CN104039744B - 制备氯化烷烃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了制备氯化烷烃的方法。该方法包括使一种或多种一和/或二氯烷烃反应以高区域选择性地形成三、四和/或五氯烷烃。在理想地利用二氯烷烃的那些实施方式中,所述二氯烷烃可有利地为连位二氯烷烃。此外,仅使用一种催化剂。该方法使用硫酰氯作为氯化试剂,而非气态氯化试剂例如氯气。最终,该方法使用比至少某些常规方法更低强度的工艺条件,并因此,节约了操作成本。
Description
领域
本发明涉及制备氯化烷烃的方法,和具体地,涉及用于制备三、四和五氯烷烃的方法。
背景
氢氟烃(HFC)产品广泛地用于许多应用,包括致冷、空气调节、泡沫膨胀、和作为用于气溶胶产品包括医用气溶胶装置的推进剂。虽然已经证明HFC比它们所替代的氯氟烃和氢氯氟烃产品更为气候友好,但现在已经发现它们表现出明显的全球变暖潜力(GWP)。
对当前氟烃产品的更可接受的替代品的研究已经引起氢氟烯烃(HFO)产品的出现。相对于它们的前任,预期HFO以与HFC相比对臭氧层更小或没有有害影响以及它们较低的GWP的形式,对大气施加较小的影响。有利地,HFO还表现出低可燃性和低毒性。
因为HFO的环境和进而经济重要性已经显现,因此对在它们的生产中使用的前体存在需求。许多合乎期望的HFO化合物,例如2,3,3,3-四氟丙-1-烯或1,3,3,3-四氟丙-1-烯,通常可以利用氯烃原料并且特别是高度氯化烷烃例如三-、四-和五氯烷烃来生产。
不幸的是,这些高级氯化物已经证明难以使用可接受的工艺条件并以商业上可接受的区域选择性和收率来制造。例如,用于制备三氯丙烷(例如US专利号2,119,484和US专利号4,051,182中所公开的那些)的常规方法提供了对于所期望的三氯丙烷异构体不可接受的选择性,使用次优的氯化试剂、和/或需要使用昂贵的催化剂体系和/或引发剂。
因此期望提供改善的用于制备氯烃前体的方法,所述前体可用作制冷剂和其它商业产品合成中的原料。更具体地,如果该方法提供了比常规方法更高的区域选择性、使用最优氯化试剂和/或使用不太昂贵的催化剂体系和/或引发剂,则其将提供一种相对目前现有技术的改进。
概述
本发明提供了制备氯化烷烃的有效方法。更具体地,该方法使用一种或多种一和/或二氯烷烃以高选择性地制备三、四、和五氯烷烃。在某些实施方式中,该方法有利地使用了1,2-二氯丙烷作为低成本原料,所述1,2-二氯丙烷是氯乙醇制备中的副产物。通过使用路易斯酸作为离子型氯化催化剂来代替常规方法所需要的包含多种催化剂的催化剂体系,该方法的选择性相对于常规氯化方法得到提高。提供的进一步的成本节约在于低强度的工艺条件,例如,使用低温、环境压力和最小反应器停留时间。
一方面,本发明提供了一种用于自一种或多种一和/或二氯烷烃制备三、四、和/或五氯烷烃的方法。该方法包括在一种离子型氯化催化剂的存在下氯化所述一种或多种一和/或二氯烷烃。在某些实施方式中,所述一和/或二氯烷烃为连位二氯烷烃,例如,1,2-二氯烷烃,在这样的实施方式中,相应的三氯烷烃,例如,1,1,2-三氯烷烃,可以以至少20∶1、或至少30∶1、或至少40∶1、或甚至至少50∶1的区域选择性来制备。在某些实施方式中,所述二氯烷烃可为1,2-二氯丙烷和所述三氯烷烃可为1,1,2-三氯丙烷。所述氯化试剂理想地为液态,和在某些实施方式中,理想地可为硫酰氯。离子型氯化催化剂理想地为路易斯酸催化剂,例如氯化铝,和有利地,该方法仅需要使用一种这样的催化剂。该方法理想地在低强度条件下进行,例如,55℃-65℃的反应温度、环境压力、和1小时或更少的反应器停留时间。
详述
本说明书提供了某些定义和方法,以更好地限定本发明和指导本领域的普通技术人员实施本发明。对于具体的术语或短语提供或没有提供定义不意味着暗示任何特别的重要性、或没有重要性。确切地说,并且除非另有说明,术语将按照相关领域普通技术人员常规的用法理解。
