JP4091964B2 - フッ素化された化合物の製造 - Google Patents
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Description
発明の分野
特定されたプロセス条件下にペンタフルオロフェノキシド塩をヘキサフルオロプロピレンオキシドと反応させることによりペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテル(pentafluorophenoxy substituted perfluoroethers)を製造するための改良された方法が本発明において記載される。モノマーの製造のための中間体として有用な得られる生成物はしばしば改良された収率で得られ、及び/又はオゾン破壊溶媒(ozone depleting solvents)の使用は大幅に減少又は回避される。
特定されたプロセス条件下にペンタフルオロフェノキシド塩をヘキサフルオロプロピレンオキシドと反応させることによりペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテル(pentafluorophenoxy substituted perfluoroethers)を製造するための改良された方法が本発明において記載される。モノマーの製造のための中間体として有用な得られる生成物はしばしば改良された収率で得られ、及び/又はオゾン破壊溶媒(ozone depleting solvents)の使用は大幅に減少又は回避される。
パーフッ素化ペンタフルオロフェノキシ置換ビニルエーテルはパーフルオロエラストマーのキュアサイトモノマー(curesite monomers)として有用である。これらの化合物は、ペンタフルオロフェノキシド塩(PFPS)とヘキサフルオロプロピレンオキシド(HFPO)とを反応させてアシルフルオリド基(acyl fluoride group)を含有する対応するペンタフルオロフェニル置換エーテルを生じさせることにより製造することができる。次いでアシルフルオリドをビニルエーテルに転換し、それにより所望のモノマーを形成することができる。
PFPSとHFPOとの反応において、大気のオゾンレベルを減少させるように作用しうる高度にフッ素化された(ときには塩素化もされている、いわゆるCFC化合物)溶媒が典型的には使用されてきた。またこれらの方法における典型的な問題は、式C6F5O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF、式中nは0又は低級整数(lower integer)である、において“n”により表された所望の特定のオリゴマーの高い収率を得ることであった。故に、オゾン破壊化合物の使用を排除し及び/又は所望のオリゴマーをより選択的に生成させるこのような化合物を製造する方法を得ることは望ましいであろう。
発明の要約
本発明は、本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約0℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造することを含んで成り、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量はこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとする、
ペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第1の製造方法に関する。
本発明は、本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約0℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造することを含んで成り、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量はこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとする、
ペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第1の製造方法に関する。
本発明は、本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、式C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を触媒量(catalytic amount)のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて式C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(II)の化合物を製造することを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第2の製造方法にも関する。
(a)本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約0℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造し、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、そして
(b)(I)を加熱して式C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を製造し、
(c)本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、(III)を触媒的有効量(catalytically effective amount)のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて式C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(IV)の化合物を製造すること、
