JP2773390B2 - ペンタフルオロエタンの製法 - Google Patents
ペンタフルオロエタンの製法Info
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- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は塩素を含まないフルオロカーボン（HFC）の
一種であるペンタフルオロエタンの製法に関するもので
ある。
一種であるペンタフルオロエタンの製法に関するもので
ある。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 近年、冷媒、発泡剤、および溶剤として広く用いられ
ているクロロフルオロカーボン（フロン）によるオゾン
層破壊の可能性が論議され、その製造、使用について規
制される方向にある。現在、オゾンの濃度変化とフロン
との相関については必ずしも明確になっているとは言え
ないが、フロンが紫外線により分解して生成する塩素化
合物がオゾン分解反応の触媒として作用するとされてい
る。そのための代替フロンとしては水素を含有して大気
圏で分解する構造のものが適していると考えられてい
る。例えば、規制対象となっているフロン115（CFC−11
5、化学式:CClF2CF3、沸点＝−39.1℃）の代替候補とし
てはペンタフルオロエタン、すなわちHFC−125（化学
式:CF3CHF2、沸点＝−48.5℃）が有望と考えられてい
る。しかし現在商業的な大量生産は行なわれていない。
HFC−125を製造する方法として可能性のある種々の製造
法の中で、商業的に製造されているクロロペンタフルオ
ロエタン（CFC−115、沸点＝−39.1℃）を原料としこれ
を、水素で還元を行なう方法は高選択的にHFC−125を得
ることが可能である。（次式参照） また、副生成物である塩化水素は蒸留、またはアルカ
リ処理による除去が可能であり、工業的な生産に適して
いる。しかし、クロロペンタフルオロエタンは比較的反
応活性が低く、従って反応率を上げるために反応温度を
高くした場合、脱フッ素水素添加反応が起こりやすくな
り、1,1,1,2,2−テトラフルオロエタン（HFC−134a）、
および1,1,1−トリフルオロエタン（HFC−143a）を生成
しやすいという問題点を有していた。
ているクロロフルオロカーボン（フロン）によるオゾン
層破壊の可能性が論議され、その製造、使用について規
制される方向にある。現在、オゾンの濃度変化とフロン
との相関については必ずしも明確になっているとは言え
ないが、フロンが紫外線により分解して生成する塩素化
合物がオゾン分解反応の触媒として作用するとされてい
る。そのための代替フロンとしては水素を含有して大気
圏で分解する構造のものが適していると考えられてい
る。例えば、規制対象となっているフロン115（CFC−11
5、化学式:CClF2CF3、沸点＝−39.1℃）の代替候補とし
てはペンタフルオロエタン、すなわちHFC−125（化学
式:CF3CHF2、沸点＝−48.5℃）が有望と考えられてい
る。しかし現在商業的な大量生産は行なわれていない。
HFC−125を製造する方法として可能性のある種々の製造
法の中で、商業的に製造されているクロロペンタフルオ
ロエタン（CFC−115、沸点＝−39.1℃）を原料としこれ
を、水素で還元を行なう方法は高選択的にHFC−125を得
ることが可能である。（次式参照） また、副生成物である塩化水素は蒸留、またはアルカ
リ処理による除去が可能であり、工業的な生産に適して
いる。しかし、クロロペンタフルオロエタンは比較的反
応活性が低く、従って反応率を上げるために反応温度を
高くした場合、脱フッ素水素添加反応が起こりやすくな
り、1,1,1,2,2−テトラフルオロエタン（HFC−134a）、
および1,1,1−トリフルオロエタン（HFC−143a）を生成
しやすいという問題点を有していた。
［課題を解決するための手段］ 本還元反応においてはクロロペンタフルオロエタン分
子中のハロゲン原子を引き抜き水素で置き換える。この
場合、反応は次式に示すように逐次的に進行すると考え
られ、反応条件によっては主生成物ペンタフルオロエタ
ンの他に少量のHCF−134aおよびHFC−143aが生成する。
子中のハロゲン原子を引き抜き水素で置き換える。この
場合、反応は次式に示すように逐次的に進行すると考え
られ、反応条件によっては主生成物ペンタフルオロエタ
ンの他に少量のHCF−134aおよびHFC−143aが生成する。
Ｃ−Cl結合はＣ−Ｆ結合に比較しかなり弱いため低い
反応温度では反応ステージで止まりやすく選択的にHF
C−125が得られる。しかし、CFC−115は比較的反応活性
に乏しく高い反応率を得るために反応温度を上げた場
合、結合エネルギーが大きなＣ−Ｆ結合も断ち切られや
