DE69711428T2

DE69711428T2 - Verfahren zur herstellung von perfluoralkanen und iodinpentafluoriden

Info

Publication number: DE69711428T2
Application number: DE69711428T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Aoyama; Tatsuya Hirata; Kyohiro Kan; Tatsuya Otsuka
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: US6239319B1; WO1998029372A1; EP0945417A4; EP0945417B1; EP0945417A1; JP3648746B2; DE69711428D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Perfluoralkanen, welche viele Verwendungsmöglichkeiten auf verschiedenen industriellen Gebieten besitzen, und die durch die allgemeine Formel Rf-F (worin Rf- eine Perfluoralkylgruppe, dargestellt durch F(CF&sub2;)n- und n eine ganze Zahl von 2 bis 10 bedeuten) dargestellt werden, von welchen als Beispiele Perfluorethan (C&sub2;F&sub6;) zur Verwendung als Trockenätzgas, als Prozeßgas in der Halbleiterproduktion und dergleichen, und Perfluorhexan (C&sub6;F&sub1;&sub4;) aufgrund der sehr hohen chemischen und thermischen Stabilität zur Verwendung als Reinigungsmittel, als Wärmemedium und dergleichen, und auch zur Herstellung von Iodpentafluorid (IF&sub5;), das als reaktives Fluorierungsmittel oder als Material für Zwischenprodukte bei der Herstellung von fluorhaltigen Verbindungen verwendbar ist, genannt werden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es ist bekannt, C&sub6;F&sub1;&sub4; durch Durchführung einer Kupplungsreaktion von C&sub3;F&sub7;I als Ausgangsmaterial mit einem Metall wie Zink durchzuführen. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen z. B. darin, dass C&sub3;F&sub7;I zur Verwendung als Ausgangsmaterial schwierig erhältlich ist und dass Metalliodide als Nebenprodukte erzeugt werden.
Allgemein sind folgende Verfahren als solche zur Herstellung einer Perfluoralkylverbindung bekannt:
(a) Elektrolytische Fluorierung eines Kohlenwasserstoffs oder eines halogenierten Kohlenwasserstoffs;
(b) Fluorierung eines Kohlenwasserstoffs mit einem Metallfluorid;
(c) Thermische Zersetzung einer hochfluorierten Perfluorverbindung; und
(d) Direkte Fluorierung von Kohlenstoff oder von einem Kohlenwasserstoff mit gasförmigen Fluor.
Die oben erwähnten Verfahren sind jedoch mit beispielsweise folgende Problemen verbunden:
Da bei dem Verfahren (a) verschiedene Nebenreaktionen stattfinden und viele Nebenprodukte außer dem Zielprodukt gebildet werden, ist die Abtrennung/Reinigung, um das Zielprodukt zu erhalten, so schwierig, dass die Ausbeute an dem Zielprodukt bemerkenswert verringert wird.
Da bei dem Verfahren (b) viele teilfluorierte Produkte gebildet werden, kann die Ausbeute an der Perfluorverbindung nicht erhöht werden.
Bei dem Verfahren (c) ist eine hohe Temperatur für die Reaktion erforderlich und die Ausbeute an dem Zielprodukt ist nicht gut.
Bei dem Verfahren (d) besteht der Vorteil, dass teilfluorierte Produkte kaum gebildet werden. Jedoch ist gasförmiges Fluor so reaktiv, dass die Kontrolle der Reaktionstemperatur wegen der heftigen Hitzeentwicklung, die bei der Reaktion auftritt, nicht einfach ist. Als Folge davon werden C-C-Bindungen aufgebrochen und die Ausbeute an dem Zielprodukt nimmt ab. Da außerdem das Risiko einer Explosion und einer Korrosion der Anlage bei der Reaktion vorhanden ist, kann dieses Verfahren nicht industriell vorteilhaft sein.
Alternativ ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Perfluoralkyliodid (Rf-I) mit Fluor zur Rektion gebracht wird, um ein Perfluoralkan und IF&sub5; zu erhalten. Gemäß diesem Verfahren ist jedoch einerseits die zum Zeitpunkt der Reaktion entwickelte Energie bis zu einer Menge von etwa 300 kcal/Mol zu groß und andererseits ist die Menge der abgeführten Wärme zu klein, wenn eine übliche wärmeabführende Vorrichtung, z. B. ein indirekter Wärmeaustauscher (wie ein Spiralrohr, eine Außenummantelung und dergleichen), welche sich auf die Ableitung von spürbarer Wärme bezieht, verwendet wird. Dementsprechend besteht, wenn nicht das Ausmaß der Reaktion selbst gesteuert wird, eine Gefahr, daß die Reaktion außer Kontrolle geraten könnte und eine Explosion verursacht wird.
Beispielsweise wurde über die Reaktion von Pentafluorethyliodid mit gasförmigem Fluor selbst von D. E. Johnson et al. (siehe International Journal of Chemical Kinetics, Vol. 28, 43-55, 1996) berichtet. Um dieses Verfahren als industrielles Verfahren zur Herstellung von Pentafluorethan zu verwenden und um das Zielprodukt in einer guten Ausbeute zu erhalten, muß die Reaktionswärme effizient abgeleitet werden.
EP-A-0 200 908 berichtet über ein Verfahren für die Synthese von Perfluoralkanen und Halogenperfluoralkanen. Aufgrund der exothermen Reaktion steigt jedoch die Temperatur in dem Reaktor dramatisch an. Somit ist die Gefahr einer Explosion vorhanden.
Es waren jedoch konkrete technische Mittel für die Lösung des oben erwähnten Problems bisher nicht bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, sind die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Perfluoralkanen vom Gesichtspunkt der industriellen Anwendbarkeit aus nicht unbedingt zufriedenstellend. Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine neues Verfahren zur Herstellung von Perfluoralkanen zur Verfügung zu stellen, welches industriell anwendbar ist und die Verfahren des Stands der Technik ersetzt.
Als Resultat von intensiven Untersuchungen über industrielle Verfahren zur Herstellung von Perfluoralkanen wie Perfluorethan (Hexafluorethan), Perfluorhexan (Tetradecafluorhexan) und dergleichen haben die Erfinder festgestellt, dass, wenn die oben erwähnte Reaktion, in der ein Perfluoralkyliodid und gasförmiges Fluor für die Herstelling eines Perfluoralkans und von IF&sub5; verwendet werden, in Gegenwart einer Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit ist, die gegen das Perfluoralkyliodid und gegen gasförmiges Fluor inert ist und einen Siedepunkt unterhalb desjenigen von IF&sub5; aufweist, welche daher unter den Reaktionsbedingungen mindestens teilweise in einer flüssigen Phase vorliegen kann und durch die mittels der Reaktion erzeugten Wärme leicht abgedampft werden kann und aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff ausgewählt ist, durchgeführt wird, die enorme Menge der durch die Reaktion erzeugten Wärme als latente Wärme, die für das Verdampfen der oben erwähnten mindestens einen Flüssigkeit, die aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff ausgewählt ist, erforderlich ist, absorbiert/abgeleitet werden kann, so dass die Reaktionstemperatur leicht und effizient gesteuert werden kann.
Da folglich verhindert werden kann, dass die Reaktionstemperatur übermäßig hoch ist, heißt das, dass die Reaktionstemperatur wie gewünscht gesteuert werden kann und Nebenreaktionen verhindert werden können. Da außerdem die konventionell verwendete Apparatur zum indirekten Kühlen der Reaktionsflüssigkeit zur Beseitigung der Reaktionswärme weggelassen werden kann, wird die Reaktionsausrüstung als ganze einfach und wirtschaftlich vorteilhaft.
Außerdem ist es ein Vorteil, dass IF&sub5;, welches mit der Reaktion gleichzeitig hergestellt wird, als Ausgangsmaterial für die Herstellung von beispielsweise eines Perfluoralkyliodids verwendet werden kann.
Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Perfluoralkans entsprechend der allgemeinen Formel Rf-F (worin Rf- eine Perfluoralkylgruppe, dargestellt durch F(CF&sub2;)n-, und n eine ganze Zahl von 2 bis 10 bedeuten), indem ein Perfluoralkyliodid mit gasförmigem Fluor in Kontakt gebracht wird, um sie reagieren zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt in Gegenwart von mindestens einer flüssigen Verbindung, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, erfolgt, wobei die flüssige Verbindung gegenüber dem Perfluoralkyliodid und gasförmigem Fluor unter den Verfahrensbedingungen im wesentlichen inert ist und mindestens teilweise durch die mittels der Reaktion erzeugten Wärme verdampft. Wenn n in der Formel F(CF&sub2;)n- 2 ist, können Perfluorcyclobutan und/oder Fluorwasserstoff als Flüssigkeit verwendet werden, und wenn n 6 ist, können Perfluorhexan und/oder Fluorwasserstoff als Flüssigkeit verwendet werden.
Der Ausdruck "im wesentlichen inert", wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass eine Verbindung in der Weise inert ist, dass sie nicht einen nachteiligen Einfluß ausübt, der die Vorteile, die bei der Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erreichbar sind, aufwiegt. Mit anderen Worten: Es bedeutet, dass eine Verbindung im wesentlichen inert ist gegenüber einer Reaktion, bei der ein Perfluoralkan und IF&sub5; hergestellt werden, und daher die Verbindung keinen nachteiligen Einfluß auf die Reaktion ausübt, der den durch die vorliegende Erfindung erhältlichen Vorteil aufhebt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1 ist ein schematisch veranschaulichtes Fließbild der Ausrüstung, in welcher das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. In dieser Zeichnung bezeichnet eine Bezugsziffer 1 ein Reaktionsgefäß; eine Bezugsziffer 2 bezeichnet eine Kolonnenzone; eine Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Kühler; eine Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Auffanggefäß und die Bezugsziffern 12 bezw. 15 bezeichnen Ventile.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

