JP3840553B2 - (z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの製造方法 - Google Patents

(z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒、発泡剤、洗浄剤として使用されているCFCやHCFCの代替化合物となり得る有用な化合物である(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンよりヘキサフルオロシクロブテンを得る反応としては、アルコール中で亜鉛と反応させる方法〔G. Fuller andJ. C. Tatlow, J. Chem. Soc., 3198(1961)〕などが知られている。
【0003】
しかし、この反応は、多量の溶媒を必要とし、また反応によって生成する塩化亜鉛の処理に多くのコストを要するため、工業的に用いるには有効なプロセスとは言いがたい。
【0004】
また、(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの製造方法としては、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを水素化リチウムアルミニウム(LiAlH4)で還元する方法(上記文献)が知られている。
【0005】
しかしながら、この公知の方法では、目的とする(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの収率は30%と低く、目的物の幾何異性体である(E)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンを多量に副生するため、工業的には適していない。なお、ここで、(Z)とはZ体を意味し、cis体に対応するものであり、また、(E)とはE体を意味し、trans体に対応するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、収率よく(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンを得るために、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンの水素還元反応によって(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンを高収率に製造する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの製造方法について鋭意検討した結果、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを原料として、ロジウムのみからなる触媒(以下、ロジウム触媒と称することがある。)の存在下に水素還元を行えば、高収率、高選択率にて、目的物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。この本発明の方法では、目的生成物の幾何異性体である(E)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンは生成しなかった。
【0008】
即ち、この本発明の要旨は、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを原料として、原料に対して特に2当量以上の水素を用いて、ロジウムのみからなる触媒(ロジウム触媒)の存在下に特に150〜300℃の温度にて水素添加反応を行うことによって、高収率にて、(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンを製造する方法にある。
【0009】
ハロゲン化合物の水素化分解の触媒としては、パラジウム、白金、ロジウム、ラネーニッケルなどが知られているが、パラジウム触媒(後述の比較例1)や白金触媒(後述の比較例2)を用いて1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンの水素還元を行うと、原料の転化率が低いばかりでなく、目的とする(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの幾何異性体である(E)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンも生成し、選択率が低くなる。
【0010】
これに対し、本発明に基いてロジウムのみからなる触媒を用いた場合には、原料の転化率も非常に高く、また幾何異性体である(E)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンがほとんど、もしくは、まったく生成せず、目的生成物である(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンが高い選択率で得られることが明らかになった。
【0011】
触媒の担体としては、通常知られている、活性炭、アルミナ、シリカ、ジルコニアなどから選ばれた少なくとも1種からなる担体を用いることができるが、活性炭が最も好ましく、高い目的物の選択性が得られる。
【0012】
気相反応の方式としては、固定床型気相反応、流動床型気相反応などの方式をとることができる。
【0013】
また、担体の粒径については反応にほとんど影響を及ぼさないが、好ましくは0.1〜10mmが好適である。
【0014】
担持濃度としては、0.05〜10%と幅広いものが使用可能であるが、通常0.5〜5%担持品が推奨される。
【0015】
反応温度は、通常150〜300℃であり、好ましくは175〜250℃である。150℃よりも低い反応温度では、選択率は高いものの、転化率が低下し易く、また300℃を超える反応温度では、副生成物が多量に生成し易い。
【0016】
1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンの上記水素還元反応において、水素と原料の割合は、水素が1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンに対して化学量論量以上であれば、大幅に変動させ得る。しかしながら、通常化学量論量の2〜10倍、特に2〜4倍の水素を使用して水素化を行う。出発物質の全モルに対して、化学量論量よりかなり多い量、例えば10モルまたはそれ以上の水素を使用し得る。過剰の水素は回収して再使用できる。
【0017】
反応の圧力は特に限定されず、加圧下、減圧下、常圧下で可能であるが、減圧下では装置が複雑になるため、加圧下、常圧下で反応を行う方が好ましい。
【0018】
接触時間は、通常0.1〜300秒、特には1〜30秒である。
【0019】
この水素還元反応の原料である1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンは、1,2,2−トリフルオロ−1−クロロエチレン(クロロトリフルオロエチレン)を加圧下、特に2kg/cm2以上の圧力、200〜400℃の温度範囲で気相2量化反応させることによって合成できる。
【0020】
このクロロトリフルオロエチレンの気相2量化反応を常圧下で行うと、500℃以下では転化率が低くなり、また、500℃以上では炭素数4の直鎖化合物の生成による選択率の低下が生じ、工業的な製造方法としては適さなくなる。しかし、この反応を加圧下で行えば、400℃以下においても、良好な転化率、選択率で、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを合成できる。
【0021】
この2量化反応の圧力は、高くするほど、低い温度で高転化率、高選択的に、目的の1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンが得られる。反応圧力をより高圧にすると、反応装置として高耐圧のものが必要であるため、通常、2〜20kg/cm2で反応させるのがよい。
【0022】
この気相2量化反応において、原料のクロロトリフルオロエチレンの流量を小さくすると、転化率が向上するが、適当な充填剤を用いることによっても転化率を向上させ得る。充填剤としては、ガラスビーズ、ニッケルビーズ、球状シリカ、活性炭などを用いることができる。
【0023】
