Способ получения фторсульфоновой кислоты Советский патент 1993 года по МПК C01B17/46 

СО

С

Использование: в неорганическом и органическом синтезах. Фторсульфоновую кислоту получают взаимодействием смеси пероксидисульфурилдифтора C10S02F и фторсульфоната хлора в массовом соотношении 60:40 соответственно (FS020)2 с хлористым водородом при 20-30°С. Выход HSOsF составляет 100%. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения фторсульфоновой кислоты формулы НЗОзР, которая является одной из самых сильных кислот и широко используется в неорганическом и органическом синтезах.

Существует несколько методов синтеза НЗОзР.

НЗОзР может быть получена взаимодействием трехокиси серы с безводным фтористым водородом при 35-45°С и последующем нагревании реакционной смеси до 100°С для удаления избытка 50з и HF 1.

ЗОз+HF НЗОзР

Очистку HSOsF осуществляют двухкратной перегонкой.

Недостатками этого способа являются:

- опасность и сложность процесса, связанные с использованием в жестких условиях (до 100°С) чрезвычайно агрессивной трехокиси серы;

- использование в реакции стехиомет- рического количества фтористого водорода, который является веществом второго класса опасности и требует соблюдения специальных норм техники безопасности как высокотоксичное вещество с низкой температурой кипения (,5 мг/м). Кроме того, при попадании на кожу, фтористый водород вызывает длительно незаживающие язвы;

- сложность очистки НЗОзР, обусловленная хорошей растворимостью в ней HF и 50з.

Наиболее близким по своей сущности к предлагаемому изобретению является способ получения фторсульфоновой кислоты, основанный на обработке хлорсульфоновой кислоты газообразным безводным фтористым, водородом в стальном реакторе при температуре 10-30°С. Выход составляет 93-98% 2.

HSOsCI+HF- НЗОзР+HCI

VI

со VI О

CJ

ю

Основными недостатками этого способа является опасность и сложность процесса, обусловленные необходимостью работы с безводным фтористым водородом. Необходимо отметить, что фторсульфоновая кис- лота содержит примесь фтористого водорода от которой трудно избавиться даже при многократном фракционировании. Кроме того, продукт реакции загрязнен хлорсульфоновой кислотой с близкой тем- пературой кипения (Ткип 158-161°С), что также затрудняет очистку фторсульфоновой кислоты (Ткип 162-163°С).

Целью изобретения является упрощение (исключение стадии очистки от HF, НЗОзС, снижение опасности процесса получения фторсульфоновой кислоты), а также получение высокочистой фторсульфоновой кислоты (без следов HF и HSOsCI) используемой в качестве компонента при приготовлении суперкислоты широко используемой в органическом синтезе.

Поставленная цель достигается путем взаимодействия промышленно доступной фторсульфатирующей смеси (смесь перок- сидисульфурилдифторида (Р5СцО)2 и фтор- сульфоната хлора (ClOS02F), в дальнейшем именуемая ФСС) с хлористым водородом при температуре 20-30°С. Процесс не требует применения высоких давлений и повы- шенных температур.

Снижение температуры ниже 20°С (до 10-15°С) не оказывает существенного влияния на выход целевого продукта, а увеличивает продолжительность процесса. Повышение температуры выше 35°С (до 35- 50°С) снижает выход целевого продукта за счет уноса реакционной массы из зоны реакции.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что целевую фтор- сульфоновую кислоту получают взаимодействием фторсульфатирующей смесь (смесь фторсульфоната хлора (ФСХ) и пероксиди- сульфурилдифторида (ПБС) с хлористым во- дородом: CIOS02F+(FS020)2+3HC - 3HS03F+2CI2

Проведение процесса не представляет трудностей и заключается в барботирова- нии хлористого водорода через фторсульфа- тирующую смесь. При этом хлористый водород эффективно с выделением тепла, при атмосферном давлении, реагирует со смесью пероксидисульфурилдифторида и фторсульфоната хлора (ФСС) с количествен- ным образованием фторсульфоновой кислоты. Соотношение фторсульфоната хлора и пероксидисульфурилдифторида в исходной ФСС не оказывает влияния на выход HS03F.

Химизм процесса заключается в следующих реакциях. Хлористый водород взаимодействует с фторсульфонатом хлора (ФСХ) с образованием фторсульфоновой кислоты (ФСК) и хлора:

CIOS02F+HC - HS03F+CI2(1) аспероксидисульфурилдифторидом(ПБС)- с образованием фторсульфоновой кислоты (ФСК) и фторсульфоната хлора (ФСХ), который далее вовлекается в вышеприведенную реакцию (1)

(FSQ202)+HCI - HS03F+CIOS02F Кроме того, образующийся в процессе хлор (реакция 1), взаимодействует с пероксиди- сульфурилдифторидом (ПБС) с образованием фторсульфоната хлора, который далее вовлекается в вышеприведенную реакцию

(1).

(FS0202)+Cl2 - 2CiOS02F

Контроль за скоростью реакции и ее окончанием легко осуществляться по выделению тепла.

После окончания реакции через образовавшуюся фторсульфоновую кислоту барбо- тируют инертный газ для удаления остатков непрореагировавшего хлористого водорода и растворенного хлора. Фторсульфоновая кислота характеризуется высокой чистотой и не требует перегонки.

Приведенные примеры иллюстрируют сущность предлагаемого изобретения.

Пример1,В реактор из нержавеющей стали, емкостью 6 л, снабженный мешалкой турбинного типа, обратным холодильником, охлаждаемым технической водой, термопарой, загружают 10 кг фторсульфатирующей смеси (ФСС), состоящей из 40% весовых фторсульфоната хлора (ФСХ) и 60% весовых пероксидисульфурилдифторида. При перемешивании и охлаждении технической водой барботируют хлористый водород со скоростью 60-70 л/час в течение 30 часов, поддерживая температуру реакционной смеси в пределах (за счет скорости подачи HCS). После завершения реакции, реакционную смесь продувают азотом и в остатке получают 9,3 кг (примерно 100%) фторсульфоновой кислоты (ФСК), не требующей дополнительной очистки.

Эквивалент: найдено 100.05. Вычислено: 100.

Элементный анализ: найдено ,98%, ,04%, ,11%;

вычислено: И 1,00%, ,00%, ,11%.

ЯМР-спектр 19F (относительно CFCI3): синглет- 41,5 м.д.

Положительный эффект предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом

состоит в снижении опасности и упрощении процесса получения фторсульфоновой кислоты.

Так, предложенный способ прост в аппаратурном оформлении, кратковремен, технологичен, позволяет осуществить получение фторсульфоновой кислоты (ФСК) по непрерывной схеме, обеспечивает практически количественный выход высокочистого целевого продукта.

Предположительный экономический эффект связан с экономией рабочего времеРезультаты опытов в запредельных условиях.

0

ни и энергозатрат от аналогичных затрат в выбранном прототипе.

Формула изобретения Способ получения фторсульфоновой кислоты, включающий взаимодействие соединений, содержащих фтор, хлор и серу, при 20-30°С, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения чистоты целевого продукта, процесс осуществляют взаимодействием смеси перокси- дисульфурилдифторида и фторсульфоната хлора с хлористым водородом.