In der vorliegenden Erfindung kann der Kontakt des Perfluoralkyliodids mit gasförmigem Fluor auf jede beliebige Weise hergestellt werden, sofern die beiden Komponenten gleichzeitig zugegen sind, um miteinander zu reagieren (beispielsweise kann der Kontakt für die Reaktion erfolgen, indem gasförmiges Fluor in das Perfluoralkyliodid eingeleitet wird), wobei mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, vorhanden ist. Beispielsweise kann, um die Reaktion und die Entfernung der Reaktionswärme in Gegenwart der oben genannten Flüssigkeit zu begünstigen und den Kontakt der beiden Reaktionspartner mit der Flüssigkeit zu beschleunihgen, eine positive Mischoperation in der Weise durchgeführt werden, daß alle Komponenten mechanisch gemischt werden (Z. B. mittels Rühren), oder eine milde Mischoperation kann in der Weise durchgeführt werden, dass die beiden Reaktionspartner und die Flüssigkeit im Inneren einer geeigneten Vorrichtung für einen Gas-Flüssigkeit- oder einen Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kontakt fließen, wie eine Bodenkolonne oder eine Füllkörperkolonne. Mehr konkret können die folgenden Arbeitsweisen als Beispiele aufgezählt werden:
Eine Arbeitsweise, bei welcher ein Perfluoralkyliodid als eine flüssige Phase und gasförmiges Fluor zu mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, zugeführt werden (wobei mechanisches Mischen verwendet oder nicht verwendet werden kann);
Eine Arbeitsweise, bei welcher ein Perfluoralkyliodid als eine Gasphase und gasförmiges Fluor zu mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, zugeführt werden (wobei mechanisches Mischen verwendet oder nicht verwendet werden kann);
Eine Arbeitsweise, bei welcher ein Perfluoralkyliodid als eine flüssige Phase und gasförmiges Fluor angrenzend an die flüssige Phase, bestehend aus mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, zugeführt werden;
Eine Arbeitsweise, bei welcher ein Perfluoralkyliodid als eine Gasphase und gasförmiges Fluor angrenzend an die flüssige Phase, bestehend aus mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, zugeführt werden;
und eine Arbeitsweise, bestehend aus einer Kombination der oben beschriebenen Arbeitsweisen.
Als Beispiel für die Arbeitsweise, bei welcher die Zuführung angrenzend an die flüssige Phase erfolgt, können die Reaktionspartner (ohne eine positive mechanische Mischung zu verwenden) angrenzend an die herabfließende Phase von mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, zugeführt werden (einfach zu der herabfließenden Phase zugeführt). In diesem Fall können die Reaktionspartner im Gegenstrom oder im Parallelstrom hinsichtlich der herabfließenden Phase der Flüssigkeit zugeführt werden. Speziell diese Arbeitsweise entspricht einer Arbeitsweise, bei welcher flüssige oder gasförmige Reaktionspartner in eine Füllkörperkolonne, in deren Inneren mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, herabfließt, zugeführt werden. Selbstverständlich ermöglicht die Anwesenheit von Füllkörpern selbst ohne Anwendung eines positiven mechanischen Mischens den Gas-Flüssigkeit- oder den Flüssigkeit-Flüssigkeit- Kontakt, so dass die Reaktionspartner und die Flüssigkeit auf natürliche Weise miteinander gemischt werden.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die durch Kontakt bewirkte Reaktion hauptsächlich durch die Formel ausgedrückt werden:
Rf-I + 3F&sub2; → Rf-F + IF&sub5; (1)
(worin Rf- gleich ist, wie es oben definiert wurde).
Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Perfluoralkans entsprechend der allgemeinen Formel Rf-F, worin die Reaktion:
Rf-I + 3F&sub2; → Rf-F + IF&sub5; (1)
(worin Rf- gleich ist, wie es oben definiert wurde)
in Gegenwart von mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ausgeführt wird, wobei die Flüssigkeit im wesentlichen gegenüber dem Perfluoralkyliodid und gasförmigem Fluor inert ist und infolge der durch der Reaktion erzeugten Wärme mindestens teilweise abgedampft wird.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die durch eine Reaktion erzeugte Wärme, beispielsweise durch die in der Formel (1) angegebenen Reaktion, für das Abdampfen von mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, welche Flüssigkeit als Flüssigkeit in dem Reaktionssystem vorliegt, verwendet. Die Verbindung, die aus mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, abgedampft wird, wird aus dem Reaktionssystem entfernt und danach gekühlt und in einem konventionell verwendeten Kühler kondensiert. Auf diese Weise wird die Reaktionswärme aus dem Reaktionssystem entfernt. Die Bezeichnung "Reaktionssystem" wird in der vorliegenden Erfindung so verwendet, dass es einen Bereich in einem solchen Stadium bedeutet, in dem die Reaktionspartner vorliegen und die Reaktion stattfinden kann oder in dem die Reaktion tatsächlich stattfindet, oder alternativ einen Bereich, der beide dieser Stadien umfaßt. In der vorliegenden Erfindung kann die abgedampfte Verbindung kondensiert werden, nachdem sie aus dem Reaktionssystem entfernt wurde, oder die abgedampfte Verbindung kann in dem Reaktionssystem kondensiert werden. Mindestens ein Teil des erhaltenen Kondensats kann durch die Wärme der folgenden Reaktion verdampft werden.
Im Vergleich zu einem indirekten Wärmeaustausch, wie er konventionell zur Ableitung der Wärme aus einem Reaktionssystem verwendet wird, ist das oben beschriebene Verfahren zur Ableitung der Reaktionswärme durch Verwendung latenter Verdampfungswärme aufgrund der folgenden Gesichtspunkte vorteilhaft. Die Wärme kann nämlich direkt aus dem Reaktionssystem abgeleitet werden; und eine große Menge an Wärme kann durch eine kleine Menge einer Flüssigkeit abgeleitet werden, die mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, da die Wärme nicht als spürbare Wärme, sondern als latente Wärme abgeleitet wird. Die kondensierte Flüssigkeit, die mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, kann in das Reaktionssystem zurückgeführt werden, so dass die Flssigkeit wieder für die Ableitung von Wärme verwendet werden kann.
In der vorliegenden Erfindung ist die flüssige Verbindung, die mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, nicht besonders begrenzt, sofern sie im wesentlichen gegenüber gasförmigen Fluor unter den Reaktionsbedingungen inert ist, fähig ist, in dem Reaktionssystem als flüssige Phase vorzuliegen, und fähig ist, von der durch die Reaktion erzeugten Wärme abgedampft zu werden. Diese Verbindungen können für sich allein oder alternativ in Kombination von zwei oder mehreren von ihnen unter der Bedingung, dass eine solche Kombination nicht einen ernsthaften industriellen Nachteil verursacht, verwendet werden.
Beispiele für Verbindungen, die als die oben beschriebene mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, verwendbar sind, können folgende Verbindungen umfassen:
(a) Perfluor- oder Chlorfluoralkane (wie Perfluorethan, Perfluorpropan, Perfluorbutan, Perfluorhexan, Dichlordifluormethan, Trichlortrifluorethan, Fluortrichlormethan, Dichlortetrafluorethan und dergleichen),
(b) Perfluorcycloalkane (wie Perfluorcyclobutan, Perfluorcyclopentan, Perfluorcyclohexan, Perfluorcyclodecalin und dergleichen),
(c) Perfluoramine (wie Perfluortributylamin, Perfluortriethylamin und dergleichen). Bevorzugt hat jede dieser Verbindungen 1 bis 15 Kohlenstoffatome.
Unter diesen Perfluor- und Chlorfluorverbindungen haben besonders bevorzugte Verbindungen einen relativ niedrigen Siedepunkt (unter Atmosphärendruck), beispielsweise von 100ºC oder weniger, insbesondere in einem Bereich von -40 bis 80ºC, welche Verbindungen mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen umfassen. Da diese Verbindungen leicht verdampfen, können sie vorteilhaft für die Ableitung der Reaktionswärme verwendet werden.