を含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第3の製造方法も本発明において開示される。
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、そして
(b)(I)を加熱して式C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を製造し、
(c)本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、(III)を触媒的有効量(catalytically effective amount)のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて式C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(IV)の化合物を製造すること、
を含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第3の製造方法も本発明において開示される。
(a)本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約0℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造し、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、
(b)プロセス条件下に液体であるパーフッ素化化合物(perfluorinated compound)を加え、次いで、
(c)およそ少なくとも約1当量のHFPOを加えながら約25℃〜約50℃に加熱して、式 C6F5O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF(V)、式中nは1〜5の整数である、の化合物を製造する、
ことを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第4の製造方法も本発明において記載される。
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、
(b)プロセス条件下に液体であるパーフッ素化化合物(perfluorinated compound)を加え、次いで、
(c)およそ少なくとも約1当量のHFPOを加えながら約25℃〜約50℃に加熱して、式 C6F5O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF(V)、式中nは1〜5の整数である、の化合物を製造する、
ことを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの第4の製造方法も本発明において記載される。
発明の詳細
本発明で述べた第1の方法では、成分の1つはPFPSであり、これはときにはアルカリ金属ペンタフルオロフェノキシドと呼ばれることがある。好ましいPFPSにおいては、アルカリ金属はナトリウム又はカリウム、更に好ましくはカリウムである。存在しうる異なるアルカリ金属イオンは異なる速度で所望の反応又は他の副反応を促進することがあるので、特に所望の生成物を得るのに使用される(下記参照)温度及び正確な(exact)溶媒混合物に関して第1方法の条件を調節することが必要でありうる。これらの条件のいくらかは実施例に例示されておりそして他は簡単な実験により容易に決定することができる。
本発明で述べた第1の方法では、成分の1つはPFPSであり、これはときにはアルカリ金属ペンタフルオロフェノキシドと呼ばれることがある。好ましいPFPSにおいては、アルカリ金属はナトリウム又はカリウム、更に好ましくはカリウムである。存在しうる異なるアルカリ金属イオンは異なる速度で所望の反応又は他の副反応を促進することがあるので、特に所望の生成物を得るのに使用される(下記参照)温度及び正確な(exact)溶媒混合物に関して第1方法の条件を調節することが必要でありうる。これらの条件のいくらかは実施例に例示されておりそして他は簡単な実験により容易に決定することができる。
第1の方法においては溶媒混合物を使用する。この混合物はプロセス温度で液体でなければならず、少なくともPFPSの一部を溶解しなければならず(好ましくはプロセス温度で少なくとも約25g/L、更に好ましくは少なくとも約50g/L、特に好ましくは100g/L)、そしてHFPO又はPFPSと有意に反応すべきではない(即ち化学的に不活性であるべきである)。溶媒混合物中の2つの(又はそれより多くの)化合物の割合を簡単な実験により調節して所望の生成物の収率を最大にすることができる。混合物のための有用な溶媒は、1,2−ジメトキシエタン、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、テトラヒドロフラン等のような第2の化合物の1種又は1種より多くと組み合わせたテトラグリムを包含する。好ましい第2の化合物は1,2−ジメトキシエタン及び塩化メチレンである。溶媒混合物がテトラグリム少なくとも5容量%及び第2の化合物(1種又は複数種)少なくとも5容量%(総計)を含有することも好ましい。テトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン及び/又は塩化メチレンが溶媒混合物として使用される場合には、テトラグリムは溶媒混合物の約80〜約95容量%であることが好ましい。
第1の方法では、温度は約−30℃〜約−15℃であることが好ましい。PFPSに対するHFPOのモル比は約1.0〜約1.15であることも好ましい。この方法を行う好ましい方法は、溶媒混合物にPFPSを加え、所望の温度に冷却し、次いで温度を制御することができるような速度でHFPOを加えることである。反応を行うのに他の方法を使用することもできるが、発熱反応期間中温度を制御することができるように注意を払うべきである。
