JP4205325B2 - トリフルオロメチルハイポフルオライトの製造方法 - Google Patents

トリフルオロメチルハイポフルオライトの製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機合成用の試薬、半導体製造用のクリーニングガス、エッチングガス等に有用なトリフルオロメチルハイポフルオライト（以下、ＣＦ3ＯＦ）の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＦ3ＯＦは、一般に、二フッ化カルボニル（以下、ＣＯＦ2）とフッ素（以下、Ｆ2）を金属フッ化物触媒の存在下で反応させることにより合成される。例えば、Ｊ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｃｈｅｍ．，３，４１（１９７３／７４）には、種々の金属フッ化物触媒を充填した密閉容器内にＣＯＦ2とＦ2を導入し、バッチ法にてＣＦ3ＯＦを合成する方法が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、量産化を目的として、製造装置を設計する場合、従来のバッチ法は、原料の導入、生成物の抜出し等の余分な工程が必要であり、量産化設備としては、生産効率の面で好ましくない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、金属フッ化物からなる触媒を充填した反応器に、ＣＯＦ2とＦ2の混合ガスを流通するという反応方式により、ＣＦ3ＯＦの生産効率を向上できる方法を見出し、本発明に至ったものである。
【０００５】
すなわち、本発明は、フッ化セシウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、またはフッ化バリウムからなる触媒を充填した反応器に、該触媒の設定温度を−８０〜６０℃の範囲として５ｃｍ／ｓｅｃ以下の線速で、二フッ化カルボニルとフッ素の混合ガスを流通させることを特徴とするトリフルオロメチルハイポフルオライトの製造方法を提供するものである。
【０００６】
本発明において、ＣＯＦ2とＦ2の混合ガスを流通させる管の材質には、Ｆ2に耐え得るようなステンレス鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、ニッケル合金、銅、白金、銀、フッ素系樹脂を用いる。
【０００７】
本発明で用いる触媒としては、フッ素と反応しない触媒が好ましく、反応速度、生成物の純度の面で、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＢａＦ２が好ましい。
【０００８】
触媒の設定温度は、
【０００９】
ＫＦを触媒として用いる場合、触媒の設定温度範囲は、−８０〜６０℃、好ましくは、２０〜６０℃である。２０℃未満の温度範囲では、反応速度が若干低下し、６０℃以上になるとＣＦ4の副生を伴う。
【００１０】
ＲｂＦを触媒として用いる場合、触媒の設定温度範囲は、−８０〜６０℃、好ましくは、４０〜６０℃である。４０℃未満の温度範囲では、反応速度が低下し、６０℃以上になるとＣＦ4の副生を伴う。
【００１１】
ＣｓＦを触媒として用いる場合、触媒の設定温度範囲は、−８０〜６０℃である。−８０℃未満の温度範囲では、原料ガスとしてＣＯＦ2を使用する場合、ＣＯＦ2の沸点が−８５℃であるため反応器中で液化する懸念があるため好ましくない。６０℃以上になるとＣＦ4の副生を伴うため好ましくない。
【００１２】
ＢａＦ2を触媒として用いる場合、触媒の設定温度範囲は、−８０〜６０℃、好ましくは、０〜６０℃である。０℃未満の温度範囲では、反応速度が若干低下し、６０℃以上になるとＣＦ4の副生を伴う。また、市販の金属フッ化物の中には、フッ化物以外の水分、炭酸塩、硫酸塩等の不純物が混入しているため、あらかじめ反応温度以上の温度でフッ素処理をすることが好ましい。
【００１３】
本発明において、ＣＯＦ2とＦ2との混合比（Ｆ2／ＣＯＦ2のモル比）は、１〜５の範囲が好ましく、さらに好ましくは、１〜２の範囲で適宜選択する。混合比が低い場合、すなわちＦ2が少ない場合には、未反応のＣＯＦ2が多くなり好ましくない。一方、混合比が高い場合には、Ｆ2ベースのＣＦ3ＯＦの収率が低下してしまう。
【００１４】
混合ガスの線速は、用いる触媒によって適宜選択すればよいが、５ｃｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。５ｃｍ／ｓｅｃ以上の線速で混合ガスを流通した場合、反応器内での通過速度が速く反応が未完結のまま終了するためＣＦ3ＯＦの生成率が低下してしまう。また、触媒の充填高さは、特に限定されないが、５ｃｍ／ｓｅｃ以上の線速を維持したまま生成率を向上させるために触媒の充填高さを高くしすぎるとガス閉塞が生じる恐れがある。また、線速の下限は、特に限定されないが、生産性を考慮すれば０．１ｃｍ／ｓｅｃ以上が好ましい。
【００１５】
反応圧力は、反応温度、空塔速度に合わせて適宜選択すればよいが、通常は、取り扱いが容易な大気圧付近を選択するのが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
ＣｓＦを５０ｇ充填したＳＵＳ３０４製反応器（２５Ａ×７００ｍｍ）に室温（２５℃）にて１００％Ｆ2を１０７ＫＰａ封入し、触媒のＦ2処理を行った。１０Ｈｒ後、反応器内を真空Ｈｅ置換を行い、Ｈｅを１００ＫＰａ封入した後、触媒温度を０℃に冷却し、ＣＯＦ2およびＦ2をマスフローコントローラーにて、それぞれ、２００ｓｃｃｍ、２４０ｓｃｃｍの流量（線速：１．４ｃｍ／ｓｅｃ）、圧力１００ＫＰａで反応器内に導入した。導入３０ｍｉｎ後、反応器出口ガスを液体Ｎ2温度（−１９５℃）に冷却したＳＵＳ３０４トラップに全量回収した後、トラップ捕集ガス温度を−１１５℃に昇温し、脱Ｆ2処理を行った。脱Ｆ2処理を行った後のトラップ捕集ガスをＧＣ−ＭＳ（質量分析計）、ＦＴ−ＩＲ（ＦＴ赤外分光光度計）で分析した結果、ＣＦ3ＯＦが９９．４ｖｏｌ％、ＣＯＦ2が０．１ｖｏｌ％、ＣＯ2が０．５ｖｏｌ％であった。
【００１８】
比較例１
触媒のＦ2処理および混合ガス導入時の触媒温度を８０℃にする以外は、実施例１と同様の条件で行った。脱Ｆ2処理を行った後のトラップ内捕集ガスを分析した結果、ＣＦ3ＯＦが８８．５ｖｏｌ％、ＣＯＦ2が５．５ｖｏｌ％、ＣＯ2が３．０ｖｏｌ％、ＣＦ4が３ｖｏｌ％であった。
【００１９】
実施例２〜４、比較例２〜４
実施例１と同様の反応器内に圧力１００ＫＰａにて表１、表２に示した触媒、反応条件で混合ガスを導入した。脱Ｆ2処理を行った後のトラップ捕集ガスをＧＣ−ＭＳ、ＦＴ−ＩＲで分析し、その結果を表１、表２に示した。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法により、触媒を充填した反応器内に特定の線速で原料混合ガスを導入することで、高純度のＣＦ3ＯＦを連続的に製造することが可能となり、バッチ法に比べ生産効率を格段に向上させることができる。

Claims (1)

  1. フッ化セシウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、またはフッ化バリウムからなる触媒を充填した反応器に、該触媒の設定温度を−８０〜６０℃の範囲として５ｃｍ／ｓｅｃ以下の線速で、二フッ化カルボニルとフッ素の混合ガスを流通させることを特徴とするトリフルオロメチルハイポフルオライトの製造方法。
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