Die Verbindungen, die konkret verwendet werden sollen, werden bevorzugt unter Berücksichtigung der Reaktionsbedingungen ausgewählt, unter welchen ein Zielperfluoralkan hergestellt wird. Im allgemeinen ist der Unterschied im Siedepunkt zwischen dem Perfluoralkan als dem Zielprodukt und mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, nicht so wichtig und daher kann welche auch immer von ihnen den höheren Siedepunkt haben. Wenn beispielsweise das Perfluoralkan einen höheren Siedepunkt aufweist, kann vorteilhaft das Zielprodukt allein in dem Reaktionssystem zurückbehalten werden, aber die flüssige Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, wird aus dem Reaktionssystem abgedampft und nach ihrer Kondensierung in das Reaktionssystem im Kreislauf zurückgeführt. Wenn im Gegensatz hierzu der Siedepunkt des Perfluoralkans niedriger ist als jener der flüssigen Verbindung, die mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, oder in dessen Nähe liegt, können alle, das Perfluoralkan und die flüssige Verbindung, die mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, durch Abdampfen aus dem Reaktionssystem entfernt und dann kondensiert werden, und hiernach kann das Kondensat einem Abtrennungsprozeß, wie Rektifizieren oder flüssige Trennung unterworfen werden, so dass nur die flüssige Verbindung, die mindestens eine Flüssigkeit ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, zu dem Reaktionssystem zurückgeführt werden kann. In diesem Fall besteht der Vorteil, dass das Zielprodukt auch abgetrennt werden kann. Natürlich können auch beide Fraktionen in den Kreislauf zurückgeführt werden, ohne dass sie voneinander getrennt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird ein Perfluoralkan, welches ein Zielprodukt ist, als Perfluorverbindug verwendet, welche durch die Reaktionswärme abgedampft werden soll. Bei dieser Arbeitsweise wird, da das Perfluoralkan allein aus dem Reaktionssystem heraus nach außen abgedampft wird, das abgedampfte Perfluoralkan durch Kühlen kondensiert und dann wird eine erforderliche Menge hiervon in das Reaktionssystem zurückgeführt. Ein Vorteil dieser Arbeitsweise liegt daher darin, dass die oben beschriebene Trennung nach der Kondensierung fortgelassen werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Arbeitsweise ist, dass keine dritte Komponente in das Reaktionssystem hineingemischt wird. Bei der Herstellung von C&sub6;F&sub1;&sub4; z. B. wird die Reaktionswärme unter Verwendung von C&sub6;F&sub1;&sub4; als Perfluorverbindung abgeleitet. Gemäß einem weiteren Beispiel kann C&sub4;F&sub1;&sub0; für die Herstellung von C&sub4;F&sub1;&sub0; verwendet werden.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in Gegenwart der oben beschriebenen flüssigen Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, der Kontakt zwischen einem Perfluoralkyliodid und gasförmigen Fluor hergestelllt, so dass die oben beschriebene Reaktion (1) ausgeführt wird. Die Bedingung des Kontakts oder der Reaktion ist üblich und nicht speziell beschränkt.
Die Reaktionsbedingung kann abhängig von dem Perfluoralkan, welches das Zielprodukt ist, und von der flüssigen Verbindung welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff ist, die in der Reaktion verwendet werden sollen, entsprechend ausgewählt werden. In einem speziellen Beispiel kann eine Reaktionsbedingung, umfassend eine Temperatur im Bereich von - 50 bis 100ºC, und einen Druck im Bereich vom Atmosphärendruck (oder in einigen Fällen ein verminderter Druck) bis zu 5 kg/cm² -G erläutert werden. Bezüglich der Reaktionstemperatur ist es vorzuziehen, die Reaktionstemperatur im wesentlichen gleich dem Siedepunkt der flüssigen Verbindung zu halten, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, unter der Reaktionsbedingung durch Verwendung einer flüssigen Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, in einer ausreichenden Menge, die es ermöglicht, sie durch Absorbieren der Reaktionswärme abzudampfen. In diesem Fall ist es ein Vorteil, dass die Reaktionstemperatur bei dem Siedepunkt konstant gehalten werden kann.
Die Mengen von einem Perfluoralkyliodid und von gasförmigem Fluot, die miteinander für die Reaktion in Kontakt gebracht werden sollen, sind nicht speziell begrenzt. Um jedoch das Perfluoralkan effizient zu erhalten, ist es vorzuziehen, gasförmiges Fluor in einer größeren Menge als der stöchiometrischen Menge zu verwenden (nämlich, 3 oder mehr Mole von gasförmigem Fluor pro 1 Mol des Perfluoralkyliodids). Eine optimale Menge von gasförmigem Fluor ist allgemein die 3 bis 5 fache molare Menge der Menge von Perfluoralkyliodid. Das nicht reagierte überschüssige gasförmige Fluor verläßt das Reaktionssystem gasförmig zusammen mit der flüssigen Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, und fakultativ zusammen mit dem Zielprodukt, welche abdampfen. Daher ist die Verwendung von gasförmigem Fluor in einem großen Überschuß nicht ökonomisch, da eine großtechnische Vorrichtung für die Wiedergewinnung des unreagierten gasförmigen Fluors und dessen Rückführung in den Kreislauf erforderlich ist.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die flüssige Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff und ebenso einem Perfluoralkan, welches fakultativ anwesend ist und ein Zielprodukt darstellt, ist, allgemein aus dem Reaktionssystem entfernt, gewöhnlich durch Abdampfen. Als Resultat des nachfolgenden Kühlens und Kondensierens des Dampfs wird die Wärme aus dem Reaktionssystem entfernt. Für das Kühlen und Kondensieren kann jeder Typ von konventionellen Kühlern verwendet werden. In einem solchen Falle, wo das Zielprodukt auch abgedampft wird und wo der Unterschied zwischen dem Siedepunkt des Perfluoralkans und jenem der flüssigen Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, groß ist, werden die Kondensation und Trennung vorteilhaft gleichzeitig mittels fraktionierter Kondensation (oder Teilkondensation) durchgeführt. Selbstverständlich ist auch eine Gesamtkondensation statt einer Teilkondensation möglich, so dass die Auftrennung später in einer üblichen Weise, beispielsweise mittels Rektifikation, durchgeführt wird.
Falls das Verfahren der vorliegenden Erfindung chargenweise durchgeführt wird, verläuft eine Anwendungsform hiervon folgendermaßen. Vorher festgelegte Mengen eines Perfluoralkyliodids und der flüssigen Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, werden in ein Reaktionsgefäß eingebracht und hiernach wird eine vorher festgelegte Menge von gasförmigen Fluor zu dem Reaktionssystem zugefügt. Dann wird die flüssige Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff und ebenso fakultativ einem Perfluoralkan ist, während die Reaktion fortschreitet, aus dem Reaktionssystem durch Abdampfen entfernt und dann kondensiert. Die Gesamtmenge des Kondensats wird zu dem Reaktionssystem zurückgeführt und wird für die Ableitung der Wärme einer nachfolgenden Reaktion verwendet. In einigen Fällen ist es auch möglich, nur die flüssige Verbindung, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, zu dem Reaktionssystem zurückzuführen, nachdem das Zielprodukt von dem Kondensat abgetrennt wurde.
