JP2012041273A

JP2012041273A - ヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法

Info

Publication number: JP2012041273A
Application number: JP2010180907A
Authority: JP
Inventors: Mineo Watanabe; 峰男渡辺; Akihiro Fukui; 章博福井
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: JP5585291B2; WO2012020701A1

Abstract

【課題】潮解性が低く安定性が高いことから取り扱いの容易なヘキサフルオロアセトン一水和物の固体を製造する方法を提供する。
【解決手段】ヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法であって、水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系に、系中に存在する水のモル数（ヘキサフルオロアセトン水和物をヘキサフルオロアセトンと水に分解したとする場合に生成する水とフリーの水との合計モル数）とヘキサフルオロアセトンのモル数が実質上等しくなるようにヘキサフルオロアセトンを導入する第一工程、第一工程で系内に形成された内容物から固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を取得する第二工程、を含むヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ヘキサフルオロアセトン一水和物（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン−２−ジオール）を製造する方法に関し、より詳しくは、固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を製造する方法に関する。

ヘキサフルオロアセトンは、医薬品中間体または各種の反応原料として重要な化合物である。ヘキサフルオロアセトンは、工業的にはヘキサフルオロプロペンのエポキシ化とそれに続く異性化による方法、アセトンを塩素化して得られるヘキサクロロアセトンをクロム活性炭担持触媒等によりフッ化水素で置換フッ素化する方法などで製造される。ヘキサフルオロアセトンは大気圧で沸点が−２８℃の気体であることから、１０６℃の定沸点組成物として取り扱えるヘキサフルオロアセトン三水和物が多くの反応の原料として使用され、あるいは保存に供される。しかしながら、反応条件、目的物その他の理由によってヘキサフルオロアセトン一水和物が要求される場合がある。ヘキサフルオロアセトン一水和物は、例えば、ウラシルの５位へヘキサフルオロイソプロパノール基を導入できることが報告されている（非特許文献１）。

ヘキサフルオロアセトン一水和物はｇｅｍ−ジオールの構造をもつ融点４６℃の結晶で融解と同時に分解してヘキサフルオロアセトンとヘキサフルオロアセトン三水和物に不均化する（特許文献１）上に、低温でも空気中の水分で直ちに潮解するため、非常に取り扱いの困難な化合物である。

米国特許第３５４４６３３号明細書

ケミカルアブストラクト 95:151089 (All-Union Cancer Res. Cent., Moscow, USSR.Bioorganicheskaya Khimiya (1981), 7(7), 1047-53.)

特許文献１には、容器に仕込んだ水へヘキサフルオロアセトンを二段階に分けて吸収させると針状白色結晶のヘキサフルオロアセトン一水和物が得られることが記載されているが、得られた固体は若干のヘキサフルオロアセトンと水を含んでやや湿っており、融点が４０℃と文献値の４６℃と比較して低いことも記載されている。

この方法で得られる固体状のヘキサフルオロアセトン一水和物は、固体表面に水が付着しており元来潮解性であるヘキサフルオロアセトン一水和物の安定性を低下させ著しく使用を困難にしている。

そこで、本発明では潮解性が低く安定性が高いことから取り扱いの容易なヘキサフルオロアセトン一水和物の固体を製造する方法を提供する。

本発明者らは、ヘキサフルオロアセトンまたはヘキサフルオロアセトン三水和物などの水和物を含む水溶液から実質的に水を含まないヘキサフルオロアセトン一水和物（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン−２−ジオール）を製造する方法について検討したところ、ヘキサフルオロアセトンと水のモル比を有機溶媒の存在下に調節するとヘキサフルオロアセトン一水和物が固体として析出し、これを液体から分離することで表面に水の付着しないヘキサフルオロアセトン一水和物が得られることを見出し、本発明に至った。

本発明は、次の通りである。

［発明１］
ヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法であって、
水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系に、系中に存在する水のモル数（ヘキサフルオロアセトン水和物をヘキサフルオロアセトンと水に分解したとする場合に生成する水とフリーの水との合計モル数）とヘキサフルオロアセトンのモル数が実質上等しくなるようにヘキサフルオロアセトンを導入する第一工程、
第一工程で系内に形成された内容物から固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を取得する第二工程、を含むヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。

［発明２］
有機溶媒が、脂肪族炭化水素またはハロゲン化脂肪族炭化水素である発明１のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。

［発明３］
有機溶媒が、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンおよび１，２−ジクロロエタンから選ばれた１種以上の有機溶媒である発明２のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。

［発明４］
第二工程が、第一工程で系内に形成された内容物に含まれる固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を濾過して取得する工程を含む発明１〜３のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。

