技术领域
本发明涉及一种同时制备1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟 环戊烯、1,4,4-三氯五氟环戊烯的方法，尤其涉及一种通过1,3-二氯六氟环戊烯或1,4-二氯六 氟环戊烯与无水氯化铝反应得到1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五 氟环戊烯、1,4,4-三氯五氟环戊烯的制备方法。
背景技术
三氯五氟环戊烯同分异构体是一类极为重要的化工原料或中间体，可以合成刻蚀剂八氟 环戊烯、清洗剂1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷的中间体1-氯七氟环戊烯等。依据高斯计算，三氯 五氟环戊烯同分异构体1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯、 1,4,4-三氯五氟环戊烯由于结构上的差异，导致其化合物能量差异很大，在某些氟氯交换反应 中，采用化合物能量相对较高的同分异构体1,3,3-三氯五氟环戊烯、1,4,4-三氯五氟环戊烯替 代化合物能量相对较低的同分异构体1,2,3-三氯五氟环戊烯或1,2,4-三氯五氟环戊烯，可以在 更温和的反应条件下得到结构相同的目标产物，而且其产率更高。因此，1,2,4-三氯五氟环戊 烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯、1,4,4-三氯五氟环戊烯的研究具有重要的 理论意义和应用价值。
较常见的三氯五氟环戊烯同分异构体是1,2,3-三氯五氟环戊烯，很多文献报道了1,2,3-三 氯五氟环戊烯的制备方法。US6218586报道了在氟化催化剂存在下，六氯环戊二烯与氯气、 无水氟化氢反应，得到1,2,3-三氯五氟环戊烯，其产率为19.2％。通过改变氟化催化剂，可以 在类似条件下，制备得到1,2,4-三氯五氟环戊烯。US5180861报道了含镁、铋、铁的氟化催化 剂催化六氯环戊二烯与氯气、无水氟化氢反应得到1,2,4-三氯五氟环戊烯，其产率为29.1％。 然而，同时制备三氯五氟环戊烯同分异构体的方法鲜见报道。文献[ChemischeBerichte；vol.117； nb.3；(1984)；p.1153-1160]报道了由1,2,3,4,5-五氯五氟环戊烷为原料，与Na-Ag-Hg合金反 应，得到三氯五氟环戊烯的三种同分异构体(3S,4s,5R)-3,4,5-三氯五氟环戊烯、(3S,4r,5R)-3,4,5- 三氯五氟环戊烯、(3R,5R)-3,4,5-三氯五氟环戊烯，三者的总产率为8％。文献[J.Gen.Chem. USSR(Engl.Transl.)；vol.59；nb.3.2；(1989)；p.622-630,551-558]报道了由1,4-二氯-2,5-二氟 环己烷为原料，反应温度600℃，接触时间3.8秒，发生热解得到三氯五氟环戊烯的三种同分 异构体(3S,4s,5R)-3,4,5-三氯五氟环戊烯、(3S,4r,5R)-3,4,5-三氯五氟环戊烯、(3R,5R)-3,4,5-三 氯五氟环戊烯，三者的总产率为8.7％。
上述技术存在以下不足：首先，大多是制备三氯五氟环戊烯的单一种类的同分异构体； 其次，同时制备三氯五氟环戊烯同分异构体的技术太过苛刻，采用了不易控制、有剧毒的 Na-Ag-Hg合金或者是高温(600℃)热解。在工业上，这类异构体难以通过有效分离。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供一种不仅原料毒性低、反应条件温和、容易控制、 同时制备三氯五氟环戊烯的同分异构体，而且产率较高、在工业上易于进行有效分离。
同时制备三氯五氟环戊烯同分异构体的方法，所述三氯五氟环戊烯同分异构体为1,2,4- 三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯、1,4,4-三氯五氟环戊烯，其 特征在于：在有机溶剂或无溶剂条件下，以1,3-二氯六氟环戊烯、1,4-二氯六氟环戊烯、3-氯 七氟环戊烯或4-氯七氟环戊烯为原料，与氯化试剂在反应温度为30～150℃条件下发生氯- 氟交换反应而制得。
所述氯化试剂为无水氯化铝、四氯化锡、五氯化锑、四氯化钛、五氯化磷或三氯化磷。
所述反应中有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、四氯化碳、1，1，1，3， 3-五氯丙烷、乙醇、1-正丁醇。
