JP2755494B2 - パ−フルオロ有機化合物の製造方法 - Google Patents

パ−フルオロ有機化合物の製造方法

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JP2755494B2 JP2415598A JP41559890A JP2755494B2 JP 2755494 B2 JP2755494 B2 JP 2755494B2 JP 2415598 A JP2415598 A JP 2415598A JP 41559890 A JP41559890 A JP 41559890A JP 2755494 B2 JP2755494 B2 JP 2755494B2
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電解液中の陽極及び陰
極の間で電気化学的に有機化合物をフッ素化する電解フ
ッ素化法により、パ−フルオロ有機化合物を製造する方
法に関する。
【0002】
【従来技術】有機化合物を電気化学的にフッ素化する電
解フッ素化法はよく知られている。例えば、特開昭47
−18775号公報には、有機化合物を含む電解液を循
環させながら、有機化合物のフッ素化を行なうことが示
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】有機化合物の電解フッ
素化を工業的に実施する場合、電極部分で発生する熱を
電解槽の外部に設けたクーラーで除去する等の目的で、
電解液を電解槽外に一旦取出して冷却し、それを再び電
解槽内に供給して電解液の循環を行うことが好ましい。
この場合、電解槽中で生成したフッ素化生成物が電解槽
から排出され、循環により再び電解槽中に供給される
と、フッ素化生成物が電解を受けて分解し、フッ素化生
成物の収量の低下が生じる。フッ素化生成物の収率を向
上させるためには、電解槽から排出される電解液中に含
まれるフッ素化生成物を沈降分離槽(以下、循環槽と呼
ぶ)に於いて効率的に分離して電解槽にできるだけ戻ら
ないようにすることが好ましい。このために循環槽が大
きなものになったり或いはその内部構造が複雑なものに
なったりするという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
問題点に鑑み各種の実験を繰り返した結果、電解槽から
排出される電解液を、炭素−水素結合を有する有機化合
物を予めフッ素化して得たパーフルオロ有機化合物中に
通した後にパーフルオロ有機化合物を分離することによ
って上記の問題が解決できることを見出した。
【0005】即ち、本発明は、炭素−水素結合を有する
有機化合物とフッ化水素酸とを含む電解液を電解槽と循
環槽との間を循環させて電解フッ素化してパーフルオロ
有機化合物を製造する方法に於いて、電解槽で電解フッ
素化に供された電解液を、炭素−水素結合を有する有機
化合物を予めフッ素化して得たパーフルオロ有機化合物
中に通した後、電解液とパーフルオロ有機化合物の混合
液からパーフルオロ有機化合物を分離することを特徴と
するパーフルオロ有機化合物の製造方法である。
【0006】本発明に於いて、フッ素化の対象となる有
機化合物は、炭素原子に直接結合した水素原子を有する
有機化合物が何ら制限されず使用し得る。例えば、これ
まで電解フッ素化の対象として知られている脂肪族炭化
水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等の炭化水素
類;直鎖もしくは環状の脂肪族第1アミン、第2アミン
もしくは第3アミン、芳香族アミン等のアミン類;直鎖
もしくは環状の脂肪族エ−テル、芳香族エ−テル、ポリ
エ−テル等のエ−テル類;直鎖もしくは環状の脂肪族ア
ルコ−ル、芳香族アルコ−ル等のアルコ−ル類;フェノ
−ル類;脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等及びこ
れらから誘導される酸クロライド、酸フルオライド等の
酸ハライド、酸無水物、またはエステル等のカルボン酸
及びその誘導体類;ケトン類;アルデヒド類;脂肪族ス
ルホン酸及びこれから誘導される酸クロライド、酸フル
オライド等の酸ハライド、またはエステル等のスルホン
酸及びその誘導体類;チオエ−テル等の含イオウ化合物
等を挙げることができる。これらの中でも電解フッ素化
で用いるフッ化水素酸への溶解性を勘案すると、分子中
に酸素原子又は窒素原子を有する有機化合物が好まし
い。勿論、上記した有機化合物の水素原子が一部フッ素
原子で置換された有機化合物、例えば、水素原子とフッ
素原子の数の比(H/F)が1/2以上であるような一
部フッ素化された有機化合物も、本発明に於ける原料と
して用い得ることは言うまでもない。
【0007】上記した有機化合物の中でも、炭素原子の
数が3〜20個、更には4〜15個、特に5〜10個で
ある有機化合物を用いる場合は、比重その他の物性の影
響でフッ素化生成物が自然沈降によって電解液から分離
しにくくなるが、本発明の方法を採用すれば、上記の有