Da der Siedepunkt von IF&sub5;, welches gleichzeitig gebildet wird, 104,5ºC beträgt, akkumuliert IF&sub5; in dem Reaktionssystem, wenn der Siedepunkt der inerten Flüssigkeit (eine Perfluorverbindung oder eine Chlorfluorverbindung), welche zu der Reaktion zugefügt wird, unter 104,5ºC liegt. Natürlich kann, abhängig vom zu verwendenden Apparat und von der zu verwendenden Betriebsbedingung, eine kleine Menge von IF&sub5; in eine abdampfende Verbindung mitgerissen werden. Beispielsweise wird an einem Punkt, an dem die vorher festgelegte Reaktion beendet ist, die Zufuhr von gasförmigen Fluor angehalten und das Zielprodukt und die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, werden aus dem Reaktionssystem durch Destillieren und Kondensieren entfernt. Dann wird unter Anwendung üblicher Maßnahmen (z. B. Rektifizieren) ein Perfluoralkan von der Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, abgetrennt. Nachdem es wie erforderlich gereinigt wurde, wird das Perfluoralkan ein Endprodukt. Als Nebenprodukt gebildetes IF&sub5; verbleibt in dem Reaktionssystem als Rückstand mit beispielsweise dem Rest der Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist. Daher kann IF&sub5; abgetrennt und gewonnen werden, indem der Rückstand herausgenommen und mit einer üblichen Methode, wie einer Destillation, behandelt wird.
Falls das Verfahren der vorliegenden Erfindung kontinuierlich durchgeführt wird, verläuft eine Anwendungsform hiervon folgendermaßen. Mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, wird in ein Reaktionsgefäß eingebracht und, falls erforderlich, auf eine vorher festgelegte Temperatur erhitzt. Dann werden ein Perfluoralkyliodid und gasförmiges Fluor als Reaktionspartner kontinuierlich in das Reaktionsgefäß zugeführt. Durch die bei der Reaktion erzeugten Wärme werden die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff und ebenso dem Zielprodukt ist, aus dem Reaktionssystem durch Abdampfen entfernt und dann mittels Kühlen kondensiert. Das Kondensat wird kontinuierlich abgetrennt, so dass die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, zu dem Reaktionssystem zurückgeführt wird, während das Perfluoralkan kontinuierlich als Endprodukt gewonnen wird. Alternativ kann das Reaktionssystem (flüssig) kontinuierlich extrahiert werden und IF&sub5; kann aus der extrahierten Flüssigkeit abgetrennt und gewonnen werden. Die restliche Flüssigkeit kann in das Reaktionssystem zurückgeführt werden.
Falls das Verfahren der vorliegenden Erfindung kontinuierlich durchgeführt wird, verläuft eine andere Anwendungsform hiervon folgendermaßen. Die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, wird in ein Reaktionsgefäß eingebracht und unter Erhitzen destilliert. Dann wird durch Zurückführen des Destillats in das Reaktionsgefäß nach dem Kondensieren ein Rückflußzustand der vorerwähnten Verbindung gebildet. Dann wird in Gegenwart der gegen das Reaktionsgefäß herabfließenden Verbindung ein Perfluoralkyliodid und gasförmiges Fluor in das Reaktionsgefäß kontinuierlich zugeführt. In einem Beispiel können sie zu der herabfließenden Verbindung zugefügt werden. In einem anderen Beispiel wird ein Perfluoralkyliodid zu der herabfließenden Verbindung zugegeben, oder alternativ wird ein Perfluoralkyliodid nicht zu der herabliessenden Verbindung zugegeben, sondern im Parallelstrom anliegend an die Verbindung herabfließen gelassen, wobei gasförmiges Fluor im Gegenstrom zugeführt werden kann. In diesem Fall findet die Reaktion, während die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, herabfließt, in der Verbindung statt, so dass ein Teil der Verbindung durch die Reaktionswärme abgedampft wird und das Zielprodukt in einigen Fällen ebenfalls abgedampft wird. Es ist daher möglich, einen Zustand zu schaffen, in welchem im wesentlichen die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, und ebenso IF&sub5; in dem Reaktionsgefäß vorhanden sind.
Die Ausrüstung für die Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Reaktionsgefäß für die Aufnahme des Reaktionssystems und einen Kühler zum Kondensieren des Dampfes der Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, welche aus dem Reaktionssystem abgedampft wird, ebenso des Dampfes des Zielprodukts, welches in einigen Fällen ebenfalls abgedampft wird. In einer bevorzugten Arbeitsweise umfaßt die Ausrüstung z. B. eine oberhalb des Reaktionsgefäßes vorgesehene Kolonnenzone, wie eine Füllkörperkolonnenzone, als ein Zwischenelement einer Destillationsanlage, die aus dem Reaktionsgefäß und dem Kühler besteht. In einer solchen Ausrüstung kann gasförmiges Fluor kontinuierlich zu der Destillationsanlage zugeführt werden und ein Perfluoralkyliodid als ein Reaktionspartner kann kontinuierlich zu der Füllkörperkolonnenzone zugeführt werden, so dass die Reaktion in der Füllkörperkolonnenzone stattfindet. Alternativ können, wie oben beschrieben, beide, gasförmiges Fluor und Perfluoralkyliodid, zu der Kolonnenzone zugeführt werden. In diesem Fall kann die Reaktionswärme in der Füllkörperkolonnenzone abgeleitet werden, indem das Kondensat aus dem Kühler in die Füllkörperkolonnenzone zurückgeführt wird. Die Konstruktion der Kolonnenzone ist nicht auf einen bestimmten Füllkörperkolonnentyp begrenzt. Konstruktionen zur Verwendung als Kolonnen zur fraktionierten Destillation allgemein, wie ein OlderShaw-Typ, ein Glockenboden-Typ, ein Siebboden-Typ und dergleichen können verwendet werden.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann allgemein ein Perfluoralkyliodid als Flüssigkeit oder als Gas zugeführt werden. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird natürlich gleichzeitig auch IF&sub5; gebildet und daher kann auch IF&sub5; auf einem industriell ökonomischen Weg erhalten werden. Falls IF&sub5; in einer Flüssigkeit innerhalb der Destillationsanlage gelöst wird, kann IF&sub5; durch Abdampfen der anderen Flüssigkeiten vollständig zurückgewonnen werden. Falls IF&sub5; nicht in einer Flüssigkeit innerhalb der Destillationsanlage gelöst wird, das heißt IF&sub5; als feste Substanz oder als Flüssigkeit in einer getrennten Phase vorliegt, kann IF&sub5; mittels einer geeigneten Festflüssig- oder Flüssig-flüssig-Trennmethode, wie Filtrieren oder Abdekantieren, gewonnen werden, oder es kann einfach mittels einer gewöhnlichen fraktionierten Destillation oder desgleichen abgetrennt und gewonnen werden.
In einem speziellen Beispiel von bevorzugten Arbeitsweisen der vorliegenden Erfindung wird Perfluorethan unter Verwendung von Perfluorethyliodid als Pertfluoralkyliodid und von Octafluorcyclobutan als Perfluorverbindung und/oder von Fluorwasserstoff, durch Reagieren von Perfluorethyliodid mit gasförmigem Fluor unter z. B. einer Rückflußbedingung in Gegenwart von Octafluorcyclobutan und/oder von Fluorwasserstoff erhalten. Bei dieser Arbeitsweise kann unter Verwendung der Reaktionsausrüstung, umfassend eine Destillationsanlage und eine darüber vorgesehen Kolonnenzone, die Kolonnenzone gekühlt werden, z. B. mit einer Salzsole. Bei dieser Anordnung kann im wesentlichen nur das Reaktionsprodukt in Form von Dampf aus der Reaktionsausrüstung entfernt werden, indem abgedampftes Octafluorcyclobutan und/oder Fluorwasserstoff als Resultat der Kühlung der Kolonnenzone kondensiert werden. Durch Kühlen des so in Form von Dampf entfernten Reaktionsprodukts kann Perfluorethan als Zielprodukt erhalten werden.
Da IF&sub5; in der Destillationsanlage akkumuliert, kann ein Teil der Flüssigkeit kontinuierlich oder diskontinuierlich herausgenommen werden, und nachdem IF&sub5; daraus gewonnen wurde, kann der Rest der Flüssigkeit in die Destillationsanlage zurückgegeben werden. Alternativ läßt man IF&sub5; in der Destillationsanlage akkumulieren, bis die Reaktion beendet ist, so dass IF&sub5; aus der Flüssigkeit in der Destillationsanlage nach Beendigung der Reaktion gewonnen wird.