所述反应中氯化试剂、溶剂与1,3-二氯六氟环戊烯或1,4-二氯六氟环戊烯的摩尔比为 0.1～1：0～20：1，所述反应中反应时间为2～30小时。
优选0.3～0.5：0：1或0.3～0.5：10～16：1，所述反应中反应温度为80～120℃， 优选7～20小时。
所述反应的条件为：无水氯化铝、二甲基甲酰胺或1，1，1，3，3-五氯丙烷与1,3-二氯 六氟环戊烯或1,4-二氯六氟环戊烯的摩尔比为0.1～1：0～20：1，反应温度为30～ 150℃，反应时间为2～30小时。
所述反应的条件为：无水氯化铝与1,3-二氯六氟环戊烯或1,4-二氯六氟环戊烯的摩尔比 为0.3～0.5：1，反应温度为80～120℃，反应时间为7～20小时。
所述反应的条件为：无水氯化铝、二甲基甲酰胺或1，1，1，3，3-五氯丙烷与1,3-二氯 六氟环戊烯或1,4-二氯六氟环戊烯的摩尔比为0.3～0.5：10～16：1，反应温度为80～ 120℃，反应时间为7～20小时。
本发明以1,3-二氯六氟环戊烯或1,4-二氯六氟环戊烯为原料，经过液相氯-氟交换反应， 同时得到1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯和1,4,4-三氯 五氟环戊烯。其主要反应如下：
本发明可在常压下进行，也可在高压下进行。由于是液相反应，不涉及气相原料或产物， 因此，压力对本发明涉及的反应影响不大。
本发明可在玻璃材质、不锈钢材质或聚四氟乙烯材质的反应器中进行。
本发明提供了一种可以联产三氯五氟环戊烯的同分异构体的制备方法，其中三氯五氟环 戊烯同分异构体包括1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯和 1,4,4-三氯五氟环戊烯。只需分别对1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯 五氟环戊烯、1,4,4-三氯五氟环戊烯等产物进行除溶剂、除水、精制等后处理，即可得到相应 产品。1,4,4-三氯五氟环戊烯沸点为109-113℃(760mmHg)，1,3,3-三氯五氟环戊烯沸点为 115-117℃(760mmHg)，1,2,4-三氯五氟环戊烯沸点为123-124℃(760mmHg)，1,2,3-三氯五氟 环戊烯沸点为129-130℃(760mmHg)。
本发明的优点：本发明提供的技术方法不仅可联产三氯五氟环戊烯同分异构体1,2,4-三氯 五氟环戊烯、1,2,3-三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯和1,4,4-三氯五氟环戊烯，而且原 料毒性较小、反应条件温和、反应容易控制、同分异构体的产率较高、在工业上可通过普通 的精制手段进行有效分离。
具体实施方式
分析仪器：上海海欣色谱GC-930、氢火焰检测器，色谱柱为毛细管柱Al2O3/S“50m× 0.320mm×0.25μm”(中国科学院兰州化学物理研究所色谱技术研究开发中心制造)。
气相色谱分析方法：反应产物经水洗、碱洗和干燥后，取气体样品进行气相色谱分析。 高纯氮和氢气用作载气。检测条件为汽化室温度250℃，辅助炉2温度250℃，检测器温度 250℃，柱炉初始温度40℃，保持10分钟，升温速率15℃/min，终温230℃，保持3分钟。
下列结合实施例对本发明进一步详述，但并不限制本发明的范围。
实施例1
常压，搅拌条件下，在装有冷凝管以及鼓泡器(使反应处于常压)的250毫升玻璃烧瓶 中，加入无水氯化铝、二甲基甲酰胺和1,4-二氯六氟环戊烯，其摩尔比例无水氯化铝/二甲 基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯为0.5/10/1，反应温度110℃，反应时间14小时。反应结束 后，经水洗100ml×3次，无水硫酸镁2.0g干燥，过滤得到有机相，取有机相进行气相色谱 分析有机物的组成，结果见表1。
将上述有机相进行精馏，得到三氯五氟环戊烯的同分异构体1,2,4-三氯五氟环戊烯、1,2,3- 三氯五氟环戊烯、1,3,3-三氯五氟环戊烯和1,4,4-三氯五氟环戊烯。其中，1,4,4-三氯五氟环戊 烯沸点为109-113℃(760mmHg)，1,3,3-三氯五氟环戊烯沸点为115-117℃(760mmHg),1,2,4- 三氯五氟环戊烯沸点为123-124℃(760mmHg)，1,2,3-三氯五氟环戊烯沸点为129-130℃ (760mmHg)。
实施例2
