Способ получения высокочистого безводного ацетата цинка
Владельцы патента RU 2476418:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук (ИХВВ РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" (ННГУ) (RU)
Изобретение относится к технологии получения солей карбоновых кислот, в частности уксусной, и касается разработки способа получения высокочистого безводного ацетата цинка. Высокочистый ацетат цинка получают взаимодействием цинксодержащего соединения с уксусной кислотой, где в качестве цинксодержащего соединения используют диэтилцинк, предварительно разбавленный инертным растворителем до концентрации не более 20% масс. В качестве инертного растворителя предпочтительно используют ундекан. Изобретение позволяет получить высокочистый безводный ацетат цинка, в котором содержание 18-ти лимитируемых примесей металлов, по данным химико-спектрального анализа, составляет 5·10-5-5·10-6 % масс. Это позволяет отнести полученный безводный ацетат цинка к категории особо чистых веществ квалификации ОСЧ 18-4. Он находит применение в электронике, волоконной оптике, атомной энергетике и других отраслях новой техники. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к технологии получения солей карбоновых кислот, в частности уксусной, и касается разработки способа получения высокочистого безводного ацетата цинка. Высокочистый ацетат цинка находит применение в электронике, волоконной оптике, атомной энергетике и других отраслях новой техники. К материалу предъявляются жесткие требования по чистоте (содержание основного вещества и лимитируемых примесей), стехиометрии (содержанию кристаллизационной воды) и другим показателям.
Ацетат цинка является веществом с ионной кристаллической решеткой и его получение в высокочистом состоянии путем прямой очистки технического продукта практически невозможно. Поэтому высокочистый ацетат цинка получают из других цинкосодержащих соединений, легче поддающихся глубокой очистке.
Известен способ получения ацетата цинка взаимодействием оксида цинка с уксусной кислотой [Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов. Чистые химические вещества, М., «Химия», 1974, с.403], взятый в качестве прототипа.
Способ прост в аппаратурном оформлении и характеризуется высокой производительностью, но используемый в нем в качестве исходного цинксодержащего соединения оксид цинка сам является веществом с ионной кристаллической решеткой и трудно поддается глубокой очистке. Поэтому получить высокочистый ацетат цинка известным методом не представляется возможным. Кроме того, ацетат цинка нельзя получить в качестве безводного продукта. Даже если использовать безводную уксусную кислоту, то все равно получают кристаллогидрат ацетата цинка с молекулой реакционной воды - Zn(OAc)2·Н2О. Поэтому для получения безводного продукта, по прототипу, требуется дополнительная стадия его обезвоживания термообработкой при температуре 110-120°С.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка технологии получения высокочистого безводного ацетата цинка.
Эта задача решается за счет того, что в известном способе получения ацетата цинка по реакции взаимодействия цинксодержащего соединения с уксусной кислотой, согласно заявляемому изобретению, в качестве цинксодержащего соединения используют диэтилцинк, который предварительно разбавляют инертным растворителем, в качестве которого используют, например, нормальные жидкие углеводороды, такие как гексан, гептан, октан, ундекан и др., до концентрации не более 20% масс.
Предпочтительно в качестве инертного растворителя использовать ундекан. В силу того, что ундекан практически нерастворим в уксусной кислоте, то после проведения процесса реакционная смесь, содержащая ацетат цинка, непрореагировавшую уксусную кислоту и ундекан, расслаивается, что облегчает ее последующее разделение и утилизацию.
Сущность изобретения заключается в том, что в качестве цинксодержащего соединения используют диэтилцинк, предварительно разбавленный инертным растворителем до концентрации не более 20% масс.
Диэтилцинк является летучим веществом, которое можно эффективно очищать от присутствующих в нем примесей, например, ректификацией при пониженном давлении.
Чистота получаемого ацетата определяется чистотой исходных реактивов - диэтилцинка и уксусной кислоты.
