CN103596915A - 部分氟化酮及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了部分氟化酮,其包含具有1至6个碳原子的末端烷基和具有2至4个碳原子的氢氟醚部分,所述碳原子键合至羰基,所述氢氟醚部分包含至少一个氢取代基。所述氢氟醚部分以碳-碳键键合至所述羰基。所述醚氧键合至碳原子,所述碳原子为从所述羰基除去的至少两个碳原子。另外,具有1至10个碳原子的氟化烷基键合至所述氢氟醚部分的醚氧。这些部分氟化酮可用于各种各样的电子应用中。
Description
技术领域
本发明涉及部分氟化酮化合物及其制备和使用方法。
背景技术
目前,各种流体用于热传递、清洁溶剂、沉积溶剂和电子行业中的其它目的。流体的适宜性取决于应用过程。例如,一些电子应用需要这样的流体:其为惰性的,具有高的介电强度,具有低毒性,具有良好的环境特性,以及在宽泛的温度范围内具有良好的热传递特性。其它应用要求精确的温度控制,因此要求热传递流体在整个处理温度范围内为单相,并且要求热传递流体的特性是可预测的,即组合物保持相对恒定从而粘度、沸点等可以预测,从而可维持精确的温度并从而可恰当地设计设备。
全氟化碳、全氟聚醚和一些氢氟醚已用于热传递和电子行业中的其它目的。全氟化碳(PFC)可具有高介电强度及高电阻率。PFC可为不易燃的且通常可与构造材料机械相容,其表现出有限的溶解力。另外,PFC通常表现出低毒性及良好的易操作性。可以产生具有窄分子量分布的产物的方式制备PFC。然而,它们可能表现出一个重要的缺点,该缺点是可产生高全球变暖潜能值(GWP)的长大气寿命。
全氟聚醚(PFPE)表现出许多针对PFC所述的相同的有利属性。它们还具有相同的重大缺点,即长大气寿命,这可产生高全球变暖潜能值(GWP)。此外,为制备这些材料所开发的方法可产生分子量不一致的产物,因此性能可发生变化。
氢氟聚醚(HFPE)(一类氢氟醚(HFE))可表现出某些与PFC相同的有利属性,但在两方面有很大不同。它们可表现出显著较低的环境持久性,产生数十年计而非千年计的大气寿命,其可产生较低的(但仍然相对高的)全球变暖潜能值。然而,某些作为热传递流体所教导的HFPE可为分子量广泛不同的组分的混合物。因此,其物理特性可随时间改变,这使得难以预测其性能。
发明内容
需要这样的电子流体:其是惰性的,具有高度介电强度、低电导率、化学惰性、热稳定性以及有效的热传递性,其在宽泛的温度范围内为液体,在宽泛的温度范围内具有良好的热传递特性,并且还具有可接受的环境特征,包括相对短的大气寿命和相对低的全球变暖潜能值(GWP)。存在电子流体的需求,该电子流体可为其中目前使用全氟化碳、全氟聚醚和氢氟醚的许多应用的低GWP替代品。所提供的部分氟化酮是一类新型独特化合物,其作为目前使用材料的低GWP替代品可见于电子行业中的应用。
在一个方面,提供了部分氟化酮化合物,该部分氟化酮化合物包含末端烷基,该末端烷基具有键合至羰基的介于1至6个之间的碳原子,该羰基键合有部分氟化烃部分,其中部分氟化烃部分具有2至4个碳原子并包含至少一个氢取代基;醚氧,该醚氧键合至碳原子,该碳原子为从羰基除去的至少两个碳;和氟化烷基,该氟化烷基具有1至10个碳原子,键合至部分氟化烃部分的醚氧,其中氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。该末端烷基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。在一些实施例中,末端烷基可为乙基或甲基。另外,末端烷基或氟化烷基中的至少一者可包含至少一个链中氮或氧原子。氟化烷基可为全氟化的。在一些实施例中,所提供的部分氟化酮化合物可包含两个末端烷基、两个部分氟化烃部分以及氟化亚烷基,其中两个部分氟化烃部分直接键合至氟化亚烷基,并且其中每个部分氟化烃部分键合至一个末端烷基。
在另一方面,提供了具有下式的部分氟化酮:
RHC(=O)CF2CFHORf,或
RH 1C(=O)CF2CFHORfOCFHCF2C(=O)RH 2
其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为具有1至6个碳原子的烷基,并且其中Rf为具有1至10个碳原子的氟化烷基部分,该氟化烷基部分可包含至少一个链中氮或氧原子。每个RH、RH 1和RH 2可独立地为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。在一些实施例中,Rf可为全氟化的。RH、RH 1和RH 2可包含至少一个链中氮或氧原子。
在另一方面,提供了一种从制品中除去污染物的方法,该方法包括使制品与至少一种所提供的部分氟化酮化合物接触。
在另一方面,提供了一种制备泡沫塑料的方法,该方法包括在存在至少一种可发泡聚合物或至少一种可发泡聚合物的前体的情况下蒸发发泡剂混合物,所述发泡剂混合物包含至少一种所提供的部分氟化酮化合物。
在另一方面,提供了一种传递热的方法,该方法包括通过使用热传递剂传递热源和散热器之间的热,该热传递剂包含至少一种所提供的部分氟化酮化合物。
在另一方面,提供了一种将涂层沉积在基底上的方法,该方法包括向所述基底的至少一个表面的至少一部分施用组合物,该组合物包含(a)包含至少一种所提供的部分氟化酮化合物的溶剂组合物和(b)至少一种涂层材料,该涂层材料可溶于或可分散于所述溶剂组合物中。
在另一方面,提供了一种聚合方法,该聚合方法包括在存在至少一种聚合引发剂的情况下,在存在至少一种所提供的部分氟化酮化合物的情况下聚合至少一种单体。
