一种合成六氟-2-丁炔的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种易于工业化生产的合成六氟-2-丁炔的方法。
【背景技术】
[0002]六氟-2- 丁炔具有很高的工业价值，是一种用途广泛的工业原料，其下游产品可用于精密电子线路板清洗剂，农药杀虫剂，同时在含氟医药中间体等含氟精细化学品合成方面具有较高的应用价值。据报道，六氟-2- 丁炔广泛地用于含双三氟甲基堆块的合成，六氟-2- 丁烯合成，耐腐蚀性新材料的合成。
[0003]关于六氟-2-丁炔的合成研究，相关报道较少。专利(US20110288349)报道了一种合成方法，九氟丁烷(分子式cf3-cf2-cfh-cf3)和氢气在催化剂的作用下反应生成六氟-2-丁炔。该方法原料难于制备，限制了工业化生产。专利(US20110288348)报道了另一种气相合成方法，六氟二氯丁烯(CF3CC1 = CC1CF3)在Κ-Cu/Al催化剂的作用下，生成了六氟-2-丁炔。该方法原料价格昂贵，反应得率低。
[0004]由以上可以看出，现有技术中制备六氟-2-丁炔存在反应条件苛刻，原料昂贵和反应得率低的问题，很大程度上限制了六氟-2- 丁炔的工业化生产。
【发明内容】
[0005]本发明目的是利用简单反应体系以及适合的反应条件制备高产率的六氟-2- 丁炔，本发明的原料廉价、来源便利，产物分离提纯简单，合成过程安全，适合于工业化生产，属于生产安全、产品产率高、工业三废少的绿色工艺。
[0006]本发明的制备六氟-2- 丁炔的方法包括以六氯丁二烯(CC12= CC1-CC1 = CC1 2)为原料在催化剂作用下生成六氟-2- 丁炔的过程。
[0007]进一步，制备六氟-2- 丁炔的方法包括以下步骤:
[0008](1)六氯丁二烯在环化催化剂作用下，气相氟化生成四氟二氯环丁烯(Cyclo-CF2-CF2-CCl = CC1-)；
[0009](2)四氟二氯环丁烯在氟化催化剂作用下，气相氟化生成六氟环丁烯(Cyclo-CF2-CF2-CF = CF-)；
[0010](3)六氟环丁烯在异构化催化剂作用下，气相异构化生成六氟-2-丁炔
(cf3c = ccf3)。
[0011]其中，步骤(1)中的所述环化催化剂为Cr，Ni，Cu，Zn，Mg, Co, In中的一种或多种复合组分催化剂。
[0012]步骤(1)中的所述气相氟化过程的气相反应温度为100-600°C，气相反应的接触时间为0.l-20s。
[0013]步骤(2)中的所述氟化催化剂为Cr，Fe, Ca, Al, Μη中的一种或多种复合组分催化剂。
[0014]步骤(2)中的所述气相氟化过程的气相反应温度为300-700°C，气相反应的接触时间为l-40so
[0015]步骤(3)中的所述异构化催化剂为KF或CsF。
[0016]步骤(3)中的所述气相异构化过程的气相反应温度为500-800°C，气相反应的接触时间为l_40s。
[0017]本发明的气相反应接触时间具体为反应过程中的气相与催化剂的接触时间。
[0018]本发明的第一步为环化反应，六氯丁二烯在环化催化剂作用下气相氟化生成四氟二氯环丁烯，氟化铬是一种常见的环化催化剂，但是在实验过程中发现，如果该过程的催化剂酸性过强，六氯丁二烯在环化催化剂作用下主要发生直接氯氟交换反应，环化反应进行较慢；而如果催化剂酸性太弱，环化和直接氯氟交换反应都比较慢，因此该过程需要一种酸性强度居中的氟化铬催化剂。本发明采用不同助剂对氟化铬催化剂的酸性进行调节，并在经过了大量实验后，选择了对本步骤反应特异性较强的Ni，Cu，Zn，Mg, Co，In中的一种或多种复合组分。
[0019]本发明的第二步气相循环氟化反应，属于取代反应，四氟二氯环丁烯在氟化催化剂作用下气相氟化生成六氟环丁烯，氟化铬也是一种常见的氟化催化剂，但是在实验过程中发现，如果该氟化催化剂酸性过强，反应过程中生成的碳正离子直接发生烯烃的聚合反应，导致选择性下降、催化剂中毒的结果；如果该催化剂酸性过弱，反应过程无法形成碳正离子，反应无法进行；因此，该反应也需要一种酸性强度居中的氟化铬催化剂。本发明采用不同助剂对氟化铬催化剂的酸性进行调节，并在经过了大量实验后，选择了对本步骤反应特异性较强的Fe，Ca, A1, Μη中的一种或多种复合组分。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]本发明所使用原料六氯丁二烯，在工业上常用于天然橡胶、合成橡胶和许多其它高分子化合物的溶剂，还作为不易燃的载热体，变压器流体和液压流体等，来源便利，并且价格低廉；本发明采用气相氟化法为循环氟化，工业三废较少，产品得率高，大大降低了生产成本；且该气相氟化法为常压下进行，避免了传统的高压调聚工艺路线，大大降低了工业安全生产的风险；同时，该方法具有操作简单的优点，完全适合于工业化生产。