术语“第一”、“第二”等等在本文中使用时不表示任何次序、量或重要性,而是用来区分一个要素与另一个。同样,不带数量指示的指称物不表示量的限制,而是表示存在至少一个所指称项,并且术语“前面”、“背面”、“底部”和/或“顶部”,除非另外注明,仅仅用于描述方便起见,并不限于任何一个位置或空间定向。
如果公开了范围,那么涉及相同组分或性质的所有范围的端点是包含性的并可独立组合(例如,“直至约25wt%,或更具体地说,5wt%至20wt%”的范围包括端点和“5wt%至25wt%”范围中的所有中间值在内,等等)。在本文中使用时,转化百分率(%)意味着表明反应器中反应物的摩尔或质量流量的改变与进入流量的比率,而选择性百分率(%)是指反应器中产物的摩尔流量改变与反应物摩尔流量改变的比率。
在整个说明书中提到“一种实施方式”或“实施方式”,是指结合实施方式描述的具体特征、结构和/或特性包含在至少一种实施方式中。因此,短语“在一种实施方式中”或“在实施方式中”在整个说明书的各种地方出现不一定是指同一实施方式。此外,所述具体的特征、结构或特性可以在一种或多种实施方式中以任何合适的方式组合。
整个说明书中,“PDC”可在本文中用作1,2-二氯丙烷的缩写和“TCP”可用作1,2,3-三氯丙烷的缩写。
本发明提供了有效制备氯化烷烃的方法。该方法包括使一种或多种一和/或二氯烷烃反应,以高区域选择性地制备三、四和/或五氯烷烃,例如,1,1,2-三氯烷烃、1,2,2,3-四氯丙烷和/或1,1,2,2,3-五氯丙烷。有利地,仅需要一种催化剂,和理想地包含路易斯酸催化剂。此外,本方法使用硫酰氯作为氯化试剂,而非气态氯化试剂例如氯气。硫酰氯的使用是有利的,不仅在于与气态氯化试剂相比,其更容易运输和利用,而且由于其为液态,其也可用作反应和所期望的催化剂的溶剂。最终,该方法使用比至少某些常规方法更低强度的工艺条件,和因此,节约了操作成本。
本方法可使用一种或多种一和/或二氯烷烃以制备所期望的三、四和/或五氯烷烃。理想地,至少一种氯化烷烃为连位二氯烷烃,即,在邻近碳原子上存在氯原子。连位二氯烷烃的使用是有利的,因为其有助于该方法所提供的区域选择性。
任何烷烃可用于该方法,虽然包含2-10个碳原子、或2-8个碳原子、或2-6个碳原子、或2-5个碳原子、或2_4个碳原子、或2-3个碳原子的烷烃是特别适合的。在某些实施方式中,一和/或二氯烷烃的一种包含一或二氯丙烷,和在其中二氯烷烃理想地为连位的那些实施方式中,包含1,2-二氯丙烷。1,2-二氯丙烷用作为该方法的原料是有利的,因为其在许多氯醇方法中作为副产物产生因此可低成本获得。如果期望,所述一种或多种一和/或二氯烷烃可通过本领域普通技术人员已知的任意方法在该方法中生成。
通过该方法制备的三、四和/或五氯烷烃将依赖于用作原料的单和/或二氯烷烃,和因此,在某些实施方式中,由于三氯乙烷、丙烷和丁烷的商业重要性,可优选使用一种或多种一和/或二氯乙烷、丙烷和丁烷作为原料。在某些实施方式中,1,2-二氯丙烷用作原料以高选择性地制备1,1,2-三氯丙烷,而在其它实施方式中,一氯丙烷和1,2-二氯丙烷组合用作原料以制备1,2,2,3-四氯丙烷和域1,1,1,2,3-五氯丙烷和1,1,2,2,3-五氯丙烷。
使用液态氯化试剂,例如硫酰氯有利地氯化所述一种或多种氯化烷烃。使用液态氯化试剂与使用气态氯化试剂例如氯气相比是有利的,因为液态比气态氯化试剂更容易运输和/或处理。特别是氯气,可存在安全隐患。液态氯化试剂,和特别是硫酰氯(SO2Cl2)也可用作某些催化剂体系和/或反应的溶剂,从而有助于提供可接受的反应速率和/或产率。并且因此,在某些实施方式中,硫酰氯可理想地用作氯化试剂。
