CN101796002B - 2,3,3,3-四氟丙烯的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够对应工业规模、简便且有效的2,3,3,3-四氟丙烯(HFC-1234yf)的制造方法。该2,3,3,3-四氟丙烯(CF3CF=CH2)的制造方法的特征在于,包括:(I)使碱与下述通式(1)所示的化合物反应,制造下述通式(2)所示的化合物的工序;和(II)在催化剂的存在下,利用氢将通式(2)所示的化合物还原,制造2,3,3,3-四氟丙烯的工序。CF3CF2CH2X (1)(式中,X表示Cl、Br或I。)CF3CF=CHX (2)(式中,X同上。)。
Description
技术领域
本发明涉及2,3,3,3-四氟丙烯(CF3CF=CH2)的制造方法。
背景技术
2,3,3,3-四氟丙烯(以下也记为“HFC-1234yf”),作为能够代替氟利昂使用的混合制冷剂的构成成分而备受关注。
作为HFC-1234yf的制造方法,例如在非专利文献1中记载了使CF3CF2CH2X(X=Cl或I)与锌(Zn)在乙醇中反应而一步制造的方法。但是,由于锌价格昂贵,并且存在产生废弃物的问题,因此,该方法不是适于工业规模的制造方法。
作为此外的HFC-1234yf的制造方法,有专利文献1~5、非专利文献2~3中记载的方法,但是,由于原料的制造困难,或者反应条件过于严酷,或者反应试剂价格昂贵,或者收率低,因此不能说是工业上有效的制法。
专利文献1:日本特开昭63-211245号公报
专利文献2:美国专利第3996299号说明书
专利文献3:美国专利申请公开第2006/258891号说明书
专利文献4:美国专利第2996555号说明书
专利文献5:美国专利第2931840号说明书
非专利文献1:J.Chem.Soc.,1957,2193-2197
非专利文献2:J.Chem.Soc.,1970,3,414-421
非专利文献3:J.Flu.Chem.,1997,82,171-174
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而完成的,其主要目的在于提供一种能够对应工业规模、简便且有效的2,3,3,3-四氟丙烯(HFC-1234yf)的制造方法。
为了达到上述目的,本发明的发明人进行了深入的研究,结果发现,通过使廉价且能够容易得到的1-氯-2,2,3,3,3-戊氟丙烷(CF3CF2CH2Cl)与氢氧化钾等的碱进行反应,制造1-氯-2,3,3,3-五氟丙烯(CF3CF=CHCl),在催化剂的存在下,利用氢将其还原,由此能够简便且有效地制造HFC-1234yf。基于这样的知识进行进一步研究,从而完成了本发明。
即,本发明提供下述的HFC-1234yf的制造方法。
项1.一种2,3,3,3-四氟丙烯的制造方法,其特征在于,包括:
(I)使碱与下述通式(1)所示的化合物反应,制造下述通式(2)所示的化合物的工序;和
(II)在催化剂的存在下,利用氢将通式(2)所示的化合物还原,制造2,3,3,3-四氟丙烯的工序。
CF3CF2CH2X (1)
(式中,X表示Cl、Br或I。)
CF3CF=CHX (2)
(式中,X同上。)
项2.如项1所述的制造方法,在上述工序(I)中,在含有水的介质中进行反应。
项3.如项1所述的制造方法,在上述工序(I)中,在含有水和疏水性有机溶剂的介质中进行反应。
项4.如项3所述的制造方法,在上述工序(I)中,还使用表面活性剂。
项5.如项3所述的制造方法,在上述工序(I)中,还使用相转移催化剂。
项6.如项1~5中任一项所述的制造方法,在上述工序(I)中,通式(1)和(2)中的X是Cl。
项7.如项1~6中任一项所述的制造方法,在上述工序(I)中,碱是碱金属氢氧化物。
项8.如项1~7中任一项所述的制造方法,在上述工序(II)中,使用钯-碳(Pd-C)作为催化剂。
项9.如项1~8中任一项所述的制造方法,在上述工序(II)中,在含有水的介质中,在碱的存在下进行还原。
项10.一种制造下述通式(2)所示的化合物的方法,其特征在于:
使碱与下述通式(1)所示的化合物反应。
CF3CF=CHX (2)
(式中,X表示Cl、Br或I。)
CF3CF2CH2X (1)
(式中,X同上。)
发明效果
通过本发明的制造方法,能够简便且有效地制造2,3,3,3-四氟丙烯(HFC-1234yf)。并且,所使用的试剂廉价,反应条件也温和,并且能够以高收率得到HFC-1234yf。因此,适于作为工业规模的制造方法。
