CN108530320A - 一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于六氰基苯制备方法领域并公开了一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，包括如下步骤：首先将烃类化合物和氮气通入充满有非热等离子体的区域内，产生化学反应；然后收集化学反应生成的固体产物，所述的固体产物为碳粉、六氰基苯和烃类化合物的混合物；最后将碳粉、六氰基苯和烃类化合物的混合物通过甲苯溶液萃取、重结晶得到所述的六氰基苯。本发明方法使用廉价、无毒的烃类化合物作为碳源前驱体，而氰基中氮元素来源于氮气，等离子体工质气体惰性气体，反应的原料简单、易得，有利于降低成本；原料中没有剧毒有害成分，环保性强、安全度高；同时，反应过程中不存在强酸、强碱、剧毒试剂等条件，反应安全温和、易于控制。

Description

一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法

技术领域

本发明涉及六氰基苯制备方法技术领域，具体涉及一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法。

背景技术

六氰基苯别名苯-1,2,3,4,5,6-六甲腈，是目前唯一已知的苯型氰基碳。该物质稳定性好，且具有较强的化学亲和力(化学亲和能为-3.53eV)，可有效提高磁性材料的导电性，在新型磁性材料中作为受主得到广泛的应用。

专利US3297739A首次公开了六氰基苯的合成方法，该方法利用亚硝酸烷基酯和脱水剂连续处理三氰基均三甲苯得到五氰基甲苯，再利用亚硝酸烷基酯和脱水剂连续处理五氰基甲苯制备得到六氰基苯的粗产物。该方法操作繁琐，反应流程长，且反应需在强碱和碱金属溶液条件下进行。

Friedrich等报道了一种一步合成六氰基苯粗产物的方法[European Journal ofInorganic Chemistry，1970,103(12)，3951-3951]。该工艺以氟化的间苯二腈与氰化钙为原料，在二甲基甲酰胺溶液中反应生成六氰基苯。该反应必须在0℃进行，且反应时间超过一个小时，此外原料中氰化钙为剧毒物质，给操作带来了诸多不便。

Haoran Sun等报道了以2,6-二代氯苯和氟化钾为原料逐步合成六氰基苯的方法[Chemical Communications,2007,5(5):528]。该方法中，2,6-二代氯苯在氟化钾和二甲基甲酰胺溶液中反应生成氟化的间苯二腈，经过萃取、蒸发脱水，再加入TBACN和DMSO反应生成六氰基苯。此方法反应迅速、易纯化，目前工业生产也多采用此方法或类似的方法。

目前已知的合成六氰基苯的方法均是以芳香族化合物为原料，在有机溶剂或强碱溶液中合成。存在原料价格昂贵、毒性大，反应条件苛刻，工艺操作繁琐、流程长等问题。

低温等离子体一般可以分为热等离子体和非热等离子体。热等离子体具有高温高焓特性，等离子体气体温度一般在5000K以上，对等离子体装置材料和结构的要求比较苛刻；且高温气体有强烈的破坏作用，导致热等离子体化学选择性较差。非热等离子体中，电子温度远高于重粒子温度，等离子体气体温度可以保持在较低(<3000K)甚至是室温的状态，因而在低温下具有良好的化学选择性，被广泛应用于纳米材料制备、辅助燃烧、燃料重整、化工合成及生物医学等领域。

迄今为止，在国内外文献中均未发现利用非热等离子体制备六氰基苯的任何研究报道。

发明内容

本发明针对现有技术中六氰基苯制备过程复杂、反应条件苛刻、原料有毒害，不易得到的难题，而提供一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

设计一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，包括如下步骤：首先将烃类化合物和氮气通入充满有非热等离子体的区域内，产生化学反应；然后收集化学反应生成的固体产物，所述的固体产物为碳粉、六氰基苯和烃类化合物的混合物；最后将碳粉、六氰基苯和烃类化合物的混合物通过甲苯溶液萃取、重结晶得到所述的六氰基苯。

