JP2000079345A - フッ素化合物の製造方法 - Google Patents

フッ素化合物の製造方法

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JP2000079345A JP10328367A JP32836798A JP2000079345A JP 2000079345 A JP2000079345 A JP 2000079345A JP 10328367 A JP10328367 A JP 10328367A JP 32836798 A JP32836798 A JP 32836798A JP 2000079345 A JP2000079345 A JP 2000079345A
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potassium
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、高い選択性で含フッ素アルコール化
合物を得ることができる。 【解決手段】固体酸に必要に応じてアルカリ金属成分を
担持してなるフッ素アルコール製造用触媒及び該触媒を
用いたフッ素アルコールの製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フッ素化合物、特
にフッ素アルコールの製造方法及び該方法に用いる触媒
に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】撥水撥油性を有するフッ素
アルコールの製造法としては、ハロゲン化アルキルを触
媒上で処理し、アルコールを得る方法が提案されている
(特表平4−506507号公報)が、反応温度が40
0〜600℃の気相反応であり、転化率及び選択率とも
に低い。
【0003】本発明は穏和な反応条件で、かつ、特殊な
試薬や溶媒を用いずに、高収率でフッ素アルコールを製
造することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の触媒及び
フッ素化合物の製造方法を提供するものである。
【0005】項1. 固体酸からなるフッ素アルコール
製造用触媒。
【0006】項2. アルカリ金属成分を固体酸に担持
してなる項1記載のフッ素アルコール製造用触媒。
【0007】項3. 固体酸がSi−AlまたはAl−
P系の複合酸化物である項1または2に記載の触媒。
【0008】項4. 固体酸がSi−Al−P系の複合
酸化物である項1または2に記載の触媒。
【0009】項5. 固体酸がルイス酸である項1また
は2記載の触媒。
【0010】項6. アルカリ金属成分がカリウム、カ
リウム酸化物、カリウム水酸化物、カリウム塩類または
それらの2種以上の混合物である項2記載の触媒。
【0011】項7. 項1〜6のいずれかに記載の触媒
の存在下に水と下記式(I)
【0012】
【化5】Rf−(CH2nX (I) 〔式中、Rfはパーフルオロアルキル基またはポリフル
オロアルキル基を示す。nは1〜5の整数を示す。Xは
I、BrまたはClを示す。〕で表される化合物と反応
させることを特徴とする下記式
【0013】
【化6】Rf−(CH2n−OH (II) 〔式中、Rf、n及びXは前記に同じ。〕で表されるフ
ッ素化合物の製造法。
【0014】項8. 項1〜6のいずれかに記載の触媒
の存在下、含酸素ガス雰囲気において、水と下記式
(I)
【0015】
【化7】Rf−(CH2nX (I) 〔式中、Rfはパーフルオロアルキル基またはポリフル
オロアルキル基を示す。nは1〜5の整数を示す。Xは
I、BrまたはClを示す。〕で表される化合物と反応
させることを特徴とする下記式
【0016】
【化8】Rf−(CH2n−OH (II) 〔式中、Rf、n及びXは前記に同じ。〕で表されるフ
ッ素化合物の製造法。
【0017】項9. 項7に記載のフッ素化合物の製造
法において、反応系内に含酸素ガスを共存させることに
より生成するX2(XはI、BrまたはClを示す。)
の回収工程を有するフッ素化合物の製造方法。
【0018】項10. 反応圧力を大気圧以上とするこ
とを特徴とする項7又は8のいずれかに記載のフッ素化
合物の製造方法。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の触媒は、固体酸のみから
なるものであってもよいが、好ましくはアルカリ金属成
分またはアルカリ土類金属成分、特にアルカリ金属成分
を固体酸に担持してなるフッ素アルコール製造用固体酸
