JP2019510028A

JP2019510028A - フッ素化化合物の製造方法

Info

Publication number: JP2019510028A
Application number: JP2018550389A
Authority: JP
Inventors: マルコガリムベルティ，; ヴィートトルテッリ，; エマヌエーラアンテヌッチ，; ジュゼッペマルキオンニ，
Original assignee: ソルベイスペシャルティポリマーズイタリーエス．ピー．エー．
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP6804552B2; US10737997B2; WO2017167705A1; EP3436424A1; US20190119192A1; EP3436424B1; CN108884015A

Abstract

過フッ素化化合物の製造方法が本明細書で開示される。特に、本方法は、界面活性剤として使用することができるペルフルオロオキシアルキルカルボン酸塩の製造に有用である。本方法は、２０℃以上の温度での−ＣＨ２ＯＣＨ２−部分を含むアルコールのフッ素化またはフルオロホルメートを想定しており、高い収率および選択性を得ることを可能にする。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年３月３１日出願の欧州特許出願第１６１６３１０４．９号に対する優先権を主張するものであり、この出願の全内容はあらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。

本発明は、フッ素化化合物の製法方法、特に界面活性剤として使用することができるペルフルオロオキシアルキルカルボン酸誘導体の製造方法に関する。

フッ素化界面活性剤は、フルオロポリマーの製造のための乳化重合法に使用されてからずいぶん時がたつ。

伝統的に、ペルフルオロカルボン酸誘導体が前記方法に用いられてきたが；そのような化合物の使用に関連した環境懸念のために、酸素含有側鎖を含むフッ素系界面活性剤が乳化剤としてますます注目されている。特に、一般式：Ｒ_ｆＯ−ＣＦ_２ＣＦ_２−Ｏ−ＣＦ_２−ＣＯＯＸ（式中、Ｒ_ｆは、ペルフルオロ（オキシ）ラジカルであり、Ｘは、アルカリ金属カチオンまたはアンモニウムカチオンである）のペルフルオロオキシカルボキシレートが検討されている。

そのようなペルフルオロオキシカルボキシレートは、米国特許第３，２７１，３４１号明細書（Ｅ．Ｉ．ＤＵＰＯＮＴＤＥＮＥＭＯＵＲＳ）１９６６年９月６日に初めて開示された。この公文書は、テトラフルオロエチレンエポキシドが低温で好適なフリーラジカル形成化合物（例えば、活性炭）の存在下で重合され、ｎが０〜１０の整数である、一般式：ＣＦ_３ＣＦ_２−Ｏ−（ＣＦ_２ＣＦ_２−Ｏ）_ｎ−ＣＦ_２ＣＯＦを有するポリエーテルをもたらす製造方法を教示している。その後の蒸留は、それらの重合度で互いに異なる様々な留分を与え：対応する酸または塩は、加水分解および、塩については、塩基との同時反応かまたは後続反応によってフッ化アシル誘導体から得られる。それにもかわらず、この方法は、ポリエーテル界面活性剤の分布が得られ、その結果単一の特定の標的化合物の収率が低く、そしてそれを単離するための分離ステップが厄介であるという欠点に悩まされる。

それ以来、ペルフルオロオキシカルボキシレートの多数の代替製造方法、例えば、欧州特許出願公開第１１６４１２２Ａ号明細書（旭硝子株式会社）２００１年１２月１９日、米国特許第７，０５３，２３７号明細書（旭硝子株式会社）２００５年１１月２４日、特開２００６−３２１７９７号公報（旭硝子株式会社）２００６年１１月３０日、欧州特許出願公開第２０５８２９１Ａ号明細書（旭硝子株式会社）２００９年５月１３日、国際公開第２００７／１４００９１号パンフレット（３ＭＩＮＮＯＶＡＴＩＶＥＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＣＯＭＰＡＮＹ）２００７年１２月６日、国際公開第２０１０／００３９３１Ａ号パンフレット（ＳＯＬＶＡＹＳＯＬＥＸＩＳＳ．Ｐ．Ａ．）２０１０年１月１４日および国際公開第２０１１／００３５７５号パンフレット（ＳＯＬＶＡＹＳＯＬＥＸＩＳＳ．Ｐ．Ａ．）２０１１年１月１３日に開示されているものが開発されてきた。

そのような方法のいくつかは、少なくとも１つのＣ−Ｈ結合およびエーテル酸素原子を含むアルコールのフッ素化を伴うが；官能性ヒドロキシル部分を含有する炭化水素は一般に、伝統的なフッ素化プロセスの条件下で不安定である。そのような条件下では、ヒドロキシル基を有する化合物は、ＨＦおよびＣＯＦ_２の同時放出、およびその後の出発ヒドロキシル含有化合物よりも炭素原子が１つ少ない対応する非官能性ペルフルオロ化合物の形成とともに、分解することが一般に理解されている。それ故、そのようなアルコールは、例えば、過フッ素化カルボン酸のエステルへの転化によって、またはフルオロギ酸のエステルとしてフッ素化の前に保護されなければならない。分解問題は、出発アルコールが、反応の過程で生じたＨＦの存在下で容易に開裂される、式−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−の部分を含む場合にさらに一層深刻であり得る。

