锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法技术

本发明专利技术涉及有机硅化合物合成技术领域，具体涉及一种锂电池助剂3‑氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法。所述合成方法为：将4‑氯正丁腈滴加到钠的无水溶剂中进行反应，得到N≡CCH2CH2CH2Na的悬浊液，再经过以下两种路线的任一种，得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷；路线一为N≡CCH2CH2CH2Na先和二甲基二氯硅烷反应得到3‑氰丙基二甲基氯硅烷，再经氟化得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷；路线二为二甲基二氯硅烷先进行氟化得到二甲基二氟硅烷，再与N≡CCH2CH2CH2Na反应得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷。本发明专利技术所用原料容易获取、成本低廉、纯度更高，所用方法易于反应，经济可行。

SYNTHESIS OF 3-CYANOPROPYL DIMETHYL FLUOROSILANE AS LITHIUM BATTERY AGENT

The invention relates to the technical field of synthesis of organosilicon compounds, in particular to a synthesis method of lithium battery additive 3 cyanopropyl dimethylfluorosilane. The synthetic method is as follows: the suspension of N_CCH2CH2CH2Na is obtained by adding 4_chloron-n-butyronitrile droplets to the water-free solution of sodium, and then 3_cyanopropyl dimethylfluorosilane is obtained by either of the following two routes: the first route is N_CCH2CH2CH2Na reacts with dimethyldichlorosilane to obtain 3_cyanopropyl dimethylchlorosilane, and then by fluorination to obtain 3_cyanopropyl dimethyldimethyldimethylfluorosilane. Fluorosilane; Route 2 is dimethyldichlorosilane fluorinated to dimethyldifluorosilane, and then reacted with N_CCH2CH2CH2Na to get 3 cyanopropyl dimethylfluorosilane. The raw materials used in the invention are easy to obtain, low in cost, high in purity, and the method used is easy to react, and is economical and feasible.

【技术实现步骤摘要】
锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法
本专利技术涉及有机硅化合物合成
，具体涉及一种锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法。
技术介绍
锂离子电池具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高、无记忆效应、对环境友好等优点，成为各种便携式电子产品和电动汽车等大中型储能设备的首选。材料技术的进步是锂离子电池发展的基础。电极和电解质材料是锂离子电池中的核心组成之一，对电池性能起到决定性的作用，也是目前锂离子电池进一步发展所受到的主要制约，寻找新的电极和电解质材料和改善传统材料成为现在该领域研究的主要目标。含氟材料比传统材料结构稳定性好、耐腐蚀、安全性高、与电解质相容性强，开发和使用热稳定性高的含氟材料是将来改善锂离子电池安全性能的有效途径和努力的方向。其中，3-氰丙基二甲基氟硅烷可以显著提升电池性能，提高安全性能，延长锂电池寿命。专利US9680185描述了二甲基氯硅烷和烯丙基腈在铂催化剂(Karstedt催化剂)作用下合成中间体，经过氟化得到3-氰丙基二甲基氟硅烷。而二甲基氯硅烷需要特殊工艺制备，难以获取，纯度低，价格昂贵，产品成本大幅提高。