Способ получения высокочистого безводного ацетата цинка

Способ получения высокочистого безводного ацетата цинка

Реферат

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.