特に、欧州特許出願公開第１１６４１２２Ａ号明細書は、第一級水素化アルコールが先ず、（過）フッ素化アシルフルオリドとの反応によって得られるような、対応するエステル、一般に部分的にフッ素化されたエステルに転化され、次に、液体相中でのフッ素化に供されるフッ素化化合物の製造方法を開示している。そのようにして得られた過フッ素化エステルは次に、熱的に開裂させるかまたは、好適な試剤で分解させて、出発水素化アルコールに対応する過フッ素化アシルフルオリドを得ることができる。

同様に、米国特許第７，０５３，２３７号明細書は、第一級水素化アルコールがエステル交換反応によって保護され、次に液体相中でフッ素化に供される、フッ素化エステルの製造方法を開示している。

しかしながら、上記の方法は、反応発熱性による試薬の分解を防ぐために、フッ素のおよび水素含有アルコールの両方の希釈濃度下で操作することが必要であり得るという欠点を有する。しかも、完全フッ素化生成物を得るために、化学量論的に必要とされる量を上回って大過剰のフッ素が必要とされる。これらの条件は、反応速度に悪影響を及ぼし、全体プロセスの低い生産性をもたらし得る。

しかも、既述のとおり、フッ素の消費を減らすために、エステルとしてのアルコール部分の保護は一般に、その入手が高価であり、そして適切な分離、回収、および再使用のためのさらなるステップを誘導し得る、好適な過フッ素化カルボン酸誘導体、一般にフッ化アシルを使用して行われる。

代案として、水素含有アルコールは、フッ素化に供される前にフルオロホルメートの形態下で保護することができる。

したがって、米国特許第３，９００，３７２号明細書（ＰＨＩＬＬＩＰＳＰＥＴＲＯＬＥＵＭ）１９７５年８月１９日は、水素含有アルコールからの過フッ素化有機化合物の製造方法を開示している。この方法は、対応する水素含有フルオロホルメートを得るためのフッ化カルボニルとの反応による水素含有アルコールのヒドロキシル部分の保護を含む。前記フルオロホルメートは次に電気化学フッ素化ステップに供され、フルオロホルメート官能基を依然として有する結果として生じた過フッ素化対応品はその後、対応するフッ化アシルを得るための反応条件下でフッ化物イオンの作用によって開裂される。さらに、過フッ素化フルオロホルメートが、フッ化カルボニルを失ってフッ化フルオロアシルに転化され、分離し、回収するのが容易であり得ることは公知である。

しかしながら、電気化学フッ素化は、元素状フッ素でのフッ素化よりも概して経済的におよび工業的に受入れられない、厄介であり、かつ、エネルギーを消費する手順である。しかも、電気化学フッ素化における収率は、大抵は中程度であるかまたは、とりわけ高分子量化合物がフッ素化されなければならない場合には不十分でさえあることが知られている。

ある種のフルオロホルメートを分子フッ素でフッ素化する試みが、英国特許第１２２６５６６号明細書（ＭＯＮＴＥＣＡＴＩＮＩＥＤＩＳＯＮ）１９７１年３月３１日に開示された；この公文書は、ホルメート部分などの、酸性の性質の可能がある末端基が排除されているある種の過フッ素化ポリエーテルの調製方法を教示している。フルオロホルメート末端基を有する過フッ素化ポリエーテルの厳しい熱処理によるフッ化フルオロアシルへの転化もまた記載されている。

国際公開第２０１１／００３５７５号パンフレットによれば、フッ素化化合物、特にペルフルオロオキシカルボキシレートは、
Ａ．少なくとも部分的に水素化されたアルコールを対応する少なくとも部分的に水素化されたフルオロホルメート化合物に転化させるステップ；
Ｂ．前記少なくとも部分的に水素化されたフルオロホルメート化合物をフッ素と、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を含み、そして少なくとも１つのフッ素原子または塩素原子を前記二重結合の炭素原子のいずれか１つの上に有する少なくとも１種の（ペル）ハロオレフィンの存在下に反応させて、過フッ素化フルオロホルメート化合物を得るステップ；および
Ｃ．過フッ素化フルオロホルメート化合物を開裂し、加水分解するステップ
によって得ることができる。

この方法は、フッ素化ステップを穏和な条件下で実施すること、それによって高い収率および選択性ならびに大量のフッ素を使用することなく出発アルコールの完全なフッ素化を達成することを可能にする。特に、この公文書は、フッ素化反応において、試薬を溶媒なしでさえ使用できること、および試薬の分解を観察することなく、温度を−１００〜＋５０℃の範囲に維持できることを教示しており；実施例では、−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−部分を含まない部分的にフッ素化された環状エーテルのフッ化アシルが高くても５℃の温度でフッ素化に供されている。しかしながら、本出願人は、（ペル）ハロオレフィンの存在下でさえも、−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−を含むアルコールが、フッ素化反応が０℃よりも低い温度で実施される場合に依然として分解を受けやすいことを観察している。

