JP2001192347A - ペルフルオロアルカジエンの製造方法 - Google Patents

ペルフルオロアルカジエンの製造方法

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JP2001192347A JP2000313523A JP2000313523A JP2001192347A JP 2001192347 A JP2001192347 A JP 2001192347A JP 2000313523 A JP2000313523 A JP 2000313523A JP 2000313523 A JP2000313523 A JP 2000313523A JP 2001192347 A JP2001192347 A JP 2001192347A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】安全で、かつ工業的実施に適したペルフルオロ
アルカジエンを効率的に製造する方法を提供すること。 【解決手段】炭素鎖の両末端に2重結合を有する一般
式: CF2=CF−(CF2CF2a(CF2CF(CF3))
b−CF=CF2 (式中、aとbは0〜2の整数であり、同一または異な
っていても良い。)で示されるペルフルオロアルカジエ
ン類の製造方法において、次の一般式: XCF2CFX−(CF2CF2a(CF2CF(C
3))b−CFY−CF2X (式中、aとbは前記と同意義であり、Xは塩素、臭素
またはヨウ素を示し、Yは塩素、臭素、ヨウ素またはフ
ッ素を示す。)で示されるテトラハロゲン化ペルフルオ
ロアルカンを;有機溶媒中で、Mg,Zn,Cd,A
l,Cu,Na及びLiから選択される少なくとも1種
の金属、及びハロゲン化アルキルの存在下、加熱または
沸騰還流に付す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマーの原料、
あるいは半導体用のエッチングガスとして利用可能な
α,ω−ペルフルオロアルカジエンの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】α,ω−ペルフルオロアルカジェンの合
成方法として、最も典型的なものでは、炭素数4から成
る化合物のペルフルオロブタジエンが古くから研究され
ている。例えば、R.N.Haszeldine;J.
Chem.Soc.,4423(1952)には、CC
lF=CF2を原料にしてIClの付加によりCClF2
−CClFIを得、続いてHgの存在下、光反応によっ
てCClF2−CClF−CClF−CClF2を合成
し、これをエタノール中、亜鉛で処理を行うことによっ
てCF2=CF−CF=CF2を得る方法が報告されてい
る。しかし、この方法では、工程が数多く、水銀など環
境上好ましくない原材料を使用するなどの問題がある。
【0003】また、R.N.Haszeldineは、
J.Chem.Soc.,4026(1954)におい
て、ペルフルオロアジピン酸塩の熱分解によるCF2
CF−CF=CF2の合成を報告している。しかし、こ
の反応は収率が低く、異性体が多量に生成するなど工業
的な製法としては好ましくない。
【0004】W.T.Millerによる米国特許第
2,668,182号明細書では、CClF=CF2
原料に550℃パイレックス(登録商標)管中で反応を
行い、CF2=CF−CClF−CClF2を得て、これ
を塩素化あるいは臭素化し、それぞれCClF2−CC
lF−CClF−CClF2またはCBrF2−CBrF
−CClF−CClF2に転化後、前述のJ.Che
m.Soc.,4423(1952)の方法と同様に亜
鉛によって脱ハロゲン化反応を行い、CF2=CF−C
F=CF2を得るものである。この反応では第一段のC
2=CF−CClF−CClF2を得る反応の収率が低
く、副生物が多いことから、これもまた工業的に適した
方法とは言いがたい。
【0005】G.Bargigia, V.Torte
lli, C.Tonelli,S.Mondenaら
の欧州特許出願第0 270 956号明細書、同じグ
ループらによる特開昭62−26240号公報、E.
