HUT61514A

HUT61514A - Synthesis of perfluoroalkyl bromides by photobromination of the corresponding iodide

Info

Publication number: HUT61514A
Application number: HU9202065A
Authority: HU
Inventors: Andre Braun; Gilles Drivon; Jacques Kervennal
Original assignee: Atochem Elf Sa
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1993-01-28
Also published as: EP0519808A1; DK0519808T3; CA2071684A1; KR930000440A; FI922860A0; AU650141B2; EP0519808B1; IE65876B1; NO176960B; JPH05186375A; FI922860A; JPH0788327B2; AU1832992A; FR2677979A1; NO176960C; IL101979A; KR950006792B1; IE921928A1; NO922424L; CN1068102A

Description

A találmány tárgya eljárás RpBr általános képletű bromidok előállítására - a képletben Rp jelentése lineáris vagy elágazó láncú 2-14 szénatomos perfluor-alkil-csoport. A találmány tárgya közelebbről n-perfluor-oktil-bromid (CgFp7Br, a továbbiakban PFOB jelöléssel rövidítjük) előállítása.

Ismeretes, hogy az RpBr általános képletű vegyületek, különösen a PFOB igen jelentős tulajdonságokkal bírnak a gyógyászat területén kontrasztanyagokként (a radiológiában) vagy oxigénhordozókként (mesterséges vér). Jövőbeli fejlesztésük ezeken a felhasználási területeken tűnik jelentősnek. Ezért szükséges annak lehetővé tétele, hogy ezeket a vegyületeket ipari méretekben, gazdaságos eljárással, igen nagy tisztasággal állíthassuk elő.

Az RpBr általános képletű vegyületek előállítására szolgáló ismert eljárások közül elsőként említhetjük a következőket:

- bróm reagáltatását egy RpSFs általános képletű vegyülettel 500 °C hőmérsékleten nikkel jelenlétében (lásd a

456 024 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban); és

- az RpH általános képletű vegyület gázfázisú fotolízisét Br-Cl-dal vagy Br-F-dal [J.L. Adcock és mtsai., CA. 100, 34092 e] vagy Br₂-val (lásd az 1 512 068 számú francia szabadalmi leírásban). .

A kapott alacsony hozam és/vagy az olyan fluorozott származékok alkalmazása, amelyek ipari méretekben nem hozzáférhetőek, nem teszik lehetővé az RpBr általános képletű vegyü• ·

- 3 letek gazdaságos ipari léptékű előállítását.

A 0 298 870 számú európai szabadalmi leírásban és a

403 118.4 számú európai szabadalmi bejelentésben az RpBr vegyületek előállítására a megfelelő, RpSO₂Cl általános képletű perfluor-alkánszulfonil-kloridokból indulnak ki, amelyeket vagy gázállapotú hidrogén-bromiddal reagáltatnak katalizátor jelenlétében (lásd a 0 298 870 számú európai szabadalmi leírásban) vagy kvaterner ammónium- vagy foszfónium-bromiddal reagáltatnak (lásd a 90 403 118.4 számú európai szabadalmi leírásán) . A kapott hozam általában magas, de a kiindulási anyagul alkalmazott R_FSO₂C1 általános képletű szulfoklorid már igen komplex, mivel szintézise a megfelelő RpJ általános képletű jodidból kétlépéses reakcióban hajtható végre az alábbi egyenlet szerint:

Zn 2C1₂

RpJ + 2 S0₂-------> (RpSO₂)Zn-------> 2 RpSO₂Cl + ZnCl₂

Az RpBr általános képletű vegyületek legközvetlenebb előállítási módja nyilvánvalóan a megfelelő RpJ általános képletű jodidok gyökös brómozása, ezek a jodidok ipari mennyiségben hozzáférhető termékek.

Az International Journal of Chemical Kinetics, II. kötet, 273-285 (1975) szakirodalmi helyen E.N. Okafo és E. Whittle leírják a CF₃J termális brómozását egy fotokémiai reaktorban, amely brómozást 173 és 321 °C között hajtanak végre, a vizsgálat célja a C-J kötés disszociációs energiájának meghatározása.

A J. Chem. Soc. 1953, 3761-8 szakirodalmi helyen R.N.

Haszeldine fotokémiai eljárást ír le az RpJ vegyületek brómmal való reagáltatására lezárt csőben 10 % brómfelesleggel, a reagáltatást 7 napon át végzi UV fénnyel való besugárzás mellett. A reakció hőmérsékletét és a termék tisztaságát nem adja meg, mindössze annyit jelöl meg, hogy a hozam > 90 % a perfluorozott Rp lánc hosszától függően.

