CN114292158B - 一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备顺式‑1,1,1,4,4,4‑六氟‑2‑丁烯的方法,该方法在第二组分物质存在下,反式‑1,1,1,4,4,4‑六氟‑2‑丁烯在气相条件下发生异构化反应得到顺式‑1,1,1,4,4,4‑六氟‑2‑丁烯;其中:所述的第二组分物质为惰性气体或水蒸气;反式‑1,1,1,4,4,4‑六氟‑2‑丁烯与第二组分物质的摩尔比为1~100:1;异构化反应的反应温度为300~1000℃,停留时间为1~30 min。本发明的制备方法引入第二组分物质,无需异构化催化剂,不存在催化剂积碳的问题,易于工业化制备顺式‑1,1,1,4,4,4‑六氟‑2‑丁烯。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,涉及多氟烷烃的合成,具体涉及一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法
背景技术
1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(HFO-1336mzz),具有零臭氧损耗潜势和较低的全球变暖潜能值,可用作制冷剂、发泡剂或工作流体。HFO-1336mzz有两种异构体,顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(Z-HFO-1336mzz)和反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(E-HFO-1336mzz),而Z-HFO-1336mzz作为新一代环保发泡剂,具有重要的工业应用价值。
申请公布号为CN102892736A的专利报道了公开了一种Z-HFO-1336mzz的制备方法,该法在卤化的金属氧化物、路易斯酸金属卤化物和零价金属异构化催化剂存在下,E-HFO-1336mzz经50℃~600℃异构化反应得到Z-HFO-1336mzz。具体实施方法,在氟化氧化铬催化剂作用下,E-HFO-1336mzz在250℃和1atm条件下进行反应,分析产物包含大约61%的Z-HFO-1336mzz和大约38%的Z-HFO-1336mzz。
申请公布号为CN110590496A的专利报道了一种以铼、铱、镍、铌或钽等路易斯酸为催化剂,用于使E-HFO-1336mzz异构化为Z-HFO-1336mzz的方法。该法具体以Ir-Nb/BF3、Re-Ni/AlCl3、Re-Ta/FeCl3、Re/SbF5等7种催化剂,反应温度为20~500℃,停留时间为0.5~100s,反应的总转化率和产物选择性均一样,分别为56.3%和78.6%,该法原料和产物Z/E-HFO-1336mzz为四碳烯烃,催化剂在反应条件下极易结碳失活。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于,提供一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,解决现有技术中的制备方法不易于工业化生产的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案予以实现:
一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法在第二组分物质存在下,反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯在气相条件下发生异构化反应得到顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯;
其中:
所述的第二组分物质为惰性气体或水蒸气;
反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯与第二组分物质的摩尔比为1~100:1;
异构化反应的反应温度为300~1000℃,停留时间为1~30min。
本发明还具有如下技术特征:
具体的,所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。
优选的,所述的惰性气体为氮气。
优选的,异构化反应的反应温度为400~900℃。
更优选的,异构化反应的反应温度为500~800℃。
所述反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯与第二组分物质的摩尔比为10~30:1。
停留时间为5~10min。
进一步地,所述的异构化反应为连续异构化反应。
更进一步地,所述的第二组分物质为惰性气体时,反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯在精馏塔内进行物料分离及循环,包括以下步骤:
步骤一,将反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯粗品从循环塔中部进料,循环塔塔顶馏分为惰性气体与反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯混合物,塔顶馏分循环至异构化反应器;塔釜组分为顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜组分进入脱重塔;循环塔的操作条件:塔器操作压力为200~500kPa,塔顶温度为-10~-10.5℃,塔釜温度为55.2~87.5℃,回流比为1~5;
步骤二,脱重塔塔顶馏分为顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜馏分为重组分;脱重塔的操作条件:塔器操作压力为100~400kPa,塔顶温度为33.4~77.6℃,塔釜温度为90.6~148.3℃,回流比为5~20。
更进一步地,所述的第二组分物质为水蒸气时,反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯在精馏塔内进行物料分离及循环,包括以下步骤:
步骤一,将反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯粗品从循环塔中部进料,循环塔塔顶馏分为反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔顶馏分循环至异构化反应器;塔釜组分为水和顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜组分进入脱重塔;循环塔的操作条件:塔器操作压力为200~500kPa,塔顶温度为26.0~56.2℃,塔釜温度为115.6~141.3℃,回流比为1~5;
步骤二,脱重塔塔顶馏分为顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜馏分为水,循环至异构化反应器;脱重塔的操作条件:塔器操作压力为100~400kPa,塔顶温度为33.4~77.6℃,塔釜温度为90.5~144.3℃,回流比为5~20。
本发明与现有技术相比,具有如下技术效果:
(Ⅰ)本发明的制备方法引入第二组分物质,无需异构化催化剂,不存在催化剂积碳的问题,易于工业化制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
