JP2021109828A - 1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンと、アルコールとの共沸または共沸様組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】1223ydの精製が容易な、1223ydを含む組成物の新規の製造方法の提供。【解決手段】1,3,3−トリクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパンを50質量%以上含む、フッ素および塩素を含む炭化水素化合物を、アルコール中で脱フッ素脱塩素反応させ、得られた生成物を蒸留して、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンと、アルコールとの共沸または共沸様組成物を得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンと、アルコールとの共沸または共沸様組成物の製造方法。【選択図】なし
Description
本発明は、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンと、アルコールとの共沸または共沸様組成物の製造方法。
1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペン(CF2Cl−CF=CHCl。HCFO−1223yd。以下、1223ydとも記す。)は、3,3−ジクロロ−1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパンや1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパンに代わる、地球温暖化係数(GWP)の小さい化合物であり、各種用途(例えば、洗浄剤、冷媒、熱媒体、発泡剤、溶剤等)に適用可能である。
なお、本明細書において、ハロゲン化炭化水素については、化合物名の後の括弧内にその化合物の略称を記すが、本明細書では必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。また、略称として、ハイフン(−)より後ろの数字およびアルファベット小文字部分だけ(例えば、「HCFO−1223yd」においては「1223yd」)を用いる場合がある。
なお、本明細書において、ハロゲン化炭化水素については、化合物名の後の括弧内にその化合物の略称を記すが、本明細書では必要に応じて化合物名に代えてその略称を用いる。また、略称として、ハイフン(−)より後ろの数字およびアルファベット小文字部分だけ(例えば、「HCFO−1223yd」においては「1223yd」)を用いる場合がある。
1223ydは、例えば、特許文献1に記載されるように、1,3,3−トリクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパン(CF2ClCF2CHCl2。HCFC−224ca。以下、224caとも記す。)を脱フッ化水素反応させて1,3−トリクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペン(CF2ClCF=CCl2。CFO−1213ya。以下、1213yaとも記す。)を得、1213yaを水素と反応させて得られる。
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、1223yd以外に、副生成物として、3−クロロ−2,3,3−トリフルオロプロペン、2,3,3,3−テトラフルオロプロペンが生じ、1223ydの選択率は8.5%と低い。そのため、上述した各種用途に使用する場合、1223ydを精製する必要があるが、上記の副生成物には、1223ydと沸点が近いものもあり、蒸留による1223ydの精製は必ずしも容易でない。
本発明は、上記課題に鑑みて、1223ydの精製が容易な、1223ydを含む組成物の新規の製造方法の提供を課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を解決できるのを見出した。
(1)1,3,3−トリクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパンを50質量%以上含む組成物を、アルコール中で脱フッ素脱塩素反応させ、得られた生成物を蒸留して、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物を得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物の製造方法。
(2)前記アルコールが、メタノールおよびエタノールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、(1)に記載の製造方法。
(3)前記生成物が、1,3−ジクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンを含む、(1)または(2)に記載の製造方法。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法により得られた1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物から、前記アルコールを除去して1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンを得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンの製造方法。