同时，以二甲基氯硅烷和烯丙基腈为原料引发过程较慢，需要大量的贵金属催化剂，也造成了引发速度慢和成本高的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，所用原料容易获取，成本低廉，所用方法易于反应，经济可行，产品收率高，纯度高。本专利技术所述的锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，将4-氯正丁腈滴加到钠和无水甲苯中进行反应，得到N≡CCH2CH2CH2Na的悬浊液，再经过以下两种路线的任一种，得到3-氰丙基二甲基氟硅烷；路线一：先将N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加到二甲基二氯硅烷中，经取代反应并过滤得到3-氰丙基二甲基氯硅烷粗产品，将粗产品进行减压精馏，得到3-氰丙基二甲基氯硅烷，再经过氟化得到3-氰丙基二甲基氟硅烷；路线二：先将二甲基二氯硅烷进行氟化，过滤得到二甲基二氟硅烷，再将N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加到二甲基二氟硅烷中，经取代反应得到3-氰丙基二甲基氟硅烷粗产品，将粗产品进行减压精馏，得到3-氰丙基二甲基氟硅烷。3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成反应式如下：N≡CCH2CH2CH2Cl+2Na→N≡CCH2CH2CH2Na+NaCl路线一：路线二：钠与无水甲苯的质量比为1:5-15。4-氯正丁腈与钠的摩尔比为1:1.8-2。4-氯正丁腈的滴加温度为100-115℃，滴加时间为0.5-2h；4-氯正丁腈和钠的反应温度为100-120℃，反应时间为0.5-2h。路线一中N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加温度为30-40℃，时间为2-3h；取代反应的温度为35-45℃，时间为0.5-3h；减压精馏的真空度为-0.05-0.1MPa，3-氰丙基二甲基氯硅烷的收集温度为90-110℃。N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液的滴加温度和反应温度对产品收率的影响较大，当滴加温度和反应温度过高或过低时，产品的收率降低。此外，N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液的滴加速度对产品的收率也有影响，控制滴加时间在2h以上，产品的收率有明显提高。路线一中N≡CCH2CH2CH2Na和二甲基二氯硅烷的摩尔比为1-1.1:1。线路一和线路二的氟化过程采用现有的氟化方法，即将氟化氢铵加入到反应器中，再滴加含甲基氯硅烷进行反应，整个氟化过程在室温下进行。其中，线路一氟化结束后，加入与3-氰丙基二甲基氯硅烷等质量的正己烷搅拌15min，过滤后得到液体产物，减压蒸馏去除正己烷，过滤，得到3-氰丙基二甲基氟硅烷；氟化氢铵和3-氰丙基二甲基氯硅烷的摩尔比为1.2-1.5:1，滴加时间为0.5-1h，氟化时间为1-2h。路线二中氟化结束后，直接过滤得到二甲基二氟硅烷；氟化氢铵和二甲基二氯硅烷的摩尔比为2-2.2:1，滴加时间为0.5-1h，反应时间为1-2h。路线二中N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加温度为25-35℃，时间为2-3h；取代反应温度为30-40℃，时间为1-3h；减压精馏的真空度为-0.05～0.1MPa，3-氰丙基二甲基氟硅烷的收集温度为70-90℃。N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液的滴加温度和反应温度对产品收率的影响较大，当滴加温度和反应温度过高或过低时，产品的收率降低。此外，N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液的滴加速度对产品的收率也有影响，控制滴加时间在2h以上，产品的收率有明显提高。路线二中N≡CCH2CH2CH2Na和二甲基二氟硅烷的摩尔比为1-1.1:1。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：(1)本专利技术以二甲基二氯硅烷为主要原料，经过取代反应和氟化反应得到3-氰丙基二甲基氟硅烷，二甲基二氯硅烷容易获取，纯度高，成本低廉，本专利技术的总成本比使用二甲基氯硅烷为主要原料的常规合成方法降低50％左右；(2)本专利技术的原料二甲基二氯硅烷较二甲基氯硅烷沸点高，便于生产，减少了合成过程中原料的挥发；(3)本专利技术利用取代反应得到3-氰丙基二甲基氟硅烷，无需进行硅氢加成反应，避免了引发困难和昂贵催化剂使用的问题，取代反应无需引发，易于反应，3-氰丙基二甲基氟硅烷的收率在65％以上。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本专利技术技术方案所作的改变，均应属于本专利技术的保护范围内。