第1の方法の最初の生成物は、アシル置換ペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルのフッ化カリウム塩(I)である。このカリウム塩は、転換を達成するのに十分な時間の期間にわたり約20℃〜約150℃、好ましくは約25℃〜約100℃の温度で典型的には減圧下に加熱することによりアシルフルオリド(本発明の第2の方法の出発物質である)に転換することができる。この時間の期間は、大抵は反応の規模(溶媒混合物の第2の化合物を除去するのに必要な時間を含めて)に依存して、典型的には1時間〜1日である。アシルフルオリド(III)は、蒸留により単離することができる。溶媒混合物中に使用された化合物が所望の生成物とは実質的に異なる沸点を有するならば、蒸留はより容易である。
本発明の第2の方法においては、出発物質は、第1の方法の(中間)生成物を加熱することにより製造されるアシルフルオリド(III)である。触媒的に有効量のフッ化物イオン源も存在し、そして好ましくはフッ化物イオン源はフッ化カリウムである。フッ化カリウムの有用な量は、加えられたアシルフルオリドの量の約2〜10モル%である。
溶媒混合物は第2の方法においても存在する。この混合物は、本質的にアジポニトリル[NC(CH2)4CN]及びテトラグリム[CH3O(CH2CH2O)4CH3]から成ることができる。溶媒混合物中のこれらの成分の各々は混合物の少なくとも5容量%であることが好ましく、そしてアジポニトリルは溶媒混合物の約75〜約95容量%であることが更に好ましい。アジポニトリルの代わりに、ベンゾニトリル又は他の同様なニトリルを使用することができる。テトラグリムの代わりに、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン又は他の同様なエーテルを使用することができる。
第2の方法では、温度は約30℃〜約50℃であることが好ましい。最初のアシルフルオリドに対するHFPOのモル比は約1.0〜約1.2であることも好ましい。この方法を実行する好ましい方法は、所望の温度に調節しながら、最初のアシルフルオリド及び触媒を溶媒混合物(該溶媒混合物にそれが少なくとも部分的に可溶性である)に加え、次いで温度を制御するような速度でHFPOを加えることである。反応を行うのに他の方法を使用することもできるが、発熱反応期間中温度を制御することができるように注意を払うべきである。
認められるとおり、本発明の第3の方法は、第1の方法と第2の方法の組み合わせであり、そして第1及び第2の方法についての検討及び好ましい項目のすべて及び(III)を製造するための(I)の加熱は、第3の方法のそれらのそれぞれの部分に同様に当てはまる。
あるいは、所望の最終生成物(上記した第2の方法の生成物)を製造するのに第4の方法を実施することができる。第1の方法を行った後、プロセス条件下に液体である完全にパーフッ素化された化合物を加え、典型的には最初の溶媒混合物の容積に対して約半分乃至同等な容積のパーフッ素化液体を加え、次いでおよそ少なくとも1当量のHFPOを加えながらプロセス成分を約25℃〜約50℃に加熱する。加えられたHFPOの量が大きければ大きい程、(V)における“n”は平均して高いであろう。有用なパーフッ素化液体はパーフルオロ(n−ブチルテトラヒドロフラン)、ヘキサフルオロプロピレン環状二量体及び他の相対的に低沸点のパーフッ素化(ポリ)エーテルを包含する。次いで所望の生成物を蒸留により単離することができる。
本発明の方法のすべてにおいて、水分及び酸素、特に水分を排除することは好ましい。何故ならば、それらは望まれない副反応を生じそして所望の生成物の収率を減少させうるからである。故に反応成分は好ましくは乾燥されているべきである。これらの方法は成分の合理的に良好な混合を確実にするために撹拌されるべきである。
実施例において、下記の略号が使用される。
FC−75 −アメリカ合衆国、ミネソタ州、ミネアポリスの3M・カンパニーから入手可能なパーフルオロ(n−ブチルテトラヒドロフラン)
GC −ガスクロマトグラフィー
グリム −1,2−ジメトキシエタン
(HFPO)2−エステル −CF3CF2CF2OCF(CF3)C(O)OC6F5
GC −ガスクロマトグラフィー
グリム −1,2−ジメトキシエタン
(HFPO)2−エステル −CF3CF2CF2OCF(CF3)C(O)OC6F5
実施例において、生成物はときにはx/yアダクト、ここx及びyは整数である、と呼ばれる。xは分子中のペンタフルオロフェノキシ基の“モル”の数であり、そしてyは分子中のHFPO単位の数を表す。“エステル”は対応するアシルフルオリドのペンタフルオロフェニルエステルを指す。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、窒素配管に取り付けられた組み合わせ(combination)HFPO添加口(addition port)及びドライアイスコンデンサー、及び固体添加口(反応容器中に延びている接合されたガラス管)を備えた約1000mLの樹脂がま(resin kettle)を乾燥させ、次いで乾燥テトラグリム(200mL)、グリム(1,2−ジメトキシエタン)(22mL)及びC6F5OK(40.09g、180ミリモル)を加えた。固体が添加されると温度を約30℃に増加させた。次いで混合物を−35℃に冷却した。HFPO(13.9g、83.7ミリモル)をマスフローコントローラー(mass flow controller)を使用して加え、そして反応混合物の温度を−35゜〜−40℃に維持した。混合物を段階的に(約0.5時間)−10℃に加温し、そしてGC分析のためにサンプリングし、GC分析は、(面積%):1/1COF=86%、1/2COF=5%、1/1C6F5エステル=8%、1/2C6F5エステル=1%の官能当量(functional equivalents)を示した。
別の33gのHFPO(199ミリモル)を、温度を約−15℃に維持しながら、撹拌された混合物に加えた。添加が完了すると、混合物を0℃に加温しそしてGCにより分析した。これは、(面積%):1/1COF=13%、1/2COF=58%、1/3COF=19%、1/4COF=5%、1/1C6F5エステル=<1%、1/2C6F5エステル=5%の官能当量を示した。
