專利名稱：全氟化碳的提純方法和所純化的全氟化碳的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含氫和/或含碳-碳雙鍵雜質(zhì)的全氟化碳或全氟化碳混合物的提純方法。
用已知方法，例如通過電解氟化法或CoF3法，或者通過直接氟化法所制得的全氟化碳，隨制備方法而定，含有不同量的部分氟化的物質(zhì)，即分子中還含有氫和/或碳-碳多價(jià)鍵的化合物。這些副產(chǎn)物相對(duì)全氟化化合物而言，化學(xué)反應(yīng)活性和毒性都高。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域來說，尤其是在醫(yī)學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域，絕對(duì)有必要分離出這些化合物。
對(duì)此，迄今所記載的方法，都是利用這些雜質(zhì)與親核試劑，例如堿類、胺類和氧化劑的反應(yīng)活性比全氟化碳高的性質(zhì)而除去的。
因此，JP60-112724中推薦用一種高濃縮溶液進(jìn)行處理。C.Fukaya等人(10th Int.Symp.Fluorine Chem.，Vancouver，Aug.，1-6，1982)披露了一種先使用二異丁胺和氫氧化鉀處理，接著進(jìn)行酸洗的縮合處理方法。按照US-4328376所述，為了提純?nèi)?，使用氨或者伯胺或仲胺?br> 在上述方法中，待提純的產(chǎn)物要在常壓下回流煮沸數(shù)天。LeBlanc等人(Nouveau J.Chim，8(1984)251)敘述了一種用10%KOH水溶液振蕩，并接著經(jīng)活性碳和氧化鋁過濾的提純方法。Weeks(US3，696，156)還使用氫氧化鈉，用Al2O3進(jìn)行提純。
Conte等人(Chimicaoggi 11(1988)61)記述了一種提純?nèi)?N，N-二乙基環(huán)己胺的方法，該方法是借助二乙胺在120℃的高壓釜中進(jìn)行，然后用水洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，并接著在120℃和5個(gè)大氣壓下，用10%KOH醇溶液進(jìn)行加壓熱處理。
不作為提純方法，而作為化學(xué)裂解含氫氟化合物的方法，Huang等人(J.Fluorine Chem，45(1989)239)提出用CaO、NaOH和水的混合物進(jìn)行的處理方法。根據(jù)Wallin等人的論文(Anesthesia and Analgesia 54(1975)758)，這種反應(yīng)降低氟化醚作為麻醉劑的穩(wěn)定性。
Meinert等人(Forschungsbericht，AdW，柏林，1986年)，為了分析檢定可消除的HF并從而分析檢定來源于含-CF2CHF基團(tuán)化合物的氟離子，而利用六亞甲基二胺在120℃下與這些化合物的反應(yīng)。后來，由Groβ等人(Mittbl.Chem.Ges.37(1990)1461)使此反應(yīng)于壬烷存在下，在均相中進(jìn)行。
按照Radeck等人的描述(DD-287478)，將待提純的全氟化碳在350-500℃溫度下，用高價(jià)金屬氟化物處理0.5-6小時(shí)。
Meinert等人(1989 Intern，Chem，Congr.Pacific Basin Soc.，Honolulu，Nr，174;Schluβbericht BMFJ-Projekt“PFC-Emulsionen，1988;J.Fluorine Chem.51(1991)53)采用了一種加壓提純法，其中將粗產(chǎn)物在170-200℃用濃KOH、仲胺和CaO進(jìn)行加壓熱處理。
一些文獻(xiàn)也推薦用萃取法來提純?nèi)?，例如US3，887，629中用碳?xì)浠衔镞M(jìn)行的液-液萃取法，或者US3，449，218中用含氧碳?xì)浠衔锶绫M(jìn)行的共沸蒸餾全氟化碳法?？墒怯纱怂@的全氟化碳的純度，對(duì)于生物和醫(yī)藥用途來說，還是不能滿足要求，因此它們只能被看作是初步提純。
本發(fā)明賴以為基礎(chǔ)的目的是，提供一種消除全氟化碳或其他混合物中含氫和/或含雙鍵化合物的簡單高效方法。