【発明の作用効果】
本発明の方法によれば、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを原料として、ロジウム触媒の存在下に水素添加反応(水素還元)を行うことによって、高収率にて、冷媒、発泡剤、洗浄剤として使用されているCFCやHCFCの代替化合物となり得る有用な化合物である(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンを製造することができる。
【0024】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【0025】
実施例1
内径7mm、長さ150mmのSUS316製反応管に、活性炭に0.5%濃度で担持されたロジウム触媒1gを充填し、窒素ガスを流しながら、電気炉にて225℃に加熱し、所定の温度に達した後、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを1.1ml/分、水素を10.0ml/分の割合で導入した。反応温度は225℃を保った。生成ガスは、水洗後、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表1に示す。
【0026】
実施例2
実施例1と同じ反応装置に、活性炭に3%濃度で担持されたロジウム触媒1gを充填し、窒素ガスを流しながら、電気炉にて225℃に加熱し、所定の温度に達した後、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを1.4ml/分、水素を10.0ml/分の割合で導入した。反応温度は225℃を保った。生成ガスは、水洗後、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表1に示す。
【0027】
実施例3
実施例1と同じ反応装置に、活性炭に3%濃度で担持されたロジウム触媒1gを充填し、窒素ガスを流しながら、電気炉にて250℃に加熱し、所定の温度に達した後、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを1.5ml/分、水素を10.0ml/分の割合で導入した。反応温度は250℃を保った。生成ガスは、水洗後、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表1に示す。
【0028】
実施例4
実施例1と同じ反応装置に、活性炭に3%濃度で担持されたロジウム触媒1gを充填し、窒素ガスを流しながら、電気炉にて150℃に加熱し、所定の温度に達した後、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを1.5ml/分、水素を10.0ml/分の割合で導入した。反応温度は150℃を保った。生成ガスは、水洗後、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表1に示す。
【0029】
比較例1
実施例1と同じ反応装置に、活性炭に0.5%濃度で担持されたパラジウム触媒1gを充填し、窒素ガスを流しながら、電気炉にて200℃に加熱し、所定の温度に達した後、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを1.7ml/分、水素を10.0ml/分の割合で導入した。反応温度は200℃を保った。生成ガスは、水洗後、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表1に示す。
【0030】
比較例2
実施例1と同じ反応装置に、活性炭に0.5%濃度で担持された白金触媒1gを充填し、窒素ガスを流しながら、電気炉にて150℃に加熱し、所定の温度に達した後、1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを1.4ml/分、水素を10.0ml/分の割合で導入した。反応温度は150℃を保った。生成ガスは、水洗後、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表1に示す。
【0031】
【表1】
Figure 0003840553
【0032】
この結果から、本発明に基づく方法では、目的とする(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンが高選択率で得られ、反応温度によって高反応率で得られることが分かる。
【0033】
実施例5
内径2cm、長さ40cmのSUS316製反応管に、直径約1mmのガラスビーズ20mlを充填し、窒素ガスを流しながら、反応管内圧を逆圧調整弁で2kg/cm2にし、電気炉にて300℃に加熱し、所定の温度に達した後、クロロトリフルオロエチレンを18ml/分の割合で導入した。反応温度は300℃を保った。生成ガスは、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表2に示す。
【0034】
実施例6
実施例5と同じ装置に、直径約1mmのガラスビーズ20mlを充填し、窒素ガスを流しながら、反応管内圧を逆圧調整弁で2kg/cm2にし、電気炉にて400℃に加熱し、所定の温度に達した後、クロロトリフルオロエチレンを18ml/分の割合で導入した。反応温度は400℃を保った。生成ガスは、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表2に示す。
【0035】
実施例7
実施例5と同じ装置に、直径約2mmのニッケルビーズ20mlを充填し、窒素ガスを流しながら、反応管内圧を逆圧調整弁で4kg/cm2にし、電気炉にて350℃に加熱し、所定の温度に達した後、クロロトリフルオロエチレンを75ml/分の割合で導入した。反応温度は350℃を保った。生成ガスは、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表2に示す。
【0036】
実施例8
実施例5と同じ装置に、直径約3mmの球状シリカゲル(CARiACT)20mlを充填し、窒素ガスを流しながら、反応管内圧を逆圧調整弁で4kg/cm2にし、電気炉にて350℃に加熱し、所定の温度に達した後、クロロトリフルオロエチレンを75ml/分の割合で導入した。反応温度は350℃を保った。生成ガスは、ガスクロマトグラフィにより分析を行った。結果を下記の表2に示す。
【0037】
【表2】
Figure 0003840553
【0038】
この結果から、クロロトリフルオロエチレンを加圧下で気相2量化反応させることにより、実施例1〜4で原料として用いた1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンが高選択率で得られることが分かる。

Claims (8)

  1. 1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンをロジウムのみからなる触媒の存在下に気相法で水素還元する、(Z)−1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブタンの製造方法。
  2. ロジウムを活性炭、アルミナ、シリカ及びジルコニアのうちから選ばれた少なくとも1種からなる担体に担持した触媒を用いる、請求項1に記載した製造方法。
  3. 担体へのロジウム触媒の担持濃度を0.05〜10%とする、請求項2に記載した製造方法。
  4. 1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンに対して水素を2〜10当量用いる、請求項1〜3のいずれか1項に記載した製造方法。
  5. 反応を150〜300℃の温度範囲で行う、請求項1〜4のいずれか1項に記載した製造方法。
  6. 1,2,2−トリフルオロ−1−クロロエチレンを気相法で2量化反応させることによって1,2−ジクロロヘキサフルオロシクロブタンを合成する、請求項1〜5のいずれか1項に記載した製造方法。
  7. 2量化反応を2〜20kg/cm2の圧力範囲で行う、請求項6に記載した製造方法。
  8. 2量化反応を200〜400℃の温度範囲で行う、請求項6又は7に記載した製造方法。
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