具体实施方式
本发明的2,3,3,3-四氟丙烯(CF3CF=CH2)的制造方法的特征在于,包括:
(I)使碱与下述通式(1)所示的化合物反应,制造下述通式(2)所示的化合物的工序;和
(II)在催化剂的存在下,利用氢将通式(2)所示的化合物还原,制造2,3,3,3-四氟丙烯的工序。
CF3CF2CH2X (1)
(式中,X表示Cl、Br或I。)
CF3CF=CHX (2)
(式中,X同上。)
X表示Cl、Br或I,优选Cl。其中,通式(1)所示的化合物可以使用市售的化合物,或者可以使用公知方法容易地制造。例如,能够根据日本特开平2-204428号公报、日本特开平3-127747号公报、美国专利第3038947号说明书等的记载或以其为基准进行制造。
工序(I):
在工序(I)中,使碱与通式(1)所示的化合物反应,使其脱HF,制造通式(2)所示的化合物。
本反应可以在介质中实施,通常使用含有水的介质。含有水的介质中还可以含有水以外的介质(例如,有机溶剂等),例如可以列举苯、甲苯、(o-、m-或p-)二甲苯等的芳香族烃;己烷、辛烷、壬烷等的脂肪族烃;二乙醚、四氢呋喃等的醚类等。其中,如果选择芳香族烃、脂肪族烃等疏水性有机溶剂,则优选沸点为100℃以上的溶剂。具体而言,优选甲苯、二甲苯。
相对于通式(1)所示的化合物1重量份,使用的介质的总量通常为1~15重量份,优选为2~10重量份。其中,水和水以外的介质的重量比例通常为100/0~10/90,优选为70/30~30/70。
碱用于促进脱HF反应、形成碳-碳双键。只要能够溶解于水中即可,可以是有机碱或者无机碱。作为有机碱,例如可以列举三乙胺、二异丙基乙胺等的三烷基胺类。作为无机碱,可以列举氢氧化钾、氢氧化钠等的碱金属氢氧化物;氢氧化钙等的碱土金属氢氧化物;氧化镁等的金属氧化物等。其中,优选碱金属氢氧化物,更优选氢氧化钾。
相对于通式(1)所示的化合物1摩尔,碱的量通常为1~5摩尔,优选为1.5~3.5摩尔。具有碱的量越增加、添加率和收率越提高的趋势。
在本反应中,通常使用上述含有水和有机溶剂(特别是疏水性有机溶剂)的介质。形成反应介质两相时,为了促进两相间的物质的反应,可以进一步使用表面活性剂、相转移催化剂等。
作为表面活性剂,例如可以列举脂肪酸二乙醇胺等的非离子型表面活性剂、烷基三乙铵盐等的阳离子型表面活性剂、单烷基硫酸盐等的阴离子型表面活性剂、烷基羧基甜菜碱等的两性表面活性剂等。其中,从耐热性的观点出发,优选两性表面活性剂。
在使用表面活性剂时,相对于作为介质使用的水1重量份,其量通常为0.0005~0.10重量份,优选为0.0008~0.05重量份。
作为表面活性剂的具体例,可以列举Anon BF(日本油脂株式会社生产)、Anon BL(日本油脂株式会社生产)等。
作为相转移催化剂,例如可以列举四丁基溴化铵(TBAB)、三甲基苄基溴化铵、三乙基苄基溴化铵、三辛基甲基氯化铵(TOMAC)等的季铵盐;四丁基氯化鏻(TBPC)等的鏻盐;15-冠5、18-冠6等的冠醚类等。
在使用相转移催化剂时,相对于通式(1)所示的化合物,其量为0.1~10摩尔%,优选为0.5~5摩尔%。
本反应的反应温度通常为10~150℃,优选为30~130℃;反应压力通常为-0.1~10MPa·G,优选为0~5MPa·G。特别是在使用相转移催化剂时,如果反应温度为10~80℃、优选为20~50℃,反应压力为-0.1~10MPa·G、优选为0~5MPa·G,则能够以温和的条件进行反应。并且,转化率、选择率和收率大幅提高。在上述条件下,通常进行搅拌而进行反应。反应时间根据反应条件而有所变化,通常为1~9小时左右。
可以通过对反应体系中的气体取样、利用气相色谱仪分析气相部分的成分,确认反应的进行状况。通常得到的含有通式(2)所示的化合物的生成物的沸点低(例如,在X=Cl时,沸点为15℃左右),使用致冷剂进行冷却,通过分馏等进行回收。
通过本工序,能够在上述温和的条件下,以高转化率、选择率和离析收率,制造通式(2)所示的化合物。
工序(II):
在工序(II)中,在催化剂的存在下,利用氢将上述工序(I)中得到的通式(2)所示的化合物还原,制造目的的2,3,3,3-四氟丙烯。
本反应可以在介质中实施,通常使用含有水的介质。相对于通式(2)所示的化合物1重量份,使用的介质的总量通常为1~10重量份,优选为3~7重量份。
相对于通式(2)所示的化合物1摩尔,氢的量通常为1~1.2摩尔,优选为1.05~1.1摩尔。
