CN1031220A - 全氟代烷基溴的合成 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于全氟代烷基溴或溴代全氟烷
CnF2n+1-Br(n＝1～20)的制备。
在含有三级胺或膦，或四级铵或盐催化剂的
存在下，气态的溴化氢与全氟烷基磺酰氯
(CnF2n+1-SO2Cl)反应，反应温度范围为80-200℃。
Description
本发明涉及到全卤代的脂肪烃化合物，尤其是全氟代烷基溴或溴代全氟烷RF-Br的制备，其中RF代表一个含有1到20个碳原子的直链或支链的全氟烷基CnF2n+1。
这些已知的化合物在许多领域中使用，特别是在医药方面作为射线透不过物质（x-射线造影剂）或在血液代用品中作为氧的传递剂。在这方面着重研究的是正-全氟代辛烷溴C8H17Br。
下面着重叙述这类化合物的已知制备方法：
-在镍的存在下，溴与化合物RF-SF5在500℃的条件下进行反应（美国专利3546024），
-1-氢全氟烷与BrCl或BrF的混合物气相光解反应（Adcock等人，Chem.Abstr.100∶34092e），
-在游离基引发剂（例如偶氮双异丁腈）的存在下，溴和化合物RF-I反应（日本公开特许公报85-184033），和
-用紫外线辐射结构相同的含碘化合物的感光溴化反应（Huang等人，化学学报 1984，42（10）1106-8，摘要见Chem.Abstr.102∶78312x）。
这些方法产率低和（或）动力学反应速度慢，以工业规模生产全氟代烷基溴产品经济上行不通。鉴于这些化合物在医药领域中的重要性，以尽可能低的成本生产这些化合物具有极大的吸引力。
现在发现了一种用全氟代烷磺酰氯，相应的分子式为RF-SO2Cl，通过一步反应即可得到全氟代烷基溴的技术，此技术具有很高的产率和极好的选择性。根据本发明的方法，其相应的反应方程式如下：
本方法具有许多的优点，特别是：
-技术简单：使用常规设备（带搅拌的反应器，反应温度缓和，常压等等），
-动力学反应速度快，因而生产能力可以高达0.5摩尔/小时/反应器的体积（升）。
-操作安全：可同时和控制除去氯化氢和二氧化硫。
根据本发明的方法其特征是在含有三级胺或膦，或四级铵或鏻盐的催化剂存在下，温度范围为80到200℃，最好是在90到150℃，气态溴化氢与全氟烷基磺酰氯反应。最佳温度取决于起始物磺酰氯的碳原子数和它的纯度。例如，对于新蒸馏的磺酰氯C8F17SO2Cl可选120-140℃，对C6F13SO2Cl可选90～120℃。
根据本发明的方法，反应最好在常压下进行，但是不超过本发明工作的稍正或稍负压力的条件范围。反应可以在带有常规搅拌装置的反应器中进行。并有加热器，进气装置和用于回收废气（HCl，SO2和未转化的HBr）的与反应器连接的冷凝器。
催化剂的用量可以在较大的范围内变化，但每100摩尔的全氟烷基磺酰氯中一般催化剂的用量为0.1到5摩尔之间，最好是每100摩尔含1到2摩尔。作为本发明使用的催化剂，例如甲基二辛基胺，三苯基膦特别是溴化四丁基铵，氯化甲基三辛基铵，氯化二甲基二辛基铵和溴化四丁基鏻。
对溴化氢虽然操作可以在惰性溶剂中进行，但最好不用溶剂，注意选择反应温度保证反应介质完全液化。
气态溴化氢通入到含有全氟烷基磺酰氯和催化剂的反应混合物中，溴化氢最好是新蒸馏的，其流速可以在较大的范围内变化。流速快对提高产量有好处，而流速慢相对地有利于提高HBr产物的产率。除非是受本发明范围的限制，一般对每摩尔全氟烷基磺酰氯通入溴化氢的时速为0.1到0.5摩尔是最有利的。不管选择什么速率，当SO2和HCl不再从废气中排出，即可认为反应已进行完全。
下面的例子说明本发明，但不意味着本发明只限于此。
例1
将282克的全氟辛烷磺酰氯粗品（纯度92%，即0.5摩尔的C8F17-SO2Cl）和3.2克（0.01摩尔）的溴化四丁铵置于250ml的反应器中。反应器装备有一个旋转搅拌器（～500转/分），温度计插孔，气体注入口和一个连在鼓泡器上的冷水冷凝器。