[0022]具体的实施方式
[0023]以下通过【具体实施方式】的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
[0024]实施例1
[0025](1)环化催化剂的制备:采用共沉淀法，步骤如下，将摩尔比为95:2:3的CrCl3，，Zn (N03) 2，Cu (N03) 2溶液混合，将30wt.%氨水滴加到混合溶液，调节pH = 9.0，沉淀过滤，用去离子水洗涤，烘干，压制成型，得到环化催化剂Cr-Cu-Zn ;
[0026]环化催化剂的干燥:在内径1/2英寸、长30cm的因康合金制的管式反应器中装填20ml Cr-Cu-Zn催化剂；在50m/minl氮气保护下，先以10°C /min升至400°C温度下干燥10小时，然后，降低温度至200°C ;
[0027]环化催化剂的活化:干燥步骤结束后，维持反应器温度200°C，100ml/min氮气与20ml/min氟化氢活化催化剂4小时；100ml/min氮气与50ml/min氟化氢活化催化剂4小时；50ml/min氮气与lOOml/min氟化氢活化催化剂4小时；100ml/min纯氟化氢活化催化剂4小时；升高温度至400°C，100ml/min纯氟化氢活化催化剂4小时；该过程所得催化剂的BET法测定其比表面积是63.24m2/g，吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)显示其为中强酸催化剂；
[0028]环化催化剂参与环化反应:将反应器加热到350°C，1.0g/min的六氯丁二烯与50ml/min氟化氢一起进入混合腔混合均匀；之后，通过反应器直至缓冲瓶、水洗瓶、浓碱吸收器、冷却收集器，该过程中气相与反应器内催化剂的接触时间为10s ;实验结束后，产物主要分布在冷却收集器中。将收集到的产物进行GC分析，GC结果显示，收集产物中含有15%四氟二氯环丁烯(Cyclo-Cyclo-CF2-CF2-CCl = CC1-)，30%三氟三氯环丁烯(分子式Cyclo-CF2-CFCl-CCl = CC1-)，53%六氯丁二烯。将该反应混合产物继续多次循环氟化，最终获得纯度为95 %的四氟二氯环丁烯。
[0029](2)氟化催化剂的制备:采用共沉淀法，步骤如下，将摩尔比为85:10:5的CrCl3，，CaCl2，Μη (Ν03) 2溶液混合，将30wt.%氨水滴加到混合溶液，调节pH = 9.0，沉淀过滤，用去离子水洗涤，烘干，压制成型，得到环化催化剂Cr-Ca-Mn ;
[0030]氟化催化剂的干燥:在内径1/2英寸、长30cm的因康合金制的管式反应器中装填20ml Cr-Ca-Mn催化剂；在200m/minl氮气保护下，先以10°C /min升至300°C温度下干燥10小时，然后，降低温度至150°C。
[0031]氟化催化剂的活化:干燥步骤结束后，维持反应器温度150°C，100ml/min氮气与20ml/min氟化氢活化催化剂4小时；100ml/min氮气与50ml/min氟化氢活化催化剂4小时；50ml/min氮气与100ml/min氟化氢活化催化剂4小时；100ml/min纯氟化氢活化催化剂4小时；将反应器升高温度至400°C，100ml/min纯氟化氢活化催化剂4小时；该过程所得催化剂的BET法测定其比表面积是120.0m2/g，吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)显示其为中强酸。
[0032]氟化催化剂参与氟化反应:将反应器加热到400°C，0.lg/min四氟二氯环丁烯与24ml/min氟化氢一起进入混合腔混合均匀；之后，通过反应器直至缓冲瓶、水洗瓶、浓碱吸收器、冷却收集器，该过程中气相与反应器内催化剂的接触时间为20s。实验结束后，产物主要分布在冷却收集器中。将收集到的产物进行GC分析，GC结果显示，收集产物中含有14%六氟环丁烯(Cyclo-Cyclo-CF2-CF2-CF = C