[發(fā)明專利]一種用于氟代磷腈及其衍生物工業(yè)化生產(chǎn)的催化劑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710874578.3
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107649112B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮金奎;安永靈
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;C07F9/6593;H01M10/0566
• 代理公司: 濟南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明公開了一種用于氟代磷腈及其衍生物工業(yè)化生產(chǎn)的催化劑，所述催化劑應(yīng)用于氯代磷腈及其衍生物制備氟代磷腈及其衍生物的氟化反應(yīng)，所述催化劑為工業(yè)級石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯、Mxene、羥基化碳納米管、膨脹石墨中的一種或兩種以上的混合物。采用該催化劑分離簡單，增加產(chǎn)物的純度，能夠重復(fù)使用，降低催化劑的使用成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)化生產(chǎn)氟代磷腈及其衍生物，具體涉及一種用于氟代磷腈及其衍生物工業(yè)化生產(chǎn)的催化劑。

背景技術(shù)

磷腈化合物是一類骨架由磷和氮交替排列的無機-有機雜化化合物，可分為環(huán)磷腈和聚磷腈。其中，氯代磷腈是環(huán)磷腈化合物中最有代表性的化合物，由于氯原子具有很強的活性，很容易被各種親核試劑所取代。因此，以氯代磷腈為中間體，可合成出具有各種有機官能團的氟代膦腈及其磷腈衍生物。氯原子在鋰電池電解液中的兼容性較差，而氟代磷腈及其衍生物則具有很好的電化學(xué)兼容性。

目前，氟代磷腈及其衍生物的合成主要以氯代磷腈與氟鹽進行氟化反應(yīng)產(chǎn)率較低，為了加快氟化反應(yīng)的速度及產(chǎn)率，需要向反應(yīng)體系中添加催化劑，其催化劑主要有四甲基氯化銨、四甲基溴化銨、18-冠-6和溴化鏻和聚乙二醇等。

中國專利(申請?zhí)朇N201610164612.3)公開了能夠大大提高氟代磷腈及其衍生物產(chǎn)率的聚乙二醇類催化劑，采用該催化劑能夠使氟代磷腈及其衍生物產(chǎn)率提升至99％。

由于氟代磷腈及其衍生物則具有很好的電化學(xué)兼容性，因而本申請的發(fā)明人采用聚乙二醇類催化劑對現(xiàn)有的氟代磷腈及其衍生物的工業(yè)化生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，然而采用聚乙二醇類催化劑在工業(yè)化生產(chǎn)中存在的問題為：聚乙二醇類催化劑是一種相轉(zhuǎn)移催化劑，在有機溶劑及水中具有良好的溶解性，使得產(chǎn)物中存在大量的聚乙二醇類催化劑，從產(chǎn)物中將聚乙二醇類催化劑分離比較困難，導(dǎo)致產(chǎn)物純度降低，既影響聚乙二醇類催化劑在工業(yè)化中的應(yīng)用，又無法對聚乙二醇類催化劑進行回收再利用，若再對產(chǎn)物中的產(chǎn)品進行純化，并回收利用聚乙二醇類催化劑，不僅需要增加研發(fā)成本，而且需要增加分離純化工藝，增加工藝成本。采用聚乙二醇類催化劑雖然能夠提高氟代磷腈及其衍生物的產(chǎn)率，但是由于上述問題其帶來的成本增加遠(yuǎn)高于產(chǎn)率的提高帶來的收益。從而導(dǎo)致采用催化劑在工業(yè)化生產(chǎn)氟代磷腈及其衍生物提高企業(yè)經(jīng)濟效益的工藝研發(fā)中產(chǎn)生的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種用于氟代磷腈及其衍生物工業(yè)化生產(chǎn)的催化劑。采用該催化劑分離簡單，增加產(chǎn)物的純度，能夠重復(fù)使用，降低催化劑的使用成本。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種用于氟代磷腈及其衍生物工業(yè)化生產(chǎn)的催化劑，所述催化劑應(yīng)用于氯代磷腈及其衍生物制備氟代磷腈及其衍生物的氟化反應(yīng)，所述催化劑為工業(yè)級石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯、Mxene、羥基化碳納米管、膨脹石墨中的一種或兩種以上的混合物。

無論是四甲基氯化銨、四甲基溴化銨、18-冠-6和溴化鏻等催化劑，還是聚乙二醇類催化劑，均是一種相轉(zhuǎn)移催化劑，其催化原理是：氟化鉀、氟化鈉等氟化劑均是無機物，難以溶于有機溶劑中，而將氟化劑對氯代磷腈及其衍生物進行氟化的是通過氟離子對P位上的氯進行親核取代，相轉(zhuǎn)移催化劑能夠溶于有機溶劑中，同時其還存在親水基團，能夠?qū)⒎瘎┲械姆x子轉(zhuǎn)移至有機溶劑中，從而加快氟離子的對P位的轟擊，從而起到催化作用，因而相轉(zhuǎn)移催化劑想要達(dá)到的最佳的催化效果，保證其在有機溶劑的溶解度是首要條件。而若采用固體催化劑，由于其不能溶解于有機溶劑中，因而其無法像相轉(zhuǎn)移催化劑一樣，通過相轉(zhuǎn)移催化劑將氟離子轉(zhuǎn)移至有機溶劑中以實現(xiàn)催化性能，所以無法采用固體催化劑對氯代磷腈及其衍生物的氟化反應(yīng)進行催化應(yīng)用。