In einem anderen speziellen Beispiel für bevorzugte Arbeitsweisen der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von Perfluorhexyliodid als Perfluoralkyliodid Perfluorhexan gebildet und Perfluorhexan, welches das Zielprodukt ist, wird als Perfluorverbindung verwendet. In diesem Fall verdampft im wesentlichen nur Perfluorhexan durch die Reaktionswärme und so kann die Reaktionswärme im wesentlichen abgeleitet werden. Auf einer kontinuierlichen Basis wird Perfluorhexan in einer Menge, die der Menge der Perfluorhexyliodids entspricht, welche dem Reaktionssystem zugeführt wurde (entsprechend einer Menge, die der Menge an Perfluorhexan entspricht, das gebildet werden soll) aus dem Kondensat gewonnen und der Rest wird dem Reaktionssystem zum Erhitzen unter Rückfluß zurückgeführt. Auf einer chargenweisen Basis wird die Reaktion in einem vollständig unter Rückfluß verlaufenden Zustand fortgesetzt.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann gasförmiges Fluor mit einem gegenüber der Reaktion inerten Gas verdünnt werden. Beispiele für ein verwendbares inertes Gas umfassen Stickstoff, Helium, Tetrafluormethan und dergleichen. Wenn jedoch eine andere Komponente zugesetzt wird, wird die Abtrennung/Entfernung hiervon erforderlich. Es kann daher in einigen Fällen vorzuziehen sein, das Zielprodukt der vorliegenden Erfindung oder die Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, als Verdünnungsmittel zu verwenden. Die Verdünnung von gasförmigen Fluor bringt einen Vorteil mit sich, dass verhindert wird, das gasförmige Fluor in einem Perfluoralkyliodid zu lokalisieren, und der Kontakt untereinander kann gleichmäßiger gemacht werden.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das gewonnene IF&sub5; verwendet werden, um Perfluorethyliodid gemäß beispielweise folgender Reaktion herzustellen:
IF&sub5; + 2I&sub2; + 5CF&sub2; = CF&sub2; → 5C&sub2;F&sub5;I
So hergestelltes C&sub2;F&sub5;I kann in der Reaktion (1) verwendet werden. Diese Verbindung kann auch für die Herstellung verschiedener Perfluoralkyliodide wie C&sub6;F&sub1;&sub3;I verwendet werden, wie es in der folgenden Reaktionsformel gezeigt wird:
C&sub2;F&sub5;I + 2CF&sub2; = CF&sub2; → C&sub6;F&sub1;&sub3;I
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen das Verfahren der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben werden.
Die Fig. 1 ist ein schematisch veranschaulichtes Fließbild der Ausrüstung, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die in den Beispielen verwendete Ausrüstung ist im wesentlichen die gleiche wie diese Ausrüstung. Die veranschaulichte Ausrüstung umfaßt ein Reaktionsgefäß 1, eine Kolonnenzone (beispielsweise eine Füllkörperkolonne) 2, einen Kühler 3 und ein Auffanggefäß 4.
Der Kontakt zwischen einem Perfluoralkyliodid und gasförmigem Fluor findet in dem Reaktionsgefäß 1 und/oder in der Kolonnenzone 2 statt. Da die Reaktionswärme an der Stelle des Kontakts erzeugt wird, ist mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, als eine flüssige Phase in dem Reaktionsgefäß 1 und/oder in der Kolonnenzone 2 vorhanden. Die abgedampfte Verbindung wird dann mittels eines Kühlers 3 gekühlt. Auf diese Weise wird die Reaktionswärme durch die Verbindung abgeleitet.
Die Kolonnenzone 2 muß nicht notwendigerweise in der Form einer Kolonne vorliegen. Sie kann jede beliebige Form haben, sofern der Kontakt und das Mischen der Reaktionspartner der vorliegenden Erfindung möglich ist und ferner die Ableitung der Wärme mittels der Flüssigkeit, welche mindestens eine Verbindung ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, durchgeführt werden kann.
Ein Perfluoralkyliodid (Rf-I) kann durch die Leitung 5 zugeführt werden. Die Zufuhr kann auf chargenweiser Basis oder auf kontunuierlicher Basis erfolgen. Die Zufuhrstelle kann jede beliebige des Reaktionsgefäßes 1 und der Kolonnenzone 2 sein. Außer der Leitung 5 in die flüssige Phase innerhalb des Reaktionsgefäßes 1, kann mindestens ein Zufuhrweg aus der Leitung 6 in die gasförmige Phase des Reaktionsgefäßes 1, der Leitung 7 in die Kolonnenzone 2, und andere ausgewählt werden. Falls ein Perfluoralkyliodid kontinuierlich zugeführt wird, wird, wenn das Perfluoralkyliodid einen Siedepunkt aufweist, der niedriger ist als der niedrigste Siedepunkt der Flüssigkeit, welche mindestens eine Verbindung ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, das Perfluoralkyliodid bevorzugt in das Reaktionsgefäß 1 zugeführt. In diesem Fall werden die Leitungen 5 oder 6 verwendet. Andererseits wird das Perfluoralkyliodid, wenn das zuzuführende Perfluoralkyliodid einen Siedepunkt aufweist, der höher ist als der höchste Siedepunkt der Flüssigkeit, welche mindestens eine Verbindung ist, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, bevorzugt zu der Kolonnenzone 2 zugeführt. In diesem Fall wird die Leitung verwendet.
Gasförmiges Fluor kann kontinuierlich über die Leitung 8 in den Teil der flüssigen Phase des Reaktionsgefässes 1 eingeleitet werden. Es kann auch über die Leitung 9 in den Teil der Gasphase des Reaktionsgefässes 1 eingeleitet werden. Ferner kann es auch, falls erforderlich, in die Kolonnenzone 2 eingeleitet werden.
Mindestens eine flüssige Verbindung, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, kann in das Reaktionsgefäß 1 und/oder in die Kolnnenzone 2 vor oder gleichzeitig mit der Reaktion des des Perfluoralkyliodids mit gasförmigem Fluor zugeführt werden. Da keine dieser flüssigen, Verbindungen an der Reaktion beteiligt ist, erfüllt im Grunde die bloße Anwesenheit einer vorher festgelegten Menge von ihnen den Zweck, außer sie wurden aus dem Reaktionssystem abgegeben.
Die Gasphase, die durch Abdampfen in dem Reaktionsgefß 1 und/oder in der Kolonnenzone 2 geschaffen wurde, wird durch die Leitung 10 in den Kühler 3 eingeleitet. Das Kondensat wird als Ganzes oder ein Teil hiervon, wie es erforderlich ist, durch die Leitung 11 in die Kolonnenzonne 2 zurückgeführt. Wenn ein Teil des Kondensats zurückgeführt wird, wird der Rest in das Auffanggefäß 4 eingetragen. Der so erhaltene Rest kann beispielsweise ein Perfluoralkan als ein Zielprodukt sein. Indessen kann aufgrund der Wechselbeziehung zwischen den Siedepunkten eines gebildeten Perfluoralkans (Rf-F) und anderer begleitender Verbindungen das Perfluoralkan (Rf-F) als nicht kondensiertes Gas durch die Leitung 13 vom oberen Teil des Kühlers gewonnen werden. Wie erforderlich, kann das nicht kondensierte Gas in einer nachfolgenden Behandlung zur Rückgewinnung verflüssigt werden.
Die Flüssigkeit in dem Reaktionsgefäß 1 kann durch die Leitung 14 diskontinuierlich oder kontinuierlich entnommen werden, um das gebildete IF&sub5; zu gewinnen.
Alternativ kann eine solche Behandlung nach Abschluß der Reaktion erfolgen.
Der Druck innerhalb der Reaktionsausrüstung kann z. B. durch Einstellung der Öffnung des Ventils 15 kontrolliert werden.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann durch Durchführung einer Reaktion, bei der ein Perfluoralkyliodid, wie Perfluorethyliodid, Perfluorhexyliodid und dergleichen, mit gasförmigem Fluor in Gegenwart einer Flüssigkeit, welche mindestens eine Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, ist, z. B. in Gegenwart von Perfluorcyclobutan, Fluorwasserstoff und/oder Perfluorhexan und dergleichen in Kontakt gebracht wird, die Reaktionswärme effizient absorbiert und daher die Reaktionstemperatur leicht gesteuert werden. Folglich kann ein Perfluoralkan, wie Perfluorethan, Perfluorhexan und dergleichen, mit hoher Selektivität erhalten werden, und gleichzeitig wird auch Iodpentafluorid erhalten.

