JP4970681B2 - 助触媒の存在下におけるハロ炭化水素の調製法 - Google Patents
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Description
本発明は、ハロアルカン及びオレフィンの触媒反応による、3個以上の炭素原子を含むハロ炭化水素の調製法に関する。
ハロアルカンのオレフィンへの付加は公知の反応である。しかしながら、1個のオレフィン分子が1個のハロアルカン分子に付加するような反応(1:1付加物の形成)を制御するのは困難な場合がある。
特許願第WO 97/07083号には、助触媒としてのt-ブチルアミンの存在下における塩化第一銅の触媒作用によるハロ炭化水素の調製法が開示されている。特許願第EP-A-787 707号には、アミンタイプの助触媒の存在下における塩化第一銅の触媒作用による1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンの調製法が開示されている。そのような製法においては、反応媒体の種々の構成成分をまず反応器に導入し、次いで反応温度にする。しかしながら、テロメリゼーション生成物の収率及び選択性は不十分である。更に、反応媒体中における疑似分解反応により、かなりの量、またはすべての量の助触媒の損失が観察される。
【0002】
したがって本発明は、容易に入手しうる試薬を出発物質とする単一工程において、助触媒の損失が最少化され、したがって最大の再使用を許容する、3個以上の炭素原子を含むハロ炭化水素を優れた収率及び選択性で入手する方法を提供することに関する。
したがって、本発明は、触媒及び助触媒の存在下において反応媒体中でハロアルカン及びオレフィンを反応させる、3個以上の炭素原子を含むハロ炭化水素のバッチ式調製法であって、
a) 第一工程において、反応中に助触媒の少なくとも一部を反応媒体に徐々に添加し、
b) 次の工程において、再使用の目的で助触媒の少なくとも一部を回収する、
調製法に関する。
【0003】
驚くべきことに、反応中に助触媒の少なくとも一部を反応媒体へ徐々に添加すると、助触媒の分解がごくわずかしか観察されず、同時にハロ炭化水素が優れた収率で得られることが見いだされた。本発明による製法では、反応の発熱を制御することも可能であり、ハロ炭化水素の工業規模の合成においてかなり有利である。
本発明による製法においては、初期反応媒体は、一般的には触媒、ハロアルカン、オレフィン及び任意に溶媒を含む。初期反応媒体はまた、助触媒の一部を含むのが有利である。この場合には、初期反応媒体に含まれる助触媒は、一般的には使用する助触媒の総量の1%以上である。この量はしばしば5%以上である。通常10%以上である。好ましくは15%以上である。一般的には助触媒の総量の80%以下である。しばしば70%以下である。好ましくは60%以下である。
少しずつの添加は、液相または気相中で実施しうる。液相添加は、例えば反応媒体中に管を浸漬することにより実施しうる。気相添加は、例えば気体状の助触媒を反応器雰囲気中に導入することにより実施しうる。
【0004】
助触媒の少しずつの添加は、例えば同一または同一ではない量で数回実施される添加である。この助触媒の添加方法は、バイオリアクターに関して“フェド・バッチ(fed-batch)”タイプの反応(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. B4 pp. 387-388)と呼ばれるものに対応する。一般的には、助触媒の一部を初期反応媒体に導入し、次いで反応中に残りのうちの少なくとも一部を次に添加する。使用する添加回数は理論的には重要ではないが、回数が増えると少しずつの添加が連続的に実施される助触媒の別の添加様式に似てくる。しかしながら、一般的には100回以下の添加回数が使用される。回数はしばしば50回以下である。回数は通常20回以下である。10回以下の回数の場合に良好な結果が得られる。5回以下の回数が有利である。4回以下の回数が好ましい。2または3回の場合に優れた結果が得られる。
添加間の間隔時間は一般的には1分以上である。間隔はしばしば5分以上である。間隔は通常30分以上である。間隔は好ましくは1時間以上である。約2、3、4、5または6時間の間隔の場合に良好な結果が得られる。
【0005】
本発明による製法における助触媒の別の添加様式においては、助触媒の少なくとも一部の少しずつの添加は連続的に実施される。この添加様式は、バイオリアクターに関して“エクステンディド・フェド・バッチ(extended fed-batch)”タイプの反応(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. B4 pp. 387-388)と呼ばれるものに対応する。例えば、助触媒の一部を初期反応媒体に導入し、次いで反応中に所望量の助触媒を連続的に添加することが可能である。