S.Elizabath:J.Org.Chem.,3
6(1971)364などでは、CF2=CF2を原料と
して、これにヨウ素付加または臭素付加することによっ
て得られるXCF2−CF2X(X=I,Br)のテロメ
リゼーション反応により生成するXCF2−CF2−CF
2−CF2Xを−80℃から+150℃の範囲で非プロト
ン溶媒中、Mg,Zn,CdまたはLiの有機金属化合
物との反応によってCF2=CF−CF=CF2を得る反
応が報告されている。この方法では、比較的容易に原料
のXCF2−CF2−CF2−CF2Xが入手でき、比較的
工業化しやすい方法と言えなくもない。しかし、脱離さ
せるハロゲンが高価な臭素とヨウ素及びフッ素に限定さ
れており、安価な塩素を使用することが出来ない。ま
た、脱ハロゲン化反応において、活性の高い有機金属化
合物を多量に必要とすることから依然、工業化には適さ
ない。
【0006】なぜならば、有機金属化合物は次のような
問題がある。 水分に対して鋭敏であるので、加水分解をしないよう
に特別な注意が必要である。 有機金属化合物は、製造時にかなりの危険が伴い、例
えば、グリニャール試薬を合成する時、冷却が足りなか
った場合など反応の制御を誤ると、反応が暴走し、爆発
的に進行することがしばしば見られる。 有機金属化合物は、水分・酸素などと容易に反応する
極めて活性な化合物であるので、大量に保存・使用する
ことは難しく、工業的に取り扱うことは貯蔵の面でも危
険と考えられる。 有機金属化合物は、上記の理由によって価格がかなり
高く、工業的に大量に使用することはコスト的にも不利
益であると考えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
の諸欠点に鑑み、本発明は、これらの欠点が大幅に軽減
ないし払拭された安全で、工業的実施に適したペルフル
オロアルカジエン類の製造方法を提供することを主たる
目的としている。
【0008】かくして、本発明は、塩素原子を含む分子
も反応に使用できるためにより安価な化合物を利用する
ことが出来る。例えば、I.L.Knunyants
and G.G.Yakobson(Eds.):Sy
nthesis of Fluoroorganic
Compounds,P.16(1985)Sprin
ger−Verlagによれば、クロロトリフルオロエ
チレンを原料として容易に製造可能であるとされている
1,2−ジクロロ−4−ヨードペルフルオロブタンが原
料として使用できる上記製造方法を提供する。
【0009】本発明の目的は、α,ω−ペルフルオロア
ルカジエンを工業的かつ安価に製造することが可能な方
法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決すべく成された発明である。本発明の基本概念は、
ハロゲン化アルキルを触媒として反応系内に存在させ、
金属とテトラハロゲン化ペルフルオロアルカンを反応さ
せる製造方法であり、Mgを例にとれば、触媒量のハロ
ゲン化アルキルとMgを別個に分けて入れることで、危
険な有機金属化合物を直接扱う必要がなく、水分の混入
も反応系を窒素シールする程度で防ぐことができる。従
って、薬剤そのものの取り扱いが非常に容易である。本
法では、大量の溶媒中で少量の触媒と脱ハロゲン化剤と
による反応(グリニャール反応を行う際の1/2〜1/
20のスケール)を行うことが出来るので、反応が穏や
かで安全である。さらに貯蔵上の問題も比較的活性の少
ない金属とハロゲン化アルキルとを分けて用いることに
よって解消できる。使用するアルキルハライドの量も1
/2〜1/20に低減できるので、これもコスト的に有
利である。
【0011】即ち、本発明の具体的態様においては、工
業的に入手可能なあるいは種々の手法によって合成の可
能なテトラハロゲン化ペルフルオロアルカンを−70℃
から+200℃の範囲でテトラヒドロフランなどの有機
溶媒中、触媒として適量のハロゲン化アルキルの存在
下、Mg,Zn,Cd,Al,Cu,NaまたはLiな
どの金属と反応させ、脱ハロゲン反応を行うことによっ
て高収率でα,ω−ペルフルオロアルカジエンを得るも
のである。吸湿性が高く、分解しやすく、かつ高価な有
機金属化合物を使用しないことから、安価で大量生産に
適した製造方法であると共に作業性及び安全性の向上も
図れる。
【0012】本発明で目的とする化合物は、炭素鎖の両
末端に2重結合を有する下記の一般式(1): CF2=CF−(CF2CF2a(CF2CF(CF3))b−CF=CF2 (1) (式中、aとbは0〜2の整数であり、同一または異な
っていても良い。)で示されるペルフルオロアルカジエ
ン類である。
【0013】反応の原料として使用されるテトラハロゲ
ン化ペルフルオロアルカン類は下式(2): XCF2CFX(CF2CF2a(CF2CF(CF3))b−CFY−CF2X (2) (式中、aとbは前記と同意義であり、Xは塩素、臭素
またはヨウ素を示し、Yは塩素、臭素、ヨウ素またはフ
ッ素を示す。)で示される。
【0014】触媒として用いられるハロゲン化アルキル
は、一般式;RXで示され、Xは塩素、臭素、ヨウ素の