Взаимодействие между этими реагентами протекает очень энергично, сопровождается сильным разогревом реакционной смеси и может привести к взрыву. Опытным путем было установлено, что для обеспечения безопасности процесса диэтилцинк предварительно разбавляют инертным растворителем до концентрации не более 20% масс. Растворы с такой концентрацией спокойно реагируют с уксусной кислотой, а также не воспламеняются при контакте с воздухом. Смеси с концентрацией диэтилцинка более 20 % масс. на воздухе самовоспламеняются и являются пожароопасными. Как было упомянуто выше, в качестве инертного растворителя используют нормальные жидкие углеводороды (гексан, гептан, октан, ундекан и др.). В предпочтительном варианте используют ундекан, который практически нерастворим в уксусной кислоте. Поэтому после проведения процесса реакционная смесь, содержащая ацетат цинка, непрореагировавшую уксусную кислоту и ундекан, расслаивается, что облегчает ее последующее разделение и утилизацию. Образующийся ацетат цинка слабо растворим в безводной уксусной кислоте и сразу же выпадает в ней в осадок в виде мелкокристаллической соли.
Использование диэтилцинка в качестве исходного цинксодержащего соединения, разбавленного инертным растворителем до концентрации не более 20 %масс., реагирующего с уксусной кислотой с получением высокочистого ацетата цинка, является новым и существенным признаком, ранее не описанным в патентной и научно-технической литературе.
Ниже приведен пример конкретного осуществления заявляемого изобретения.
Пример. В реакционную колбу заливают 800 мл безводной уксусной кислоты, а в капельную воронку 200 мл раствора диэтилцинка в ундекане с концентрацией 15% масс. Подачу этого раствора в уксусную кислоту осуществляют по каплям со скоростью 150 капель в минуту (~4 мл/мин) в атмосфере инертного газа - аргона. В течение 50 минут добавляют весь раствор диэтидцинка. После окончания процесса реакционная смесь состоит из мелкокристаллического осадка ацетата цинка и двух слоев жидкости - ундекана и непрореагировавшей уксусной кислоты. Основную часть жидкости сливают с осадка декантацией и разделяют в делительной воронке на ундекан и уксусную кислоту. Эти реагенты могут использоваться в последующих синтезах ацетата цинка после очистки.
Осадок ацетата цинка переносят в воронку Бюхнера с бумажным фильтром, отжимают под вакуумом от жидкости и высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы ацетата цинка. В результата получают 43 г безводного ацетата цинка. Выход продукта составляет 96% от теоретического.
Исходный диэтилцинк и полученный из него ацетат цинка подвергались химико-спектральному анализу, результаты которого приведены в таблице.
| Таблица | |||
| №; п/п | Примесь | Содержание примеси, % масс | |
| диэтилцинк | ацетат цинка | ||
| 1. | Железо | 2·10-5 | 5·10-5 |
| 2. | Медь | 3·10-6 | 5·10-6 |
| 3. | Алюминий | 6·10-6 | 1·10-5 |
| 4. | Кремний | 7·10-6 | 2·10-5 |
| 5. | Кадмий | 8·10-6 | 1·10-5 |
| 6. | Никель | 2·10-6 | 5·10-6 |
| 7. | Кобальт | 2·10-6 | 5·10-6 |
| 8. | Олово | 3·10-6 | 1·10-5 |
| 9. | Свинец | 3·10-6 | 1·10-6 |
| 10. | Сурьма | 2·10-6 | 1·10-5 |
| 11. | Висмут | 2·10-6 | 5·10-6 |
| 12. | Магний | 5·10-6 | 1·10-5 |
| 13. | Хром | 5·10-6 | 5·10-6 |
| 14. | Молибден | 5·10-6 | 5·10-6 |
| 15. | Ванадий | 5·10-6 | 5·10-6 |
| 16. | Титан | 5·10-6 | 5·10-6 |
| 17. | Галлий | 2·10-6 | 5·10-6 |
| 18. | Индий | 2·10-6 | 5·10-6 |
Как было упомянуто, чистота получаемого ацетата определяется чистотой исходных реактивов - диэтилцинка и уксусной кислоты.
Из таблицы видно, что чистота получаемого ацетата цинка соответствует чистоте исходного реактива - диэтилцинка. Уксусная кислота особой чистоты выпускается отечественной промышленностью согласно ГОСТ 18270-72.
Из таблицы видно, что содержание 18-ти лимитируемых примесей металлов в продукте составляет 5·10-5-5·10-6 % масс. Это позволяет отнести полученный ацетат цинка к категории особо чистых веществ квалификации ОСЧ 18-4.
1. Способ получения высокочистого безводного ацетата цинка по реакции взаимодействия цинксодержащего соединения с уксусной кислотой, отличающийся тем, что в качестве цинксодержащего соединения используют диэтилцинк, предварительно разбавленный инертным растворителем до концентрации не более 20 мас.%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного растворителя используют ундекан.
