Способ получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторид)перфтороктаноилфторида Российский патент 2024 года по МПК C07C303/02 C07C309/82 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения перфторированного фторангидрида, содержащего сульфонилфторидную группу, а именно 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-(сульфонилфторид)перфтороктаноилфторида структурной формулы FS0₂(CF₂)₂OC(CF₃)CF₂OC(CF₃)C(O)F, который может быть использован в качестве полупродукта для синтеза фторсодержащего мономера для получения фторполимеров, на основе которых изготавливают ионообменные мембраны.

Известен способ получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида путем взаимодействия фторсульфонилдифторацетилфторида с гексафторпропиленоксидом (ОГФП) в среде полярного органического растворителя в присутствии в качестве катализатора фторида щелочного металла (US 3301893 А, 31.01.1967). Фторорганический слой отделяют от растворителя и целевой продукт выделяют ректификацией.

Недостаток способа - низкий выход целевого продукта из-за образования примесей (олигомеров ОГФП) и побочных продуктов (продуктов конденсации фторсульфонилдифторацетилфторида с одной и тремя молекулами ОГФП). Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида (RU 2269513 С1, 10.02.2006), включающий взаимодействие фторсульфонилдифторацетилфторида с гексафторпропиленоксидом в присутствии фторида калия в среде диглима, отделение фторорганического слоя от диглима и выделение целевого продукта ректификацией, при этом при ректификации дополнительно выделяютфракцию, выкипающую при температуре в пределах 87-90°С при атмосферном давлении, указанную фракцию взаимодействуют с гексафторпропиленоксидом в присутствии фторида калия в среде диглима, образующийся при этом фторорганический продукт отделяют от диглима и ректифицируют совместно с остатком после выделения фракции. Процесс проводят при массовом соотношении диглим: фторид калия: гексафторпропиленоксид: фторсульфонилдифторацетилфторид, равном 0,5:0,1:(1,5-2,5):1. Взаимодействие фракции, выкипающей при температуре в пределах 87-90°С при атмосферном давлении, с гексафторпропиленоксидом в присутствии диглима и фторида калия, проводят при массовом соотношении диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : фракция, выкипающая при температуре в пределах 87-90°С при атмосферном давлении, равном 0,3:0,1:(0,4-0,7):1.

Недостаток способа - невысокий выход целевого продукта (79-83,5%) в пересчете на исходный фторсульфонилдифторацетилфторид, обусловленный неоптимальными условиями проведения процесса.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода целевого продукта-2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-(сульфонилфторид)перфтороктаноилфторида и упрощение технологии процесса его получения.

Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-(сульфонилфторид)перфтороктаноилфторида, заключающимся в том, что тетрафторэтан-бета-сультон подвергают взаимодействию с гексафторпропиленоксидом (ОГФП) в присутствии фторида калия при температуре 10-20°С и давлении ОГФП 100-250 кПа в среде диглима при мольном соотношении диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : тетрафторэтан-бета-сультон, равном 0,7:0,1:1,7:1, с последующим выделением из полученной реакционной массы целевого продукта в смеси с диглимом методом вакуумной отгонки и отделением целевого продукта от диглима притемпературе -20°С, при этом из реакционной массы дополнительно выделяют фракцию, с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, которую подвергают взаимодействию с гексафторпропиленоксидом в присутствии фторида калия в среде диглима при мольном соотношении диглим: фторид калия: гексафторпропиленоксид: фракция с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, равном 0,7:0,1:0,7:1, с последующим выделением из полученной реакционной массы целевого продукта в смеси с диглимом методом вакуумной отгонки и отделением целевого продукта от диглима при температуре -20°С.

Выход целевого продукта составляет 90% в пересчете на поданный тетрафторэтан-бета-сультон.

