CN104447186A - 一种2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法,以2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷和氯乙烯为原料,在调聚催化剂、催化助剂和溶剂存在下合成2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,其中,调聚催化剂为氯化铜或氯化亚铜,催化助剂为2,2-联吡啶,五甲基二乙烯三胺,三(2-吡啶基甲基)胺或三(2-二甲氨基乙基)胺,溶剂为乙腈,甲醇或二甲基亚砜。本发明提供了一条原料廉价、易得的合成新路线,主要用于制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢氟氯烷烃的制备方法,尤其涉及一种2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法。
背景技术
由于第一、二代发泡剂(一氟三氯甲烷CFC-11、一氟二氯乙烷HCFC-141b等)破坏臭氧层,已经被禁止使用,而第三代发泡剂(1,1,1,3,3-五氟丙烷HFC-245fa等)会产生较强的温室效应。随着全球变暖对地球生态影响的日益加剧,迫切需要寻找绿色环保的发泡剂。
1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(HFO-1336)因其分子中含有的双键,排入大气后很快便能与OH自由基加成,通过氧化而降解,大气存在寿命短(20天),温室效应值(GWP≈9)低。其沸点与室温接近,发泡、隔热性能优异,成为最佳替代物。因此1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的合成方法研究日趋显示重要性。而以2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷为原料合成HFO-1336具有步骤短,收率高的优点,为最佳路线之一。
美国专利WO 2011119370公开了一种以1,1,1-三氟丙烯和氯仿为原料,以氯化铁为调聚催化剂,磷酸三丁酯为催化助剂,反应温度80~100℃,合成2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷。上述方法缺点为所使用原料三氟丙烯价格昂贵,不易得。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种原料廉价、易得的2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法。
本发明采用2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷(R123)和氯乙烯为原料,在调聚催化剂和催化助剂存在下,于溶剂中合成2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷。反应方程式如下:
本发明所述的调聚催化剂采用一价或二价的铜盐,铜盐包括卤代铜或卤代亚铜,水杨酸铜,草酸铜或者乙酰丙酮铜,反应采用其它调聚催化剂如:以卤化亚铁或卤化铁,调聚反应也能够进行,为达到更优的反应效果,优选卤代亚铜或卤代铜。
本发明所述的催化助剂为有机胺类、多吡啶类,加入催化助剂可提高调聚催化剂的溶解性,降低氧化还原电势,虽然反应不加入催化助剂也能够进行,但为达到较高的转化率和选择性,优选催化助剂2,2-联吡啶,五甲基二乙烯三胺,三(2-吡啶基甲基)胺或三(2-二甲氨基乙基)胺。
本发明所述的溶剂为极性溶剂,包括:醇类,酮类,腈类,酰胺类,砜类,反应中不加入溶剂,反应也能够进行,加入极性溶剂可有效提高反应速率和产物选择性,因此优选溶剂为乙腈,甲醇,或二甲基亚砜。
本发明反应条件为:2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷和氯乙烯摩尔比为1:1~10:1,优选2~5:1,调聚催化剂与2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷摩尔比为0.0001~0.5:1,优选摩尔比为0.01~0.2:1,反应温度为80~180℃,优选温度为100~130℃,反应时间为1~48h,优选15~24h。
本发明的优点在于:
(1)本发明使用原料2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷(R123)是一种已商品化的制冷剂,也是用于制备HFC-125的原料,工业生产技术成熟,廉价易得,而氯乙烯也是工业应用广泛的原材料,对比文件中所使用原料三氟丙烯,尚未大规模商品化,价格昂贵,不易得;(2)以2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷(R123)和氯乙烯合成2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷在优选条件下转化率和选择性均不低于90%。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明,但并非对本发明做任何形式上的限制。
实施例1:
向500mL钛合金带搅拌高压反应釜中加入1.4克氯化铜,3.2克2,2-联吡啶,溶解于20mL二甲基亚砜中,用氮气置换釜中空气,以氮气压入312克R123和63克氯乙烯,反应温度120℃,反应压力1.2MPa,反应时间12小时,反应后粗品用常压蒸馏脱除R123,R123回收利用,继续减压蒸馏收集2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,转化率91.3%,选择性87.6%。
产物结构表征:
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ2.66(m,1H),δ2.82(m,1H),δ4.37(m,1H),δ5.92(q,1H)
13C-NMR(500MHz,CDCl3):δ44.52(s,1C),δ54.31(q,1C),δ68.53(s,1C),δ124.48(q,1C)
19F-NMR(500MHz,CDCl3):δ-74.66(s,3F)
实施例2~6
实施例2~6按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中的反应2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷:氯乙烯比例为2:1,而实施例2~6中调聚比例分别为1:1,3:1,5:1,7:1,10:1。实施例2~6的反应结果如表1所示。
表1调聚比影响
实施例 | 摩尔比 | 溶剂 | 转化率(%) | 选择性(%) |
2 | 1:1 | 乙腈 | 86.1 | 72.5 |
3 | 3:1 | 乙腈 | 90.2 | 90.3 |
4 | 5:1 | 乙腈 | 91.2 | 92.6 |
5 | 7:1 | 乙腈 | 89.8 | 95.8 |
6 | 10:1 | 乙腈 | 92.3 | 93.0 |