接触氢化所使用的催化剂优选钯或钯载持催化剂,典型地可以列举在活性炭上载持有钯的催化剂,即钯-碳(Pd-C)。相对于通式(2)所示的化合物1重量份,钯载持催化剂的量为0.001~0.01重量份,优选为0.002~0.004重量份。
另外,在本反应中优选使上述催化剂中毒进行反应。例如可以在反应体系中添加作为中毒物质的硫酸钾(K2SO4)、硫酸钡(BaSO4)、硫酸钠(Na2SO4)等。
其中,从单价、溶解性等观点出发,最优选硫酸钾。相对于上述载持在催化剂上的钯1摩尔,中毒物质的量通常为0.1~5摩尔,优选为1~3摩尔。
本反应通常以分批式进行。本反应的反应温度通常为0~50℃,优选为0~20℃。反应压力通常为0.05~1.0MPa·G,优选为0.1~0.5MPa·G。在上述条件下,通常进行搅拌而进行反应。反应温度根据反应条件而有所变化,通常为8~12小时左右。
可以通过对反应体系中的气体取样、利用气相色谱仪分析气相部分的成分,确认反应的进行状况。反应结束后,由于得到的2,3,3,3-四氟丙烯的沸点低至-28.3℃,所以使用致冷剂进行冷却,通过分馏等进行回收。
通过工序,能够以高转化率、选择率和离析收率,由通式(2)所示的化合物制造2,3,3,3-四氟丙烯。
通过本发明方法得到的2,3,3,3-四氟丙烯能够用于各种用途。该化合物的地球变暖潜能和臭氧层破坏系数都小,例如,可以用作能够代替氟利昂的混合制冷剂的构成成分(例如,汽车空调用的制冷剂)等。
[实施例]
以下例示实施例,明确本发明的特征。本发明不限定于这些实施例。
实施例1
在具备压力计、温度计、放气阀和安全阀的容量为200ml的SUS-高压釜中,加入水90.2g、KOH 16.8g和作为表面活性剂的Anon BF(日本油脂株式会社生产)0.150g,使用机械搅拌器使其充分悬浊。在水冷下对上述装置进行氮置换后,通过真空泵形成减压状态,加入CF3CF2CH2Cl(纯度91.3%)27.7g(0.150mol)。由此,从6℃升温至7.5℃。
上述操作结束后,以1000rpm的转速进行搅拌,使用带状加热器(band heater)升温至120℃。此时的压力为0.5MPa·G。在120℃每1小时对气体进行取样,使用气相色谱仪分析气相部分的组成。反应4小时后,进一步升温至130℃,反应5小时。此时的压力为0.7MPa·G。
合计反应9小时后,使反应器为80℃,取出反应器内的气体成分进行回收。其中,由于主产物(CF3CF=CHCl)的沸点为15.0℃,为了将其回收,使用干冰和丙酮构成的致冷剂。使用气相色谱仪对这里回收的生成物进行分析,转化率为92.3%、选择率为51.0%、离析收率为47.1%。
实施例2
在与实施例1相同的装置中,加入水45.4g、KOH 8.5g、作为表面活性剂的Anon BF(日本油脂株式会社生产)0.145g和邻二甲苯53.7g,使用机械搅拌器使其充分悬浊。在水冷下对上述装置进行氮置换后,通过真空泵形成减压状态,加入CF3CF2CH2Cl(纯度93.7%)12.7g(0.0751mol)。由此,从6.4℃升温至8.5℃。
上述操作结束后,以1000rpm的转速进行搅拌,使用带状加热器升温至100℃。此时的压力为0.14MPa·G。在100℃每1小时对气体进行取样,使用气相色谱仪分析气相部分的组成。反应3.5小时,此时的压力为0.17MPa·G。
合计反应3.5小时后,使反应器为80℃,取出反应器内的气体成分进行回收。其中,由于主产物(CF3CF=CHCl)的沸点为15.0℃,为了将其回收,使用干冰和丙酮构成的致冷剂。使用气相色谱仪对这里回收的生成物进行分析,转化率为67.5%、选择率为94.3%、离析收率为67.3%。
实施例3
在与实施例1相同的装置中,加入水11.8g、KOH 9.6g、作为表面活性剂的Anon BF(日本油脂株式会社生产)0.430g和邻二甲苯20.9g,使用机械搅拌器使其充分悬浊。在水冷下对上述装置进行氮置换后,通过真空泵形成减压状态,加入CF3CF2CH2Cl(纯度96.9%)6.87g(0.0395mol)。由此,从4.9℃升温至7.4℃。
上述操作结束后,以1000rpm的转速进行搅拌,使用带状加热器升温至100℃。此时的压力为0.11MPa·G。在100℃每1小时对气体进行取样,使用气相色谱仪分析气相部分的组成。反应4小时,此时的压力为0.18MPa·G。
合计反应4小时后,使反应器为80℃,取出反应器内的气体成分进行回收。其中,由于主产物(CF3CF=CHCl)的沸点为15.0℃,为了将其回收,使用干冰和丙酮构成的致冷剂。使用气相色谱仪对这里回收的生成物进行分析,转化率为97.8%、选择率为87.2%、离析收率为84.9%。