触媒である。
【0020】固体酸としては1.単元系金属酸化物(Z
rO2、GeO2、Nb25、Ta25、MoO3、Hf
2、V25、ZnO、SnO2、Al23、TiO2
WOなど)、2.複合系金属酸化物(シリカ・アルミ
ナ、シリカ・チタニア、アルミナ・バナジア、シリカ・
マグネシア、AlPOなど)、3.金属硫酸塩(硫酸
ニッケル、硫酸鉄など)、4.固形化酸(リン酸/シリ
カ、SbF5/シリカ、BF3/Cなど)、5.天然鉱物
及び層状化合物(活性白土、天然ゼオライトなど)、
6.ヘテロポリ酸(H3PW1240・5H2O、H3PW
1240・6H2Oなど)、7.合成ゼオライト(ZSM
−5、AlPO4ゼオライト、SAPO(Al−P−S
i系合成ゼオライト)など)、8.樹脂(ナフィオンH
など)が挙げられる。
【0021】好ましい固体酸としては、シリカ・アルミ
ナおよびシリカ・アルミナ系合成ゼオライト、あるいは
リン・アルミニウムおよびリン・アルミナ系合成ゼオラ
イト、あるいはリン・アルミナ・シリカ系合成ゼオライ
トが挙げられる。
【0022】アルカリ金属成分の担持は原料の転化率を
大きくするので効率的である。このようなアルカリ金属
成分としては、Na、K、Li、Cs、Rb、それらの
酸化物(Na2O、K2O、Li2O、Rb2O、Cs
2O)それらの水酸化物(NaOH、KOH、LiO
H、RbOH、CsOH)、それらの塩類(炭酸塩、塩
酸塩、臭化水素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、ヨウ化水素酸塩
などのアルカリ金属の無機酸塩)が挙げられ、好ましく
はカリウム、カリウム酸化物、カリウム水酸化物、カリ
ウム塩類が挙げられる。
【0023】アルカリ土類金属成分としては、Be,M
g,Ca,Sr,Ba、それらの酸化物、それらの水酸
化物及びそれらの塩類が挙げられる。アルカリ土類金属
成分の担持は、アルカリ金属成分の担持ほどではない
が、原料の転化率を大きくする効果がある。
【0024】本発明の固体酸担体表面にアルカリ金属成
分を担持した触媒の製造は、従来から触媒の調製方法と
して用いられているゾル−ゲル法、含浸法、共沈法、C
VD法(化学気相成長法)、イオン注入法などのいかな
る方法も採用することができる。例えば固体酸としてゼ
オライトを用いる場合、ゼオライトを可溶性アルカリ金
属化合物溶液(例えばアルカリ金属水酸化物またはアル
カリ金属塩類の水溶液)に含浸後、必要に応じて焼成し
て、本発明の触媒を得ることができる。あるいは、可溶
性の金属化合物(タングステン酸、ジルコニウム酸、ゲ
ルマニウム酸、ニオブ酸、タンタル酸、モリブデン酸、
ハフニウム酸、バナジウム酸、亜鉛酸、スズ酸、アルミ
ン酸などのアルカリ金属(Na,K)塩ないしアルカリ
土類金属塩、各種金属のハロゲン化物(塩化物、臭化
物、ヨウ化物、フッ化物)、硫酸塩、硝酸塩、アルコキ
シド、水酸化物、有機酸塩(例えば酢酸塩)、アンモニ
ウム塩など)に、必要に応じて可溶性アルカリ金属化合
物を添加した混合溶液から、アルカリ金属を含む固形物
を調製し、該固形物を必要に応じて焼成することにより
固体酸にアルカリ金属を担持させた触媒を得ることがで
きる。
【0025】焼成は、空気又は酸素雰囲気下200〜7
00℃、好ましくは300〜500℃で行うことができ
る。
【0026】触媒全体中のアルカリ金属成分の比率は、
アルカリ金属酸化物(Na2O、K2O、Li2O、Rb2
O、Cs2O)として、1〜30重量%程度、好ましく
は5〜17重量%程度である。アルカリ金属化合物溶液
に含浸するときの固体酸の形状は、粉末状、粒状、錠
剤、ハニカム状などが挙げられ、特に制限されない。
【0027】II.ハロゲン化フッ素化合物の溶媒和反応 一般式(I)で表されるハロゲン化フッ素化合物のRf
において、 ・パーフルオロアルキル基としては、炭素数1〜20の
直鎖または分枝を有するパーフルオロアルキル基が挙げ
られ、例えばCF3、C25、C37(n−、イソ)、
49(n−、イソ、sec−、tert−)、CF3
(CF2m−(mは4〜19の整数を示す)が例示され
る。
【0028】・ポリフルオロアルキル基としては、HC
2(CF2p−(pは1〜19の整数)が例示され
る。
【0029】本発明の方法で得られる好ましいフッ素化
合物としては、CF3CF2(CF2CF2qCH2CH2
OH(q=1〜6)などが例示される。
【0030】溶媒和反応は、ハロゲン化フッ素化合物と
水とを原料とし、バッチ式反応または連続式反応により
アルコールを製造する方法である。好ましい製造条件