(1)1,3,3−トリクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパンを50質量%以上含む組成物を、アルコール中で脱フッ素脱塩素反応させ、得られた生成物を蒸留して、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物を得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物の製造方法。
(2)前記アルコールが、メタノールおよびエタノールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、(1)に記載の製造方法。
(3)前記生成物が、1,3−ジクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンを含む、(1)または(2)に記載の製造方法。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法により得られた1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物から、前記アルコールを除去して1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンを得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンの製造方法。
本発明の製造方法によれば、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンよりも沸点が低い、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物が得られるため、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンより高沸点の化合物との分離が容易になる。この共沸または共沸様組成物から、水洗、抽出蒸留、吸着等の公知の方法によりアルコールを除去することで、高純度の1223ydが容易に得られる。
本発明における用語の意味は以下の通りである。
「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
1223ydは二重結合上の置換基の位置により、幾何異性体であるZ体とE体が存在する。本明細書中では特に断らずに化合物名や化合物の略称を用いた場合には、Z体およびE体からなる群から選ばれる少なくとも1種を示し、より具体的には、Z体もしくはE体、または、Z体とE体の任意の割合の混合物を示す。
共沸組成物は、その蒸気組成と液体組成が同一であり、蒸発、凝縮を繰り返した後の組成物の組成変化がないものを意味する。
共沸様組成物は、その蒸気組成と液体組成がほぼ同一であり、蒸発、凝縮を繰り返した後の組成物の組成変化が無視できる程度にしか変化しないものを意味する。
「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
1223ydは二重結合上の置換基の位置により、幾何異性体であるZ体とE体が存在する。本明細書中では特に断らずに化合物名や化合物の略称を用いた場合には、Z体およびE体からなる群から選ばれる少なくとも1種を示し、より具体的には、Z体もしくはE体、または、Z体とE体の任意の割合の混合物を示す。
共沸組成物は、その蒸気組成と液体組成が同一であり、蒸発、凝縮を繰り返した後の組成物の組成変化がないものを意味する。
共沸様組成物は、その蒸気組成と液体組成がほぼ同一であり、蒸発、凝縮を繰り返した後の組成物の組成変化が無視できる程度にしか変化しないものを意味する。
本発明の製造方法(以下、「本製造方法」ともいう。)は、1223ydと、アルコールとの共沸組成物、または共沸様組成物の製造方法である。
本製造方法により製造される共沸または共沸様組成物は、1223ydの含有割合が81〜97質量%であり、アルコールの含有割合が3〜19質量%の組成物であって、圧力1.011×106Paにおける沸点が55℃以下である。なお、本発明の共沸様組成物は、以下の式で示される比揮発度が0.5〜2.0の範囲にあり、比揮発度が1の場合、共沸組成物を意味する。
アルコールとしてメタノールを用いた場合、製造方法により製造される共沸または共沸様組成物は、1223ydの含有割合が81〜95質量%であり、メタノールの含有割合が5〜19質量%の組成物である。
アルコールとしてエタノールを用いた場合、製造方法により製造される共沸または共沸様組成物は、1223ydの含有割合が86〜97質量%であり、エタノールの含有割合が3〜14質量%の組成物である。
アルコールとしてメタノールを用いた場合、製造方法により製造される共沸または共沸様組成物は、1223ydの含有割合が81〜95質量%であり、メタノールの含有割合が5〜19質量%の組成物である。
アルコールとしてエタノールを用いた場合、製造方法により製造される共沸または共沸様組成物は、1223ydの含有割合が86〜97質量%であり、エタノールの含有割合が3〜14質量%の組成物である。
(比揮発度を求める式)