在又一方面,提供了一种制备部分氟化酮的方法,该方法包括利用自由基引发剂使具有2至6个碳原子的烷基醛与全氟化乙烯基醚反应以形成至少一种部分氟化酮,其中部分氟化酮包含部分氟化烃部分,所述部分氟化烃部分具有2至4个碳原子,包含至少一个氢取代基,以碳-碳键键合至羰基;和醚氧,所述醚氧位于羰基的远侧;和氟化烷基,所述氟化烷基具有1至6个碳原子,键合至部分氟化烃部分的醚氧;并且其中氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。
在本发明中,
“链中杂原子”是指在碳链中与键合至碳原子以形成碳-杂原子-碳链的非碳原子(例如氧或氮);
“键合至从羰基除去的至少两个碳原子的碳原子的醚氧”是指具有部分氟化烃部分的结构,该部分氟化烃部分包含醚氧和羰基之间的至少两个碳原子的碳链;
“氟代”(例如,涉及基团或部分,如氟亚烷基或氟烷基或氟烃的情况)或“氟化”是指仅部分氟化,使得存在至少一个键合碳的氢原子;
“含氟化合物”是指“氟化”或“全氟化”;并且
“全氟代”(例如,涉及基团或部分,诸如全氟亚烷基或全氟烷基或全氟烃的情况)或“全氟化”是指完全氟化,使得除非另外指明,不存在可被氟置换的键合碳的氢原子。
所提供的部分氟化酮可用于许多不同的应用当中,包括例如用作涂层沉积中的溶剂、用作清洗或干燥流体、用作干洗流体、用作聚合反应介质、用作文献保存介质、用作传热剂、用作发泡中使用的泡孔尺寸调节剂以及用作金属切割或成形中的金属加工剂。沸点高于100℃的至少一些部分氟化酮还表现出特别良好的低温粘度特性。因此,本发明的至少一些实施例可满足上述对部分氟化酮的持续需求(以及对它们有效且节省成本的制备方法的持续需求),所述部分氟化酮可满足多种不同应用的性能要求。
以上内容并非意图描述本发明每种实施方式的每一个公开实施例。下面的具体实施方式更具体地举例说明示例性实施例。
具体实施方式
在下文描述中,参考一些具体实施例。应当理解,在不脱离本发明的范围或实质的前提下,可以设想出其它实施例并进行实施。因此,以下的具体实施方式不具有限制性意义。
除非另外指明,否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数值均应理解成由术语“约”修饰。因此,除非有相反的说明,否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值,这些近似值可以根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望性质而变化。通过端值表示的数值范围包括该范围内的所有数字(如,1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
提供了部分氟化酮,该部分氟化酮包含具有键合至羰基的1至6个碳原子的末端烷基,该羰基键合有部分氟化烃部分,该部分氟化烃部分具有2至4个碳原子并包含至少一个氢取代基。所提供的部分氟化酮还包含键合至碳原子的醚氧,该碳原子为从羰基除去的至少两个碳。所提供的部分氟化酮还包含部分氟化烷基,该部分氟化烷基具有1至10个碳原子,键合至部分氟化烃部分的醚氧。氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。
末端烷基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。在一些实施例中,末端烷基可为乙基或甲基。部分氟化烃部分可包含(-CF2-CFH-),其中(-CF2-)键合至羰基。在一些实施例中,氟化烷基可为全氟化的并且可包含端基。
示例性部分氟化酮化合物包含C3F7OCFHCF2C(O)CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH3、C2F5OCFHCF2C(O)CH3、(CF3)2CFCF2OCFHCF2C(O)CH3、C5F11OCFHCF2C(O)CH3、HCF2CF2CF2OCFHCF2C(O)CH3、CH3OCF2CF2CF2OCFHCF2C(O)CH3、
CH3C(O)CF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH2CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、C4F9OCFHCF2C(O)CH2CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH2CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CF3OCFHCF2C(O)CH2CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH2CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CH3CH2(O)CCF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH2CH3、CH3CH2CH2C(O)CF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、(CH3)2CH(O)CCF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、
以及它们的混合物。
所提供的部分氟化酮化合物可通过烷基醛与氟代或全氟乙烯基醚的自由基加成来制备。所述醛可具有包含1至6个碳原子的烷基。所述醛具有结构R-C(O)-H,其中R为烷基。通常,烷基为直链或支链烷基,诸如(例如)甲基、乙基、丙基或异丙基。在一些实施例中,烷基可具有至少一个链中氧或氮原子。