は、本発明の触媒を150〜300℃、好ましくは20
0〜240℃の反応温度下で、使用するのがよい。反応
圧力は、常圧から加圧下で反応を行うのが好ましい。ま
た、ハロゲン化フッ素化合物と水とのモル比は、1:
0.2〜100が望ましい。この反応に使用される反応
装置については、特に制限はなく、固定床、流動床、移
動床等の反応器を備えた気相用の連続反応装置あるい
は、バッチ式反応装置を使用することができる。
【0031】反応雰囲気としては、窒素、ヘリウム、炭
酸ガス等の不活性ガスの他、例えば空気等の含酸素ガス
や、それらの希釈ガスを使用することが好ましい。例え
ば、連続反応においては反応原料、水とともに空気等の
含酸素ガスを同伴させることにより、触媒活性の劣化を
防止できる。
【0032】また、系内に空気等の含酸素ガスを同伴さ
せることにより、反応により生成したHXが速やかにX
2に酸化されるので、容易にX2が回収できる。
【0033】そして、回収したX2はRf−(CH2n
Xの製造工程において原料として用いることができる。
【0034】反応圧力は、常圧以上、このましくは2k
g/cm2以上、より好ましくは3kg/cm2以上、さ
らに好ましくは4kg/cm2以上、特に5kg/cm2
以上である。加圧下に反応させると、アルコール選択率
が高まるため好ましい。
【0035】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【0036】触媒の調製 製造例1 市販のカリウム交換された高シリカゼオライト(500
KOA(東ソー製);K2Oとして17wt%)を反応
に供した。
【0037】製造例2 市販の高シリカゼオライト(プロトン型/HSZ−33
0;東ソー製)10gに炭酸カリウム水溶液30ccを
含浸担持(K2Oとして17wt%)させ、湯浴にて加
熱し乾固させた。さらに、マッフル炉にて400℃で3
時間焼成し、触媒を製造した。
【0038】製造例3 市販のナトリウム交換されたY型ゼオライト(LZ−Y
−52;ユニオン昭和(株)製)を反応に供した。
【0039】製造例4 市販のAlPO4(片山化学薬品化学製)10gに炭酸
カリウム水溶液30ccを含浸担持(K2Oとして5w
t%)させ、湯浴にて加熱し乾固させた。さらに、マッ
フル炉にて400℃で3時間焼成し、触媒を製造した。
【0040】製造例5 市販のSAPO(SiO2:6wt%、Al23:39
wt%、P25:52wt%)10gに炭酸カリウム水
溶液30ccを含浸担持(K2Oとして5wt%)さ
せ、湯浴にて加熱し乾固させた。さらに、マッフル炉に
て400℃で3時間焼成し、反応に供した。
【0041】製造例6 市販のアルミナ10gに炭酸カリウム水溶液30ccを
含浸担持(K2Oとして5wt%)させ、湯浴にて加熱
し乾固させた。さらに、反応管中300℃で2時間焼成
し、触媒を製造した。
【0042】製造例7 市販の酸化チタン(アナターゼ型)10gに炭酸カリウ
ム水溶液30ccを含浸担持(K2Oとして5wt%)
させ、湯浴にて加熱し乾固させた。さらに、反応管中3
00℃で2時間焼成し、触媒を製造した。
【0043】製造例8 市販のアルミナ10gに硫酸カリウム水溶液30ccを
含浸担持(K2Oとして5wt%)させ、湯浴にて加熱
し乾固させた。さらに、反応管中300℃で2時間焼成
し、触媒を製造した。
【0044】製造例9 市販のアルミナ10gにヨウ化カリウム水溶液30cc
を含浸担持(K2Oとして5wt%)させ、湯浴にて加
熱し乾固させた。さらに、反応管中300℃で2時間焼
成し、触媒を製造した。
【0045】製造例10 市販のアルミナ10gに硫酸セシウム水溶液30ccを
含浸担持(Cs2Oとして5wt%)させ、湯浴にて加
熱し乾固させた。さらに、反応管中300℃で2時間焼
成し、触媒を製造した。
【0046】比較製造例1 特表平8−506507号公報の例1の記載に従い、H
3PO4、La23,NaOH等を用いて触媒を製造し
た。
【0047】実施例1(気相反応) 内径10mm、長さ250mmのステンレス製反応管に
製造例1の触媒を2.5g充填し、ヒーターにて215
℃に昇温した。本反応管にCF3CF2(CF2CF23
CH2CH2I及び水をそれぞれ10g/hr、12g/
hrで供給し、触媒上で接触反応させた。反応管出口に
取り付けた氷トラップ、及びドライアイス/メタノール
・トラップにて反応物を回収してGC分析を行った。結
果を表1に示す。
【0048】実施例2〜4(気相反応) 製造例2、4及び5で各々得られた触媒を用い、実施例
1と同様にして気相反応を行った。結果を表1に示す。