A 86-184033 számú japán közzétételi irat (Kokai) példái szerint, amelyben RpJ vegyületek Br₂-vel való reagáltatását írják le kémiai gyökös iniciátor jelenlétében, a megjelölt hozam nem haladja meg a 42 %-ot.

Ezen eljárásokkal nyert alacsony hozam és/vagy lassú kinetika, valamint az RpJ még nem teljes transzformációja nem teszi előreláthatóvá ezen eljárások ipari kihasználásának lehetőségét. Valójában, figyelembe véve a célul kitűzött felhasználási területet (gyógyászati terület) az RpBr vegyületeknek, különösen a PFOB-nek igen tisztának kell lennie, különösen igen alacsonynak kell lennie az RpJ általános képletű jodidok mennyiségének, amelyek az idő során instabilak, és egy rózsaszín színeződés fejlődik ki, amelyet desztillálással nehéz eltávolítani, ezen szennyeződések forráspontja közel áll a megfelelő bromidéhoz.

Ezen kívül felismertük, hogy ha egy RpJ általános képletű vegyület fotobrómozását szokásos eljárásokkal végezzük, azaz az RpJ általános képletű vegyületet és Br₂ felesleget egy 300 és 650 nm közötti hullámhosszúságú fényt emittáló lámpával felszerelt fotokémiai reaktorba visszük be, az RpJ igen gyors kinetikával alakul RpBr-dá a kezdeti időszakban, majd a reakció sebessége igen gyorsan csökken, és átlagosan 20 % átalakulási mérték alatt leáll.

Arra a felismerésre jutottunk, hogy az RpJ általános képletű perfluor-alkil-jodid RpBr általános képletű vegyületté való, lényegében kvantitatív átalakulása lehetséges fotokémiai brómozással akkor, ha a fotobrómozást hígított közegben végezzük, az RyJ általános képletű vegyület oldószereként vagy magát az RpBr általános képletű vegyületet, vagy egy inért oldószert, például szén-tetrakloridot vagy trifluor-triklór-etánt alkalmazunk.

A találmány tárgya a fentieknek megfelelően az RpBr általános képletű perfluor-alkil-bromidok előállítása a megfelelő RpJ általános képletű jodidok fotokémiai brómozásával oly módon, hogy az RpJ általános képletű vegyületet oldószerben tesszük ki fotobrómozásnak, az RpJ koncentrációja az oldatban legfeljebb 0,5 mól/liter.

Az RpJ vegyület oldhatósága az oldószerben (előnyösen az RpBr-ban) lényegesen magasabb, mint 0,5 mól/liter, de a kísérletek azt mutatták, hogy a fotobrómozásnak kitett oldat koncentrációjának ezt az értéket nem szabad meghaladnia, ha az RpJ általános képletű jodid gyakorlatilag teljes átalakítását kívánjuk elérni. A reakció kinetikája szempontjából még előnyösebb, ha az RpJ vegyületet 0,35 mól/liter alatti, még előnyösebb, ha 0,2 mól/liter alatti koncentrációban alkalmazzuk.

A kiindulási oldatot egyszerűen előállíthatjuk az RpJ vegyület és az oldószer elegyítésével, de az is lehetséges, hogy az RpJ általános képletű jodid gondos termális brómozásával kapott terméket - ahol ez lehetséges - alkalmazzuk, és ennek adagolásával állítjuk be az RpJ koncentrációt a kívánt értékre.

A fotobrómozás végrehajtható szakaszosan vagy folyamatosan, megvalósítható bármely fotokémiai reaktorban, például egy merüléses vagy egy esőfilmes (falling film) fotoreaktorban, amely kvarccal vagy pirex-szel bevont lámpával van ellátva, és amely 300 és 650 nm közötti hullámhosszat kibocsátó lámpával van felszerelve.

A brómot előnyösen fokozatosan vezetjük be, hogy tökéletesen elnyelje a fényt. A bróm teljes felhasználandó mennyisége legalább 1 mól a kezdeti oldatban jelenlévő RpJ vegyület 1 móljára számítva, de előnyösen 10 - 100 %, különösen előnyösen mintegy 25 % brómfelesleget alkalmazunk.

A találmány szerinti fotobrómozást 10 °C és az oldószer forráspontja közötti hőmérsékleten valósíthatjuk meg, előnyösen a reagáltatást 15 és 50 °C közötti hőmérsékleten végezzük. A műveletet előnyösen légköri nyomáson hajtjuk végre, de megvalósítható enyhe túlnyomás vagy vákuum esetén is.