［発明５］
第二工程が、第一工程で系内に形成された内容物から有機溶媒を留去する工程を含む発明１〜４のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。

本発明の製造方法によると、特別な乾燥剤または脱水剤を用いることなくヘキサフルオロアセトン三水和物等の水和物から固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を得ることができる。さらに、得られた固体のヘキサフルオロアセトン一水和物は表面に実質的に水が付着しないことから潮解性が少なく取り扱いが容易であるという効果を奏する。

以下、本発明を詳細に説明する。

明細書において、ヘキサフルオロアセトンを「ＨＦＡ」と表すことがある。

明細書において、ヘキサフルオロアセトン一水和物を「ＨＦＡ・Ｗ」と表すことがある。

明細書において、ヘキサフルオロアセトン三水和物を「ＨＦＡ・３Ｗ」と表すことがある。

明細書において、ヘキサフルオロアセトン水和物はヘキサフルオロアセトンを水和して得られる化合物の総称であり、水和数を限定しない水和物またはその水溶液をいい、「ＨＦＡ・３Ｗ」を含む概念である。

本発明は、水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系に、系中に存在する水のモル数とヘキサフルオロアセトンのモル数が実質上等しくなるようにヘキサフルオロアセトンを導入し、次いで、有機溶媒を除去する工程を含むヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法である。ここに、「系中に存在する水のモル数」は、ヘキサフルオロアセトン水和物をヘキサフルオロアセトンと水に分解したとする場合に生成する水とフリーの水との合計モル数をいい、「フリーの水」はヘキサフルオロアセトン水和物の分子中に含まれない水をいう。水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系は、有機溶媒とヘキサフルオロアセトン、または水とヘキサフルオロアセトン水和物を混合することで調製できる。この系は液相であって、均一系または不均一系であってもよい。ヘキサフルオロアセトン水和物としては、水和数は特に限定されず、水溶液であってよいが、ヘキサフルオロアセトン三水和物を使用することが好ましい。ヘキサフルオロアセトン水和物はさらに水と併せて使用することもできる。

ヘキサフルオロアセトン三水和物は、ヘキサフルオロアセトンと水が反応して生成したｇｅｍ−ジオールであるヘキサフルオロアセトン一水和物の２水和物（本明細書で、この２水和物の２に相当する水を「付加水」という。）であって、

で表される化学物質であり、最高共沸組成（沸点１０６℃）を持つ安定した液体である。

これに対し、ヘキサフルオロアセトン一水和物は、融点（４６℃）の固体であるが、融点以上では分解して無水のヘキサフルオロアセトンとヘキサフルオロアセトン三水和物に不均化する（特許文献１）。

有機溶媒としては、常温（約２５℃）で液体である芳香族化合物、エーテル化合物、脂肪族炭化水素、ハロゲン化脂肪族炭化水素（ハロゲン系溶媒）などが挙げられる。芳香族化合物としては、特に限定されず、単環式、環集合式、縮合多環式の何れでもよいが、単環式のベンゼンまたはベンゼンの水素原子がハロゲン原子、アルキル基、フルオロアルキル基などで置換した化合物が好ましい。そのような化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼン、ベンゾトリフルオライド、２，４−ジクロロベンゾトリフルオライド、ｏ−、ｍ−またはｐ−ビストリフルオロメチルベンゼンなどがあげられる。エーテル化合物としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、エチルブチルエーテルなどの鎖式のエーテル、テトラヒドロフラン、ピラン、ジオキサンなどの環状エーテルが挙げられる。脂肪族炭化水素としては、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンなどが挙げられる。ハロゲン系溶媒としては、脂肪族炭化水素の水素原子がハロゲン原子、アルキル基、フルオロアルキル基などで置換した化合物であり、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、シス−１，２−ジクロロエチレン、トランス−１，２−ジクロロエチレン、１，１，２−トリクロロエタンなどが挙げられる。有機溶媒としては、脂肪族炭化水素、ハロゲン化脂肪族炭化水素が好ましい。具体的には、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタンなどのハロゲン系溶媒が好ましい有機溶媒として挙げられる。

水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系中の水の濃度は任意に決めればよいが、通常ヘキサフルオロアセトン（ヘキサフルオロアセトン水和物を水とヘキサフルオロアセトンに分解したとする場合のヘキサフルオロアセトン、をいう。）１質量部に対し有機溶媒１〜１０００質量部であり、５〜１００質量部が好ましく、１０〜５０質量部がより好ましい。１質量部未満では反応系の全体が未反応の水を含む塊状となって取り扱いに困難を来たし、１０００重量部を越えると溶媒の除去が煩雑でありかつスループットが低下するので好ましくない。