BEISPIELE

Beispiel 1

Eine Weithalsflasche, hergestellt aus einem Fluorharz (PFA) mit einem inneren Fassunsvermögen von 500 ml, wurde als Reaktionsgefäß 1 verwendet. Das Gefäß war mit einem Stopfen aus Fluorgummi versehen und in dem Stopfen wurden Löcher angebracht, so dass die Kolonnenzone und eine Leitung für die Zufuhr des Ausgangsmaterials durch die Löcher verbunden waren.
Ein Rohr aus rostfreiem Stahl (SUS 316) (mit einem Außendurchmesser von 6/8 Inch und einer Länge von 1000 mm) wurde als Kolonnenzone 2 verwendet. Ein oberer Teil von 500 mm des SUS-Rohrs, welches die Kolonnenzone 2 bildete, wurde als Kühler 3 verwendet, indem ein Kühlmantel an dem Rohr angebracht wurde. Ein Kühlmedium mit einer Temperatur von -20ºC wurde durchfließen gelassen, um die Kühlerzone zu kühlen. Das Innere der Kolonne wurde mit Hastelloy-C-Sieb gefüllt.
Octafluorcyclobutan (500 g) und C&sub2;F&sub5;I (30 g) wurden in das Reaktionsgefäß 1 eingetragen und bis zum kompletten Rückflußzustand erhitzt. Dann wurde, während die Flüssigkeit innerhalb des Reaktionsgefäßes gerührt wurde, gasförmiges Fluor, mit Stickstoff bis zu einer Konzentration von 30 Gew.-% verdünnt, durch die Leitung 8 in das Reaktionsgefäß mit einer Geschwindigkeit von 75 Ncc/Min. eingeleitet.
Die Reaktion wurde unter Atmosphärendruck durchgeführt. Während der Reaktion wurde die Flüssigkeit innerhalb des Reaktionsgefäßes in einem siedenden Zustand und bei einer konstanten Temperatur von -5ºC gehalten. Die Reaktion wurde 7 Stunden fortgesetzt. Während der Reaktion wurde das durch die Reaktionswärme verdampfte Octafluorcyclobutan innerhalb der Kolonne, die als Kühler 3 diente, gekühlt/kondensiert und wurde innerhalb der Kolonne herunterfließen gelassen. Das nicht kondensierte Gas, ausgetreten an der Spitze des Kühlers 3, wurde von der Leitung 13 extrahiert (in diesem Beispiel war die Leitung, die als Leitung 10 verwendet wurde, gemeinsam mit der Leitung 11, und ein Auffanggefäß 4 wurde nicht verwendet). Das so extrahierte Gas wurde durch eine Mischung von einem Alkali und einem Reduktionsmittel geleitet, um durch Absorption das unumgesetzte gasförmige Fluor, das vom Perfluorethan mitgerissen wurde, zu eliminieren, und wurde dann mittels einer mit Calciumchlorid gefüllten Kolonne getrocknet und wiedergewonnen.
Das erhaltene Gas wurd gaschromatographisch analysiert, als Resultat wurde gefunden, dass die Reinheit des Perfluorethans 99 Mol% oder mehr betrug. Nach Vervollständigung der Reaktion wurde Octofluorcyclobutan aus der Flüssigkeit im Reaktionsgefäß abdestilliert und hierbei ein Rückstand erhalten. Analytisch wurde gefunden, dass der Rückstand IF&sub5; mit einer Reiheit von 99% oder mehr war.

Beispiel 2

Wie im Beispiel 1 wurden 500 g Octafluorcyclobutan in das Reaktionsgefäß eingetragen und bis zum Rückfluß erhitzt. Dann wurde unter Rühren der Flüssigkeit C&sub2;F&sub5;I in gasförmigem Zustand in das Reaktionsgefäß durch die Leitung 5 mit einer Geschwindigkeit von 6 Ncc/Min. eingeleitet. Gleichzeitig wurde gasförmiges Fluor, mit Stickstoff auf 30 Gew.-% verdünnt, in das Reaktionsgefäß durch die Leitung 8 mit einer Geschwindigkeit 75 Ncc/Min. eingeleitet.
Nach Ausführung der Reaktion über 7 Stunden wurde eine Analyse durchgeführt. Als Resultat wurde gefunden, dass das Gas, welches als nicht kondensiertes Gas erhalten wurde, 99 Mol% oder mehr Perfluorethan enthielt und der Rückstand im Reaktionsgefäß 99 Mol% oder mehr IF&sub5; enthielt.

