五氟碘乙烷有以下幾種合成方法：
1 四氟乙烯( TFE) 為基本原料
1.1 TFE、I2、IF5 反應
以I2、IF5 與TFE 在金屬氟化物的催化劑作用下, 生成五氟碘乙烷[3- 11]。金屬氟化物
CF2=CF2 + I2 + IF5--→CF3CF2I
反應通常在高壓釜中進行, 采用間歇式反應。碘隨五氟化碘加入或以熱四氟乙烯蒸汽載帶的形式引入[3]。所用催化劑可以為Nb、SbF3、SbF5、MoF6、金屬鹵化物, 如TiCl4、ZrCl4 或VF5 等, 以Sb 的氟化物最為常用。控制一定的溫度及壓力, 當反應壓力不再下降時, 反應結束。產品經氣化, 冷凝收集, 純度大于95%, 收率可達98%[3- 10]。
此反應也有采用連續反應的方法。如將碘溶解到五氟化碘中, 所得溶液連續性地送入直立泡罩塔反應器, 泡罩塔裝有五氟化碘, 在其底端有四氟乙烯進料管, 反應溫度控制在85～95℃, 優選90℃。生成的五氟碘乙烷以氣體形式由泡罩塔頂端釋放, 在下游的冷凝器中液化儲存在容器中, 收率達97%~98% [11]。
此方法流程短, 所需反應時間少, 產品純度及收率高, 三廢少, 反應溫度、壓力范圍較寬, 操作容易,但五氟化碘的純度對反應影響較大。反應中使用了原料碘及五氟化碘, 強酸性對反應介質的腐蝕性很大, 這對反應裝置的要求較高, 一般采用不銹鋼加涂層的方法解決腐蝕性問題。控制較低反應溫度, 也能有效減少反應物對裝置的腐蝕。現今大部分公司的生產工藝均采用此方法。
1.2 TFE、ICl、HF 反應
以IF5 為氟化劑的工藝中, 五氟化碘的質量比較難控制, 這直接影響到五氟碘乙烷的收率。此方法, 以ICl 和HF 取代了IF5, 從原料上保證了工藝的穩定性。如: 在搖瓶中裝入48g ICl, 加壓, 冷卻到- 30℃, 然后加入100g 無水HF、10g BF3(催化劑)和30g 四氟乙烯, 于20℃搖反應器18h, 得到五氟碘乙烷, 收率為91%[12,13]。
BF3
CF2=CF2 + ICl + HF--→CF3CF2I + I2
此法原料易得, 收率較高。但反應時間長, 不利于工業化生產。
2 1,2- 二碘四氟乙烷(CF2ICF2I) 為基本原料2.1 CF2ICF2I、IF5 反應在反應器中加入7.7g IF5、0.2 I2、23.6g F2ICCF2I和0.2g Nb, 在75℃下加熱37min, 間歇通入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 都為有毒物質,其中F2ICCF2I 的毒性國內尚不明確, 急性吸入毒性屬高毒類[15], 操作防護比較重要。
2.2 CF2ICF2I、HF 反應
將177g F2ClCF2I、17.1g H5IO6 和200g HF 于150℃在40 大氣壓下攪拌反應5h, 得到108g 五氟碘乙烷, 純度為98%, 收率為85.5%。所采用的催化劑為H5IO6、NaClO3 或SO2Cl2 等含氧酸[16]。如使用Cl- 代替含氧酸催化劑, 則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鹵酸或鹵酸鹽, 具有不穩定性。反應過程中如操作不當, 容易引起爆炸。
3 鹵代烷替換法
在有機溶劑中, 用五氟一溴乙烷或者五氟一氯乙烷同堿金屬碘化物反應, 替換掉中的溴或者氯, 得到五氟碘乙烷。此方法操作步驟較多, 產物為混合物, 產品分離困難, 收率低。
Cat
CF3CF2Br + KI--→CF3CF2I + KBr
4 全氟羰酸鹵酸酐脫羰基法在有堿金屬碘化物的情況下, 脫掉全氟羰酸鹵酸酐中的羰基, 得到五氟碘乙烷。
Cat
CF3CF2COCl + KI--→CF3CF2I + KCl
5 五氟乙烷(C2F5H)和I2 反應
將五氟乙烷(C2F5H)和I2 組成的混合氣體, 流經堿金屬( 堿土金屬鹽/載體) 催化劑層, 在其催化下反應, 得到C2F5I、CF3I、C2F5H、I2 氣態混合物。經多步分離可以獲得所需產品C2F5I 和CF3I。通過改變反應條件(如催化劑性質、反應溫度及停留時間等)可以實現目標產物C2F5I 和CF3I 組成比例的調節。如有選擇地循環部分反應混合物, 能使C2F5H 和I2 反應向C2F5I 或CF3I 的生成方向進行, 那么C2F5I 的選擇性可達45%。此反應C2F5H:和I2 混合氣體進料溫度控制在150～160℃, 催化劑為KF/活性炭, 反應壓力: 0.1MPa[18,19]。KF/活性炭
C2F5H + I2--→C2F5I + CF3I
此方法是全新的一種制備C2F5I 的工藝路線, 不同于以上各方法, 為尋找五氟碘乙烷的合成方法提供了一種新的思路。