按照本發(fā)明，此目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即在Ca2+或Ba2+離子存在下，使待提純的全氟化碳或者全氟化碳混合物，與親核試劑，尤其是仲胺R2NH和/或醇化物離子及一種強(qiáng)堿，尤其是KOH或NaOH進(jìn)行反應(yīng)。借此得到高純?nèi)?，這種全氟化碳完全沒有可能仍被結(jié)合的氫原子或含氟鏈烯雙鍵，并可以直接在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和電子學(xué)領(lǐng)域中使用。
如此提純的全氟化碳或全氟化碳混合物，是化學(xué)惰性的、生物相容的化合物，是氣體或多數(shù)是液體，根據(jù)這些性質(zhì)，它們可用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和微電子學(xué)。
待提純的全氟化碳或全氟化碳混合物，其分子結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是由碳骨架構(gòu)成的物質(zhì)或混合物，在該碳骨架中，一個(gè)或多個(gè)碳原子可由雜原子如氮和/或氧和/或硫和/或磷原子取代，并且在各碳原子和各雜原子之間僅存在單鍵，所有其他鍵均由氟原子飽和。
全氟化碳或全氟化碳混合物，可以由那些具有相應(yīng)的CH骨架的起始化合物，尤其通過電化學(xué)氟化來制備，但也可通過其他氟化方法來制備。
由制備條件所定，這些產(chǎn)物含有作為雜質(zhì)的一些化合物，這些化合物仍具有氫原子和/或碳-碳雙鍵，并且這些化合物的基本結(jié)構(gòu)與全氟化化合物相同。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種提純方法，該方法在效果和可行性方面都超過迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)。
液態(tài)全氟化碳實(shí)際上不溶于水，而且在大多數(shù)有機(jī)溶劑中只極少量溶解。全氟化碳只是相互交融地溶解或在鹵氟碳化合物中溶解。
如果按照現(xiàn)有技術(shù)，使待提純?nèi)纪橘|(zhì)中的強(qiáng)堿和胺進(jìn)行反應(yīng)，這種反應(yīng)混合物就會(huì)是一種由三種彼此不可混合的相組成的體系全氟化碳/堿液/胺。盡管回流加熱能使之更加徹底混合，并因而使各反應(yīng)組分接觸，但是這卻要求煮沸數(shù)星期之久。在加壓容器中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，可改善同徹底混合和反應(yīng)時(shí)間相關(guān)的反應(yīng)比率。
然而，沒有含水強(qiáng)堿參與而使待提純產(chǎn)物與胺反應(yīng)，則在水介質(zhì)中用強(qiáng)堿的條件下，不可能去除可消除的HF。另外，當(dāng)只使用胺作為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，還會(huì)在中間加工時(shí)就附帶產(chǎn)生過量的胺，從而加重環(huán)境負(fù)擔(dān)。
經(jīng)過多個(gè)反應(yīng)步驟進(jìn)行的提純方法，其中首先用胺形成氟化鏈烯烴，然后將之分離出來并加以洗滌，接著使之在醇性溶液中與醇化物反應(yīng)，費(fèi)用是十分昂貴的，并且基本上不改善上述提純效果。
借助氟活性化合物如高價(jià)金屬氟化物、在400-500℃溫度下進(jìn)行再氟化的方法，是一種特別用于極不完全氟化化合物的再氟化方法。但是，在所述的溫度下，原始產(chǎn)物已發(fā)生明顯的鍵開裂和分解，無法進(jìn)行高度提純。
本發(fā)明的提純方法，具有如下特點(diǎn)，即通過使用一種有效的表面活性劑使彼此不相混合或幾乎不相混合的各相至少部分甚而充分均勻一致，使所有反應(yīng)步驟在均相中進(jìn)行。此時(shí)，在強(qiáng)堿液中發(fā)生使仍被結(jié)合的氫變成HF形式而被消除的作用。由此形成的氟離子，借助于同時(shí)使用的CaO或Ca(OH)2，變成難溶性CaF2而從反應(yīng)平衡中排除出來。爾后，由醇化物(RO-)對(duì)氟鏈烯雙鍵進(jìn)行親核加成，又在再次消除HF后最終由仲胺取而代之，對(duì)氟鏈烯雙鍵進(jìn)行親核加成，上述醇化物(RO-)主要由所用的一元醇ROH(其中R＝CH3、C2H5、C3H7和(CH3)2CH等)在強(qiáng)堿介質(zhì)中形成。優(yōu)選的是，所有反應(yīng)物都可在均相中完全反應(yīng)，其中根據(jù)在總反應(yīng)過程中參與的離子種類，使水介質(zhì)即不同的介質(zhì)一起參與反應(yīng)。