A találmány szerinti eljárás alkalmazható mind speciális RpBr vegyületek, például C^FijBr, CgF^Br, CjQF2iBr előállítására, valamint különböző RpBr vegyületek keverékének előállítására, a megfelelő RpJ vegyületek keverékéből.

A következőkben a találmányt példákban mutatjuk be, a példák nem korlátozó jellegűek. Annak érdekében, hogy a reakció időbeli lefutását nyomon kövessük, mintákat veszünk, és redukálást, és a szabad jód és bróm eltávolítását követően a mintákat gázfázisú kromatografálással (hővezetési detektor alkalmazásával) analizáljuk. Az RpJ vegyület teljes átalaku7 lásának mértékét (DTq) az alábbi képlet alapján számítjuk ki:

kezdeti RpJ - maradék RpJ

DTq = 100 x ---------------------------kezdeti RpJ

Mivel a berendezés kimutatási határa mintegy 1000 ppm az RpJ vegyületre vonatkozóan, a DTq értéket 100 %-nak tekintjük, ha ezt a kimutatási határt elérjük.

1. Példa (Összehasonlító példa)

150 ml kapacitású immerziós (bemerüléses) fotokémiai reaktorba, amely egy Philips HPK 125 lámpával és mágneses keverővei van ellátva, 270 g, 140 ml, 99,5 % feletti tisztaságú perfluor-oktil-jodidot töltünk, majd ezt a vegyületet 30 ± 2 °C hőmérsékleten besugározzuk, miközben brómot vezetünk bele, a brómot cseppenként adagoljuk úgy, hogy a bróm abszorpciója teljes legyen.

órás besugárzás után 2 ml mintát veszünk, és azt nátrium-szulfit vizes oldatával kezeljük. GPC analízis szerint a minta PFOB (CQFpyBr) tartalma 12,5 tömeg %, amely 13,5 %-os DTq értéknek felel meg.

A reakcióelegy besugárzását további 15 órán át folytatjuk 55 °C hőmérsékleten. A nyers reakcióelegy GPC analízise ekkor

18,7 tömeg % PFOB tartalmat mutat, ami csak 20,1 %-os DTq értéknek felel meg.

2. Példa

Az 1. példában leírttal azonos berendezésbe 140 ml oldatot töltünk, amely oldat 10 g, 18,3 mmól perfluor-oktil-jodidot tartalmaz PFOB-ban (azaz a CgF^vJ moláris koncentrációja 0,13 mól/liter).

• ·

- 8 Ezt az oldatot 15-20 °C hőmérsékleten sugározzuk be, miközben brómot adunk hozzá cseppenként. 18 óra besugárzás után a CgFiyJ koncentrációja a nyers reakcióelegyben alacsonyabb, mint a kimutatási határ (0,1 %). A DTq érték így 100 %-osnak tekinthető.

3-5. Példák

A 2. példa szerint járunk el, azzal az eltéréssel, hogy változtatjuk az PFOB-ban oldott CgF^yJ mennyiségét, nevezetesen:

- a 3. példában 6 g,

- a 4. példában 25 g,

- az 5. példában (összehasonlító példa) 50 g mennyiséget alkalmazunk, az eldat térfogata minden esetben azonos marad (140 ml).

A 3. és 4. példákban 100 %-os DTq értéket érünk el mintegy 12 óra és 49 óra besugárzás után. Az 5. példában a DTq maximális értékét, 75 %-ot, 50 órás besugárzás után érünk el.

Az alábbi I. táblázatban összegezzük az 1-5. példákban nyert eredményeket.

A példa CgF^J a PFOBÍ^a)-ben	A besugárzás időtartama (óra)	Maradék ^c8^Fi7J (tömeq %)	DT₀ %
száma tömeg %	mól/liter
1. 100	3,54	39 (b)	81,3	20,1
(Össze-
hasonlító)
2. 3,7	0,13	18	< 0,1	100
3. 2,2	0,08	12	< 0,1	100
4. 9,25	0,33	33	0,2	98
		49	< 0,1	100
5. 18,5	0,66	33	5,6	70
Összeha-		50	4,7	75
hasonlító)
- (a) az 1. példában nincs PFOB
(b) 24 óra 30 ⁰	C-on, azután	15 Óra 55 °C-	on

6. Példa

A 2.példában leírtak szerint járunk el, de kiindulási anyagként olyan oldatot alkalmazunk, amelyet előzetesen CgF-^yJ termális brómozásával nyertünk. Ez a termék 12,45 tömeg % maradék CgF^yJ maradékot tartalmaz, amely 0,44 mól/liter moláris koncentrációnak felel meg.

