JP2956024B2 - ポリフルオルクロル−及びペルフルオルカルボン酸クロリドの製法 - Google Patents

ポリフルオルクロル−及びペルフルオルカルボン酸クロリドの製法

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/58Preparation of carboxylic acid halides

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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単体塩素の添加下に、
ポリフルオルクロル−及びペルフルオルカルボン酸クロ
リドを製造する方法、特にトリフルオルアセチルクロリ
ド、クロルジフルオルアセチルクロリド及びペルフルオ
ルプロピオニルクロリドを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリフルオルクロル−及びペルフルオル
カルボン酸クロリドは、化学合成、例えば薬学及び農業
化学薬品の製造の際の中間体である。
【0003】クロルジフルオルアセチルクロリドは、化
学合成で、例えば染料製造で種々様々の方法で使用でき
る中間体である。アルキル−及びアリールハロゲン化物
は、フッ化カリウム及びヨウ化銅の存在下に、クロルジ
フルオルアセチルクロリドの誘導体、即ちメチルエステ
ルによりトリフルオルメチル化することができる。従
来、クロルジフルオルアセチルクロリドは、西独特許
(DE−OS)第1917630号明細書中に記載され
るように、水銀化合物及びクロル硫酸オキシドの存在下
に、発煙硫酸又はSO3を用いるCF2ClCCl3の加
溶媒分解により製造された。前記メチルエステルは、ジ
フルオルカルベンの製造用前生成物でもある(G.A.Wheat
on und D.J.Donald:J.Fluorine Chem.8(1976)、97〜100
頁参照)。ジフルオルカルベンは、殺虫剤の製造の際に
使用される(欧州特許(EP−A)第198791号明
細書(米国特許(US−A)第4701563号明細
書)参照)。トリフルオルメチル−フェニル水銀及びこ
の種の他の化合物からジフルオルカルベンを製造するこ
とは、環境的見地から問題がある。
【0004】トリフルオルアセチルクロリドも、化学合
成において重要な中間体である。トリフルオルエタノー
ルとの反応は、水素添加により2分子のトリフルオルエ
タノールに開裂されうる、相当するエステルをもたら
す。トリフルオルエタノールは、乾燥法及び精製法でも
使用できる溶剤である。
【0005】ペルフルオルプロピオニルクロリドは、化
学合成における中間体である。例えば、これに水素添加
して2,2,3,3,3−ペンタフルオルプロパノール
にすることができ;この化合物は、1−クロル−2,
2,2−トリフルオルエチル−ジフルオルエチルエーテ
ルと混合して、冷滑剤として又は精製法及び乾燥法で好
適である(西独特許(DE−O)第4227130号明
細書参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、水銀
化合物無添加で実施でき、かつ高い選択率及び高い反応
速度で高い収率をあげる、ポリフルオルクロルカルボン
酸クロリド及びペルフルオルカルボン酸クロリドの製
法、特にトリフルオルアセチルクロリド、クロルジフル
オルアセチルクロリド及びペルフルオルプロピオニルク
ロリドの製法を示すことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明の方法
により解決される。本発明による、式:RCFXC
(O)Cl(式中、Rは、フッ素又はC−原子1〜10
個を有するペルフルオル化されたアルキルを表し、かつ
Xは塩素又はフッ素を表す)の化合物の製法において、
式:RCFXCHCl2(式中、R及びXは、前記のも
のを表す)の化合物を単体塩素の添加下に、気相で、酸
素と反応させ、その際、波長λ≧290nmの光を用い
て活性照射を行うことを意図とする。Rは、有利にフッ
素又はペルフルオル化されたC1〜C3−アルキル、特に
フッ素又はペルフルオル化されたメチル又はペルフルオ
ル化されたエチルを表す。