上記の分布を証明しそして上記混合物のプロセッシング特性を検討するために、それをカニューレにより移動させ、そして7Pa、76℃までのオーバーヘッド温度で真空移動させた。フルオロカーボン及びテトラグリムは主として(しかし完全にではなく)別々の層にあり、それ故この部分は再蒸留されて97.4ミリモルに相当する1/2アダクト48.3gを与えた。添加したC6F5OKを基準として、これは97.4/180=54%収率であり、これは粗製反応混合物のGC分析により推定された予想値に極めて近い。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサー、及び固体添加口(反応容器中に延びている接合されたガラス管)を備えた約1000mLの樹脂がまを乾燥させ、次いで乾燥テトラグリム(200mL)、グリム(22mL)及びC6F5OK(40.04g、180ミリモル)を加えた。次いで混合物を−35℃に冷却した。HFPO(33.0g、199ミリモル)をマスフローコントローラーを使用して加え、そして反応混合物の温度を−31℃゜〜−35℃に維持した。−35℃で20分の後、混合物を段階的に(約0.5時間)−10℃に加温し、そしてGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=89.5%、1/2COF=7.6%、1/1C6F5エステル=2.9%、1/2C6F5エステル=検出されない、の官能当量を示した。
FC−75(108g)を反応器に加え、そして混合物を10℃に加温した。別の33gのHFPO(199ミリモル)を、温度を約10℃に維持しながら、撹拌された混合物に加えた。添加が完了すると、混合物を室温に加温した。頂部層及び底部層のGC分析を別々に行った。頂部層は、(相対的面積%):1/1COF=15%、1/2COF=66%、1/3COF=18%、1/4COF=1%、1/1C6F5エステル=<1%、の官能当量を示した。標準としてテトラグリムシグナルを使用して、フルオロカーボン物質約78%が炭化水素相にまだ存在していることが明らかとなった。底部層は、(相対的面積%):1/1COF=1%、1/2COF=39%、1/3COF=43%、1/4COF=15%、1/5COF=2%、のファンクショナル・イクイバレントを示した。全体の組成を決定するために、低沸点物質を13Paで集め、そしてヘッド温度がテトラグリムの温度に達した後、短い時間にわたり蒸留を続けた。得られる底部層のGC分析は、(相対的面積%):1/1COF=12%、1/2COF=61%、1/3COF=23%、1/4COF=4%、を示した。少量のみの1/1及び1/2アダクトが頂部層に存在しており、そしてこれを頂部層とともに排出した後最終蒸留に進んだ。これにより1/2アダクト44.5gを得た。
粗製反応混合物から得られた選択性値は対照反応(control reaction)とほぼ同じであったが、これはFC−75がこの温度における分布に殆ど影響がないことを意味している。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサー、及び固体添加口(反応容器中に延びている接合されたガラス管)を備えた約1000mLの樹脂がまを乾燥させ、次いで乾燥テトラグリム(225mL)、グリム(25mL)及びC6F5OK(40.04g、180ミリモル)を加えた。次いで混合物を−35℃に冷却した。HFPO(33.0g、199ミリモル)をマスフローコントローラーを使用して加え、そして反応混合物の温度を−31℃゜〜−35℃に維持した。−35℃で20分の後、混合物を段階的に(約0.6時間)−10℃に加温し、そしてGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=89.7%、1/2COF=7.5%、1/1C6F5エステル=2.8%、1/2C6F5エステル=検出されない、の官能当量を示した。
FC−75(100mL)を反応器に加え、そして混合物を35℃に加温した。別の33gのHFPO(199ミリモル)を、温度を約35℃に維持しながら、撹拌された混合物に加えた。添加が完了すると、混合物を40分間撹拌し、次いで室温に冷却させた。頂部層及び底部層のGC分析を別々に行った。次いで全体の揮発性部分をテトラグリムの沸点まで集めた。得られる移動させられた物質(transferred material)を0℃に冷却すると2つの層が得られ、そして少ない頂部層は非常に少量の生成物のみを含んでいた。底部層は、(相対的面積%):1/1COF=6%、1/2COF=69%、1/3COF=24%、1/4COF=2%、を示した。少量のみの1/1及び1/2アダクトが頂部層に存在しており、そしてこれを頂部層とともに排出した後最終蒸留に進んだ。
これは、4.6gの1/1アダクト及び56.0gの1/2アダクトの蒸留収率を与えた。これは126.8ミリモル/180ミリモル=70.4%の全体収率に相当した。
250mLのフィッシャー/ポルター容器(Fisher/Porter vessel)にC6F5OCF(CF3)COF(24.7g、74.8ミリモル)、11mLの9/1アジポニトリル/テトラグリム及び噴霧乾燥されたフッ化カリウム(0.35g、6ミリモル)を加えた。圧力ヘッドを取り付け、内容物を固体のかなりの部分(significant portion)が溶解する(went into solution)につれて0.5時間撹拌した。この装置をHFPO配管に取り付けそして25℃に制御された浴に入れた。HFPO(11.9g、71.7ミリモル)を30分にわたり加えた。内部温度は添加期間中29℃に増加した。圧力は0.5時間後にほぼ大気圧に戻った。底部層のGC分析は下記の組成を示した。
成分 面積%
HFPO二量体+三量体 4.3
1/1アダクト 12.0
1/2アダクト 78.2
1/3アダクト 5.5
HFPO二量体+三量体 4.3
1/1アダクト 12.0
1/2アダクト 78.2
1/3アダクト 5.5
別の1.78g(10.7ミリモル)のHFPOを加え、そして反応混合物を圧力が大気圧に戻るまで撹拌した。底部層をGCにより分析した。
成分 面積%
HFPO二量体+三量体 6.4
1/1アダクト 5.6
1/2アダクト 80.1
1/3アダクト 7.9
HFPO二量体+三量体 6.4
1/1アダクト 5.6
