JP4864880B2 - 1,3,3,3−テトラフルオロプロペン及び2,3,3,3−テトラフルオロプロペンの合成方法 - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
発明の分野
本発明は、四フッ化プロペンの製造のための方法に関する。より具体的には、本発明は、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン;CFCH=CHF(HFO−1234ze);の製造のための方法に関する。
発明の背景
テトラフルオロプロペンは、多様なホモポリマー及びコポリマーの製造においてモノマーとして有用であることが知られている。例えば、米国特許3,472,826は、ポリエチレンの生産におけるコモノマーとしてテトラフルオロプロペンを記載している。本発明の譲受人に譲渡されている米国特許出願番号10/694,273は、低い地球温暖化係数を有する冷媒としての、及び多様な様式の発泡体の形成に関連した使用のための発泡剤としての、CFCH=CFHの使用を開示している。さらに、CFCH=CFHは、工業用化学薬品の製造のための中間体として有用な様々な化合物に官能化されることができる。
テトラフルオロプロペン化合物の製造のためのいくつかの方法が知られている。例えば、米国特許6,548,719B1は、概して、相間移動触媒の存在下で式CFC(R )C(R )[式中、R置換基は、少なくとも一つの水素原子と少なくとも一つのハロゲン原子が隣接した炭素原子に存在するとの条件で、当該特許で定義された通りである]の化合物を少なくとも一種のアルカリ金属水酸化物で脱ハロゲン化水素することによる広範なフルオロオレフィンの生産を開示している。この特許は、多くのテトラフルオロプロペンの製造のための効率的で有用な方法を開示しているが、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの製造のための方法を具体的には開示していない。
1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの製造について、米国特許5,986,151に具体的に開示されている。この特許は、CFCH=CFHを与える気相でのCFCHCFHの触媒的脱フッ化水素を含む方法を開示している。1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの製造については、また、米国特許6,124,510に開示されている。この特許も、気相でのCFCHCFHの触媒的脱フッ化水素を含む方法を開示している。これらの特許のそれぞれの方法は、出発反応物質として1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(“245fa”)を単離することが必要であるということによって制限されるという不利があり、そして、それは、費用、利用可能性等の理由のために望ましくない。
発明の要旨
本発明者らは、少なくとも上記の先行技術の欠点を克服する、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの合成のための方法を発見した。
本発明の一つの態様における方法は、概して、(a)式(I):Xの化合物と式(II):CFCH=CHの化合物とを反応させて式(III):CX CHXCHの化合物を含む反応生成物を生産すること[式中、X及びXはそれぞれ、X及びXは双方が水素ではないという条件で、水素、塩素、臭素、フッ素及びヨウ素からなる群から独立に選択される];(b)式(III)のXがフッ素でない場合、式(III)の化合物をフッ素化して式(III):CX CHXCH[式中、Xは上記の通りであり、Xはフッ素である]の化合物を含む反応生成物を生産すること;及び、(c)前記式(III)の化合物を1,3,3,3−テトラフルオロプロペンに変換するのに効果的な反応条件にその化合物をさらすこと;を含む。限定する意図ではなく便宜目的で、この態様の方法を、本明細書において「ハロゲン化水素付加方法」ということがある。