órán át 15-20 °C hőmérsékleten végzett besugárzást • · követően a C3F17J tartalom már csak 6 %. 0,1 % alá ez az érték 60 órán át végzett besugárzással csökken (DTq = 100 %).

7. Példa

1600 ml kapacitású esőfilmes fotokémiai reaktorba, amely 720 W-os HANAU TQ 718 lámpával és egy külső recirkuláltató szivattyúval van felszerelve, 250 g, 0,46 mól CgF^J PFOB-ban készült 1400 ml oldatát töltjük be (azaz a moláris koncentráció 0,33 mól/liter).

Ezt az oldatot keringtetés mellett 15 - 20 °C hőmérsékleten besugározzuk, miközben cseppenként brómot vezetünk bele, a bróm össz-mennyisége a sztöchiometrikusan szükséges mennyiséghez képest 25 %-os feleslegben van.

órás besugárzást követően GPC analízist végzünk, amely szerint a CgFj^J maradék 5,5 tömeg %. 200 órás besugárzás után ez az érték már csak 0,28 % (DTq = 97 %) .

Összehasonlításul ismertetjük, hogy ha kiindulási anyagul 1400 ml tiszta CgFj^J-t alkalmazunk, a vizsgálatot 62 órás besugárzás után le kell állítani a J₂ és JBr kicsapódás miatt, amely megnehezíti a recirkuláltató szivattyú hatékony munkáját. Ekkor a GPC analízis 26 tömeg % PFOB-tartalmat mutat, (azaz DTq = 27,7 %).

8. Példa

Az 1. példában leírt berendezésbe 25 g, 56 mmól n-perfluor-hexil-jodid 140 ml n-perfluor-hexil-bromidos oldatát töltjük, majd ezt az oldatot mintegy 20 °C hőmérsékleten besugározzuk, miközen cseppenként brómot adunk hozzá.

órás besugárzás után a nyers reakcióelegy CgFigJ • ·

- 11 tartalma alacsonyabbá vált, mint a kimutatható 0,1 %-os limit (DT₀ = 100 %).

9. és 10. Példa

Az 1. példában leírt berendezésbe 15 g C3F17J szén-tetrakloridban készült 140 ml oldatát (9. példa) vagy 1,1,2-triklór-1,2,2-trifluor-etánban készült 140 ml oldatát (10. példa) visszük.

órás besugárzást végzünk mintegy 20 °C hőmérsékleten, miközben az oldathoz cseppenként brómot adunk. Eredményeinket a

II. táblázatban ismertetjük.

II. Táblázat

A példa száma	Oldószer	Maradék CgF^yJ (tömén %)	DT₀
9.	CCI4	< 0,1	100
10.	C2F3CI3	< 0,1	100

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás RpBr általános képletű bromid előállítására, ahol Rjp jelentése egyenes vagy elágazó láncú, 2-14 szénatomos perfluor-alkil-csoport, a megfelelő, RpJ általános képletű perfluor-alkil-jodid fotobrómozásával, azzal jellemezve, hogy az RpJ olyan oldatát tesszük ki fotobrómozásnak, amelyben az RpJ koncentrációja legfeljebb 0,5 mól/liter.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 0,35 mól/liter alatti, előnyösen 0,2 mól/liter vagy ennél kisebb koncentrációjú RpJ oldatot fotobrómozunk.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oldószerként magát az RpBr vegyületet alkalmazzuk.
4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az RpBr-ben készült kiindulási RpJ oldatot RpJ előzetes termális brómozásával kapott RpBr alkalmazásával készítjük.
5. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oldószerként szén-tetrakloridot vagy 1,1,2-triklór-1,2,2-trifluro-etánt alkalmazunk.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kiindulási oldatban jelenlévő 1 mól RpJ vegyületre számítva összesen 1,1-2 mól brómot alkalmazunk.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fotobrómozást légköri nyomáson, 15 és 50 °C közötti hőmérsékleten végezzük.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás n4 «

- 13 -perfluor-oktil-bromid előállítására, azzal jellemezve, hogy a megfelelő kiindulási anyagot alkalmazzuk.
9. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás n-perfluor-hexil-bromid előállítására, azzal jellemezve, hogy a megfelelő kiindulási anyagot alkalmazzuk.
10. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás perfluor-alkil-bromidok elegyének előállítására, azzal jellemezve, hogy a megfelelő kiindulási anyagot alkalmazzuk.