CN109516897B - 一种八氟戊基丙烯醚的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种八氟戊基丙烯醚的合成方法，包括如下步骤：1)八氟戊醇与碱金属氢氧化物反应生成八氟戊醇盐；2)八氟戊醇盐与3‑卤代‑1‑丙烯发生缩合反应生成八氟戊基丙烯醚。在具体操作的过程中，上述反应在间歇式精馏装置中进行。在间歇式精馏装置中，可通过精馏技术提高选择性，对控制八氟戊醇盐的反应深度具有较好的效果，而且所用强碱为常规的氢氧化物，不产生氢气等易燃易爆气体。在间歇式精馏装置中还可将八氟戊基丙烯醚的化学反应单元过程与精馏分离单元过程耦合为一，节省了设备投资，无后续分离过程中水洗、萃取等单元操作过程中产品的损失。

Description

一种八氟戊基丙烯醚的合成方法

技术领域

本发明涉及高分子物质合成技术领域，具体涉及一种八氟戊基丙烯醚的合成方法。

背景技术

四氟丙醇由于溶解性好、气化速度快、不燃烧和毒性低等优点，广泛用作各种溶剂，尤其在信息产业中应用潜力较大。目前很多工业化生产路线主要是以四氟乙烯与甲醇在高效复合引发剂作用下进行调聚反应，生成通式为H(CF₂CF₂)_nCH₂OH等四氟乙烯调聚醇混合物，分馏后得到纯度大于等于99.5％的高纯度四氟丙醇，采用液体等离子焚烧技术对残余的废液进行处理。在调聚过程中，最主要的副产物八氟戊醇的含量往往比较高，生产实践中一般作为有用的含氟脂肪醇进行回收储存。但八氟戊醇本身具有强烈的刺激性，强烈刺激眼睛、呼吸系统和皮肤，因而国内市场直接对八氟戊醇的消耗较少，造成很多四氟丙醇生产企业副产物八氟戊醇积压严重。由于八氟戊醇含有氟原子，因此表现出不同于其他传统脂肪醇的特点，具有较好的生物活性和表面活性，如果进一步利用开发将具有非常广泛的应用前景，而国内下游产品的开发与利用又往往非常薄弱，基本上只用于出口，国内需求的八氟戊醇下游产品却是依赖进口满足，急需开发一些下游产品以解决目前八氟戊醇库存严重的问题。作为一种非常有经济价值的中间体，八氟戊基丙烯醚具有一定的化学活性，能派生出许多种含氟有机物，是生产含氟精细化学品和高分子材料的重要原料。

目前，国内外基本没有八氟戊基丙烯醚的相关研究，市场上货源空缺，而该产品对一些具有优异耐低温性能的氟醚低聚物又有着重要的影响。中国专利公开了一种八氟戊醇聚氧乙烯醚的制备方法，以八氟戊醇为原料，在催化剂作用下，以环氧乙烷为增链剂制得八氟戊醇聚氧乙烯醚，其制备工艺简单，易于工业化实施，具有杂质少，能耗低，无污染的特点，但该化合物并没有不饱和的双键单元，无法直接作为一种单体用于氟醚低聚物中。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成简单、环境友好、可操作性强、工艺稳定、适合工业化生产的八氟戊基丙烯醚的合成方法，包括如下步骤：