比揮発度=(気相部におけるアルコールのモル%/気相部における1223ydのモル%)/(液相部におけるアルコールのモル%/液相部における1223ydのモル%)
比揮発度=(気相部におけるアルコールのモル%/気相部における1223ydのモル%)/(液相部におけるアルコールのモル%/液相部における1223ydのモル%)
本製造方法では、224caを50質量%以上含む組成物を製造原料として、アルコール中で脱フッ素脱塩素反応させて1223ydを得る。
但し、上記の過程では、副生成物として、1,3−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパン(CF2ClCF2CH2Cl。(HCFC−234cc。以下、234ccとも記す。)が生じる。
但し、上記の過程では、副生成物として、1,3−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパン(CF2ClCF2CH2Cl。(HCFC−234cc。以下、234ccとも記す。)が生じる。
本製造方法における組成物中の224caの含有量は、組成物の全質量に対して、50質量%以上である。なかでも、1223ydの収率が向上する点から、60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましい。
また、224caは、例えば、テトラフルオロエチレンにクロロホルムを付加せしめて得られる。この過程で、224ca以外にジクロロペンタフルオロプロパン、テトラクロロトリフルオロプロパンなどの不純物が生成される。
また、224caは、例えば、クロロトリフルオロエチレンにトリクロロフルオロメタンを付加させてテトラクロロテトラフルオロプロパンを得、還元条件下で塩素原子を水素原子に置換することで得られる。この過程で、1,1,1,2−テトラクロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロパン、1,1,1,3−テトラクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンなどの5つの異性体を含む混合物として、テトラクロロテトラフルオロプロパンが生成する。これらのうち、224caの生成原料となるのは、1,1,1,3−テトラクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンのみであり、残りの異性体およびそれらから生成する化合物は不純物となる。
また、224caは、例えば、クロロトリフルオロエチレンにトリクロロフルオロメタンを付加させてテトラクロロテトラフルオロプロパンを得、還元条件下で塩素原子を水素原子に置換することで得られる。この過程で、1,1,1,2−テトラクロロ−2,3,3,3−テトラフルオロプロパン、1,1,1,3−テトラクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンなどの5つの異性体を含む混合物として、テトラクロロテトラフルオロプロパンが生成する。これらのうち、224caの生成原料となるのは、1,1,1,3−テトラクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンのみであり、残りの異性体およびそれらから生成する化合物は不純物となる。
本製造方法に用いる組成物は、224ca以外の化合物を含んでもよい。
アルコールとしては、蒸留により1223ydとの共沸組成物、または共沸様組成物を得やすい点で、メタノール、エタノール、プロパノールといった沸点が低い低級アルコールが好ましく、メタノール、およびエタノールがより好ましい。本製造方法におけるアルコールは、上記の低級アルコールのうち、1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
アルコール中で脱フッ素脱塩素反応させる際に、アルコール1L中における224caの含有量は、0.01〜10molが好ましく、0.3〜5molがより好ましい。
本発明の製造方法における脱フッ素脱塩素反応の好適態様の1つとしては、アルカリ土類金属および遷移金属からなる群から選ばれる少なくとも1種(以下、これらを総称して「金属」ともいう。)の存在下にて224caを脱フッ素脱塩素反応させる態様が挙げられる。
アルカリ土類金属の具体例としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等が挙げられる。
遷移金属の具体例としては、亜鉛、銅、ニッケル等が挙げられる。
なお、上記金属は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルカリ土類金属の具体例としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等が挙げられる。
遷移金属の具体例としては、亜鉛、銅、ニッケル等が挙げられる。
なお、上記金属は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記金属の使用量は、224caの1当量に対して、0.01当量〜10当量が好ましく、0.1当量〜5当量がより好ましく、0.3当量〜3当量がさらに好ましい。
脱フッ素脱塩素反応の反応温度(特に、金属の存在下での反応温度)は、反応活性の点から、0〜250℃が好ましく、30〜200℃がより好ましく、50〜170℃がさらに好ましい。
