[发明专利]一种气相催化合成全氟2-丁烯的方法

说明书

本发明涉及“一种气相催化合成全氟2‑丁烯的方法”，属于有机化学合成领域。本发明以碱金属、碱土金属或者过渡金属其中一种或几种作为催化剂中的活性组分，以多孔性活性炭为载体，并选以五氟乙烷、单质碘为原料在高温气相下反应合成全氟2‑丁烯。该方法原料来源方便易得，易于运输储存；反应产物中的未反应原料可以循环利用，大大降低生产成本；同时转化率和选择性较高，极度增大了连续化工业化生产的可能性。

技术领域

本发明属于有机合成领域，高温条件下，利用五氟乙烷和碘单质在催化剂的作用下，气相制备全氟2-丁烯的方法。

背景技术

在半导体行业中，已经被广泛使用于电介质蚀刻的干蚀刻气体中主要有CF₄、C₂F₆、C₃F₈和c-C₄F₈等PFCs物质。由于此类物质具有高的GWP值，所以寻找其替代物刻不容缓。目前，已经出现几种不同类型的PFCs替代候选物，包括氢氟烃、碘氟烃、不饱和氟烃(UFC)等，其中UFC被认为是良好的替代物，首先因为其自身具有的双键能够很容易的与羟基自由基发生反应，在大气中分解，其次它具有良好的蚀刻性质，能够很好的运用于半导体行业中。与常规蚀刻气体相比较，目前已经研究了包括六氟丙烯、六氟丁二烯、八氟-2-丁烯、八氟戊二烯等在内的不饱和氟烃。研究发现，在蚀刻气体C₃F₆，C₄F₆，c-C₄F₈，全氟2-丁烯和C₅F₈中，全氟2-丁烯相较于其他几种物质，具有更高的蚀刻效率，所以有利于工业化制备全氟2-丁烯的方法是目前研究的重点。当前，合成全氟2-丁烯的主要方法是由Petrov,V.A.；Krespan,C.G提出的一种由四氟乙烯、五氟碘乙烷为原料合成全氟2-丁烯的途径，化学化学方程式如下：

虽然此合成反应的转化效率比较高，能够接近83％，但是此种合成方法存在诸多不利因素：首先四氟乙烯是易聚合的不稳定化合物，储运时需加稳定处理，且与空气能形成爆炸性混合物，引燃温度只有180℃。五氟碘乙烷同样是不稳定化合物，见光易分解，而且价格昂贵，增加八氟2-丁烯的生产成本。

发明内容

为了克服生产原料的不易储存及昂贵的成本给生产带来的困难，故提出一种同时生产全氟2-丁烯的方法，此种方法原料不仅来源方便，而且便于运输储存。同时，反应产物中未反应的原料可以循环利用，大大降低生产成本，增大了连续化工业化生产的可能性。

合成全氟2-丁烯的方法，以五氟乙烷、单质碘为原料，在催化剂和氧气存在下，在400℃～650℃下发生反应制得，所述催化剂的活性成分为碱金属、碱土金属或者过渡金属其中一种或几种。

所述催化剂的活性成分为K⁺、Rb⁺、Cs⁺、Ga²⁺、Me²⁺、La³⁺、Ce³⁺。

优选K⁺、Rb⁺、Ga²⁺，与其结合的阴离子优选于Cl^-、F^-、NO₃^-。

所述催化剂活性成分通过浸渍法负载于多孔活性炭上，所述活性成分含量为10％。

所述反应前需要对催化剂进行活化和反应前预处理，所述活化为在反应器的升温过程中向装有催化剂的反应器内通入N₂，直至反应器温度升至反应温度；所述预处理为向反应器通入气化好的五氟乙烷、氧气，直至有HF生成。