全氟和多氟烷基磺酸的研究——Ⅶ.含有双键的全氟与多氟烷基醚磺酰氟的合成

本文用不同方法获得含有磺酰氟基的烯烃.利用格氏反应由ω-碘-3-氧杂全氟烷磺酰氟(1)得到了γ-和ε-全氟烯基醚磺酰氟(2b和2c).1可与乙烯加成制得ICH₂CH₂(CF₂CF₂)_n+1-OCF₂CF_SO₂F(3),然后用三乙胺脱碘化氢得到相应的烯烃4.含有氟氯双键的磺酰氟6曾从CFCI₂CFCIOCF₂CF₂SO₂F(5)脱氯得到.5与Swarts试剂反应得不到CF₂CICFClOCF₂CF₂SO₂F,却得到醚键的α氯被氟化的7.β-磺酰氟基全氟乙氧基阴离子与对甲苯磺酸β-氯乙酯反应得到5-氯-4,4,5,5-四氢-3-氧杂四氟戊磺酰氟(12),它亦可由四氟乙磺内酯、氟化钾、乙烯、氯在DG中反应制得.经过氯化、脱氯,得到三氯乙烯基醚乙磺酰氟(14). 合成了含有内部双键的对称全氟和多氟醚二磺酰氟.将CFCIICF₂OCF₂CF₂SO₂F(15)在乙酐、二氯甲烷或乙酸乙酯、二氯甲烷中用锌粉偶合,得到(—CFCICF₂OCF₂CF₂SO₂F)₂(16),再脱氯制得(—CFCF₂OCF₂CF₂SO₂F)₂(17).CCI₃CF₂OCF₂CF₂SO₂F(18)在180～200℃可经铜粉进行脱卤偶合而成(—CCICF₂OCF₂CF₂SO₂F)₂(19).     

全氟和多氟烷基磺酸的研究——Ⅱ.一些多氟烷基醚磺酸的合成

一系列5-卤3-氧杂多氟戊磺酰氟 FO₂SCF₂CF₂OC-C-X 已经由四氟乙烷磺内酯(或氟羰基全氟甲基磺酰氟)、烯烃、氟化钾及卤素在二乙二醇二甲醚中制得.所用烯烃是四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯和对称二氟二氯乙烯,所用卤素是一氯化碘、溴和氯.通过色谱-质谱分析,鉴定了一氯化碘与四氟乙烯反应的副产物,提出了这一反应的可能机理:β-磺酰氟基四氟乙氧基 FO₂SCF₂CF₂Oθ与卤素首先生成次卤酸酯 FO₂SCF₂CF₂OX(X=Cl,Br,I),它或主要地与烯烃加成,或分解产生二氟卡宾 F₂C:和氟光气 F₂C=O,而导致产生许多副产物.FO₂SCF₂CF₂OCF₂CF₂I与四氟乙烯的调聚产物 I(CF₂CF₂) _n+1 OCF₂CF₂SO₂F 在180～200℃可以直接氯化得高产率的 Cl(CF₂CF₂) _n+1 OCF₂CF₂SO₂F 和一氯化碘,亦可偶合成二磺酰氟[(CF₂CF₂) _n+1 OCF₂CF₂SO₂F]₂,它们可再转化成钾盐.     

全氟型磺酸酯亲核反应的研究

以3-氧杂多氟烷烃磺酰氟XCF₂OCF₂CF₂SO₂F为原料,顺序经磺酸钾、磺酸、磺酸酐再裂解制得了全氟烷基3-氧杂全氟戊烷磺酸酯XCF₂OCF₂CF₂SO₃CF₂CF₂OCF₂X(1)(X=ICF₂,1a;X=ClCF₂,1b;X=HCF₂,1c;X=Cl₂CF,1d),1极易和多种亲核试剂反应,其中催化量的卤离子和硫氰根离子即可定量地将1分解成相应的磺酸氟和酸氟。     

氟烷磺酰氟/双氧水/碱/丙酮体系与苄醇衍生物的氧化反应

研究了氟烷磺酰氟/双氧水/氢氧化钠/丙酮体系与6个苄醇衍生物的氧化反应, 其中氟烷磺酰氟包括HCF₂CF₂OCF₂CF₂SO₂F, n-C₄F₉SO₂F和n-C₈F₁₇SO₂F. 最优反应条件为n(苄醇衍生物): n(氟烷磺酰氟): n(双氧水): n(氢氧化钠)=1: 4: 8: 8, 溶剂为丙酮, 反应温度为20℃, 反应时间为24 h. 产物酮的收率为23% ~92%. 探讨了该氧化反应的机理, 原位生成的氟烷基过氧磺酸中间体可将丙酮氧化为二甲基二氧杂环丙烷, 进而将反应体系中共存的苄醇衍生物氧化成相应的产物酮. 氟烷磺酰氟/双氧水/氢氧化钠/丙酮体系原位生成的二甲基二氧杂环丙烷氧化苄位羟基的能力和传统的Oxone/CH₃COCH₃体系相当. 本研究提供了一种新颖的原位制备二甲基二氧杂环丙烷的方法.     