Beispiel 3

Die Reaktion wurde unter Verwendung einer Ausrüstung, welche allgemein Rektifikationsausrüstung genannt wird, durchgeführt.
Eine Destillationsanlage (hergestellt aus SUS 316 mit einer Kapazität von 1 L) mit einer Rektifikationskolonne wurde als Reaktionsgefäß 1 verwendet. Eine Rektifikationskolonne 2 (hergestellt aus SUS 316, 25A1200 mm, gefüllt mit SUS-Füllkorpern von 20 theoretischen Böden) wurde als Kolonnenzone 2 verwendet. Ein SUS 316 Kühler (mit einem Wärmeaustauschbereich von 0,1 m²) wurde als Kühler 3 verwendet.
850 g von waserfreier Fluorwasserstoffsäure (Fluorwasserstoff) wurden in das Reakionsgefäß 1 eingebracht und bei Atmosphärendruck unter Rückfluß erhitzt, wobei ein Kühlmedium mit einer Temperatur von -20ºC durch den Kühler 3 fließen gelassen wurde.
Dann wurde gasförmiges Fluor (mit einer Konzentration von 100%) durch die Leitung 8 bei einer Fließgeschwindigkeit von 300 Ncc/Min. zu dem Teil der flüssigen Phase von wasserfreier Fluorwasserstoffsäure in dem Reaktionsgefäß eingeleitet und gasförmiges Pentafluorethyliodid (C&sub2;F&sub5;I) wurde durch die Leitung 6 mit einer Fließgeschwindigkeit von 100 Ncc/Min. in den Dampfphasenteil des Reaktionsgefäßes eingeleitet. Auf diese Weise wurde die Reaktion ausgeführt.
Das nicht kondensierte Gas, ausgetreten an der Spitze des Kühlers 3, wurde durch die Leitung 13 in eine Reinigungskolonne (nicht gezeigt) geleitet, um das Gas mit einer wässerigen Lösung zu waschen, die eine Mischung von Kaliumhydroxid und Kaliumsulfit enthielt. Nach Waschen und Trocknen wurde das Gas gaschromatographisch analysiert und als Resultat wurde gefunden, dass die Umsetzung von Pentafluorethyliodid 100% und die Selektivität für Hexafluorethan 98,8% war.
Die Reaktion wurde über 3 Stunden fortgesetzt, dann wurde die Zufuhr von gaaförmigem Ausgangsmaterial beendet und die wasserfreie Fluorwasserstoffsäure wurde einer Rektifizierung unterworfen und in dem Auffanggefäß 4 zurückgewonnen. Durch Rektifizieren der im Reaktionsgefäß zurückgebliebenen Flüssigkeit wurde IF&sub5; erhalten.

Beispiel 4

Die gleiche Reaktionsausrüstung wie im Beispiel 3 wurde verwendet.
1,017 g Octafluorcyclobutan wurden in das Reaktionsgefäß 1 eingetragen und unter Rückfluß erhitzt, während ein Kühlmedium mit einer Temperatur von -20ºC in den Kühler 3 fließen gelassen wurde. Der Druck innerhalb der Kolonne wurde mittels eines Druckkontrollventils 15 geregelt, so dass die Temperatur der Destillationsanlage bei etwa 10ºC gehalten wurde (0,4 bis 1,5 KG Manometerdruck).
Dann wurde gasförmiges Fluor (mit einer Konzentration von 100%) durch die Leitung 8 bei einer Fließgeschwindigkeit von 30 Ncc/Min. zu dem Teil der flüssigen Phase von Octafluorcyclobutan in dem Reaktionsgefäß zugeführt, und gasförmiges Pentafluorethyliodid (C&sub2;F&sub5;I) wurde durch die Leitung 7 mit einer Fließgeschwindigkeit von 10 Ncc/Min. bis beinahe zu dem mittleren Längsabschnitt der Rektifikationskolonne 2 zugeführt.
Das nicht kondensierte Gas, ausgetreten an der Spitze des Kühlers 3, wurde durch die Leitung 13 in eine Alkali-Reinigungskolonne (nicht gezeigt) geleitet, um das Gas mit einer wässerigen Lösung, enthaltend eine Mischung von Kaliumhydroxid und Kaliumsulfit, zu waschen. Nach Waschen und Trocknen wurde das Gas gaschromatographisch analysiert und als Resultat wurde gefunden, dass die Umsetzung von Pentafluorethyliodid 100% und die Selektivität für Hexafluorethan 99,2% war.

Beispiel 5

Die gleiche Reaktionsausrüstung wie im Beispiel 3 wurde verwendet.
860 g Octafluorcyclobutan wurden in das Reaktionsgefäß 1 eingetragen und bei Atmosphärendruck unter Rückfluß erhitzt, während ein Kühlmedium mit einer Temperatur von -20ºC in den Kühler 3 fließen gelassen wurde.
Dann wurde gasförmiges Fluor (mit einer Konzentration von 100%) durch die Leitung 8 bei einer Fließgeschwindigkeit von 34 Ncc/Min. zu dem Teil der flüssigen Phase von Octafluorcyclobuten in dem Reaktionsgefäß eingeleitet und gasförmiges Pentafluorethyliodid (C&sub2;H&sub5;I) wurde durch die Leitung 7 mit einer Fließgeschwindigkeit von 10 Ncc/Min. eingeleitet. Das nicht kondensierte Gas, ausgetreten an der Spitze des Kühlers 3, wurde durch die Leitung 13 in eine Alkali-Reinigungskolonne (nicht gezeigt) geleitet, um das Gas mit einer wässerigen Lösung, enthaltend eine Mischung von Kaliumhydroxid und Kaliumsulfit, zu waschen. Nach Waschen und Trocknen wurde das Gas gaschromatographisch analysiert und als Resultat wurde gefunden, dass die Umsetzung von Pentafluorethyliodid 100% und die Selektivität für Hexafluorethan 98,9% war.