本発明による製法のこの実施態様においては、連続的に添加される助触媒のモル流量と使用する触媒のモル量との比をRと呼び、以下の式で定義される。
R=[助触媒の量/時間](mol/h)/[触媒の量/バッチ](mol)
比Rは、一般的には0.1h-1以上である。比は通常0.5h-1以上である。比は好ましくは1h-1以上である。特に好ましくは、比は2h-1以上である。最も好ましくは、比は好ましくは3h-1以上である。比は一般的には1000h-1以下である。比はしばしば500h-1以下である。比は通常100h-1以下である。比は好ましくは50h-1以下である。特に好ましくは、比は10h-1以下である。最も好ましくは、比は好ましくは9h-1以下である。連続添加が実施される時間は、一般的には10分以上である。時間は通常30分以上である。時間は好ましくは1時間以上である。約2、3、4、5または6時間の場合に良好な結果が得られる。
【0006】
製法の特に有利な実施態様の一は、助触媒の添加を反応媒体の温度の関数として制御する方法である。
本発明による製法の一態様においては、助触媒を徐々に添加する上に、オレフィンの少なくとも一部を徐々に添加する。この態様においては、初期反応媒体は、一般的には触媒、ハロアルカン及び、任意に溶媒を含む。初期反応媒体はまた、助触媒及び/またはオレフィンを含むのが有利である。驚くべきことに、助触媒の少なくとも一部及びオレフィンの少なくとも一部を徐々に添加する場合には、前述の利点の他に、1分子のハロアルカンの1分子のオレフィンへの付加により誘導されたハロアルカンに対する選択性の増大が観察されることが見いだされた。
オレフィンの少しずつの添加は、助触媒の少しずつの添加とは別に実施しうる。オレフィン及び助触媒の混合物の少しずつの添加も実施しうる。
【0007】
本発明による製法の別の態様においては、助触媒の少なくとも一部または助触媒の少なくとも一部及びオレフィンの少なくとも一部の少しずつの添加の上に、ハロアルカンの少なくとも一部の少しずつの添加も実施しうる。この態様においては、初期反応媒体は、一般的には触媒及び、任意に溶媒を含む。初期反応媒体はまた、助触媒及び/またはハロアルカンを含むのが有利である。初期反応媒体はまたオレフィンを含みうる。ハロアルカンの少しずつの添加は、助触媒及び、任意にオレフィンの少しずつの添加とは別に実施しうる。ハロアルカン及び助触媒の混合物の少しずつの添加も実施しうる。助触媒、ハロアルカン及びオレフィンを含む混合物の少しずつの添加が実施される。
例えば、触媒及び溶媒のような、反応に使用されるその他の化合物の反応媒体への少しずつの添加も実施しうる。助触媒に関して前述した少しずつの添加の特定様式及び条件は、適する場合にはオレフィン、ハロアルカン及び/または徐々に添加されるいずれかのその他の化合物の少しずつの添加にも適用される。
一般的には、少しずつの添加の終了後に、オレフィンの変換及び助触媒の観察される分解が最適となるのに十分な更なる時間反応媒体を放置して反応させる。
【0008】
本発明による製法においては、触媒は、ハロアルカンとオレフィンとの反応に触媒作用を及ぼすことが知られている金属誘導体から選択しうる。銅塩及び有機銅化合物が触媒として特に好ましい。そのような触媒は、例えば、この点に関してその内容が参考として導入されている特許願第WO-A-98/50329号及び同第WO-A-98/50330号に記載されている。塩化銅(I)、無水物または二水和物の形の塩化銅(II)、または銅(II)アセチルアセトナートの場合に良好な結果が得られる。無水塩化銅(II)が特に好ましい。
本発明による製法においては、反応は、例えばアミン及びトリアルキルホスフィンオキシドからなる群から選択された助触媒の存在下で実施される。アミンが好ましくは助触媒として使用される。好ましくはイソプロピルアミン、t-ブチルアミン及びRohm & Haas Companyから市販されている第三アルキルアミンPrimene(登録商標) 81-R及びJM-Tが使用される。t-ブチルアミン及びアミンPrimene(登録商標) 81-R及びPrimene(登録商標) JM-T が最も特に好ましい。アミンPrimene(登録商標) 81-Rは、12乃至14個の炭素原子を含むtert-アルキル一級アミンの混合物である。アミンPrimene(登録商標) JM-Tは、18乃至22個の炭素原子を含むtert-アルキル一級アミンの混合物である。
【0009】
助触媒として使用しうるトリアルキルホスフィンオキシドのなかでは、特に式(R1R2R3)PO(式中、R1、R2及びR3は同種または異種の、好ましくは直鎖状のC3〜C10アルキル基を表す。)の化合物が言及される。トリ(n-ブチル)ホスフィンオキシド、トリ(n-ヘキシル)ホスフィンオキシド、トリ(n-オクチル)ホスフィンオキシド、n-オクチルジ(n-ヘキシル)ホスフィンオキシド及びn-ヘキシルジ(n-オクチル)ホスフィンオキシド及びそれらの混合物が特に選択される。