通常,烷基醛和氟代或全氟乙烯基醚与自由基引发剂放一起置于压力反应器中,诸如巴氏(Parr)反应器,其在适当反应温度下进行所需的反应。典型的自由基引发剂包括过氧化物和偶氮化合物。典型的过氧化物包括二酰基过氧化物、二烷基过氧化二碳酸酯、叔烷基过氧化酯、二-(叔烷基)过氧化缩酮和二-叔烷基过氧化物。特别有用的是具有介于约65℃和135℃之间的引发温度的引发剂。这些包括以商标名称LUPEROX(得自宾夕法尼亚州费城的阿科玛公司(Arkema,Inc,Philadelphia,PA))或以商品名称CUROAT、CUROX(得自德国普拉赫的优耐德引发剂公司(United Initiators,Pullach Germany))的过氧化物。示例性有机过氧化物包括1,1-二(叔戊基过氧基)环己烷、1,1-二(叔丁基过氧基)3,3,5-三甲基环己烷、过氧基-2-乙基己酸叔戊酯、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔戊酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、3,3-二(叔戊基过氧基)丁酸乙酯、3,3-二(叔丁基过氧基)丁酸乙酯、和过氧化二枯基。偶氮引发剂包括可以商品名称PERCARBAMID(优耐德引发剂公司)获得的化合物并包括诸如过氧化脲的材料。另外的偶氮引发剂包括偶氮二异丁腈(AIBN)和2,2'-偶氮二(2-甲基丁腈)。
可用于进行所提供的部分氟化酮的制备方法的氟代和全氟乙烯基醚包括具有末端全氟乙烯基的那些。任选地还可以含有一个或多个链中杂原子(除氟代和全氟乙烯基醚的醚氧原子之外)的这种氟代和全氟乙烯基醚可以通过含氟酰基氟或含氟酮与六氟环氧丙烷(HFPO)反应而形成中间体的支链酰基氟加合物来制备。然后使此加合物与碱反应以形成羧酸盐中间体,其接着在高温下脱羧(任选地在存在惰性溶剂的情况下)。一些全氟乙烯基醚(例如,全氟乙烯基醚,诸如C3F7OCF=CF2、C3F7OCF(CF3)CF2OCF=CF2和CF3OCF=CF2)也可商业获得(例如,得自佛罗里达州阿拉楚阿的希奎斯特实验室有限公司(Synquest Laboratories,Alachua,FL)或得自英国柴郡的阿波罗科学有限公司(Apollo Scientific,Ltd.,Chershire,UK))。
含氟酰基氟(用于制备氟代和全氟乙烯基醚)例如可以由相应的烃酰基氟或酰基氟(后者是市售的)或某些内酯、酸酐或酯通过在无水氟化氢中进行电化学氟化或通过使用元素性氟直接氟化来制备。适当的含氟酰基氟包括不具有键合至邻近羰基部分的碳原子的那些。此类含氟酰基氟的代表性实例包括
CF3C(O)F、CF3CF2C(O)F、CF3CF2CF2C(O)F、(CF3)2CFC(O)F、C4F9C(O)F、CF3OCF2CF2C(O)F、HCF2CF2C(O)F、CH3OCF2CF2C(O)F、FC(O)C2F4C(O)F、FC(O)C3F6C(O)F、
以及它们的混合物。全氟化酰基氟通常根据成本和可用性的角度来采用。
可用于制备所提供的部分氟化酮化合物的氟代和全氟乙烯基醚的代表性例子包括C3F7OCF=CF2、C3F7OCF(CF3)CF2OCF=CF2、CF3OCF=CF2、C4F9OCF=CF2、CF3OC3F6OCF=CF2、
C2F5OCF=CF2、(CF3)2CFCF2OCF=CF2、C5F11OCF=CF2、
HCF2CF2CF2OCF=CF2、CH3OCF2CF2CF2OCF=CF2、
CF2=CFOC4F8OCF=CF2、以及它们的混合物。优选的乙烯基醚包括C3F7OCF=CF2、C4F9OCF=CF2、CF3OC3F6OCF=CF2、CF3OCF=CF2、C3F7OCF(CF3)CF2OCF=CF2、CF2=CFOC4F8OCF=CF2以及它们的混合物。C3F7OCF=CF2、C4F9OCF=CF2、以及它们的混合物是更优选的。(如果需要,可使用起始化合物的混合物,但是一般来讲,混合物是次优选的,这是由于所得的产物混合物可能需要纯化)。
合适的溶剂包括无水极性非质子溶剂,例如乙二醇醚溶剂(例如,甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚等、以及它们的混合物)、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、乙腈等、以及它们的混合物。典型的溶剂包括甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、二甲基甲酰胺、以及它们的混合物;其中甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲基甲酰胺、以及它们的混合物是特别优选的。
在制备所提供的部分氟化酮化合物过程中,烷基醛、氟化乙烯基醚,和任选地溶剂可以按任意顺序在任何合适的反应器中混合(例如,金属反应器,通常为压力反应器,诸如巴氏反应器)。然后可以将所述反应器密封并在自生压力下加热到期望的反应温度(例如约70-80℃,或甚至100-150℃),加热的时间足以达到理想的转化水平(例如约16-72小时),通常伴随反应器内容物的搅动或搅拌,并且优选使用温度控制。
在反应已经完成后,可以冷却反应器并排空,并通过任何适当的分离方法纯化所述内容物。例如,可以将所得反应混合物过滤、相分离(例如,除去溶剂和催化剂)、用洗涤溶剂洗涤(例如,用丙酮洗涤以除去残余的溶剂和催化剂)、相分离(例如,除去洗涤溶剂),并使其接受旋转蒸发和/或蒸馏(例如,除去任何残余的挥发性物质并纯化所得的部分氟化酮产物)。在一些实施例中,产物可以从反应混合物直接分馏。