本発明の別の態様における方法は、概して、(a)塩素と式():CHCH=CHの化合物とを反応させて式(II):CClCHClCHClの化合物を含む反応生成物を生産すること;(b)式(II)の化合物をフッ素化して式(III):CFCHClCHFの化合物を含む反応生成物を生産すること;及び、(c)前記式(III)の化合物を1,3,3,3−テトラフルオロプロペンに変換するのに効果的な反応条件に式(III)の化合物をさらすこと;を含む。第一工程がこの態様の方法の好ましい形態にあるので、限定する意図ではなく便宜目的で、この態様の方法を、本明細書において「塩素化方法」ということがある。
従って、本発明は、簡単に入手可能でそして相対的に安価な出発材料から、スケールアップの容易な、CFCH=CFHの生産のための方法に向けられたものである。
好ましい態様の詳細な説明
本発明は、1,3,3,3−テトラフルオロ−2−プロペン:CFCH=CHF(“HFC−1234ze”)のシス−及びトランス−の両方の異性体の生産のための方法に関するものである。
限定する意図ではなく便宜目的で、ハロゲン化水素付加方法と塩素化方法とを、以下で別々に記述する。
ハロゲン化水素付加方法
式(I)の化合物と式(II)の化合物とを反応させる工程は、本明細書に含まれる教示に従って、非常に多くの具体的プロセス条件および工程に従うものであり、そしてそのような変法の総てが本発明の広い範囲に含まれる。例えば、その反応工程は、液相または気相の付加反応を含むことができ、そして、それらは、一般に、触媒される反応が好ましいが、触媒されても触媒されなくてもよい。式(I)のX及びXがそれぞれ、X及びXが同一ではないという条件で、F、Cl、Br及びIから選択される(例えばその化合物がClFである)態様について、その反応工程は、好ましくは、約0℃乃至約100℃の温度で、触媒、好ましくは6属金属の酸化物、例えばV、の存在下に反応物質をさらすことを含むことが好ましい。式(I)のX及びXが同一であって、F、Cl、Br及びIから選択される(例えばその化合物がBrである)態様について、その反応工程(a)は、好ましくは、約−10℃乃至約50℃の温度で、溶媒の存在下に反応物質をさらすことを含むことが好ましい。例えば酢酸、四塩化炭素、クロロホルム及びジクロロメタン等、広範な溶媒を使用することができる。
反応工程(a)がXがフッ素でない式(III)の化合物を生じる態様(式(II)がBrである場合が相当するであろう)では、得られた化合物についてフッ素化が行なわれる。フッ素化条件の多くの変法が本発明の目的に対して効果的であることが考えられ、そしてそのような条件は総て、本発明の広い範囲に含まれる。一般に気相フッ素化が好ましいが、フッ素化を気相または液相で行なうことを考えることができる。気相フッ素化について、概して、HF、好ましくは無水HFガスの存在下、約250℃乃至約500℃の温度で、触媒的気相フッ素化、好ましくはCr−酸化物(Cr)に触媒される気相フッ素化を利用することが好ましい。ある好ましい態様において、フッ素化反応のためにフロー反応器が用いられる。フッ素化反応は、一般に、CFCHXCHF(式中、Xは好ましくはFではない)を含む反応生成物を生じる。
非常に好ましい態様において、フッ素化反応は工程(a)の反応と実質的に同時に起こる。例えば、フッ化水素の存在下で、そしてZhuranl Organicheskoi Khimii, 28(4), 642-80, (1982)(本文献は参照として本明細書に援用される)に開示されているような適切な条件で、工程(a)の反応を実施するような場合である。
本明細書で具体的に開示された好ましい条件以外に、本明細書に含まれている教示を基に、反応工程(a)への良好な結果を伴って、多様な反応条件を利用することができるということが考えられる。
反応工程(a)の後、または存在する場合にはフッ素化工程(b)の後、本発明は、式(III)の化合物:CFCHXCHFを1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む反応生成物を生産するのに効果的な反応条件にさらすことを必要とする。好ましい態様において、このさらす工程は、気相及び/または液相で式(III)の化合物を脱ハロゲン化水素することを含む。本明細書に含まれる教示に従って、良好な結果を伴って、多くの脱ハロゲン化水素工程が利用できることが考えられ、ある態様では、脱ハロゲン化水素工程は、式(III)の化合物を1,3,3,3−テトラフルオロプロペンに変換するのに十分な時間、相対的に高い温度で式(III)の化合物を触媒と接触させることを含む。脱臭化水素については、一般に、式(III)の化合物を触媒の存在下、KOH水溶液中で反応させることが好ましい。