该方法的特性通过使用路易斯酸作为离子型氯化催化剂而进一步增强。现已令人惊讶地发现,例如,无水氯化铝,虽然已知为用于烷烃氯化的多催化剂体系的成分,当独立使用时,其有助于提供对于所期望的三、四和/或五氯烷烃,例如,1,1,2-三氯烷烃、1,2,2,3-四氯丙烷和/或1,1,2,2,3-五氯丙烷的高度特异性。更具体地,氯化铝已便利地与至少一种其它催化剂,通常为碘和/或氯化铁一起使用,作为经常需要额外使用引发剂,例如紫外光的自由基引发剂体系的成分。与之相反,本发明人现已发现,氯化铝可用作离子型氯化催化剂,和与硫酰氯组合用作氯化试剂,用以将一种或多种一和/或二氯烷烃以相对于其它三、四和五氯烷烃产物的大于10∶1、或大于20∶1或大于30∶1或甚至以40∶1的比例或更高的区域选择性转化为相应的1,1,2-三氯烷烃、1,2,2,3-四氯丙烷和/或1,1,2,2,3-五氯丙烷,所述一和/或二氯烷烃在某些实施方式中可包含连位二氯烷烃。
一般来说,应使用足够的催化剂以提供对于反应工艺条件(例如,所需温度的降低)和理想地,反应选择性的某些改进,但是如果仅仅出于经济实用性的原因,不使用多于将提供更多的额外益处的量。因此,仅出于说明的目的,预期有用的无水氯化铝浓度相对于所述一和/或二氯烷烃将为0.01%-20wt.%,或0.1%-10%,或1%-5wt.%,包括其间的全部子范围。
进行该方法的反应条件有利地为低强度的。即可利用低温,例如,小于100℃、或小于90℃、或小于80℃、或小于70℃、或小于60℃、或小于50℃、或甚至低至40℃并仍实现所期望的对于三、四、和/或五氯烷烃的选择性。在某些实施方式中,可利用40℃-70℃、或55℃-65℃的温度。类似地,环境压力适用于进行该方法,或与环境压力相差250、或200、或150、或100、或50、或40、或30、或20、或甚至10psi之内的压力是适合的。反应器占用也可在仍实现所需选择性下最小化-例如,小于20小时、或小于15小时、或小于10小时、或小于5小时、或小于4、3、2、或甚至1小时的反应器占用时间是可能的。反应器可以是任何适当的液相反应器,例如具有内部冷却盘管的分批式或连续搅拌釜式压热反应器。还可以使用壳和多管式换热器后接汽液分离槽或容器。
在一种示例性方法中,通过使1,2-二氯丙烷与硫酰氯在氯化铝的存在下、在55℃-65℃的温度、环境压力、和小于1小时的反应器占用时间下反应,1,2-二氯丙烷以与其它三氯烷烃产物相比例如40∶1的选择性转化为1,1,2-三氯丙烷。
在另一示例性方法中,通过使一氯丙烷与硫酰氯在氯化铝的存在下、在55℃-65℃的温度、环境压力、和24-48小时的反应器占用时间下反应,一氯丙烷以与其它三氯烷烃产物相比例如40∶1的选择性转化为1,1,2,2,3-五氯丙烷。
本发明的某些实施方案现将详述于以下实施例中。
实施例1.使用氯化铝作为催化剂和硫酰氯作为氯化试剂,离子氯化PDC至TCP。
液态硫酰氯和PDC(1,2-二氯丙烷)混合于水浴中加热的100ml烧瓶中以在氯化铝(AlCl3)催化剂的存在下维持温度于55℃-60℃。放置回流柱以将未反应的反应物以及反应中间体1-氯丙烯返回至反应液而HCl和SO2副产物释放至位于回流柱顶部的碱洗器。气相色谱-质谱联用用以测定产物组成。
在40摩尔%AlCl3中反应30分钟时间之后,发现产物混合物为1,1,2-三氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷,摩尔比为40∶1。
实施例2-对比例。使用氯化铝作为催化剂和氯气作为氯化试剂,氯化PDC至TCP。
液态PDC和惰性溶剂四氯化碳,混合于水浴中加热的100ml烧瓶中以在AlCl3催化剂的存在下维持温度于55℃-60℃。放置回流柱以返回未反应的反应物。将氯气鼓入液相。气相色谱-质谱联用用以测定产物组成。
