JP4869625B2 - トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液からトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールを得る方法に関する。より詳しくは、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液から、抽出により、トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールを主たる成分として回収する方法に関する。

トリフルオロアセトアルデヒドは、通常、トリフルオロアセトアルデヒド水和物またはトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの形態で取り扱われ、多様なトリフルオロメチル基含有化合物へと変換できるため、医薬、農薬、電子材料等の中間原料として非常に有用な化合物である。

このトリフルオロアセトアルデヒドの合成法としては、（１）トリクロロアセトアルデヒドをフッ素化する方法（特許文献１等）、（２）トリフルオロ酢酸またはトリフルオロ酢酸エステルを還元する方法（非特許文献１、特許文献２等）、（３）トリフルオロエタノールを酸化する方法（特許文献３）等が知られている。

これらの方法において、工業的スケールにて経済性を重視して製造を行う場合には気相連続反応が有利である。この際、気体状の反応混合物に含まれるトリフルオロアセトアルデヒドを捕集する必要が生じるが、反応混合物を溶剤に吸収させる方法が簡便かつ効率的である。溶剤としては、
トリフルオロアセトアルデヒドの吸収効率と経済性の点から、特に水を使用することが有利である。

ここで得られるトリフルオロアセトアルデヒドの水溶液には、通常、トリフルオロアセトアルデヒド水和物の他、原料または副生成物であるトリフルオロ酢酸、トリフルオロエタノール及びフッ化水素等が含まれている。トリフルオロアセトアルデヒドをこの水溶液から回収する方法として、特許文献４に、エーテル系溶媒で抽出し、分離した抽出液から蒸留によりトリフルオロアセトアルデヒド水和物を水との共沸組成物として得る方法が開示されている。

しかし、この方法では、抽出液中に、トリフルオロ酢酸やフッ化水素あるいはこれらの塩が同伴し易い問題がある。ここで、トリフルオロアセトアルデヒド水和物は中性または塩基性条件では分解し易い性質を有する。従って、トリフルオロ酢酸やフッ化水素の揮発を抑え、且つトリフルオロアセトアルデヒド水和物を分解させずに蒸留を行うには特殊な条件が必要であり、装置上の制約があった。また、トリフルオロアセトアルデヒド水和物の取得率も十分でない場合があり、工業的に利用し得る効率的な方法とは言い難いものであった。

一方、トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールは、中性条件で蒸留を行っても分解しにくく、特殊な装置を必要とせずに精製することができる。しかし、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液から、直接トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールを得る方法は知られていない。
特公昭６３−１５２５４号公報 特開平５−２９４８８２号公報 米国特許第３０３８９３６号明細書 特開平３−１８１４３２号公報 Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， ７６， ３００ （１９５４）

本発明はこの課題に鑑みてなされたものである。すなわち、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液から、不純物を十分に除去し、且つ高い取得率にて、トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールを得る方法を提供することを目的とする。

前記課題に鑑み本発明者らは鋭意検討した結果、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液を特定の条件下にて抽出を行うと、トリフルオロアセトアルデヒドの主たる形態がトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールとなる上に、不純物の同伴が抑制され、さらに取得率が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明は下記要旨に関わるものである。

（１） トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液を、一般式（１）
ＲＯＨ （１）
（式中Ｒは炭素数１〜１０の直鎖または分岐のアルキル基を表す。）
で表されるアルコールの存在下、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジｎ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール、ベラトロール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、安息香酸エチル、フタル酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、プロピオニトリルおよびベンゾニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１種の非プロトン性溶媒で抽出することを特徴とするトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
（２） トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液のｐＨが４〜１０の範囲にて抽出を行うことを特徴とする（１）項に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
（３） 非プロトン性溶媒がジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジｎ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソールおよびベラトロールからなる群より選ばれる少なくとも１種のエーテル類であることを特徴とする（１）または（２）に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
（４） エーテル類がｔ−ブチルメチルエーテルまたはジイソプロピルエーテルであることを特徴とする（３）に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
（５） 抽出に際してトリフルオロアセトアルデヒドの水溶液に塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび硫酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機塩類を添加することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。

