JP2003505439A - 脂肪族フルオロカーボンの製法 - Google Patents
脂肪族フルオロカーボンの製法Info
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Abstract
Description
オロカーボンにわたる一群の化学物質である。この発明の詳細な説明及び特許請
求の範囲全体に使用されているように、用語「脂肪族フルオロカーボン」は、炭
素−フッ素結合を有し、又水素及び塩素を含んでいてもよい脂肪族化合物として
定義される。脂肪族フルオロカーボンは、単結合のみを有する化合物から多重結
合を有する化合物にわたる。この単結合化合物は、しばしば、不活性であり、又
不燃性である。これらは、例えば、不活性溶媒、潤滑材及び発泡剤として有用で
ある。二重結合を有するフルオロカーボン、フルオロオレフィンは、様々な化学
物質及び特にポリマーの製造に有用な非常に反応性の種である。三重結合を有す
るフルオロカーボンは、又、非常に反応性である。これらのグループの化学物質
を効率的に製造する方法は、常に化学産業の関心の対象である。
るための新規な製造方法に関する。 a)脂肪族フルオロカーボン出発化合物に、その脂肪族フルオロカーボン出発
化合物の少なくとも1つの化学結合を切断して反応性脂肪族フルオロカーボン中
間体化合物を形成する処理を施す工程、 b)その反応性脂肪族フルオロカーボン中間体化合物と他の反応性化合物とを
反応させて、所望の脂肪族フルオロカーボン生成物及び所望でない脂肪族フルオ
ロカーボン生成物を生成する工程、 c)前記所望の脂肪族フルオロカーボン生成物を全ての所望でない脂肪族フル
オロカーボン生成物から分離する工程、及び d)全ての所望でない脂肪族フルオロカーボン生成物を工程a)へリサイクル
する工程。
フルオロカーボン中間体化合物」は、脂肪族フルオロカーボン及び他の反応性脂
肪族フルオロカーボンと反応可能である、全ての脂肪族フルオロカーボンを意味
することを意図する。この用語は、ラジカル、イオン又はカルベンのごとき種を
含む。
することにより出発する。これは、公知技術である熱分解、微粒子、マイクロウ
ェーブ、プラズマ、紫外線、赤外線による放射又は類似の手段により化学結合を
切断し、ラジカル、イオン又はカルベンを創製することにより成し遂げられる。
これらの反応性中間体は、その後、他の反応性中間体又は新規結合を形成する通
常分子と反応し、直接に又は後続工程中で新しい生成物となる。
作られない点で特殊である。これは、炭素−フッ素結合の切断に必要とされるエ
ネルギーは大きくて、フッ素−フッ素結合の形成から得られるエネルギーゲイン
は小さいことによるものであろう。本発明の基礎の一部である、フルオロカーボ
ン反応性中間体生成のこの特徴は、それを幾らかの水素及び炭素が作られるハイ
ドロカーボン反応性中間体の生成から峻別させている。これらの二つの種は、更
に反応しないで、所望の生成物の収量損失となる。
れは、通常、個々の化合物を成功裏に合成することの妨げと考えられている。こ
の製造された生成物の間で、幾つかのものは所望のものであり、他のものは所望
でないものである。本発明は、蒸留又は他の物理的方法により、所望でない生成
物から所望の生成物を分離することを必要とする。その後、その所望でない生成
物は、フッ素形成基づく収量の損失なく、類似の反応性中間体を再び形成するよ
うに前記工程にリサイクルされる。又、製造条件下では所望でない生成物のある
部分をその出発物質に返還することが必要とされる、マクロ可逆性(micro
reversibility)の原理によって、リサイクルも成功裏に行われる
。その後、添加された出発物質と所望でない生成物とから得られたこれらの反応
性中間体は、より多くの所望の生成物を含む、生成物の混合物を形成する。以上
のとおり、所望でない生成物は、エンドレスにリサイクルすることができて、所
望の生成物は増大する。本発明により、かなり低い初期収率のものも、商業上実
行性のある工程に転換できる。生成物が普通のものでなくて、非常に必要とされ
る幾つかのものの場合、非常に低い初期収率のものでも、商業的工程となり得る
。
質R133aから製造され、又、R133aは、R125から少しの収率で製造
された。したがって、R125が所望でない生成物であるなら、それは、所望生
成物の収率増大方法の一部として、出発物質にリサイクルすることができる。
がある。R125は、134aを製造することが示された。別の実験では、TF
EがR134aから製造されることが示された。このように、R125、即ちT
FEの所望でない副生成物は、少なくとも二種の方法で、即ち出発物質R132
aに返還することにより、又、他の中間体R134a(これはTFEの出発物質
としても貢献する。)を経由することにより、TFEに転換され得る。
得る。このことは、フッ化水素がオレフィンに付加し、又所望の炭素−フッ素結
合を再生して出発物質及び生成物の両方を形成するに必要とされるエネルギーが
非常に低いので、これらのフッ素原子の損失を表わさない。これは、恐らく、T
FE及びフッ化水素からのR134の形成による例において説明される。この工
