JP2005306800A - 含フッ素エーテル化合物の製造方法 - Google Patents

含フッ素エーテル化合物の製造方法 Download PDF

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【課題】安全性が高く製造コストが安価なフルオロエーテルの製造方法を提供する。
【解決手段】一般式ROH(ただし、Rは炭素数1〜6のアルキル基を示す。)で表されるアルコールと一般式 RCF=CF(ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す。)で表されるフルオロオレフィンを含むクロロジフルオロメタン熱分解生成物をアミン触媒および非プロトン性極性溶媒存在下、反応させることを特徴とする一般式 RCHFCFOR (ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜6の鎖状アルキル基を示す。)で表されるフルオロエーテルの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハイドロフルオロエーテルの製造法に関する。本発明により製造されたハイドロフルオロエーテル(HFE)はハイドロフルオロカーボン(HFC)にかわる硬質ポリウレタンの発泡剤等として有用である。
含フッ素エーテルの製造法として、塩基性触媒の存在下、含フッ素オレフィン化合物とアルコールを反応させることが知られている。例えば、非特許文献1には、テトラフルオロエチレンとアルコール化合物をナトリウムアルコキサイドの存在下に反応させ1−アルコキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンを製造する方法が開示されている。この方法では、原料として精製されたテトラフルオロエチレンを要しているが、通常テトラフルオロエチレンの精製は低温高圧蒸留により行われる。高圧条件下では、テトラフルオロエチレンは爆発性を有するため安全性にも問題があるばかりでなく、低温高圧蒸留塔設備が必要となり多大なコストを要する。
J.Am.Chem.Soc.,Vol.73,1329(1951)
本発明は、安全性が高く製造コストが安価なハイドロフルオロエーテルの製造方法を提供することにある。クロロジフルオロメタンの熱分解反応後、生成物を精製せずに、アルコール化合物と水酸化カリウムなどの塩基性触媒存在下に反応させると目的とするハイドロフルオロエーテル以外に熱分解生成物中の未反応のクロロジフルオロメタンがアルコール化合物と反応して、トリアルコキシメタン等の好ましくない副生成物を与える等の欠点があった。副生成物としては、例えばトリメトキシメタンが下記の反応式に従い生成する。
CHF2Cl + 3 CH3OH + 3KOH → CH(OCH3)3 + 2KF + KCl+ 3H2O
副生するトリアルコシメタンが多量の場合は、精製等に付加がかかるばかりでなく、クロロジフルオロメタンの回収量も激減するため、工業的な製造方法として問題があった。
本発明者らは上記問題を解決すべく各種ハイドロフルオロエーテルの工業的に有用な製造方法を鋭意検討した結果、クロロジフルオロメタンの熱分解生成物とアルコールを原料として非プロトン性極性溶媒およびアミン触媒存在下で反応させることにより、ハイドロフルオロエーテルを常圧から微加圧の温和な条件で選択的に製造する方法を見いだし本発明に至った。
すなわち本発明は、一般式ROH(ただし、Rは炭素数1〜6のアルキル基を示す。)で表されるアルコールと一般式RCFCF(ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す。)で表されるフルオロアルケンをアミン触媒および非プロトン性極性溶媒の存在下で反応させることを特徴とする一般式RCHFCFOR(ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜6の鎖状アルキル基を示す。)で表されるフルオロエーテルの製造方法である。
また、本発明は、アミン触媒として、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン(以下、DABCOと略す)を用いる上記の製造方法である。
さらに、本発明は、非プロトン性極性溶媒としてジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ニトロメタン、アセトニトリル、ヘキサメチルホスホリックトリアミド(HMPA)、グライム、ジグライム、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,4−ジオキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記の製造方法である。
本発明の製造方法により、ハイドロフルオロエーテルを安全且つ低コストで製造することができる。
本発明のハイドロフルオロエーテルの製造は、下記の反応式に従う。
CF=CF + ROH → RCHFCFOR
(式中、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜6の鎖状アルキル基を示す。)
具体的には、
CF=CF + ROH → CHFCFOR
CFCF=CF + ROH → CFCHFCFOR
(式中、Rは炭素数1〜6の鎖状アルキル基を示す。)
本発明の原料の一つは、一般式
CF=CF
(ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す。)で表されるフルオロオレフィンであり、具体的にはCF=CF、CFCF=CFである。原料であるフルオロオレフィンは、クロロジフルオロメタンの熱分解反応により製造する方法を用いている。本発明では、クロロジフルオロメタンの熱分解反応粗生成物をそのまま反応容器に導入するので、原料であるフルオロオレフィンの他に未反応のクロロジフルオロメタンが反応系に導入される。
本発明のもう一つの原料であるアルコールは、一般式
ROH
(式中、Rは炭素数1〜6の鎖状アルキル基を示す。)で表されるアルコールで、具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール等が挙げられる。用いるアルコールの量は、フルオロオレフィンに対して1.2モル等量〜1.5モル等量必要である。
