三氟甲磺酸的制备方法与流程

本发明涉及三氟甲磺酸的制备，具体涉及一种三氟甲磺酸的制备方法。

背景技术：

1、三氟甲磺酸（trifluoromethanesulfonic acid，简称tfmsa或tfoh，cas号1493-13-6）是一种最强有机酸之一，分子式为cf3so3h，常温下为无色液体，沸点167～170℃，具有强腐蚀性和吸湿性。三氟甲磺酸对氧化还原反应极其稳定，热稳定性和化学稳定性均十分优异。作为反应原料和催化剂，三氟甲磺酸广泛应用于动力电池、医药、化工等领域，可用于功能性化学材料、表面活性剂、药物合成，还可作为聚合、酯化凝聚、脱水的催化剂，例如紫杉醇的合成中三氟甲磺酸是必需物质，三氟甲磺酸制备的二（三氟甲磺酰）亚胺锂。

2、三氟甲磺酸用途广泛，在有机合成领域可作为高效催化剂或助剂，促进酯化、缩合等反应，提升反应收率与选择性；在电化学领域，可作为电解质添加剂用于锂离子电池电解液，改善电池循环稳定性与倍率性能，也可用于制备高电压水系钾离子电池的电解质；此外还可作为氟源中间体用于合成各类含氟化合物。随着新能源产业的快速发展，三氟甲磺酸作为锂电池电解液的重要组分，其市场需求持续增长。

3、三氟乙酸作为一种来源广泛、价格相对低廉的化工原料，若能开发一种以三氟乙酸为原料、工艺简单、条件温和、收率高、适合工业化生产的三氟甲磺酸制备方法，不仅能够延伸产品价值链，还将显著降低三氟甲磺酸的生产成本，因此需要探究一种通过三氟乙酸制备三氟甲磺酸的方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种三氟甲磺酸的制备方法以延伸三氟乙酸的产品价值，显著降低三氟甲磺酸的生产成本。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种三氟甲磺酸的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将三氟乙酸、氢氧化钾进行中和反应，得到三氟乙酸钾；

5、s2：以二氧化硫为亚磺化试剂、乙腈为溶剂，加入三氟乙酸钾，在复合催化剂的作用下，得到含有三氟甲磺酸钾、三氟甲基亚磺酸钾的混合溶液；所述复合催化剂包括引发稳定剂，所述引发稳定剂为卤代盐，以通过引发稳定剂引发反应；

6、s3：对含有三氟甲磺酸钾、三氟甲基亚磺酸钾的混合溶液进行脱溶、降温、离心，得到三氟甲磺酸钾、三氟甲基亚磺酸钾；

7、s4：向三氟甲基亚磺酸钾中滴加双氧水，得到三氟甲磺酸钾；

8、s5：将s3步骤得到的三氟甲磺酸钾、s4步骤得到的三氟甲磺酸钾混合，向浓硫酸中加入混合后的三氟甲磺酸钾进行反应，反应后精馏，收集馏分得到三氟甲磺酸。

9、优选地，所述s2步骤具体为：

10、s21：在搅拌的条件下，向乙腈中加入三氟乙酸钾粉末，得到原料液；

11、s22：向原料液中加入复合催化剂溶解，然后抽负压，氮气置换，得到待反应液；

12、s23：向待反应液中通入二氧化硫，在80℃-130℃下反应3h-10h，得到含有三氟甲基亚磺酸钾、三氟甲磺酸钾的反应溶液。

13、优选地，所述乙腈、二氧化硫、复合催化剂的含水量为50ppm以下、反应压力为0.3mpa-1.4mpa。

14、优选地，所述双氧水在55-60℃下，滴加3-4h，所述双氧水与三氟甲基亚磺酸钾的摩尔比为1.03-1.1:1，所述浓硫酸与三氟甲磺酸钾的摩尔比为1.1-4:1，所述浓硫酸与三氟甲磺酸钾反应的温度为100-110℃，时间为3-5h。

15、优选地，所述s2步骤中，所述三氟乙酸钾与所述二氧化硫的摩尔比为1:1-5。

16、优选地，所述卤代盐为引发性卤代盐或引发性卤代盐和稳定反应卤代盐。

17、优选地，所述引发性卤代盐为碘化钾、氟化钾、溴化钾、溴化亚铜、碘化亚铜中的一种或几种。

18、优选地，所述稳定反应卤代盐为氯化铝、氯化铁、氯化锌、氯化锡中的一种或几种。

19、优选地，所述复合催化剂还包括分子连接剂，所述分子连接剂为相转移催化剂。

20、优选地，所述引发性卤代盐的投料量为三氟乙酸钾的15-25mol%，所述相转移催化剂的投料量为三氟乙酸钾的3-5mol%，所述稳定反应卤代盐的投料量为三氟乙酸钾的0.5-5mol%。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、本发明提供三氟甲磺酸的制备方法，包括以下步骤：

23、s1：将三氟乙酸、氢氧化钾进行中和反应，得到三氟乙酸钾；

24、s2：以二氧化硫为亚磺化试剂、乙腈为溶剂，加入三氟乙酸钾，在复合催化剂的作用下，得到含有三氟甲磺酸钾、三氟甲基亚磺酸钾的混合溶液；所述复合催化剂包括引发稳定剂，所述引发稳定剂为卤代盐，以通过引发稳定剂引发反应；

25、s3：对含有三氟甲磺酸钾、三氟甲基亚磺酸钾的混合溶液进行脱溶、降温、离心，得到三氟甲磺酸钾、三氟甲基亚磺酸钾；

26、s4：向三氟甲基亚磺酸钾中滴加双氧水，得到三氟甲磺酸钾；

27、s5：将s3步骤得到的三氟甲磺酸钾、s4步骤得到的三氟甲磺酸钾混合，向浓硫酸中加入混合后的三氟甲磺酸钾进行反应，反应后精馏，收集馏分得到三氟甲磺酸；

28、因此，本发明设计以酸制酸的路径，以三氟乙酸为原料转化为三氟甲磺酸的工艺路线，制备简单且工艺路线简短，提高三氟乙酸的使用范围。

1.一种三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述s2步骤具体为：

3.如权利要求2所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述乙腈、二氧化硫、复合催化剂的含水量为50ppm以下、反应压力为0.3mpa-1.4mpa。

4.如权利要求1或2所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述双氧水在55-60℃下，滴加3-4h，所述双氧水与三氟甲基亚磺酸钾的摩尔比为1.03-1.1:1，所述浓硫酸与三氟甲磺酸钾的摩尔比为1.1-4:1，所述浓硫酸与三氟甲磺酸钾反应的温度为100-110℃，时间为3-5h。

5.如权利要求2所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中，所述三氟乙酸钾与所述二氧化硫的摩尔比为1:1-5。

6.如权利要求1所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述卤代盐为引发性卤代盐或引发性卤代盐和稳定反应卤代盐。

7.如权利要求6所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述引发性卤代盐为碘化钾、氟化钾、溴化钾、溴化亚铜、碘化亚铜中的一种或几种。

8.如权利要求6所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述稳定反应卤代盐为氯化铝、氯化铁、氯化锌、氯化锡中的一种或几种。

9.如权利要求7所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述复合催化剂还包括分子连接剂，所述分子连接剂为相转移催化剂，所述相转移催化剂为季铵盐类。

10.如权利要求9所述的三氟甲磺酸的制备方法，其特征在于，所述引发性卤代盐的投料量为三氟乙酸钾的15-25mol%，所述相转移催化剂的投料量为三氟乙酸钾的3-5mol%，所述稳定反应卤代盐的投料量为三氟乙酸钾的0.5-5mol%。