本発明にかかるヘキサフルオロアセトン一水和物は、ヘキサフルオロアセトン水和物、例えばヘキサフルオロアセトン三水和物またはヘキサフルオロアセトンを含む水溶液と有機溶媒からなる混合物へ系内の水（付加水とフリーの水）と等モルのヘキサフルオロアセトンを添加することで有機溶媒に溶解した状態でまたは析出した状態で得ることができる。

水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系を調製し、そこへ系中に存在する水のモル数とヘキサフルオロアセトンおよびヘキサフルオロアセトン水和物の合計モル数が実質上等しくなるようにヘキサフルオロアセトンを導入する。ヘキサフルオロアセトンは、ヘキサフルオロアセトン（導入するヘキサフルオロアセトン）／水（付加水とフリーの水の合計）のモル比を実質的に１とするのが好ましいが、通常１〜１．２とすればよい。操作上のロス等を考慮して若干の過剰量は許容してよいが、ヘキサフルオロアセトンが過剰の場合、未反応のまま流失するので好ましくなく、不足する場合、フリーの水またはヘキサフルオロアセトン三水和物が有機溶媒溶液中に残存するので好ましくない。

系内にヘキサフルオロアセトンを導入する際は、系内にある液体部分を２０℃以上で液体の沸騰温度以下に加温しておくことが好ましい。低温においては十分な反応速度が得られないからである。温度制御しない場合、反応が進むに従い反応系の温度は上昇し、反応の完了と共に低下する。したがって、系内の温度は、有機溶媒の種類によって異なるが通常ヘキサフルオロアセトン三水和物の沸点（１０６℃）以下とする。また、ヘキサフルオロアセトン一水和物を析出させるには融点（４６℃）以下で行う必要があるので、少なくとも固体を有機溶媒から分離する際には４６℃以下とする。反応に際しての下限温度は、特に限定されないが溶媒の融点以上であればよく、−４０℃以上とすればよく、０℃以上とするのが操作上有利である。

前記に従いヘキサフルオロアセトンが導入された系にはヘキサフルオロアセトン一水和物が生成し、溶解度を超える量は固体として析出する。この際、系の温度を冷却して析出を促進し、または析出量の増大を図ることができる。この固体は、ろ過またはデカンテーションで回収することができ、乾燥させることができる。乾燥は融点（４６℃）以下で行うことが好ましく、そのためには減圧下で行うのが好ましい。また、ヘキサフルオロアセトン一水和物が生成した系の全体を減圧して溶媒を留去することにより、一部のヘキサフルオロアセトン一水和物を析出させ、前記のようにろ過乾燥することで固体を得ることができる。さらに、反応系から有機溶媒の全部を留去してヘキサフルオロアセトン一水和物を析出させて固体を回収することもできる。

このようにして得られた固体のヘキサフルオロアセトン一水和物は、溶媒を用いずに水とヘキサフルオロアセトンを１：１の比率で接触させて得られる場合には固体の表面に水が付着しているのに対し、表面に水を持たないという特徴がある。

ろ過等の手段で固体を分離した残りの液（母液）には、使用する有機溶媒の種類によりヘキサフルオロアセトン一水和物が溶解している場合があるが、この母液に再度水またはヘキサフルオロアセトン水和物とヘキサフルオロアセトンを導入して、ヘキサフルオロアセトン一水和物の析出をさせることができる。

本発明の処理手順の例を説明する。攪拌装置およびガス導入口を備えた密閉反応容器に所定量のヘキサフルオロアセトン三水和物と有機溶媒を導入する。静止状態では反応容器内はニ層に分離していることもあるがその際は攪拌するのが好ましい。

急速に反応が進むと系中の溶液が昇温するので、外部から冷却しながら攪拌し、ヘキサフルオロアセトン（導入するヘキサフルオロアセトン）と水（付加水とフリーの水）のモル比が１：１になる量のヘキサフルオロアセトンを徐々に反応容器のガス導入口から導入する。この時、開口部が気相部であっても液相部であってもヘキサフルオロアセトン一水和物の析出によりガス導入口の閉塞が起こらないよう留意する。所定量のヘキサフルオロアセトンの導入が完了し反応液温が低下し圧力が低下した時点で反応終了とする。反応容器中には、均一な溶液または白色固体の析出した溶液が得られる。反応溶液を冷却して析出を促進させてもよい。この反応容器の内容物を取り出し、析出した固体を液相から分離してからロータリーエバポレータなどを用いて融点以下の温度で溶液を揮発させてヘキサフルオロアセトン一水和物の結晶を得る。この処理は減圧下で行うことが好ましい。

反応装置は、特に限定されないが、耐圧容器または凝縮器を備えた容器が好ましく、攪拌器を備えるのが好ましい。装置の材質は、ステンレス鋼、ニッケル合金鋼、ガラス、フッ素樹脂、炭素、ポリエチレンまたはこれらの材質でライニングされもしくはクラッドされた材料が使用できる。