本出願人は、少なくとも１つの−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−部分を含むアルコールのフルオロホルメートが、有意な分解を受けることなく、そして反応がより低い温度で、特に０℃未満の温度で実施される場合に得られるものよりもかなり高いフッ素化生成物の収率で、（ペル）ハロオレフィンの不在下でさえも、２０℃以上の温度でのフッ素によるフッ素化に供し得ることを現在見いだした。この研究結果は、温度が低ければ低いほど、敏感な試薬の分解のリスクがより低くなることが予期されるという事実を考慮すると意外である。

誤解を避けるために、本明細書で意図されるところでは、用語「フルオロホルメート」は、式Ｒ−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｆで表わすことができ、そしてアルコールＲ−ＯＨとフルオロギ酸（ＦＣＯＯＨ）とのエステル化反応の生成物と見なすことができる任意の化合物を意味する。

したがって、本発明は、フッ素化化合物の製造方法であって、
ａ）少なくとも１つの−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−部分を含むアルコール［アルコール（ＩＩ）］のフルオロホルメート［フルオロホルメート（Ｉ）］を提供するステップと；
ｂ）フルオロホルメート（Ｉ）を、少なくとも２０℃の温度で、任意選択的に（ペル）ハロオレフィンの存在下で、元素状フッ素でのフッ素化に供して対応する過フッ素化フルオロホルメート［フルオロホルメート（ＩＩＩ）］を得るステップと、任意選択的に
ｃ）過フッ素化フルオロホルメート（ＩＩＩ）を開裂するステップと
を含む方法に関する。

本発明の一実施形態によれば、フルオロホルメート（Ｉ）は、式（Ｉ−Ａ）
（Ｉ−Ａ）Ｒ^１ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ（Ｏ）−Ｆ
に従い、式（ＩＩ−Ａ）：
（ＩＩ−Ａ）Ｒ^１ＣＨ_２ＯＨ
（式中、Ｒ^１は、−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−部分に含まれる少なくとも１つのエーテル酸素原子ならびに、任意選択的に、少なくとも１つのさらなるエーテル酸素原子および／またはシクロアルキレン部分を含む任意選択的にフッ素化された直鎖または分岐アルキル基である）
に従うアルコール（ＩＩ）から得られる。

好ましくは、シクロアルキレン部分は、１つ以上の直鎖または分岐Ｃ_１〜Ｃ_４アルキル基を任意選択的に有する、Ｃ_５〜Ｃ_６シクロアルキレンである。

好ましくは、フルオロホルメート（Ｉ）は、式（Ｉ−Ｂ）
（Ｉ−Ｂ）Ｒ^２−ＣＨ_２ＯＣＨ_２（ＣＨ_２）_ｎＯ−Ｃ（Ｏ）−Ｆ
に従い、式（ＩＩ−Ｂ）：
（ＩＩ−Ｂ）Ｒ^２−ＣＨ_２ＯＣＨ_２（ＣＨ_２）_ｎＯＨ
（式中：
− Ｒ^２は、少なくとも１つのエーテル酸素原子および／またはシクロアルキレン部分を任意選択的に含む、任意選択的にフッ素化された直鎖または分岐アルキル基であり、
− ｎは、１〜１０、好ましくは１〜４の整数である。より好ましくは、ｎは１である）
に従うアルコール（ＩＩ）から得られる。

誤解を避けるために、以下の説明では、範囲が示される場合、範囲端は含まれる。

好ましくは、式（ＩＩ−Ｂ）中、ｎは１であり、Ｒ^２は、１〜２０個の炭素原子および、任意選択的に、１つ以上のエーテル酸素原子を含む任意選択的にフッ素化された直鎖または分岐アルキル基である。

より好ましくは、式（ＩＩ−Ｂ）中、ｎは１であり、Ｒ^２は、１〜２０個の炭素原子および少なくとも１つのエーテル酸素原子を含む直鎖アルキル基である。

誤解を避けるために、基Ｒ^２に含まれる少なくとも１つのエーテル酸素原子は、アルキル基に割り込んでいるか、前記基を−ＣＨ_２ＯＣＨ_２（ＣＨ_２）_ｎＯＨ基に橋架けしているかのどちらかであり得る。

アルコール（ＩＩ）の好ましい例は、式：
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（エチレングリコールモノメチルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（エチレングリコールモノエチルエーテル
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（エチレングリコールモノプロピルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（エチレングリコールモノブチルエーテル）
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（ジエチレングリコールモノエチルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（ジエチレングリコールモノプロピルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（エチレングリコールモノメトキシプロピルエーテル）
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（トリエチレングリコールモノメチルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨトリエチレングリコールモノエチルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（トリエチレングリコールモノプロピルエーテル）
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（トリエチレングリコールモノブチルエーテル）
に従うものである。

式ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ（ジエチレングリコールモノエチルエーテル）のアルコールが、フルオロモノマー乳化重合に特に有用である、式ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯＭ（式中、Ｍは、アルカリ金属またはアンモニウムイオンである）のフッ素系界面活性剤を得ることを可能にするので、特に好ましい。

アルコール（ＩＩ）は、当技術分野において公知の方法に従って得ることができる。

ステップａ）は典型的には、公知の方法に従ってフッ化カルボニル、フッ化臭化カルボニルおよびフッ化塩化カルボニルからなる群から選択される試薬とアルコール（ＩＩ）を供することによって実施される。好ましくは、試薬はフッ化カルボニルである。

アルコールをフルオロホルメートへ転化する標準方法を用いることができる。数ある中でも、好適な方法はとりわけ、英国特許第１２１６６３９号明細書（ＢＡＹＥＲＡＧ）１９７０年１２月２３日、国際公開第００／５９８５９号パンフレット（ＩＳＯＣＨＥＭＳＡ）２０００年１０月１２日、ＦＬＯＳＳＥＲ，Ｄ．Ａ．らＡｕｓｅｆｕｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆａｌｃｏｈｏｌｔｏａｌｋｙｌｆｌｕｏｒｉｄｅｓ．Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｌｅｔｔ．２００２，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．２３，ｐ．４２７５−４２７９，ＯＬＡＨ，Ｇ．Ａ．らＮｏｔｅｓ−ＳｙｎｔｈｅｓｙｓａｎｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＯｒｇａｎｉｃＦｌｕｏｒｉｎｅＣｏｍｐｏｕｎｄｓ．ＸＶＶ．ＴｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＡｌｋｙｌＦｌｕｏｒｏｆｏｒｍａｔｅｓａｎｄＲｅｍａｒｋｓＲｅｌａｔｉｖｅｔｏａＮｅｗＰｕｂｌｉｓｈｅｄＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＡｌｋｙｌＦｌｕｏｒｉｄｅｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ．１９５６，ｖｏｌ．２１，ｎｏ．１１，ｐ．１３１９−１３２０に記載されている。

一実施形態によれば、アルコール（ＩＩ）と上述の試薬との間の反応は、次のとおり：
（式中、Ｒ^１は、上で定義されたとおりである）
表わすことができる。

フッ化カルボニルが使用される場合には、この試薬は、任意選択的に不活性ガスと混合された、フッ素、および一酸化炭素を気相において反応器に供給し、そのようにして得られたフッ化カルボニルを、前記アルコール（ＩＩ）を含有するさらなる反応容器に連続的に供給することによって得られ得る。この場合に、一酸化炭素対フッ素のモル比（ＣＯ／Ｆ_２）は好ましくは、フッ素を一酸化炭素と完全に反応させるために、１．０以上である。

ステップａ）において、アルコール（ＩＩ）は、それが反応条件で液体であるという条件で、純粋なものを使用することができるし、またはそれは、好適な溶媒に希釈するもしくは溶かすことができる。好適な溶媒の中に、とりわけ、塩化メチレンなどの、有機ハロゲン化化合物、アセトニトリルなどの、有機ニトリル、ＣＦ_３ＯＣＦＣｌＣＦ_２Ｃｌ、ペルフルオロポリエーテルまたは水素含有フルオロポリエーテル（例えば、ＳｏｌｖａｙＳｐｅｃｉａｌｔｙＰｏｌｙｍｅｒｓＩｔａｌｙＳ．ｐ．Ａ．によって商品名ＧＡＬＤＥＮ（登録商標）ＰＦＰＥもしくはＨ−ＧＡＬＤＥＮ（登録商標）ＰＦＰＥで商業化されているもの）などの、ペルクロロフルオロエーテル、フッ素化または過フッ素化エーテル（例えば、３Ｍから商品名ＮＯＶＥＣ（登録商標）流体およびＨＦＥ（登録商標）エーテルで商業化されているもの）を挙げることができる。

アルコール（ＩＩ）がフルオロホルメート（Ｉ）へ完全に転化される場合、あらゆる残存フッ化カルボニル、フッ化臭化カルボニルまたはフッ化塩化カルボニルが、不活性ガスによってガス抜きされ、あらゆる任意選択の溶媒が、従来法に従って、典型的には蒸留によって除去される。その後、フルオロホルメート（Ｉ）は、さらなる精製なしにステップｂ）に直接供することができる。