在10摩尔%AlCl3中反应60分钟时间之后,发现产物混合物为1,1,2-三氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷,摩尔比为8∶1。
实施例3-对比例。使用氯化铝和碘作为催化剂和硫酰氯作为氯化试剂,氯化PDC至TCP。
液态硫酰氯和PDC混合于水浴中加热的100ml烧瓶中以在AlCl3和I2催化剂的存在下维持温度于55℃-60℃。放置回流柱以返回未反应的反应物。将氯气鼓入液相。气相色谱-质谱联用用以测定产物组成。
在1.2摩尔%AlCl3和0.3摩尔%I2中反应180分钟时间之后,发现产物混合物为1,1,2-三氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷,摩尔比为4:1。
实施例4.使用氯化铝作为催化剂和硫酰氯作为氯化试剂,离子氯化一氯丙烷至TPC。
液态硫酰氯和2-氯丙烷混合于水浴中加热的100ml烧瓶中以在AlCl3催化剂的存在下维持温度于55℃-60℃。放置回流柱以将未反应的反应物以及反应中间体返回至反应液而HCl和SO2副产物释放至位于回流柱顶部的碱洗器。气相色谱-质谱联用用以测定产物组成。
在40摩尔%AlCl3中反应120分钟时间之后,发现产物混合物为1,1,2-三氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷,摩尔比为40:1。
实施例5.使用氯化铝作为催化剂和硫酰氯作为氯化试剂,离子氯化PDC至1,1,2,2,3-五氯丙烷。
液态硫酰氯和PDC混合于水浴中加热的100ml烧瓶中以在AlCl3催化剂的存在下维持温度于55℃-60℃。放置回流柱以将未反应的反应物以及反应中间体返回至反应液而HCl和SO2副产物释放至位于回流柱顶部的碱洗器。气相色谱-质谱联用用以测定产物组成。
在40摩尔%AlCl3中反应17小时之后,发现产物混合物为1,1,2,2,3-五氯丙烷作为唯一的五氯丙烷。
Claims (16)
1.一种用于自一种或多种一和/或二氯烷烃制备三、四和/或五氯烷烃的方法,所述方法包括在氯化铝的存在下氯化所述一和/或二氯烷烃,其中所述氯化试剂包括硫酰氯,其中所述氯化铝是唯一使用的催化剂。
2.权利要求1的方法,其中所述一种或多种一和/或二氯烷烃的至少一种包含连位二氯烷烃。
3.权利要求1或2的方法,其中所述二氯烷烃包含1,2-二氯丙烷。
4.权利要求3的方法,其中所述三、四和/或五氯烷烃包含1,1,2-三氯烷烃。
5.权利要求4的方法,其中所述三、四和/或五氯烷烃包含1,1,2-三氯丙烷。
6.权利要求5的方法,其中所述方法对于1,1,2-三氯丙烷的选择性为至少20:1。
7.权利要求6的方法,其中所述方法对于1,1,2-三氯丙烷的选择性为至少40:1。
8.权利要求3的方法,其中所述三、四和/或五氯烷烃包含1,2,2,3-四氯烷烃。
9.权利要求8的方法,其中所述三、四和/或五氯烷烃包含1,2,2,3-四氯丙烷。
10.权利要求3的方法,其中所述三、四和/或五氯烷烃包含1,1,2,2,3-五氯烷烃。
11.权利要求10的方法,其中所述三、四和/或五氯烷烃包含1,1,2,2,3-五氯丙烷。
12.权利要求1的方法,其中所述方法在40℃-70℃的温度下进行。
13.权利要求1的方法,其中所述方法在环境压力下进行。
14.权利要求1的方法,其中所述方法在液相反应器中进行,并且反应器停留时间为小于1小时。
15.权利要求1的方法,其中所述一种或多种一和/或二氯烷烃包含2-10个碳原子。
16.权利要求15的方法,其中所述一种或多种一和/或二氯烷烃包含一氯丙烷。
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