本発明によれば、トリフルオロアセトアルデヒドを水溶液から取り出す際、特殊な設備を必要とせず、不純物を十分に除去でき、且つ高い取得率で回収する方法が提供される。

本発明では、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液を一般式（１）
ＲＯＨ （１）
（式中Ｒは炭素数１〜１０の直鎖または分岐のアルキル基を表す。）
で示されるアルコールの存在下、非プロトン性溶媒で抽出し、トリフルオロアセトアルデヒドを下記一般式（２）で示されるトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールとして回収するものである。

回収されるトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタール（２）中には下記化学式（３）で示されるトリフルオロアセトアルデヒド水和物が混合物として含まれる場合がある。混合物中のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの割合は、５１〜１００モル％である。

ＣＦ_３ＣＨ（ＯＲ）（ＯＨ） （２）
（Ｒは前記定義に同じ）

ＣＦ_３ＣＨ（ＯＨ）_２ （３）

本発明で用いられるトリフルオロアセトアルデヒドの水溶液は、トリフルオロアセトアルデヒドを１〜５０ｗｔ％含有する水溶液である。この水溶液は種々の方法により得られるが、通常、トリフルオロアセトアルデヒドの製造時に得られる。例えば、トリフルオロエタノールの気相酸化、トリクロロアセトアルデヒドの気相フッ素化等を行った後、反応ガスを水に吸収させる場合を挙げることができる。この水溶液中には、他の成分として、フッ化水素、塩化水素、トリフルオロ酢酸、トリフルオロエタノール等がそれぞれ０〜５０ｗｔ％程度含まれている場合がある。

本発明で用いられるアルコールは前記一般式（１）で表される。このようなアルコールとして、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｎ−ヘキサノール、ｎ−オクタノール、２−エチルヘキサノール、ｎ−デカノール、シクロヘキサノール等を挙げることができる。これらのうち、入手の容易さの点からメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノールおよびｔ−ブタノールを用いることが好ましい。これらアルコールは単独で用いてもよいし混合して用いてもよい。アルコールの添加量は、特に限定されないが、トリフルオロアセトアルデヒドに対し、モル比で０．５〜１０倍である。

本発明で抽出に用いる溶媒は、非プロトン性溶媒であり、水と層分離し易い溶媒が望ましい。このような非プロトン性溶媒として、例えば、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の炭化水素類、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジｎ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール及びベラトロール等のエーテル類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン及びシクロヘキサノン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、安息香酸エチル及びフタル酸ジメチル等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類等を挙げる事ができる。これらの非プロトン性溶媒のうち、特にエーテル類がトリフルオロアセトアルデヒドの取得率、不純物の除去効率の点で望ましい。非プロトン性溶媒の使用量は、特に限定されないが、通常トリフルオロアセトアルデヒド水溶液に対し、重量比で１〜１００倍である。

本発明では、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液を抽出する際、ｐＨが４〜１０、より好ましくは５〜７の範囲にて行なうことが好ましい。ｐＨが４未満の場合、フッ化水素、トリフルオロ酢酸等の不純物の除去が十分でなく、ｐＨが１０を超える場合、トリフルオロアセトアルデヒドの取得率が十分でない場合がある。トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液のｐＨが４未満あるいは１０を超える場合は、それぞれ塩基、酸を加えて、４〜１０の範囲に調製後、アルコール及び非プロトン性溶媒を加えることができる。

また、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液に無機塩類を添加し、抽出を行なってもよい。無機塩類の添加によりトリフルオロアセトアルデヒドの取得率がさらに向上する等の効果が認められる。無機塩類としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等の金属塩化物、硫酸ナトリウム等の金属硫酸塩等を挙げることができる。