すくなりHFC−134a、HFC−143a等の生成量が増加する。
副生成物の中で、HFC−143a（1,1,1−トリフルオロエタ
ン）の沸点は−47.6℃であって、ペンタフルオロエタン
の沸点と極めて近く、分離が困難であるため極力生成を
抑制する必要がある。本発明者は反応条件の最適化につ
いて鋭意検討を行った結果、比較的高い反応率とHFC−1
25の高い選択率を同時に得られる方法を見いだし本発明
を提供するに至ったものである。以下、本発明の詳細に
ついて実施例とともに説明する。
反応温度では反応ステージで止まりやすく選択的にHF
C−125が得られる。しかし、CFC−115は比較的反応活性
に乏しく高い反応率を得るために反応温度を上げた場
合、結合エネルギーが大きなＣ−Ｆ結合も断ち切られや
すくなりHFC−134a、HFC−143a等の生成量が増加する。
副生成物の中で、HFC−143a（1,1,1−トリフルオロエタ
ン）の沸点は−47.6℃であって、ペンタフルオロエタン
の沸点と極めて近く、分離が困難であるため極力生成を
抑制する必要がある。本発明者は反応条件の最適化につ
いて鋭意検討を行った結果、比較的高い反応率とHFC−1
25の高い選択率を同時に得られる方法を見いだし本発明
を提供するに至ったものである。以下、本発明の詳細に
ついて実施例とともに説明する。
CFC、HFCの水素還元に関する詳細な反応メカニズムは
必ずしも明らかにされていないが多くの反応データか
ら、脱ハロゲン水素添加反応は触媒上で吸着解離した水
素原子が触媒表面に吸着しているCFC、HFCに衝突するこ
とにより進行すると推定される。本反応においてHFC−1
34a、HFC−143aの生成反応を抑制するためにはHFC−12
5、HFC−134aの吸着可能なサイト数を減らし、触媒表面
での滞在時間を低減することが有効であり、そのために
は反応分子との吸着サイトとの幾何的整合性を低下させ
るか、または反応分子と同等、またはそれ以上の吸着エ
ネルギーを有する化学種を添加することが有効であると
考えられる。特に、添加する化学種がCFC−115、HFC−1
25に比較して反応活性が低い方が望ましいが、必須条件
ではない。
必ずしも明らかにされていないが多くの反応データか
ら、脱ハロゲン水素添加反応は触媒上で吸着解離した水
素原子が触媒表面に吸着しているCFC、HFCに衝突するこ
とにより進行すると推定される。本反応においてHFC−1
34a、HFC−143aの生成反応を抑制するためにはHFC−12
5、HFC−134aの吸着可能なサイト数を減らし、触媒表面
での滞在時間を低減することが有効であり、そのために
は反応分子との吸着サイトとの幾何的整合性を低下させ
るか、または反応分子と同等、またはそれ以上の吸着エ
ネルギーを有する化学種を添加することが有効であると
考えられる。特に、添加する化学種がCFC−115、HFC−1
25に比較して反応活性が低い方が望ましいが、必須条件
ではない。
反応装置に充填した触媒表面における種々のガスの正
確な吸着エネルギー値を再現性よく得ることは困難であ
る。しかし、大まかな傾向については蒸発潜熱を参考に
して吸着エネルギーの大小を判断することができる。例
えば、活性炭上への種々のガスの吸着エネルギーは蒸発
潜熱の大略２倍程度であることが知られている。
確な吸着エネルギー値を再現性よく得ることは困難であ
る。しかし、大まかな傾向については蒸発潜熱を参考に
して吸着エネルギーの大小を判断することができる。例
えば、活性炭上への種々のガスの吸着エネルギーは蒸発
潜熱の大略２倍程度であることが知られている。
一方、CFC、HCFCの吸着エネルギーの序列は基本的に
は塩素原子数、炭素原子数、多重結合数を基に判断する
ことができる。例えば（２）式に関与する化学種の中で
は下式のような吸着熱の序列が推定される。
は塩素原子数、炭素原子数、多重結合数を基に判断する
ことができる。例えば（２）式に関与する化学種の中で
は下式のような吸着熱の序列が推定される。
CFC−115＞＞HFC−125≧HFC−134a≧HFC−143a （３） これより、反応率が高くなった場合、その結果として
の気相中におけるCFC−115の分圧減少に対応して触媒表
面におけるCFC−115の被覆率が減少すると、HFC−125の
吸着サイトが増加し、HFC134a、HFC−143aの生成量が増
大することが理解される。より正確な議論を行うために
は、触媒金属の電子構造、結晶格子等のパラメータを考
慮して吸着熱は評価されるべきであるが、HFC−125の吸
着を抑制するための添加化合物選択のための判断基準と
して利用可能であることが実施例に示すように実験的に
明らかにされた。具体的には、CFC−115の蒸発潜熱は約
4.6kcal/molであってCFC−115のすべてのフッ素原子が
水素原子に置換された構造を有するエタンのそれは約3.
