[发明专利]使用断续电流的电化学氟化方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于有机材料电化学氟化反应的电化学氟化方法。

背景技术

含氟化学品(例如，氟化或全氟化的有机化合物)通常是具有商业价值的有用的化学材料。含氟化学品显示了许多有用的性能，例如，它们是惰性、非极性的，又具有憎水性及憎油性等等。这样，含氟化学品可被用于广泛的领域。它们可被用作耐油、拒水及耐锈蚀的化学品，也可被用作致冷剂及热交换剂；或者，它们可被用作溶剂及清洁剂。由于含氟化学品的多功能性，以及由于人们对这些材料不断增长的强烈需求，在含氟化学品制造工业中提出制备含氟化学品的新的及改进制备方法的持续要求。

一个用于制备含氟化学品的众所周知的工业方法是始于50年代、由美国3M公司商业开发的电化学氟化方法。该方法通常被称为Simons氟化方法或电化学氟化方法(ECF)。所述方法系由电流流经一含有液态无水氟化氢和待氟化的有机化合物(“基质”)的混合物的电解液的方法来完成。大致上，该方法教导的是：所述Simons方法是藉由一流经上述电解液的恒定电流来完成。即，所述方法是由恒电压、恒定电流强度的电流来完成。请参见W.V.Childs等人著“阳极氟化(Anodic Fluorination)”(《Organic Electrochemistry》H.Lundand M.Baizer eds.，Marcel Dekker Inc.，New York，1991)。流经所述电解液的电流导致所述基质上的一或多个氢被氟取代。

尽管可以进行商业化的使用，Simons电化学氟化方法仍存在可能需要作较大改进的地方。例如，上述Simons方法需要相当大量的通过电解液的电能。大量的电能可有效地用于氟化基质，然而，一定量的上述电能又转化为热能，而这些热能则是必须从上述电化学反应电解槽中作为废弃的能量去除的。另外，这些一定量电能的去除又增加了所述氟化方法的整个操作成本。理想的是，在上述Simons氟化方法中减少作为散逸热能的电能量，由此，可降低须用于实施所述方法的总成本。

同样，传统的Simons氟化方法通常包括使用导电性添加剂，由此使得电流得以顺利通过所述电解液。请参见J.C.Burdon和J.C.Tatlow著“用于含氟有机化合物合成的电化学氟化方法(The Electrochemical Process foe the Synthesis ofFluoro-Organic Compounds)”(《Advances in Fluorine chemistry》M.Stacey等人编著，Volume 1p.129，1960)。在上述Simons方法中，导电性添加剂的使用可以导致不希望的结果。导电性添加剂可以藉由例如阳极上锈蚀的增加，或藉由其自身在氟化反应中被消耗或氟化，从而影响基质的氟化。藉此，又可能低所希望的氟化产物的总收率，并且在很多情况下，可能增加氟化成本。因此，理想的是，在上述氟化方法中，尽量减少或基本上消除导电性添加剂的使用需求。

最后，上述Simons氟化方法可能很难在一个延长时间的反应期间保持一个稳定状态。因为，在氟化反应电解槽的电极，特别是在阳极上将沉积形成如高电阻的薄膜副产物和焦油。在常规的操作中，上述薄膜及焦油在阳极上的淀积导致电化学电解槽的电阻增加，并使得电解槽电压向上浮动。这个问题可能变得非常严重，并导致被称为“电流阻断(current blocking)”的情形发生，该现象表现为电阻持续的增加及电解槽中导电性的持续低减。为改善电流阻断状况，通常需要关闭装置进行清洗。因此，理想的是，防止可能导致电解槽内导电性的低减以及电流阻断情况的持续进行的氟化电解槽中电阻的增加。

发明简述

本发明涉及一种用于氟化如含有有机成份的化学品化合物的电化学氟化方法。在本发明的方法中，提供了一种含有一有机基质及氟化氢的反应液。在该反应液上建立起电势(电压)，使电流通过该反应液，由此，使有机基质产生氟化反应。在该方法中，电流作周期性和规则的中断，即，该电流以高电流电平所定义的第一电流电平流动，又以一低电流电平被周期性地中断。在本发明中，电流是以这样的方式被断续，即，在本发明的条件下操作的电化学氟化电解槽电阻低于在没有电流断续情况下操作的电解槽电阻。