ある脱ハロゲン化水素反応は、式(III)の化合物を含むストリームを触媒、好ましくは鉄−ベース触媒、より好ましくはFeCl、の触媒床を含み、約200℃乃至約400℃の温度に維持された反応器に導入し、そしてその条件で約2秒乃至約30秒の接触時間を作り出すことを含む。好ましくは、反応圧は約0psig乃至約200psigに維持される。このさらす工程は、また、米国特許6,548,719B1の教示に従って行なうことができる(この米国特許は本発明の譲受人に譲渡されており、そして参照として本明細書に援用される)。適切な触媒及び高い温度を用いた気相脱ハロゲン化フッ素は、また、米国特許5,986,151(この米国特許は参照として本明細書に援用される)に開示されている手順に従って行なうことができる。
このさらす工程は、好ましくは、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む反応生成物ストリーム、より好ましくは1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの大部分を含む反応生成物ストリーム、さらに好ましくは少なくとも約45%の1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む反応生成物ストリーム、を生じる。このさらす工程において、化合物(III)の量に基づいた1,3,3,3−テトラフルオロプロペン収率は、好ましくは、少なくとも約60%(mol)である。
反応生成物ストリームに含まれる副生成物は、周知の手段(蒸留等)によって望みの程度まで除くことができる。
本発明の一つの特定の態様は、以下のスキーム1に示される反応工程を含む。
スキーム1
Figure 0004864880
本発明者らは、上記スキーム1で示される本発明の態様は、ある場合、副生成物として式:CFCHFCH(式中、Xはフッ素以外のハロゲンである)の化合物を生じることに気付き、そして、ある好ましい態様では、本発明の所望のフルオロオレフィン、すなわちCFCF=CH(HFO−1234yf)を生じるように、その化合物を、好ましくは脱ハロゲン化水素によって、反応させるさらなる工程を実施することが好ましいであろう。例えば、上記のスキームにおいて、ある態様での最初の反応はCFCHFCHBrの生産をもたらすことがあり、そしてそれは脱臭化水素されてHFO−12324yfを生じることができる。
本発明の別の特定の態様は、以下のスキーム2に示すように、二重結合へのIFの付加、及び引き続いての脱ハロゲン化によってCFCH=CFHを与えることを含む。
スキーム2
Figure 0004864880
スキーム1に関して上述したことと同様に、発明者らは、上記スキーム2で示される本発明の態様は、ある場合、副生成物として式:CFCHFCHIの化合物を生じることに気付き、そして、ある好ましい態様では、本発明の所望のフルオロオレフィン、すなわちCFCF=CH(HFO−1234yf)を生じるように、その化合物を、好ましくは脱ヨウ化水素によって、反応させるさらなる工程を実施することが好ましいであろう。
塩素化方法
この態様に従う反応工程(a)は、広い意味での塩素化工程である。そしてこの塩素化工程は、本明細書に含まれる教示に従って非常に多くの具体的なプロセス条件及び工程に従うものであり、そしてそのような変法の総てが本発明の広い範囲に含まれる。しかしながら、反応工程(a)は光塩素化を含むことが特に好ましい。そのため、好ましい反応工程(a)は、反応物質を、好ましくは液相で、塩素化触媒、好ましくはAu/TiO触媒、の存在下、ニート(neat)で、紫外線照射、好ましくは約200乃至400nmの範囲の紫外線照射、にさらすことを含む。反応は、好ましくは、溶媒中で、より好ましくは、CCl等の塩素化溶媒中で、行なわれる。反応は、好ましくは約0℃乃至約300℃の温度で実施され、より好ましくは、約0℃乃至約300℃で約0.5時間乃至約70時間、好ましくは約0.5時間乃至約48時間、の時間で行なわれる。不要な副生成物を除きそして式(II)の化合物が相対的に高濃度であるストリームを生産するために、式(II)の化合物を含む反応生成物について、一つ以上の分離工程(蒸留等)を随意に行なうことができる。