将混合物加热到约125℃，以0.13摩尔/小时的速率通入气态溴化氢4 1/2 小时，同时进行搅拌，定量分析排放的废气，表明总共有0.445摩尔的HCl，0.11摩尔的HBr和0.47摩尔的SO2。
反应介质用氮气驱气1小时，然后在室温下过滤除去飘浮的固体，得到250.5克的砖红色液体。气相色谱分析表明含0.47摩尔的C8F17Br，即产率为94%。
除去残留的酸和常压蒸馏（沸点：146℃）后，得到纯度高于99.5%的产品。
例2
除了用3.4克（0.01摩尔）的溴化四丁基鏻代替溴化四丁基铵外，反应条件与例1相同。
得到250.2克含90.7%的C8F17Br的粗品，粗品可以用例1的方法提纯。
例3
除了用4克（0.01摩尔）的氯化甲基三辛基铵（Aliquat 336）替代溴化四丁基铵和用0.17摩尔/小时的速率通入溴化氢5小时以外，其余反应条件与例1相同。
得到254克含0.43摩尔C8F17Br的粗品，产率为86%。
例4
将1847克气相色谱法分析纯度为90.5%（即3.22摩尔的C8F17SO2Cl）的C8F17SO2Cl和22.4克的溴化四丁基铵置于2升的反应器中。反应器装配有机械搅拌，温度计插孔，气体注入管和回收废气的接有水柱的回流冷凝器。
反应混合物加热到约125℃并以1摩尔/小时的速率持续通入无水溴化氢4小时。
用氮气驱气1小时并在室温下过滤除去飘浮的固体后，得到1730克的砖红色液体。用气相色谱法分析，纯度为88.5%，即3.07摩尔的C8F17Br，产率相当于95%。
常压下蒸馏此粗制反应产物。得到纯度≥99.5%的产品。
定量分析反应中排放出的废气表明总共有3.09摩尔的HCl和2.90摩尔的SO2。
例5
除了用2.5克（0.01摩尔）的甲基二辛基胺替代溴化四丁基铵外，反应条件与例1相同。
得到256.5克含61.5%的C8F17Br粗制产品，产率为63%。
例6
除了用2.6克（0.01摩尔）的三苯基膦替代溴化四丁基铵外，其余反应条件与例1相同。
得到278克含57%的C8F17Br粗制产品，产率为64%。
例7
将251克新蒸馏的全氟己基磺酰氯（纯度：99.4%），即0.6摩尔的C6F13SO2Cl和3.9克的溴化四丁基铵置于与例1相同的装置内。
反应混合物加热到约120℃，并以0.3到0.1摩尔/小时的速率将无水HBr持续通入5小时。由于生成的C6F13Br形成回流，反应介质的温度迅速稳定在95～100℃。排放废气的定量分析表明，总共有0.58摩尔的HCl，0.575摩尔的SO2和0.68摩尔的HBr。
用氮气驱气1小时和催化剂沉降后，得到229克含96.8%的C6F13Br有机物，产率为92.6%。
Claims (6)
1、全氟代烷基溴的制备方法，其特征在于在含有三级胺或膦，或四级铵或鏻盐的催化剂的存在下，用气态的溴化氢与全氟烷基磺酰氯反应，反应温度为80到200℃。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于每100摩尔全氟烷基磺酰氯使用0.1到5摩尔的催化剂，最好每100摩尔用1到2摩尔的催化剂。
3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于所用的催化剂是溴化四丁基铵，氯化甲基三辛基铵，氯化二甲基二辛基铵或溴化四丁基鏻。
4、根据权利要求1到3的任一方法，其特征在于反应温度在90到150℃范围内。
5、根据权利要求1到4的任一方法，其特征在于对每摩尔的全氟烷基磺酰氯，溴化氢的通入速率为0.1～0.5摩尔/小时之间。
6、根据权利要求1到5的任一方法，其特征在于以全氟辛基磺酰氯作为生成全氟辛基溴的起始物。
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