【0008】照射のために、例えば290nm以上の波
長(λ≧290nm)の(UV−)光のみを送波する照
射ランプ(例えばフィリップス−蛍光管)を使用するこ
とができる。ここでは、石英ガラスを通す照射が可能で
ある。これらの変法のための唯一の仮定(前提条件)
は、これらのランプが単体塩素の吸収領域で放射するこ
とである。又は、例えば、290nmより下の範囲(λ
<290nm)で数本の線も送波する照射ランプ(例え
ばHg−中圧照射装置又は高圧照射装置)も使用するこ
とができる。この変法では、290nm以上の光(λ≧
290nm)のみ透過させ、即ちλ<290nmを有す
る短波長の照射分は濾去するガラスを通して照射すべき
である。これに特に好適なのは、例えばホウケイ酸塩−
ガラスである。このようなガラスは、通常、B237〜
13%、SiO270〜80%、更にAl232〜7%
及びNa2O+K2O4〜8%並びにアルカリ土類金属酸
化物0〜5%を含有する。ホウケイ酸塩ガラスの公知の
商品名は、ジュラン(Duran)、パイレックス(Pyrex;登
録商標:以後省略)及びソリデックス(Solidex)である。
一方で、記載の波長を上回る光を送波する照射ランプを
使用し、かつ補足的に、記載の波長を上回る光に対して
透過性である(即ち記載の波長を下回る光に対しては、
相応して非透過性である)ガラスを使用するように行う
こともできるのは自明である。
【0009】ドーピング剤に基づき、主に290nm以
上の波長領域で又はその波長領域でのみ送波するHg−
高圧ランプも照射のために特に好適である。Hg−高圧
照射装置は、例えば254nmの領域に正に集中的にバ
ンドを有し、これは、前記のように、例えばホウケイ酸
塩−ガラスにより濾去される。金属ヨウ化物がドーピン
グされたHg−高圧照射装置の場合には、これらの線は
著しく抑制される。そのようなドーピングされた照射装
置の場合の、しばしば不釣合に大きい変換率の上昇は、
意想外である。ヨウ化ガリウムがドーピングされたHg
−高圧照射装置、特にヨウ化タリウム又はヨウ化カドミ
ウムがドーピングされた照射装置を用いると、変換率及
び選択率に関して優れた結果が得られる。そのような照
射装置の使用の際にも、λ<290nmを有する短波長
の照射分を濾去するガラスを使用するのが有利である。
【0010】装置構成部品上への凝縮をもたらさないよ
うな反応温度及び圧力に関して実施するのが有利であ
る。200℃迄、有利には50〜130℃の温度範囲で
反応を実施するのが有利である。減圧で作業でき、有利
には1〜10気圧(絶対)の圧力で作業する。特に有利
には、圧力をかけずに作業する。「圧力をかけない」の
概念は、本発明の範囲では、反応混合物に、周囲圧(即
ち、約1気圧)、酸素ガス(もしくは酸素含有ガス;例
えば空気を使用することができる)及び塩素の運搬圧及
び反応の際に生じる塩化水素ガスにより場合により生じ
る圧力の他には付加的な圧力が作用しないことを意味す
る。
【0011】本方法は、バッチ法で又は連続的に実施で
き、その際、反応を貫流装置中で実施するのが有利であ
る。出発物質(相応する水素及びハロゲンを含有する出
発化合物、塩素及び酸素)を連続的に貫流装置に供給
し、かつ供給量に相応して連続的に反応生成物を取り出
すようにして行うのが有利である。
【0012】出発化合物RCFXCHCl2と単体塩素
とのモル比は、例えば100:1〜1:1の広い範囲で
変動しうる。出発化合物と単体塩素とのモル比が、10
0:1〜3:1、有利に50:1〜5:1の範囲にある
場合に、特に良好な結果が得られる。
【0013】出発化合物RCFXCHCl2と酸素との
モル比も広い範囲で変動しうる。有利には、出発化合物
1モル当たり少なくとも0.5モルの酸素を使用するの
が有利である。出発化合物と酸素とのモル比が、1:
0.5〜1:20、特に1:1.1〜1:3の範囲にあ
る場合に、特に良好な結果が得られる。その際、酸素は
空気の形か又はO2/不活性ガス−混合物として、有利
には純粋酸素として使用することができる。
【0014】式:RCFXCHCl2の必要な出発物質
は公知であるか又は標準方法により製造可能である。イ
リジウム触媒を使用する際の1.1.1.2.2.−ペ
ンタフルオル−3.3.3−トリクロルプロパン及び水
素からの1.1.1.2.2.−ペンタフルオル−3.
