CN110642749A - 一种七氟异丁腈的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于无机化学的技术领域，尤其涉及一种七氟异丁腈的制备方法。本申请提供了一种七氟异丁腈的制备方法，包括以下步骤：步骤1、在有机溶剂和碱液存在的条件下，七氟异丁酰胺与对甲苯磺酰氯进行缩合，获得对甲苯磺酸七氟异丁酰酯；步骤2、所述对甲苯磺酸七氟异丁酰酯在‑30～20℃的温度条件下反应，产生七氟异丁腈和对甲苯磺酸盐。本申请公开了一种七氟异丁腈的制备方法，能有效解决目前制备七氟异丁腈的方法存在的收率低、成本高、且难以储存在体系的技术缺陷。
Description
技术领域
本申请属于无机化学的技术领域，尤其涉及一种七氟异丁腈的制备方法。
背景技术
随着全球能源互联网的不断发展与创新，气体绝缘封闭组合电器(GIS)和气体绝缘输电线路(GIL)在电网中得到大量应用。作为GIS和GIL内部绝缘介质的SF6，因其极佳的绝缘和灭弧性能以及较低的液化温度而被认为是一种近乎理想的绝缘气体。然而，SF6是较强的温室效应气体，其温室效应潜能值(GWP)约是CO2的23500倍，大气寿命约为3200a。由此，研发SF6替代气体成为迫在眉睫的任务。
七氟异丁腈(C4F7N)是一种有潜力的绝缘气体，气体GWP值为2400，约为SF6的1/10，毒性较低，化学稳定性能优异，臭氧消耗潜能值(ODP)为0，大气中寿命约为22a，在一个大气压下绝缘强度约为SF6的2倍。
目前公开的七氟异丁腈(C4F7N)有两种制备路线：
第一种制备路线以含氮杂环为起始原料，通过光照或热裂解等高能的手段，使含氮杂环开环后生成七氟异丁腈。文献J.CHEM.SOC.PERKIN TRANS.1,1990:983-987报道了采用光化学的方法、以氟代-1,2,3-三嗪类化合物为原料合成了七氟异丁腈的方法，反应方程式为
但是该方法所用原料成本高、反应收率低、反应条件苛刻，不适合工业化应用。
另一种制备路线以六氟丙烯为原料制备七氟异丁腈。PCT专利申请WO2013151471公开了七氟异丁腈的制备方法，先使六氟丙烯与碳酰氟加成反应得到全氟异丁酰氟，全氟异丁酰氟再与氨气反应得到全氟异丁酰胺，最后全氟异丁酰胺脱水得到了七氟异丁腈，反应式为
此方法中全氟异丁酰胺脱水制备七氟异丁腈步骤，如果使用一般的脱水剂，则收率偏低、三废处理成本高，如果使用高昂的脱水剂，虽然能够解决收率偏低的问题，但成本太高，不利于工业化放大。
以上公开的两种制备方法均很难对过程进行控制，七氟腈也无法暂时存在体系中，因此，有必要对七氟异丁腈的制备方法作进一步改进。但国内对七氟异丁腈气体研究起步较晚，对C4F7N制备技术公开报道较少。因此，采用何种新型有效的方法制备C4F7N，推动其制备技术的国产化成为亟需解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本申请公开了一种七氟异丁腈的制备方法，能有效解决目前制备七氟异丁腈的方法存在的收率低、成本高、且难以储存在体系的技术缺陷。
本申请提供了一种七氟异丁腈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在有机溶剂和碱液存在的条件下，七氟异丁酰胺与对甲苯磺酰氯进行缩合，获得对甲苯磺酸七氟异丁酰酯；
步骤2、所述对甲苯磺酸七氟异丁酰酯在-30～20℃的温度条件下反应，产生七氟异丁腈和对甲苯磺酸盐。
本申请七氟异丁腈的制备路线如下：
作为优选，所述有机溶剂选自醚类溶剂、酯类溶剂、芳香类溶剂和卤代烃类溶剂中的一种或多种。
作为优选，所述有机溶剂选自甲基叔丁基醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷。
作为优选，所述碱液选自直链胺类或/和环胺。
作为优选，所述碱液选自三乙胺、二乙胺、异丙胺、环己胺和苯胺中的一种或多种。
作为优选，所述七氟异丁酰胺与所述对甲苯磺酰氯的摩尔比为1：(1-2.5)。
更为优选，所述七氟异丁酰胺与所述对甲苯磺酰氯的摩尔比为1：(1.1-1.5)。
作为优选，所述碱液与所述七氟异丁酰胺的摩尔比为(1-2.5)：1。
更为优选，所述碱液与所述七氟异丁酰胺的摩尔比为(1.1-1.5)：1。
作为优选，步骤2中，所述反应时间为2-4h。
本申请可以通过纯化或分离等方法除去步骤2产物中的对甲苯磺酸盐，得到高纯度的七氟异丁腈。
本发明公开了一种新颖的七氟异丁腈的制备方法，在有机溶剂中，在碱的存在下，对甲苯磺酰氯与七氟异丁酰胺进行缩合，通过温度的变化，可以得到不同组成的七氟异丁腈与对甲苯磺酸酯的产物。整个过程条件温和，容易操作，适合工业化放大。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)可以按照要求制备不同比例的七氟异丁腈与对甲苯磺酸七氟异丁酰酯混合物；(2)基本无三废，溶剂回收使用，副产作为商品出售；(3)反应条件温和。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示本申请实施例1-6甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化曲线图。
具体实施方式
本申请提供了一种七氟异丁腈的制备方法，用于解决现有技术中的制备七氟异丁腈的方法存在的收率低、成本高、且难以储存在体系的技术缺陷。
下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用原料均为市售或自制。
实施例1
本申请实施例提供了第一种七氟异丁腈的制备方法，具体步骤如下：
本申请实施例所用的高压反应釜的体积为1L，高压反应釜配有搅拌、温度计和热交换夹套。往高压反应釜中加入0.3kg的甲基叔丁基醚，0.21kg的对甲苯磺酰氯，0.21kg的七氟异丁酰胺，然后高压反应釜降温，加入0.12kg的三乙胺。分别在-30℃下保温1小时；最后分析高压反应釜的产物，产物中含有对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈，并记录对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化情况(扣除其它物质的含量)。结果如图1所示。