いずれか、Rは直鎖状、分枝状、あるいは環状のアルキ
ル基またはアリール基で示される化合物の中から選ばれ
る。触媒として使用されるハロゲン化アルキルの量は、
原料のテトラハロゲン化ペルフルオロアルカン類に対し
て0.05当量から0.5当量の範囲内で行われる。
0.05当量以下では触媒効果が低く、満足する収率で
目的物を得ることができない。逆に0.5当量以上に触
媒の量を増量しても得られる効果は同様であり、コスト
面から0.5当量以下が望ましい。
【0015】また、反応の活性剤として一般式X−R−
Xで示されるアルキルジハライド(Rは炭素数が1〜7
の直鎖、分枝状、あるいは環状の炭化水素で示される化
合物の中から選ばれる)やヨウ素などを少量添加すると
反応を容易に開始させることができ、さらに望ましい。
【0016】反応に使用される金属としては、Mg,Z
n,Cd,Al,Cu,NaまたはLiなどが望まし
い。これらの金属を1種または2種以上の組合せて使用
する。形状としては、切削片状または塊状、粉末状であ
り、大きさは適宜選択できる。使用量としては、当量以
上であるが、反応効率とコスト面から1.0〜5当量程
度が好ましい。
【0017】反応を実施するに使用できる溶媒は、テト
ラヒドロフラン、ジオキサン、エチルエーテル、イソプ
ロピルエーテルなどの直鎖状、分枝状あるいは環状エー
テルや、ジメトキシエタン、2−メトキシエチルエーテ
ルなどのポリエーテルまたはヘキサン、オクタン、ノナ
ン、石油エーテルなどの炭化水素類、酢酸エチル、酢酸
メチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類、ホスホ
ン酸トリエチルなどのリン酸エステル、炭酸ジエチルあ
るいは炭酸エチレンなどの鎖状、環状炭酸エステル、ア
セトニトリルやベンゾニトリルなどのアルキルまたはア
リールニトリル、アセトン、メチルエチルケトンなどの
ケトン類、無水酢酸などの酸無水物、N,N’−ジメチ
ルホルムアミド(DMF)やN,N’−ジメチルアセト
アミドなどのアミド類、ジメチルスルホキシド(DMS
O)のようなスルホキシド類、ニトロエタンまたはニト
ロベンゼンのような脂肪族または芳香族ニトロ化合物、
ピリジン、ピペリジンなどの含窒素複素環化合物、ジメ
チルスルホンやフェニルスルホンなどのスルホン化合
物、硫化ジエチルまたは硫化ジフェニルなどのジアルキ
ルあるいはジアリールスルフィド類などである。
【0018】反応温度は、−70℃から+200℃の範
囲内で行われる。上述の有機溶媒中で、金属とハロゲン
化アルキルとを加え、加熱または沸騰還流を行うことで
前述式(2)から式(1)のペルフルオロアルカジエン
類を製造する。
【0019】使用する溶媒の量は、反応の原料となるテ
トラハロゲン化ペルフルオロアルカンが反応時に0.1
M〜2M、望ましくは0.2M〜1.0Mになるように
調整することが好ましいが、原料種によってはこの範囲
内に限定するものではない。反応の原料として用いられ
るテトラハロゲン化ペルフルオロアルカンは上述の溶媒
と同じ溶媒で希釈することが望ましい。
【0020】以下、実施例により本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【0021】
【実施例1】−78℃に冷却したトラップ管に接続した
還流冷却管と圧力平衡管付の滴下ロートを備えた100
mLの3つ口フラスコに窒素雰囲気下、1.5当量のM
gとテトラヒドロフラン20mL,1,2−ジブロモエ
タン2滴(1滴は0.05mL),さらに触媒のブロモ
エタンを0.2当量加えた。この溶液を還流状態まで加
熱し、これに5mLのテトラヒドロフランで希釈した
5.0gの1,2−ジクロロ−4−ヨードペルフルオロ
ブタンを泡立ちが激しすぎないようにゆっくりと加え
た。発生した気体は−78℃のトラップ管で捕集した。
滴下終了後も沸騰還流を続け、反応溶媒中に残存するC
2=CF−CF=CF2を追い出した。トラップ管中に
捕集された液をガスクロマトグラフィーによって分析を
行ったところ、CF2=CF−CF=CF2は1.77g
生成していた(収率;83%)。
【0022】
【実施例2】−78℃に冷却したトラップ管に接続した
還流冷却管と圧力平衡管付の滴下ロートを備えた100
mLの3つ口フラスコに窒素雰囲気下、1.2当量のM
gとテトラヒドロフラン20mL,1,2−ジブロモエ
タン2滴、さらに触媒のイソプロピルプロミドを0.2
当量加えた。この溶液を還流状態まで加熱し、これに5
mLのテトラヒドロフランで希釈した5.0gの1,2
−ジクロロ−4−ブロモペルフルオロブタンを泡立ちが
激しすぎないようにゆっくりと加えた。発生した気体は
−78℃のトラップ管で捕集した。滴下終了後も沸騰還
流を続け、反応溶液中に残存するCF2=CF−CF=
CF2を追い出した。トラップ管中に捕集させた液をガ
スクロマトグラフィーによって分析を行ったところ、C
2=CF−CF=CF2は2.07g生成していた(収
率;85%)。
【0023】
【実施例3】−78℃に冷却したトラップ管に連結され
たビクロー管付の蒸留装置と圧力平衡管付の滴下ロート