也可以用BaO或Ba(OH)2代替CaO，因?yàn)榇藭r(shí)也形成難溶性BaF2，并且在隨后處理過程中用稀(verd)硫酸處理時(shí)，所有Ba2+離子均以BaSO4形式被定量沉淀出來。
下列各反應(yīng)式可說明這些反應(yīng)
所使用的表面活性劑，可以是離子型或非離子型表面活性劑。表面活性劑對(duì)堿液和胺以及在為進(jìn)行反應(yīng)所推薦的溫度下要穩(wěn)定，而且對(duì)全氟化碳具有乳化物質(zhì)。所用表面活性劑濃度不高于1%(重量/體積)，優(yōu)選是在約0.05-0.5%(重量/體積)之間。
加壓熱處理時(shí)，取決于所用的產(chǎn)物，優(yōu)選在150-200℃的較高溫度，采用5-20巴的壓力進(jìn)行。這樣，在優(yōu)選在表面活性劑存在下，特別促進(jìn)均相的形成。
但是，由于表面活性劑的作用，在常壓下多次回流煮沸反應(yīng)混合物時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)進(jìn)程有促進(jìn)作用的，部分甚而完全的均化作用。由于全氟化碳在水中的難溶性，表面活性劑應(yīng)當(dāng)滿足制備全氟化碳乳化液所需的要求(其中參見EP0231091;US3，828，085;US4，917，930;CH665952;DE-2224182C2;DE255408C2;DE3326901C2;US4，325，972;US3，962，439;EP0261802;EP0282948;EP0282949，US3，778，381;US4，865，836;WO89/10118)，前提是，表面活性劑在所推薦的工藝條件下要穩(wěn)定。
特別適用于均化的表面活性劑，是選自在強(qiáng)堿性介質(zhì)中穩(wěn)定的RFCOOH或RFSO3H或者其陰離子RFCOO-或RFSO-3(RF＝CF3(CF2)n，n＝3-10)類的氟表面活性劑。
表面活性劑的濃度最多為1.0%(重量)，較好是0.05-0.5%(重量)。
在進(jìn)行提純工藝之后，這些相自動(dòng)離解。此時(shí)，它們復(fù)原成帶有微溶量胺(＜1%)的PFC相，此相最重，它上面是含有被溶解醇化物/醇和表面活性劑的含水堿液相，再上面是胺相。
在分離出主要是堿土金屬氟化合物的固體產(chǎn)物之后，通過過濾(例如借助分液漏斗)分離出液相。將全氟化碳液體用2N酸(如硫酸或鹽酸)、1N NaCO3溶液和蒸餾水多次振蕩洗滌，然后用一種有效干燥劑(如無水Na2SO4)進(jìn)行干燥，最后在一種分餾塔中進(jìn)行分餾。
根據(jù)IR、1H-NMR、GC/MS頻譜學(xué)分析，如此處理過的全氟化碳中不存在含氫化合物和氟化鏈烯化物。與粗產(chǎn)物相反，根據(jù)對(duì)HeLa或Molt4或HEP2細(xì)胞培養(yǎng)基的試驗(yàn)，這種純化的全氟化碳為100%全氟化化合物，對(duì)細(xì)胞生長沒有阻礙。增殖速度通過DNS合成和蛋白質(zhì)形成來測定。
因此，本發(fā)明高度純化的全氟化碳，可直接用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)目的，以及直接用于微電子學(xué)。
實(shí)施例1將通常按CoF3法制得的100ml全氟萘烷粗產(chǎn)物與80ml二異丁胺、80ml乙醇、80ml8NKOH、5gCaO和0.5g全氟辛酸，在150-170℃和以800轉(zhuǎn)/分速度攪拌下加壓熱處理72小時(shí)。
然后，過濾反應(yīng)后的產(chǎn)物，在分液漏斗中分離出濾液的下部相。將此相分別用1000ml2N鹽酸、1000mlNaHCO3溶液和1000ml蒸餾水洗滌兩次。