(Ⅱ)本发明第二组分气体为惰性气体时,在高温条件下,惰性气体有助于反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的分散,有助于提高气相异构化反应的选择性,同时减少烯烃结碳。
(Ⅲ)本发明中第二组分物质为水蒸气时,在高温条件下,水蒸气不仅起到反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的分散作用,同时由于存在一定弱氧化性,与反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯之间的相互作用,有利于反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯异构化反应生成顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,即提高了反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯异构化反应的转化率和选择性。
(Ⅳ)本发明的制备方法主要用于连续制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
附图说明
图1为产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的GC-MS图谱。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是,本发明中的所有物料和设备,如无特殊说明,全部均采用现有技术中已知的物料和设备。
本发明中,惰性填料采用本领域常规的惰性填料。
本发明中,脱重塔的塔釜中,重组分为制备过程中产生的常规重组分。
本发明中,Z-HFO-1336mzz指的是顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯;E-HFO-1336mzz指的是反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
遵从上述技术方案,以下给出本发明的具体实施例,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:在内径为38mm的固定床管式反应器中,装入50ml惰性填料,在500℃下,将氮气和E-HFO-1336mzz分别经过300℃预热后进入管式反应器,控制两者摩尔比为10:1,接触时间为10min,产物经过闪蒸罐分离氮气后,用-10℃冷阱收集有机物,得到产物。
产物经核磁检测,数据如下:
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ6.12(m,2H);
13C NMR(500MHz,CDCl3)δ127.9(m),120.2(q,J=270.5Hz);
19F NMR(470MHz,CDCl3)δ-60.7(s,CF3).
图1是产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的GC-MS图谱,图1质谱结果及其峰值归属如下:存在m/z164为分子离子峰,m/z145为CF3CH=CHCF3脱F后离子峰,m/z126为CF3CH=CHCF3脱两个F后离子峰,m/z113为CF3CH=CHCF3脱二氟甲基后离子峰,m/z95为CF3CH=CHCF3脱三氟甲基后离子峰,m/z69为三氟甲基,m/z64为二氟乙烯基,m/z51为二氟甲基。
采用气相色谱检测反应产物,色谱条件为:汽化室200℃,柱温140℃,检测器200℃,色谱柱选用GASPRO柱,规格为60m×0.32mm,柱温为140℃,恒温15分钟,以10℃/min程序升温至200℃,恒温10分钟。原料反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯出峰位置在9.1min,产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯出峰位置在15.7min。
上述数据证明本实施例制得的产物就是顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯。
产物取样用气相色谱分析,结果表明E-HFO-1336mzz的转化率为36.5%,Z-HFO-1336mzz的选择性为95.3%。
实施例2:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:在内径为38mm的固定床管式反应器中,装入50ml惰性填料,在800℃下,将水蒸气和E-HFO-1336mzz分别经过600℃预热后进入管式反应器,控制两者摩尔比为30:1,接触时间为5min,用0℃冷阱收集有机物,相分、干燥有机物后得到产物。
本实施例制得的产物的表征结果与实施例1相同。
产物取样用气相色谱分析,结果表明E-HFO-1336mzz的转化率为45.6%,Z-HFO-1336mzz的选择性为97.9%。
实施例3~6:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:实施例3~6制备Z-HFO-1336mzz的方法与实施例1基本相同,所不同的是改变第二组分种类、反应温度和停留时间。
本实施例制得的产物的表征结果与实施例1相同。
本实施例的反应结果如表1所示。
表1实施例3~6的反应结果
实施例7~10:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:实施例7~10制备Z-HFO-1336mzz的方法与实施例1相同,所不同的是惰性气体与E-HFO-1336mzz的摩尔比。
本实施例制得的产物的表征结果与实施例1相同。
本实施例的反应结果如表2所示。
表2实施例7~10的反应结果
实施例11~14:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:实施例11~14制备Z-HFO-1336mzz的方法与实施例2相同,所不同的是改变水蒸气与E-HFO-1336mzz的摩尔比。
本实施例制得的产物的表征结果与实施例1相同。
本实施例的反应结果如表3所示。
表3实施例11~14的反应结果
实施例15:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:在实施例1的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法的基础上,提纯实施例1闪蒸罐物料。循环塔T1和脱重塔T2均为填料塔,塔径为Φ15mm,内装Φ3×3θ环不锈钢填料,填料层高度为3m。将闪蒸罐物料从循环塔T1中部进料,流速为100g/h,T1塔顶馏出物为氮气与E-HFO-1336mzz混合物,T1塔釜馏出物为Z-HFO-1336mzz,进入脱重塔T2。T2塔顶馏出物为Z-HFO-1336mzz,T2塔釜馏出物为少许重组分,塔操作条件见表4。气相色谱测定T2塔顶馏出物Z-HFO-1336mzz纯度为99.8%。
表4实施例15的塔操作条件
精馏塔 | T1 | T2 |
操作压力/kPa(A) | 200 | 100 |
塔顶温度/℃ | -10 | 33.4 |