一実施形態によれば、フッ素でのフルオロホルメート（Ｉ）のフッ素化反応は、次のとおり：
（式中、Ｒ^ｆ１は、Ｒ^１の過フッ素化同等品である）
表わすことができる。

誤解を避けるために、本明細書で意図されるところでは、表現「フッ素化反応」は、電気化学フッ素化を含まない。

ステップｂ）は、フルオロホルメート（Ｉ）を２０℃以上の温度でフッ素と接触させることによって実施される。フッ素は、純粋なものを使用するか、窒素、アルゴンもしくはヘリウムなどの、不活性ガスに希釈するかのどちらかであることができる。典型的には、フッ素は不活性ガスに希釈される。反応温度は、フルオロホルメート（Ｉ）の、使用される場合、溶媒の、またはフルオロホルメート（Ｉ）と溶媒との任意の共沸混合物の沸騰温度の間で最低のものほどに高いことができる。しかしながら、温度は、２０℃〜１００℃、より好ましくは２０℃〜５０℃の範囲に保たれることが好ましい。

これらの条件下でフルオロホルメート（ＩＩＩ）へのフルオロホルメート（Ｉ）の転化速度は高く、フルオロホルメート（Ｉ）と、反応の過程で生じたＨＦとの接触時間は減らされるが、ＨＦ捕捉剤（例えば、ＮａＦ、ＫＦ）を任意選択的に使用することができる。

ステップｂ）は、１種以上の溶媒中でまたは、フルオロホルメート（Ｉ）が反応条件下で液体である場合、および反応発熱性が反応剤を希釈するかまたは溶かすための溶媒を必要としない場合、非溶媒相で、半連続的にまたは連続的に実施することができる。溶媒が使用される場合、当業者は、反応条件下でフッ素攻撃に耐性のあるものの１種以上の中からそれを選択することができ得るし；典型的には、溶媒は、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ペルフルオロ（ポリ）エーテル、クロロフルオロエーテル、および第三級過フッ素化アミンから選択される。１つの好ましい実施形態において、溶媒はＣＦＣであり；ＣＦＣの都合のよい例は、１，２，３，４−テトラクロロヘキサフルオロブタンである。

一実施形態によれば、ステップｂ）は、半連続的におよび１種以上の溶媒の存在下で実施される。そのような実施形態において、選択された１種以上の溶媒が反応容器に入れられ、溶媒の飽和までフッ素が供給され；その後、フルオロホルメート（Ｉ）がまた、少なくとも２０℃の温度に保って、反応容器に供給される。好ましくは、フルオロホルメート（Ｉ）が供給され、そして同時におよび独立して、フッ素の供給が続行される。言い換えれば、フルオロホルメート（Ｉ）は、フッ素が別の注入管を通して同時に供給されながら、注入管を通して反応器に供給される。両試薬の供給が終了したとき、フルオロホルメート（ＩＩＩ）を含む、結果として生じた粗生成物は、^１Ｈ−および／または^１９Ｆ−ＮＭＲ分析に供せられ、フッ素化が完全ではない場合、１種以上の（ペル）ハロオレフィン、好ましくは１種の（ペル）ハロオレフィンでのさらなる処理が、参照により本明細書に援用される、国際公開第２０１１／００３５７５号パンフレットに開示されているように実施され得る。（ペル）ハロオレフィンの量は、決定的に重要であるわけではないが；それは典型的には、フッ素を完了させるために反応器に供給されるフッ素のモル量に関して０．１モル％〜５０モル％の範囲で、好ましくは０．５モル％〜３０モル％の範囲に含まれる。

別の実施形態によれば、ステップｂ）は、連続的に実施される。この実施形態において、フッ素、フルオロホルメート（Ｉ）および、任意選択的に、１種以上の溶媒が、定常状態に達するまで一定の流量で反応器に供給される。本明細書で意図されるところでは、用語「定常状態」は、反応器における試薬および反応生成物の濃度が反応器から流れ出す未反応試薬および反応生成物の濃度と同じものであることを意味する。誤解を避けるために、表現「反応生成物」は、過フッ素化フルオロホルメート（Ｉ）および任意の場合により形成された副生成物を含むことが意図される。

（ペル）ハロオレフィンは任意選択的に、完全なフッ素化をさらに促進し、反応時間を減らし、そして収率をさらに最適化するためにステップｂ）が連続的に実施される場合にもまた使用することができる。そのような場合には、（ペル）ハロオレフィンは、フッ素、フルオロホルメート（Ｉ）およびいかなる任意選択の溶媒とも一緒に反応器に供給される。

（ペル）ハロオレフィンは、ステップｂ）のどんな時にも添加することができる。したがって、誤解を避けるために、表現「任意選択的に（ペル）ハロオレフィンの存在下で」は、ステップｂ）のどんな時にも添加できることを意味する。しかしながら、本プロセスが連続的に実施される場合、（ペル）ハロオレフィンを初めから供給することが好ましい。

用語「（ペル）ハロオレフィン」は、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を含み、そして前記二重結合の炭素原子のどちらか１つ上に少なくとも１つのフッ素または塩素原子を有する完全にまたは部分的にハロゲン化されたオレフィンを意味する。