1/2アダクト 80.1
1/3アダクト 7.9
別の0.89g(5.4ミリモル)のHFPOを加え、そして混合物を圧力が大気圧に戻るまで撹拌した。底部層をGCにより分析した。
成分 面積%
HFPO二量体+三量体 6.3
1/1アダクト 3.0
1/2アダクト 81.1
1/3アダクト 9.6
HFPO二量体+三量体 6.3
1/1アダクト 3.0
1/2アダクト 81.1
1/3アダクト 9.6
反応器の内容物をカニューレによりフラスコに移し、そして底部層を分離し、そして1.9kPaで短い回転バンドカラム(short spinning band column)を使用して蒸留して、1/2アダクト総計27.6g(1/1アダクトを基準として74%)を得た。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサー、及び固体添加口(反応容器中に延びている接合されたガラス管)を備えた約1000mLの樹脂がまを乾燥させ、次いで乾燥グリム(200mL)を加え、そして−50℃に冷却した。HFPO添加管は反応器中に溶媒レベル近くに延びていた。固体添加管は、反応器の中心に向けて排出するように向けられていた。撹拌器はブレードを取り付けられたガラスディスクであった。HFPO(16.5g、99ミリモル)をマスフローコントローラーを使用して加え、次いで反応混合物の温度を−78℃に下げた。次いで別の16.5gのHFPOを約0.5g/分で加え、その間同時にC6F5OK(40.15g、180ミリモル)をグーチ管(Gooch tubing)の部分(section)を使用して約45分の期間にわたって加えた。−78℃で1時間にわたり撹拌した後、混合物を−60℃に加温した。溶液をGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=76%、1/2COF=11%、1/1C6F5エステル=10%、1/2C6F5エステル=3%、の官能当量を示した。
反応器内容物をカニューレを使用して蒸留用の単一口フラスコに移し、次いで揮発分を真空下に除去した。ポットに残っている固体を生成物液体でコーティングし、そうしてフラスコを加熱してできるだけ多くの生成物を追い出し、減圧下の蒸留により41.52gの1/1アダクト及び4.61gの1/2アダクトが得られ、これは75%の合わせたモル収率(combined molar yield)に相当する。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサー、及び固体添加口(反応容器中に延びている接合されたガラス管)を備えた約1000mLの樹脂がまを乾燥させ、次いで乾燥グリム(50mL)を加え、そして−50℃に冷却した。HFPO添加管は反応器中へと溶媒レベル近くに延びていた。また、固体添加管は、反応器の中心に向けて排出するように向けられていた。撹拌器は底部にテフロンRリングを取り付けられたガラスシャフトであった。HFPO(6.00g、36ミリモル)をマスフローコントローラーを使用して加え、そして同時にC6F5OK(8.03g、36mm)を、グーチ管の部分(section)を使用して約8分の期間にわたって加えた。−50℃で5〜10分撹拌した後、溶液をGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=81%、1/2COF=3%、1/1C6F5エステル=15%、の官能当量を示した。
混合物をFC−75(25mL)で処理し、10℃に加温しそしてHFPO(7.2g、第2段階添加では20%過剰)で処理し、そして20分間撹拌した。底部層のGC分析は、1/1COF=12.6%、1/2COF=67.1%、1/3COF=11%、1/1C6F5エステル=1.2%、1/2C6F5エステル=7.3%を示した。(エステル値は、エステルが主としてグリム層中にあるので低く現れる)。
反応器の内容物をポリエチレンカニューレを使用してフラスコに移した(制御された部分真空下の受け器)。溶媒の一部をこのポットから蒸留した(大気圧)。次いで揮発分の残りを適度に熱を加えて真空下に移動させて固体KFから揮発分を追い出した。GC分析は、1/1COF=18%、1/2COF=73%、1/3COF=9%を示した。
上記成分の素性(identity)を確認するため及び(HFPO)2−エステルのないことを証明するために、真空移動させられた(vacuum−transferred)液体を減圧下に再び蒸留して1/1アダクト1.55g及び1/2アダクト6.34gを得た。1/2アダクトの19FNMR(CDCl3):−77.61及び−84.59(ABパターン、J=142Hz、1つのジアステレオマーにたいするOCF2)及び−78.41及び−85.09(ABパターン、J=142Hz、1つのジアステレオマーにたいするOCF2、2Fについて合わせた面積)、−79.55(重なっているm、CF3、3F)、−82.30(s、CF3、3F)、−130.9(CF、1F)、−139.24(t、J=18.3Hz)及び−139.53(t、J=18.1Hz、OC6F5に隣接したCF、1F)、−150.8(m、2F)、−155.4(m、1F)、−161.8(m、2F)、26.7(m、COF、1F)。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、及び窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサーを備えた250mLの三つ口丸底フラスコに、カリウムペンタフルオロフェノキシド(8.03g、36ミリモル)、乾燥グリム(50mL)及びFC−75(35mL)を加えた・混合物を約−78℃に冷却し、そして撹拌は依然として機能しているけれども、実質的量の固体が沈殿しそしてフラスコの壁に粘着した。HFPO(6.0g、36ミリモル)を加え(3〜4分)、固体は消失した。−78℃で20分間撹拌した後、混合物を0℃に段階的に加温した。頂部層をGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=90%、1/2COF=2%、1/1C6F50エステル=8%を示した。
