[发明专利]一步法制备五氟碘乙烷的新工艺

说明书

技术领域

本发明属于一步法制备五氟碘乙烷的新工艺，具体涉及一种以碘、氟气、四氟乙烯为原料、以五氟化碘为溶剂、在全氟烷基磺酰氟氛围下、于多级反应塔中连续进行的气液逆流反应。

背景技术

五氟碘乙烷是合成全氟烷基碘化物的重要原料，主要用于生产全氟烷基碘的初始调聚剂，还可用于生产含氟医药中间体等含氟精细化学品。以五氟碘乙烷下游产品全氟烷基碘化物作为合成反应的中间体有着广泛的用途，如含氟表面活性剂、氟整理剂等，应用十分广泛，随着产业化的加大，对原材料的拉动作用日益增强，因此对五氟碘乙烷工业化生产的研究有重要的现实意义。

过去制备C₂F₅I大多数采用IF₅、四氟乙烯、碘在金属氟化物的催化作用下合成，生产的五氟碘乙烷以气体形式由泡罩塔顶端释放，在下游的冷凝器中液化储存在容器中。此方法流程短，所需反应时间少，产品纯度及收率高，三废少，反应温度、压力范围较宽，操作容易，但五氟化碘的纯度对反应影响较大。反应中使用了原料碘及五氟化碘，强酸性对反应介质的腐蚀性很大，这对反应装置的要求较高，一般采用不锈钢加涂层的方法解决腐蚀性问题。控制较低反应温度，也能有效减少反应物对装置的腐蚀。现今大部分公司的生产工艺均采用此方法。

以五氟化碘为氟化剂的工艺中，五氟化碘的质量比较难控制，这直接影响到五氟碘乙烷的收率。(WO9504020)用ICl和HF取代了IF₅，此法原料易得，收率较高，但反应时间过长，不利于工业化生产。

还可以采用1，2-二碘四氟乙烷(CF₂ICF₂I)与五氟化碘或氟化氢的混合物反应，加入Nb为或者含氧酸催化剂(H₅IO₆、NaClO₃或SO₂Cl₂等)，在一定反应条件下就可获得一定产率的五氟碘乙烷。但这种方法有明显的缺点：1，2-二碘四氟乙烷(CF₂ICF₂I)、五氟化碘、氟化氢等都是有毒物质，其中1，2-二碘四氟乙烷毒性国内外尚不明确，急性吸入属于高毒类，操作防护比较重要。并且含氧卤酸盐或卤酸盐，具有不稳定性，反应过程中操作不当，容易引起爆炸。

2000年法国Atofina公司申请了一项关于新型合成五氟碘乙烷的专利(2794465)，即将五氟乙烷(C₂F₅H)和I₂组成的混合气体，流经碱金属(碱土金属盐/载体)催化剂层，在其催化下反应，可以得到C₂F₅I、CF₃I等气态混合物。此法选择率和收率不易控制，且其载体采用活性碳，存在催化剂载体容易氧化或积碳问题，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是克服以上专利的缺陷，采用氟气、碘、四氟乙烯直接反应，设计提供了一种条件温和、可连续操作、并一步制备五氟碘乙烷的方法。

本发明一步法制备五氟碘乙烷的新工艺，采用多级塔式反应器串联工艺流程，根据工艺需要，塔数可为1～N级，N≥2；碘溶液(五氟化碘做溶剂循环使用)，少量全氟烷基磺酰氟R_fSO₂F(作为催化剂循环使用，R_f代表全氟烷基链，碳原子数为1～12)与氟氮混合气、四氟乙烯气体分别从两端进入多级反应塔逆向流动发生反应。溶碘时吸收的热量和反应中产生的热量通过各塔之间的冷凝器带出，反应塔和冷凝器之间用U型管连接，反应时U型液封管里面充满碘溶液，从而避免了氟气进入碘溶液管道，达到防止管道短路的效果。碘溶液浓度逐级降低，氟气浓度和四氟乙烯浓度逆向逐级降低，且在反应过程中碘溶液浓度、氟氮混合气比例、四氟乙烯的流量可根据反应温度联动调控，以控制反应温度在60～65℃之间。

所述受槽中的五氟化碘可以通过循环泵流入溶碘槽。

所述全氟烷基磺酰氟R_fSO₂F的量为0.1～1‰，做为催化剂，与五氟化碘溶液一起通过循环泵反复使用。

所述全氟烷基磺酰氟R_fSO₂F的量为五氟化碘溶液和全氟烷基磺酰氟总量(此处的总量指的是重量单位)的0.1～1‰，做为催化剂。

所述碘溶液浓度可通过五氟化碘循环量与反应温度联动调控，范围为溶液的5～20％。