塔釜温度/℃ | 55.2 | 90.6 |
回流比 | 1 | 5 |
实施例16:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:在实施例2的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法的基础上,提纯实施例2冷阱物料。循环塔T1和脱重塔T2均为填料塔,塔径为Φ15mm,内装Φ3×3θ环不锈钢填料,填料层高度为3m。将冷阱物料从循环塔T1中部进料,流速为100g/h,T1塔顶馏出物2为E-HFO-1336mzz,T1塔釜馏出物为Z-HFO-1336mzz和水,进入脱重塔T2。T2塔顶馏出物为Z-HFO-1336mzz,T2塔釜馏出物5为水,塔操作条件见表5。气相色谱测定T2塔顶馏出物Z-HFO-1336mzz纯度为99.5%。
表5实施例16的塔操作条件
精馏塔 | T1 | T2 |
操作压力/kPa(A) | 200 | 100 |
塔顶温度/℃ | 26.0 | 33.4 |
塔釜温度/℃ | 115.6 | 90.5 |
回流比 | 1 | 5 |
实施例17:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:实施例17的操作过程与实施例15相似,所不同的是精馏塔T1和T2的操作参数不同,操作参数见表6。气相色谱测定T2塔顶馏出物的Z-HFO-1336mzz纯度为99.8%。
表6实施例17的塔操作条件
精馏塔 | T1 | T2 |
操作压力/kPa(A) | 500 | 400 |
塔顶温度/℃ | -10.5 | 77.6 |
塔釜温度/℃ | 87.1 | 148.3 |
回流比 | 5 | 20 |
实施例18:
本实施例给出一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,该方法的具体过程为:实施例18的操作过程与实施例16相似,所不同的是精馏塔T1和T2的操作参数不同,操作参数见表7。气相色谱测定T2塔顶馏出物Z-HFO-1336mzz纯度为99.7%。
表7实施例18的塔操作条件
精馏塔 | T1 | T2 |
操作压力/kPa(A) | 500 | 400 |
塔顶温度/℃ | 56.2 | 21 |
塔釜温度/℃ | 141.3 | 152.2 |
回流比 | 5 | 20 |
Claims (8)
1.一种制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,该方法在第二组分物质存在下,反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯在气相条件下发生异构化反应得到顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯;
其中:
所述的第二组分物质为惰性气体或水蒸气;
反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯与第二组分物质的摩尔比为1~100:1;
异构化反应的反应温度为300~1000℃,停留时间为1~30min;
所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。
2.如权利要求1所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,异构化反应的反应温度为400~900℃。
3.如权利要求2所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,异构化反应的反应温度为500~800℃。
4.如权利要求1所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,所述反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯与第二组分物质的摩尔比为10~30:1。
5.如权利要求1所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,停留时间为5~10min。
6.如权利要求1所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,所述的异构化反应为连续异构化反应。
7.如权利要求6所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,所述的第二组分物质为惰性气体时,反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯在精馏塔内进行物料分离及循环,包括以下步骤:
步骤一,将反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯粗品从循环塔中部进料,循环塔塔顶馏分为惰性气体与反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯混合物,塔顶馏分循环至异构化反应器;塔釜组分为顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜组分进入脱重塔;循环塔的操作条件:塔器操作压力为200~500kPa,塔顶温度为-10~-10.5℃,塔釜温度为55.2~87.5℃,回流比为1~5;
步骤二,脱重塔塔顶馏分为顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜馏分为重组分;脱重塔的操作条件:塔器操作压力为100~400kPa,塔顶温度为33.4~77.6℃,塔釜温度为90.6~148.3℃,回流比为5~20。
8.如权利要求6所述的制备顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的方法,其特征在于,所述的第二组分物质为水蒸气时,反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯在精馏塔内进行物料分离及循环,包括以下步骤:
步骤一,将反应产物顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯粗品从循环塔中部进料,循环塔塔顶馏分为反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔顶馏分循环至异构化反应器;塔釜组分为水和顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜组分进入脱重塔;循环塔的操作条件:塔器操作压力为200~500kPa,塔顶温度为26.0~56.2℃,塔釜温度为115.6~141.3℃,回流比为1~5;
步骤二,脱重塔塔顶馏分为顺式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯,塔釜馏分为水,循环至异构化反应器;脱重塔的操作条件:塔器操作压力为100~400kPa,塔顶温度为33.4~77.6℃,塔釜温度为90.5~144.3℃,回流比为5~20。
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