实施例7~18:
实施例7~18按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中的反应催化剂为氯化铜,而实施例7~18中分别为氯化铁、氯化亚铁、氯化铜或氯化亚铜,反应可不加溶剂进行。实施例7~18的反应结果如表2所示。
表2催化剂和催化助剂影响
实施例19~25:
实施例19~25按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中的调聚催化剂与2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷摩尔比为0.01:1,而实施例19~25中的催化剂比例为0.0001:1、0.001:1、0.02:1、0.05:1、0.1:1、0.2:1、0.5:1。实施例19~26的反应结果如表3所示。
表3催化剂用量影响
实施例 | 催化剂比例 | 转化率 | 选择性 |
19 | 0.0001:1 | 23.5% | 69.2% |
20 | 0.001:1 | 37.8% | 85.3% |
21 | 0.02:1 | 91.6% | 96.5% |
22 | 0.05:1 | 95.7% | 92.3% |
23 | 0.1:1 | 92.3% | 92.9% |
24 | 0.2:1 | 90.3% | 93.3% |
25 | 0.5:1 | 86.6% | 74.8% |
实施例26~30:
实施例26~30按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中的溶剂与R123体积比为10%,而实施例26~30中溶剂与R123体积比例为0、5%、20%、50%、100%,反应温度均为130℃。实施例26~30的反应结果如表4所示。
表4溶剂比例影响
实施例 | 反应温度(℃) | 溶剂比例 | 转化率(%) | 选择性(%) |
26 | 130 | 0% | 40.7 | 47.2 |
27 | 130 | 5% | 85.4 | 66.3 |
28 | 130 | 20% | 98.8 | 91.6 |
29 | 130 | 50% | 97.2 | 93.1 |
30 | 130 | 100% | 80.2 | 88.7 |
实施例31~35:
实施例31~35按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中反应温度为80℃,而实施例31~35中反应温度分别为80、120、140、100、180℃,调聚催化剂与R123摩尔比为2%。实施例31~35的反应结果如表5所示。
表5反应温度影响
实施例 | 催化剂(%) | 反应温度 | 转化率(%) | 选择性(%) |
31 | 2 | 100 | 94.7 | 96.6 |
32 | 2 | 120 | 97.0 | 90.3 |
33 | 2 | 140 | 85.7 | 80.6 |
34 | 2 | 80 | 32.9 | 86.4 |
35 | 2 | 180 | 89.3 | 38.7 |
实施例36~40:
实施例36~40按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中压力为1.2MPa,而实施例36~40中分别为0.8、1.2、2.0、3.0、5.0MPa。实施例36~40的反应结果如表6所示。
表6压力对反应影响
实施例 | 反应温度(℃) | 反应压力(MPa) | 转化率(%) | 选择性(%) |
36 | 120 | 0.8 | 80.3 | 93.7 |
37 | 120 | 1.2 | 85.7 | 90.8 |
38 | 120 | 2.0 | 93.5 | 90.2 |
39 | 120 | 3.0 | 76.3 | 85.7 |
40 | 120 | 5.0 | 60.4 | 75.3 |
实施例47~46:
实施例41~46按照实施例1中相同的制备方法制备2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,所不同的是实施例1中反应时间为4小时,而实施例41~46中反应时间分别为8、10、16、24、36、48小时,调聚催化剂与R123摩尔比为1%,反应温度为120℃。实施例41~46的反应结果如表7所示。
表7反应时间对反应影响
实施例 | 反应温度(℃) | 反应时间(h) | 转化率(%) | 选择性(%) |
41 | 120 | 8 | 61.8 | 97.6 |
42 | 120 | 10 | 70.9 | 95.4 |
43 | 120 | 16 | 91.7 | 94.3 |
44 | 120 | 24 | 93.7 | 92.2 |
45 | 120 | 36 | 94.5 | 76.5 |
46 | 120 | 48 | 95.1 | 70.3 |
Claims (5)
1.一种2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法,其特征在于以2,2-二氯-1,1,1-三氟乙烷和氯乙烯为原料,在调聚催化剂和催化助剂存在下,于溶剂中合成2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷,其中,调聚催化剂为一价或二价的铜盐,催化助剂为有机胺类、多吡啶类配体,溶剂为极性溶剂;反应条件为:2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷和氯乙烯摩尔比为1~10:1,调聚催化剂与2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷摩尔比为0.0001~0.5:1,反应温度为80~180℃,反应时间为1~48h。
2.根据权利要求1所述的2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法,其特征在于所述调聚催化剂为卤化亚铜,卤化铜,水杨酸铜,草酸铜或者乙酰丙酮铜。
3.根据权利要求1所述的2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法,其特征在于催化助剂为2,2-联吡啶,五甲基二乙烯三胺,三(2-吡啶基甲基)胺或三(2-二甲氨基乙基)胺。
4.根据权利要求1所述的2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法,其特征在于反应溶剂为极性溶剂乙腈,甲醇,丙酮,二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
5.根据权利要求1所述的2,4,4-三氯-1,1,1-三氟丁烷的制备方法,其特征在于反应条件为2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷和氯乙烯摩尔比2~5:1,调聚催化剂与2,2-二氯1,1,1-三氟乙烷摩尔比0.01~0.2:1,反应温度100~130℃,反应时间15~24h。
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