Page 32 - 《精细化工》2022年第5期
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·886·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

                                             表 8   七氟异丁腈用作绝缘介质的应用
                               Table 8    Applications of heptafluoroisobutyronitrile as an insulating medium
                   产品    投运    电压等     额定电                                应用情况
             制造商
                   名称    年份     级/kV    流/A    投运间隔数/km         应用环保气体气室元件            环保介质     额定充气压力/MPa
              GE    GIS   2015  72.5~145.0  2500    76       断路器、隔离接地开关、母线           C 4F 7N+CO 2   0.77
                    GIL   2017   420    5000        2        管道母线                    C 4F 7N+CO 2   不详
                 注:C 4F 7N 为七氟异丁腈。

                 综上所述,目前 SF 6 替代物的开发已经达成以                      该路线存在原料难以获得、间歇性工艺、合成效率低
            下共识:(1)SF 6 与 N 2 或 CF 4 混合可作为绝缘或灭                 的缺陷。
            弧介质,以降低 SF 6 对环境的影响,但仍未彻底解决                        3.2   嗪类化合物的高温热解
            SF 6 带来的环境问题;(2)CF 3I 和 HFOs 的绝缘性能                     三嗪类化合物      [34-35] 或含氮桥环化合物     [36-37] 可在
            较低,难以在高电压等级进行应用和推广;(3)PFK-                         高温条件下发生热解,得到七氟异丁腈(图 2)。其中,
            5110 的绝缘强度优异,液化温度较高,二氧化碳稀释                         三嗪的热分解温度较高,一般要达到 500~600 ℃,含
            的 PFK-5110 混合气体已被应用在高压领域(170 kV);                  氮桥环化合物的热分解在 350  ℃。三嗪类化合物的
            (4)七氟异丁腈的绝缘强度优异,是目前现有公开                            热解碎片化反应十分彻底,其选择性和产率很高,
            SF 6 替代方案中性能最佳的替代物,二氧化碳稀释的                         例如:原料为 5-氟-4,6-双(全氟异丙基)-1,2,3-三嗪
            七氟异丁腈混合气体已应用在高压(420 kV)。                                                          [36]
                                                               时,七氟异丁腈的产率可达 100%                。但原料三嗪
                                                               类化合物不易得,成本高。
            3   七氟异丁腈的合成研究

                 目前,文献公开报道的七氟异丁腈合成路线主
            要有:嗪类化合物和碘化物的光解反应、嗪类化合
            物的高温热解、六氟丙烯的氰氟化反应、异丁腈的直
            接氟化、氟-卤交换反应和七氟异丁酰胺的脱水反应。
            3.1   嗪类化合物和碘化物的光解反应
                 全氟二嗪类化合物        [32] 在紫外照射下发生重排,
            导致 α 位的碳碳键断裂,得到七氟异丁腈(见图 1)。



                                                                图 2   三嗪类或含氮桥环化合物热解合成七氟异丁腈
                                                               Fig. 2    Synthesis of heptafluoroisobutyronitrile by pyrolysis of
                                                                     triazine or nitrogen-containing bridged ring compounds

                                                               3.3   六氟丙烯的氰氟化反应
                                                                   六氟丙烯为原料,可与拟卤素 X—CN(X=F、
                                                               Cl、Br、I 或—CN)在氟化试剂碱金属氟化物或 HF 存

                                                               在下发生氟氰化反应,合成得到七氟异丁腈(图 3)。
                    图 1   紫外照射或光照合成七氟异丁腈
            Fig. 1    Synthesis of heptafluoroisobutyronitrile by ultraviolet
                   irradiation or illumination

                 当α 位上取代基团为全氟异丙基时,2,2,5,5-四氟-2,5-
            二氢-4,6-双(全氟丙-2-基)嘧啶和 2,2,5,5-四氟-2,5-二
            氢-3,6-双(全氟丙-2-基)吡嗪均可在 253.7 nm 紫外光照
            射下发生反应,产物中经鉴定含有七氟异丁腈,产率
            分别为 11%和 35%。该路线的原料难以获取,且二嗪
            类化合物的热解碎片化反应不完全,因此产率低下。
            2-碘-1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷与氯化腈在 300 nm 光照
                                                                 图 3   六氟丙烯为原料氟氰化反应合成七氟异丁腈
            下可发生卤(拟卤)交换反应,得到主产物 2-氯-1,1,1,                     Fig. 3    Synthesis of heptafluoroisobutyronitrile by fluorocyanation
            2,3,3,3-七氟丙烷和副产物七氟异丁腈(图 1)                [33] 。        reaction using hexafluoropropylene as raw material
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