六氟環(huán)氧丙烷的合成及主副反應(yīng)機(jī)理研究

王志強(qiáng)(浙江環(huán)新氟材料股份有限公司，浙江 永康 321302)

六氟環(huán)氧丙烷的合成及主副反應(yīng)機(jī)理研究

王志強(qiáng)(浙江環(huán)新氟材料股份有限公司，浙江 永康 321302)

六氟環(huán)氧丙烷是化工中主要使用的一種工業(yè)生成物，它在市場(chǎng)上有廣泛的應(yīng)用。本文主要研究六氟環(huán)氧丙烷的集中制取方法，通過對(duì)不同反應(yīng)的分析來進(jìn)行比較，同時(shí)研究它合成時(shí)的主副反應(yīng)規(guī)律。通過研究，可以不斷優(yōu)化六氟環(huán)氧丙烷的制取方案，推進(jìn)六氟環(huán)氧丙烷的工業(yè)化生產(chǎn)。

六氟環(huán)氧丙烷;合成;主副反應(yīng)

在六氟環(huán)氧丙烷的反應(yīng)過程中，主要使用的方案有很多，但是它們主副反應(yīng)以及反應(yīng)的機(jī)理是不同的，在反應(yīng)的時(shí)候，可以通過對(duì)主副反應(yīng)的分析記性判斷和選擇，推動(dòng)六氟環(huán)氧丙烷的反應(yīng)速率的加快和轉(zhuǎn)化率的提高，有利于六氟環(huán)氧丙烷的高效工業(yè)化生產(chǎn)的進(jìn)行。

1 合成過程及測(cè)定

六氟環(huán)氧丙烷石一種復(fù)雜的有機(jī)氟化學(xué)物品，關(guān)于它的合成方法，有很多種選擇，在這里介紹的是應(yīng)用最廣泛的合成手法。

1.1 親核氧化法

試驗(yàn)之前，需要準(zhǔn)備好試驗(yàn)的試劑與儀器，使用的主要試劑是六氟丙烯，六氟環(huán)氧丙烷，次氯酸鈉，使用的儀器主要有氣相色譜、電子秤、磁力驅(qū)動(dòng)高壓釜、低溫冷循環(huán)泵，在進(jìn)行儀器和試劑的準(zhǔn)備的時(shí)候，需要控制實(shí)驗(yàn)室的清潔，保證實(shí)驗(yàn)的儀器未收到感染。保證試驗(yàn)的高純度。HFPO的合成步驟分為四步，首先將準(zhǔn)備好的試劑進(jìn)行混合，加入催化劑，并通入氮?dú)猓鶆驍嚢柚笾劣诶溲h(huán)泵中，第二步通入HFP，第三步用天平計(jì)算它的減少量，最后使用氣相色譜進(jìn)行分析。

1.2 氣相氧化法

氣相氧化法是因?yàn)樵诜磻?yīng)的時(shí)候沒有添加入液體和固體，是在純氣態(tài)的環(huán)境中進(jìn)行的反應(yīng)。使用氣相氧化法主要的原料是HFP和氮?dú)?，控制溫度，加入催化劑，使用的催化劑的種類不同，反應(yīng)的速度和主副反應(yīng)所占的比例以及主副反應(yīng)的產(chǎn)生速度和次序也是不同的，所以在可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要選擇不同的催化劑。硅膠催化劑是是固體催化劑，因?yàn)樗拿芏却?，成顆粒狀，因此在催化的時(shí)候的催化的速率比較高，它的轉(zhuǎn)化率控制在百分之十到百分之三十之間，隨著各國(guó)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始探討各種更加快捷的反應(yīng)方式，新出現(xiàn)的硅膠和離子的催化劑加快了催化的速度，同時(shí)因?yàn)殡x子的分子比例小，所以在催化的時(shí)候，可以加大催化劑與反應(yīng)物之間的接觸。很多時(shí)候，我們會(huì)選擇不同的催化劑的同時(shí)使用，不同的儀器中的不同反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行。在測(cè)量的時(shí)候，還會(huì)用到沸石和氧化鋁，以保證試驗(yàn)的安全性，不會(huì)因?yàn)樘^沸騰而影響試驗(yàn)的正常進(jìn)行。進(jìn)行合成的時(shí)候需要不斷的提升轉(zhuǎn)化率，防止生成物的轉(zhuǎn)化，提升生成物的質(zhì)量。