7kcal/molである。本発明者らは検討の結果、3kcal/mol
以上の蒸発潜熱を有する化合物を添加することによりHF
C−125の触媒表面への吸着を抑制でき、その結果、HFC
−134aおよびHFC−143aの生成を抑制できることを確認
した。また、反応性の低い添加物を選ぶことがより有効
であることも併せて確認された。添加化合物としては、
クロロペンタフルオロエタン以外のハロンゲン化炭化水
素、および炭化水素（炭化水素にあっては特に炭素数１
〜４程度の炭化水素）の中から選ばれる少なくとも１種
である。例えば、エタン、１−クロロ−1,1−ジフルオ
ロエタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロジフルオ
ロメタン、テトラフルオロエタン、ジクロロテトラフル
オロエタン、クロロフルオロメタン、ジクロロトリフル
オロエタン、ジクロロフルオロエタン、トリクロロトリ
フルオロエタン、等が使用できる。
の気相中におけるCFC−115の分圧減少に対応して触媒表
面におけるCFC−115の被覆率が減少すると、HFC−125の
吸着サイトが増加し、HFC134a、HFC−143aの生成量が増
大することが理解される。より正確な議論を行うために
は、触媒金属の電子構造、結晶格子等のパラメータを考
慮して吸着熱は評価されるべきであるが、HFC−125の吸
着を抑制するための添加化合物選択のための判断基準と
して利用可能であることが実施例に示すように実験的に
明らかにされた。具体的には、CFC−115の蒸発潜熱は約
4.6kcal/molであってCFC−115のすべてのフッ素原子が
水素原子に置換された構造を有するエタンのそれは約3.
7kcal/molである。本発明者らは検討の結果、3kcal/mol
以上の蒸発潜熱を有する化合物を添加することによりHF
C−125の触媒表面への吸着を抑制でき、その結果、HFC
−134aおよびHFC−143aの生成を抑制できることを確認
した。また、反応性の低い添加物を選ぶことがより有効
であることも併せて確認された。添加化合物としては、
クロロペンタフルオロエタン以外のハロンゲン化炭化水
素、および炭化水素（炭化水素にあっては特に炭素数１
〜４程度の炭化水素）の中から選ばれる少なくとも１種
である。例えば、エタン、１−クロロ−1,1−ジフルオ
ロエタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロジフルオ
ロメタン、テトラフルオロエタン、ジクロロテトラフル
オロエタン、クロロフルオロメタン、ジクロロトリフル
オロエタン、ジクロロフルオロエタン、トリクロロトリ
フルオロエタン、等が使用できる。
添加成分の量は多くするほど副生物生成抑制効果は大
きくなるが、反応装置の有効利用という点で不利とな
る。従って、通常CFC−115の１モルに対して0.01〜５モ
ル、好ましくは0.05〜２モルが好適である。
きくなるが、反応装置の有効利用という点で不利とな
る。従って、通常CFC−115の１モルに対して0.01〜５モ
ル、好ましくは0.05〜２モルが好適である。
触媒としては、既知の水素化触媒、すなわち白金族元
素、鉄族元素またはレニウムのうちいずれか１種、また
は２種以上を主成分として含む触媒の中で耐酸性を有す
るものが適用可能である。白金族の中では特にパラジウ
ム、白金、ロジウム、ルテニウム等が好適である。担体
としては、例えば、活性炭、アルミナ、ジルコニア等が
好適である。触媒担持量は0.01〜10wt％、好ましくは0.