所提供的部分氟化酮化合物(或包含其、由其或基本由其组成的正常液体组合物)可以用于多种应用中。例如,所述化合物可以用作诸如磁盘或电路板的电子制品的精密或金属清洗用溶剂;用作热传递剂(例如,用于混合动力汽车冷却和半导体工业中集成电路工具的冷却或加热,包括诸如干式蚀刻机、集成电路测试器、光刻曝光工具(步进机)、灰化器、化学气相沉积设备、自动检测设备(探针)和物理气相沉积设备(溅射反应器)的工具的冷却或加热);用作制造泡沫绝缘材料(例如聚氨酯、酚醛及热塑性塑料泡沫)中的泡孔尺寸调节剂;用作文献保存材料及润滑剂用的载流体或溶剂;用作诸如热泵用的动力循环工作流体;用作朗肯循环引擎中的热回收流体;用作聚合反应用的惰性介质;用作从诸如金属的磨光表面上除去抛光研磨化合物的抛光研磨剂;用作例如从珠宝或金属零件上除水用的置换干燥剂;用作常规电路制造技术中的光阻显影剂,包括氯型显影剂;以及例如当与诸如1,1,1-三氯乙烷或三氯乙烯的氯代烃一起使用时用作光阻剥除剂。
所提供的部分氟化酮化合物可表现出高电介质强度(例如大于约108ohm-cm),这可使它们极其适合用于半导体工业中。部分氟化酮化合物可表现出特别高的热稳定性并可特别地用于高温应用,诸如半导体工业和平面面板制造中的热传递应用,并且部分氟化酮化合物,具有高于100℃的沸点以及良好的低温粘度特性,特别地可用于需要高温散热器和低温散热器之间循环的应用。
所提供的部分氟化酮化合物可以单独使用,或与彼此混合使用,或与其他常用溶剂(例如醇、醚、烷烃、烯烃、全氟化碳、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、酯、酮、芳香族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氯化烯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、以及它们的混合物)混合使用。可以选择这种共溶剂以改进或增强用于具体用途的组合物的特性,并且可以按(一种或多种共溶剂与一种或多种部分氟化酮的)比率利用,使得所得组合物优选不具有闪点。如果需要,部分氟化酮化合物可以单独使用,或与其它所提供的部分氟化酮化合物结合使用。
可以向所述化合物中加入微量的任选组分,以针对具体用途赋予具体期望的特性。可用的组合物可以包含常规添加剂,诸如(例如)表面活性剂、着色剂、稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂等、以及它们的混合物。
部分氟化酮化合物可用作用于清洁和干燥应用的溶剂,诸如(例如)美国专利No.5,125,089(Flynn等人)、No.3,903,012(Brandreth)、No.4,169,807(Zuber)和No.5,925,611(Flynn等人)中所描述的那些。有机基底和无机基底都可以通过使其与包含至少一种本发明的部分氟化酮化合物的组合物接触来清洁。大多数污染物可以除去,包括烃污染物、氟烃污染物、颗粒和水。
使用部分氟化酮化合物来干燥或置换来自制品(诸如电路板)表面的水时,可以采用例如美国专利No.5,125,978(Flynn等人)中所描述的干燥或水置换方法。概括而言,这种方法包括使制品的表面与包含至少一种本发明的部分氟化酮化合物的液体组合物接触,所述本发明的含氟酮化合物通常与非离子氟代脂肪族表面活性试剂混合。将润湿的制品浸入到液体组合物中并在其中搅拌,将置换的水与液体组合物分离,并且将所得的不含水的制品从液体组合物中取出。该方法以及可进行处理的制品的进一步描述可见于美国专利No.5,125,978中。
在泡沫塑料(诸如发泡的聚氨酯)制备中使用所提供的部分氟化酮作为泡孔尺寸调节剂的情况下,可使用例如美国专利5,210,106(Dams等人)和5,539,008(Dams等人)中所描述的过程反应物和反应条件。一种这样的过程包括在存在至少一种可发泡聚合物或至少一种可发泡聚合物的前体的情况下蒸发发泡剂混合物,所述发泡剂混合物包含至少一种所提供的部分氟化酮。
在使用所提供的氟化酮作为热传递剂的情况下,可使用例如美国再颁发专利37,119E(Sherwood)和美国专利No.6,374,907(Tousignant等人)中所描述的方法。在实施这些方法时,通过使用包含至少一种所提供的部分氟化酮化合物的热传递剂,热得以在热源(例如,硅片或平板显示器部件)与散热器之间传递。所提供的部分氟化酮并非广泛分散分子量的组分的混合物。相反,所述部分氟化酮一般为单分散性的(即,具有单一分子量)。这意味着,它们的物理特性随时间保持相对恒定,从而避免了显著的热传递性能退化。此外,所提供的部分氟化酮一般表现出较宽的流动范围,该范围内的可用粘度,以及在最终使用温度下的较高热稳定性,这使得它们极其适合用作热传递流体。
在涂层应用或文献保存应用中使用所提供的部分氟化酮化合物作为沉积溶剂时,可使用例如美国专利No.5,925,611(Flynn等人)和No.6,080,448(Leiner等人)中所描述的方法。这种用于将涂层沉积在基底(例如磁记录介质或基于纤维素的材料)上的方法包括向所述基底的至少一个表面的至少一部分施用组合物,该组合物包含(a)包含至少一种所提供的部分氟化酮化合物的溶剂组合物;和(b)可溶于或可分散于所述溶剂组合物中的至少一种涂层材料。可由所述方法沉积的涂层材料包括颜料、润滑剂、稳定剂、粘合剂、抗氧化剂、染料、聚合物、医药品、隔离剂、无机氧化物、文献保存材料(例如用于降低纸质酸度的碱性材料)等、以及它们的组合。典型的材料包括全氟聚醚、烃和硅氧烷润滑剂;四氟乙烯的无定形共聚物;聚四氟乙烯;文献保存材料;以及它们的组合。在一些其它的可用实施例中,材料是全氟聚醚润滑剂或文献保存材料。
在切割或研磨工序中使用所提供的部分氟化酮化合物时,可使用(例如)美国专利No.6,759,374(Milbrath等人)中所描述的方法。这种用于金属、金属陶瓷或复合材料加工的方法包括将工作流体施用到金属、金属陶瓷或复合材料工件和工具,所述工作流体包含至少一种所提供的部分氟化酮化合物和至少一种润滑添加剂。所述工作流体还可以包含一种或多种常规添加剂(例如缓蚀剂、抗氧化剂、去沫剂、染料、杀菌剂、防冻剂、金属减活化剂、共溶剂等、以及它们的混合物)。