機化合物の場合にも容易に分離が可能となり、フッ素化
生成物の収率を向上させることができる。
【0008】また、アミン類及びエーテル類を原料とし
て用いる場合には、特に顕著な効果が得られる。これら
の有機化合物を例示すると、アミン類としては、トリエ
チルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、
トリペンチルアミン、ジブチルプロピルアミン等のトリ
アルキルアミン;N,N−ジメチルアニリン、ピリジ
ン、4−メチル−オクタヒドロキノリジン等が、又、エ
ーテル類としてはテトラヒドロフラン、テトラヒドロピ
ラン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジヘキ
シルエーテル、テトラヒドロフルフリルアミルエーテ
ル、モルフォリン、N−メチルモルフォリン等が挙げら
れる。
【0009】本発明の電解フッ素化では、上記の有機化
合物をフッ化水素酸に溶解又は分散させて通電される。
フッ化水素酸としては、市販されている無水フッ化水素
酸がそのまま、或いは必要に応じて微量含まれている水
分を予め低電流密度での電解等の公知の方法で除去した
のちに用いられる。
【0010】本発明の方法に於ける電解フッ素化法は、
公知の方法が何等制限なく採用される。
【0011】本発明においては、バッチ式及び連続式の
いずれの方法で電解フッ素化を行っても良いが、特に原
料となる有機化合物とフッ化水素酸とをそれぞれ連続的
に又は間欠的に電解液中に補給して、電解液中における
原料の有機化合物及び中間生成物である種々のフッ素化
有機化合物の濃度及び組成をほぼ定常状態に維持しつ
つ、長期に連続して反応を行う連続式が好適である。こ
の時、これら有機化合物の合計の濃度が一般には2〜4
0重量%、さらには、3〜30重量%の範囲内になるよ
うに選択することが好ましい。
【0012】本発明における電解フッ素化は、電解液を
電解槽の外部に一旦取出しそれを再び電解槽内に供給す
る方法で循環させながら行なわれる。電解液の循環によ
り電解液は電解槽内の陰陽極間をある線速度で移動する
ことになり、この場合の電解液の極間での線速度は1cm
/sec 以上であることが、長期間に亘って電解を行なう
ために好適である。電解槽内での循環の方向は通常上向
きであるが、下向き或いはその他の方向であっても良
い。循環の方向が上向きで、電解槽の下部にフッ素化生
成物の一部やフッ化ニッケルが滞留するような場合に
は、電解槽下部の弁を連続的に又は間欠的に開いてそれ
らを抜き出せば良い。電解液の循環の手段は、ポンプを
用いる等の公知の方法で行なうことができる。
【0013】循環ライン中に循環槽を設置する目的は、
反応の進行に伴い生成して沈降してくるパーフルオロ有
機化合物を主体とするフッ素化生成物を効率的に電解液
から分離すること、及び安定に電解を行なうために電解
液の保持量を大きくすること等である。循環槽の構造と
しては、電解液中に細かく分散しているフッ素化生成物
の重力沈降による分離性が良好なものが好ましい。この
ために、電解液の出入口における循環槽内の電解液の乱
れを小さくする為の工夫をしたり、電解液の滞在時間を
長くするために槽内に堰を設置したりすることもでき
る。通常、同じく循環ライン中に設置されるクーラー等
との位置関係については、特に限定されない。又、循環
槽の電解槽に対する高さの関係についても特に限定され
ない。一般には、電解槽内の電極の下方より導入された
電解液が電極の上方でオーバーフローにより循環槽に流
入し、更にクーラーを通った後に再び電解槽に供給され
る方法が好適である。
【0014】本発明の最大の特徴は、電解槽から排出さ
れる電解液を炭素−水素結合を有する有機化合物を予め
フッ素化して得たパーフルオロ有機化合物中に通した
後、パーフルオロ有機化合物と電解液との混合液からパ
ーフルオロ有機化合物を分離することにある。ここで、
炭素−水素結合を有する有機化合物を予めフッ素化して
得たパーフルオロ有機化合物は、本発明の方法によって
得られたパーフルオロ有機化合物であってもよく、ま
た、他の方法によってフッ素化されてものであっても良
く、さらに、市販品であっても良い。上記パーフルオロ
有機化合物は一部水素原子が残存した不完全フッ素化物
を含んでいても良い。
【0015】電解槽から排出される電解液をパーフルオ
ロ有機化合物中に通すやり方としては、専用の槽を設け
てその中にパーフルオロ有機化合物を張り込み、循環す
る電解液をこの中に流入させれば良い。勿論、循環槽の
一部を仕切って部屋を設け、そこにパーフルオロ有機化
合物を張り込んでも同じことである。パーフルオロ有機
化合物中に通す電解液の流速があまり速いと、パーフル
オロ有機化合物が電解液とともに循環して電解槽中に流
れ込むために、電解液の流速はパーフルオロ有機化合物
が流出しない程度が良い。
【0016】場合によっては、循環槽の下部にパーフル
オロ有機化合物の比較的厚い層を形成させ、その中に循
環する電解液を流入させる方法を採用することもでき