1)八氟戊醇与碱金属氢氧化物反应生成八氟戊醇盐；

2)八氟戊醇盐与3-卤代-1-丙烯发生缩合反应生成八氟戊基丙烯醚。

H(CF₂CF₂)₂CH₂OH+MOH→H(CF₂CF₂)₂CH₂OM+H₂O

优选的，本申请的方法采用间歇反应精馏的方式，具体包括如下步骤：

1)在间歇式精馏装置的反应釜中，加入碱金属氢氧化物、八氟戊醇和有机溶剂，开始成盐反应，同时精馏去除反应生成的水，反应完毕后得八氟戊醇盐；

2)向所述反应釜中添加3-卤代-1-丙烯，与所述八氟戊醇盐进行缩合反应，反应完毕后精馏回收得八氟戊基丙烯醚。

优选的，步骤1)中所述成盐反应的的温度为105～120℃；和/或，步骤2)中所述缩合反应的温度为75～80℃。

优选的，所述间歇式精馏装置的塔体为填充式分馏柱，内装玻璃弹簧式填料，有效高度为500mm。

优选的，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾或氢氧化钠；

优选的，所述3-卤代-1-丙烯为3-氯代-1-丙烯、3-溴代-1-丙烯或3- 碘代-1-丙烯。

优选的，所述有机溶剂为环己烷、苯、甲苯或二甲苯；由于环己烷毒性小，且环己烷轻相含水比苯少约50倍，环己烷返回精馏塔的同时，带入的水量往往更低，综合考虑，优选环已烷。

优选的，所述八氟戊醇和所述碱金属氢氧化物的摩尔比为1： 1.1～1.5。由于提高氢氧化物的用量对获得多的八氟戊醇盐有利，但固体氢氧化物过多，反应液很稠，也不易操作，上述用量比的情况下，可将以上两个方面进行最好的平衡。

优选的，所述步骤1)成盐反应开始后，进行全回流操作，当蒸馏塔塔顶的温度在有机溶剂与水的恒沸点稳定后，进行部分回流操作。

优选的，所述步骤1)中，当蒸馏塔塔顶馏出物的温度为有机溶剂的沸点时，反应完毕，停止加热。

优选的，所述步骤2)中，所述八氟戊醇盐和所述3-溴-1-丙烯的摩尔比为1：1.1～1.5，上述的摩尔比可使尽可能多的八氟戊醇盐参与反应。

优选的，所述步骤2)中3-溴-1-丙烯的滴加速度为30～40滴/min。

优选的，本发明的方法包括如下步骤：

1)在间歇式精馏装置的反应釜中，加入碱金属氢氧化物、八氟戊醇和环已烷，控制反应釜的温度为105～120℃，开始成盐反应，成盐反应开始后，进行全回流操作，当精馏塔塔顶的温度稳定在有机溶剂与水的恒沸点时，进行部分回流操作，精馏去除反应生成的水，当精馏塔塔顶馏出物的温度为所述环已烷的沸点时，反应完毕，得八氟戊醇盐；所述八氟戊醇和所述碱金属氢氧化物的摩尔比为1：1.1～1.5，所述八氟戊醇和所述环已烷的摩尔比为1:2～3.5；

2)控制反应釜的温度为，75～80℃向所述反应釜中以30～40滴/min 的速度滴加3-溴-1-丙烯、3-氯-1-丙烯或3-碘-1-丙烯，与所述八氟戊醇盐进行缩合反应，反应完毕后精馏回收得八氟戊基丙烯醚；所述八氟戊醇盐和所述3-卤代-1-丙烯的摩尔比为1：1.1～1.5。

本发明的方法具有如下有益效果：

1)本发明合成八氟戊醇盐所用原料成本低廉，工艺简单、操作容易，所用的八氟戊醇盐现制现用，后续反应连续稳定进行，不存在吸水失活使反应速率降低等问题。

2)本发明将八氟戊基丙烯醚的化学反应单元过程与精馏分离单元过程耦合为一，节省了设备投资，无后续分离过程中水洗、萃取等单元操作过程中产品的损失。

3)本发明采用间歇反应精馏技术提高选择性，对控制八氟戊醇盐的反应深度具有较好的效果，而且所用强碱为常规的氢氧化物，不产生氢气等易燃易爆气体。

4)由于八氟戊醇沸点141～142℃，产品八氟戊基丙烯醚的沸点 155.8℃，沸点差较小而难于分离，本发明利用过量的氢氧化物将八氟戊醇制成八氟戊醇盐，通过增大盐效应的加盐精馏有利于原料与产品的进一步分离。