Beispiel 6

Ein Weithalsflasche, hergestellt aus einem Fluorharz Harz (PFA) mit einem inneren Fassunsvermögen von 750 ml, wurde als Reaktionsgefäß 1 verwendet. Das Gefäß war mit einem Stopfen aus Fluorgummi versehen und in dem Stopfen wurden Löcher angebracht, so dass eine Kolonnenzone angeschlossen war. Als Kolonnenzone 2 wurde ein PFA-Rohr (mit einem Außendurchmesser von 1 Inch und einer Länge von 270 mm) verwendet, wobei das Rohr mit PFA-Rohren gefüllt war, von denen jedes auf eine Größe von einem Außendurchmesser von ¹/&sub4; Inch und auf eine Länge von etwa 7 mm zugeschnitten war. Ein ummanteltes PFA-Rohr (mit einem Außendurchmesser von 1 Inch und einer Länge von 300 mm) wurde als Kühler 3 verwendet und es wurde gekühlt, indem ein Kühlmedium mit einer Temperatur von - 20ºC durchfließen gelassen wurde. Als Verbindungsleitung 11 zwischen dem Kühler 3 und der Kolonnenzone 2 wurde eine Rohrverbindung aus SUS verwendet. Eine PFA-Flasche mit einer Kapazität von 500 ml wurde als Aufanggefäß 4 verwendet, welches mit der Leitung 11 über ein Ventil 12 verbunden war. Die Leitung 7 zum Einbringen von Ferfluoralkyliodid als Ausgangsmaterial war mit der Leitung 11 verbunden.
300 g Perfluorhexan wurden in das Reaktionsgefäß 1 eingebracht und mittels eines Wasserbads erhitzt, um einen vollständigen Rückflußzustand zu erreichen. Die Temperatur innerhalb der Kolonnenzone und innerhalb des Reaktionsgefäßes 1 wurde auf 57ºC erhöht. Dann wurde C&sub6;F&sub1;&sub3;I in den obersten Teil der Kolonnenzone 2 durch die Leitung 7 mit einer Geschwindigkeit von 89 mg/Min. eingetragen. Gleichzeitig wurde gasförmiges Fluor, auf eine Konzentration von 20 Gew.-% mit Stickstoff verdünnt, in das Reaktionsgefäß durch die Leitung 9 mit einer Geschwindigkeit von 100 Ncc/Min. eingeleitet.
Während der Reaktion wurde das durch die Reaktionswärme verdampfte Perfluorhexan innerhalb der Kolonne des Kühlers 3 abkühlen/kondensieren und innerhalb der Kolonnenzone herabfließen gelassen. C&sub6;F&sub1;&sub4; wurde in einer Menge, die der eingetragenen Menge von C&sub6;F&sub1;&sub3;I entspricht, in dem Auffanggefaß 4 durch die Leitung 11 gewonnen. Das nicht kondensierte Gas, ausgetreten an der Spitze des Kühlers 3, wurde von der Leitung 13 extrahiert (in diesem Beispiel war die Leitung, die als Leitung 10 verwendet wurde, gemeinsam mit der Leitung 11). Das so extrahierte nicht kondensierte Gas wurde durch eine Mischung von einem Alkali und einem Reduktionsmittel geleitet, um durch Absorption das nicht reagierte gasförmige Fluor, das von dem gasförmigen Stickstoff mitgerissen wurde, zu eliminieren.
Die Reaktion wurde bei Atmosphärendruck ausgeführt. Während der Reaktion war die Flüssigkeit in dem Reaktionsgefäß in siedendem Zustand und ihre Temperatur lag bei einer konstanten Temperatur von 57ºC. Die Reaktion wurde 11 Stunden lang ausgeführt.
Der Rückstand in dem Reaktionsgefäß 1 trennte sich in zwei Schichten von IF&sub5; und von C&sub6;F&sub1;&sub4;. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes 1 und der des Auffanggefäßes 4 wurde gaschromatographisch analysiert und als Resultat wurde gefunden, dass die Umsetzung von C&sub6;F&sub1;&sub3;I 96% betrug und die Selektivität für C&sub6;F&sub1;&sub4; 95% war.
Gemäß der gaschromatographischen Analyse wurd kein Zersetzungsprodukt gefunden.

Beispiel 7

Die gleiche Reaktionsausrüstung wie im Beispiel 6 wurde verwendet, um eine Reaktion durchzuführen. 100 g von Perfluorhexan wurden in das Reaktionsgefäß 1 eingetragen und unter Rückfluß erhitzt. Dann wurde C&sub6;F&sub1;&sub3;I als Ausgangsmaterial von der Spitze der Kolonnenzone durch die Leitung 7 mit einer Geschwindigkeit von 92 mg/Min. zugeführt. Gleichzeitig wurde gasförmiges Fluor, auf eine Konzentration von 20 Gew.-% mit gasförmigem Perfluorhexan verdünnt, in das Reaktionsgefäß durch die Leitung 9 mit einer Geschwindigkeit von 100 Ncc/Min. eingeleitet.
Wie im Beispiel 6 wurde die Reaktion über 10 Stunden bei 57ºC ausgeführt. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes 1 und der des Auffanggefäßes 4 wurde gaschromatographisch analysiert und als Resultat wurde gefunden, dass die Umsetzung von C&sub6;F&sub1;&sub3;I 97% betrug und die Selektivität für C&sub6;F&sub1;&sub4; 95% war.

Beispiel 8

Die gleiche Reaktionsausrüstung wie im Beispiel 6 wurde verwendet, um eine Reaktion durchzuführen. 400 g von Octafluorcyclobutan wurden in das Reaktionsgefäß 1 eingetragen und unter Rückfluß erhitzt. Dann wurde C&sub6;F&sub1;&sub3;I als Ausgangsmaterial von der Spitze der Kolonnenzone durch die Leitung 7 mit einer Geschwindigkeit von 45 mg/Min. zugeführt. Gleichzeitig wurde gasförmiges Fluor, auf eine Konzentration von 10 Gew.-% mit Stickstoff verdünnt, in das Reaktionsgefäß durch die Leitung 9 mit einer Geschwindigkeit von 100 Ncc/Min, eingeleitet.
Während der Reaktion wurde durch die Reaktionswärme verdampftes Octafluorcyclobutan durch den Kühler 3 gekühlt/kondensiert. Das gesamte Kondensat wurde durch die Leitung 11 in die Kolonnenzone 2 zurückgeführt (in diesem Beispiel war die Leitung 10 gemeinsam mit der Leitung 11, und das Auffanggefäß 4 wurde nicht verwendet). Das nicht kondensierte Gas, das von der Spitze des Kühlers 3 austrat, wurde von der Leitung 13 extrahiert. Das nicht kondensierte Gas wurde mittels absorbierender Abtrennung wiedergewonnen.
Die Reaktion wurde bei Atmosphärendruck durchgeführt. Während der Reaktion befand sich die Flüssigkeit innerhalb des Reaktionsgefäßes im siedenden Zustand und sie wurde bei einer konstanten Temperatur von -5ºC gehalten. Die Reaktion wurde über 5 Stunden ausgeführt.
Der Rückstand in dem Reaktionsgefäß 1 trennte sich in zwei Schichten von Octafluorcyclobutan, enthaltend darin gelöstes C&sub6;F&sub1;&sub4;, und IF&sub5;. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes 1 und der des Auffanggefäßes 4 wurde gaschromatographisch analysiert und als Resultat wurde gefunden, dass die Umsetzung von C&sub6;F&sub1;&sub3;I 94% betrug und die Selektivität für C&sub6;F&sub1;&sub4; 95% war.
Gemäß der gaschromatographischen Analyse des nicht kondensierten Gases wurden keine Zersetzungsprodukte gefunden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Perfluoralkans entsprechend der allgemeinen Formel Rf-F (worin Rf- eine Perfluoralkylgruppe ist, dargestellt durch F(CF&sub2;)n-, und n eine ganze Zahl von 2 bis 10 iat); worin eine Reaktion:

Rf-I + 3F&sub2; → Rf-F + IF&sub5; (1)

in Gegenwart von mindestens einer Flüssigkeit, ausgewählt aus einer Perfluorverbindung, einer Chlorfluorverbindung und aus Fluorwasserstoff, welche Flüssigkeit im wesentlichen inert gegen das Perfluoralkyliodid und gasförmiges Fluor ist und mindestens teilweise durch die von der Reaktion erzeugten Wärme abgedampft wird, ausgeführt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die abgedampfte Verbindung durch Kühlen kondensiert wird und mindestens ein Teil des erhaltenen Kondensats durch die Wärme der nachfolgenden Reaktion abgedampft wird.

3. Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 1 und 2, worin n in der Formel F(CF&sub2;)n- 2 ist und Perfluorcyclobutan und/oder Fluorwasserstoff als Flüssigkeit verwendet wird, oder alternativ n in der Formel F(CF&sub2;)n- 6 ist und Perfluorhexan und/oder Fluorwasserstoff als Flüssigkeit verwendet wird.

4. Verfahren zur Herstellung von IF&sub5;, dadurch gekennzeichnet, dass IF&sub5; gleichzeitig in dem Verfahren gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt wird.