三氟甲基磺酰氟绝缘介质理化特性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法, 研究了新型绝缘介质三氟甲基磺酰氟(CF₃SO₂F)的理化特性, 为高压电气设备应用CF₃SO₂F替代SF₆气体提供了理论依据. 基于量子化学计算的分子结构、 内转动、 偶极矩和振动频率等优化设计了mPCFF力场模型, 计算了243~323 K温度范围内CF₃SO₂F的各种气-液相平衡性质(饱和蒸汽压、 密度、 热容、 蒸发焓和临界参数等)与关键输运特性(扩散系数、 介电常数、 黏度和热导率等)基础参数, 并考察了CF₃SO₂F与N₂或CO₂形成混合气体的理化特性. 通过对比SF₆以及C4/CO₂混合环保绝缘气体, 针对混合比、 液化温度、 扩散和热导等因素提出了CF₃SO₂F的电气设备应用建议.     

全氟和多氟烷基磺酸的研究Ⅳ.3-氧杂多氟烷烃磺酸酯的合成及其硫-氧和碳-氧键的断裂

以3-氧杂多氟烷烃磺酰氟XOCF₂CF₂SO₂F为原料,在二氯甲烷中于-20～-30℃与三乙胺、含氟醇或苯酚反应得到一系列氧杂多氟磺酸酯XOCF₂CF₂SO₃R(1a～1g),产率52～90%.影响产率的主要因素是反应温度,而不是碱用量.亲核试剂与这些磺酸酯作用,主要引起酯基的C—O断裂.如1a或1c与I^,CNS和R¹R²NH反应得HCF₂CF₂CH₂Y(Y=I,CNS,R¹R²N),与HCF₂CF₂CH₂^θ得对称醚(HCF₂CF₂CH₂)₂O.     

全氟和多氟烷基磺酸的研究Ⅲ.1-氯-2-碘四氟乙烷与四氟乙烯的热调聚反应及其产物的化学转化

1-氯-2-碘四氟乙烷易与四氟乙烯进行热调聚反应,形成低分子量调聚物,Cl(CF₂CF₂)_nI(n=2～5),可以蒸馏分离.在低温下调聚物与普通格氏试剂反应得氯氟烷基卤化镁,再由它获得ω-氯代全氟烯烃-1Cl(CF₂CF₂)_nCF=CF₂(n=1,2,3)、ω-氯代全氟烷基醇Cl(CF₂CF₂)_nCR'R"OH(R'=CH₃,R"=H;R'=R"=CH₃;R'=R"=CF₃;n=2,3)及ω-氯代全氟烷基磺酰氯Cl(CF₂CF₂)_nSO₂Cl(n=2,3,4).通过ω-氯代全氟羧酸甲酯与甲基碘化镁的反应也得到ω-氯代全氟烷基醇Cl(CF₂CF₂).CF₂C(CH₃)₂OH(n=1,2).ω-氯代全氟烷基磺酸钾是稳定性很好的表面活性剂,可用作电镀镀铬中的铬雾抑制剂.     

偏氟乙烯与全卤代烷烃的调聚反应及其产物的研究

偏氟乙烯能够分别与四氯化碳和全氟叔丁基碘进行自由基的调聚反应,得到新型的调聚物CCl₃(CH₂CF₂)_nCl(n=1～6)和(CF₃)₃C(CH₂CF₂)_nI(n=1,2).调聚物的结构由核磁共振谱、红外光谱、元素分析和化学转化所证实.反应中亲电自由基·CCl₃与·C(CF₃)₃主要进攻偏氟乙烯上无氟碳原子,亦即在偏氟乙烯的自由基加成中,极性因素对加成方向起决定性作用.     

