CN105037320A - 3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法，属于化合物准备的技术领域，本方法所用原料为1,3-丙烷磺酸内酯，将1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂置于反应溶剂中直接进行氟化反应，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，所述反应溶剂为二氯甲烷。本发明制备的3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，除可作为中间体、双离子表面活性剂和磺化剂外，还可以作为锂离子二次电池电解液的添加剂，特别是由于F元素的存在，更加可以提高电池电压，可以广泛应用于锂离子电池高电压领域。
Description
技术领域
本发明属于化合物制备的技术领域，涉及到1,3-丙烷磺酸内酯衍生物的制备，具体的为3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法。
背景技术
随着我国的电子信息产业的发展，对于化学电源的需求量越来越大，对其性能要求越来越高。由于锂离子电池具有体积小、安全性能好、重量轻、比能量高、电压高、寿命长、无污染等其它化学电源所无法比拟的优点，目前它已经成为手机、掌上电脑、笔记本电脑、微型摄像机数码照相机等便携式电子设备的主要电源。近年来，锂离子电池的基础研究和应用开发成为热点之一。锂电池中包括正极、负极、电解液和隔膜，但是，电池在充放电过程中，会释放热量，造成电池性能降低。而电池在充放电过程中，会释放热量，造成电池性能降低，现有的电解液添加剂在使用中遇到高温情况时电池的性能差，受损严重，未添加添加剂的电池高温循环50周后，会产生严重的容量降低，为了克服以上缺点，我们致力于研究一种电解液添加剂，能有效的提高高温情况下电池的性能。
现有技术中，专利号为CN103044384A中报道了一种3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法，使1,3-丙烷磺酸内酯进行氯代反应，生成3-氯-1,3-丙烷磺酸内酯，然后使3-氯-1,3-丙烷磺酸内酯在溶剂中与氟化剂在相转移催化剂存在下进行卤素交换反应从而得到产品。此方法需要先进行氯代，污染大，步骤长，收率不高。
发明内容
本发明为解决现有技术中的缺陷，提供了一种3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法，本方法所用原料为1,3-丙烷磺酸内酯，将1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂置于反应溶剂中直接进行氟化反应，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，所述反应溶剂为二氯甲烷。以二氯甲烷为溶剂，避免了生成的3-氟-1,3-丙烯磺酸内酯发生水解，大大提高了3-氟-1,3-丙烯磺酸内酯的收率。
常压下将1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂加入到二氯甲烷中，直接进行氟化反应，控制反应温度为10-30℃，反应时间为1-10h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯。
所述的1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂的摩尔比为1:(1-1.3)。
所述的氟化剂为dast试剂、bast试剂中的一种。
1mol的1,3-丙烷磺酸内酯所用反应溶剂二氯甲烷的量为200-800ml。
本发明中3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的化学结构式为：
本发明的有益效果是：本发明制备的3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，除可作为中间体、双离子表面活性剂和磺化剂外，还可以作为锂离子二次电池电解液的添加剂，特别是由于F元素的存在，更加可以提高电池电压，可以广泛应用于锂离子电池高电压领域。
本发明制备3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯采用1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂一步反应，收率高，污染小。本发明通过严格控制1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂的反应比、反应压强和反应温度，选用dast试剂、bast试剂为氟化剂，克服了有机物与氟化剂直接反应不易控制、副反应多的技术偏见，反应过程温和、选择性好，易于控制。反应压强和反应温度的控制是实现本效果的关键，压强低，反应时间长；压强高，危险性高；反应温度低，反应时间会增加，反应温度高，容易产生副反应。发明人经过长期的总结，得到了一步反应制备3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的反应条件，其中克服的困难难以用文字所表达，最终通过发明人的不懈努力发明了可用于工业化生产的一步反应制备3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法。
附图说明
图1是实施例1中添加有1％3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的电池和不添加电解液添加剂的电池分别于65℃循环50周前后的EIS图。
具体实施方式
本发明为解决现有技术中高温情况时电池的性能差的缺陷，提供了一种生产3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的方法，用于电池电解液的添加剂，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1mol的bast试剂加入到200ml的二氯甲烷中，控制反应温度为10℃，反应时间为3h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为91.0％、纯度为99.8％、产品水分为16PPM。
实施例2
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.1mol的bast试剂加入到400ml的二氯甲烷中，控制反应温度为20℃，反应时间为7h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为94.4％、纯度为99.9％、产品水分为18PPM。
实施例3
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.3mol的bast试剂加入到800ml的二氯甲烷中，控制反应温度为30℃，反应时间为10h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为92.42％、纯度为99.9％、产品水分为16PPM。
实施例4
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.2mol的bast试剂加入到600ml的二氯甲烷中，控制反应温度为15℃，反应时间为5h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为93.8％、纯度为99.8％、产品水分为17PPM。
实施例5
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.15mol的bast试剂加入到500ml的二氯甲烷中，控制反应温度为25℃，反应时间为9h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为94.2％、纯度为99.9％、产品水分为18PPM。
实施例6
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1mol的dast试剂加入到200ml的二氯甲烷中，控制反应温度为10℃，反应时间为3h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为88.4％、纯度为99.5％、产品水分为19PPM。
实施例7
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.1mol的dast试剂加入到400ml的二氯甲烷中，控制反应温度为20℃，反应时间为7h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为91.5％、纯度为99.4％、产品水分为18PPM。
实施例8
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.3mol的dast试剂加入到800ml的二氯甲烷中，控制反应温度为30℃，反应时间为10h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为82.2％、纯度为98.7％、产品水分为25PPM。
实施例9
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.2mol的dast试剂加入到600ml的二氯甲烷中，控制反应温度为15℃，反应时间为8h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为89.6％、纯度为99.1％、产品水分为19PPM。
实施例10
以二氯甲烷为反应溶剂，将1mol的1,3-丙烷磺酸内酯和1.15mol的dast试剂加入到500ml的二氯甲烷中，控制反应温度为25℃，反应时间为6h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，计算收率为90.2％、纯度为99.6％、产品水分为18PPM。
将添加有1％3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的添加剂的电池和不添加添加剂的电池分别于65℃循环50周后，进行对比，对比结果参见图1，从图1中可以看出，添加有1％本发明的电池在高温65℃循环50周后，容量保持为90％以上，而未添加本发明添加剂的在高温65℃循环50周后，容量仅剩下78％，说明本发明添加剂高温循环性能优越。
Claims (5)
1.3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法，其特征在于：本方法所用原料为1,3-丙烷磺酸内酯，将1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂置于反应溶剂中直接进行氟化反应，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯，所述反应溶剂为二氯甲烷。
2.根据权利要求1所述的一种3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法的制备方法，其特征在于：常压下将1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂加入到二氯甲烷中，然后直接进行氟化反应，控制反应温度为10-30℃，反应时间为1-10h，得到3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯。
3.根据权利要求2所述的一种3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法的制备方法，其特征在于：所述的1,3-丙烷磺酸内酯与氟化剂的摩尔比为1:(1-1.3)。
4.根据权利要求2所述的一种3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法的制备方法，其特征在于：所述的氟化剂为dast试剂、bast试剂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种3-氟-1,3-丙烷磺酸内酯的制备方法的制备方法，其特征在于：1mol的1,3-丙烷磺酸内酯所用反应溶剂二氯甲烷的量为200-800ml。
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