随意の分離工程の後、反応工程(a)からの式(II)の化合物に対してフッ素化が行なわれる。本発明の目的のために、多様なフッ素化条件が効果的であることが考えられ、そして、そのような条件は総て本発明の広い範囲に含まれる。一般に気相フッ素化が好ましいが、フッ素化を気相または液相で行なうことができると考えられる。気相フッ素化については、概して、HF存在下、好ましくは無水HFガス存在下、約250℃乃至約500℃、好ましくは約250℃乃至約400℃の温度で、触媒的気相フッ素化、好ましくはCr酸化物(Cr)に触媒される気相フッ素化、を利用することが好ましい。ある好ましい態様において、フッ素化反応にはフロー反応器が使用され、そして、好ましくは、その反応は、約1秒乃至約50秒、より好ましくは約5秒乃至約50秒の接触時間を生じる条件で行なわれる。フッ素化反応は、概して、式(III):CFCHClCHFの化合物を含む反応生成物を生じる。
ある好ましい態様においては、フッ素化反応は工程(a)の反応と実質的に同時に起こることが想定される。例えば、フッ化水素の存在下で、適切な条件で、工程(a)の反応を実施するような場合である。
反応工程(a)及びフッ素化工程(b)の後、本発明のこの態様は、好ましくは、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む反応生成物を生産するのに効果的な反応条件に式(III):CFCHClCHFの化合物をさらすことを含む。好ましい態様において、このさらす工程は、気相及び/または液相で、式(III)の化合物を脱塩化水素することを含む。本明細書に含まれる教示に従って、良好な結果を伴って、多くの脱塩化水素工程が利用できることが考えられ、ある態様では、脱塩化水素工程は、式(III)の化合物を、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンに変換するのに十分な時間、相対的に高い温度で式(III)の化合物を触媒と接触させることを含む。好ましくは、脱塩化水素反応は、式(III)の化合物を含むストリームを触媒、好ましくは鉄−ベース触媒、より好ましくはFeCl、の触媒床を含み、約200℃乃至約400℃の温度に維持された反応器に、約2秒乃至約50秒、より好ましくは約20秒乃至約30秒、の接触時間を作り出す条件下で導入することを含む。好ましくは、反応圧は約0psig乃至約200psigである。このさらす工程は、また、米国特許6,548,719B1の教示に従って行なうことができる(この米国特許は本発明の譲受人に譲渡されており、そして参照として本明細書に援用される)。適切な触媒及び高い温度を用いた気相脱塩化水素は、また、米国特許5,986,151(この米国特許は参照として本明細書に援用される)に開示されている手順に従って行なうことができる。
このさらす工程は、好ましくは、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む反応生成物ストリーム、より好ましくは1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの大部分を含む反応生成物ストリーム、さらに好ましくは少なくとも約50重量%の1,3,3,3−テトラフルオロプロペンを含む反応生成物ストリーム、を生じる。このさらす工程において、化合物(III)の量に基づいた1,3,3,3−テトラフルオロプロペン収率は、好ましくは、少なくとも約60%(mol)である。
本発明の態様において、反応生成物ストリームに含まれるいずれもの副生成物は、一般に、周知の手段(蒸留等)によって望みの程度まで除くことができる。
以下の実施例は本発明の具体的な実例として示したものである。そして、本発明が以下の実施例に説明された詳細なものに限定されるものではないことに留意すべきである。CFCH=CFHの総ての異性体(シス及びトランス)が本発明の範囲に含まれる。
実施例
実施例1
Br及びHF(BrF)並びにCFCH=CHからのCFCH=CHFの合成
テフロン(登録商標)で覆われたモネルのオートクレーブ中、触媒としての約0.005モルのFeClまたはSbFの存在下、約−30℃乃至−60℃で、CFCH=CH(0.5モル)をBr(0.4モル)及びHF(50モル)と反応させる。反応時間は、前記の温度で約10乃至30分、そしてその後室温で1時間であった。反応生成物をCHClで抽出する。主生成物はCFCHBrCHF(55%)であって、副生成物は主にCFCHBrCHBr(40%)であった。CFCHBrCHFを蒸留によって単離し、そして、それを525℃、接触時間約20秒乃至約30秒で、約50グラム(gm)の活性炭からなる触媒床上を通して脱臭化水素を行い、CFCH=CHFを含む反応生成物を約95%の収率で得た。
