[发明专利]一种用于氟代磷腈及其衍生物工业化生产的催化剂

说明书

本发明公开了一种用于氟代磷腈及其衍生物工业化生产的催化剂，所述催化剂应用于氯代磷腈及其衍生物制备氟代磷腈及其衍生物的氟化反应，所述催化剂为工业级石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯、Mxene、羟基化碳纳米管、膨胀石墨中的一种或两种以上的混合物。采用该催化剂分离简单，增加产物的纯度，能够重复使用，降低催化剂的使用成本。

技术领域

本发明涉及工业化生产氟代磷腈及其衍生物，具体涉及一种用于氟代磷腈及其衍生物工业化生产的催化剂。

背景技术

磷腈化合物是一类骨架由磷和氮交替排列的无机-有机杂化化合物，可分为环磷腈和聚磷腈。其中，氯代磷腈是环磷腈化合物中最有代表性的化合物，由于氯原子具有很强的活性，很容易被各种亲核试剂所取代。因此，以氯代磷腈为中间体，可合成出具有各种有机官能团的氟代膦腈及其磷腈衍生物。氯原子在锂电池电解液中的兼容性较差，而氟代磷腈及其衍生物则具有很好的电化学兼容性。

目前，氟代磷腈及其衍生物的合成主要以氯代磷腈与氟盐进行氟化反应产率较低，为了加快氟化反应的速度及产率，需要向反应体系中添加催化剂，其催化剂主要有四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、18-冠-6和溴化鏻和聚乙二醇等。

中国专利(申请号CN201610164612.3)公开了能够大大提高氟代磷腈及其衍生物产率的聚乙二醇类催化剂，采用该催化剂能够使氟代磷腈及其衍生物产率提升至99％。

由于氟代磷腈及其衍生物则具有很好的电化学兼容性，因而本申请的发明人采用聚乙二醇类催化剂对现有的氟代磷腈及其衍生物的工业化生产工艺进行优化，然而采用聚乙二醇类催化剂在工业化生产中存在的问题为：聚乙二醇类催化剂是一种相转移催化剂，在有机溶剂及水中具有良好的溶解性，使得产物中存在大量的聚乙二醇类催化剂，从产物中将聚乙二醇类催化剂分离比较困难，导致产物纯度降低，既影响聚乙二醇类催化剂在工业化中的应用，又无法对聚乙二醇类催化剂进行回收再利用，若再对产物中的产品进行纯化，并回收利用聚乙二醇类催化剂，不仅需要增加研发成本，而且需要增加分离纯化工艺，增加工艺成本。采用聚乙二醇类催化剂虽然能够提高氟代磷腈及其衍生物的产率，但是由于上述问题其带来的成本增加远高于产率的提高带来的收益。从而导致采用催化剂在工业化生产氟代磷腈及其衍生物提高企业经济效益的工艺研发中产生的瓶颈。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种用于氟代磷腈及其衍生物工业化生产的催化剂。采用该催化剂分离简单，增加产物的纯度，能够重复使用，降低催化剂的使用成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于氟代磷腈及其衍生物工业化生产的催化剂，所述催化剂应用于氯代磷腈及其衍生物制备氟代磷腈及其衍生物的氟化反应，所述催化剂为工业级石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯、Mxene、羟基化碳纳米管、膨胀石墨中的一种或两种以上的混合物。

无论是四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、18-冠-6和溴化鏻等催化剂，还是聚乙二醇类催化剂，均是一种相转移催化剂，其催化原理是：氟化钾、氟化钠等氟化剂均是无机物，难以溶于有机溶剂中，而将氟化剂对氯代磷腈及其衍生物进行氟化的是通过氟离子对P位上的氯进行亲核取代，相转移催化剂能够溶于有机溶剂中，同时其还存在亲水基团，能够将氟化剂中的氟离子转移至有机溶剂中，从而加快氟离子的对P位的轰击，从而起到催化作用，因而相转移催化剂想要达到的最佳的催化效果，保证其在有机溶剂的溶解度是首要条件。而若采用固体催化剂，由于其不能溶解于有机溶剂中，因而其无法像相转移催化剂一样，通过相转移催化剂将氟离子转移至有机溶剂中以实现催化性能，所以无法采用固体催化剂对氯代磷腈及其衍生物的氟化反应进行催化应用。