DE1087576B - Verfahren zur Herstellung von Schwefelpentafluoridmonochlorid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer neuartigen, Schwefel, Chlor und Fluor enthaltenden Verbindung.

Es sind Verbindungen von Schwefel und Fluor bekannt, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid, welches beständig und inert ist, und ferner auch die niederen Fluoride S F₄, SF₂ und S₂F₂, welche durchweg hydrolysierbar sind, wobei allerdings S F₂ und S₂ F₂ bisher noch nicht gut charakterisiert sind. In gleicher Weise sind auch Verbindungen von Schwefel und Chlor bekannt. Bekannt sind auch Verbindungen von Schwefel, Fluor, Chlor und einem anderen Nichtmetall, wie z.B. Thionylchlorfluorid, SOClF, und Sulfurylchlorfiuorid, SO₂ClF, in welchen das andere Nichtmetall Sauerstoff ist, und andere Verbindungen, in welchen dieses Nichtmetall Kohlenstoff ist. Bisher nicht bekannt waren jedoch Verbindungen, welche nur Schwefel, Chlor und Fluor enthalten. Die Herstellung von SF₅Cl, einer derartigen Verbindung, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelpentafluorid-monochlorid vorgeschlagen, bei dem man Schwefeldichlorid oder Schwefelmonochlorid direkt mit Fluor bei einer niedrigen Temperatur umsetzt und Schwefelpentafluorid-monochlorid aus dem Reaktionsgemisch isoliert.

Die Umsetzung zwischen Fluor und Schwefeldichlorid bei einer niedrigen Temperatur führt zur Bildung der neuartigen Verbindung Schwefelpentafluorid-monochlorid, welche mittels Gaschromatographie und Infrarot-Absorptionsanalyse identifiziert werden kann, jedoch werden gleichzeitig Chlor, Schwefeltetrafluorid und Schwefelhexafluorid erzeugt. Da erhebliche Mengen Chlor und Schwefeltetrafluorid im Gemisch der Reaktionsprodukte im angenäherten Molverhältnis 1 : 1 vorliegen, wurde zunächst angenommen, daß die neue durch Gaschromatographie und Infrarot-Absorptionsanalyse des Gemisches gefundene neue Verbindung Schwefeltetrafluorid-dichlorid, SF₄Cl₂, sei, jedoch scheint letztere in diesem System nicht vorzuliegen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Fluor aus einer elektrolytischen Zelle über wasserfreies N'atriumfluorid geschickt, um Fluorwasserstoff abzutrennen, und dann durch eine in flüssige· Luft getauchte Kupferspirale geleitet, um jegliche Feuchtigkeit zu entfernen, worauf es letztlich mit einem trockenen Gemisch von Stickstoff und Schwefeldichlorid, welches — abhängig von der Temperatur — völlig gasförmig oder flüssig und gasförmig sein kann, in ein Reaktionsgefäß aus Kupfer geleitet wird, welches mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels auf einer tiefen Tempe-

Verfahren zur Herstellung
von Schwefelpentafluoridmonochlorid

Anmelder:

Imperial Chemical Industries Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Bohr, Dipl.-Ing. H. Bohr,

Dipl.-Ing. S. Staeger, München 5,

und Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Lichterfelde, Drakestr. 51, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 30. April, 1. Oktober 1958
und 15. April 1959

Hugh Leithead Roberts, Northwich, Cheshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

ratur gehalten wird. Für eine völlig in Gasphase verlaufende Umsetzung ist ein geeigneter Temperaturbereich 0 bis — 20° C, während für eine Umsetzung in gasförmigflüssiger Phase niedrigere Temperaturen im ungefähren Bereich von — 20 bis — 80° C geeignet sind. Wenn an Stelle von Schwefeldichlorid Schwefelmonochlorid eingesetzt wird, wird die Umsetzung vorzugsweise bei — 20 bis — 80° C durchgeführt.

Die gebildeten Verbindungen sind Chlor, Schwefeltetrafluorid, Schwefelhexafluorid und Schwefelpentafluorid-monochlorid. Ihre Mengenverhältnisse ändern sich von Ansatz zu Ansatz, jedoch besteht ungefähr ein Drittel 'aus Chlor, ein Drittel aus Schwefeltetrafluorid und ein Drittel aus einem Gemisch von Schwefelhexafluorid plus Schwefelpentafluorid-monochlorid, in welchem letzteres 9O°/o oder mehr ausmacht. Die Ausbeute an Schwefelpentafluorid-monochlorid beträgt somit etwa 30%. Eine Möglichkeit, die verschiedenen Verbindungen voneinander zu trennen, ist durch die folgenden Stufen gegeben:

(A) Das Reaktionsgemisch wird mit Bortrifluorid behandelt, welches sich —· wie bekannt — mit dem Schwefeltetrafluorid verbindet und dieses in Form des weißen Feststoffes BF₃
fernt.

■ S F₄ ent-

009 588/373

(B) Das verbleibende Gemisch wird, mit angesäuerter Eisen (Il)-sulfatlösung versetzt, um Chlor zu entfernen.

(C) Schwefelpentafluorid-monochlorid und Schwefelhexafluorid, welche nun. zurückbleiben, werden durch Gaschromatographie getrennt, wobei beispielsweise eine Säule eines Polychlorfiuorkohlenstoffes (CF₂CFCl)_n angewandt wird.