本発明による製法において好ましい触媒/助触媒系は、銅化合物及びアミンを含む系である。銅(II)アセチルアセトナートまたは塩化銅(II)とt-ブチルアミンから形成された触媒/助触媒系が特に好ましい。
最も特に好ましい別の触媒/助触媒系は、銅(II)アセチルアセトナートとPrimene(登録商標) JM-Tから形成された触媒/助触媒系である。
本発明による製法に使用するハロアルカンは、好ましくは1乃至3個の炭素原子及び2個以上の塩素原子を含む。言及しうる本発明によるハロアルカンの例には、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素及び1,1,1-トリクロロエタンが含まれる。四塩化炭素が最も特に好ましい。ハロアルカンはまた、その他のハロゲン原子、アルキル基又はハロアルキル基のようなその他の置換基を含みうる。しかしながら、ハロゲンとして塩素のみを含むハロアルカンが好ましい。
【0010】
本発明による製法に使用するオレフィンは、一般的には、任意に置換基で置換されているエチレン、プロピレンまたはブテンである。ハロオレフィンが使用するのに特に適する。ハロオレフィンのなかでは、クロロオレフィンの場合に良好な結果が得られる。本発明による製法に使用しうるクロロオレフィンは、一般的には以下の一般式に対応する。
R1ClC=CR2R3 (I)
(式中、R1、R2、R3及びR4は独立してHまたはCl原子、直鎖状、環状または分枝鎖状の、任意に置換されたアルキルまたはアルケニル基、または任意に置換されたアリールまたはへテロアリール基を表す。)
言及しうるクロロオレフィンの非限定例には、塩化ビニル、塩化ビニリデン、トリクロロエチレン及び、1-クロロ-1-プロペン、2-クロロ-1-プロペン及び3-クロロ-1-プロペンのような種々のクロロプレン異性体が含まれる。塩化ビニル及び2-クロロ-1-プロペンを用いた場合に優れた結果が得られる。
【0011】
触媒及びオレフィン間の総モル比、すなわちバッチあたりに使用した総量間の総モル比は、通常0.0001以上である。0.0005以上が有利である。好ましくは0.001以上である。触媒及びオレフィン間のモル比は、通常1以下である。0.5以下が有利である。好ましくは0.1以下である。
モル量で表される、バッチあたりに使用する助触媒の量は、一般的にはバッチあたりに使用する触媒の量の10倍以上である。使用する助触媒の量は、好ましくは触媒の20倍以上である。その量は一般的には触媒の量の100倍以下である。その量は好ましくは触媒の量の75倍以下である。
本発明による方法の工程(b)における助触媒の回収は、公知の分離技術により実施しうる。水性相を1種以上の塩基で処理する工程及び洗浄により処理された水性相から助触媒を単離する工程を含む、水性相から助触媒を回収する方法を使用するのが有利である。水性相は、例えば、本発明による製法の工程(a)後に得られた助触媒を含む反応媒体を、水性媒体、好ましくは塩酸溶液と接触させることにより得られる。
【0012】
反応媒体は、ハロアルカンとオレフィンの触媒反応を許容するのに十分な温度及び圧力に保持する。温度、圧力及び時間に関する本発明による製法に好ましい反応条件は、この点に関してその内容が参考として導入されている特許願第WO-A-98/50330号に記載されている。このことは、ハロアルカン及びオレフィン間、助触媒及びオレフィン間及び、適する場合には溶媒及びオレフィン間のモル比に関しても同様であり、これらは使用した総量間の比であると理解される。
本発明による製法においては、助触媒の存在は一般的には溶媒の不在下において反応を実施することを可能にする。しかしながら、反応はまた溶媒の存在下でも実施しうる。試薬が満足な収率で所望の生成物を形成する溶媒であればいずれの溶媒も使用しうる。
本発明の製法にしたがって得られるハロ炭化水素は、一般的には3個以上の炭素原子を含むクロロアルカン群に属する。ハロ炭化水素は、しばしばハロゲンとして塩素のみを含む。
【0013】
本発明の製法にしたがって得られるハロ炭化水素は、好ましくは一般式CnH(2n+2)-pClp(式中、nは整数であって、3または4の値であり、pは3乃至7の整数である。)に対応する。本発明の製法にしたがって得られる化合物の例は、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン、1,1,2,3,3-ペンタクロロプロパン、1,1,1,3,3-ペンタクロロブタン、1,1,1,3-テトラクロロプロパン、1,1,3,3-テトラクロロブタン、1,1,3,3,3-ヘキサクロロプロパン及び1,1-ジクロロ-2-トリクロロメチルプロパンである。これらの化合物のなかでは、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン、1,1,1,3,3-ペンタクロロブタン及び1,1,1,3,3,3-ヘキサクロロプロパンが好ましい。1,1,1,3,3-ペンタクロロブタン及び1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンが最も特に好ましい。