Процесс получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-(сульфонилфторид)перфтороктаноил фторида включает взаимодействие тетрафторэтан-бета-сультона с фторидом щелочного металла, например, К, Cs с образованием фторсульфонилдифторацетилфторида и его дальнейшим взаимодействием с гексафторпропиленоксидом (ОГФП) в диглиме в присутствии фторида щелочного металла, например, К, Cs при температуре 10-20°С и давлении ОГФП 100-250 кПа с последующей отгонкой образующихся продуктов, в результате которой выделяют 3 фракции: фракция 1 с температурой кипения 40-87°С состоящая в основном из олигомеров ОГФП, фракция 2 с температурой кипения 87-90°С состоящая в основном из 2-трифторметил-3-окса-5-сульфонилфторидперфторпентаноилфторида, фракция 3 с температурой кипения 80-90°С при остаточном давлении 10-20кПа состоящая из смеси 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-(сульфонилфторид)перфтороктаноилфторида и диглима. Далее фракцию 2 с температурой кипения 87-90°С используют вместо тетрафторэтан-бэта-сультона в последующем синтезе получения дополнительного количества целевого 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида. Способ отличается тем, что отгонку фракции 3 проводят под вакуумом, что позволяет снизить температуру отгонки и приводит к получению более чистого продукта с большим выходом, а также к получению после разделения слоев возвратного диглима, пригодного к повторному использованию без дополнительной обработки. В совокупности с дополнительным использованием фракции 2 для получения целевого продукта удается достичь общего выхода 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-(сульфонилфторид)перфтороктаноилфторида 90%.

Проведение процесса в предлагаемых мольных соотношениях исходных компонентов диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : тетрафторэтан-бета-сультон, равном 0,7:0,1:1,7:1 позволяет снизить содержание побочных продуктов, не подлежащих дальнейшему использованию и увеличить скорость реакции.

В процессе дополнительного использования фракции 2 при мольном соотношении диглим: фторид калия: гексафторпропиленоксид: фракция с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, равном 0,7:0,1:0,7:1 позволяет получить дополнительное количество целевого продукта и уменьшить образование отходов.

Кроме этого, использование в процессе в качестве исходного компонента тетрафторэтан-бэта-сультона позволяет упростить технологический процесс и снизить операционные потери реагента из-за более высокой температуры кипения тетрафторэтан-бэта-сультона (41-42°С) относительно фторсульфонилдифторацетилфторида (26-30°С).

Также, проведение процесса разделение слоев целевого продукта и диглима при температуре -20°С позволяет снизить как потери диглима, так и содержание диглима в целевом продукте.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение выхода целевого продукта - 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида до 90% за счет утилизациипобочных продуктов и оптимизации условий процесса, а также упрощение технологии процесса его получения.

Изобретение иллюстрируется примерами, не ограничивающими его объем.

Пример 1.

Синтез 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктано-илфторида проводят в реакторе высокого давления из нержавеющей стали, вместимостью 700 см³, снабженном мешалкой, охлаждающей рубашкой, обратным холодильником, термометром, манометром, дозировочным насосом, системой дозировки газообразных реагентов. В реактор загружают 180 г (1,34 моль) диглима и 10,8 г (0,19 моль) предварительно прокаленного в течении 4 часов при 350°С фторида калия. Реактор вакуумируют до остаточного давления 2 кПа и дозировочным насосом в течение 30 минут при перемешивании подают 338 г (1,88 моль) тетрафторэтан-бета-сультона так, чтобы температура реакционной массы не превышала 20°С.После дозировки тетрафторэтан-бета-сультона проводят выдержку 30 минут, охлаждают реакционную массу до 10°С и при интенсивном перемешивании начинают подачу 543 г (3,27 моль) гексафторпропиленоксида так, чтобы давление в реакторе не превышало 250 кПа и температура не превышала 20°С. Мольное соотношение реагентов при загрузке, диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : тетрафторэтан-бета-сультон, составляет 0,7:0,1:1,7:1. После дозировки всего количества ОГФП проводят выдержку до снижения давления в реакторе ниже 40 кПа. Далее выравнивают давление до атмосферного при помощи азота и выгружают реакционную массу в 1 л колбу. Выделение продукта проводят на стеклянной ректификационной установке. Выделяют фракцию 1 с температурой кипения 40-87°С в количестве 20 г, фракцию 2 с температурой кипения 87-90°С в количестве 209 г, фракцию 3 с температурой кипения 80-90°С при остаточном давлении 10-20 кПа в количестве 816 г. Из фракции 3 после разделения слоев при температуре -20°С получают целевой 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторид в количестве 650 г (1,27 моль) ивозвратный диглим в количестве 166 г (1,24 моль), который может быть использован в рецикле без дополнительной очистки.

