专利名称：全氟化碳的提纯方法和所纯化的全氟化碳的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含氢和/或含碳-碳双键杂质的全氟化碳或全氟化碳混合物的提纯方法。
用已知方法，例如通过电解氟化法或CoF3法，或者通过直接氟化法所制得的全氟化碳，随制备方法而定，含有不同量的部分氟化的物质，即分子中还含有氢和/或碳-碳多价键的化合物。这些副产物相对全氟化化合物而言，化学反应活性和毒性都高。对于大多数应用领域来说，尤其是在医学和微电子学领域，绝对有必要分离出这些化合物。
对此，迄今所记载的方法，都是利用这些杂质与亲核试剂，例如碱类、胺类和氧化剂的反应活性比全氟化碳高的性质而除去的。
因此，JP60-112724中推荐用一种高浓缩溶液进行处理。C.Fukaya等人(10th Int.Symp.Fluorine Chem.，Vancouver，Aug.，1-6，1982)披露了一种先使用二异丁胺和氢氧化钾处理，接着进行酸洗的缩合处理方法。按照US-4328376所述，为了提纯全氟化醚，使用氨或者伯胺或仲胺。
在上述方法中，待提纯的产物要在常压下回流煮沸数天。LeBlanc等人(Nouveau J.Chim，8(1984)251)叙述了一种用10%KOH水溶液振荡，并接着经活性碳和氧化铝过滤的提纯方法。Weeks(US3，696，156)还使用氢氧化钠，用Al2O3进行提纯。
Conte等人(Chimicaoggi 11(1988)61)记述了一种提纯全氟-N，N-二乙基环己胺的方法，该方法是借助二乙胺在120℃的高压釜中进行，然后用水洗涤反应产物，并接着在120℃和5个大气压下，用10%KOH醇溶液进行加压热处理。
不作为提纯方法，而作为化学裂解含氢氟化合物的方法，Huang等人(J.Fluorine Chem，45(1989)239)提出用CaO、NaOH和水的混合物进行的处理方法。根据Wallin等人的论文(Anesthesia and Analgesia 54(1975)758)，这种反应降低氟化醚作为麻醉剂的稳定性。
Meinert等人(Forschungsbericht，AdW，柏林，1986年)，为了分析检定可消除的HF并从而分析检定来源于含-CF2CHF基团化合物的氟离子，而利用六亚甲基二胺在120℃下与这些化合物的反应。后来，由Groβ等人(Mittbl.Chem.Ges.37(1990)1461)使此反应于壬烷存在下，在均相中进行。
按照Radeck等人的描述(DD-287478)，将待提纯的全氟化碳在350-500℃温度下，用高价金属氟化物处理0.5-6小时。
Meinert等人(1989 Intern，Chem，Congr.Pacific Basin Soc.，Honolulu，Nr，174;Schluβbericht BMFJ-Projekt“PFC-Emulsionen，1988;J.Fluorine Chem.51(1991)53)采用了一种加压提纯法，其中将粗产物在170-200℃用浓KOH、仲胺和CaO进行加压热处理。
一些文献也推荐用萃取法来提纯全氟化碳，例如US3，887，629中用碳氢化合物进行的液-液萃取法，或者US3，449，218中用含氧碳氢化合物如丙酮进行的共沸蒸馏全氟化碳法。可是由此所获的全氟化碳的纯度，对于生物和医药用途来说，还是不能满足要求，因此它们只能被看作是初步提纯。
本发明赖以为基础的目的是，提供一种消除全氟化碳或其他混合物中含氢和/或含双键化合物的简单高效方法。
按照本发明，此目的是这样实现的，即在Ca2+或Ba2+离子存在下，使待提纯的全氟化碳或者全氟化碳混合物，与亲核试剂，尤其是仲胺R2NH和/或醇化物离子及一种强碱，尤其是KOH或NaOH进行反应。借此得到高纯全氟化碳，这种全氟化碳完全没有可能仍被结合的氢原子或含氟链烯双键，并可以直接在医学、生物学和电子学领域中使用。
如此提纯的全氟化碳或全氟化碳混合物，是化学惰性的、生物相容的化合物，是气体或多数是液体，根据这些性质，它们可用于医学、生物学和微电子学。