1〜5wt％が特性、コスト等の点から好適である。なお、
使用に当たってはかかる金属の化合物は少なくとも一部
還元する。
素、鉄族元素またはレニウムのうちいずれか１種、また
は２種以上を主成分として含む触媒の中で耐酸性を有す
るものが適用可能である。白金族の中では特にパラジウ
ム、白金、ロジウム、ルテニウム等が好適である。担体
としては、例えば、活性炭、アルミナ、ジルコニア等が
好適である。触媒担持量は0.01〜10wt％、好ましくは0.
1〜5wt％が特性、コスト等の点から好適である。なお、
使用に当たってはかかる金属の化合物は少なくとも一部
還元する。
水素と原料の割合は大幅に変動させ得る。しかしなが
ら、通常、化学量論量の水素を使用してハロゲン原子を
除去する。出発物質の全モル数に対して、化学量論量よ
りかなり多い量、例えば４倍モルまたはそれ以上の水素
を使用し得る。反応圧力については常圧、または常圧以
上の圧力が使用し得る。
ら、通常、化学量論量の水素を使用してハロゲン原子を
除去する。出発物質の全モル数に対して、化学量論量よ
りかなり多い量、例えば４倍モルまたはそれ以上の水素
を使用し得る。反応圧力については常圧、または常圧以
上の圧力が使用し得る。
反応温度は０℃〜450℃、好ましくは50℃〜350℃、よ
り好ましくは100℃〜350℃とし、液相、または気相で反
応を行なうことが適当である。接触時間は、反応を気相
で行なう場合には通常0.1〜300秒、特には５〜100秒で
ある。
り好ましくは100℃〜350℃とし、液相、または気相で反
応を行なうことが適当である。接触時間は、反応を気相
で行なう場合には通常0.1〜300秒、特には５〜100秒で
ある。
［実施例］ 以下に本発明の実施例を示す。
実施例１ パラジウム触媒を300cc充填した内径2.6cm、長さ100c
mのインコネル600製反応器を塩浴炉中に浸漬した。
mのインコネル600製反応器を塩浴炉中に浸漬した。
水素、クロロペンタフルオロエタン、および１−クロ
ロ−1,1−ジフルオロエタンを2:1:0.3のモル比で反応管
に導入した。水素、出発物質の流量はそれぞれ、100cc/
分、50cc/分、15cc/分とし、反応温度は250℃とした。
酸分を除去した後、−78℃に冷却したトラップに反応粗
液を回収しガスクロ及び19F−NMRを用いて分析した。結
果を第１表に示す。
ロ−1,1−ジフルオロエタンを2:1:0.3のモル比で反応管
に導入した。水素、出発物質の流量はそれぞれ、100cc/
分、50cc/分、15cc/分とし、反応温度は250℃とした。
酸分を除去した後、−78℃に冷却したトラップに反応粗
液を回収しガスクロ及び19F−NMRを用いて分析した。結
果を第１表に示す。
実施例２ 白金触媒を用い、反応原料に水素、クロロペンタフル
オロエタン、および１−クロロ−1,1−ジフルオロエタ
ンを2:1:0.1のモル比で反応管に導入する他は実施例１
と同様にして反応と分析を行った。その結果を第１表に
示す。
オロエタン、および１−クロロ−1,1−ジフルオロエタ
ンを2:1:0.1のモル比で反応管に導入する他は実施例１
と同様にして反応と分析を行った。その結果を第１表に
示す。
実施例３ ロジウム触媒を用い、反応原料に水素、クロロペンタ
フルオロエタン、およびクロロジフルオロメタンを2:1:
0.3のモル比で反応管中に導入する他は実施例１と同様
にして反応と分析を行った。その結果を第１表に示す。
フルオロエタン、およびクロロジフルオロメタンを2:1:
0.3のモル比で反応管中に導入する他は実施例１と同様
にして反応と分析を行った。その結果を第１表に示す。
比較例１ パラジウム触媒を用い、反応原料に水素、およびクロ
ロペンタフルオロエタンを2:1のモル比で反応管に導入
し、反応温度を200℃とする他は実施例１と同様にして
反応と分析を行った。その結果を第２表に示す。
ロペンタフルオロエタンを2:1のモル比で反応管に導入
し、反応温度を200℃とする他は実施例１と同様にして
反応と分析を行った。その結果を第２表に示す。
比較例２ パラジウム触媒を用い、反応原料に水素、およびクロ
ロペンタフルオロエタンを2:1のモル比で反応管に導入
する他は実施例１と同様にして反応と分析を行った。そ
の結果、痕跡量のHFC−134aとともに相当量のHFC−143a
が副生した。（第２表参照） 比較例３ 白金触媒を用いる他は比較例１と同様にして反応と分
析を行った。その結果、痕跡量のHFC−134aとともに相
当量のHFC−143aが副生した。（第２表参照） 比較例４ ロジウム触媒を用いる他は比較例１と同様にして反応
と分析を行った。その結果、痕跡量のHFC−134aととも
に相当量のHFC−143aが副生した。（第２表参照） ［発明の効果］ 本発明は実施例に示したごとく、高純度のペンタフル
オロエタン（HFC−125）を高収率で製造し得るという効
果を有する。
ロペンタフルオロエタンを2:1のモル比で反応管に導入
する他は実施例１と同様にして反応と分析を行った。そ