两种七氟醚自由基[(CF3)2C(·)OCH2F,(CF3)2CHOC(·)HF]与氧气反应及OH·再生机理的理论研究

温室气体七氟醚氧化降解可以产生两种反应活性截然不同的自由基，即（CF₃）₂C（·）OCH₂F与（CF₃）₂CHOC（·）HF.采用M06-2X/6-311++G（d，p）与CBS-Q理论方法研究了两种七氟醚自由基与氧气（O₂）反应的机理.与普通的烷基自由基+O₂的无垒复合反应不同，多氟取代的七氟醚自由基与O₂反应需经过1.3~1.8 kcal·mol^-1的势垒才能生成过氧自由基中间体RO₂·.虽然O₂更易于加成到富氟的自由基位点，但与贫氟自由基位点结合生成RO₂·放热更多，且随后的六中心氢迁移生成QOOH中间体需要克服更高的势垒.QOOH分解包括三种主要的OH·再生途径，即：分步解离、三体同步解离、四中心分子内S_N2反应.对于（CF₃）₂C（OC（·）HF）OOH，三条途径互为竞争；对于（CF₃）₂C（·）OC（HF）（OOH），分子内S_N2反应为OH·再生的主要途径，分步或三体同步解离则为次要机理.研究为阐明多氟取代基对大气中OH·循环的影响规律提供了理论依据.     

Design and synthesis of the novel branched fluorinated surfactant intermediates with CF3CF2CF2C(CF3)2 group

Here we reported a novel and efficient method for the synthesis of the critical intermediates of branched fluorinated surfactants with CF₃CF₂CF₂C (CF₃)₂- group using HFPD as starting material. The reaction conditions were mild and easy to handle, which was promisingly applied to the industrial production.     

咪唑类酸性离子液体在Beckmann重排中的应用

以N-甲基咪唑和1,4-丁烷磺内酯反应制得1-甲基-3-磺酸丁基咪唑内盐（MBsIm）; MBsIm分别与H₂SO₄、 CF₃SO₃H和CF₃COOH反应合成了3种咪唑类酸性离子液体：1-甲基-3-磺酸丁基咪唑三氟甲烷磺酸盐（[MBsIm][OTf]）、 1-甲基-3-磺酸丁基咪唑硫酸氢盐（[MBsIm][HSO₄]）和1-甲基-3-磺酸丁基咪唑三氟乙酸盐（[MBsIm][CF₃COO]）,其结构经¹H NMR和¹³C NMR确证。并考察了其在液相Beckmann重排反应中的催化作用。结果表明：[MBsIm][OTf]Z-nCl₂体系的选择性和收率达99％以上,重复使用3次后,转化率维持在90%以上。     

全氟和多氟烷基磺酸的研究——全氟3-氧杂烷烃磺酸酯与亲核试剂反应中的单一的硫-氧键断裂

在R_FSO₃CH₂R'_F(1)与亲核试剂反应中,我们曾报道除Et0^-产生少量的进攻硫的产物外,亲核试剂仅按式(1)的S_N2机理进攻碳。     

甲基磺酰氟Simons电化学氟化过程特性和机理研究

选择CH₃SO₂F电化氟化制备CF₃SO₂F过程为研究系统,研究了电化氟化过程操作电压和反应时间的关系、操作条件对氟化产物组成的影响规律以及Ni电极在电化氟化过程的变化情况. 实验结果表明,Simons电化学氟化过程主要由三个步骤组成：F-在阳极发生电化学氧化反应生成F,该步骤是Simons电化学氟化过程的控制步骤;在Ni电极上生成的F与Ni或NiF₂反应生成高价NiF_n (n≥3),NiFn为Simons电化学氟化过程的氟化剂;NiF_n可以在电极/电解液界面与有机物发生氟化反应生成氟化产物,也可以发生分解反应生成游离F²,NiF_n与有机物发生氟化反应的机理与用CoF₃等为氟化剂氟化有机物的机理相同. 但NiF_n的反应活性比CoF₃高,且在实验条件下极不稳定.     

不同锂盐对超支化/梳状复合型聚合物电解质的性能影响研究

利用PVA侧链上的羟基的化学活性, 采用超支化聚胺-酯对改性纳米SiO₂和PVA接枝改性, 并加入不同锂盐,制备了SiO₂-g-HBPAE/PVA-g-HBPAE超支化/梳状复合型聚合物电解质, 利用SEM观察了纳米粒子在基体中的分散情况, 采用DSC、拉伸实验以及介电谱研究了锂盐种类及添加量对复合体系性能的影响. 结果表明, 超支化接枝改善了SiO₂和基体的界面相容性; 磺酸类锂盐在复合材料中表现出自增塑现象, 材料的玻璃化转变温度(T_g)大幅度下降; LiClO₄在基体中的离解能力强于LiCF₃SO₃和 LiN(SO₃CF₃)₂; 当LiCF₃SO₃添加量为20 %(by mass, 下文同)时, 聚合物电解质的室温电导率达到最大值2.58×10^-6 S•cm^-1.     