【0049】比較例1(気相反応) 比較例1で得た公知の触媒を用い、実施例1と同様にし
て気相反応を行った。結果を表1に示す。
【0050】
【表1】 実施例5(バッチ式反応) 冷却コンデンサー付きナス型フラスコ(100cc)
に、CF3CF2(CF2CF23CH2CH2I(6
g)、製造例1の触媒2gを仕込み、マントルヒーター
にて外温215℃まで昇温した。30分間激しく撹拌し
ながら反応を行い、冷却後、反応生成物をGCにて分析
した。その結果、選択率75%で目的のアルコールであ
るCF3CF2(CF2CF23CH2CH2OHが得られ
た。
【0051】実施例6 内径10mm、長さ250mmのステンレス製反応管に
製造例4の触媒を3.5g充填し、ヒーターにて215
℃に昇温した。本反応管にCF3CF2CF2CF2CH2
CH2I及び水をそれぞれ15.4g/hr、10.1
g/hrの割合で供給し、触媒上で接触反応させた。反
応管出口に取り付けた氷トラップ、及びドライアイス/
メタノールトラップにて反応物を回収して、GC分析を
行った。その結果、選択率91.1%でCF3CF2CF
2CF2CH2CH2OHが得られた。
【0052】実施例7 内径10mm、長さ250mmのステンレス製反応管に
製造例4の触媒を6.5g充填し、ヒーターにて215
℃に昇温した。本反応管にCF3CF2CF2CF2CH2
CH2I/H2O/空気を1/17/2(モル比)の組成
にて供給し(CF3CF2CF2CF2CH2CH2I、1
3.7g/hr)、触媒上で接触反応させた。反応管出
口に取り付けた氷トラップ、及びドライアイス/メタノ
ールトラップにて反応物を回収して、GC分析を行っ
た。その結果、転化率58.7%、選択率76.6%で
CF3CF2CF2CF2CH2CH2OHが得られた。
【0053】また、この反応成績は、反応開始後6時間
後も全く変化がなく、安定した触媒活性が得られた。
【0054】さらに、他の生成物として76%の回収率
(転化率より計算されるヨウ素分に対する割合)でI2
が得られた。
【0055】実施例8 市販のSAPO(SiO2:6重量%、Al23:39
重量%、P25:52重量%)10gに硫酸カリウム水
溶液30ccを含浸担持(K2Oとして6.1重量%)
させ、湯浴にて加熱乾固した。さらに、反応管中300
℃で2時間焼成し、反応に供した。
【0056】内径10mm、長さ250mmのステンレ
ス製反応管に上記触媒を5.5g充填し、ヒーターにて
215℃に昇温した。本反応管にCF3CF2(CF2
23CH2CH2I、水及び空気をそれぞれ13.7g
/hr、12g/hr、26cc/min(CF3CF2
(CF2CF23CH2CH2I/水/空気=1/18.
2/2(モル比))で供給し触媒上で接触反応させた。
反応管出口に取り付けた氷トラップ、及びドライアイス
/メタノールトラップにて反応物を回収して、GC分析
を行った。その結果、選択率69%でCF3CF2(CF
2CF23CH2CH2OHが得られた。なお、反応圧力
は大気圧であった。
【0057】実施例9〜11 反応圧力を各々2、3、4kg/cm2とする以外は実
施例8と同様にしてCF3CF2(CF2CF23CH2
2Iから対応するアルコールを合成した。GC分析に
より得られた選択率を表2に示す。
【0058】
【表2】 反応圧力(kg/cm 2) アルコール選択率(%) 実施例9 2 75 実施例10 3 77実施例11 4 88 実施例12 市販のSAPO(SiO2:6重量%、Al23:39
重量%、P25:52重量%)10gに硫酸カリウム水
溶液30ccを含浸担持(K2Oとして6.1重量%)
させ、湯浴にて加熱乾固した。さらに、反応管中300
℃で2時間焼成し、反応に供した。
【0059】内径10mm、長さ250mmのステンレ
ス製反応管に上記触媒を5.5g充填し、ヒーターにて
215℃に昇温した。本反応管にCF3CF2CF2CF2
CH2CH2I、CF3CF2(CF2CF23CH2CH2
I、水及び空気をそれぞれ13.7g/hr、3.3g
/hr、12g/hr、27cc/min(CF3CF2
(CF2CF23CH2CH2I/CF3CF2CF2CF2
CH2CH2I/水/空気=0.16/1/18.2/2
(モル比))で供給し触媒上で接触反応させた。反応管
出口に取り付けた氷トラップ、及びドライアイス/メタ
ノールトラップにて反応物を回収して、GC分析を行っ
た。その結果、CF3CF2CF2CF2CH2CH2OHを
選択率68%で、CF3CF2(CF2CF23CH2CH
