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碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的合成研究

作　者: 谢柳丽
导　师: 高中良
学　校: 河北工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 碳酸乙烯酯一氯碳酸乙烯酯碳酸亚乙烯酯氟代碳酸乙烯酯
分类号: TQ225.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

碳酸亚乙烯酯是十分重要的有机中间体，主要用于锂电池添加剂、表面涂层组分以及制备聚碳酸亚乙烯酯和其他聚合物的单体。碳酸亚乙烯酯还是一种良好的非水电解溶剂而被广泛用于锂离子电池和锂电池中。氟代碳酸乙烯酯作为新型电解液添加剂，能形成优良的SEI膜，结构紧密，而且不增加阻抗，有效阻止电解液分解，能提高锂电池的循环寿命。本文综述了碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的合成方法，设计了碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的合成路线。以碳酸乙烯酯为原料，经氯化反应生成中间体一氯碳酸乙烯酯；一氯碳酸乙烯酯与三乙胺脱氯化氢后得到目标产物碳酸亚乙烯酯；一氯碳酸乙烯酯与氟化钾发生取代反应后得到目标产物氟代碳酸乙烯酯。通过检测方法如核磁、红外、气相色谱对目标产物和中间体进行了结构表征和定量分析，研究结果均证实了化合物的化学结构。研究还通过单因素实验，对各步工艺条件进行了优化，证实了工艺路线的可行性。研究结果表明：合成一氯碳酸乙烯酯：(1)以碳酸乙烯酯为原料，无溶剂，反应温度65℃，添加0.1%AIBN，通氯时间7h，一氯碳酸乙烯酯含量46.0%；(2)以碳酸乙烯酯为原料，CCl4为溶剂，反应温度65℃，添加0.1%AIBN，通氯时间6.5h，一氯碳酸乙烯酯含量79.4%，减压蒸馏后，收率为66.8%，纯度98.1%。合成碳酸亚乙烯酯(VC)：以未经处理的CEC为原料，与三乙胺脱氯化氢，反应温度35℃，物料比n(三乙胺):n(CEC)=1.5:1，反应时间2.5h，选择CEC含量在46.0%~50.1%。在此条件下，VC收率68.7%，纯度99.3%；两步总收率可达56.3%。VC经重结晶、精馏精制后纯度达到99.95%，精制过程VC回收率77.5%，达到了制备电池级VC的要求。合成氟代碳酸乙烯酯(FEC)：以精制的CEC为原料，乙腈为溶剂，聚乙二醇800为相转移催化剂，反应温度55℃，反应时间6h，溶剂比n(乙腈):n(CEC)=3.5:1，物料比n(KF):n(CEC)=1.3:1，FEC收率75.1%，纯度95.1%。FEC经2次重结晶、精馏精制后纯度达到99.98%，精制过程FEC回收率70.4%，达到了制备电池级FEC的要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章文献综述  9-17
  §1.1 引言  9
  §1.2 碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯简介  9-11
    1.2.1 碳酸亚乙烯酯简介  9-10
    1.2.2 氟代碳酸乙烯酯简介  10-11
  §1.3 碳酸亚乙烯酯的合成方法  11-13
    1.3.1 方法一：碳酸乙烯酯经氯气氯化成一氯碳酸乙烯酯  11-12
    1.3.2 方法二：碳酸乙烯酯经氯气氯化成二氯碳酸乙烯酯  12
    1.3.3 方法三：以磺酰氯为氯化试剂  12-13
    1.3.4 方法四：直接催化脱氢  13
    1.3.5 碳酸亚乙烯酯合成路线的设计思路  13
  §1.4 氟代碳酸乙烯酯的合成  13-15
    1.4.1 方法一：直接氟气反应法  14
    1.4.2 方法二：卤素交换反应法  14-15
    1.4.3 方法三：电化学氟化法  15
    1.4.4 氟代碳酸乙烯酯合成路线的设计思路  15
  §1.5 本课题主要研究内容和意义  15-17
    1.5.1 本课题的主要研究内容  15-16
    1.5.2 本课题的研究意义  16-17
第二章实验仪器及方法  17-21
  §2.1 化学原料及试剂  17-18
  §2.2 实验仪器及设备  18-19
  §2.3 分析方法简介  19-21
    2.3.1 定性与结构分析方法  19
    2.3.2 定量分析方法  19-21
第三章碳酸亚乙烯酯合成  21-37
  §3.1 一氯碳酸乙烯酯合成  21-29
    3.1.1 反应机理  21-22
    3.1.2 实验研究与结果讨论  22-28
    3.1.3 小结  28-29
  §3.2 碳酸亚乙烯酯合成  29-37
    3.2.1 反应机理  29-30
    3.2.2 实验研究与结果讨论  30-35
    3.2.3 小结  35-37
第四章氟代碳酸乙烯酯合成  37-45
  §4.1 反应机理  37-38
  §4.2 实验研究与结果讨论  38-45
    4.2.1 实验步骤  38-39
    4.2.2 结果讨论  39-43
    4.2.3 小结  43-45
第五章结构表征与分析  45-51
  §5.1 一氯碳酸乙烯酯的表征与分析  45-47
    5.1.1 一氯碳酸乙烯酯的核磁与分析  45-46
    5.1.2 一氯碳酸乙烯酯的红外表征与分析  46-47
  §5.2 碳酸亚乙烯酯的表征与分析  47-49
    5.2.1 碳酸亚乙烯酯的核磁表征与分析  47-48
    5.2.2 碳酸亚乙烯酯的红外表征与分析  48-49
  §5.3 氟代碳酸乙烯酯的表征与分析  49-51
    5.3.1 氟代碳酸乙烯酯的核磁表征与分析  49-50
    5.3.2 氟代碳酸乙烯酯的红外表征与分析  50-51
第六章结论  51-53
参考文献  53-57
攻读硕士研究生期间所取得的相关科研成果  57-59
致谢  59

碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的合成研究

内容摘要

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