なお、アルコール、非プロトン性溶媒、無機塩類等の添加順は特に制限されず、任意の順でこれらを混合することができる。

抽出を行なう際の温度は、溶媒の沸点以下であれば特に制限されないが、通常、１０〜５０℃で行なう。

また、抽出時間は、特に制限されないが、通常、５分〜２４時間である。

なお、十分な効率を得るために、十分な攪拌下にて抽出を行なうことが望ましい。

抽出後、二層に分離した液から非プロトン性溶媒の層を分取する。このトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの非プロトン性溶媒の溶液は、トリフルオロ酢酸等の不純物をほとんど含んでいないため、抽出液をそのまま各種の合成反応に使用することが可能である。

更に、必要に応じて、抽出液を共沸蒸留や乾燥剤の添加により脱水することによりトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタール−トリフルオロアセトアルデヒド水和物混合物中のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの組成を高めることができる。

また、抽出液から蒸留等によりトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールを単離することも可能である。

（実施例）
以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。

参考例１
７ｗｔ％Ｖ_２Ｏ_５−１２．５ｗｔ％ＳｎＯ_２／ＺｒＯ_２担持触媒２０ｍｌを１５ｍｍφ×６００ｍｍのステンレス製反応管に充填し、反応管出口に水１４００ｇを入れた反応ガス吸収容器を取り付けた。触媒層の温度を２９０℃とし、空気を１．４Ｌ／ｍｉｎ、２，２，２−トリフルオロエタノールを定量ポンプで０．１３ｇ／ｍｉｎの速度で供給した。

１００時間後、反応ガス吸収液を^１９Ｆ−ＮＭＲにて分析を行ったところ、液の組成は以下の通りであった。
トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ３０．６ｗｔ％、トリフルオロ酢酸 ２．５ｗｔ％、フッ化水素 １．８ｗｔ％、２，２，２−トリフルオロエタノール １．４ｗｔ％

実施例１
参考例１で得られた反応ガス吸収液１００ｇを５００ｍｌ三つ口フラスコに入れ、４８ｗｔ％水酸化カリウム水溶液１２．６ｇを加えてｐＨ６とし、２０ｋＰａの減圧下、６０℃に加熱して２，２，２−トリフルオロエタノール １．４ｇを含む水 ４５．１ｇを蒸留回収した。釜液を１９Ｆ−ＮＭＲで分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ２９．７ｇ、トリフルオロ酢酸カリウム ３．３ｇ、フッ化カリウム ５．２ｇが含まれていた。次に、釜液にジイソプロピルエーテル １００ｇ、メタノール ９．８ｇ、塩化カリウム ４．３ｇをこの順に加えて、２０℃にて４時間攪拌した。５分間静置後、上層（ジイソプロピルエーテル層）を分取した。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドメチルヘミアセタール ２３．６ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ６．３ｇが含まれており、トリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９２．３％であった。また、上層中のトリフルオロ酢酸カリウムの含有量は０．０４９ｇであり、フッ化カリウムは非検出であった。

実施例２
参考例１で得られた反応ガス吸収液１００ｇを５００ｍｌ三つ口フラスコに入れ、水酸化カリウム １２．６ｇを加えてｐＨ６とし、２０ｋＰａの減圧下、６０℃に加熱して２，２，２−トリフルオロエタノール １．４ｇを含む水 ５．３ｇを蒸留回収した。釜液を１９Ｆ−ＮＭＲで分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ３０．６ｇ、トリフルオロ酢酸カリウム ３．３ｇ、フッ化カリウム ５．２ｇが含まれていた。次に、ｔ−ブチルメチルエーテル １０７ｇ、メタノール １０．１ｇ、塩化カリウム １３．７ｇをこの順に加えて、２０℃にて４時間攪拌した。５分間静置後、上層（ｔ−ブチルメチルエーテル層）を分取した。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドメチルヘミアセタール ２０．４ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 １０．５ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９３．８％であった。また、上層中にトリフルオロ酢酸カリウムおよびフッ化カリウムは検出されなかった。

