专利名称：1，1-二氯-1-氟乙烷的制备方法
技术领域：
本发明是关于制备1，1-二氯-1-氟乙烷的改进方法，该方法是在汽相下并有氟化铝催化剂存在下向1，1-二氯乙烯中加入氟化氢而进行的。
鉴于理论上认为某些含氯氟烃(CFC)具有消耗臭氧层的作用，人们越来越有兴趣研究用含氢氯氟烃(HCFC)来代替怀疑有不良作用的CFC。
上述HCFC化合物之一是1，1-二氯-1-氟乙烷(CH3CCl2F，HCFC-141b，在大气压下的沸点约32℃)。它可以用作清洗电路板的溶剂，制备泡沫塑料时的发泡剂以及气溶胶推进剂等。预计这种化合物对最外层臭氧层的不良作用很小或没有不良作用。
1，1-二氯-1-氟乙烷是可用许多已知方法制备的已知化合物。一种方法是在囟交换催化剂存在下，令氟化氢与1，1，1-三氯乙烷进行囟交换反应。这种反应用反应式(Ⅰ)表示
尽管式(Ⅰ)所示的反应可非常快地进行，如果它应用于工业上，则有几点不足。一个缺点是生成一个分子1，1-二氯-1-氟乙烷，就产生一个分子氯化氢，这就必须要分离和除去所生成的氯化氢。另一个缺点是在囟素交换反应中，1，1，1-三氯乙烷的三氯甲基很容易反应，在正常反应条件下会使多重氟化反应几乎总是同时进行，这样，在有利于生成1，1-二氯-1-氟乙烷(CH3CCl2F)的反应条件下，则生成1-氯-1，1-二氟乙烷(CH3CClF2)和1，1，1-三氟乙烷(CH3CF3)，而损失了CH3CCl2F，同时相应地增加了氯化氢的生成。
另一种制备1，1-二氯-1-氟乙烷的反应是将氟化氢加入到1，1-二氯乙烯中，如反应式(Ⅱ)所示
只要能高产率的制得1，1-二氯-1-氟乙烷，并有效地耗用1，1-二氯乙烯，反应式(Ⅱ)所示的反应看来对于制备1，1-二氯-1-氟乙烷是理想的，应注意到在该反应中没有形成氯化氢。1，1-二氯乙烯的转化率必须很高，因为1，1-二氯-1-氟乙烷和二氯乙烯的沸点都在约32℃，用通常的方法如蒸馏法来分离两种化合物几乎是不可能的。
在Firth等人的美国专利3，755，477中公开了在蒸汽处理的三氧化二铬催化剂存在下，1，1-二氯乙烯与氟化氢的汽相反应。该文公开了，在70～80℃的反应温度下，45%的氟化产物是1，1-二氯-1-氟乙烷，而其余的是更高氟化度的产物，也就是1-氯-1，1-二氟乙烷和1，1，1-三氟乙烷。在90～100℃的反应温度下，没有发现1，1-二氯-1-氟乙烷生成。
在Pancksch等人的美国专利3，836，479中公开了高表面积氟化铝催化剂的制备方法，该方法为氧化硼与氧化铝掺和，成型该混合物，然后用氟化氢处理该成型催化剂。这样制得的催化剂据说在催化氟化氢与双键或三键化合物的加成反应中是有高活性的。Pancksch等人在第五栏35～51行中指出，所要求保护的催化剂在氟化氢与烯烃的加成中具有特别的活性，这些烯烃含有一个或多个氟原子如氟乙烯、1，1-二氟乙烯或四氟乙烯，不必任何外热反应就可开始，在40～100℃下，可使氢氟化合物100%地转化。但是，当烯烃中含有氯或溴例如三氯乙烯、1，1-二氯乙烯、三溴乙烯或1，1-二溴乙烯时，反应温度必须在150℃～500℃。此文的实例12～15还说明，当氟化氢与氟乙烯、二氟乙烯或四氟乙烯反应时，在55～60℃温度下，烯烃100%地转化，而氟化氢与氯乙烯加成，则需175℃，而且仅有28%的氯乙烯转化。