接著，用無水硫酸鈉脫水，過濾，然后在一個(gè)縫隙管式塔(Spaltrohrkolonne)[約100個(gè)理論塔板，回流比為10∶1(10秒回流，1秒出料)]中于141-142℃進(jìn)行分餾。
用FJ-IR、1H-NMR、GC/MS頻譜學(xué)分析可證實(shí)，在提純的全氟萘烷中沒有含氫的化合物或帶有雙鍵的化合物。
與粗產(chǎn)物相比并與之相反，這種提純的全氟萘烷對(duì)在HeLa或Molt4或HEP2細(xì)胞中的DNS合成和蛋白質(zhì)合成，對(duì)增殖沒有阻礙。
氟碳化合物與六亞甲基二胺在壬烷中于120℃按上面所示總反應(yīng)方程式反應(yīng)時(shí)，對(duì)可離子化氟化物的測定，適于作氟碳化合物中殘余CH鍵的定量測定方法。因此，經(jīng)此提純工藝之后，可證實(shí)不再有氟化物離子(氟化物離子濃度的檢定極限是≤10-5mol·1-1)。
實(shí)施例2將通過按照CoF3法或經(jīng)直接氟化制得的2500ml全氟辛烷粗產(chǎn)物與100ml二異丁胺、100ml異丙醇、200ml 5N KOH、15g BaO和1g全氟辛烷磺酰氟，在150-170℃和約10巴下，邊攪拌(約500轉(zhuǎn)/分)邊進(jìn)行加壓熱處理72小時(shí)。
然后，過濾反應(yīng)后的產(chǎn)物，并在分液漏斗中分離出濾液的下部相。將該相每次用400ml 2N硫酸、400ml飽和NaHCO3溶液和400ml經(jīng)兩次蒸餾的蒸餾水各洗滌兩次。接著，用無水硫酸鈉脫水，過濾，再在縫隙管式(Spaltrohrkolonne)[約100個(gè)理論塔板，回流比為10∶1(10秒回流，1秒出料)]蒸餾塔中，于100.5-102.5℃分餾。
根據(jù)實(shí)施例1中所說明的分析鑒定和細(xì)胞毒學(xué)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，可證實(shí)在提純的全氟化碳中不存在含CH的化合物或帶有雙鍵的化合物。
實(shí)施例3視制備方法而定，全氟三丁胺可含有N-F鍵，這種全氟三丁胺通?？赏ㄟ^電解氟化具有相應(yīng)的CH骨架的原料而得到。因此，粗產(chǎn)物通過與碘化鉀按下列反應(yīng)式進(jìn)行的反應(yīng)加以預(yù)純化
將2500ml預(yù)純化的全氟三丁胺與100ml二異丁胺、100ml乙醇、200ml 5N KOH、13g CaO和1g全氟辛酸一起，于150-170℃邊攪拌邊加壓熱處理72小時(shí)。
如實(shí)施例1和2中所述那樣，處理反應(yīng)后的產(chǎn)物，其中在縫隙管式塔中于178-179.5℃進(jìn)行分餾。
按照實(shí)施例1和2中所說明的分析鑒定和細(xì)胞毒素學(xué)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，證實(shí)這種提純的全氟三丁胺中不存在含氫的化合物或帶有雙鍵的化合物。也完全沒有N-F鍵。
權(quán)利要求
1.含氫和/或含碳-碳雙鍵雜質(zhì)的全氟化碳或全氟化碳混合物的提純方法，其特征在于，在Ca2+或Ba2+離子和醇化物離子以及仲胺存在下，使待提純?nèi)蓟蛉蓟旌衔锱c強(qiáng)堿水溶液反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使待提純的全氟化碳與反應(yīng)劑進(jìn)行均相反應(yīng)。
3.權(quán)利要求1至2所述的方法，其特征在于，借助于一種表面活性劑，使由全氟化碳/含水堿液和醇化物/仲胺各相組成的反應(yīng)混合物均化。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將反應(yīng)混合物在至少高于待提純?nèi)嫉姆悬c(diǎn)溫度下進(jìn)行加壓熱處理。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將反應(yīng)混合物在150-200℃溫度下進(jìn)行加壓熱處理。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將反應(yīng)混合物在5-20巴的壓力下進(jìn)行加壓熱處理。