程の間に炭素−フッ素結合を再生するために反応しない全てのフッ化水素は、分
離して回収されて、独立してあるいはリサイクルにより、炭素−フッ素結合を形
成するのに利用される。
これは、本発明において反応物への塩化水素の付加が塩素を含む所望の生成物の
形成となるから、これらの原子に対する最終点を表してはいない。
これらの生成物はまだ有用な炭素−フッ素結合を含有することができる。この揮
発性テロマー及びポリマーは、他の揮発性副生成物のように同じ分離及びリサイ
クル工程に供される。より少ないテロマー及びポリマーには機械的回収及び特定
の取扱いを必要とするが、理論上、炭素−フッ素結合を含む全ての生成物は、収
率を改善するためにリサイクルされて、減少される。
業上のニーズに基づいている。当業者は、フルオロカーボンの間で「所望の」及
び「所望でない」生成物の選択における逆転がなされ得ること、及び本発明の工
程は依然として新規に決定された所望の生成物の良い収率を与えることとなるこ
とを理解するであろう。
より完全な利用方法を提供して、廃棄生成物の生成を減ずる。廃棄生成物は、通
常環境に放出されないように保つために特定の用法で処理される必要がある。本
発明において、そのような処理の必要性と経費は削減されるか、より減少される
であろう。
得られたいくつかの驚くべき生成物を含む。本発明は、又、反応性フルオロカー
ボン中間体が反応性炭化水素中間体とは全く異なっていること、及びいかにこれ
らの相違が所望の生成物の収率を増加させるために操作され得るのかの発見を含
む。
体を生成し、新規生成物の形成し、所望の生成物を分離し、又、所望でない生成
物をリサイクルし減少させて、所望の生成物の収率を改善するための工程を含む
脂肪族フルオロカーボンの製造に関する。
熱分解により生成される。
を熱分解することを含む50%超の収率でのTFEの製造方法に関する。
解することを含むPFPの製造方法に関する。
FBの製造方法に関する。
CDFEの製造方法に関する。
33aを熱分解することを含むDCDFEの製造方法に関する。
FBの製造方法に関する。
134aの製造方法に関する。
114aの製造方法に関する。
PFBの製造方法に関する。
むR125の製造方法に関する。
ての方法の内で、熱分解が即応例として選ばれた。しかしながら、上記の全ての
方法が使用することができ、又、当業者に既に知られた手段を含む。
な滞留時間で、高温において様々の条件下で実施される。この熱分解は、バッチ
あるいは連続条件下で実施できる。連続条件を使用するとき、反応管を石英、ア
ルミナ、インコネル又はモネルを含む様々な材料で作ることができる。即応例中
で使用されるこの管は、外形1インチ(2.54cm)であり、アルミナ管の場
合は例外的に3/8インチ(0.95cm)であった。種々の管が12インチ(
30.5cm)電気加熱炉中に配置され、その炉は効率的反応ゾーンを画定した
。温度は、管の中心に配置されたサーモウェル中の熱伝対により規定された。3
/8インチ(0.95cm)アルミナ管中で、温度は、管の外部において、その
中心点で計測された。
.1mm)ガラス製ロトメーターを介して、管中に供給された。反応器の他端は
、時々、所望の反応器圧を得るために規制された。圧を増大すると転化率が増え
るが、収率は減ずる。
率に影響する。通常、非常に低い転化率である低い滞留時間が、最高の収率とな
るが、商業上実施できない。使用された滞留時間は、1秒から約30秒までの僅
かの間で変わった。好ましい滞留時間範囲は、各反応物の混合物において経験に
より指定される。操作要因により、より高圧が指定される。滞留時間を減少させ
ることにより、圧力に伴う問題を緩和できる。
れた装置に関しては、各反応物に対して使用される供給速度は、約0.018モ
ル/時間〜約4モル/時間の範囲で変わる。約10モル/時間の速度は、又、記
載された反応器において使用できるが、転化率は非常に低い。
れた。不活性希釈剤は、窒素、希ガス、ペルフルオロアルカン及び水蒸気のごと
き材料でよい。容易に圧縮できる不活性希釈剤を使用すると、大量の希釈剤から
生成物をより容易に分離できる。
s Combust.、1996、第507頁〜第510頁、『Experim
ental Flow Tube Study on Pyrolysis o
f 2−Chliro−1,1,1−Trifluoroethane(2−ク
ロロ−1,1,1−トリフルオロエタンの熱分解に関する実験的流管の研究)R
obert P.Salmon 及びEdward R.Richter』であ
る。サーモン(Salmon)らは、700℃〜875℃の温度範囲で、大気圧
で石英製流管反応器中の2%の2−クロロ−1,1,1−トリフルオロエタン(
R133a)及び98%の窒素混合物の熱分解について報告している。777℃
未満の温度で、トリフルオロエチレン(TFE)が最も豊富の生成物であり、又
、形成された他の生成物には、1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−
ブテン(HFB)及び2−クロロ−1,1−ジフルオロエチレン(CDFE)が