实施例4
在与实施例1相同的装置中,加入水50.5g、KOH 37.8g、作为相转移催化剂的四丁基溴化铵(TBAB)2.18g和邻二甲苯52.0g,使用机械搅拌器使其充分悬浊。在水冷下对上述装置进行氮置换后,通过真空泵形成减压状态,加入CF3CF2CH2Cl(纯度95.8%)40.0g(0.227mol)。由此,从7.0℃升温至11.5℃。
上述操作结束后,以1000rpm的转速进行搅拌,使用带状加热器升温至50℃。此时的压力为0.08MPa·G。在50℃每1小时对气体进行取样,使用气相色谱仪分析气相部分的组成。反应2小时,此时的压力为0.09MPa·G。
合计反应2小时后,使反应器为80℃,取出反应器内的气体成分进行回收。其中,由于主产物(CF3CF=CHCl)的沸点为15.0℃,为了将其回收,使用干冰和丙酮构成的致冷剂。使用气相色谱仪对这里回收的生成物进行分析,转化率为100%、选择率为76.0%、离析收率为76.0%。
实施例5
在具备压力计、温度计、放气阀和安全阀的容量为200ml的SUS-高压釜中,加入Pd-C催化剂(NE-Chemcat生产,type-K,5wt%Pd,含水50%C)0.0545g、K2SO4 0.00826g、KOH 4.2g和水65.8g,使用机械搅拌器使其充分悬浊。
在水冷下对上述装置进行氮置换后,通过真空泵形成减压状态,加入CF3CF=CHCl(纯度93.3%)10.7g(0.0670mol)。并且,在上述装置上连接填充有1.30MPa·G氢的容量为300ml的气瓶。上述操作结束后,以1000rpm的转速进行搅拌,使用冰水保持1~2℃。此时的压力为-0.02MPa·G。在该状态下,通过连接的氢气瓶供给氢,直至内压为0.3MPa·G,能够供给0.0283mol的氢。
1小时后,由于内压降低至0.1MPa·G附近,再以同样的操作供给氢。重复该操作,在4.5小时内合计供给0.0737mol氢。每1小时对气体进行取样,使用气相色谱仪分析气相部分的组成。合计反应10.4小时,此时的压力为0.16MPa·G。
反应结束后,在1~2℃的状态下,取出反应器内的气体成分进行回收。其中,由于主产物(CF3CF=CH2)的沸点为-28.3℃,为了将其回收,使用干冰和丙酮构成的制冷剂。使用气相色谱仪对这里回收的生成物进行分析,转化率为95.3%、选择率为90.1%、离析收率为85.9%。副产物为CF3CHFCH3。
Claims (9)
1.一种2,3,3,3-四氟丙烯的制造方法,其特征在于,包括:
(I)使碱与下述通式(1)所示的化合物反应,制造下述通式(2)所示的化合物的工序;和
(II)在催化剂的存在下,利用氢将通式(2)所示的化合物还原,制造2,3,3,3-四氟丙烯的工序,
CF3CF2CH2X (1)
式中,X表示Cl、Br或I,
CF3CF=CHX (2)
式中,X同上。
2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(I)中,在含有水的介质中进行反应。
3.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(I)中,在含有水和疏水性有机溶剂的介质中进行反应。
4.如权利要求3所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(I)中,还使用表面活性剂。
5.如权利要求3所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(I)中,还使用相转移催化剂。
6.如权利要求1~5中任一项所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(I)中,通式(1)和(2)中的X是Cl。
7.如权利要求1~5中任一项所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(I)中,碱是碱金属氢氧化物。
8.如权利要求1~5中任一项所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(II)中,使用钯-碳(Pd-C)作为催化剂。
9.如权利要求1~5中任一项所述的制造方法,其特征在于:
在所述工序(II)中,在含有水的介质中,在碱的存在下进行还原。
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