在使用所提供的部分氟化酮化合物作为聚合介质时,可使用例如研究公开号40576(第81页(1998年1月))和美国专利No.5,182,342(Feiring等人)和No.6,399,729(Farnham等人)中所描述的方法。该方法包括在存在至少一种聚合引发剂和至少一种所提供的部分氟化酮化合物的情况下使至少一种单体(优选地,至少一种含氟单体)聚合。
通过以下实例进一步说明了本发明的目的和优点,但是这些实例中所述的具体材料和量、以及其它条件和细节不应被理解为是对本发明进行不当限制。
实例
实例1
3,3,4-三氟-4-(1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁氧基)丁烷-2-酮的制备
CH
3
C(O)CF
2
CFHOC
4
F
9
1,1,1,2,2,3,3,4,4-九氟-4-(1,2,2-三氟乙烯氧基)丁烷(180g,0.57mol)(其可以通过美国专利申请公布No.2008/0139683(Flynn等人)中所描述的方法来制备)在600mL巴氏压力反应器中与乙醛(50.17g,1.14mmol,密苏里州圣路易斯的西格玛-奥尔德利奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)和2-乙基过氧己酸叔戊酯(4g,0.017mol,德国普拉赫的优耐德公司)混合。将混合物加热至75℃并持续18小时。然后,反应混合物通过表示至少64%的产物的反应转化率的GC-FID进行分析。粗产物的GC/MS分析确认所需的产物块表现为主要组分。产物通过分馏法纯化至99.4%的纯度。产物的沸点在大气压下为130℃。
实例2
3,3,4-三氟-4-[1,1,2,2,3,3-六氟-3-(2,2,3,3,5,5,6,6-八氟吗啉-4-基)丙氧 基]丁烷-2-酮的制备。
进行丙烯酸甲酯和吗啉的迈克尔加成反应以生成3-吗啉基丙酸甲酯。本有机酯通过Simons ECF电池中的电化学氟化作用(ECF)转变为全氟化酰基氟以生成2,2,3,3-四氟-3-(2,2,3,3,5,5,6,6-八氟吗啉-4-基)丙酰氟,所述Simons ECF电池类型基本上被描述于美国专利No.2,713,593(Brice等人)和由R.E.Banks编辑,由Halsted出版社(纽约)于1982年出版的Preparation,Properties and Industrial Applicationsof Organofluorine Compounds(有机氟化合物的制备、特性和工业应用)的第19-43页中。
在600mL巴氏压力反应器中将六氟环氧丙烷(HFPO)(89.6g,0.54mol,3M公司)加入至在二甘醇二甲醚溶剂(56g)和氟化钾(4g,0.069mol,奥尔德里奇)的溶液中的酰基氟(205g,0.54mol)。反应器温度保持低于16℃并且HFPO的压力在加成过程中保持在69kPa或低于69kPa。一旦HFPO加成完成,反应器内容物就被排空。GC-FID的分析显示,76%的这种回收量为单加成产物而8.8%为二加合物。单加合物然后通过分馏法从二加合物中分离。2,3,3,3-四氟-2-[1,1,2,2,3,3-六氟-3-(2,2,3,3,5,5,6,6-八氟吗啉-4-基)丙氧基]丙酰氟(270g,0.49mol)经由75℃下的加料漏斗在配备有架空搅拌棒(overhead stirring)、加热套膜、热电偶和冷水冷凝器的2L圆底烧瓶中混合烘箱干燥的碳酸钠(103g,0.98mol,奥尔德里奇)和无水二甘醇二甲醚(400g,奥尔德里奇)。混合物利用氮鼓泡器来保持干燥。将混合物在75℃下搅拌18个小时。单板蒸馏柱取代回流线,并且产物通过逐渐加热至150℃从混合物蒸馏而成。大约123g的乙烯基醚2,2,3,3,5,5,6,6-八氟-4-[1,1,2,2,3,3-六氟-3-(1,2,2-三氟乙烯氧基)丙基]吗啉从该蒸馏回收。
2,2,3,3,5,5,6,6-八氟-4-[1,1,2,2,3,3-六氟-3-(1,2,2-三氟乙烯氧基)丙基]吗啉(123g,0.26mol)在600mL巴氏压力反应器中与乙醛(23g,0.52mol,奥尔德里奇)和过氧基-2-乙基己酸叔戊酯(5g,优耐德引发剂公司)混合。将反应器密封并加热至75℃并持续18小时。然后,反应混合物排空并且通过GC/MS进行分析,分析确认,主要组分为3,3,4-三氟-4-[1,1,2,2,3,3-六氟-3-(2,2,3,3,5,5,6,6-八氟吗啉-4-基)丙氧基]丁烷-2-酮。
实例3
3,3,4-三氟-4-[1,1,2,2,3,3,4,4-八氟-4-(1,2,2-三氟-3-氧代-丁氧基)丁氧
基]丁烷-2-酮的制备
1,1,2,2,3,3,4,4-八氟-1,4-双(1,2,2-三氟乙烯氧基)丁烷的制备
除非另有说明,否则所有溶剂和试剂获得自威斯康星洲密尔沃基奥尔德里奇化学公司(Aldrich Chemical Co.of Milwaukee,WI)。
四氟琥珀酰氟的制备
四氟琥珀酰氟通过Simons ECF电池中的丁内酯的电化学氟化作用进行制备,所述Simons ECF电池类型被描述于美国专利No.2,713,593(Brice等人)和由R.E.Banks编辑,由Halsted出版社(纽约)于1982年出版的Preparatio and Industrial Applications of OrganofluorineCompounds(有机氟化合物的制备和工业应用)的第19-43页中。来自电池的气体产物通过分馏法进一步纯化,以产出83%的四氟琥珀酰氟、2%的四氟甲基丙二酰氟、7%的3-三氟甲氧基四氟丙酰氟,并且其余为全氟化惰性材料。该混合物无需进一步纯化即可用于后续的反应中。如本文所用,术语“全氟琥珀酰氟”将是指刚刚描述的三氟琥珀酰氟、四氟甲基丙二酰氟和3-三氟甲氧基四氟丙酰氟的混合物。