Wenn man nicht Schwefeltetrafluorid als Nebenprodukt gewinnen will, kann man Stufe (A) weglassen und das Reaktionsgemisch direkt in eine angesäuerte Eisen(II)-sulfatlösung einleiten, in welcher Schwefeltetrafluorid hydrolysiert wird. Danach wird der übrige ' Teil des Gemisches durch angesäuerte Kaliumdichromatlösung geleitet, um alles während der Hydrolyse des Schwefeltetrafluorids erzeugte und anschließend nicht absorbierte Schwefeldioxyd zu entfernen, worauf das Gemisch durch ein Trocknungsmittel geleitet wird. Danach verbleiben nur noch Schwefelpentafluorid-monochlorid und Schwefelhexafluorid, welche durch Gaschromatographie getrennt werden.

Beispiel 1

Bei einem Versuch in gasförmig-flüssiger Phase ergaben 14,4 g Schwefeldichlorid bei der Fluorierung bei — 80° C 17,7 g gemischte Reaktionsprodukte, aus welchen 4,4 g Schwefelpentafluorid-monochlorid erhalten wurden. Schwefelpentafluorid-monochlorid besitzt einen Siedepunkt von — 21° C, die latente Verdampfungswärme 4560 Cal/Mol, während die Trouton-Konstante 18,2 beträgt. Die Verbindung ist unterhalb ihres Siedepunktes eine farblose Flüssigkeit und in gasförmigem Zustand ebenfalls farblos. Eine durch Kaliumschmelze und Bestimmung des erhaltenen Sulfids, Fluorids und Chlorids von Kalium durchgeführte Analyse ergab folgende Werte:

sich auf 176 g belief, verdampft und nacheinander durch angesäuerte Eisen (II)-sulfatlösung, angesäuerte Kaliumbichromatlösung und ein Trocknungsmittel geleitet und danach erneut in mit flüssiger Luft gekühlten Fallen gesammelt. In diesem Stadium bestand das Produkt aus einem Gemisch von Schwefelhexafluorid und Schwefelpentafluorid-monochlorid. Dieses Gemisch wurde durch Gaschromatographie getrennt, wobei die zweite eluierte Fraktion gesammelt wurde.

ίο Dabei wurden 2,6 g reines Schwefelpentafiuorid-monochlorid gewonnen.

Schwefelpentafluorid-monochlorid kann in verschiedenen Arbeitsgebieten der chemischen Technik \^rerwendung finden. Wenn man es mit Licht geeigneter Wellenlänge bestrahlt, bildet es freie S F₅-Radikale, welche Polymerisationen auszulösen vermögen, die durch freie Radikale initiert werden. Wenn man es beispielsweise in Gegenwart von Tetrafluoräthylen mit UV-Licht bestrahlt, können — abhängig von den relativen Mengenanteilen an Tetrafluoräthylen — PoIytetrafluoräthylen oder Mischpolymerisate, die im wesentlichen aus Tetrafluoräthylen und Schwefeltetrafluorid bestehen, erhalten werden. Ferner kann man die erfmdungsgemäß hergestellte Verbindung auch als Zwischenprodukt zur Herstellung von Fluor enthaltenden Verbindungen verwenden.

Theoretisch,

°/o Schwefel % Fluor

20,1
20,5
19,8

22,4
21,9
21,9

Das nach der Methode von Viktor Meyer bestimmte Molekulargewicht betrug 160,O¹, während 162,5 berechnet wurde.

Beispiel 2

Bei einem ausschließlich in Gasphase ausgeführten Versuch wurde Fluor mit einer Geschwindigkeit von 18 g/Std. mit einem Stickstoffstrom gemischt, welcher Schwefeldichloriddampf in einer Menge von 14 g/Std. enthielt, und das Gasgemisch durch eine Kupferspirale geschickt, welche zwischen 0 und — 10° C in einem Bad von Isopropanol gehalten wurde, das durch einen festes Kohlendioxyd enthaltenden Wärmeaustauscher umlief. Die Temperatur wurde durch Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit geregelt. Das bei der Umsetzung erzeugte Gasgemisch wurde in eine Reihe von mit flüssiger Luft gekühlten Kühlfallen geleitet.

Nach 5 Stunden, nachdem 90 g Fluor und 70 g Schwefeldichlorid in das Reaktionsrohr eingeleitet worden waren, wurde der Inhalt der Kühlfallen, der

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelpentafmorid-monochlorid, dadurch gekennzeichnet, daß man Fluor mit Schwefeldichlorid bei einer niedrigen Temperatur umsetzt und das Schwefelpentafluorid-monochlorid von den anderen Reaktionsprodukten, d. h. Chlor, Schwefeltetrafluorid und Schwefelhexafluorid, trennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Schwefelmonochlorid an Stelle

von Schwefeldichlorid verwendet.

% Chlor 40

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer zwischen — 20 und — 80° C liegenden Temperatur durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer zwischen 0

und — 20° C liegenden Temperatur durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Abtrennung

^p des Schwefelpentafluorid-monochlorids das Reaktionsgemisch zunächst durch angesäuerte Eisen (H)-sulfatlösung schickt, um. Chlor und Schwefeltetrafluorid zu entfernen, dann durch angesäuerte Kaliumdichromatlösung leitet, um das gebildete Schwefeldioxyd abzutrennen, und das verbleibende Gemisch nach dem Trocknen einer Gasverteilungschromatographie unterwirft, um Schwefelhexafluorid zu entfernen.

58,2
57,2
58,5

60

65

In Betracht gezogene Druckschriften:
Chemistry and Industry, 1956, S. 1351;
Proceedings, August 1957, S. 230/231.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 054971.

© 009 588/379 8.60