单氢钌配合物与水和2,2,2-三氟乙醇的作用机理

利用原位¹H和³¹P NMR对单氢钌配合物TpRu(PPh₃)(CH₃CN)H [Tp＝hydrotris(pyrazolyl)borate]与H₂O和酸性HOCH₂CF₃的反应进行了研究, 结果显示相应的反应产物分别是TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OH) 和TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OCH₂CF₃). 观察到反应过程中Ru-H…HOH和Ru-H…HOCH₂CF₃分子间的氢键作用. 提出了生成TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OH)和TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OCH₂CF₃)的不同作用机理. 在水存在下, TpRu(PPh₃)(CH₃CN)H 与H₂O反应, 经过中间体TpRu(PPh₃)(H₂O)H和TpRu(PPh₃)(OH)(η²-H₂)生成产物TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OH). 而TpRu(PPh₃)(CH₃CN)H与酸性HOCH₂CF₃反应时, 单氢配体被质子化形成中间体[TpRu(PPh₃)(CH₃CN)- (η²-H₂)](OCH₂CF₃), 进而转变成产物TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OCH₂CF₃). TpRu(PPh₃)(CH₃CN)(OCH₂CF₃)与H₂作用, 经中间体TpRu(PPh₃)(HOCH₂CF₃)H生成TpRu(PPh₃)(η²-H₂)H.     

以二氟烷基磺酸修饰的聚降冰片烯为基础的聚合物电解质薄膜的制备

合成了一种新型的二氟烷基磺酰氟单体2-（双环[2.2.1]庚-5-烯-2）-1,1-二氟-2-甲氧基丙基-1-磺酰氟.首先利用二氟甲基2-吡啶基砜和2-乙酰基-5-降冰片烯发生亲核加成反应,在低温下用三氟甲磺酸甲酯保护加成产物中的羟基,之后在KOH/MeOH的条件下脱去吡啶基,得到的二氟亚磺酸盐和Slectfluor试剂反应制得想要的二氟烷基磺酰氟单体.这种新型的二氟烷基磺酰氟单体和不同比例的降冰片烯单体在Grubbs第二代催化剂存在条件下进行开环烯烃复分解聚合（ROMP）,所得的聚合物在碱性条件下水解,再用稀盐酸处理最终制得新型的含有二氟烷基磺酸的聚合物电解质膜.这些新型的聚合物电解质膜具有中等的室温质子电导（12～49mS/cm）.     

BeSO4-Al2(SO4)3-Na2SO4三元熔盐体系相图的研究

热分析法研究了BeSO₄-Al₂(SO₄)3-Na₂SO₄三元熔盐体系的状态图。体系中存在三元转熔(包晶)点P,温度490℃,组成为BeSO₄18.8Wt%,Al₂(SO₄)₃15.0%,Na₂SO₄66.2%;三元低共熔(共晶)点E₁,温度为476℃,组成为BeSO₄20.0%,Al₂(SO₄)₃11.2,%,Na₂SO₄68.8%。另一低共熔点E₂温度为595℃,组成未能确定。体系中无三元化合物生成。     

全氟和多氟烷基磺酸的研究 Ⅸ.5-卤-3-氧杂-全氟戊磺酰氟的化学转化

5-卤-3-氧杂-全氟戊磺酰氟(1)依次用苛性钾、浓硫酸和五氧化二磷处理可顺利地得到相应的磺酸和磺酸酐.在吡啶存在下,[I(CF_2)_2O(CF_2)_2SO_2]_2O(3)与醇反应得磺酸酯(6).1在发烟硫酸作用下,可转化成酰氟9.随着反应温度的不同,9水解为酸10和/或二元酸11.氟羰基全氟甲磺酰氟的水解也有类似现象.醇与9的酰氟基反应得羧酸酯,而不与磺酰氟基反应.但可进一步转化为磺酸酯.由9与F~-生成的全氟烷氧基阴离子-O(CF_2)_2O(CF_2)_2SO_2F与活泼的卤代烷作用得醚.还研究了5-卤-3-氧杂-全氟戊磺酰氟与三氯化铝的作用,在无水三氯化铝存在下对9进行了芳烃的Friedel-Crafts酰基化,以四氯化碳为溶剂并改变加料顺序,可提高酮的产率.     

含氟聚芳醚酮的合成与性能研究

研究了含氟基团的引入对聚醚醚酮(PEEK)的介电常数、溶解性、结晶性和力学性能等的影响.结果表明,这种含氟聚芳醚酮在保持PEEK良好机械性能的条件下,介电常数达到2.7,且频率依赖性小,成膜性能好,成本比相应的含氟PI低5～10倍,有望成为一种极有实用价值的电子封装材料.同时利用合成的含氟单体合成了一系列不同-CF₃取代基含量的聚芳醚酮共聚物,研究了聚芳醚酮共聚物的介电常数与聚合物结构单元中-CF₃取代基含量的关系.结果表明,聚芳醚酮共聚物的介电常数随聚合物结构单元中-CF₃取代基含量的增加而线性降低.     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。