总之，本发明以共沸带水法合成八氟戊醇盐，再以八氟戊醇盐与溴丙烯进行缩合反应合成八氟戊基丙烯醚，所采用的间歇反应精馏工艺具有节能、反应速率快、产品收率高、设备紧凑的优点，有效的减轻了传统醚化反应操作费用高，环境污染严重的问题，易于工业化实施。本发明制备的八氟戊基丙烯醚纯度为≥98.5％，总收率≥65％。

附图说明

图1八氟戊醇与八氟戊基丙烯醚的FT-IR光谱对比；

图2八氟戊醇的1H NMR；

图3八氟戊基丙烯醚的1H NMR

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下实施例中涉及的方法在如下装置中进行，塔釜为2L的四口烧瓶，分别连接精馏塔塔身、温度计、直型抽气接头、恒压滴液漏斗，塔釜采用集热式恒温加热磁力搅拌器加热，塔体为填充式分馏柱(规格:600mm/24#×2)，内装玻璃弹簧式填料(规格：φ4mm×12mm)，有效高度为500mm，采用具活芯式5221分馏头，并外接防倒吸油泡器或真空干燥装置，回流比用活塞控制，塔身外用高硅氧玻璃纤维布保温，塔顶冷凝器的冷却采用低温恒温槽(上海舜宇恒平科学仪器有限公司 DC-2006型)，塔顶蒸汽冷凝后落入单颈圆底球瓶中进行收集，所有接口均用生料带缠绕固紧，防止蒸汽泄露。

实施例中所制得的产品用如下方法进行检测：采用北京东西分析仪器有限公司GC-4000A型气相色谱分析仪检测产品的纯度(载气N2；检测器FID)，采用面积归一化法定量；使用德国布鲁克光谱仪器公司 TENSOR27型红外光谱仪测定产品的红外光谱，检测分辨率为4cm^-1，扫描次数32次；结合德国Bruker公司Avance III HD400M型核磁共振仪测定产品1H NMR,CDCl₃作为溶剂。

实施例1

本实施例涉及一种八氟戊基丙烯醚的合成方法，包括如下步骤：

1)向塔釜中依次加入84g(1.5mol)氢氧化钾、232g(1mol)八氟戊醇、 294g(3.5mol)环己烷的混合溶液，于氮气保护下进行磁力搅拌，同时启动低温恒温槽，设定冷却温度为0℃，调节集热式恒温加热磁力搅拌器进行加热升温至105～120℃回流。全回流稳定30min使塔内填料被充分润湿，当塔顶温度在共沸点68～70℃左右稳定一段时间后，进行部分回流操作，收集塔顶非均相共沸物，用分液漏斗快速分液后，下层水相弃去，上层有机相经恒压滴液漏斗返回精馏塔的塔釜，继续进行共沸带水，直至塔顶气相温度升至有机溶剂的沸点80～82℃，且收集馏分中无明显水滴落下时，得到八氟戊醇盐与少量有机溶剂的混合溶液。

2)将上述八氟戊醇盐溶液降温至室温并保持，搅拌下滴加 181.5g(1.5mol)溴丙烯，滴加速度控制约为30～40滴/min。滴毕，快速升温至回流温度75～80℃，保温反应2h，精馏回收未反应的溴丙烯和环己烷，撤去防倒吸油泡器，换成真空干燥装置进行减压精馏收集产品八氟戊基丙烯醚至单颈圆底球瓶中，称量得201.6g，所得产品纯度经由气相色谱分析为99.2％，计算总收率为73.5％。

实施例2

一种八氟戊基丙烯醚的制备方法，该实施例的合成工艺同实施例 1，区别仅在于氢氧化钾的用量为62g(1.1mol)，反应制得最终产品 181.2g，经气相色谱检测纯度为98.67％，计算总收率为65.7％。

实施例3

一种八氟戊基丙烯醚的制备方法，该实施例的合成工艺同实施例 1，区别仅在于溴丙烯的用量为133g(1.1mol)，反应制得最终产品 187.8g，经气相色谱检测纯度为98.84％，计算总收率为68.2％。