Stolkin等人在美国专利3，803，241中公开了一种氢氟化催化剂，该催化剂制备方法是用铬盐溶液浸渍经真空干燥的氧化铝，然后在低于250℃的温度下用氟化氢蒸汽活化。预反应在140℃～400℃温度下用过量氟化氢进行。在实例1中表明，在198℃温度下，在1，1-二氯乙烯和氟化氢的汽相反应中使用这种催化剂，可制得含98.8%(体积)1，1，1-三氟乙烷和仅0.2%(体积)1，1-二氯-1-氟乙烷的产物。
Schultz等人在美国专利3，904，701公开了一种氢氟化催化剂，该催化剂的制备如上述美国专利3，803，241，不同之处是在用氟化氢处理之前，氧化铝是用铋盐溶液浸渍。在实例1中，要求保护的催化剂用于氟化氢与1，1-二氯乙烯的汽相反应中，反应温度为198℃～210℃。所得产物组成为99.7%(体积)CH3CF3，0.2%(体积)CH3CF2Cl和0.1%(体积)CH2＝CCl2。没有提到有1，1-二氯-1-氟乙烷存在。
Fiske等人在美国专4，147，733中公开了在氟化金属催化剂存在下，于250-415℃，氟化氢水溶液与1，1-二氯乙烯的汽相反应，该催化剂是氟化铝、氟化铬和氟化镍的混合物，其中1，1-二氯乙烯转化成氟化产物的转化率非常低，在250℃下为2%，在415℃下为13.5%。没有提到1，1-二氯-1-氟乙烷是生成的产物之一。
本发明的一个目的是提供制备1，1-二氯-1-氟乙烷的改进方法。本发明的另一个目的是提供将氟化氢加到1，1-二氯乙烯中制得1，1-二氯-1-氟乙烷的方法，可制得高产率和高纯度的1，1-二氯-1-氟乙烷。
本文开公了制备1，1-二氯-1-氟乙烷的方法，该方法包括;
在温度至多约120℃及氟化铝催化剂存在下，将1，1-二氯乙烯和无水氟化氢混合物在汽相接触，形成反应物流，然后从反应物流中分离出1，1-二氯-1-氟乙烷。
本发明方法可得到高产率的1，1-二氯-1-氟乙烷，同时可以降低多氟化产物、高沸点化合物和焦油的生成量。
本发明方法所用的催化剂是氟化铝催化剂。氟化铝催化剂是指可用于氟化氢与不饱和化合物的加成或囟代烃与氟化氢的囟交换反应的氟化铝。该催化剂的制备是将任何可转化成氟化铝的含铝化合物与可汽化的含氟化合物如HF、SF4、CCl3F、CCl2F2、CHF3或CCl2FCClF2接触而进行的。可汽化的含氟化合物是指该种化合物当通过铝化合物时，可使铝化合物基本上转化为氟化铝。
例如，本发明催化剂的制备是用氟化氢处理氯化铝、溴化铝或氧化铝，直到氯化铝、溴化铝或氧化铝基本上转化为氟化铝。在这种处理中，认为转化反应通常是不完全的，也就是说当由氯化铝或溴化铝或者氧化铝制成氟化铝时，有一些氯化物或溴化物遗留，存在一些氟氧化物或羟基氟化物。一般用来制备氟化铝催化剂的方法是用氟化氢处理氯化铝、溴化铝或氧化铝，开始时用干燥的惰性气体如氮气稀释氟化氢，然后增加氟化氢的含量，直至使用100%氟化氢。处理温度升至不超过约500℃，以利于转化率。通常氯化铝或溴化铝可非常容易地转化为氟化铝，而不必这样高的温度，氯化铝是不希望这样高温的，因为它易于升华。氟化铝催化剂也可包括小量的其它金属氟化物掺入其中，如镍、铬、钴等的氟化物。这种含有其它金属氟化物的氟化铝通常制备如下用适当的金属盐溶液浸渍氧化铝，然后干燥，如上所述用氟化氢处理。说明书和权利要求书中所用的术语“氟化铝催化剂”包括通常的氟化物、氯氟化物、溴氟化物、氟氧化物、羟基氟化物，以及含有少量其它金属氟化物的氟化铝。
