и вакууме выше 60 мм рт. ст. приводит к уменьшению выхода целевого продукта, а повышение температуры выше 150^oC и снижение вакуума ниже 40 мм рт. ст. экономически нецелесообразно. Выделение трифторуксусной кислоты проводят при массовом соотношении дибензиловый эфир: трифторуксусная кислота, равном 1,16 - 7,0:1. Уменьшение количества дибензилового эфира приводит к снижению выхода, а увеличение массового соотношения выше 7,0:1 практически не сказывается на выходе, приводя к уменьшению съема продукта с единицы объема технологического оборудования.

Изобретение поясняется следующими конкретными примерами.

Пример 1. В реактор, снабженный мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой, помещают 50,0 г водного раствора, содержащего 20,0% трифторуксусной кислоты, 21,0% хлористого водорода, и по капельной воронке при перемешивании подают 24,8 г дибензилового эфира при температуре 25^oC.

Затем содержимое реактора выдерживают 30 мин при этих же условиях и переносят в делительную воронку, в которой разделяют водную и органическую фазы. После разделения получают 32,6 г органической фазы, содержащей 22,7% трифторуксусной кислоты и 0,26% хлористого водорода и 42,2 г водной фазы, содержащей 6,2% трифторуксусной кислоты и 24,6% хлористого водорода.

Для более полного извлечения трифторуксусной кислоты из водной фазы ее еще дважды обрабатывают в тех же условиях дибензиловым эфиром, достигая суммарного массового соотношения, дибензиловый эфир : трифторуксусная кислота равного 5,1 : 1 по всем ступеням экстракции. Органическую фазу с трех ступеней экстракции объединяют и получают 61,3 г экстракта, содержащего 9,5 г трифторуксусной кислоты. Из этого экстракта отгоняют трифторуксусную кислоту при температуре в кубе 100^oC и остаточном давлении 40 мм рт. ст. Получают 9,4 г 99,0%-ной трифторуксусной кислоты, что составляет 93% от кислоты, находящейся в реакционной смеси.

Пример 2. По методике, описанной в примере 1, проводят экстракцию трифторуксусной кислоты из азеотропной смеси, содержащей 79,4% трифторуксусной кислоты и 20,6% воды дибензиловым эфиром.

К 50 г азеотропной смеси добавляют 22,05 г дибензилового эфира. После разделения получают 38,55 г органической фазы, содержащей 42,8% трифторуксусной кислоты и 38,5 г водной фазы, содержащей 46,3% трифторуксусной кислоты. Для более полного извлечения трифторуксусной кислоты из водной фазы ее еще дважды обрабатывают 14,0 и 10,0 г дибензилового эфира, достигая суммарно по трем стадиям экстракции массового соотношения дибензиловый эфир : трифторуксусная кислота равного 1,16 : 1.

Из объединенной с трех ступеней экстракции органической фазы, составляющей 82,55 г отгоняют трифторуксусную кислоту при температуре в кубе 130^oC и остаточном давлении 50 мм рт ст. Получают 36,5 г 99,0%-ной трифторуксусной кислоты, что составляет 91,0% от количества кислоты, содержащейся в исходной азеотропной смеси.

Пример 3. По методике, описанной в примере 1, проводят экстракцию трифторуксусной кислоты из азеотропной смеси, содержащей 79,4% трифторуксусной кислоты и 20,6% воды, дибензиловым эфиром.

К 50 г азеотропной смеси при перемешивании добавляют 46,05 г дибензилового эфира. После разделения получают 77,9 г органической фазы, содержащей 36,1% трифторуксусной кислоты и 18,15 г водной фазы содержащей 64,32% трифторуксусной кислоты. Для более полного извлечения трифторуксусной кислоты из водной фазы ее еще дважды обрабатывают 84,0 и 21,0 г дибензилового эфира, достигая суммарно по трем ступеням экстракции массового соотношения дибензиловый эфир : трифторуксусная кислота 3,8 : 1.

Из объединенной с трех сторон ступеней экстракции органической фазы, составляющей 195,2 г отгоняют трифторуксусную кислоту при температуре в кубе 130^oC и остаточном давлении 45 мм рт. ст. Получают 37,7 г 99,0-ной трифторуксусной кислоты, что составляет 93,9% от кислоты, содержащейся в экстрагируемой смеси.

Пример 4. По методике, описанной в примере 1, проводят экстракцию трифторуксусной кислоты из реакционной смеси, содержащей 20,0% трифторуксусной кислоты, 21,0% хлористого водорода и 59,0% воды.

На первой стадии экстракции к 50,0 г исходной смеси добавляют 48,0 г дибензилового эфира. После разделения получают 55,8 г органической фазы, содержащей 13,79% трифторуксусной кислоты и 0,1% хлористого водорода и 42,2 г водной фазы, содержащей 5,5% трифторуксусной кислоты и 24,6% хлористого водорода.

Более полное извлечение трифторуксусной кислоты из водной фазы достигается последующей двукратной обработкой водной фазы 15,0 и 7,0 г дибензилового эфира, соответственно. При этом суммарное массовое соотношение дибензиловый эфир : трифторуксусная кислота составляет 7 : 1.

Из объединенной с трех ступеней экстракции органической фазы, составляющей 79,2 г, отгоняют трифторуксусную кислоту при температуре в кубе 150^oC и остаточном давлении 60 мм рт. ст. Получают 9,4 г 99,0%-ной трифторуксусной кислоты, что составляет 93% от количества кислоты, находящейся в реакционной смеси перед экстракцией.

Сравнение предлагаемого и известного способов выделения трифторуксусной кислоты (ТФУК) из водных реакционных смесей приведено в таблице.

Как видно из приведенных примеров и таблицы, предлагаемый способ позволяет более чем на 5% повысить выход трифторуксусной кислоты, значительно упростить технологию процесса, исключив необходимость работы с сухими солями и серной кислотой, и снизить энергоемкость процесса, связанную с отпаркой воды и растворителя.

Использованные источники:

1. Патент США N 3102139, кл. 260 - 546, 1966.

2. "Bull Chem. Soc. Japan", 1961, 34, N 10, 1468 - 1472.

3. Патент США N 2396076, кл. 260 - 539, 1946.

4. Патент США N 2827486, 1960.

5. Патент ФРГ N 2200725, кл. C 07 C 53/18, 1974.

6. Авт. св. СССР N 1699993, кл. C 07 C 53/18, C 25 B 3/10, 1989 (прототип).