способ получения гексафторэтана

Формула изобретения

Способ получения гексафторэтана из тетрафторэтилена фторированием элементарным фтором в среде инертного растворителя, отличающийся тем, что фторирование проводят в среде перфторуглеродной жидкости, содержащей 8 - 11 мас.% стабильного тетраперфторметил-2-пентафторэтилдифторпропильного радикала при температуре от (-)50 до (-)62^oC, соотношении фтор : тетрафторэтилен 1 : (1 - 1,1) мол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к органической химии, а именно к способам получения ациклических насыщенных соединений, содержащих атомы галогенов, в данном случае - фтора, и конкретно к способам получения гексафторэтана.

Гексафторэтан применяется в качестве хладоагента, газового диэлектрика и реагента для сухого травления при изготовлении интегральных микросхем. Он используется в качестве полупродукта в синтезе фторорганических соединений, а в качестве растворителя - в процессах полимеризации.

В настоящее время существует много способов получения гексафторэтана (ГФЭ). Они различаются в основном по использованию различных видов сырья и соответственно - по типу взаимодействия реагентов.

Известны способы гидрофторирования хлоруглеводородов, проводимые при высоких температурах [Промышленные фторорганические продукты. Справочник под ред. Б.Н.Максимова. Л., "Химия", 1990, с.97-98].

Известны также способы фторирования этилена с использованием в качестве фторирующих агентов фторидов металлов, например, фторида кобальта [Патент РФ 2009118, кл. C 07 C 19/08, з.26.05.92, реш. о выдаче 3.03.94 г.]. По этому способу гексафторпропилен пропускают над трифторидом кобальта CoF₃ при температуре 75-450^oC, причем для успешного проведения процесса необходимо организовать отвод тепла.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ получения гексафторэтана из тетрафторэтилена, в котором в качестве фторирующего агента используется элементарный фтор. Процесс ведут в среде газообразных или жидких углеводородов, например, в хладоне 114 (R-114). Фтор подается в соотношении к тетрафторэтилену, равном 1,2, а соотношение хлорфторуглеводород : тетрафторэтилен равно 40. Температура проведения процесса составляет 80,2^oC. При проведении процесса по этому способу достигается выход гексафторэтана, равный 87,8% [Заявка Японии Kokai Tokkyo Koho 02,131,438 кл. C 07 C 19/08 - прототип].

Задачей данного изобретения, была разработка безопасного способа получения гексафторэтана (ГФЭ) из доступного сырья, обеспечивающего высокий выход целевого продукта.

Сущность разработанного способа состоит в следующем: гексафторэтан получают из тетрафторэтилена в жидкой фазе, причем синтез проводят в среде перфторуглеводорода, температура плавления которого ниже (-)62^oC, например, тримера гексафторпропилена (C₉H₁₈), балансировочной жидкости Б-1 (CF₂ - CH₂)_n или перфторэтилциклогексана C₈F₁₀. В качестве фторирующего агента используют элементарный фтор как с разбавителем, так и без него. Процесс ведут при низких температурах - от (-)50^oC до (-)62^oC, в присутствии 8-11% стабильного тетраперфторметил-пентафторэтилдифторпропильного радикала.

Таким образом, признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются:

- использование в качестве растворителей низкокипящих перфторуглеводородов, таких как тример гексафторпропилена (C₉H₁₈), балансировочная жидкость Б-1 (CF₂ -CF₂)_n или перфторэтилциклогексан C₈F₁₀;

- проведение процесса при очень низких температурах от (-)50^oC до (-)62^oC;

- использование меньшего мольного соотношения исходных реагентов - фтора и тетрафторэтилена, равного 1:(1-1,1) мол.

- проведение фторирования в присутствии 8-11 мас.% мас. стабильного тетраперфторметил-пентафторэтилдифторпропильного радикала.

Осуществление процесса в указанных условиях обеспечивает более высокий выход целевого продукта - выше 89%, при этом технология более безопасна, поскольку отсутствует опасность местных перегревов.

Практическое воплощение заявляемого способа состоит в следующем: в реактор фторирования объемом 0,3 дм³, выполненный из нержавеющей стали и снабженный рубашкой для охлаждения, в которую подается жидкий азот, штуцерами и барботерами ввода ТФЭ и фтора, штуцером отвода из реактора газов синтеза, термопарой и сифонами подачи газов, загружали инертную перфторированную жидкость и смесь изомеров перфторпропилметилпентена (перфтор-2-н-пропил-4-метилпентен- 2, перфтор-3-изопропил-2-метилпентен-2 и перфтор-3-изопропил-4- метилпентен-2) в количестве, обеспечивающем образование 8-11 мас. % стабильного тетраперфторметил-2-пентафторэтилдифторпропильного радикала.

Реактор при перемешивании захолаживали с помощью азота до нужной температуры, откачивали из него воздух и начинали подачу ТФЭ со скоростью 1 л/ч и фтора (чистого или разбавленного инертным газообразным продуктом) в мольном соотношении ТФЭ:фтор 1:(1,1-1) мол.

Полученные газообразные продукты подвергали анализу методом газожидкостной хроматографии. Проведены опыты в температурном интервале от (-)9^oC до (-)65^oC, и установлено, что оптимальной является температура от (-)50^oC до (-)62^oC. Выбор инертного разбавителя фтора не оказывает существенного влияния на результаты процесса.

Конкретные примеры проведения и результаты представлены в таблице.

Выбранный температурный интервал основан на том, что выше (-)50^oC выход ГФЭ значительно снижается. При температуре ниже (-)62^oC резко возрастает вязкость используемых перфторированных жидкостей, либо они начинают замерзать, что делает невозможной работу с их использованием.

При найденных условиях синтеза газовая смесь, полученная в результате синтеза, имеет следующий состав, об.% (по данным газожидкостной хроматографии):

CF₄ - 3-6

C₂F₆ - 93-96

C₃F₆ - 0,3-0,5

неидентифицируемые примеси - 0,5 - 0,7

В условиях проведения процесса согласно данному изобретению не наблюдается образования продукта полимеризации тетрафторэтилена-политетрафторэтилена, т.е. значительно снижена опасность местных перегревов, способных привести к взрыву.