全氟琥珀酰氟的HFPO加合物的制备
FOC(CF3)CF[OCF2(CF3)CF]mOCF2CF2CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]n
CF(CF3)COF
将喷雾干燥的氟化钾(1.6g,0.027摩尔)和无水二甘醇二甲醚(27.0g)加入600ml带不锈钢套的巴氏压力反应器中。将容器密封,冷却至-25℃,加入全氟琥珀酰氟(200g,0.934摩尔),并加温且控制在13℃。以相当恒定添加速率在27小时的周期内加入六氟环氧丙烷(570g,3.43摩尔)。使混合物反应额外的一小时,并且以下述组合物收集790克的低级产物相。
表1
全氟琥珀酰氟的HFPO加合物的组合物
m+n | GC区域% |
0 | 11 |
1 | 45 |
2 | 26 |
二乙烯基醚、
CF 2 =CF[OCF 2 (CF 3 )CF] m OCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 O[CF(CF 3 )CF 2 O] n CF=CF 2 的制备 (m+n=0-2)
将无水碳酸钠(85g,0.80摩尔)和无水二甘醇二甲醚(236g)加入配备有搅拌棒、加热套膜、热电偶温度控制器、100ml小型帽(barret)捕集器和连接至氮气鼓泡器的冷凝器的1L圆底烧瓶中。将容器加热以蒸馏出95克的润湿二甘醇二甲醚。将反应器冷却至75℃并且在15分钟的周期内加入230g的HFPO加合物。在保持在110℃下1个小时之后,在将批料加热至158℃时收集馏出液。水洗产生105g的包含以下组分的产物。
CF2=CF[OCF2(CF3)CF]mOCF2CF2CF2CF2O[CF(CF3)CF2O]nCF=CF2,
m+n=0-2
表2
二乙烯基醚的组合物
m+n | GC区域% |
0 | 6 |
1 | 26 |
2 | 15 |
在600mL巴氏压力反应器中,1,1,2,2,3,3,4,4-八氟-1,4-双(1,2,2-三氟乙烯氧基)丁烷(18g,m+n=0)混合119g的乙醛和6g的戊过氧基-2-乙基己酸酯。将混合物加热至75℃并持续18个小时,此后,将反应器内容物排空并通过GC/MS进行分析。该分析确认,主要组分为所需的3,3,4-三氟-4-[1,1,2,2,3,3,4,4-八氟-4-(1,2,2-三氟-3-氧代-丁氧基)丁氧基]丁烷-2-酮。
实例4
3,3,4-三氟-4-(1,1,2,3,3,3-六氟-2-七氟丙基氧基-丙氧基)-丁烷-2-酮
将1,1,1,2,2,3,3-七氟-3-(1,2,2-三氟-1-三氟甲基-2-三氟乙烯氧基-乙氧基)-丙烷(208g,0.481摩尔)、乙醛(43.6g,0.991摩尔)、过氧化苯甲酰(1.0g,0.004摩尔)加入600ml巴氏反应器中。反应器在干冰中冷却,并且利用水抽气器拉成真空。将反应器加热至80℃并搅拌16个小时。压力上升至80psig的最大值,并在16小时结束时降至172kPa。将反应器冷却至室温并排气释放过量压力。反应器内容物利用10塔板Oldershaw柱分馏以获得143.6g的3,3,4-三氟-4-(1,1,2,3,3,3-六氟-2-七氟丙基氧基-丙氧基)-丁烷-2-酮,具有99.4%的纯度。结构以g.c./m.s.确认。沸点为156℃。
下文是根据本发明的一些方面的部分氟化酮和其制备和使用方法的示例性实施例。
实施例1是一种部分氟化酮化合物,所述部分氟化酮化合物包含:末端烷基,所述末端烷基具有键合至羰基的介于1至6个之间的碳原子,所述羰基键合有部分氟化烃部分,其中所述部分氟化烃部分具有2至4个碳原子并且包含至少一个氢取代基;和键合至碳原子的醚氧,所述碳原子为从所述羰基除去的至少两个碳原子;和氟化烷基,所述氟化烷基具有1至10个碳原子,键合至所述部分氟化烃部分的所述醚氧;
其中所述氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。
实施例2是根据实施例1所述的部分氟化酮化合物,其中所述末端烷基为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。
实施例3是根据实施例2所述的部分氟化酮化合物,其中所述末端烷基为直链的。
实施例4是根据实施例3所述的部分氟化酮化合物,其中所述末端烷基为乙基或甲基。
实施例5是根据实施例1所述的部分氟化酮化合物,其中所述部分氟化烃部分包含(-CF2CFH-),其中(-CF2-)键合至所述羰基。
实施例6是根据实施例1所述的部分氟化酮化合物,其中所述氟化烷基为全氟化的。
实施例7是根据实施例1所述的部分氟化酮化合物,所述部分氟化酮化合物包含两个末端烷基、两个部分氟化烃部分以及氟化亚烷基,其中所述两个部分氟化烃部分直接键合至所述氟化烷基,并且其中每个所述部分氟化烃部分键合至一个末端烷基。
实施例8是根据实施例1所述的部分氟化酮化合物,其中所述部分氟化酮化合物选自C3F7OCFHCF2C(O)CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH3、C2F5OCFHCF2C(O)CH3、(CF3)2CFCF2OCFHCF2C(O)CH3、C5F11OCFHCF2C(O)CH3、HCF2CF2CF2OCFHCF2C(O)CH3、CH3OCF2CF2CF2OCFHCF2C(O)CH3、