その種の好適な（ペル）ハロオレフィンは、国際公開第２０１１／００３５７５号パンフレットに開示されているものである。有利には、（ペル）ハロオレフィンは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）ならびにその二量体および三量体、オクタフルオロブテン、ペルフルオロペンテン、ペルフルオロヘキセン、ペルフルオロヘプテンおよびペルフルオロオクテンから選択されるペルハロオレフィンである。より有利には、ペルハロオレフィンは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）ならびにその二量体および三量体から選択される。好ましい実施形態において、ペルハロオレフィンは、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）である。

ステップｂ）から得られた粗フルオロホルメート（ＩＩＩ）は、ステップｃ）に直接供することができる。

任意の好適な開裂または分解方法または反応が、ステップｃ）において用いられ得る。開裂反応は、ＮａＦ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＡｇＦ、ＣｓＦ、ＫＦなどの、金属フッ化物の存在下での熱分解によって成し遂げられ得る。熱分解反応についての温度は、−７０℃〜２２０℃の範囲に含まれてもよく；好ましくは、温度は、−３０℃〜１５０℃の範囲に含まれてもよい。この反応は、フッ化アシル［フッ化アシル（ＩＶ）］をもたらし、フッ化アシルは、加水分解および水酸化物での中和にさらに供することができる。１つの模範的な実施形態において、分解反応は次のとおり：
（式中、Ｒ^ｆ１は、上で定義されたとおりである）
表わすことができる。

有利には、ステップｃ）は、粗フルオロホルメート（ＩＩＩ）を水酸化物での処理に直接供することによって実施される。典型的には、ステップｂ）からの粗生成物は、式（ｆ−１）：
（ｆ−１）Ｍ^＋ＯＨ⁻
（式中、Ｍは、一価金属またはアンモニウム基を表す）
の水酸化物の水溶液と接触させられる。

本明細書で意図されるところでは、一価金属は、周期表の族（Ｉ）のものから選択される金属であり；好ましくは、金属は、ナトリウムまたはカリウムである。好ましい実施形態において、金属はカリウムである。

本明細書で意図されるところでは、アンモニウム基は、式ＮＲ^Ｎ _４（式中、出現ごとに等しいかまたは異なる、Ｒ^Ｎは、水素またはＣ_１〜Ｃ_６炭化水素基である）の１つである。

一実施形態において、水酸化物でのフルオロホルメート（ＩＩＩ）の直接処理は、次のとおり：
（式中、Ｒ^ｆ１およびＭは、上に定義されたとおりである）
表わすことができる。

式（ｆ−１）の水酸化物のモル量は、フルオロホルメート（ＩＩＩ）のモル量の少なくとも６倍である。反応は、試料を採取することによって、そして水相を^１９Ｆ−ＮＭＲに供することによって監視され；分析が、−Ｃ（Ｏ）ＯＭ基への−Ｃ（Ｏ）Ｆ基の完全転化を明らかにする場合に、水相が、所望のカルボキシレート塩を回収するために分離される。

水酸化物での直接処理によるステップｃ）の実施は、興味のあるフッ素化合物がカルボキシレート塩［塩（Ｖ）］である場合に特に都合がよい。

本発明の方法は、フッ素化反応を実施するのに好適な従来の装置を用いて実施することができる。しかしながら、好ましい実施形態において、ステップｂ）は、当技術分野において公知の方法に従って、マイクロリアクター、好ましくは流下薄膜型マイクロリアクター（ＦＦＭＲ）で都合よく実施される。本説明内で、用語「マイクロリアクター」（さもなければ「微細構造反応器」または「微細流路反応器」と言われる）は、１ｍｍ未満の典型的な横断面寸法の閉じ込め中で化学反応が起こるデバイスを意味することを意図される。前記閉じ込めは典型的には、１ｍｍ未満の横断面寸法の流路である、微細流路（「フローダクト」とも言われる）である。

マイクロリアクターでのステップｂ）の実施は、関与する化学種間の接触時間をさらに減らすという利点を有し；したがって、反応の過程で生じたあらゆるＨＦが出発アルコールを分解するというリスクがさらに低い。ステップｂ）をマイクロリアクターで実施することのさらなる利点は、反応発熱性が高い場合でさえも溶媒の使用が回避され得ることである。

本発明は、非限定的な実施例によって以下の実験の部でより詳細に開示される。

参照により本明細書に援用される特許、特許出願、および刊行物のいずれかの開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合は、本記載が優先するものとする。

実験の部
原材料および方法
商業的に入手可能なジエチレングリコールモノエチルエーテル（ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）、１，２，３，４−テトラクロロヘキサフルオロブタン、ヘキサフルオロプロペン（ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＦ_２）、ＫＯＨおよび任意の他の化学品は、製造業者から受け取ったまま使用した。