1.3 直接氧化法

在這種反應(yīng)方法中，使用的主要的試劑是氧氣，將氧氣和HFP進(jìn)行混合，于此同時(shí)，為了保護(hù)試驗(yàn)的穩(wěn)定性，還要通入一些惰性氣體和其他的不會(huì)影響反應(yīng)的氣態(tài)，這是為了提高反應(yīng)的氣壓，提高反應(yīng)的速率，提高轉(zhuǎn)化率。在反應(yīng)的時(shí)候，保持壓強(qiáng)的穩(wěn)定，對(duì)實(shí)驗(yàn)的速度進(jìn)行控制，直接氧化法使用的催化劑的形式多種多樣，比較常用的是金屬催化劑，在氣體環(huán)境中，我們需要保護(hù)好氧氣的的特性，減少氧氣的過度消費(fèi)，提高氧氣的利用率。反應(yīng)溫度是250度以上，溫度的變化受制于反應(yīng)物和催化劑的特性，既要保證反應(yīng)物的穩(wěn)定，又要保證催化劑的催化效率。

2 主副反應(yīng)機(jī)理研究

主副反應(yīng)的機(jī)理研究，是基于一定的反應(yīng)率之上進(jìn)行的計(jì)算。因?yàn)樵诜磻?yīng)中，使用催化劑的種類不同，所以主副反應(yīng)所占的比例也不相同，對(duì)主副反應(yīng)進(jìn)行研究可以通過對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象的研究，也可以通過對(duì)殘留物的研究來進(jìn)行。以下是對(duì)主副反應(yīng)的機(jī)理的研究使用的方法。

2.1 分析方法

分析時(shí)候使用儀器主要是氣相色譜儀，對(duì)檢測(cè)物中的不同色譜柱進(jìn)行分析，得到數(shù)據(jù)和圖像將會(huì)幫助分析化學(xué)藥劑中的分子含量和特性。自使用這種分析方法的時(shí)候，杜宇色譜和色譜柱的要求是很高，一般來說，控制好試驗(yàn)環(huán)境中的溫度可以保證程序正常進(jìn)行。另外一種分析，方法是相對(duì)體積校正正因子測(cè)定，將六氟丙烯和六氟環(huán)氧丙烷按照不同的體積比來進(jìn)行稀釋，在使用氮?dú)膺M(jìn)行稀釋，在測(cè)定的時(shí)候需要控制好不同材料的使用量以及稀釋的能讀，另外體積比的要求比較高，如果體積比不能滿足試驗(yàn)的要求，就很難得到真實(shí)的試驗(yàn)反應(yīng)，也就難以得到真實(shí)的結(jié)論。測(cè)量結(jié)果取平均值，就可以作為最后的結(jié)論，我們可以通過這種方法對(duì)正因子進(jìn)行測(cè)定。第三種測(cè)量方法是水相殘留計(jì)算，通過提取，將水相分離出來，得到的水相和油相可以金選哪個(gè)不同的測(cè)定和分析，對(duì)水相進(jìn)行分析，使用蒸發(fā)儀器對(duì)他進(jìn)行處理，一般來說，使用水相殘留檢測(cè)方法是對(duì)實(shí)驗(yàn)的濃度和純度的測(cè)定，另一方面是對(duì)殘留物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析在反應(yīng)中的主反應(yīng)和副反應(yīng)，對(duì)在反應(yīng)中的生成物進(jìn)行分析，通過殘留物的清洗和測(cè)量還可以幫助我們測(cè)量生成物的質(zhì)量，同時(shí)對(duì)反應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行演算，同時(shí)也是對(duì)反應(yīng)的反應(yīng)率的計(jì)算。