实施例1采用路线一制备3-氰丙基二甲基氟硅烷：(1)将41.4g(1.8mol)金属钠和420g无水甲苯在搅拌下升温至108℃，然后滴加103.5g(1mol)4-氯正丁腈，2h滴加完，在110℃下继续反应1h，得到N≡CCH2CH2CH2Na的悬浊液；(2)将116.1g(0.9mol)二甲基二氯硅烷升温至40℃，滴加N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液，3h滴加完，在45℃下继续反应1h，过滤，得到3-氰丙基二甲基氯硅烷粗产品；将粗产品进行减压精馏，收集97℃/-0.1MPa的馏分，得到3-氰丙基二甲基氯硅烷；(3)将氟化氢铵加入到反应器中，滴加3-氰丙基二甲基氯硅烷，0.5h滴加完，反应2h。加入正己烷搅拌15min后过滤后得到液体产物，减压蒸馏去除正己烷，过滤得到3-氰丙基二甲基氟硅烷。3-氰丙基二甲基氟硅烷的收率为66.8％，纯度为99.5％。实施例2采用路线一制备3-氰丙基二甲基氟硅烷：(1)将46g(2mol)金属钠和350g无水甲苯在搅拌下升温至105℃，然后滴加103.5g(1mol)4-氯正丁腈，1h滴加完，在108℃下继续反应1.5h，得到N≡CCH2CH2CH2Na的悬浊液；(2)将129g(1mol)二甲基二氯硅烷升温至35℃，滴加N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液，2h滴加完，在40℃下继续反应1.5h，过滤，得到3-氰丙基二甲基氯硅烷粗产品；将粗产品进行减压精馏，收集97℃/-0.1MPa的馏分，得到3-氰丙基二甲基氯硅烷；(3)将氟化氢铵加入到反应器中，滴加3-氰丙基二甲基氯硅烷，0.5h滴加完，反应2h。加入正己烷搅拌15min后过滤后得到液体产物，减压蒸馏去除正己烷，过滤得到3-氰丙基二甲基氟硅烷。3-氰丙基二甲基氟硅烷的收率为65.1％，纯度为99.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池助剂3‑氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，其特征在于：将4‑氯正丁腈滴加到钠和无水甲苯中进行反应，得到N≡CCH2CH2CH2Na的悬浊液，再经过以下两种路线的任一种，得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷；路线一：先将N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加到二甲基二氯硅烷中，经取代反应并过滤得到3‑氰丙基二甲基氯硅烷粗产品，将粗产品进行减压精馏，得到3‑氰丙基二甲基氯硅烷，再经过氟化得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷；路线二：先将二甲基二氯硅烷进行氟化，过滤得到二甲基二氟硅烷，再将N≡N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加到二甲基二氟硅烷中，经取代反应得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷粗产品，将粗产品进行减压精馏，得到3‑氰丙基二甲基氟硅烷。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，其特征在于：将4-氯正丁腈滴加到钠和无水甲苯中进行反应，得到N≡CCH2CH2CH2Na的悬浊液，再经过以下两种路线的任一种，得到3-氰丙基二甲基氟硅烷；路线一：先将N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加到二甲基二氯硅烷中，经取代反应并过滤得到3-氰丙基二甲基氯硅烷粗产品，将粗产品进行减压精馏，得到3-氰丙基二甲基氯硅烷，再经过氟化得到3-氰丙基二甲基氟硅烷；路线二：先将二甲基二氯硅烷进行氟化，过滤得到二甲基二氟硅烷，再将N≡N≡CCH2CH2CH2Na悬浊液滴加到二甲基二氟硅烷中，经取代反应得到3-氰丙基二甲基氟硅烷粗产品，将粗产品进行减压精馏，得到3-氰丙基二甲基氟硅烷。2.根据权利要求1所述的锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，其特征在于：钠与无水甲苯的质量比为1:5-15。3.根据权利要求1所述的锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，其特征在于：4-氯正丁腈与钠的摩尔比为1:1.8-2。4.根据权利要求1所述的锂电池助剂3-氰丙基二甲基氟硅烷的合成方法，其特征在于：4-氯正丁腈的滴加温度为100-115℃，滴加时间为0.5-2h；4-氯正丁腈和钠的反应温度为100-120℃，反应时间为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊港，王春晓，刘海龙，胡庆超，耿宁，张玉娇，肖月玲，
申请(专利权)人：山东东岳有机硅材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37