約２００００ｍ^２／ｍ^３の表面対容積比を有し、そして５つのＵ字型溝（それぞれが約８０マイクロリットルの容積を有する）、および溝の最上部上に置かれた密封ガスチャンバーを含む、ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩＴＣ，ＢｒａｎｃｈＩＣ−ＩＭＭ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｆｕｅｒＭｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋＭａｉｎｚＧｍｂＨ）によって供給される流下薄膜型マイクロリアクター（ＦＦＭＲ）を用いた。マイクロリアクターを並流中で働かせた、すなわち、反応剤をトップ注入口からボトム出口まで流した。また、マイクロリアクターの注入口をガス供給ラインと、および液体供給ラインと接続した。マイクロリアクターを、伝熱流体を使用して以下の実施例に詳細に開示されているように適切に冷却するかまたは加熱した。さらに、マイクロリアクターに入る前に、ガスおよび液体の両方を、２つの熱交換器を用いて適切に冷却または加熱した。排出クーラントと、生成物を含有する二相性流れとが２つの別個のポートを通ってマイクロリアクターから出た。

^１９Ｆ−ＮＭＲおよび^１Ｈ−ＮＭＲ分析は、内部標準としてテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を使用してＶａｒｉａｎＭｅｒｃｕｒｙ３００ＭＨｚ分光計で実施した。^１９Ｆ−ＮＭＲ分析は、内部標準としてＣＦＣｌ_３を使用してＶａｒｉａｎＭｅｒｃｕｒｙ３００ＭＨｚ分光計で行った。

実施例１−ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋の合成
ステップａ−Ｃ_２Ｈ_５ＯＣ_２Ｈ_４ＯＣ_２Ｈ_４ＯＣ（Ｏ）Ｆの合成
機械撹拌機を備えた２５０ｍｌのステンレス鋼反応器に、１００ｇのジエチレングリコールモノエチルエーテル（ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）をロードし、外部冷却浴によって０℃に維持した。１５０℃で管型反応器での４．０Ｎｌ／ｈのＦ_２と５．０Ｎｌ／ｈのＣＯとの間の反応によって合成され、１０Ｎｌ／ｈのＨｅで希釈された、４．０Ｎｌ／ｈの二フッ化カルボニル（ＣＯＦ_２）を、注入管を通して反応器に供給した。ＣＯＦ_２転化率をガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析によってチェックした。５時間後に、ＣＯＦ_２の供給を停止し、粗反応生成物中に溶けた過剰を不活性ガスによってガス抜きした。粗生成物を^１９Ｆ−ＮＭＲおよび^１Ｈ−ＮＭＲによって分析した；分析は、出発アルコールの完全転化および９８％超の所望のフルオロホルメートの選択性を示した。

ステップｂおよびｃ−ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋の合成
ステップｂ。機械撹拌機、２つの注入管（フッ素用の管Ａおよびステップ１からのフルオロホルメート用の管Ｂ）ならびに−４０℃に保たれた凝縮器を備えた２５０ｍｌのステンレス鋼反応器に、１００ｍｌの１，２，３，４−テトラクロロヘキサフルオロブタンをロードし、外部加熱浴によって４０℃に維持し；次に、Ｈｅ（１５．０Ｎｌ／ｈ）で希釈された元素状フッ素（５．０Ｎｌ／ｈ）を注入管Ａによって反応器へ供給した。３０分後に、ステップ１からの３．１ｇ／ｈのフルオロホルメート（２．８ｇ／ｈの純フルオロホルメートと同等な）を、注入管Ｂを通して反応器に供給した。６時間後にフルオロホルメートの供給を中断し、反応器を０℃に冷却した。この温度に達したときに、すべての残存水素原子を転化するために、１．５Ｎｌ／ｈのＨｅで希釈された、０．３Ｎｌ／ｈのＣＦ_３ＣＦ＝ＣＦ_２を、３０分間注入管Ｂを通して反応器へ供給した。
ステップｃ。結果として生じた粗混合物を、４００ｇの１０％水性ＫＯＨに排出させてペルフルオロホルメートを所望のカルボキシレートに転化し、すべての残存酸性度を中和した。結果として生じた２つの相を分離し、水相を、内部標準を使った^１９Ｆ−ＮＭＲによって定量的に分析した。ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋が７１％収率で得られた。

実施例２（比較例）−低温でのＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋の合成
ステップｂ）において温度を全体反応時間の間−２０℃に保ったという相違ありで、実施例１を繰り返した。水相の定量的な^１９Ｆ−ＮＭＲ分析は、２８％のＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋収率を示した。

実施例３−溶媒の存在下の流下薄膜型マイクロリアクター（ＦＦＭＲ）でのＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋の合成
式Ｃ_２Ｈ_５ＯＣ_２Ｈ_４ＯＣ_２Ｈ_４ＯＣ（Ｏ）Ｆのホルメートを、実施例１、ステップａ）に従って合成した。

