Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали инновационные методы получения и очистки фторированных эфиров. Предложенная технология основана на процессе реакционной дистилляции, в ходе которой из фторированных спиртов образуются сложные эфиры. Разработка имеет большие перспективы для химической промышленности, так как связана с применением фторированных соединений в тонком органическом синтезе, электрохимии и электротехнике. Результаты работы опубликованы в журнале Molecules.
Фторорганические соединения, имеющие связи углерод-фтор, проявляют уникальные свойства, такие как высокая термическая и химическая стабильность, высокая поверхностная активность, отсутствие светопоглощающей способности, высокий фармакологический эффект и применяются в различных отраслях промышленности. Высокая добавленная стоимостью таких продуктов делает разработку новых методов синтеза и технологий производства фторорганических соединений весьма актуальной.
Ученые из ИОНХ РАН впервые математическую модель, которая позволяет описывать равновесие и кинетику реакции в системе гептафторбутанол — уксусная кислота. Полученные данные существенно улучшают понимание процесса получения целевого продукта – гептафторбутилацетата – и создают предпосылки для дальнейшего производственного масштабирования данного сложного эфира.
Работу прокомментировал научный сотрудник Лаборатории теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, кандидат химических наук Андрей Полковниченко: «Глобально, перед нами стоит задача расширить представление о химических процессах, протекающих в системах с фторированными эфирами и спиртами. Объектом настоящей работы является гептафторбутилацетат, а точнее химическая реакция, положенная в основу процесса реакционной дистилляции, как метода получения этого эфира. Сам, гептафторбутилацетат входит в состав пропеллентов, антикоррозийных или антибактериальных аэрозолей, растворителей, применяется при производстве пленочных внешних батарей и батарейных модулей (мембран), а также для создания композиции покрытия для удержания заряда и др. Нами рассмотрен процесс получения целевого продукта через этерификацию, т.е. смешивание кислоты со спиртом. В системе отсутствуют побочные продукты, реакция проходит быстро. Нами впервые получены зависимости химического равновесия и кинетики этой реакции от параметров процесса. На основании экспериментальных данных оценены кинетические и термодинамические параметры реакции. Разработана математическая модель, которая позволяет в полной мере описывать протекающие в системе процессы. Наша работа является одной из первых, посвященных технологии гептафторбутилацетата. Следует отметить, что уровень разработанности технологии напрямую влияет на себестоимость продукции, и для процессов, где гептафторбутилацетат в том или ином виде присутствует в производственной цепочке, подобные исследования оказывают положительный экономический эффект».
По словам авторов, в контексте дальнейших исследований фундаментальный интерес представляет проведение сравнительного анализа влияния стерических факторов, кислотности функциональных групп и галогенирования углеродной цепи на кинетику, химическое равновесие и термодинамику этерификации реакционных систем с фторированными и нефторированными реагентами. Авторы планируют реализацию процесса реакционной дистилляции для получения гептафторбутилацетата и адаптацию этой технологии для получения других фторированных эфиров.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 23-79-01164).
Источник: Polkovnichenko, A.V.; Kovaleva, E.I.; Privalov, V.I.; Selivanov, N.A.; Kvashnin, S.Y.; Lupachev, E.V. 2,2,3,3,4,4,4- Heptafluorobutyl Acetate—Chemical Equilibrium and Kinetics of the Esterification Reaction of 2,2,3,3,4,4,4-Heptafluorobutan-1-ol and Acetic Acid in the Presence of an Acidic Catalyst. Molecules 2025, 30, 1744.
https://doi.org/10.3390/molecules30081744
Области применения гептафторбутилацетата и перечень уникальных свойств фторированных соединений (автор иллюстрации – к.х.н. Андрей Полковниченко)