Электрохимическое фторирование октиламина

Министерство образования  и науки Российской Федерации

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский  государственный технологический  университет растительных полимеров»

Факультет                                                          химико-технологический

Кафедра                                                              органической химии

 

К защите допустить:

                          Зав. кафедрой, д.х.н., проф. Тришин Ю.Г. (                       )

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

К ДИПЛОМНОЙ РАБОТЕ

На тему:

 «Электрохимическое фторирование октиламина»

 

 

Студент                                                               Демина И.М. (                      )

 

 

Руководители:                              д.х.н., проф. Попова Л.М. (                      )

       с.н.с. ФГУП РНЦ «Прикладная химия» Пеганова Н.В.(                      )

 

 

Консультанты:

 

1. Безопасность объектов:                 доц. Гаврилова Н.Н.   (                      )

2. Экономическая часть:                    доц. Овчаренко В.П.  (                       )

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург, 2012 г. 
Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский  государственный технологический  университет растительных полимеров»

           

УТВЕРЖДАЮ:  

                 

 Зав. кафедрой, д.х.н., проф. Тришин Ю.Г. (                       )

 

28 февраля 2012 г.

 

 

Факультет химико-технологический

Кафедра органической химии

 

ЗАДАНИЕ

на дипломную  работу

 

Студенту        Деминой Ирине Михайловне

 

 

Тема работы « Электрохимическое фторирование октиламина»

 

 

 

Тема утверждена приказом по вузу

 

Срок сдачи дипломной работы на кафедру 9 июня 2012г.

 

Содержание расчетно-пояснительной  записки

 

В пояснительной записке  должны быть представлены следующие  разделы: введение, литературный обзор, экспериментальная часть, обсуждение полученных результатов, безопасность объектов, экономическая часть и выводы.

В литературном обзоре должны быть рассмотрены электрохимический  синтез аминов, конструкции электролизеров, а также электрохимическое фторирование в РНЦ « Прикладная химия». В  экспериментальной части должен быть описан проведенный опыт по электрохимическому фторированию октиламина в жидком безводном фтористом водороде и методики хроматографического анализа и анализа ЯМР ¹⁹F сырца и полученного продукта. В обсуждении результатов рассмотреть полученные данные. В безопасности объектов рассмотреть производственную и экологическую безопасность, защиту объектов в условиях чрезвычайных ситуаций военного и мирного времени. В экономической части привести материальные затраты на проведенные исследования.

 

Консультанты по разделам дипломной работы:

доц. Овчаренко В.П.- экономическая  часть;

доц. Гаврилова Н.Н.- безопасность объектов.

 

 

Тему дипломной работы выдали руководители:

д.х.н., проф. Попова Л.М.

с.н.с. Пеганова Н.В

ФГУП РНЦ «Прикладная  химия»

 

 

 

Задание принял к исполнению студент:

Демина И.М.

 

Содержание

 

 

Введение

1. Литературный обзор процесса

электрохимического фторирования                                                            8

1. Метод электрохимического фторирования для получения перфторорганических соединений                                                       8
2. Преимущества и недостатки процесса Саймонса                             10
3. Жидкий фтористый водород, как растворитель и электролит        12
4. Некоторые детали механизма процесса ЭХФ                                   15
5. Метод  электрохимического фторирования  аминов                        16
6. Электрохимическое фторирование

 в РНЦ «Прикладная  химия»                                                                      19

1. Влияние строения исходного органического соединения

 и его концентрации                                                                                    21

2. Влияние температуры                                                                       27
3. Влияние анодной плотности тока

 и режима поляризации электродов                                                           27

4. Конструкции электролизеров для ЭХФ                                          29
7. Физические, теплопередающие и электрические свойства перфторуглеродных жидкостей                                                         31                                                    

2. Электрохимическое фторирование октиламина

(экспериментальная часть)                                                                   35

3. Электрохимическое фторирование октиламина

(обсуждение результатов)                                                                    55

4. Безопасность объектов                                                                         58

1. Производственная безопасность                                                       58

1. Общая характеристика веществ, применяемых в работе             58
2. Электробезопасность                                                                       63
3. Пожаровзрывоопасность                                                                 65
2. Экологическая безопасность                                                             66
3. Защита объектов в условиях чрезвычайных ситуаций                    68

мирного и военного времени                                                                                                                                            

5. Экономическая часть                                                                            74

1. Расчет материальных затрат                                                              74

