五氟碘乙烷有以下几种合成方法：
1 四氟乙烯( TFE) 为基本原料
1.1 TFE、I2、IF5 反应
以I2、IF5 与TFE 在金属氟化物的催化剂作用下, 生成五氟碘乙烷[3- 11]。金属氟化物
CF2=CF2 + I2 + IF5--→CF3CF2I
反应通常在高压釜中进行, 采用间歇式反应。碘随五氟化碘加入或以热四氟乙烯蒸汽载带的形式引入[3]。所用催化剂可以为Nb、SbF3、SbF5、MoF6、金属卤化物, 如TiCl4、ZrCl4 或VF5 等, 以Sb 的氟化物最为常用。控制一定的温度及压力, 当反应压力不再下降时, 反应结束。产品经气化, 冷凝收集, 纯度大于95%, 收率可达98%[3- 10]。
此反应也有采用连续反应的方法。如将碘溶解到五氟化碘中, 所得溶液连续性地送入直立泡罩塔反应器, 泡罩塔装有五氟化碘, 在其底端有四氟乙烯进料管, 反应温度控制在85～95℃, 优选90℃。生成的五氟碘乙烷以气体形式由泡罩塔顶端释放, 在下游的冷凝器中液化储存在容器中, 收率达97%~98% [11]。
此方法流程短, 所需反应时间少, 产品纯度及收率高, 三废少, 反应温度、压力范围较宽, 操作容易,但五氟化碘的纯度对反应影响较大。反应中使用了原料碘及五氟化碘, 强酸性对反应介质的腐蚀性很大, 这对反应装置的要求较高, 一般采用不锈钢加涂层的方法解决腐蚀性问题。控制较低反应温度, 也能有效减少反应物对装置的腐蚀。现今大部分公司的生产工艺均采用此方法。
1.2 TFE、ICl、HF 反应
以IF5 为氟化剂的工艺中, 五氟化碘的质量比较难控制, 这直接影响到五氟碘乙烷的收率。此方法, 以ICl 和HF 取代了IF5, 从原料上保证了工艺的稳定性。如: 在摇瓶中装入48g ICl, 加压, 冷却到- 30℃, 然后加入100g 无水HF、10g BF3(催化剂)和30g 四氟乙烯, 于20℃摇反应器18h, 得到五氟碘乙烷, 收率为91%[12,13]。
BF3
CF2=CF2 + ICl + HF--→CF3CF2I + I2
此法原料易得, 收率较高。但反应时间长, 不利于工业化生产。
2 1,2- 二碘四氟乙烷(CF2ICF2I) 为基本原料2.1 CF2ICF2I、IF5 反应在反应器中加入7.7g IF5、0.2 I2、23.6g F2ICCF2I和0.2g Nb, 在75℃下加热37min, 间歇通入0.1g 四氟乙烯, 得到35g 五氟碘乙烷[14]。
CF2ICF2I + IF5--→CF3CF2I + I2
此法中使用的F2ICCF2I 和IF5 都为有毒物质,其中F2ICCF2I 的毒性国内尚不明确, 急性吸入毒性属高毒类[15], 操作防护比较重要。
2.2 CF2ICF2I、HF 反应
将177g F2ClCF2I、17.1g H5IO6 和200g HF 于150℃在40 大气压下搅拌反应5h, 得到108g 五氟碘乙烷, 纯度为98%, 收率为85.5%。所采用的催化剂为H5IO6、NaClO3 或SO2Cl2 等含氧酸[16]。如使用Cl- 代替含氧酸催化剂, 则五氟碘乙烷收率可提高至88%[17]。
CF2ICF2I + HF CF3CF2I + I2
此方法中因使用了含氧的卤酸或卤酸盐, 具有不稳定性。反应过程中如操作不当, 容易引起爆炸。
3 卤代烷替换法
在有机溶剂中, 用五氟一溴乙烷或者五氟一氯乙烷同碱金属碘化物反应, 替换掉中的溴或者氯, 得到五氟碘乙烷。此方法操作步骤较多, 产物为混合物, 产品分离困难, 收率低。
Cat
CF3CF2Br + KI--→CF3CF2I + KBr
4 全氟羰酸卤酸酐脱羰基法在有碱金属碘化物的情况下, 脱掉全氟羰酸卤酸酐中的羰基, 得到五氟碘乙烷。
Cat
CF3CF2COCl + KI--→CF3CF2I + KCl
5 五氟乙烷(C2F5H)和I2 反应
将五氟乙烷(C2F5H)和I2 组成的混合气体, 流经碱金属( 碱土金属盐/载体) 催化剂层, 在其催化下反应, 得到C2F5I、CF3I、C2F5H、I2 气态混合物。经多步分离可以获得所需产品C2F5I 和CF3I。通过改变反应条件(如催化剂性质、反应温度及停留时间等)可以实现目标产物C2F5I 和CF3I 组成比例的调节。如有选择地循环部分反应混合物, 能使C2F5H 和I2 反应向C2F5I 或CF3I 的生成方向进行, 那么C2F5I 的选择性可达45%。此反应C2F5H:和I2 混合气体进料温度控制在150～160℃, 催化剂为KF/活性炭, 反应压力: 0.1MPa[18,19]。KF/活性炭
C2F5H + I2--→C2F5I + CF3I
此方法是全新的一种制备C2F5I 的工艺路线, 不同于以上各方法, 为寻找五氟碘乙烷的合成方法提供了一种新的思路。