发明背景
六氟异丙醇(简称HFIP)是一种重要的含氟精细化学品。六氟异丙醇带有反应基团,是一种重要的含氟中间体,可用于制备麻醉剂(例如,参见US 3,689,571)、表面活性剂等高端含氟精细化学品。此外六氟异丙醇具有强极性,易与水和许多有机试剂互溶,耐热且允许紫外线通过,这些特性使六氟异丙醇成为许多聚合物体系理想的溶剂,它是包括聚酰胺、聚酯、聚丙烯晴、聚缩醛和水解的聚乙烯脂的聚合物体系的通用溶剂。六氟异丙醇聚合体溶液在粘度测量、确定分子量、终端分析等确定分析数据时显得尤其重要。
六氟异丙醇主要由六氟丙酮(简称HFA)催化还原制得。六氟异丙醇的制备方法可参见US 3,702,872、US 4,564,716、JP 2002-275107等。
概括地说,六氟异丙醇的制备方法主要分为气相法和液相法:以无水六氟丙酮为原料,可称为气相法;以六氟丙酮水合物作为原料,可称为液相法。
气相法中温度较高,易发生副反应。而且由于六氟丙酮在常温下为气态,且毒性较高,不利于保存和运输,因此工业上六氟丙酮是以水合物形式保存和运输。使用气相法时需要将六氟丙酮水合物转化成无水六氟丙酮,从而增加了制造成本。
液相催化还原法(即所述液相法)避免了气相法的缺点,液相催化还原法可直接利用六氟丙酮水合物,原料易于保存,运输。反应温度较低,避免副反应。
例如,JP 1301631公开了一种1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇的合成方法,它包括将反应催化剂加入装有六氟丙酮水合物的反应容器,在惰性气氛下通入氢气进行催化还原反应。
六氟丙酮的纯化比较容易,但是六氟丙酮水合物液相催化加氢还原制备六氟异丙醇效率较低。例如,采用上述JP 1301631公开的制备方法一般需要耗时8小时。
为了提高六氟丙酮水合物液相催化加氢还原制备六氟异丙醇的效率,减少反应时间,一般采用复合式催化剂体系(例如,参见JP 6184025)。
尽管采用复合式催化剂体系可减少反应时间,但是这种催化剂体系具有成本高的缺点,并且反应效率仍不理想。因此,本领域仍需要开发一种制备高纯度1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇的方法,与现有的方法相比,它能进一步缩短反应时间,从而提高反应效率,并能降低催化剂成本。
具体实施方式
本发明提供一种由六氟丙酮水合物催化加氢制备高纯度1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇的方法,它包括向装有六氟丙酮水合物的反应容器中加入催化剂的步骤。
适用于本发明方法的催化剂可以是本领域用于由六氟丙酮水合物催化加氢制备高纯度1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇的常规催化剂。例如,所述催化剂可以是日本专利JP 1301631(该专利文献以引用的方式插入本文作为本发明的一部分)公开的加氢还原催化剂。
在本发明的一个实例中,使用的催化剂例如采用贵金属催化剂,宜为镍铜合金催化剂,钯炭催化剂,铂炭催化剂,钌炭催化剂,钯黑催化剂,较好为钯炭催化剂,铂炭催化剂,钌炭催化剂,钯黑催化剂或者两者以上的复合催化剂,更好为钯炭催化剂,铂炭催化剂,钯黑催化剂及其复合催化剂。
适用于本发明的加氢催化剂可以从市场上购得,例如,它可以是购自陕西开达化工有限责任公司的钯炭催化剂。
相对于反应原料六氟丙酮的量,加入的催化剂的量可以是本领域常规的用量。在本发明的一个较好实例中,按六氟丙酮的重量计,所述催化剂的加入量为0.1%-5%,较好为0.5%-2%,更好为0.7%-1%。
在向装有六氟丙酮水合物的反应容器中加入催化剂以后,本发明还包括在惰性气氛下向所述反应容器通入氢气进行还原反应的步骤。
形成惰性气氛的方法无特别的限制。它可以是本领域常用的方法。例如,可采用氮气、氩气等吹扫的方法形成惰性气氛。
六氟丙酮催化氢化制备1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇的方法是本领域已知的。本发明用氢气还原六氟丙酮水合物的反应条件无特别的限制,可以是本领域常规的六氟丙酮催化氢化制备1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇的反应条件。在本发明的一个实例中,所述催化氢化是在温度为80-120℃,压力为0.8-1.5MPa的条件下进行的,反应时间为3-20小时。在本发明的另一个较好实例中,按六氟丙酮水合物原料计,催化剂的用量为0.1%-5重量%。
本发明对现有技术的改进在于使用经预处理的反应催化剂。所述催化剂的预处理包括酸洗步骤。
用于本发明酸洗步骤的酸性洗涤剂无特别的限制,可使用本领域常用的无机酸或有机酸性溶剂。所述酸的非限定性例子有含卤酸,例如氢氟酸、盐酸、氯酸、氢溴酸、溴酸等;含硫酸,如硫酸、亚硫酸、氢硫酸等;含氮酸如硝酸、亚硝酸等;含磷酸如磷酸、亚磷酸、次磷酸等以及碳酸等无机酸。有机酸性洗涤剂的例子有乙酸、六氟丙酮或者六氟异丙醇。这些酸和/或有机溶剂可以单独使用或者两种或多种组合使用。较好使用硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的一种或多种在六氟丙酮中的溶液,最好使用硫酸和/或盐酸在六氟丙酮中的溶液。
酸洗的方法无特别的限制,可以是本领域的常用方法。在本发明的一个较好实例中,所述酸洗步骤包括在常温常压下用酸性洗涤剂冲洗催化剂1-10分钟、较好2-5分钟的步骤。在本发明的另一个实例中,所述酸洗步骤包括在常温常压下用所述酸性洗涤剂将催化剂浸泡1-10分钟、较好2-5分钟、随后过滤的步骤。
本发明催化剂预处理步骤还包括对经酸洗的催化剂进行有机溶剂浸泡步骤。
适合浸泡本发明经酸洗催化剂的有机溶剂无特别的限制,它可以是本领域常用的有机溶剂或有机溶剂的混合物。所述有机溶剂的非限定性例子有,例如醇如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、六氟丙醇、六氟异丙醇(HFIP);酮如六氟丙酮、丙酮、甲乙酮等;醚如乙醚、甲乙醚等;酯如乙酸乙酯、乙酸甲酯等,以及其中两种或多种的混合物。最好为六氟异丙醇(HFIP)、六氟丙酮、丙酮及其两种或多种的混合物。
有机溶剂的浸泡时间无特别的限制,一般为5小时以上,较好为10-100小时,更好为30-80小时,优选为40-60小时。
在本发明的一个实例中,将经预处理的催化剂加入六氟丙酮的水合物中,按六氟丙酮水合物计,催化剂的加入量为0.1%-5重量%,较好为0.5%-2重量%,最好为0.7%-1重量%;随后在一定温度和压力条件下进行催化加氢反应。反应温度一般为50-150℃,较好为80-120℃,更好为90-110℃。反应压力为0.5-2.0MPa,较好为0.8-1.5MPa,最好为0.9-1.2MPa。