含まれた。しかしながら、約725℃未満では、TFEはいかなる割合でも形成
されなかった。より高温では、TFEの収率は急に低下し、他方1,1,1,3
,3−ペンタフルオロプロペン(PFP)の収率は、着実に増加する。高温で形
成された他の生成物には、1,1,1−トリフルオロ−2−プロピンが含まれる
。
して、前記文献には記載されていない多くの結果の発見がなされた。観察された
一つの驚くべき結果は、他の化学物質を導入することにより、他の生成物が、収
率良く形成され得ることであった。この結果を表に示し、以下に説明する。得ら
れた収率は、安定状態の値であり、リサイクル〜消滅から導き出される極大値を
反映していない。
は、サーモンらの研究からの予測に反して、50%を超える収率で製造され得る
。
合(操作4)、CDFEが収率の良い重要な生成物となる。これは、CDFEは
より高温でのみ形成されると記載しているサーモン及びリッター(Ritter
)の文献を見ると、予期せざることである。
15)。
熱分解生成物として、PFPは生じないこと、及びその後でも800℃の温度ま
で、低い収率しか得られなかったことを報告している。ここで、R133aにR
22を添加することにより(操作6〜9)、PFPが725℃〜750℃の温度
でよい収率で製造されることが発見された。
ことにより製造される(操作10)。塩化水素は、この種の反応に関与するとは
予期されないであろう。
OFBが収率良く製造され得る。R125もPFBを製造し、又、R124もR
114aを製造する。
5)。R125の熱分解をすると(操作14)R134aを生成し、反対に、R
134aはTFEを生成する(操作15)。
のではないこと、及び様々な修正及び変更が本発明の精神及び範囲から遊離しな
い範囲でなされ得ることは理解されるべきである。
Claims (12)
- 【請求項1】 下記の工程を含む、所望の脂肪族フルオロカーボン生成物の
製造方法。 a)脂肪族フルオロカーボン出発化合物に、その脂肪族フルオロカーボン出発
化合物の少なくとも1つの化学結合を切断して反応性脂肪族フルオロカーボン中
間体化合物を形成する処理を施す工程、 b)その反応性脂肪族フルオロカーボン中間体化合物と他の化合物又は他の反
応性中間体とを反応させて、所望の脂肪族フルオロカーボン生成物、又は所望の
生成物及び場合により幾つかの所望でない肪族フルオロカーボン生成物となる中
間体を生成する工程、 c)前記所望の脂肪族フルオロカーボン生成物を全ての所望でない脂肪族フル
オロカーボン生成物から分離する工程、及び d)全ての所望でない脂肪族フルオロカーボン生成物を工程a)へリサイクル
する工程。 - 【請求項2】 その脂肪族フルオロカーボン出発化合物の化学結合が、その
脂肪族フルオロカーボン出発化合物を熱分解することにより切断される、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項3】 約725℃以下の温度で、1−クロロ−2,2,2−トリフ
ルオロエタン(R133a)を熱分解することを含む、収率50%超でのトリフ
ルオロエチレン(TFE)の製造方法。 - 【請求項4】 約725〜750℃の温度で、クロロジフルオロメタンの存
在下で1−クロロ−2,2,2−トリフルオロエタンを熱分解することを含む、
1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロピレンの製造方法。 - 【請求項5】 1−クロロ−1,2,2,2−テトラフルオロエタン(R1
24)を熱分解することを含む、1,1,1,2,3,4,4,4−オクタフル
オロ−2−ブテン(OFB)の製造方法。 - 【請求項6】 約700℃で、又10%未満の転化率で1−クロロ−2,2
,2−トリフルオロエタンを熱分解することを含む、1−クロロ−2,2−ジフ
ルオロエチレン(CDFE)の製造方法。 - 【請求項7】 クロロジフルオロメタン(R22)及び塩化水素の存在下で
1−クロロ−2,2,2−トリフルオロエタンを熱分解することを含む、1,1
−ジクロロ−2,2−ジフルオロエチレン(DCDFE)の製造方法。 - 【請求項8】 1,1,2,2,2−ペンタフルオロエタン(R125)を
熱分解することを含む、1,1,1,2,3,4,4,4−オクタフルオロ−2
−ブテンの製造方法。 - 【請求項9】 1,1,2,2,2−ペンタフルオロエタンを熱分解するこ
とを含む、1,2,2,2−テトラフルオロエタン([R134a])の製造方
法。 - 【請求項10】 1−クロロ−1,2,2,2−テトラフルオロエタンを熱
分解することを含む、1,1−ジクロロ−1,2,2,2−テトラフルオロエタ
ン(R114a)の製造方法。 - 【請求項11】 1,1、2,2,2−ペンタフルオロエタンを熱分解する
ことを含む、ペルフルオロブタン(PFB)の製造方法。 - 【請求項12】 1−クロロー2,2,2−トリフロオロエタンを熱分解す
ることを含む、1,1,2,2,2−ペンタフルオロエタンの製造方法。
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