2.2 主反應(yīng)機(jī)理研究

主反應(yīng)的推理是試驗(yàn)中的關(guān)鍵。他是化學(xué)反應(yīng)中的主要的發(fā)生的部分，可以反應(yīng)出我們需要的生成物六氟環(huán)氧丙烷，無論是在反應(yīng)中的催化劑的質(zhì)量，水相和有機(jī)相的比例，還是副反應(yīng)生成物和主反應(yīng)生成物的比例以及實(shí)驗(yàn)過程中的反應(yīng)物，都是在研究反應(yīng)機(jī)理中使用的元素。我們?cè)谶M(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了主反應(yīng)的激勵(lì)講水相中的氧化劑次氯酸跟離子轉(zhuǎn)移到有機(jī)相中與HFP結(jié)合形成HFPO，根據(jù)次氯酸根離子的特性，他是一種良好的親核基因，在攻擊了氧原子之后，氯離子就會(huì)離去，從而在分子中形成我們需要的物質(zhì)。在反應(yīng)的時(shí)候，我們可以對(duì)反應(yīng)的主反應(yīng)進(jìn)行兩字化學(xué)計(jì)算，在計(jì)算的時(shí)候從微觀的角度進(jìn)行計(jì)算和分析，從而得到反應(yīng)的主要機(jī)理。我們使用液態(tài)和氣態(tài)的反應(yīng)是存在一定的區(qū)別的，他們的反應(yīng)的機(jī)理不同，但是在研究反應(yīng)機(jī)理的時(shí)候，使用的是相同的思路。

2.3 副反應(yīng)的研究機(jī)理

副反應(yīng)是在主反應(yīng)發(fā)生的時(shí)候的與最后的生成物無關(guān)的反應(yīng)，我們對(duì)副反應(yīng)進(jìn)行控制，就是為了提高主反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從而提高需要的生成物的量。副反應(yīng)中的主要原理是電子的吸收和轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移的時(shí)候由于HFPO的的轉(zhuǎn)化，形成的兩個(gè)離子的活性很高，就會(huì)發(fā)生離子的轉(zhuǎn)移和反應(yīng)，在脫離了主反應(yīng)之后，他的反應(yīng)的速度更加快速，生成了全氟丙酸和四氟丙酸。無論是在水相中還是在有機(jī)相中，都會(huì)有副反應(yīng)的物質(zhì)的殘留。所以我們可以對(duì)反應(yīng)式進(jìn)行測(cè)算。

3 研究的意義

在六氟環(huán)氧丙烷的制作過程中，我們使用的化學(xué)方法需要及時(shí)的記錄下來，因?yàn)樵谥迫∵@種物質(zhì)的時(shí)候，有很多反應(yīng)可供選擇，我們的最終目標(biāo)是，使用最少的材料，創(chuàng)造最多的六氟環(huán)氧丙烷，并且保證其他生成物的污染程度。對(duì)不同的反應(yīng)方案進(jìn)行選擇，根據(jù)主反應(yīng)和副反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行分析，才可以確定最好的反應(yīng)方案，在我們的選擇的時(shí)候，更多的強(qiáng)調(diào)了主副反應(yīng)的控制，使用不同的催化劑和適宜的儀器集寧副反應(yīng)的控制，并且提高主反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。

4 結(jié)語

綜上所述，我們使用了各種化學(xué)方法來制取六氟環(huán)氧丙烷，在不同的反應(yīng)中，我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)直接氧化方案是最適宜車間環(huán)境中使用的，六氟環(huán)氧丙烷逐漸應(yīng)用于不同的方面，在社會(huì)中的需求量逐漸升高，要進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化發(fā)展，就要采取這樣中反應(yīng)方案，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，提高反應(yīng)的長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行。推動(dòng)整個(gè)反應(yīng)的順利進(jìn)行。

[1]欒英豪,張恒,張永明,李虹,劉燕剛;全氟磺酸離子交換膜的制備與性能研究[J];功能高分子學(xué)報(bào);2015年01期.

[2]郭風(fēng);葛成利;張爐青;施強(qiáng);張書香;;含氟表面活性劑的研究進(jìn)展[J];日用化學(xué)品科學(xué);2015年02期.

[3]苑會(huì)林;;含氟塑料薄膜在清潔能源電池中的應(yīng)用[J];工程塑料應(yīng)用;2015年10期.

[4]李建梅;薛敏釗;盛巧蓉;張永明;劉燕剛;;TiO_2/全氟磺酸樹脂納米雜化薄膜的制備[J];材料導(dǎo)報(bào);2014年05.

[5]曾容;有機(jī)氟/有機(jī)硅/環(huán)氧樹脂復(fù)合體系的研究[D];武漢理工大學(xué);2015年.

[6]梁寶龍;基于共價(jià)鍵相連的苝二酰亞胺聚集體系列化合物的合成，光物理性質(zhì)研究及取代基效應(yīng)的量子化學(xué)表征[D];山東大學(xué);2015年.