次いで混合物を25℃に加温し、別の6.00gのHFPOで処理した(取り込みが遅いので約15〜20分にわたって添加)。混合物を一夜撹拌した。下部層のGC分析は下記の組成を示した。
酸フルオリドの分布
1/1COF=27%
1/2COF=67%
1/3COF=6%
1/1COF=27%
1/2COF=67%
1/3COF=6%
エステルの総面積フラクション(total area fraction)は約5%であった。
1/1アダクトの転換は所望されるよりも低いと判断されたので、別の3.0gのHFPOを再び約24℃で加えた。次いでGCは15/73/12としてのアダクトの分布を示した。アダクトの最終の全体の分布を得るために、揮発分を真空移動させ、次いで溶媒を蒸留して単一層を得た。これをGC分析したところ、アダクトの24%/69%/6%の分布を示した。
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、滴下漏斗、及び窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサーを備えた500mLの四つ口丸底フラスコに、乾燥グリム(25mL)を加え、そして−50℃に冷却した。HFPO(6.00g、36ミリモル)を加え、溶液を約−78℃に冷却した。グリム(50mL)中のC6F5OK(8.03g、36ミリモル)を約15〜20分の期間にわたり加えた。−78℃で5〜10分間撹拌した後、均一な溶液をGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=88%、1/2COF=7%、1/1C6F5エステル=5%、1/2C6F5エステル=<1%の官能当量を示した。
次いで混合物を0℃に加温し、そして30mLのFC−75で処理し、25℃に加温し、そして0.5時間撹拌した。頂部層のGC分析は、アダクト酸フルオリド又はそれらの官能当量の限界近くに減少した(marginally diminished)濃度のみを示した。反応混合物を別の8.00gのHFPOで約15〜20分にわたって処理した。混合物を一夜撹拌した。揮発分を真空移動により除去し、次いで溶媒を均一な生成物溶液が残るまで蒸留した。GC分析は下記の組成を示した。
酸フルオリドの分布
1/1COF=6%
1/2COF=76%
1/3COF=17%
1/4COF=1%
1/1COF=6%
1/2COF=76%
1/3COF=17%
1/4COF=1%
オーバーヘッド撹拌器、熱電対、及び窒素配管に取り付けられた組み合わせHFPO添加口及びドライアイスコンデンサーを備えた500mLの三つ口丸底フラスコに、乾燥グリム(50mL)を加え、そして−50℃に冷却した。HFPO(6.0g、36ミリモル)をマスフローコントローラーを使用して加え、そして同時にグリム(50mL)中のC6F5OK(8.03g、36ミリモル)を約10分の期間にわたって加えた。−50℃で5〜10分間撹拌した後固体の残留部分が消失した。溶液を20℃に加温し、混合物をGC分析のためにサンプリングした。GC分析は、(面積%):1/1COF=86%、1/2COF=5%、1/1C6F5エステル=8%、1/2C6F5エステル=1%の官能当量を示した。
次いで混合物を別の6.00gのHFPOで処理した(約10分にわたって添加)。温度を添加の進行期間中26.3℃に増加させ、そして約15分以内に24℃に降下させた。混合物を1.5時間撹拌した。GC分析は下記の組成を示した。
酸フルオリドの分布
1/1COF=36%
1/2COF=55%
1/3COF=9%
1/1COF=36%
1/2COF=55%
1/3COF=9%
1/1の所望のアダクトへの転換は所望されるよりもはるかに低いと判断されたので、別の4.0gのHFPOを再び約21〜25℃で加えた。混合物を一夜撹拌した後更にGC分析した。
酸フルオリドの分布
1/1COF=19%
1/2COF=60%
1/3COF=17%
1/4COF=4%
1/1COF=19%
1/2COF=60%
1/3COF=17%
1/4COF=4%
HFPO二量体/三量体に転換されたHFPOの割合を決定するために、下部層サンプルをMeOH、水で処理しそして再び分析した。総(HFPO)nエステル量は約14%であった。
冷却浴中に配置された3リットルの多数口(multiport)丸底フラスコは、空気駆動式(air−driven)オーバーヘッド撹拌器、熱源(thermal well)、Y字管により窒素配管に接続されたドライアイスコンデンサー及びガス入口管(フラスコの下方半分に達する)、及びHFPOシリンダーを備えていた。フラスコに222グラム(1モル)のカリウムペンタフルオロフェノキシド、テトラグリム1200ml及びジクロロメタン120mlを加えた。それを激しく撹拌し、そして窒素雰囲気を形成した。
コンデンサーにアセトン及びドライアイスを満たした。上記浴は、浴温度が−40℃を示すまで少しずつ加えられたアセトン及びドライアイスで満たされ、浴温度は−40℃にHFPO添加期間中維持された。フラスコの内容物を−32℃に冷却し、HFPOを約6グラム/分の定常状態で供給し、内部温度を−27℃〜−32℃の範囲に維持した。温度が−27℃以上に上昇したならば、HFPOの添加の速度を減少させた。HFPOの穏やかな還流がドライアイスコンデンサーで見られた。HFPO183グラム[1.10モル、10%過剰]が加えられたとき、HFPOシリンダーを閉じそして反応の条件を追加の30分間維持した。冷却浴を空にし、反応混合物を、撹拌を維持しながら3時間の間+10℃に暖まらせた。反応のサンプルをGCにより分析し、そして1:1アダクト82%、2:1アダクト8%及び酸フルオリドとフェノキシドのエステル6%の混合物であることが見いだされた。他の不純物は総計4%に達した。