实施例4

一种八氟戊基丙烯醚的制备方法，该实施例的合成工艺同实施例 1，区别仅在于环己烷的用量为194.75g(2.3mol)，反应制得最终产品 196g，经气相色谱检测纯度为98.9％，计算总收率为71.2％。

实施例5

一种八氟戊基丙烯醚的制备方法，该实施例的合成工艺同实施例 1，区别仅在于所用碱为氢氧化钠，用量为60g(1.5mol)，反应制得最终产品209g，经气相色谱检测纯度为98.56％，计算总收率为75.8％。

实验例

1)红外光谱分析

将实施例1合成的产品八氟戊基丙烯醚与原料八氟戊醇进行红外光谱的对比分析，见附图1所示，从八氟戊基丙烯醚的红外光谱中没有出现游离羟基的特征吸收峰，而且烯烃特征峰明显，在3090.92cm^-1处有不饱和(＝CH₂)C-H伸缩振动，在1648.78cm^-1为C＝C的伸缩振动， 988.13cm^-1为-CH＝CH₂的面外弯曲振动吸收峰，对比原料八氟戊醇的红外光谱可以发现一个峰型明显宽而钝的羟基吸收峰3384.79cm^-1，其中3633.54cm^-1为部分未形成氢键羟基吸收峰。

2)核磁共振分析

合成目标产物所用的原料为八氟戊醇，见式1所示，附图2是其核磁共振氢谱。¹HNMR数据为：δ:5.899～6.186ppm(H_a，二级裂分成九重峰，²J＝52Hz，³J＝5.6Hz，1H)；δ:4.028～4.100ppm(H_b，一级裂分成三重峰，³J＝14.4Hz，2H)；δ:3.134ppm(H_c，单宽峰，1H)。

目标产物八氟戊基丙烯醚见式2所示，附图3是其核磁共振氢谱。¹H NMR数据为：δ:5.909～6.197ppm(H_d，二级裂分成九重峰，²J＝52Hz，³J＝5.6Hz，1H)；δ:3.880～3.950ppm(H_e，一级裂分成三重峰，³J＝14Hz， 2H)；δ:4.120～4.135ppm(H_f，一级裂分成两重峰，³J＝4.8Hz，2H)；δ:5.830～5.928ppm(H_g，一级裂分成十二重峰，³J＝6Hz，³J＝10.4Hz，³J＝16Hz，1H)；δ:5.252～5.350ppm(H_h，二级裂分成八重峰，²J＝1.2Hz，²J＝1.6Hz，³J＝17.2Hz，³J＝10.4Hz，2H)

对比例

与实施例1相比，区别在于，所述氢氧化钾的用量为28g(0.5mol)，反应制得最终产品83.6g，经气相色谱检测纯度为95.72％，计算总收率为29.4％。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种八氟戊基丙烯醚的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在间歇式精馏装置的反应釜中，加入碱金属氢氧化物、八氟戊醇和有机溶剂，开始成盐反应，同时精馏去除反应生成的水，反应完毕后得八氟戊醇盐；

步骤1)中所述成盐反应的的温度为105～120℃；

所述八氟戊醇和所述碱金属氢氧化物的摩尔比为1：1.1～1.5；

所述步骤1)成盐反应开始后，进行全回流操作，当精馏塔塔顶的温度稳定在有机溶剂与水的恒沸点时，进行部分回流操作；

所述步骤1)中，当精馏塔塔顶馏出物的温度为所述有机溶剂的沸点时，反应完毕，停止加热；

2)向所述反应釜中添加3-卤代-1-丙烯，与所述八氟戊醇盐进行缩合反应，反应完毕后精馏回收得八氟戊基丙烯醚。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述缩合反应的温度为75～80℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾或氢氧化钠；

和/或，所述3-卤代-1-丙烯为3-溴-1-丙烯、3-氯-1-丙烯或3-碘-1-丙烯。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为环已烷、苯、甲苯或二甲苯。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为环已烷。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述八氟戊醇盐和所述3-卤代-1-丙烯的摩尔比为1：1.1～1.5。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中3-溴-1-丙烯的滴加速度为30～40滴/min。

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