3−ジクロルプロパン(HCFC 225ca)の製造
は、例えば特開平4−210653号明細書中に記載さ
れる。次いで前記HCFC 225caは、本発明によ
る方法で引き続き加工されてペルフルオルプロピオン酸
クロリドになる。
【0015】特に有利な実施形は、トリフルオルアセチ
ルクロリド、クロルジフルオルアセチルクロリド及びペ
ルフルオルプロピオニルクロリドの製造に関する。
【0016】この有利な実施形は、一般式:CF2XC
(O)Cl(式中、X=CF3、Cl又はFを表す)の
化合物の製造を包含し、かつHCFC 225ca、
1.1−ジフルオル−1.2.2−トリクロルエタン
(HCFC 122)もしくは1.1.1−トリフルオ
ル−2.2−ジクロルエタン HCFC 123と酸素
とを、単体塩素の添加下に、波長λ≧290nmの光で
照射下に、気相で反応させることを特徴とする。この実
施形に基づき、本発明を詳説する。
【0017】活性照射は、少なくとも部分的にUV−領
域にある光を照射する照射装置で実施するのが有利であ
る。例えばHg−高圧−及び中圧照射装置が好適であ
る。蛍光管、例えば350nmで選択放射するフィリッ
プス蛍光管も使用できる。相応する装置構成部品用製作
材料として、UV−透過性材料が推奨される。照射装置
が波長290nmを上回る光を送波する場合には、記載
のように、石英を使用することができる。他の場合に、
又は選択的に、前記ホウケイ酸塩ガラスを使用する。
【0018】生成物純度に関しては、反応の際に水はで
きるだけ僅かであることが望ましい。所望の場合には、
随伴された水を反応成分から公知の方法で、乾燥剤、例
えば乾燥パール、五酸化燐又は濃硫酸との接触により除
去することができる。
【0019】反応容器中での平均滞留時間は、有利に
0.1〜30分である。特に照射装置(貫流装置)のラ
ンプ仕事率及び幾何的パラメーターに依存する、最適な
平均滞留時間は、簡単な小実験及び生成物流の分析によ
り、例えばガスクロマトグラフィーによりみつけること
ができる。
【0020】より良好な変換率及び高い選択率は、特定
の仕事率の唯一の照射ランプの代わりに、2個以上の、
仕事率は弱いが全仕事率は同じであるランプを、直列に
接続された反応器中で使用する場合に達成することがで
きる。例えば反応器中の好適な取付け物による、反応混
合物の良好な回転もしばしば有利である。
【0021】本方法は、幾つかの意想外の利点を提供す
る。例えば、ホウケイ酸塩ガラスを使用する場合は、こ
れは、腐食性反応生成物により侵されないか、又は場合
によっては極めて小さく侵されるだけである。単体塩素
(塩素化された副産物は全く見られないかもしくは痕跡
のみである)の必須の使用にもかかわらず、特に金属ヨ
ウ化物がドーピングされたHg−高圧照射装置の使用の
際に、高い選択率の際の高い変換率も意想外である。
【0022】E.O.エドネイ、B.W.ガイ Jr.