CH3C(O)CF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH2CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、C4F9OCFHCF2C(O)CH2CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH2CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CF3OCFHCF2C(O)CH2CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH2CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CH3CH2(O)CCF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH2CH3、CH3CH2CH2C(O)CF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、(CH3)2CH(O)CCF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、
以及它们的混合物。
实施例9是一种部分氟化酮,所述部分氟化酮具有下式:
RHC(=O)CF2CFHORf、或
RH 1C(=O)CF2CFHORfOCFHCF2C(=O)RH 2
其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为具有1至4个碳原子的烷基,并且其中Rf为具有1至6个碳原子的氟化烷基部分。
实施例10是根据实施例9所述的部分氟化酮,其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。
实施例11是根据实施例10所述的部分氟化酮,其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为直链的。
实施例12是根据实施例11所述的部分氟化酮,其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为乙基或甲基。
实施例13是根据实施例11所述的部分氟化酮,其中Rf为全氟化的。
实施例14是根据实施例11所述的部分氟化酮,其中RH、RH 1、RH 2和Rf中的至少一者包含至少一个链中氮或氧原子。
实施例15是根据实施例11所述的部分氟化酮,其中RH为甲基,并且Rf选自:
实施例16是根据实施例11所述的部分氟化酮,其中RH 1和RH 2各自为甲基,并且Rf为–CF2CF2CF2CF2-。
实施例17是一种用于从制品中除去污染物的方法,该方法包括使所述制品与包含至少一种实施例1的部分氟化酮化合物的组合物接触。
实施例18是一种用于制备泡沫塑料的方法,该方法包括在存在至少一种可发泡聚合物或至少一种可发泡聚合物的前体的情况下蒸发发泡剂混合物,所述发泡剂混合物包含至少一种实施例1的部分氟化酮化合物。
实施例19是一种用于传递热的方法,该方法包括通过使用包含至少一种实施例1的部分氟化酮化合物的热传递剂在热源和散热器之间传递热。
实施例20是一种用于将涂层沉积在基底上的方法,该方法包括:向所述基底的至少一个表面的至少一部分施用组合物,该组合物包含(a)包含实施例1的至少部分氟化酮化合物的溶剂组合物和(b)可溶于或可分散于所述溶剂组合物中的至少一种涂层材料。
实施例21是一种聚合方法,该方法包括在存在至少一种聚合反应引发剂和至少一种实施例1的部分氟化酮化合物的情况下使至少一种单体聚合。
实施例22是一种用于制备部分氟化酮的方法,该方法包括:利用自由基引发剂使具有包含2至6个碳原子的烷基的烷基醛与全氟化乙烯基醚反应以形成至少一种部分氟化酮,其中所述全氟化乙烯基醚包含部分氟化烃部分,所述部分氟化烃部分具有2至4个碳原子,包含至少一个氢取代基,以碳-碳键键合至羰基;和醚氧,所述碳原子为从所述羰基除去的至少两个碳原子;和氟化烷基,所述氟化烷基具有1至10个碳原子,键合至所述部分氟化烃部分的所述醚氧,并且其中所述氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。
在不偏离本发明的范围和实质的前提下,对本发明的各种修改和更改对于本领域技术人员将是显而易见的。应当理解,本发明不旨在用本文所述的示例性实施例和实例进行不当地限制,并且上述实施例和实例仅以举例的方式提出,本发明的范畴旨在仅由本文如下所述的权利要求限定。在本公开中引用的所有参考文献都以引用的方式并入本文。
Claims (22)
1.一种部分氟化酮化合物,其包含:
末端烷基,所述末端烷基具有键合至羰基的介于1至6个之间的碳原子,所述羰基键合有部分氟化烃部分,
其中所述部分氟化烃部分具有2至4个碳原子并且包含至少一个氢取代基,
醚氧,所述醚氧键合至碳原子,所述碳原子为从所述羰基除去的至少两个碳原子;和
氟化烷基,所述氟化烷基具有1至10个碳原子,键合至所述部分氟化烃部分的所述醚氧,
其中所述氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。
2.根据权利要求1所述的部分氟化酮化合物,其中所述末端烷基为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。
3.根据权利要求2所述的部分氟化酮化合物,其中所述末端烷基为直链的。
4.根据权利要求3所述的部分氟化酮化合物,其中所述末端烷基为乙基或甲基。
5.根据权利要求1所述的部分氟化酮化合物,其中所述部分氟化烃部分包含(-CF2CFH-),其中(-CF2-)键合至所述羰基。
6.根据权利要求1所述的部分氟化酮化合物,其中所述氟化烷基为全氟化的。