本発明の製造方法におけるアミン触媒としては、上記の反応を効率的に進ませるアミンであれば、特に限定されない。アミン触媒を用いることにより、反応は穏やかに進行し、原料のフルオロオレフィンを選択的にアルコールと反応させることができる。すなわち、水酸化カリウム等の強塩基触媒を場合に副生するトリアルコキシメタン等のアルコキシメタン化合物の生成を低減させることができる。
かかるアミンとしては、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エン(DBU)、グアニジン、テトラメチルグアニジン、ペンタメチルグアニジン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン等が挙げられるが、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン(DABCO)が最適である。
用いるアミン触媒の量は、フルオロオレフィンに対して0.1mol%〜20mol%の範囲で反応を行うことができ、好ましくは5mol%〜15mol%がよい。触媒の量が少なすぎると反応速度が遅く、多すぎると副反応が進行し好ましくない。
本発明の製造方法で用いる非プロトン性極性溶媒としては、特に限定されないが、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ニトロメタン、アセトニトリル、ヘキサメチルホスホリックトリアミド(HMPA)、グライム、ジグライム、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,4−ジオキサン等の溶媒が挙げられ、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルホルムアミド(DMF)等を好適に用いることができる。
用いる溶媒の量は、アルコールに対して10mol%〜50mol%、好ましくは20 mol%〜40mol%がよい。溶媒の量が少なすぎると、反応速度が低下し充分なフルオロオレフィンが供給できなくなるので好ましくなく、逆に多すぎると反応容器に導入できる反応資材の量が少なくなるので好ましくない。なお、反応系内の水の存在は反応の進行を妨げるので好ましくない。溶媒はあらかじめ、乾燥、脱水しておくことが好ましい。
本反応は界面活性剤を添加することにより原料のフルオロオレフィンを反応混合液に溶解させやすくすることができる。界面活性剤の種類としては、ハイドロカーボンアクリレートペルフルオロカーボンアクリレートコポリマー系ではEF−351、EF−352、EF−801、EF−802(株式会社ジェムコ製)、ジクリセリンEO付加物ベルフルオロノネニルエーテル系ではFTX−218(株式会社ネオス製)、α−ベルフルオロノネニルオキシ−ω−メチルポリエチレンオキシド系ではFT−250、FT−251(株式会社ネオス製)等のフッ素系界面活性剤等が使用できる。界面活性剤の添加量は、溶媒に対して0.1から10重量パーセント添加するのがよく、好ましくは1から5重量パーセント添加するのがよい。界面活性剤の量が少なすぎるとフルオロオレフィンの反応混合液への溶け込みが充分でなく、多すぎると溶解せずに沈殿してしまうので好ましくない。
本発明における反応圧力は特に限定されないが、あまり高圧の場合、装置的にも安全性にも問題が生じる。反応圧力としては、0MPa〜1MPa(ゲージ圧)が一般的であり、好ましくは、0MPa〜0.5MPa(ゲージ圧)である。本発明においては、常圧から微加圧の温和な圧力条件で目的とするHFEを製造することができる。
反応温度は、特に制限されるものではないが比較的マイルドな温度条件で行うことができ、0℃〜50℃の範囲であり、好ましくは10℃〜40℃、更に好ましくは20℃〜30℃がよい。反応温度が低すぎると反応が進行せず、高すぎると副反応が進行し、好ましくない。
ここで、本発明において、溶媒の導入方法に関しては特に限定されないが、反応容器中に原料のアミン触媒およびアルコールと一緒に溶媒を導入しておき、充分に窒素置換した後に含フルオロオレフィンガスを導入する方法が一般的に用いられる。反応速度を高めるためには、フルオロオレフィンは反応液中に導入し、グラスフィルター等を用いて微細な気泡を形成し、フルオロオレフィンと反応液の接触効率を高めることが重要である。また強撹拌を行うことによりフルオロオレフィンの滞留時間を稼ぐのも有効である。フルオロオレフィンの導入量は、反応器の形状、大きさ、溶媒の種類、反応液の組成等で変わってくるがフルオロオレフィンが反応液に全て吸収される量が適当である。反応によって得られるハイドロフルオロエーテルは比較的沸点が低く反応温度に近いため、凝縮器を用いて反応を行う。
本発明の方法により処理されて反応器より流出するフッ素化エーテルを含む粗生成物は,公知の方法で精製される。精製方法は限定されないが,例えば粗生成物を最初に水で洗浄後、アルコール等を除去し,乾燥の後蒸留に付して有機不純物を除くことができる。本発明の製造方法により粗成生物中のトリアルコキシメタンの含有量を減少させることが可能となったため、蒸留精製工程の負荷は比較的小さい。
以下に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、これらの実施例によって本発明が限定されるものではない。
[実施例1] 1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの合成例
20ミリリットルの硝子製の反応器に−20℃の冷媒を循環させた凝縮器を取り付けた。反応器の略図を[図1]に示した。反応器にDabco3.38g(0.030mol)、メタノール12.80g(0.4mol)、溶媒としてDMSO13.36g(0.171mol)を仕込み、十分に窒素置換した。反応器をウォーターバスに浸し、水温を25℃に保持した。マグネチックスターラーで強撹拌し、常圧でテトラフルオロエチレンとクロロジフルオロメタンのモル比1:1の混合ガスを液中にグラスフィルターを通してフィードした。反応は、発熱的に進行した。反応時間30分間、テトラクロロエチレンを1.50g(0.015mol)、クロロジフルオロメタンを1.30g(0.015mol)フィードしたところで反応を終了した。反応粗液をガスクロマトクラフィーで分析し、内部標準法で生成物の収率を算出した。テトラフルオロエチレン基準の1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの収率は3.3%であった。トリメトキシメタンは検出されなかった。