Синтез 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктано-илфторида с использованием выделенной фракции 2 с температурой кипения 87-90°С проводят в реакторе высокого давления из нержавеющей стали, вместимостью 300 см³, снабженном мешалкой, охлаждающей рубашкой, обратным холодильником, термометром, манометром, дозировочным насосом, системой дозировки газообразных реагентов.

В реактор загружают 56,3 г (0,42 моль) диглима, 3,48 г (0,06 моль) предварительно прокаленного в течении 4 часов при 350°С фторида калия, и 209 г (0,6 моль) фракции 2 с температурой кипения 87-90°С. Далее реакционную массу охлаждают до 10°С и при интенсивном перемешивании начинают подачу 70 г (0,42 моль) гексафторпропиленоксида так, чтобы давление в реакторе не превышало 250 кПа и температура не превышала 20°С. Мольное соотношение реагентов при загрузке, диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : фракция 2 с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, составляет 0,7:0,1:0,7:1. После дозировки всего количества ОГФП проводят выдержку до снижения давления в реакторе ниже 40 кПа. Далее выравнивают давление до атмосферного при помощи азота и выгружают реакционную массу. Выделение продукта проводят на стеклянной ректификационной установке. Выделяют фракцию 1 с температурой кипения 40-87°С в количестве 1,5 г, фракцию 2 с температурой кипения 87-90°С в количестве 53 г, фракцию 3 с температурой кипения 80-90°С при остаточном давлении 10-20 кПа в количестве 267 г. Из фракции 3 после разделения слоев при температуре -20°С получают целевой 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторид в количестве 215 г (0,42 моль) и возвратный диглим в количестве 52 г (0,39 моль), который может быть использован в рецикле без дополнительной очистки.

Суммарный выход продукта составил 865 г (1,69 моль) - 90% в пересчете на поданный тетрафторэтан-бета-сультон.

Пример 2.

Синтез 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктано-илфторида проводят в реакторе высокого давления из нержавеющей стали, вместимостью 5000 см³, снабженном мешалкой, охлаждающей рубашкой, обратным холодильником, термометром, манометром, системой ректификационной отгонки (длина насадочной части 1,7 м, насадка спирально-призматическая 2*2 мм из нержавеющей стали), дозировочным насосом, системой дозировки газообразных реагентов. В реактор загружают 840 г (6,27 моль) диглима и 50,5 г (1,05 моль) предварительно прокаленного в течении 4 часов при 350°С фторида калия. Реактор вакуумируют до остаточного давления 2 кПа и дозировочным насосом в течение 30 минут при перемешивании подают 1575 г (8,75 моль) тетрафторэтан-бета-сультона так, чтобы температура реакционной массы не превышала 20°С. После подачи расчетного количества тетрафторэтан-бета-сультона проводят выдержку 30 минут, охлаждают реакционную массу до 10°С и при интенсивном перемешивании начинают подачу 2525 г (15,2 моль) гексафторпропиленоксида так, чтобы давление в реакторе не превышало 250 кПа и температура не превышала 20°С. Мольное соотношение реагентов при загрузке, диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : тетрафторэтан-бета-сультон, составляет 0,7:0,1:1,7:1. После дозировки всего количества ОГФП проводят выдержку до снижения давления в реакторе ниже 40 кПа. Далее выравнивают давление до атмосферного при помощи азота и проводят выделение продуктов. Выделяют фракцию 1 с температурой кипения 40-87°С в количестве 78,5 г, фракцию 2 с температурой кипения 87-90°С в количестве 950 г, фракцию №3 с температурой кипения 80-90°С при остаточном давлении 10-20кПа в количестве 3855 г.

Из фракции 3 после разделения слоев при температуре -20°С получают целевой 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторид в количестве 3060 г (5,98 моль) ивозвратный диглим в количестве 795 г (5,93 моль), который может быть использован в рецикле без дополнительной очистки.