反応を蒸発フラスコに移し、低沸点ジクロロメタンを100mmHg及び40〜45℃の浴温度で回転蒸発器において除去した。次いで、内容物をプロパクR(Pro−pakR)316ステンレス鋼製(0.24×0.24インチ)パッキング[Aldrich Chemical Co.,]を充填された30インチ×1インチカラムを備えた2リットルの蒸留器(distilling still)に移した。35mmHgで蒸留を行った。25゜〜55℃の温度範囲の低沸点物(low boilers)を最初に集めた後、生成物の主バルク(main bulk)は55゜〜68℃の温度範囲で安定して(steadily)留出した。それを集めそして重量を測定した。重量は238グラム[C6F5OKを基準として72%収率]であり、そして>97%1:1アダクトであることが見いだされた。更なる蒸留により1:1アダクト[42%]及び2:1アダクト[57%]の混合物15グラムが得られた。
条件は実施例10と同じであった。唯一の変更は溶媒の比であった。この実験では、溶媒はテトラグリム1000mlとジクロロメタン300mlの混合物であった。蒸留前の生成物のGC分析は1:1アダクト85%、2:1アダクト7%及び残りのエステル及び他の未同定不純物を示した。蒸留された収率は248グラム[C6F5OKを基準として75%収率]であり、そして96%の純度であった。
量は実施例10の量と同一であった。反応を−27℃〜−21℃の温度範囲で行った。収率は232グラム[70%収率]であり、そして純度は96%であった。
実施例12と同一であるが、反応温度は−20℃〜−14℃の範囲にあった。収率は188グラム[57%]であった。主要な不純物は総計38%に達するエステルであった。
この実験は、実施例10に述べた条件下に20ガロンのかまで行った。下記の量の薬品及び溶媒を使用した。
C6F5OK 33.31モル =7405グラム
HFPO[15%過剰] 38.3モル =6357グラム
テトラグリム =40リットル
ジクロロメタン =4リットル
HFPO[15%過剰] 38.3モル =6357グラム
テトラグリム =40リットル
ジクロロメタン =4リットル
HFPOとの反応の後、粗製生成物を下記のとおり処理した。大きな[22リットル]回転蒸発器で45℃の浴温度及び200mmHgの真空で、蒸留と同じ速度で蒸発フラスコに粗製生成物を連続的に供給して、粗製生成物からのジクロロメタンを蒸留した。ポットがもはや追加の量[約12リットル]を保持することができなくなったとき、真空を100mmHgに減少させ、そして溶媒がそれ以上受け器に集まってこなくなるまで維持した。フラスコを貯蔵容器へと空にし、そして第2のバッチを同じ手順(routine)に付した。すべての粗製生成物が上記操作に付されたとき、それを12リットルの蒸留器にバッチにおいて移し、1:1アダクトを30mmHgの真空で蒸留した。蒸留された生成物のバルクは7145グラム[65%]の重量であった。それは2:1アダクト3%を伴って95%の純度を有していた。
これは20ガロン[76リットル]のかまで行われた。アジポニトリル[17リットル]及びKF[580グラム、10モル]を窒素雰囲気下にかまに移しそして20分間撹拌した。次いでテトラグリム[1.6リットル]及び蒸留された1:1アダクト[100モル、33キログラム]をかまに移し、そして撹拌を維持しながらかまのジャケットを通して温水[40℃]を循環させることにより内容物を加熱した。内部温度が35℃に達すると、HFPOを35℃〜41℃の範囲の内部温度を維持するような速度で供給した。反応は、非常に少ない還流がドライアイスコンデンサーで見られたとおり速かった。HFPOの添加が完了すると、それを追加の30分間撹拌した。撹拌を停止し、そして15分後下部[大抵は少量の1:1アダクトを有する2:1アダクト層]を除去した。これのサンプルのGC分析は溶媒を示さなかった。それは42.67kgの重量であった。それを蒸留器に移し、真空中で蒸留した。最初、真空を30mmHgに設定し、そして未反応の1:1アダクトを温度が85℃に達するまで蒸留した。40℃より下のヘッド温度の低下により示されるとおりそれ以上の蒸留が見られなくなったとき、真空を6〜10mmHgの範囲に増加させ、そして1:1アダクトを含まない2:1アダクトを68℃〜78℃の沸騰範囲で集めた。蒸留された2:1アダクトは39.6kgの重量であった[収率は加えられた1:1アダクトを基準として80%である]。
以下に本発明の特徴と態様を列挙する。
1.本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約0℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造することを含んで成る、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は、この方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の約1.0〜約1.25倍であるものとする、
ペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造方法。
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は、この方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の約1.0〜約1.25倍であるものとする、
ペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造方法。
2.該アルカリ金属がナトリウム又はカリウムである1項に記載の方法。
3.該アルカリ金属がカリウムである1項に記載の方法。
4.該テトラグリムが該溶媒混合物の約80〜約95容量%である3項に記載の方法。
5.該温度が約−30℃〜約−15℃である3項に記載の方法。
6.該方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量が該方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の約1.0〜約1.15倍である3項に記載の方法。
7.該テトラグリムが該溶媒混合物の約80〜約95容量%であり、そして該温度が約−30℃〜約−15℃である6項に記載の方法。