优选的，所述非热等离子体的电子能量范围在0.5-5eV之间、平均温度小于3000K、气压在0.5-2bar之间，所述非热等离子体中的重粒子温度小于3000K。

优选的，所述非热等离子体的产生方法为滑移弧放电法、直流辉光放电法、介质阻挡放电法、微波放电法、电晕放电法或高压脉冲放电法中的一种。

优选的，所述非热等离子体的工质气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种。

优选的，所述的烃类化合物包括烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳香烃中的一种或多种。

优选的，所述烃类化合物中的碳原子与氮气中的氮原子摩尔比小于2。

本发明提出的一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，有益效果在于：

(1)本发明方法使用廉价、无毒的烃类化合物作为碳源前驱体，而氰基中氮元素来源于氮气，等离子体工质气体选用氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等惰性气体，反应的原料简单、易得，有利于降低成本；原料中没有剧毒有害成分，环保性强、安全度高；同时，反应过程中不存在强酸、强碱、剧毒试剂等条件，反应安全温和、易于控制；

(2)本发明方法的六氰基苯在非热等离子体条件下一步合成，后续经过简单萃取、重结晶即可分离得到高纯度六氰基苯晶体，反应流程短，有利于快速制备的高纯度六氰基苯晶体；

(3)本发明方法制备过程简单、操作容易，相比于现有技术中的制备方法，本发明方法真正能易于实现工业化生产。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明实施例的方法流程示意图；

图2是本发明实施例的化学反应方程式；

图3是本发明实施例中碳粉、六氰基苯和烃类化合物混合物的SEM图片；

图4是本发明实施例得到六氰基苯的XRD谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参阅附图1-附图2所示，本实施例的主要设备包括等离子体电源、气源、等离子体发生器/反应器、冷凝器、旋风分离器、尾气处理系统及反应产物萃取和重结晶装置；采用磁驱动滑移弧放电产生非热等离子体，等离子体发生器/反应器容量为1L，电弧电流为0.2A，等离子体功率为200W，电子能量为1.2eV，重粒子温度为2500K，气体平均温度为750K，等离子体发生器/反应器压力为1bar；等离子体工质气体为氩气，流量为15slm；原料为丙烷和氮气，流量分别为0.5slm和5slm；非热等离子体稳定运行5分钟之后，将丙烷和氮气充分混合后通入等离子体反应器，在非热等离子体的引发下反应；反应产物通过冷凝器冷却、旋风分离器收集，得到主要成分为碳粉、六氰基苯和烃类化合物的固体产物，固体产物的SEM图片参阅附图3所示；其余气体则进入尾气处理系统；收集到的固体产物通过甲苯溶液萃取、重结晶。将重结晶以后得到的六氰基苯取样并进行XRD测试，测试结果参阅附图4所示，结果显示样品在衍射角2θ＝14.2°有一个明显的峰值，该峰对应六氰基苯的衍射峰，结合质谱测定，据此可确定重结晶产物的主要成分为六氰基苯。本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，其特征在于，包括如下步骤：首先将烃类化合物和氮气通入充满有非热等离子体的区域内，产生化学反应；然后收集化学反应生成的固体产物，所述的固体产物为碳粉、六氰基苯和烃类化合物的混合物；最后将碳粉、六氰基苯和烃类化合物的混合物通过甲苯溶液萃取、重结晶得到所述的六氰基苯。

2.根据权利要求1所述的一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，其特征在于，所述非热等离子体的电子能量范围在0.5-5eV之间、平均温度小于3000K、气压在0.5-2bar之间，所述非热等离子体中的重粒子温度小于3000K。

3.根据权利要求1或2所述的一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，其特征在于，所述非热等离子体的产生方法为滑移弧放电法、直流辉光放电法、介质阻挡放电法、微波放电法、电晕放电法或高压脉冲放电法中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，其特征在于，所述非热等离子体的工质气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，其特征在于，所述的烃类化合物包括烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳香烃中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种非热等离子体法制备六氰基苯的方法，其特征在于，所述烃类化合物中的碳原子与氮气中的氮原子摩尔比小于2。