待提纯的全氟化碳或全氟化碳混合物，其分子结构实质上是由碳骨架构成的物质或混合物，在该碳骨架中，一个或多个碳原子可由杂原子如氮和/或氧和/或硫和/或磷原子取代，并且在各碳原子和各杂原子之间仅存在单键，所有其他键均由氟原子饱和。
全氟化碳或全氟化碳混合物，可以由那些具有相应的CH骨架的起始化合物，尤其通过电化学氟化来制备，但也可通过其他氟化方法来制备。
由制备条件所定，这些产物含有作为杂质的一些化合物，这些化合物仍具有氢原子和/或碳-碳双键，并且这些化合物的基本结构与全氟化化合物相同。
本发明实现了一种提纯方法，该方法在效果和可行性方面都超过迄今为止的现有技术。
液态全氟化碳实际上不溶于水，而且在大多数有机溶剂中只极少量溶解。全氟化碳只是相互交融地溶解或在卤氟碳化合物中溶解。
如果按照现有技术，使待提纯全氟化碳同水介质中的强碱和胺进行反应，这种反应混合物就会是一种由三种彼此不可混合的相组成的体系全氟化碳/碱液/胺。尽管回流加热能使之更加彻底混合，并因而使各反应组分接触，但是这却要求煮沸数星期之久。在加压容器中进行反应时，可改善同彻底混合和反应时间相关的反应比率。
然而，没有含水强碱参与而使待提纯产物与胺反应，则在水介质中用强碱的条件下，不可能去除可消除的HF。另外，当只使用胺作为反应介质时，还会在中间加工时就附带产生过量的胺，从而加重环境负担。
经过多个反应步骤进行的提纯方法，其中首先用胺形成氟化链烯烃，然后将之分离出来并加以洗涤，接着使之在醇性溶液中与醇化物反应，费用是十分昂贵的，并且基本上不改善上述提纯效果。
借助氟活性化合物如高价金属氟化物、在400-500℃温度下进行再氟化的方法，是一种特别用于极不完全氟化化合物的再氟化方法。但是，在所述的温度下，原始产物已发生明显的键开裂和分解，无法进行高度提纯。
本发明的提纯方法，具有如下特点，即通过使用一种有效的表面活性剂使彼此不相混合或几乎不相混合的各相至少部分甚而充分均匀一致，使所有反应步骤在均相中进行。此时，在强碱液中发生使仍被结合的氢变成HF形式而被消除的作用。由此形成的氟离子，借助于同时使用的CaO或Ca(OH)2，变成难溶性CaF2而从反应平衡中排除出来。尔后，由醇化物(RO-)对氟链烯双键进行亲核加成，又在再次消除HF后最终由仲胺取而代之，对氟链烯双键进行亲核加成，上述醇化物(RO-)主要由所用的一元醇ROH(其中R＝CH3、C2H5、C3H7和(CH3)2CH等)在强碱介质中形成。优选的是，所有反应物都可在均相中完全反应，其中根据在总反应过程中参与的离子种类，使水介质即不同的介质一起参与反应。
也可以用BaO或Ba(OH)2代替CaO，因为此时也形成难溶性BaF2，并且在随后处理过程中用稀(verd)硫酸处理时，所有Ba2+离子均以BaSO4形式被定量沉淀出来。
下列各反应式可说明这些反应
所使用的表面活性剂，可以是离子型或非离子型表面活性剂。表面活性剂对碱液和胺以及在为进行反应所推荐的温度下要稳定，而且对全氟化碳具有乳化物质。所用表面活性剂浓度不高于1%(重量/体积)，优选是在约0.05-0.5%(重量/体积)之间。
加压热处理时，取决于所用的产物，优选在150-200℃的较高温度，采用5-20巴的压力进行。这样，在优选在表面活性剂存在下，特别促进均相的形成。
但是，由于表面活性剂的作用，在常压下多次回流煮沸反应混合物时，就能实现对反应进程有促进作用的，部分甚而完全的均化作用。由于全氟化碳在水中的难溶性，表面活性剂应当满足制备全氟化碳乳化液所需的要求(其中参见EP0231091;US3，828，085;US4，917，930;CH665952;DE-2224182C2;DE255408C2;DE3326901C2;US4，325，972;US3，962，439;EP0261802;EP0282948;EP0282949，US3，778，381;US4，865，836;WO89/10118)，前提是，表面活性剂在所推荐的工艺条件下要稳定。
特别适用于均化的表面活性剂，是选自在强碱性介质中稳定的RFCOOH或RFSO3H或者其阴离子RFCOO-或RFSO-3(RF＝CF3(CF2)n，n＝3-10)类的氟表面活性剂。