【0014】
本発明の製法にしたがって得られるハロ炭化水素は、対応するフルオロ類似物の前駆物質であり、それは任意に、例えばアンチモン塩、チタン塩、タンタル塩、または錫塩のようなフッ素化触媒の存在下で、好ましくは無水物であるフッ化水素で処理することにより容易に得られる。前記金属の塩としてはハロゲン化物が好ましい。使用しうるその他のフッ素化触媒は、クロム、アルミニウム及びジルコニウムの化合物(好ましくは酸化物)から選択しうる。フルオロ炭化水素の特定例は、式CnH(2n+2)-pFp(式中、nは整数であって、3または4の値であり、pは3乃至7の整数である。)に対応する。好ましいフルオロ炭化水素は、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン及び1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタンから選択される。
したがって、本発明はまた、(a)本発明の製法によるハロ炭化水素の合成、及び(b)前述のようなフッ化水素を用いた(a)から得られたハロ炭化水素の処理、を含むフルオロ炭化水素を得る方法に関する。
【0015】
以下の実施例は本発明を限定することなく、説明することを意図している。
実施例1
銅(II)アセチルアセトナートとPrimene(登録商標) JM-T の存在下で、2-クロロ-1-プロペン(2-CPe)及び四塩化炭素を反応させることにより、1,1,1,3,3-ペンタクロロブタン(HCC-360)を調製した。このために、0.15gの銅塩、0.9gのPrimene(登録商標) JM-T及び48gのCCl4を300mlのハステロイC276オートクレーブに導入した。次いで装置を密閉し、垂直オーブンに入れた。オートクレーブの底部に配置されている電磁棒により攪拌した。温度を徐々に上昇させた。90℃に達したときに、2-CPe /CCl4/銅塩/アミンの総モル比が1/2.3/0.001/0.03となるように、54gの2-CPe、168gのCCl4及び5gのPrimene(登録商標) JM-Tを含む溶液を、1ml/分の流速で4時間にわたって連続的に供給した。次いで試薬の導入の終了後にオートクレーブの温度を90℃に3時間保持した。次いでオートクレーブを冷却した。次いで液体試料をシリンジにより取り出し、クロマトグラフィー法により分析した。2-CPeの変換率は97%であり、HCC-360の選択性は93.5%であった。
実施例2(比較例)
試験の開始時に、試薬(2-CPe 及びCCl4)及び助触媒(Primene(登録商標) JM-T)のすべてを導入して実施例1を繰り返した。5時間の反応後、2-CPeの変換率は45%であり、HCC-360の選択性は81%であった。
【0016】
実施例3
塩化第二銅及びt-ブチルアミン の存在下で、2-クロロ-1-プロペン(2-CPe)及び四塩化炭素を反応させることにより、1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンを調製した。このために、0.094gのCuCl2、27.1gの2-CPe 及び108.5gのCCl4を300mlのハステロイC276オートクレーブに導入した。次いで装置を密閉し、垂直オーブンに入れた。オートクレーブの底部に配置されている電磁棒により攪拌した。温度を徐々に上昇させた。70℃に達したときに、2-CPe /CCl4/CuCl2/t-ブチルアミンの総モル比が1/2/0.002/0.08となるように、2.1gのt-ブチルアミンを2時間にわたって連続的に供給した。70℃において10時間後、2-CPeの変換率は99%であり、HCC-360の選択性は98.8%であった。
【0017】
実施例4
塩化第二銅及びt-ブチルアミン の存在下で、2-クロロ-1-プロペン(2-CPe)及び四塩化炭素を反応させることにより、1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンを調製した。このために、0.093gのCuCl2、8.8gの2-CPe、106.9gのCCl4及び0.7gのt-ブチルアミンを300mlのハステロイC276オートクレーブに導入した。次いで装置を密閉し、垂直オーブンに入れた。オートクレーブの底部に配置されている電磁棒により攪拌した。温度を徐々に70℃に上昇させた。2-CPe /CCl4/CuCl2/t-ブチルアミンの総モル比が1/2/0.002/0.08となるように、2時間及び5時間の反応後に追加の8.8gの2-CPe及び0.7gのt-ブチルアミンを導入した。70℃において10時間後、2-CPeの変換率は100%であり、HCC-360の選択性は97.5%であった。74%のt-ブチルアミンが消費された。