[実施例2] 1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの合成例
50mlのステンレス製のシリンダーに磁気攪拌子を入れ、Dabco0.84g(0.0075mol、メタノール溶液として7mol%)、メタノール3.20g(0.10mol)、溶媒としてDMSO3.35g(0.043mol)、テトラフルオロエチレン0.87g(0.0087mol)、クロロジフルオロメタン0.75g(0.0087g)を仕込み、室温(25℃付近)で3時間攪拌し、反応を実施した。反応粗液をガスクロマトクラフィーで分析し、内部標準法で生成物の収率を算出した。テトラフルオロエチレン基準の1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの収率は9.7%であった。クロロジフルオロメタン基準のトリメトキシメタンの収率は0.2%であった。
[実施例3] 1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの合成例
[実施例2]のDabcoの仕込量を1.83g(0.016mol、メタノール溶液として14mol%)とする以外は同様に反応を実施した。テトラフルオロエチレン基準の1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの収率は30.7%であった。クロロジフルオロメタン基準のトリメトキシメタンの収率は1.1%であった。
[実施例4] 1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの合成例
100ミリリットルの硝子製の反応器に−20℃の冷媒を循環させた凝縮器を取り付けた。反応器にDBU14.31g(0.094mol)、メタノール39.68g(1.24mol)、溶媒としてDMSO41.49g(0.531mol)を仕込み、十分に窒素置換した。反応器をウォーターバスに浸し、水温を25℃に保持した。マグネチックスターラーで強撹拌し、常圧でテトラフルオロエチレンとクロロジフルオロメタンのモル比1:1の混合ガスを液中にフィードした。反応は、発熱的に進行した。反応時間1時間、テトラクロロエチレンを3.10g(0.031mol)、クロロジフルオロメタンを2.68g(0.031mol)フィードしたところで反応を終了した。反応粗液をガスクロマトクラフィーで分析し、内部標準法で生成物の収率を算出した。テトラフルオロエチレン基準の1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの収率は5.4%であった。クロロジフルオロメタン基準のトリメトキシメタンの収率は1.6%であった。
[比較例1] 1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの合成例
[実施例1]のDabcoを水酸化カリウム1.69g(0.030mol)とする以外は同様に反応を実施した。テトラフルオロエチレン基準の1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの収率は60.3%であった。クロロジフルオロメタン基準のトリメトキシメタンの収率は30.1%であった。
[比較例2] 1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの合成例
[実施例4]のDBUを炭酸カリウム12.99g(0.094mol)とする以外は同様に反応を実施した。テトラフルオロエチレン基準の1−メトキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンの収率は7.1%であった。クロロジフルオロメタン基準のトリメトキシメタンの収率は2.6%であった。
本発明の方法を実施するのに好適な反応装置の模式図である。1.クロロジフルオロメタンボンベ 2.テトラフルオロエチレンボンベ 3.磁気攪拌機 4.ガラス製反応器 5.グラスフィルター 6.凝縮器 7.深冷トラップ

Claims (3)

  1. 一般式
    ROH
    (ただし、Rは炭素数1〜6のアルキル基を示す。)で表されるアルコールと、
    一般式
    CF=CF
    (ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す。)で表されるフルオロオレフィンを含有するクロロジフルオロメタンの熱分解生成物をアミン触媒および非プロトン性極性溶媒存在下で反応させることを特徴とする、一般式
    CHFCFOR
    (ただし、Rはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示し、Rは炭素数1〜6の鎖状アルキル基を示す。)で表されるハイドロフルオロエーテルの製造方法。
  2. アミン触媒が、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン(DABCO)であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
  3. 非プロトン性極性溶媒が、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ニトロメタン、アセトニトリル、ヘキサメチルホスホリックトリアミド(HMPA)、グライム、ジグライム、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,4−ジオキサンからなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の製造方法。
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