表面活性剂的浓度最多为1.0%(重量)，较好是0.05-0.5%(重量)。
在进行提纯工艺之后，这些相自动离解。此时，它们复原成带有微溶量胺(＜1%)的PFC相，此相最重，它上面是含有被溶解醇化物/醇和表面活性剂的含水碱液相，再上面是胺相。
在分离出主要是碱土金属氟化合物的固体产物之后，通过过滤(例如借助分液漏斗)分离出液相。将全氟化碳液体用2N酸(如硫酸或盐酸)、1N NaCO3溶液和蒸馏水多次振荡洗涤，然后用一种有效干燥剂(如无水Na2SO4)进行干燥，最后在一种分馏塔中进行分馏。
根据IR、1H-NMR、GC/MS频谱学分析，如此处理过的全氟化碳中不存在含氢化合物和氟化链烯化物。与粗产物相反，根据对HeLa或Molt4或HEP2细胞培养基的试验，这种纯化的全氟化碳为100%全氟化化合物，对细胞生长没有阻碍。增殖速度通过DNS合成和蛋白质形成来测定。
因此，本发明高度纯化的全氟化碳，可直接用于医学和生物学目的，以及直接用于微电子学。
实施例1将通常按CoF3法制得的100ml全氟萘烷粗产物与80ml二异丁胺、80ml乙醇、80ml8NKOH、5gCaO和0.5g全氟辛酸，在150-170℃和以800转/分速度搅拌下加压热处理72小时。
然后，过滤反应后的产物，在分液漏斗中分离出滤液的下部相。将此相分别用1000ml2N盐酸、1000mlNaHCO3溶液和1000ml蒸馏水洗涤两次。
接着，用无水硫酸钠脱水，过滤，然后在一个缝隙管式塔(Spaltrohrkolonne)[约100个理论塔板，回流比为10∶1(10秒回流，1秒出料)]中于141-142℃进行分馏。
用FJ-IR、1H-NMR、GC/MS频谱学分析可证实，在提纯的全氟萘烷中没有含氢的化合物或带有双键的化合物。
与粗产物相比并与之相反，这种提纯的全氟萘烷对在HeLa或Molt4或HEP2细胞中的DNS合成和蛋白质合成，对增殖没有阻碍。
氟碳化合物与六亚甲基二胺在壬烷中于120℃按上面所示总反应方程式反应时，对可离子化氟化物的测定，适于作氟碳化合物中残余CH键的定量测定方法。因此，经此提纯工艺之后，可证实不再有氟化物离子(氟化物离子浓度的检定极限是≤10-5mol·1-1)。
实施例2将通过按照CoF3法或经直接氟化制得的2500ml全氟辛烷粗产物与100ml二异丁胺、100ml异丙醇、200ml 5N KOH、15g BaO和1g全氟辛烷磺酰氟，在150-170℃和约10巴下，边搅拌(约500转/分)边进行加压热处理72小时。
然后，过滤反应后的产物，并在分液漏斗中分离出滤液的下部相。将该相每次用400ml 2N硫酸、400ml饱和NaHCO3溶液和400ml经两次蒸馏的蒸馏水各洗涤两次。接着，用无水硫酸钠脱水，过滤，再在缝隙管式(Spaltrohrkolonne)[约100个理论塔板，回流比为10∶1(10秒回流，1秒出料)]蒸馏塔中，于100.5-102.5℃分馏。
根据实施例1中所说明的分析鉴定和细胞毒学方法进行检验，可证实在提纯的全氟化碳中不存在含CH的化合物或带有双键的化合物。
实施例3视制备方法而定，全氟三丁胺可含有N-F键，这种全氟三丁胺通常可通过电解氟化具有相应的CH骨架的原料而得到。因此，粗产物通过与碘化钾按下列反应式进行的反应加以预纯化
将2500ml预纯化的全氟三丁胺与100ml二异丁胺、100ml乙醇、200ml 5N KOH、13g CaO和1g全氟辛酸一起，于150-170℃边搅拌边加压热处理72小时。
如实施例1和2中所述那样，处理反应后的产物，其中在缝隙管式塔中于178-179.5℃进行分馏。
按照实施例1和2中所说明的分析鉴定和细胞毒素学方法进行检验，证实这种提纯的全氟三丁胺中不存在含氢的化合物或带有双键的化合物。也完全没有N-F键。
权利要求
1.含氢和/或含碳-碳双键杂质的全氟化碳或全氟化碳混合物的提纯方法，其特征在于，在Ca2+或Ba2+离子和醇化物离子以及仲胺存在下，使待提纯全氟化碳或全氟化碳混合物与强碱水溶液反应。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，使待提纯的全氟化碳与反应剂进行均相反应。