の結果、痕跡量のHFC−134aとともに相当量のHFC−143a
が副生した。（第２表参照） 比較例３ 白金触媒を用いる他は比較例１と同様にして反応と分
析を行った。その結果、痕跡量のHFC−134aとともに相
当量のHFC−143aが副生した。（第２表参照） 比較例４ ロジウム触媒を用いる他は比較例１と同様にして反応
と分析を行った。その結果、痕跡量のHFC−134aととも
に相当量のHFC−143aが副生した。（第２表参照） ［発明の効果］ 本発明は実施例に示したごとく、高純度のペンタフル
オロエタン（HFC−125）を高収率で製造し得るという効
果を有する。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ (56)参考文献 特開 平１−258632（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−99026（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C07C 19/08 C07C 17/23
Claims (3)
- 【請求項１】クロロペンタフルオロエタンをクロロペン
タフルオロエタン以外のハロゲン化炭化水素、および炭
化水素から選ばれる少なくとも１種の化合物の共存下、
還元触媒を使用して水素で還元を行なうペンタフルオロ
エタンの製法。 - 【請求項２】共存させる化合物の蒸発潜熱が3kcal/mol
以上である請求項１に記載のペンタフルオロエタンの製
法。 - 【請求項３】共存させる化合物が、エタン、１−クロロ
−1,1−ジフルオロエタン、ジクロロジフルオロメタ
ン、クロロジフルオロメタン、テトラフルオロエタン、
ジクロロテトラフルオロエタン、クロロフルオロメタ
ン、ジクロロトリフルオロエタン、ジクロロフルオロエ
タン、又はトリクロロトリフルオロエタンである請求項
１または２に記載のペンタフルオロエタンの製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133994A JP2773390B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | ペンタフルオロエタンの製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2133994A JP2773390B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | ペンタフルオロエタンの製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0429941A JPH0429941A (ja) | 1992-01-31 |
| JP2773390B2 true JP2773390B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=15117906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2133994A Expired - Fee Related JP2773390B2 (ja) | 1990-05-25 | 1990-05-25 | ペンタフルオロエタンの製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773390B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6180840B1 (en) * | 1993-03-05 | 2001-01-30 | Daiken Industries Ltd. | Method of producing 1,1,1,2,2-pentafluoroethane a method of producing 2,-2,-diohloro-1,1,1-trifluorethane and a method of purifying 1,1,1,2 pentafluoroethane |
| EP0743934B1 (en) * | 1994-02-07 | 1999-11-03 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Process for separating pentafluoroethane from a mixture comprising halogenated hydrocarbons and chloropentafluoroethane |
-
1990
- 1990-05-25 JP JP2133994A patent/JP2773390B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0429941A (ja) | 1992-01-31 |
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