脱フッ素脱塩素反応の反応時間は、バッチ式の場合には0.1〜100時間が好ましく、1〜30時間がより好ましい。連続式の場合には、0.01〜10時間が好ましく、0.1〜3時間がより好ましい。なお、連続式の場合の反応時間は、反応器内での原料の滞留時間を意味する。
上記金属の存在下、224caの脱フッ素脱塩素反応を実施する方法としては、例えば、非プロトン性溶媒中に粉末状態の上記金属を分散させる方法が挙げられる。
本製造方法における脱フッ素脱塩素反応のさらに好適態様の1つとしては、活性化剤の存在下にて、224caを脱フッ素脱塩素反応させる態様が挙げられる。この態様においては、活性化剤と共に金属を併用するのが好ましい。つまり、金属および活性化剤の存在下にて、224caを脱フッ素脱塩素反応させる態様が好ましい。
活性化剤は、224caの脱フッ素脱塩素反応を活性化させるものであればよく、例えば、反応に用いる金属の塩化物(亜鉛使用時は塩化亜鉛、マグネシウム使用時は塩化マグネシウム)、1,2−ジブロモエタン、塩化水素が挙げられる。
活性化剤の使用量は、224caの1当量に対して、0.001当量〜10当量が好ましく、0.01当量〜2当量がより好ましく、0.01当量〜1.5当量がさらに好ましい。
活性化剤は、224caの脱フッ素脱塩素反応を活性化させるものであればよく、例えば、反応に用いる金属の塩化物(亜鉛使用時は塩化亜鉛、マグネシウム使用時は塩化マグネシウム)、1,2−ジブロモエタン、塩化水素が挙げられる。
活性化剤の使用量は、224caの1当量に対して、0.001当量〜10当量が好ましく、0.01当量〜2当量がより好ましく、0.01当量〜1.5当量がさらに好ましい。
上記にしたがって、アルコール中で224caを脱フッ素脱塩素反応させて得られる生成物は、アルコールと、1223yd以外に、234cc、テトラクロロテトラフルオロプロパンなどの不純物を含み得る。
本製造方法では、上記の生成物を蒸留して、共沸組成物、または共沸様組成物を得る。共沸組成物、または共沸様組成物は、上記したように1223yd (沸点58℃)よりもさらに沸点が低くなるため、234cc(圧力1.011×105Paにおける沸点が沸点67℃)のような、沸点が高い不純物から、蒸留により容易に精製できる。
本製造方法では、上記の生成物を蒸留して、共沸組成物、または共沸様組成物を得る。共沸組成物、または共沸様組成物は、上記したように1223yd (沸点58℃)よりもさらに沸点が低くなるため、234cc(圧力1.011×105Paにおける沸点が沸点67℃)のような、沸点が高い不純物から、蒸留により容易に精製できる。
蒸留操作では、充填塔または棚段塔などの蒸留装置できる。なお、1223ydと、アルコールとの共沸または共沸様組成物を効率よく回収するために、例えば、多段蒸留が好ましい。多段蒸留を用いる場合は、その理論段数は20段以上が好ましい。
蒸留操作の際の温度(例えば、蒸留釜の温度)としては、エネルギーコストの点から、80℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。なお、蒸留操作の際の温度は、1223ydの沸点である58℃以上が好ましい。
蒸留操作の際の温度(例えば、蒸留釜の温度)としては、エネルギーコストの点から、80℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。なお、蒸留操作の際の温度は、1223ydの沸点である58℃以上が好ましい。
本製造方法により得られた共沸または共沸様組成物から、水洗、抽出蒸留、吸着等の公知の方法によりアルコールを除去することで、高純度の1223ydが容易に得られる。
以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。
(ガスクロマトグラフの条件)
以下の各種化合物の製造において、得られた生成物の組成分析はガスクロマトグラフ(GC)を用いて行った。カラムはDB−1301(長さ60m×内径250μm×厚み1μm、アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いた。
以下の各種化合物の製造において、得られた生成物の組成分析はガスクロマトグラフ(GC)を用いて行った。カラムはDB−1301(長さ60m×内径250μm×厚み1μm、アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いた。
[参考例]<気液平衡の測定>
1223ydとメタノールまたは、エタノールを表1,2に示す質量比で混合して得られる混合物1〜12を、減圧にした0.2Lのオートクレーブ(以下A/C)に入れ、圧力が1.011×105となるように徐々に外部ヒータによって加熱した。A/C内の温度が所定の温度となった後、一定時間保持してA/C内の組成を安定化させた。気相および液相から混合物1〜12のサンプルを採取し、ガスクロマトグラフィーで1223ydとメタノールまたはエタノールを分析し、両者の組成比を測定した。両者の組成比から、上式により比揮発度を求めた。
1223ydとメタノールまたは、エタノールを表1,2に示す質量比で混合して得られる混合物1〜12を、減圧にした0.2Lのオートクレーブ(以下A/C)に入れ、圧力が1.011×105となるように徐々に外部ヒータによって加熱した。A/C内の温度が所定の温度となった後、一定時間保持してA/C内の組成を安定化させた。気相および液相から混合物1〜12のサンプルを採取し、ガスクロマトグラフィーで1223ydとメタノールまたはエタノールを分析し、両者の組成比を測定した。両者の組成比から、上式により比揮発度を求めた。