以下に、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
攪拌装置、ドライアイス／アセトン冷却還流器、温度計、ガス導入口を備え、還流器の開口部は風船で閉鎖系としたガラス製の２００ｍＬ四つ口反応装置にクロロホルム：１４８ｇ、ヘキサフルオロアセトン三水和物（ＨＦＡ・３Ｗ）：２２ｇ（０．１モル）を入れ、外部を氷冷してガス導入口からヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡ）：３２ｇ（０．２モル）を内温２５℃に保ちながら１時間をかけて導入し、反応を終了させた。反応終了後、スラリーから結晶を濾別回収し、エバポレーターで減圧乾燥して、白色針状結晶２１ｇを得た（収率３２％）。

回収した白色針状結晶についてＮＭＲ（^１３Ｃ、Ｈ、Ｆ）およびＦＴ−ＩＲ測定したところ、ヘキサフルオロアセトン一水和物（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン−２−ジオール）と同定され、その他の成分は認められなかった。また、結晶に含まれるヘキサフルオロアセトンを中和滴定で測定し、水分をカールフィッシャ水分測定装置で測定したところ、ヘキサフルオロアセトンと水のモル比は１：１であった。

［実施例２］
攪拌装置、ドライアイス／アセトン冷却還流器、温度計、ガス導入口を備え、還流器の開口部は風船で閉鎖系としたガラス製の２００ｍＬ四つ口反応装置にクロロホルム：２００ｇ、ノルマルヘキサン：８９ｇ、ヘキサフルオロアセトン三水和物（ＨＦＡ・３Ｗ）：２２ｇ（０．１モル）を入れ、外部を氷冷してガス導入口からヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡ）：３２ｇ（０．２モル）を内温２５℃に保ちながら１時間をかけて導入し、反応を終了させた。反応終了後、スラリーから結晶を濾別回収し、エバポレーターで減圧乾燥して、白色針状結晶３１ｇを得た（収率５５％）。

［実施例３］
攪拌装置、ドライアイス／アセトン冷却還流器、温度計、ガス導入口を備え、還流器の開口部は風船で閉鎖系としたガラス製の２００ｍＬ四つ口反応装置にノルマルヘキサン：１７８ｇ、ヘキサフルオロアセトン三水和物（ＨＦＡ・３Ｗ）：２２ｇ（０．１モル）を入れ、外部を氷冷してガス導入口からヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡ）：３２ｇ（０．２モル）を内温２５℃に保ちながら１時間をかけて導入し、反応を終了させた。反応終了後、スラリーから結晶を濾別回収し、エバポレーターで減圧乾燥して、白色針状結晶４９ｇを得た（収率８７％）。

［比較例１］
攪拌装置、ドライアイス／アセトン冷却還流器、温度計、ガス導入口を備え、還流器の開口部は風船で閉鎖系としたガラス製の２００ｍｌ四つ口反応装置にヘキサフルオロアセトン三水和物（ＨＦＡ・３Ｗ）：４４ｇ（０．２モル）を入れ、外部を氷冷しながらガス導入口からヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡ）：６６ｇ（０．４モル）をゆっくり導入した。内温は２５℃を保った。このとき冷却還流器ではＨＦＡ還流がみられ、反応器の内容物には針状結晶が生じ、その後全体が塊状となって攪拌ができなくなったので、ＨＦＡの導入を５０ｇ（０．３モル）で中止し、反応器内部の未反応ＨＦＡをパージし、反応器を開放し、内容物の固体を取り出した。この固体は湿った状態であった。

Claims

ヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法であって、
水またはヘキサフルオロアセトン水和物が有機溶媒と共存する系に、系中に存在する水のモル数（ヘキサフルオロアセトン水和物をヘキサフルオロアセトンと水に分解したとする場合に生成する水とフリーの水との合計モル数）とヘキサフルオロアセトンのモル数が実質上等しくなるようにヘキサフルオロアセトンを導入する第一工程、
第一工程で系内に形成された内容物から固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を取得する第二工程、を含むヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。
有機溶媒が、脂肪族炭化水素またはハロゲン化脂肪族炭化水素である請求項１に記載のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。
有機溶媒が、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンおよび１，２−ジクロロエタンから選ばれた１種以上の有機溶媒である請求項２に記載のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。
第二工程が、第一工程で系内に形成された内容物に含まれる固体のヘキサフルオロアセトン一水和物を濾過して取得する工程を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。
第二工程が、第一工程で系内に形成された内容物から有機溶媒を留去する工程を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘキサフルオロアセトン一水和物の製造方法。