7.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將反應(yīng)混合物在常壓下回流煮沸。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，自未完全氟化的含氫雜質(zhì)中，用強(qiáng)堿液消除HF。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在CaO或BaO或者Ca(OH)2或Ba(OH)2存在下，在形成難溶性CaF2或BaF2的條件下，消除HF。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，向強(qiáng)堿液中添加一元醇，形成醇化物離子，這種離子作為強(qiáng)親核性試劑，與消除HF時(shí)形成的氟鏈烯烴進(jìn)一步反應(yīng)。
11.權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，作為一元醇，用的是R為CH3、C2H5、C3H7和(CH3)2CH的ROH。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由于仲胺存在，仲胺不僅在消除HF的條件下與CH鍵進(jìn)一步反應(yīng)，而且在可分離產(chǎn)物的親核反應(yīng)中與氟鏈烯雙鍵進(jìn)一步反應(yīng)。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在Ca2+或Ba2+離子存在下，通過形成難溶性CaF2或BaF2或BaF2來消除HF。
14.權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為使反應(yīng)混合物均化，使用在所出現(xiàn)的工藝條件下穩(wěn)定的表面活性劑。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，作為表面活性劑，用的是一種在制備全氟化碳乳化液中公知的表面活性劑。
16.權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用在強(qiáng)堿性介質(zhì)中穩(wěn)定的氟表面活性劑，這種氟表面活性劑選自RFCOOH或RFSO3H(RF＝CF3(CF2)n，n＝3-10)或其陰離子RFCOO-或RFSO3表面活性劑。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，表面活性劑用量為0.05-0.5%(重量)，最大為1.0%(重量)。
18.權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在整個(gè)反應(yīng)過程結(jié)束之后，將含表面活性劑的堿性水相重新使用。
19.權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使待提純的全氟化碳與反應(yīng)劑以“一鍋煮”的方式進(jìn)行反應(yīng)。
20.權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，待提純?nèi)际枪羌苡商荚咏M成的化合物，其中個(gè)別碳原子可由氧和/或磷和/或硫原子取代，除此之外，全氟化碳僅含有氟原子。
21.權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提純后的全氟化碳完全不存在CH雜質(zhì)或氟鏈烯烴類雜質(zhì)。
22.權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，提純后的全氟化碳可用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)或微電子學(xué)方面。
全文摘要
含氫和/或含碳-碳雙鍵雜質(zhì)的全氟化碳或全氟化碳混合物的提純方法，其中，使待提純?nèi)蓟蛉蓟旌衔?，在Ca
文檔編號(hào)C07C19/08GK1089252SQ9310165
公開日1994年7月13日 申請(qǐng)日期1993年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月21日
發(fā)明者哈索邁埃特 申請(qǐng)人:法爾姆普爾有限公司