及びD.J.ドリスコル(E.O.Edney,B.W.Gay Jr. und
D.J.Driscoll)によるJ.Atmos.Chem.12
(2)(1991)、105〜120頁での公表から、
フーリエ−変換−IR方法により、塩素の存在下でのH
CFC 123の酸化が検査された科学的な検査は、確
かに既に公知である。その際、減圧での検査を、たまた
まパイレックスガラスからなるIR−測定セル中で実施
した。波長λ≧290nmの光を用いる適切な照射は、
特にドーピングされた照射装置を使用する際に、高い選
択率及び収率で工業的に有利に進行する特定のカルボン
酸クロリドのそのような製法の使用を可能にするという
知識が、本願明細書の発明者による検査で初めてもたら
された。
【0023】
【実施例】次の例により、本発明を詳説するが、本発明
は、この範囲に限られるものではない(例1は比較例で
あり、他の例は本発明による)。
【0024】例1:(比較例) 増感剤としての塩素を用い、石英ガラスを通す、酸素を
用いるCF2Cl−CHCl2(HCFC 122)の光
化学的酸化によるクロルジフルオルアセチルクロリドの
連続的製造。
【0025】
【化1】
【0026】光分解−浸漬直立反応器(Tauchschachtrea
ktor)400ml中に、CF2Cl−CHCl2(T=1
50℃の前気化機から)及び純粋酸素からなる混合物
(モル比1:1.4)をガス状で、Cl210モル%
(HCFC 122に対して)と一緒に、反応器内温度
100℃で供給し、その間、ヘレウス(Heraeus)のHg
−高圧照射装置TQ718(500Wに調整)を用い
て、石英ガラスを通し照射した。HCFC122の配量
は、0.91モル/30分であった。反応器をでていく
ガス流は、生成物クロルジフルオルアセチルクロリド7
2.4%及び1,1−ジフルオルテトラクロルエタン
(112a)4.7%を含有した。122の変換率は9
9%であり、選択率は72%であった。
【0027】例2:増感剤としての塩素を用い、ホウケ
イ酸塩ガラスを通す、酸素を用いるCF2Cl−CHC
2(HCFC 122)の光化学的酸化によるクロル
ジフルオルアセチルクロリドの連続的製造。
【0028】
【化2】
【0029】光分解−浸漬直立反応器400ml中に、
CF2Cl−CHCl2(HCFC122;T=150℃
の前気化機から)及び純粋酸素からなる混合物(モル比
1:1.4)をガス状で、Cl210モル%(HCFC
122に対して)と一緒に、反応器内温度100℃で
供給し、その間、ヘレウスのHg−高圧照射装置TQ7
18(700Wに調整)を用いて、パイレックスガラス
を通し照射した。HCFC 122の配量は、0.91
モル/30分であった。反応器をでていくガス流は、
1,1−ジフルオルテトラクロルエタン(112a)
0.3%と共に、生成物クロルジフルオルアセチルクロ
リド93.0%を含有した。HCFC 122の変換率
は69%であり、選択率は93%であった。
【0030】例3:例2と同じバッチ及び実施であるが
塩素ガス24モル%(HCFC 122に対して)を用
いる。反応器を離れるガス流は、1,1−ジフルオルテ
トラクロルエタン(HCFC 112a)1.0%と共
に生成物クロルジフルオルアセチルクロリド92.8%
を含有した。HCFC 122の変換率は94%であ
り、選択率は93%であった。
【0031】例4:例2をジュラン−50(Duran-50:
登録商標;以後省略)−ガラス製装置を使用して繰り返
した。結果は例2の結果に相当した。
【0032】例5:例3をジュラン−50−ガラス製装
置を使用して繰り返した。結果は例3の結果に相当し
た。
【0033】例6 増感剤としての塩素を用い、ホウケイ酸塩ガラスを通
す、酸素を用いるCF3−CHCl2(HCFC 12
3)の光化学的酸化によるトリフルオルアセチルクロリ
ドの連続的製造。
【0034】
【化3】
【0035】光分解−浸漬直立反応器400ml中に、
CF3−CHCl2(T=100℃の前気化機から)及び
純粋酸素からなる混合物(モル比1:1.2)をガス状
で、Cl238モル%(HCFC 123に対して)と
一緒に、反応器内温度100℃で供給し、その間、ヘレ
ウスのHg−高圧照射装置TQ718(700Wに調
整)を用いて、パイレックス−ガラスを通し照射した。
HCFC 123の配量は、0.96モル/30分であ
った。反応器をでていくガス流は、1,1,1−トリク
ロルトリフルオルエタン(113a)1.1%と共に、
生成物トリフルオルアセチルクロリド98.6%を含有
した。HCFC 123の変換率は71%であり、選択
率は99%であった。
【0036】例7:例6と同じバッチ及び実施である
が、塩素ガス16モル%(HCFC 123に対して)
を用い、かつモル比HCFC 123/O2=1:1.