3.权利要求1至2所述的方法，其特征在于，借助于一种表面活性剂，使由全氟化碳/含水碱液和醇化物/仲胺各相组成的反应混合物均化。
4.权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，将反应混合物在至少高于待提纯全氟化碳的沸点温度下进行加压热处理。
5.权利要求4所述的方法，其特征在于，将反应混合物在150-200℃温度下进行加压热处理。
6.权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，将反应混合物在5-20巴的压力下进行加压热处理。
7.权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，将反应混合物在常压下回流煮沸。
8.权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，自未完全氟化的含氢杂质中，用强碱液消除HF。
9.权利要求8所述的方法，其特征在于，在CaO或BaO或者Ca(OH)2或Ba(OH)2存在下，在形成难溶性CaF2或BaF2的条件下，消除HF。
10.权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，向强碱液中添加一元醇，形成醇化物离子，这种离子作为强亲核性试剂，与消除HF时形成的氟链烯烃进一步反应。
11.权利要求10所述的方法，其特征在于，作为一元醇，用的是R为CH3、C2H5、C3H7和(CH3)2CH的ROH。
12.权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，由于仲胺存在，仲胺不仅在消除HF的条件下与CH键进一步反应，而且在可分离产物的亲核反应中与氟链烯双键进一步反应。
13.权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，在Ca2+或Ba2+离子存在下，通过形成难溶性CaF2或BaF2或BaF2来消除HF。
14.权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，为使反应混合物均化，使用在所出现的工艺条件下稳定的表面活性剂。
15.权利要求14所述的方法，其特征在于，作为表面活性剂，用的是一种在制备全氟化碳乳化液中公知的表面活性剂。
16.权利要求1-15中任一项所述的方法，其特征在于，使用在强碱性介质中稳定的氟表面活性剂，这种氟表面活性剂选自RFCOOH或RFSO3H(RF＝CF3(CF2)n，n＝3-10)或其阴离子RFCOO-或RFSO3表面活性剂。
17.权利要求16所述的方法，其特征在于，表面活性剂用量为0.05-0.5%(重量)，最大为1.0%(重量)。
18.权利要求1-17中任一项所述的方法，其特征在于，在整个反应过程结束之后，将含表面活性剂的碱性水相重新使用。
19.权利要求1-18中任一项所述的方法，其特征在于，使待提纯的全氟化碳与反应剂以“一锅煮”的方式进行反应。
20.权利要求1-19中任一项所述的方法，其特征在于，待提纯全氟化碳是骨架由碳原子组成的化合物，其中个别碳原子可由氧和/或磷和/或硫原子取代，除此之外，全氟化碳仅含有氟原子。
21.权利要求1-19中任一项所述的方法，其特征在于，提纯后的全氟化碳完全不存在CH杂质或氟链烯烃类杂质。
22.权利要求1-21中任一项所述的方法，其特征在于，提纯后的全氟化碳可用于医学、生物学或微电子学方面。
全文摘要
含氢和/或含碳-碳双键杂质的全氟化碳或全氟化碳混合物的提纯方法，其中，使待提纯全氟化碳或全氟化碳混合物，在Ca
文档编号C07C19/08GK1089252SQ9310165
公开日1994年7月13日 申请日期1993年2月20日 优先权日1992年2月21日
发明者哈索迈埃特 申请人:法尔姆普尔有限公司