実施例３
メタノールをエタノール １４．１ｇとした以外は実施例１と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドエチルヘミアセタール ２６．１ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ７．３９ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９５．７％であった。また、上層中のトリフルオロ酢酸カリウムの含有量は０．０４３ｇ、フッ化カリウムは非検出であった。

実施例４
メタノールをｎ−ブタノール ２２．７ｇとした以外は実施例１と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドブチルヘミアセタール ２８．５ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ８．４８ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９３．４％であった。また、上層中のトリフルオロ酢酸カリウムの含有量は０．０３８ｇであり、フッ化カリウムは非検出であった。

実施例５
メチルｔ−ブチルエーテルをシクロヘキサノンとした以外は実施例２と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドメチルヘミアセタール １８．０ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 １２．７ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９４．１％であった。また、上層中のトリフルオロ酢酸カリウムの含有量は ０．７８ｇであり、フッ化カリウムは非検出であった。

実施例６
メチルｔ−ブチルエーテルを酢酸エチルとした以外は実施例２と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドメチルヘミアセタール １８．６ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 １１．０ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９０．１％であった。また、上層中のトリフルオロ酢酸カリウムの含有量は０．５８ｇであり、フッ化カリウムは非検出であった。

実施例７
塩化カリウムを用いなかったこと以外実施例１と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドメチルヘミアセタール ２２．３ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ７．０ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９０．５％であった。また、上層中にトリフルオロ酢酸塩、フッ化水素酸塩は検出されなかった。

実施例８
４８％水酸化カリウム水溶液を用いなかったこと以外実施例２と同様に抽出を行なった。このときトリフルオロアセトアルデヒド水溶液のｐＨは１未満であった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタール １８．８ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 １１．３ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は９１．７％であった。また、上層中にトリフルオロ酢酸 ２．４ｇが検出された。

実施例９
４８％水酸化カリウム水溶液を２５．２ｇ用いたこと以外実施例２と同様に抽出を行なった。このときトリフルオロアセトアルデヒド水溶液のｐＨは１３であった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタール １１．６ｇ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ４．２ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は４７．８％であった。上層中にトリフルオロ酢酸カリウムおよびフッ化カリウムは検出されなかった。

比較例１
メタノールを用いなかったこと以外実施例１と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ２３．１ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は７７．７％であり、取得率は十分でなかった。また、上層中にトリフルオロ酢酸カリウム ０．２４ｇが検出された。

比較例２
メタノールを用いなかったこと以外実施例５と同様に抽出を行なった。上層を１９Ｆ−ＮＭＲにて分析したところ、トリフルオロアセトアルデヒド水和物 ２６．７ｇを含みトリフルオロアセトアルデヒドとしての取得率は８７．１％であり、取得率は十分でなかった。また、上層中にトリフルオロ酢酸カリウム ０．９２ｇが検出された。

本発明の方法により、トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液から、不純物を十分に除去し且つ高い取得率にて、トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールを得ることができる。トリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールは医薬、農薬の中間原料として有用である。

Claims (5)

1. トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液を、一般式（１）
   ＲＯＨ （１）
   （式中Ｒは炭素数１〜１０の直鎖または分岐のアルキル基を表す。）
   で表されるアルコールの存在下、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジｎ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール、ベラトロール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、安息香酸エチル、フタル酸ジメチル、γ−ブチロラクトン、プロピオニトリルおよびベンゾニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１種の非プロトン性溶媒で抽出することを特徴とするトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
2. トリフルオロアセトアルデヒドの水溶液のｐＨが４〜１０の範囲にて抽出を行うことを特徴とする請求項１に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
3. 非プロトン性溶媒がジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジｎ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソールおよびベラトロールからなる群より選ばれる少なくとも１種のエーテル類であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
4. エーテル類がｔ−ブチルメチルエーテルまたはジイソプロピルエーテルであることを特徴とする請求項３に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。
5. 抽出に際してトリフルオロアセトアルデヒドの水溶液に塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムおよび硫酸ナトリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の無機塩類を添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトリフルオロアセトアルデヒドヘミアセタールの回収方法。