7で行う。変換率は96%であり、選択率は97%であ
った。
【0037】例8:例6をジュラン−50−ガラス製装
置を使用して繰り返した。結果は例6の結果に相当し
た。
【0038】例9:例7をジュラン−50−ガラス製装
置を用いて繰り返した。結果は例7の結果に相当した。
【0039】例10:光源としてドーピングされた照射
装置を使用し、ジュラン(パイレックス)−ガラスを通
して、酸素を用いてCF3CHCl2を光化学的酸化させ
ることによるトリフルオルアセチルクロリドの製造。
【0040】例10.1: 照射源:ヨウ化ガリウムがドーピングされたHg−高圧
照射装置
【0041】
【化4】
【0042】光分解−浸漬直立反応器400ml中に、
CF3−CHCl2(T=100℃の前気化機から)及び
純粋酸素からなる混合物(モル比1:1.17)をガス
状で、Cl220モル%(123に対して)と一緒に、
反応器内温度100℃で供給し、その間、ヘレウスのH
g−高圧照射装置TQ718Z1(500Wに調整)を
用いて、パイレックス−もしくはジュラン 50−ガラ
スを通し照射した。123の配量は、0.96モル/3
0分であった。反応の選択率は100%であり(GC−
分析)、変換率は45%であった(ランプ仕事率を50
0Wに調整)。
【0043】例10.2: 照射源:ヨウ化タリウムがドーピングされたHg−高圧
照射装置
【0044】
【化5】
【0045】光分解−浸漬直立反応器400ml中に、
CF3−CHCl2(T=100℃の前気化機から)及び
純粋酸素からなる混合物(モル比1:1.18)をガス
状で、Cl220モル%(123に対して)と一緒に、
反応器内温度100℃で供給し、その間、ヘレウスのH
g−高圧照射装置TQ718Z2(500Wに調整)を
用いて、パイレックス−もしくはジュラン 50−ガラ
スを通し照射した。123の配量は、0.96モル/3
0分であった。反応の選択率は98%であり、変換率は
83%であった(ランプ仕事率を500Wに調整)。
【0046】例10.3: 照射源:ヨウ化カドミウムがドーピングされたHg−高
圧照射装置
【0047】
【化6】
【0048】光分解−浸漬直立反応器400ml中に、
CF3−CHCl2(T=100℃の前気化機から)及び
純粋酸素からなる混合物(モル比1:1.23)をガス
状で、Cl220モル%(123に対して)と一緒に、
反応器内温度100℃で供給し、その間、ヘレウスのH
g−高圧照射装置TQ718Z3(500Wに調整)を
用いて、パイレックス−もしくはジュラン50−ガラス
を通し照射した。123の配量は、0.96モル/30
分であった。反応の選択率は100%であり、変換率も
100%であった(ランプ仕事率を500Wに調整)。
【0049】ドーピングされた照射装置の使用の際に、
減じられたランプ仕事率にもかかわらず、著しい変換率
の増加が見られることは、例10.1〜10.3から引
用できる。
【0050】例11: 減じられたランプ仕事率の場合に、ドーピングされてい
ない照射装置を用いるトリフルオルアセチルクロリドの
製造 例10.1を同様にして繰り返した。しかしながら、こ
の場合には、ヘレウスのドーピングされていないHg−
高圧照射装置TQ718を使用し、ランプ仕事率は、例
10.1と同じように500Wであった。選択率は10
0%であり(GC)、変換率は41%であった。
【0051】例12:増感剤としての塩素を用い、ジュ
ラン−ガラスを通す、酸素を用いるCF3CF2CHCl
2(225ca)の光化学的酸化によるペンタフルオル
プロピオン酸クロリドの製造。
【0052】
【化7】
【0053】光分解−浸漬直立反応器400ml中に、
CF3CF2CHCl2(純度98%;T=130℃の前
気化機から)及び純粋酸素からなる混合物(モル比1:
1.6)をガス状で、Cl220モル%(225caに
対して)と一緒に、反応器内温度100℃で供給し、そ
の間、ヘレウスのHg−高圧照射装置TQ718(70
0Wに調整)を用いて、パイレックスもしくはジュラン
50−ガラスを通し照射した。225caの配量は、
0.25モル/15分であった。反応器をでていくガス
流は、ガスクロマトグラムにより、その総含有率を10
0%と設定された炭素含有生成物に対して、ペンタフル