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为0.1/20/1，结果见表1。
实施例3
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为0.3/16/1，结果见表1。
实施例4
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为0.7/5/1，结果见表1。
实施例5
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为1/0/1，结果见表1。
实施例6
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为0.1/0/1，结果见表1。
实施例7
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为0.3/0/1，结果见表1。
实施例8
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝/二甲基甲酰胺/1,4-二氯六氟环戊烯的 摩尔比例为0.5/0/1，结果见表1。
实施例9
与实施例1相同的操作，所不同的是反应温度30℃，反应时间30小时，结果见表1。
实施例10
与实施例1相同的操作，所不同的是反应温度50℃，反应时间25小时，结果见表1。
实施例11
与实施例1相同的操作，所不同的是反应温度70℃，反应时间20小时，结果见表1。
实施例12
与实施例1相同的操作，所不同的是反应温度90℃，反应时间17小时，结果见表1。
实施例13
与实施例1相同的操作，所不同的是反应温度130℃，反应时间8小时，结果见表1。
实施例14
与实施例1相同的操作，所不同的是反应温度150℃，反应时间2小时，结果见表1。
实施例15
与实施例1相同的操作，所不同的是1,4-二氯六氟环戊烯换为等物质的量的1,3-二氯六 氟环戊烯，结果见表1。
实施例16
与实施例1相同的操作，所不同的是1,4-二氯六氟环戊烯换为等物质的量的3-氯七氟环 戊烯，结果见表2。
实施例17
与实施例1相同的操作，所不同的是1,4-二氯六氟环戊烯换为等物质的量的4-氯七氟环 戊烯，结果见表2。
实施例18
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝换成等物质的量的四氯化锡，结果见表 1。
实施例19
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝换成等物质的量的五氯化锑，结果见表 1。
实施例20
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝换成等物质的量的四氯化钛，结果见表 1。
实施例21
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝换成等物质的量的五氯化磷，结果见表 1。
实施例22
与实施例1相同的操作，所不同的是无水氯化铝换成等物质的量的三氯化磷，结果见表 1。
实施例23
与实施例1相同的操作，所不同的是二甲基甲酰胺换成等物质的量的二甲基亚砜，结果 见表1。
实施例24
与实施例1相同的操作，所不同的是二甲基甲酰胺换成等物质的量的环丁砜，结果见表 1。
实施例25
常压，搅拌条件下，在装有冷凝管以及鼓泡器(使反应处于常压)的250毫升玻璃烧瓶 中，加入无水氯化铝、四氯化碳和1,3-二氯六氟环戊烯，其摩尔比例无水氯化铝/二甲基甲 酰胺/1,3-二氯六氟环戊烯为0.3/10/1，反应温度70℃，反应时间6小时。反应结束后，经 水洗100ml×3次，无水硫酸镁2.0g干燥，过滤得到有机相，取有机相进行气相色谱分析有 机物的组成，结果见表1。
实施例26
与实施例25相同的操作，所不同的是四氯化碳换成等物质的量的1，1，1，3，3-五氯丙 烷，结果见表1。
实施例27
与实施例25相同的操作，所不同的是四氯化碳换成等物质的量的乙醇，结果见表1。
实施例28
与实施例25相同的操作，所不同的是四氯化碳换成等物质的量的1-正丁醇，结果见表1。
表1
注：(1)实施例“1-14”和实施例“18-24”中使用的原料为1,4-二氯六氟环戊烯。
(2)实施例“15”和实施例“25-28”中使用的原料为1,3-二氯六氟环戊烯。
表2
注：(1)实施例“16”中使用的原料是3-氯七氟环戊烯。
(2)实施例“17”中使用的原料是4-氯七氟环戊烯。