実施例5(実施例3及び4との比較例)
試験の開始時に、試薬(2-CPe 及びCCl4)及び助触媒(t-ブチルアミン)のすべてを導入して実施例3及び4を繰り返した。70℃において10時間の反応後、2-CPeの変換率は完全(100%)であったが、HCC-360の選択性は95.1%であった。93%のt-ブチルアミンが消費された。
【0018】
実施例6(t-ブチルアミンの回収)
1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンを製造するための反応は、触媒としてCuCl2・2H2Oを、助触媒としてt-ブチルアミンを用い、本発明による製法にしたがって実施した。この反応から得られた反応混合物を、反応混合物1kg当たり0.35kgのHCl水溶液の割合で、1kg当たり1.112molのHClを含むHCl水溶液を用い、洗浄した。沈降により相を分離した後、有機相を回収すると、実質的に1,1,1,3,3-ペンタクロロブタン及び未消費試薬を含み、銅含量は0.03mg/kgでt-ブチルアミン含量は1.34mmol/kgであり、水性相は644mg/kgの銅含量及び694mmol/kgのt-ブチルアミン含量を有した。回収された水性相のフラクションを蒸留装置において沸点まで加熱し、沸騰する水性相に50質量%のNaOHを有する水溶液を添加することによりpH値を10.5とした。1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンの合成において使用したt-ブチルアミンの当量の96.2%が蒸留により回収され、997.6gのt-ブチルアミン/kgの純度であった。濾過後に回収された水にはわずかに3.8mg/kgの銅及び2.9mmol/kgのt-ブチルアミンしか含まれていなかった。
Claims (11)
- 触媒及び助触媒の存在下において反応媒体中でハロアルカン及びハロオレフィンを反応させる、3個以上の炭素原子を含むハロ炭化水素のバッチ式調製法であって、前記助触媒がt-ブチルアミン、12乃至14個の炭素原子を含むtert-アルキル一級アミンの混合物、及び18乃至22個の炭素原子を含むtert-アルキル一級アミンの混合物からなる群から選ばれ、
a) 第一工程において、反応中に前記助触媒の少なくとも一部を前記反応媒体に徐々に添加し、
b) 次の工程において、再使用の目的で前記助触媒の少なくとも一部を回収する、
調製法。 - 助触媒の一部を初期反応媒体に導入し、その後、少なくとも1回から多くとも100回添加する請求項1記載の調製法。
- 前記添加を連続的に実施する請求項1または2記載の調製法。
- 前記ハロオレフィンの少なくとも一部も徐々に添加する請求項1乃至3のいずれかに記載の調製法。
- 前記ハロアルカンの少なくとも一部も徐々に添加する請求項1乃至4のいずれかに記載の調製法。
- 前記触媒が銅化合物である請求項1乃至5のいずれかに記載の調製法。
- 前記ハロオレフィンが一般式R1ClC=CR2R3(式中、R1、R2及びR3は独立してH、Cl、直鎖状、環状または分枝鎖状のアルキルまたはアルケニル基、アリールまたはへテロアリール基を表す。)に対応するクロロオレフィンである請求項1乃至6のいずれかに記載の調製法。
- 前記調製されるハロ炭化水素が、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン、1,1,2,3,3-ペンタクロロプロパン、1,1,1,3,3-ペンタクロロブタン、1,1,3,3-テトラクロロプロパン、1,1,3,3-テトラクロロブタン、1,1,1,3,3,3-ヘキサクロロプロパン及び1,1-ジクロロ-2-トリクロロメチルプロパンから選択される請求項1乃至7のいずれかに記載の調製法。
- 前記調製されるハロ炭化水素が1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンである、請求項8記載の調整方法。
- フルオロ炭化水素を得る方法であって、
(a) 請求項1乃至9のいずれかに記載の製法によるハロ炭化水素の合成、及び
(b) フッ化水素を用いた(a)から得られたハロ炭化水素の処理、
を含む方法。 - 該ハロ炭化水素が1,1,1,3,3-ペンタクロロブタンであって、該フルオロ炭化水素が1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタンである請求項10記載の方法。
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