2OHを選択率73%で得た。なお、反応圧力は大気圧
であった。
【0060】実施例13〜14 反応圧力を各々2、3kg/cm2とする以外は実施例
12と同様にしてCF3CF2CF2CF2CH2CH2Iお
よびCF3CF2(CF2CF23CH2CH2Iから対応
するアルコールを合成した。GC分析により得られた選
択率を表3に示す。
【0061】
【表3】 CF 3CF 2(CF 2CF 2) nCH 2CH 2OH選択率(%) 反応圧力(kg/cm 2) n=1 n=3 実施例13 2 77 90実施例14 3 87 93 実施例15 内径20mm、長さ400mmのステンレス製反応管
に、市販のSAPO(SiO2:6wt%, Al23
39wt%, P25:52wt%)を10g充填し、ヒ
ーターにて230℃に昇温した。本反応管にCF3CF2
(CF2CF22CH2CH2I、水及び空気をそれぞれ
16.7g/hr、10.6g/hr、25cc/mi
n(CF3CF2(CF2CF23CH2CH2I/水/空気
=1/16/2(モル比))で供給し触媒上で接触反応
させた。反応管出口に取り付けた氷トラップ、及びドラ
イアイス/メタノールトラップにて反応物を回収して、
GC分析を行った。その結果、CF3CF2(CF2
23CH2CH2OHを選択率72.4%で得た。
【0062】実施例16〜17 SAPOに代えてハイシリカゼオライト(プロトン型/
HSZ−330 東ソー製;実施例16)またはAlP
4(片山化学製)を用いた他は、実施例15と同様に
してアルコールを製造した。結果を表4に示す。
【0063】
【表4】
【0064】
【発明の効果】本発明によれば、脱ハロゲン化水素反応
によるオレフィン(副生成物)が少なく、選択的にアル
コールないしエーテル化合物を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 29/85 B01J 29/85 Z C07C 29/58 C07C 29/58 31/38 31/38 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体酸からなるフッ素アルコール製造用触
    媒。
  2. 【請求項2】アルカリ金属成分を固体酸に担持してなる
    請求項1記載のフッ素アルコール製造用触媒。
  3. 【請求項3】固体酸がSi−AlまたはAl−P系の複
    合酸化物である請求項1または2に記載の触媒。
  4. 【請求項4】固体酸がSi−Al−P系の複合酸化物で
    ある請求項1または2に記載の触媒。
  5. 【請求項5】固体酸がルイス酸である請求項1または2
    記載の触媒。
  6. 【請求項6】アルカリ金属成分がカリウム、カリウム酸
    化物、カリウム水酸化物、カリウム塩類またはそれらの
    2種以上の混合物である請求項2記載の触媒。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載の触媒の存
    在下に水と下記式(I) 【化1】Rf−(CH2nX (I) 〔式中、Rfはパーフルオロアルキル基またはポリフル
    オロアルキル基を示す。nは1〜5の整数を示す。Xは
    I、BrまたはClを示す。〕で表される化合物と反応
    させることを特徴とする下記式 【化2】Rf−(CH2n−OH (II) 〔式中、Rf、n及びXは前記に同じ。〕で表されるフ
    ッ素化合物の製造法。
  8. 【請求項8】請求項1〜6のいずれかに記載の触媒の存
    在下、含酸素ガス雰囲気において、水と下記式(I) 【化3】Rf−(CH2nX (I) 〔式中、Rfはパーフルオロアルキル基またはポリフル
    オロアルキル基を示す。nは1〜5の整数を示す。Xは
    I、BrまたはClを示す。〕で表される化合物と反応
    させることを特徴とする下記式 【化4】Rf−(CH2n−OH (II) 〔式中、Rf、n及びXは前記に同じ。〕で表されるフ
    ッ素化合物の製造法。
  9. 【請求項9】請求項7に記載のフッ素化合物の製造法に
    おいて、反応系内に含酸素ガスを共存させることにより
    生成するX2(XはI、BrまたはClを示す。)の回
    収工程を有するフッ素化合物の製造方法。
  10. 【請求項10】反応圧力を大気圧以上とすることを特徴
    とする請求項7又は8のいずれかに記載のフッ素化合物
    の製造方法。
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