を備えた100mLの3つ口フラスコに窒素雰囲気下、
1.2当量のMgとテトラヒドロフラン50mL,1,
2−ジブロモエタン2滴、さらに触媒のブロモプロパン
を0.1当量加えた。この溶液を還流状態まで加熱し、
これに10mLのテトラヒドロフランで希釈した5.0
gの1,2−ジクロロ−6−ヨードペルフルオロヘキサ
ンを泡立ちが激しすぎないようにゆっくりと加えた。反
応生成物は蒸留装置を通して溶媒と共に留出される。滴
下終了後も沸騰還流を続け、反応溶液中に残存する生成
物も蒸留装置を通して溶媒と共に留出させた。トラップ
管中に捕集された液をガスクロマトグラフィーによって
分析を行ったところ、CF2=CF−CF2−CF2−C
F=CF2は1.96g生成していた(収率;72
%)。
【0024】
【実施例4】−78℃冷却したトラップ管に接続した還
流冷却管と圧力平衡管付の滴下ロートを備えた100m
Lの3つ口フラスコに窒素雰囲気下、1.2当量のMg
とテトラヒドフラン20mL,1,2−ジブロモエタン
2滴、さらに触媒のブロモエタンを0.2当量加えた。
この溶液を還流状態まで加熱し、これに5mLのテトラ
ヒドロフランで希釈した5.0gの1,2,3,4,−
テトラクロロペルフルオロブタンを泡立ちが激しすぎな
いようにゆっくりと加えた。発生した気体は−78℃の
トラップ管で捕集した。滴下終了後も沸騰還流を続け、
反応溶媒中に残存するCF2=CF−CF=CF2を追い
出した。トラップ管中に捕集された液をガスクロマトグ
ラフィーによって分析を行ったところ、CF2=CF−
CF=CF2は2.34g生成していた(収率;88
%)。
【0025】
【実施例5】実施例2で、Mgの代わりにZn−Cu
(95:5の組合せ)を、触媒のイソプロピルブロミド
の代わりにブロモエタンを用いた以外は同様の方法で、
5.0gの1,2−ジクロロ−ブロモペルフルオロブタ
ンを加え、沸騰還流を行った。トラップ中に捕集された
液をガスクロマトグラフィーによって分析を行ったとこ
ろ、CF2=CF−CF=CF2は2.04g生成してい
た(収率;84%)。
【0026】
【比較例1】−78℃に冷却したトラップ管に接続した
還流冷却管と圧力平衡管付の滴下ロートを備えた200
mLの3つ口フラスコを窒素雰囲気下、3当量のZnと
50mLのエタノールを加えた。この溶液を還流状態ま
で加熱し、これに5mLのエタノールで希釈した5.0
gの1,2−ジクロロ−4−ヨードペルフルオロブタン
を泡立ちが激しすぎないようにゆっくりと加えた。発生
した気体は−78℃のトラップ管で捕集した。滴下終了
後も沸騰還流を続け、反応溶媒中に残存するガスを追い
出した。トラップ管中に捕集された液をガスクロマトグ
ラフィーによって分析を行ったところ、CF2=CF−
CF=CF2は僅かに認められたのみで、得られたガス
のほとんどが4H−ペルフルオロ−1−ブテンであっ
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 博至 群馬県渋川市1497番地 関東電化工業株式 会社渋川工場内 (72)発明者 嶋田 宏治 群馬県渋川市1497番地 関東電化工業株式 会社渋川工場内 (72)発明者 石井 冬彦 群馬県渋川市1497番地 関東電化工業株式 会社渋川工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素鎖の両末端に2重結合を有する下記
    の一般式(1): CF2=CF−(CF2CF2a(CF2CF(CF3))b−CF=CF2(1) (式中、aとbは0〜2の整数であり、同一または異な
    っていても良い。)で示されるペルフルオロアルカジエ
    ン類の製造方法において、次の一般式(2): XCF2CFX−(CF2CF2a(CF2CF(CF3))b−CFY−CF2X (2) (式中、aとbは前記と同意義であり、Xは塩素、臭素
    またはヨウ素を示し、Yは塩素、臭素、ヨウ素またはフ
    ッ素を示す。)で示されるテトラハロゲン化ペルフルオ
    ロアルカンを;有機溶媒中で、Mg,Zn,Cd,A
    l,Cu,Na及びLiから選択される少なくとも1種
    の金属、及びハロゲン化アルキルの存在下、加熱ないし
    は沸騰還流を行うことを特徴とする一般式(2)のテト
    ラハロゲン化ペルフルオロアルカンから一般式(1)の
    ペルフルオロアルカジエンを製造する方法。
  2. 【請求項2】次式(3): RX (3) (式中、Xは塩素、臭素、ヨウ素のいずれかであり、R
    は直鎖状、分枝状、環状のアルキル基またはアリール基
    を示す。)で示されるハロゲン化アルキルを原料のテト
    ラハロゲン化ペルフルオロアルカンに対し0.05〜
    0.5当量の範囲で加える請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】反応系を窒素シールして実施する請求項1
    または2記載の製造方法。
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