7.根据权利要求1所述的部分氟化酮化合物,其包含两个末端烷基、两个部分氟化烃部分以及氟化亚烷基,其中两个部分氟化烃部分均直接键合至所述氟化烷基,并且
其中每个部分氟化烃部分键合至一个末端烷基。
8.根据权利要求1所述的部分氟化酮化合物,其中所述部分氟化酮化合物选自C3F7OCFHCF2C(O)CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH3、C2F5OCFHCF2C(O)CH3、(CF3)2CFCF2OCFHCF2C(O)CH3、C5F11OCFHCF2C(O)CH3、HCF2CF2CF2OCFHCF2C(O)CH3、CH3OCF2CF2CF2OCFHCF2C(O)CH3、
CH3C(O)CF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH2CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C3F7OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、C4F9OCFHCF2C(O)CH2CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C4F9OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH2CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、CF3OC3F6OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CF3OCFHCF2C(O)CH2CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、CF3OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH2CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、C3F7OCF(CF3)CF2OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、CH3CH2(O)CCF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH2CH3、CH3CH2CH2C(O)CF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH2CH2CH3、(CH3)2CH(O)CCF2CFHOC4F8OCFHCF2C(O)CH(CH3)2、
以及它们的混合物。
9.一种部分氟化酮,其具有下式:
RHC(=O)CF2CFHORf、或
RH 1C(=O)CF2CFHORfOCFHCF2C(=O)RH 2
其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为具有1至4个碳原子的烷基,并且
其中Rf为具有1至6个碳原子的氟化烷基部分。
10.根据权利要求9所述的部分氟化酮,其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为直链的、支链的、环状的、或它们的组合。
11.根据权利要求10所述的部分氟化酮,其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为直链的。
12.根据权利要求11所述的部分氟化酮,其中每个RH、RH 1和RH 2独立地为乙基或甲基。
13.根据权利要求11所述的部分氟化酮,其中Rf为全氟化的。
14.根据权利要求11所述的部分氟化酮,其中RH、RH 1、RH 2和Rf中的至少一者包含至少一个链中氮或氧原子。
15.根据权利要求11所述的部分氟化酮,其中RH为甲基,并且Rf选自:
16.根据权利要求11所述的部分氟化酮,其中RH 1和RH 2各自为甲基,并且Rf为–CF2CF2CF2CF2-。
17.一种用于从制品中除去污染物的方法,该方法包括使所述制品与包含至少一种权利要求1的部分氟化酮化合物的组合物接触。
18.一种用于制备泡沫塑料的方法,该方法包括在存在至少一种可发泡聚合物或至少一种可发泡聚合物的前体的情况下蒸发发泡剂混合物,所述发泡剂混合物包含至少一种权利要求1的部分氟化酮化合物。
19.一种用于传递热的方法,该方法包括通过使用包含至少一种权利要求1的部分氟化酮化合物的热传递剂在热源和散热器之间传递热。
20.一种用于将涂层沉积在基底上的方法,该方法包括:
向所述基底的至少一个表面的至少一部分施用组合物,所述组合物包含(a)包含权利要求1的至少部分氟化酮化合物的溶剂组合物和(b)可溶于或可分散于所述溶剂组合物中的至少一种涂层材料。
21.一种聚合方法,该方法包括在存在至少一种聚合反应引发剂和至少一种权利要求1的部分氟化酮化合物的情况下,使至少一种单体聚合。
22.一种用于制备部分氟化酮的方法,该方法包括:
利用自由基引发剂使具有包含2至6个碳原子的烷基的烷基醛与全氟化乙烯基醚反应以形成至少一种部分氟化酮,
其中所述全氟化乙烯基醚包含部分氟化烃部分,所述部分氟化烃部分具有2至4个碳原子,包含至少一个氢取代基,以碳-碳键键合至羰基;和醚氧,所述碳原子为从羰基除去的至少两个碳原子;和
氟化烷基,所述氟化烷基具有1至10个碳原子,键合至所述部分氟化烃部分的所述醚氧,并且
其中所述氟化烷基可包含至少一个链中氧或氮原子。
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