る。
【0017】こうしてパーフルオロ有機化合物中に電解
液を通した後、得られる電解液とパーフルオロ有機化合
物との混合液からパーフルオロ有機化合物が分離され
る。パーフルオロ有機化合物の分離は、通常は循環槽中
にパーフルオロ有機化合物と電解液との混合液とを供給
し、パーフルオロ有機化合物が比重差により自然に沈降
することによって行われる。循環槽の下部に沈降したパ
ーフルオロ有機化合物は循環槽から抜き出される。
【0018】こうして得られたパーフルオロ有機化合物
中には少量の水素原子が残存した不完全フッ素化物が含
まれる。
【0019】目的とするパーフルオロ有機化合物の沸点
が低い場合、一部は電解槽から気体となって排出される
こともあり、これを冷却して回収することもできる。
【0020】
【効果】本発明の方法により、電解槽に供給される電解
液中に含まれるフッ素化生成物の量が著しく低減され、
その結果、パーフルオロ有機化合物を含むフッ素化生成
物が電解槽中で電解を受けることによる分解が防止で
き、これにより、フッ素化生成物の収量が増大する。本
発明によれば、パーフルオロ有機化合物の量も増える
が、特に不完全フッ素化合物の収量の増加が著しい。
【0021】従って、不完全フッ素化物をさらにフッ素
化してパーフルオロ有機化合物に変換する方法と本発明
とを組み合わせると、パーフルオロ有機化合物の収量の
増大が期待できる。
【0022】
【実施例】実施例 面積5.6dm2(幅8cm、高さ70cm)、厚さ2mmの一
対のニッケル製陰陽極 が4mmの間隔で配置されている
モネル製の電解槽を用いて、ジプロピルエチルアミンの
電解フッ素化を行なった。まず、モネル製の循環槽(容
量10l、内径20cm、高さ約30cm、下部はやや円錐
形になっている)に、水および金属成分を含まない無水
フッ化水素酸6lとジプロピルエチルアミンをその濃度
が8重量%となるように供給した。この混合液をポンプ
を用いて、電極間の線速度が14cm/secとなるよう
に、電解槽の下部より供給しながら、19.6Aで定電
流電解を開始した。電解槽の上部よりオーバーフローす
る電解液は、モネル製の容器(内径12cm、高さ50c
m)に張り込んだジプロピルエチルアミンの電解フッ素
化生成物約4lの液面下に供給してこれをくぐらせた
後、再び循環槽に戻すようにした。なお、循環槽におけ
る電解液の出入口は、槽の側面の対称的な位置(高さ約
12cm)に設けた。また、電解槽および循環槽を外部か
ら冷却して、電解液の温度を約−12℃に維持した。
【0023】電解フッ素化反応によって発生する水素ガ
スは、電解槽の上部に設置した−50℃の還流冷却器を
通して排出した。反応中に電解液の量を一定に保つよう
に無水フッ化水素酸を連続的に補給した。通電開始後、
まもなくジプロピルエチルアミンの循環槽への供給を開
始し、電解液中の全アミンの濃度が約23重量%でほぼ
一定となるようにした。フッ素化生成物は循環槽の下部
より間欠的に抜き出した。定常状態における電圧は約
5.8Vで、一日あたりのジプロピルエチルアミンの供
給量(平均値)は56.0gであった。
【0024】定常状態におけるフッ素化生成物の一日あ
たりの平均の取得量とガスクロマトグラフィーにより測
定したその組成は次のとおりであった。
【0025】フッ素化生成物の取得量 187g/日 その組成 パーフルオロジプロピルエチルアミン
64% 不完全フッ素化物 30% その他のパーフルオロ化合物(分解生成物) 6%
【0026】なお、上記不完全フッ素化物はフッ素ガス
で処理することにより、高収率でパーフルオロジプロピ
ルエチルアミンに変換できることを確認した。
【0027】比較のために、電解槽よりオーバーフロー
する電解液を直接循環槽に供給した点以外は、上記実施
例の場合と同様に実験を行なった。この場合の結果は、
次のとおりであった。
【0028】フッ素化生成物の取得量 151g/日 その組成 パーフルオロジプロピルエチルアミン
55% 不完全フッ素化物 16% その他のパーフルオロ化合物(分解生成物)29%
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C25B 1/00 - 9/04 C25B 13/00 - 15/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素−水素結合を有する有機化合物とフ
    ッ化水素酸とを含む電解液を電解槽と循環槽との間を循
    環させて電解フッ素化してパーフルオロ有機化合物を製
    造する方法に於いて、電解槽で電解フッ素化に供された
    電解液を、炭素−水素結合を有する有機化合物を予めフ
    ッ素化して得たパーフルオロ有機化合物中に通した後、
    電解液とパーフルオロ有機化合物の混合液からパーフル
    オロ有機化合物を分離することを特徴とするパーフルオ
    ロ有機化合物の製造方法。
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