8.本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、式 C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を触媒的有効量のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(II)の化合物を製造することを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造方法。
9.該溶媒混合物は約75〜約95容量%がアジポニトリルである8項に記載の方法。
10.(II)に対する総HFPOのモル比が約1.0〜約1.2である8項に記載の方法。
11.該フッ化カリウムが(III)の2〜10モル%の量で存在する8項に記載の方法。
12.該温度が約+30℃〜約+50℃である8項に記載の方法。
13.該溶媒混合物は約75〜約95容量%がアジポニトリルであり、(II)に対する総HFPOのモル比が約1.1〜約1.2であり、そして該フッ化カリウムが(II)の2〜10モル%の量で存在する12項に記載の方法。
14.(a)本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約−10℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造し、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、そして
(b)(I)を加熱して、式 C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を製造し、
(c)本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、(IV)を触媒量のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(II)の化合物を製造すること、を含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造方法。
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、そして
(b)(I)を加熱して、式 C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を製造し、
(c)本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、(IV)を触媒量のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(II)の化合物を製造すること、を含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造方法。
15.(b)が約+20℃〜約+150℃で行われる14項に記載の方法。
16.(b)が約+25℃〜約+100℃で行われる14項に記載の方法。
17.(a)本質的にテトラグリム及び1,2−ジメトキシエタン又は塩化メチレン又はそれらの混合物から成る溶媒混合物中で約−60℃〜約0℃の温度でペンタフルオロフェノールのアルカリ金属塩とヘキサフルオロプロピレンオキシドを接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OM(I)、式中Mは該アルカリ金属である、の化合物を製造し、
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、
(b)プロセス条件下に液体である完全パーフッ素化化合物を加え、次いで、
(c)およそ少なくとも1当量のHFPOを加えながら約25℃〜約50℃に加熱して、式 C6F5O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF(V)、式中nは1〜5の整数である、の化合物を製造する、
ことを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造のための第4の方法。
但しこの方法に加えられた該ヘキサフルオロプロピレンオキシドの総モル量は(I)を製造するためにこの方法において存在するペンタフルオロフェノールの該アルカリ金属塩のモル量の1.25倍以下であるものとし、
(b)プロセス条件下に液体である完全パーフッ素化化合物を加え、次いで、
(c)およそ少なくとも1当量のHFPOを加えながら約25℃〜約50℃に加熱して、式 C6F5O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF(V)、式中nは1〜5の整数である、の化合物を製造する、
ことを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造のための第4の方法。
18.該溶媒混合物に比べて約半分乃至ほぼ等しい容積の該パーフッ素化化合物を加える17項に記載の方法。
19.(c)において約1当量の該ヘキサフルオロプロピレンオキシドを加える17項に記載の方法。
Claims (6)
- 本質的にアジポニトリルとテトラグリムから成る溶媒混合物中で約+10℃〜約+80℃の温度で、式 C6F5OCF(CF3)COF(III)の化合物を触媒的有効量のフッ化カリウム及びヘキサフルオロプロピレンオキシドと接触させて、式 C6F5OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COF(II)の化合物を製造することを含んで成るペンタフルオロフェノキシ置換パーフルオロエーテルの製造方法。
- 該溶媒混合物は約75〜約95容量%がアジポニトリルである請求項1に記載の方法。
- (II)に対する総HFPOのモル比が約1.0〜約1.2である請求項1に記載の方法。
- 該フッ化カリウムが(III)の2〜10モル%の量で存在する請求項1に記載の方法。
- 該温度が約+30℃〜約+50℃である請求項1に記載の方法。
- 該溶媒混合物が約75〜約95容量%アジポニトリルであり、(II)に対する総HFPOのモル比が約1.1〜約1.2であり、そして該フッ化カリウムが(II)の2〜10モル%の量で存在する請求項5に記載の方法。
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