2. Расчет энергетических  затрат                                                           75
3. Расчет заработной платы                                                                    76
4. Сводная смета затрат на проведение исследования                        77

6. Выводы                                                                                         78
7. Список литературы                                                                               79

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Фтор и его соединения - это удивительный и разнообразный мир, быстрыми темпами вторгающийся в современную жизнь и деятельность человечества. Зарождением и началом  фторорганической  химии многие авторы считают работы Ф. Свартса и Г. Шимана, относящиеся к началу XX века. Тогда путем замещения в органических  соединениях  галогенов или аминогрупп на фтор удалось получить некоторые фторуглеводороды. По-видимому, первое  фторорганическое   соединение  было получено известным российским химиком А.П. Бородиным, получившим фтористый бензоил путем взаимодействия хлористого бензоила с гидрофторидом калия.

Чрезвычайно важным в истории химии   фторорганических   соединений  был 1930 год. Тогда были получены одни из наиболее распространенных в настоящее время фторпродуктов - фреоны, хладагенты для холодильных устройств. Эти  соединения  нетоксичны, негорючи и химически инертны. Производство фторорганических   соединений  резко возросло, что было обусловлено потребностями атомной промышленности в материалах, стойких к фторирующему действию UF₆, который применяется для разделения изотопов урана.

Кроме хладагентов научились синтезировать  невоспламеняющиеся и незамерзающие  жидкости, чрезвычайно устойчивые полимерные материалы с уникальными свойствами, лекарственные препараты, моющие средства, долговечные смазки, средства защиты растений, компоненты искусственной крови и многое другое.

 Одним из крупнотоннажных продуктов  фторорганической  химии является фторопласт-4, или тефлон, (-C₂F₄-)_n, устойчивость которого к агрессивным средам оценивается выше, чем устойчивость золота или платины. И это при наличии в его составе свыше 75% самого агрессивного из элементов - фтора. Широкий диапазон температур применения, низкий коэффициент трения, прекрасные электроизоляционные свойства в дополнение к очень высокой устойчивости выдвигают этот материал для многих отраслей техники в разряд незаменимых.

Большой интерес для промышленности представляют также фторированные третичные амины, эфиры и фторангидриды карбоновых и сульфокислот. В медицине используются перфторированные продукты: перфтордекалин, фожалин, перфтортрибутиламин.

В частности, фторангидриды и эфиры перфторкислот являются составными компонентами каучуков нового поколения, отличающихся стойкостью в широком диапазоне температур и высокими механическими характеристиками. Разработка новых перфторированных ангидридов, используемых в качестве добавки для получения каучуков следующего поколения, является одним из приоритетных направлений в производстве синтетических каучуков.

Целью дипломной работы явилось исследование процесса синтеза перфторированного октана, используемого не только в медицине, но и как диэлектрик. В качестве метода синтеза выбран метод электрохимического фторирования (ЭХФ) октиламина в жидком безводном фтористом водороде.

В ходе работы были проведены  опыты с периодической остановкой (на ночь) общей длительностью 799,5 А∙ч и отработана методика сбора образующегося продукта. Полученные продукты были идентифицированы методом газо-жидкостной хроматографии и ядерно-магнитного резонанса.

 

 

 

 

 

 

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФТОРИРОВАНИЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРФТОРИРОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

 

Как уже отмечалось, химия  фтора занимает особое место в мировой и Российской химической промышленности. Это связано с широкой областью практического использования органических соединений фтора, уникальностью свойств этих веществ (зачастую не имеющих аналогов среди других классов соединений), наибольшей экологической безопасностью. Среди известных методов синтеза фторорганических соединений: фторирование элементным фтором и высшими фторидами металлов [1], обмен хлора или брома на фтор действием неорганических фторидов, и др., – электрохимическое фторирование органических соединений (ЭХФ) занимает особое место. Метод ЭХФ был предложен в середине прошлого века Д. Саймонсом [2] для исчерпывающего фторирования углеводородов и синтеза перфторированных соединений с сохранением функциональной группы или структуры исходного соединения, имеющего гетероатом в молекуле. Метод ЭХФ отличается тем, что в электролизере получается готовый продукт, который сам отделяется от электролита. Его основные характеристики изложены далее. Именно этот способ синтеза для получения перфтороктана применен в данной работе. Также в литературном обзоре уделено внимание использованию метода ЭХФ и некоторым особенностям проведения самого процесса электролиза, т.к. именно эти данные необходимы для полной характеристики процесса, изложенной в дипломной работе.