Синтез 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктано-илфторида с использованием выделенной фракции 2 с температурой кипения 87-90°С проводят в реакторе высокого давления из нержавеющей стали, вместимостью 5000 см³, снабженном мешалкой, охлаждающей рубашкой, обратным холодильником, термометром, манометром, дозировочным насосом, системой дозировки газообразных реагентов.

В реактор загружают 258 г (1,92 моль) диглима, 17,54 г (0,3 моль) предварительно прокаленного в течении 4 часов при 350°С фторида калия, и 950 г (2,75 моль) фракции 2. Далее охлаждают реакционную массу до 10°С и при интенсивном перемешивании начинают подачу 319 г (1,92 моль) гексафторпропиленоксида так, чтобы давление в реакторе не превышало 250 кПа и температура не превышала 20°С. Мольное соотношение реагентов при загрузке, диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : фракция 2 с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, составляет 0,7:0,1:0,7:1. После дозировки всего количества ОГФП проводят выдержку до снижения давления в реакторе ниже 40 кПа. Далее выравнивают давление до атмосферного при помощи азота и выгружают реакционную массу. Выделение продукта проводят на стеклянной ректификационной установке. Выделяют фракцию 1 с температурой кипения 40-87°С в количестве 10 г, фракцию №2 с температурой кипения 87-90°С в количестве 190 г, фракцию 3 с температурой кипения 80-90°С при остаточном давлении 10-20 кПа в количестве 1244 г. Из фракции 3 после разделения слоев при температуре -20°С получают целевой 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторид в количестве 1000 г (1,95 моль) и возвратный диглим в количестве 244 г (1,82 моль), который может быть использован в рецикле без дополнительной очистки.

Суммарный выход продукта составил 4060 г - 91% в пересчете на поданный тетрафторэтан-бэта-сультон.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида. Способ заключается в том, что тетрафторэтан-бета-сультон подвергают взаимодействию с гексафторпропиленоксидом (ОГФП) в присутствии фторида калия при температуре 10-20°С и давлении ОГФП 100-250 кПа в среде диглима при мольном соотношении диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : тетрафторэтан-бета-сультон, равном 0,7:0,1:1,7:1, с последующим выделением из полученной реакционной массы целевого продукта в смеси с диглимом методом вакуумной отгонки и отделением целевого продукта от диглима при температуре -20°С. При этом из реакционной массы дополнительно выделяют фракцию, с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, которую подвергают взаимодействию с гексафторпропиленоксидом в присутствии фторида калия в среде диглима при мольном соотношении диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : фракция с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, равном 0,7:0,1:0,7:1, с последующим выделением из полученной реакционной массы целевого продукта в смеси с диглимом методом вакуумной отгонки и отделением целевого продукта от диглима при температуре -20°С. Технический результат заключается в повышении выхода целевого продукта - 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида до 90% за счет утилизации побочных продуктов и оптимизации условий процесса, а также упрощение технологии процесса его получения. 2 пр.

Способ получения 2,5-ди(трифторметил)-3,6-диокса-8-сульфонилфторидперфтороктаноилфторида, заключающийся в том, что тетрафторэтан-бета-сультон подвергают взаимодействию с гексафторпропиленоксидом (ОГФП) в присутствии фторида калия при температуре 10-20°С и давлении ОГФП 100-250 кПа в среде диглима при мольном соотношении диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : тетрафторэтан-бета-сультон, равном 0,7:0,1:1,7:1, с последующим выделением из полученной реакционной массы целевого продукта в смеси с диглимом методом вакуумной отгонки и отделением целевого продукта от диглима при температуре -20°С, при этом из реакционной массы дополнительно выделяют фракцию, с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, которую подвергают взаимодействию с гексафторпропиленоксидом в присутствии фторида калия в среде диглима при мольном соотношении диглим : фторид калия : гексафторпропиленоксид : фракция с температурой кипения 87-90°С при атмосферном давлении, равном 0,7:0,1:0,7:1, с последующим выделением из полученной реакционной массы целевого продукта в смеси с диглимом методом вакуумной отгонки и отделением целевого продукта от диглима при температуре -20°С.