表1および表2に混合物1〜12の気相部、液相部の組成および比揮発度をそれぞれ示す。
混合物1〜12のようにオートクレーブに仕込む混合物中のメタノールまたはエタノールの比率を少しずつ低下させたところ、表1、および表2に示すように比揮発度の値が徐々に低下し、混合物7の比率のときに比揮発度の値が1.00となった。メタノールまたはエタノールの比率をさらに増加させると比揮発度は1.00以下の値へと増加した。
比揮発度が0.5〜2.0となる範囲の1223ydとメタノールまたはエタノールの組成を、上記同様にして1223ydとメタノールまたはエタノールの組成を漸次変化させながら気相と液相の組成比を測定することで求めた。結果は、圧力が1.011×105の場合に、1223ydとメタノールまたはエタノールの含有割合が、1223yd/メタノールで示される質量比で5/95〜19/81、1223yd/エタノールで示される質量比で3/97〜14.6/86の組成物において、比揮発度が0.5〜2.0であった 。また、この組成範囲における圧力が1.011×105の場合の沸点は、1223yd/メタノールの混合物が47〜49℃、1223yd/エタノールの沸点は、54〜55℃であり、共沸または共沸様組成物を構成する各化合物の沸点1223yd(58℃)、メタノール(65℃)、エタノール(78℃)より十分に低い。
[実施例1]
<反応>
2Lのオートクレーブ(以下A/Cと略す)にメタノール(純正化学製)を396g、亜鉛粉末(D50;6〜9μm、有機合成用:富士フィルム和光純薬株式会社製)78.5g、塩化亜鉛(純正化学製)を68.1g、224caを219.4g仕込んで、密閉にした。
<反応>
2Lのオートクレーブ(以下A/Cと略す)にメタノール(純正化学製)を396g、亜鉛粉末(D50;6〜9μm、有機合成用:富士フィルム和光純薬株式会社製)78.5g、塩化亜鉛(純正化学製)を68.1g、224caを219.4g仕込んで、密閉にした。
次いでA/Cをオイルバスに設置し反応温度である130℃まで昇温させた。昇温は約30分で行い、昇温中および反応中は撹拌翼を300rpmで回転させた。なお、撹拌翼は2枚パドル翼を用いた。
130℃で10時間保持後、オイルバスの温度を下げ、室温まで冷却した。なお、反応中はパージはせずに密閉状態で反応させた。
室温まで下がった後、反応粗液をろ過し、モレキュラーシーブ4Aで脱水した。脱水後の水分量は、15ppmであった。脱水した溶液を理論段数30段の蒸留塔の塔底に供給し、常圧バッチ蒸留による蒸留を行い、蒸留塔の塔頂から1223ydを92.3質量%、メタノールを7.6質量%含む留出液を得た。
Claims (4)
- 1,3,3−トリクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロプロパンを50質量%以上含む組成物を、アルコール中で脱フッ素脱塩素反応させ、得られた生成物を蒸留して、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物を得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物の製造方法。
- 前記アルコールが、メタノールおよびエタノールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記生成物が、1,3−ジクロロ−2,2,3,3−テトラフルオロプロパンを含む、請求項1または2に記載の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法により得られた1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンとアルコールとの共沸または共沸様組成物から、前記アルコールを除去して1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンを得る、1,3−ジクロロ−2,3,3−トリフルオロプロペンの製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023189217A1 (ja) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 三井化学株式会社 | フッ素含有環状オレフィン組成物の製造方法及びフッ素含有環状オレフィン組成物 |
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- 2020-01-06 JP JP2020000244A patent/JP2021109828A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023189217A1 (ja) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 三井化学株式会社 | フッ素含有環状オレフィン組成物の製造方法及びフッ素含有環状オレフィン組成物 |
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