1，1-二氯乙烯和氟化氢的汽相反应是在约45～120℃，较好的是约50～100℃，最好的是约55～95℃下进行的。温度低于45℃时，反应可以进行，但是认为反应速率太低不能工业化实施。温度高于约120℃，多氟化产物即CH3CClF2和CH3CF3的生成增加。在较好的温度范围内，即可以使1，1-二氯乙烯转化，又可以提高1，1-二氯-1-氟乙烷的产率和纯度。
与催化剂接触的时间可在很大范围内变化，一般约为0.5～60秒，最好约为1～30秒。
在反应混合物中，相对于1，1-二氯乙烯的氟化氢用量至少应是按化学计量的，即每摩尔1，1-二氯乙烯1摩尔氟化氢。但是，为了提高1，1-二氯乙烯的转化率，可以使用相对于1，1-二氯乙烯的高比例氟化氢，即约1.5～10，最好约为4～8。一般来讲，反应温度越高，氟化氢相对于1，1-二氯乙烯的比例应越低，以减少多氟化产物的生成。在较好的温度范围55℃～95℃，氟化氢与1，1-二氯乙烯的较好比例约为4～8。在本方法所用的氟化氢是市售的无水氟化氢。
在实施本发明的方法时，氟化铝催化剂可以预先制成，或最好通过处理上述氯化铝、溴化铝或氧化铝在适当的反应釜中原地生成。
1.1-二氯乙烯和氟化氢较好的是以汽相预混合，并在反应温度下通过或通入氟化铝催化剂。如果需要，1，1-二氯乙烯和氟化氢的混合物还可含有惰性气体，如氮气。
产物流主要含有1，1-二氯-1-氟乙烷、小量1-氯-1-二氟乙烷、未反应的1，1-二氯乙烯和过量的氟化氢，收集产物流，纯化，回收氟化氢用于循环，得到1，1-二氯-1-氟乙烷。氟化氢可用分馏法或冷却和相分离法从有机产物中分离出。
因为1，1-二氯乙烯与1，1-二氯-1-氟乙烷具有基本上相同的沸点，用蒸馏法不能分离开，但是因为本发明方法中在产物流中它是以非常小量的存在，所以可以用碱性高锰酸盐水溶液氧化来分离，或用溴来溴化以形成高沸点二溴衍生物来分离。
在本发明方法中，压力不是重要因素，低压、大气压或高压均可使用，但是为了方便，较好的是大气压或稍稍超过大气压，条件是反应物和产物仍是汽相。
实例1在一个直径为0.5英寸、长度为10英寸带有支撑网和冷却水夹套不锈钢管中，加入33克5～15目颗粒形式的无水氯化铝。然后将该管垂直固定，通过夹套循环约6℃的水。将混有氮气的无水氟化氢气体通入氯化铝床，直到用硝酸银溶液测定排出的气流没有氯化氢生成。
然后将这样制得的氟化铝催化剂用在夹套中约55℃的循环水加热。将用约2.5%(摩尔)氮气稀释的氟化氢和1，1-二氯乙烯的气体混合物通过氟化铝床12小时，在此期间加入455克(4.69摩尔)1，1-二氯乙烯。氟化氢与1，1-二氯乙烯的摩尔比平均为7.6/1。该混合物与氟化铝的接触时间平均为0.75秒。排出的气体用20.7%盐酸水溶液在-60℃下清洗，以除去过量的氟化氢，并冷凝有机产物。在12小时反应期间定时对有机产物进行气体色谱分析，分析表明91.9%～95.6%是所需的1，1-二氯-1-氟乙烷，约0.02%是1-氯-1，1-二氟乙烷和4.3%～8.1%为未反应的1，1-二氯乙烯。可通过在有机产物中加入少量过量的溴(由颜色来确定)，使得1，1-二氯乙烯转化为二溴化物，来纯化所需的1，1-二氯-1-氟乙烷。然后用硫酸钠水溶液再用水洗涤，干燥并最后蒸馏。