実施例2
IF及びCFCH=CHからのCFCH=CHFの合成
CFCHICHFを生産するのに効果的な条件下、適切な割合で、CFCH=CHとIF(IとIFの反応、またはIとHFの反応によって形成される)とを反応させる。そして、CFCH=CHFを含む反応生成物を、好ましくは約95%の収率で、生じるに効果的な条件でCFCHICHFの脱ヨウ化水素を行なう。
実施例3
CHCH=CH及びClからのCFCH=CHFの合成
CClを溶媒として使用し、フロー反応器中、1−3%のAu/TiO触媒の存在下、UV(200−400nm)光下、0℃で、約0.5モルのCHCH=CHと0.2モルのClを反応させる。0℃乃至10℃で約5乃至20秒間、反応を行なってCClCHClCHClを与える。その後、得られた生成物を単離し、そして50gの1/8インチのCrの触媒床上、5モル過剰のHF存在下、約250−400℃で約5乃至50秒の接触時間で、フロー反応器を通して、CFCHClCHFを与える。そして、そのCFCHClCHFを、425−550℃、接触時間25乃至30秒でCr触媒(50g)上を通すことによって脱塩化水素を行いCFCH=CFHを得た。CFCH=CFHの単離収率は40−60%であった。

Claims (13)

  1. 以下の工程:
    (a)式(I):Xの化合物と式(II):CFCH=CHの化合物とを反応させて式(III):CFCHXCHの化合物を含む反応生成物を生産すること[式中、X及びXはそれぞれ、X及びXは双方が水素ではないという条件で、水素、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素からなる群から独立に選択され、式(I)の化合物はCl 、Br 、I 、ClF、BrF及びIFからなる群から選択される];
    (b)式(III)のXがフッ素でない場合、式(III)の化合物をフッ素化して式(III)[ここで、Xは上記の通りであり、Xはフッ素である]の化合物を含む反応生成物を生産すること;及び、
    (c)前記式(III)の化合物を1,3,3,3−テトラフルオロプロペンに変換するのに効率的な反応条件に式(III)の化合物をさらすこと;
    を含む、1,3,3,3−テトラフルオロプロペンの合成方法。
  2. 式(I)のX及びXが、それぞれ、F、Cl、Br及びIから選択され、X はClF、BrF及びIFからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記反応工程(a)が、触媒の存在下、0℃乃至100℃の温度で、前記式(I)の化合物と前記式(II)の化合物を反応させることを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記触媒が6族金属の酸化物を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記触媒がVを含む、請求項に記載の方法。
  6. 前記式(I)の化合物がClFで構成される、請求項2に記載の方法。
  7. 式(I)のX及びXがそれぞれ同一であってCl、Br及びIから選択され
    る、請求項1に記載の方法。
  8. 反応工程(a)が、前記式(I)の化合物と前記式(II)の化合物を、溶媒の存在下、−10℃乃至10℃の温度で反応させることを含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記反応工程(a)と前記反応工程(b)が実質的に同時に起こる、請求項1に記載の方法。
  10. 前記反応工程(a)と前記反応工程(b)が実質的に同時に起こる、請求項7に記載の方法。
  11. 前記さらす工程が、式(III)の化合物を脱ハロゲン化水素することを含む、請求項1に記載の方法。
  12. 式(I)のX及びXがそれぞれ同一であってCl、Br及びIから選択される、請求項11に記載の方法。
  13. 前記さらす工程を200℃乃至550℃の温度で行う、請求項11に記載の方法。
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