六氟丙酮水合物催化加氢制备六氟异丙醇所用时间取决于物料量,搅拌效果等。可跟踪氢气消耗速度来判断反应程度,如果将氢气的起始消耗速度设定为V0,将氢气的瞬时消耗速度设定为V1,则当V1/V0的比值达到0.005-0.5,较好达到0.01-0.1,最好达到0.02-0.05时,可以停止反应降温出料。反应时间越长,六氟丙酮水合物催化加氢转化为六氟异丙醇的程度越高,但工作效率越低。
在本发明中,术语“氢气的起始消耗速度”是指在反应条件下,开始反应时单位时间(例如1-100秒,较好为10-60秒,更好为20-40秒)内氢气消耗量,“氢气的瞬时消耗速度”是指反应条件下,反应过程中单位时间(例如1-100秒,较好为10-60秒,更好为20-40秒)内氢气消耗量。在本发明中,测量“氢气的起始消耗速度”使用的单位时间与测量“氢气的瞬时消耗速度”使用的单位时间是相同的。
六氟异丙醇纯度采用气相色谱方法(GC)分析,检测器FID。
以下结合实施例更详细地描述本发明。
比较例1
在50L高压反应釜中加入含1%钯炭催化剂的六氟丙酮三水化合物溶液56Kg,反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间30小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为95.5%。
比较例2
50L高压反应釜中加入含1%铂炭催化剂的六氟丙酮三水化合物溶液54Kg,反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间27小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为96.0%。
实施例3
钯炭催化剂用盐酸/六氟丙酮混合溶剂冲洗5分钟,盐酸与六氟丙酮体积混合比为1∶5。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟异丙醇(HFIP)和六氟丙酮混合溶剂浸泡,浸泡时间60小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到56Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为1%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间4.5小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为97.5%。
实施例4
铂炭催化剂用六氟丙酮溶剂浸泡2分钟,随后过滤除去六氟丙酮。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟丙酮水合物浸泡,浸泡时间50小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到52Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为0.8%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间5小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为96.3%。
实施例5
钯炭催化剂用六氟丙酮溶剂冲洗10分钟。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟丙酮水合物浸泡,浸泡时间40小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到56Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为0.9%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间6小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为96.5%。
实施例6
钯黑催化剂用硫酸/六氟丙酮混合溶剂浸泡8分钟,随后过滤除去硫酸/六氟丙酮混合溶剂,硫酸与六氟丙酮混合比为1∶3。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟异丙醇(HFIP)和六氟丙酮混合溶剂浸泡,浸泡时间60小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到60Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为0.7%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间4.5小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为98%。
实施例7
钯黑催化剂用盐酸/六氟丙酮混合溶剂浸泡5分钟,随后过滤除去硫酸/六氟丙酮混合溶剂洗涤,硫酸与六氟丙酮混合比为1∶3。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟异丙醇(HFIP)和六氟丙酮混合溶剂浸泡,浸泡时间80小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到60Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为0.7%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间4.5小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为98%。
实施例8
钯炭催化剂用盐酸/六氟丙酮混合溶剂冲洗8分钟,盐酸与六氟丙酮体积混合比为1∶5。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟异丙醇(HFIP)和六氟丙酮混合溶剂浸泡,浸泡时间30小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到56Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为1%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间4.5小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为97.5%。
实施例9
钯炭催化剂用六氟丙酮溶剂冲洗3分钟。洗涤后的钯炭催化剂采用六氟丙酮水合物浸泡,浸泡时间10小时。然后将上述催化剂过滤出来并加入到56Kg六氟丙酮三水化合物溶液中,催化剂浓度为0.9%。反复真空-氮气,真空-氢气置换至高压反应釜内氧含量低于100ppm,升温至100度,通入氢气,搅拌反应。V1/V0为0.05时停止加氢,反应时间6小时,降温至室温,出料。取样过滤得到六氟异丙醇(HFIP)产物清液,其GC测试结果为96.5%。