ステップｂ）は、以下の手順に従って、ＦＦＭＲで実施した。１：３の容積比でのＨｅ（１５．０Ｎｌ／ｈ）で希釈された、フッ素（５．０Ｎｌ／ｈ）を、１００ｇ／ｈの１，２，３，４−テトラクロロヘキサフルオロブタンと混合された、実施例１、ステップａ）からの３．１ｇ／ｈのホルメートを、注入管Ｂを通して反応器に供給しながら、注入管（管Ａ）によって反応器へ供給した。反応器を、外部加熱浴によって４０℃の温度に保った。反応生成物を、−４０℃に冷却された凝縮器で凝縮させ、結果として生じた液体生成物を、機械撹拌機を備えた５００ｍｌのステンレス鋼反応器に集めた。６時間後にフルオロホルメートの供給を中断し、ステンレス鋼反応器を０℃に冷却した。この温度に達した後、１．５Ｎｌ／ｈのＨｅで希釈された０．３Ｎｌ／ｈのＣＦ_３ＣＦ＝ＣＦ_２を、注入管Ｃによって反応器へ供給し、Ｈｅで希釈された５Ｎｌ／ｈのＦ_２を、すべての残存水素原子を転化するために３０分間注入管Ｄによって供給した。結果として生じた粗生成物を、４００ｇの１０％水性ＫＯＨに排出させてペルフルオロホルメートを所望のカルボキシレートに転化し、すべての残存酸性度を中和した。結果として生じた２つの相を分離し、水相を、内部標準を使った^１９Ｆ−ＮＭＲによって定量的に分析した。ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋が、８０％収率で得られた。

実施例４−溶媒の不在下の流下薄膜型マイクロリアクター（ＦＦＭＲ）でのＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋の合成
実施例１、ステップａ）からの３．１ｇ／ｈのフルオロホルメートを、注入管Ｂを通して反応器に供給しながら、１：３容積比でのＨｅ（１５．０Ｎｌ／ｈ）で希釈された、フッ素（５．０Ｎｌ／ｈ）を、注入管Ａを通してマイクロリアクターに供給したという相違ありで、実施例３を繰り返した。反応の終わりに、結果として生じた混合物を、実施例３と同じ方法でワークアップし、次に１．５Ｎ／ｌのＨｅで希釈された０．３Ｎｌ／ｈのＣＦ_３ＣＦ＝ＣＦ_２を、注入管Ｃを通して反応器に供給し、５．０Ｎｌ／ｈで希釈した５Ｎｌ／ｈのＦ２を、完全なフッ素化まで３０分間注入管Ｄを通して供給した。１０％水性ＫＯＨでの処理後に、ＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＦ_２ＯＣＦ_２ＣＯＯ⁻Ｋ^＋が、７５％収率で得られた。

Claims

フッ素化化合物の製造方法であって、
ａ）少なくとも１つの−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−部分を含むアルコール［アルコール（ＩＩ）］のフルオロホルメート［フルオロホルメート（Ｉ）］を提供するステップと；
ｂ）前記フルオロホルメート（Ｉ）を、少なくとも２０℃の温度で、任意選択的に（ペル）ハロオレフィンの存在下で、元素状フッ素でのフッ素化に供して対応する過フッ素化フルオロホルメート［フルオロホルメート（ＩＩＩ）］を得るステップと、任意選択的に
ｃ）前記過フッ素化フルオロホルメート（ＩＩＩ）を開裂するステップと
を含む方法。
アルコール（ＩＩ）が式（ＩＩ−Ａ）：
（ＩＩ−Ａ）Ｒ^１ＣＨ_２ＯＨ
（式中、Ｒ^１は、−ＣＨ_２ＯＣＨ_２−部分に含まれる少なくとも１つのエーテル酸素原子ならびに、任意選択的に、１つ以上のさらなるエーテル酸素原子および／またはシクロアルキレン部分を含む任意選択的にフッ素化された直鎖または分岐アルキル基である）
に従う請求項１に記載の方法。
アルコール（ＩＩ）が式（ＩＩ−Ｂ）：
（ＩＩ−Ｂ）Ｒ^２−ＣＨ_２ＯＣＨ_２（ＣＨ_２）_ｎＯＨ
（式中：
− Ｒ^２は、少なくとも１つのエーテル酸素原子および／またはシクロアルキレン部分を任意選択的に含む、任意選択的にフッ素化された直鎖または分岐アルキル基であり、
− ｎは、１〜１０の範囲の整数である）
に従う請求項２に記載の方法。
ｎが１〜４の範囲である請求項３に記載の方法。
アルコール（ＩＩ）が、
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ
からなる群から選択される請求項４に記載の方法。
ステップｂ）において、前記温度が２０℃〜１００℃の範囲である請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記温度が２０℃〜５０℃の範囲である請求項６に記載の方法。
ステップｃ）が金属フッ化物の存在下での熱分解によって実施される請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
ステップｃ）が水酸化物での処理によって実施される請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記水酸化物が式（ｆ−１）：
（ｆ−１）Ｍ^＋ＯＨ⁻
（式中、Ｍは、周期表の族（Ｉ）の金属または式ＮＲ^Ｎ _４のアンモニウム基を表し、ここで、出現ごとに等しいかまたは異なる、Ｒ^Ｎは、水素またはＣ_１〜Ｃ_６炭化水素基である）
に従う請求項９に記載の方法。
ステップｂ）がマイクロリアクターで実施される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。