将上述反应后剩留下的氟化铝催化剂用氮气清洗掉酸和产物，以得到白色颗粒固体;没有焦油生成。所用催化剂的分析表明61.4%氟化物，X-射线莹光分析表明只有痕量的氯化物。
实例2在一个内径为3英寸、长为5英尺的带有气体送入系统和外加热器的“Inconel”反应器中，加入约10磅1/16″×1/4-3/8″挤出物状的氧化铝。该氧化铝床用干燥氮气清洗同时加热至100℃。将气体原料换为约3pph干燥空气和0.1pph无水HF的混合物。HF的通入造成温度升至至多200℃，以通过该床。将温度保持住，再加入空气/HF混合气使床温升至300℃阶段，然后到达400℃。其后将该气体原料换为干燥氮气稀释的HF。送入的氮气逐渐减少，直至变为纯HF，床温为400～500℃。整个反应过程需几天。
将含有氟化铝催化剂的反应器与压力调节器相连，然后接上碱洗设备。用调节器将反应器压力调为约45psig，床温降低至74℃。将5.2磅(118摩尔)/小时的HF和6.1磅(28.5摩尔)/小时的1，1-二氯乙烯的混合气体送入到催化床上。HF/1，1-二氯乙烯的摩尔比为4.13。该床温度升高，在74～86℃之间。在此体系排出的粗产物流用5%氢氧化钾溶液洗涤以除去酸。分离出的有机产物含有99.8%1，1-二氯-1-氟乙烷、0.1%1-氯-1，1-二氟乙烷和0.1%未反应的1，1-二氯乙烯。此混合物以约6.6pph速度收集，相当于1，1-二氯-1-氟乙烷的产率为89.6%。
权利要求
1.一种制备1，1-二氯-1-氟乙烷的方法，该方法包括将1，1-二氯乙烯和无水氟化氢于汽相在反应温度至多约120℃下与氟化铝催化剂接触，得到一产物流，然后从产物流回收1，1-二氯-1-氟乙烷。
2.按照权利要求1的方法，其中所述1，1-二氯乙烯和氟化氢是每摩尔1，1-二氯乙烯约1～10摩尔氟化氢的混合物。
3.按照权利要求2的方法，其中所述温度约为50～100℃。
4.按照权利要求2的方法，其中所述1，1-二氯乙烯和氟化氢的混合物是每摩尔1，1-二氯乙烯约4～8摩尔氟化氢的混合物，所述温度是约50℃～100℃。
5.按照权利要求1的方法，其中所述氟化铝催化剂是用可汽化含氟化合物处理无水氯化铝或溴化铝而制得的氟化铝。
6.按照权利要求5的方法，其中所述1，1-二氯乙烯和氟化氢的混合物是每摩尔1，1-二氯乙烯约4～8摩尔氟化氢的混合物，所述温度是约55℃～95℃。
7.按照权利要求1的方法，其中所述氟化铝催化剂是用可汽化含氟化合物处理氧化铝而制得的氟化铝。
8.按照权利要求7的方法，其中所述1，1-二氯乙烯和氟化氢的混合物是每摩尔1，1-二氯乙烯约4～8摩尔氟化氢的混合物，所述温度是约55～95℃。
9.按照权利要求1的方法，其中所述氟化铝催化剂是用可汽化含氟化合物处理用镍，铬或钴的至少一种化合物浸渍过的氧化铝而制得的氟化铝。
10.按照权利要求9的方法，其中所述1，1-二氯乙烯和氟化氢的混合物是每摩尔1，1-二氯乙烯约4～8摩尔氟化氢的混合物，所述温度约55～95℃。
全文摘要
一种制备1，1-二氯-1-氟乙烷的改进方法，该方法是在氟化铝催化剂存在下，将氟化氢与1，1-二氯乙烷汽相加成。
文档编号C07C17/087GK1040021SQ89105490
公开日1990年2月28日 申请日期1989年7月29日 优先权日1988年7月29日
发明者威廉·亨利·冈普雷特 申请人:纳幕尔杜邦公司