オルプロピオン酸クロリド96.2%を含有した。従っ
て選択率は96.2%であり、変換率は61.5%であ
った。
【0054】反応生成物の後処理(塩素の分離)は、反
応器−ガス流をアルコールに通すか(酸塩化物のエステ
ル化)又は分別微蒸留(トリフルオルアセチルクロリド
は圧力カラムが有利である)により、全ての実験で行っ
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 592165314 Hans−Bockler−Allee 20,D−30173Hannover,BR D (72)発明者 ケルスティン アイヒホルツ ドイツ連邦共和国 ランゲンハーゲン イム ケリングスモール 38 (56)参考文献 特開 平7−118197(JP,A) 特開 昭60−78935(JP,A) 米国特許5259938(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 51/58 - 51/64 C07C 53/46 - 53/50

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式:RCFXC(O)Cl(式中、R
    は、フッ素又はC−原子1〜10個を有するペルフルオ
    ル化されたアルキルを表し、かつXは塩素又はフッ素を
    表す)の化合物の製法において、式:RCFXCHCl
    2(式中、R及びXは、前記のものを表す)の化合物を
    単体塩素の添加下に、気相で、酸素と反応させ、その
    際、波長λ≧290nmの光で活性照射を行うことを特
    徴とする、式:RCFXC(O)Clの化合物の製法。
  2. 【請求項2】 反応は、貫流装置中で実施する、請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 連続的に、出発物質を供給し、かつ反応
    生成物を取り出す、請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 圧力をかけずに作業する、請求項1から
    3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 出発化合物RCFXCHCl2と単体塩
    素とのモル比は、100:1〜3:1の範囲にある、請
    求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 出発化合物RCFXCHCl2と酸素原
    子(O2)とのモル比は、1:0.5〜1:20の範囲
    にある、請求項1から5までのいずれか1項記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 トリフルオルアセチルクロリドの製造の
    ためには、1.1.1−トリフルオル−2.2−ジクロ
    ルエタン(HCFC 123)から出発し、クロルジフ
    ルオルアセチルクロリドの製造のためには、1.1−ジ
    フルオル−1.2.2−トリクロルエタン(HCFC
    122)から出発し、又はペンタフルオルプロピオニル
    クロリドの製造のためには、1.1.1.2.2−ペン
    タフルオル−3.3−ジクロルプロパン(HCFC 2
    25ca)から出発する、請求項1から6までのいずれ
    か1項記載の方法。
  8. 【請求項8】 反応は、200℃迄の温度で実施する、
    請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】 貫流装置中の平均滞留時間は0.1〜3
    0分である、請求項2から8までのいずれか1項記載の
    方法。
  10. 【請求項10】 金属ヨウ化物がドーピングされたHg
    −高圧照射装置を使用する、請求項1から9までのいず
    れか1項記載の方法。
  11. 【請求項11】 ヨウ化ガリウム、ヨウ化タリウム又は
    ヨウ化カドミウムがドーピングされたHg−高圧照射装
    置を使用する、請求項10記載の方法。
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