实施例2
本申请实施例提供了第二种七氟异丁腈的制备方法，具体步骤如下：
本申请实施例所用的高压反应釜的体积为1L，高压反应釜配有搅拌、温度计和热交换夹套。往高压反应釜中加入0.3kg的甲基叔丁基醚，0.21kg的对甲苯磺酰氯，0.21kg的七氟异丁酰胺，然后高压反应釜降温，加入0.12kg的三乙胺。分别在-20℃下保温1小时；最后分析高压反应釜的产物，产物中含有对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈，并记录对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化情况(扣除其它物质的含量)。结果如图1所示。
实施例3
本申请实施例提供了第三种七氟异丁腈的制备方法，具体步骤如下：
本申请实施例所用的高压反应釜的体积为1L，高压反应釜配有搅拌、温度计和热交换夹套。往高压反应釜中加入0.3kg的甲基叔丁基醚，0.21kg的对甲苯磺酰氯，0.21kg的七氟异丁酰胺，然后高压反应釜降温，加入0.12kg的三乙胺。分别在-10℃下保温1小时；最后分析高压反应釜的产物，产物中含有对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈，并记录对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化情况(扣除其它物质的含量)。结果如图1所示。
实施例4
本申请实施例提供了第四种七氟异丁腈的制备方法，具体步骤如下：
本申请实施例所用的高压反应釜的体积为1L，高压反应釜配有搅拌、温度计和热交换夹套。往高压反应釜中加入0.3kg的甲基叔丁基醚，0.21kg的对甲苯磺酰氯，0.21kg的七氟异丁酰胺，然后高压反应釜降温，加入0.12kg的三乙胺。分别在0℃下保温1小时；最后分析高压反应釜的产物，产物中含有对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈，并记录对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化情况(扣除其它物质的含量)。结果如图1所示。
实施例5
本申请实施例提供了第五种七氟异丁腈的制备方法，具体步骤如下：
本申请实施例所用的高压反应釜的体积为1L，高压反应釜配有搅拌、温度计和热交换夹套。往高压反应釜中加入0.3kg的甲基叔丁基醚，0.21kg的对甲苯磺酰氯，0.21kg的七氟异丁酰胺，然后高压反应釜降温，加入0.12kg的三乙胺。分别在10℃下保温1小时；最后分析高压反应釜的产物，产物中含有对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈，并记录对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化情况(扣除其它物质的含量)。结果如图1所示。
实施例6
本申请实施例提供了第六种七氟异丁腈的制备方法，具体步骤如下：
本申请实施例所用的高压反应釜的体积为1L，高压反应釜配有搅拌、温度计和热交换夹套。往高压反应釜中加入0.3kg的甲基叔丁基醚，0.21kg的对甲苯磺酰氯，0.21kg的七氟异丁酰胺，然后高压反应釜降温，加入0.12kg的三乙胺。分别在20℃下保温1小时；最后分析高压反应釜的产物，产物中含有对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈，并记录对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量变化情况(扣除其它物质的含量)。结果如图1所示。
从图1可知，本申请实施例1-6获得的产物中，随着步骤2的温度变化，对甲苯磺酸酯与目标产物七氟异丁腈的含量也随之改变，温度越高，目标产物七氟异丁腈的含量越高，温度越低，对甲苯磺酸酯的含量也越高。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种七氟异丁腈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在有机溶剂和碱液存在的条件下，七氟异丁酰胺与对甲苯磺酰氯进行缩合，获得对甲苯磺酸七氟异丁酰酯；
步骤2、所述对甲苯磺酸七氟异丁酰酯在-30～20℃的温度条件下反应，产生七氟异丁腈和对甲苯磺酸酯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自醚类溶剂、酯类溶剂、芳香类溶剂和卤代烃类溶剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自甲基叔丁基醚、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液选自直链胺类或/和环胺。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液选自三乙胺、二乙胺、异丙胺、环己胺和苯胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述七氟异丁酰胺与所述对甲苯磺酰氯的摩尔比为1：(1-2.5)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述七氟异丁酰胺与所述对甲苯磺酰氯的摩尔比为1：(1.1-1.5)。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液与所述七氟异丁酰胺的摩尔比为(1-2.5)：1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱液与所述七氟异丁酰胺的摩尔比为(1.1-1.5)：1。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述反应时间为2-4h。
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