JP5092192B2 - ペルフルオロ化合物およびその誘導体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、ペルフルオロ化されたエステル化合物を熱分解反応に付してペルフルオロ酸フルオリド化合物を得る方法も知られている。ペルフルオロ化されたエステル化合物は、対応する構造の炭化水素系のエステル化合物をフッ素を用いて液相で直接フッ素化することにより入手できる(J.Am.Chem.Soc.,120、7117(1998))。
またペルフルオロ酸フルオリド化合物は、熱分解反応により、耐熱性および耐薬品性に優れたフッ素樹脂の原料モノマーであるペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)に導かれる(J.Org.Chem.,34,1481(1969))。
すなわち、本発明は下記製造方法を提供する。
2.水素原子含有化合物の部分フッ素化物が、水素原子含有化合物を液相中でフッ素化した反応生成物から得た化合物である上記製造方法。
3.水素原子含有化合物の部分フッ素化物が、水素原子含有化合物を液相中でフッ素化した反応生成物を蒸留することにより得た化合物である上記製造方法。
4.下記化合物(2)を、該化合物(2)を部分的にフッ素化した部分フッ素化物の存在下で、液相中でフッ素化させることにより該化合物(2)が実質的にペルフルオロ化された下記化合物(3)を得ることを特徴とするペルフルオロ化合物の製造方法。
RAOCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)ORBF (2)
RAFOCF(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF(3)
(式中、RAFとRBFは、それぞれ独立に実質的にペルフルオロ化された1価有機基を示し、RAは、RAFと同一の基または液相中でフッ素化されてRAFになる基を示す。)
5.化合物(2)の部分フッ素化物が、化合物(2)を液相中でフッ素化した反応生成物から得た化合物である上記製造方法。
6.化合物(2)の部分フッ素化物が、下記化合物(3H−1)および/または下記化合物(3H−2)で表わされる化合物を含む上記製造方法。
RAFOCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF(3H−1)
RAFOCF(CF3)CHFOCOCF(CF3)ORBF(3H−2)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。)
7.上記製造方法でペルフルオロエステル化合物(3)を得て、つぎに該ペルフルオロエステル化合物のエステル結合の分解反応を行い、該反応の反応生成物から下記化合物(4A)および下記化合物(4B)から選ばれる1種以上のペルフルオロ酸フルオリド化合物を得ることを特徴とするペルフルオロ酸フルオリド化合物の製造方法。
RAFOCF(CF3)COF(4A)
RBFOCF(CF3)COF(4B)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。)
8.ペルフルオロエステル化合物(3)のエステル結合の分解反応を下記化合物(3H−1)の存在下で行い、化合物(4A)および化合物(4B)から選ばれる1種以上のペルフルオロ酸フルオリド化合物とともに下記化合物(4AH)を得る上記製造方法。
RAFOCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF(3H−1)
RAFCH(CF3)COF(4AH)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。)
9.化合物(2)が、下記化合物(1)と化合物(4B)とを反応させて得た化合物である上記製造方法。
RAOCH(CH3)CH2OH(1)
(式中、RAは上記に定義される基を示す。)
10.化合物(1)と化合物(4B)を反応させて化合物(2)を得る際に、化合物(4B)とともに化合物(4A)および化合物(4AH)から選ばれる1以上を用いる上記製造方法。
11.上記製造方法で化合物(4A)および化合物(4B)から選ばれる少なくとも1種以上のペルフルオロ酸フルオリド化合物を得て、つぎに該ペルフルオロ酸フルオリド化合物を熱分解することにより、化合物(4A)からは下記化合物(5A)を、化合物(4B)からは下記化合物(5B)を得ることを特徴とする化合物(5A)および化合物(5B)から選ばれる1種以上のペルフルオロビニルエーテル化合物の製造方法。
RAFOCF=CF2(5A)
RBFOCF=CF2(5B)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。)
12.RAFとRBFとが同一の基である上記製造方法。
RAOCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)ORBF (2)
RAFOCF(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF(3)
ただし、RAFとRBFは、それぞれ独立に実質的にペルフルオロ化された1価有機基を示し、RAは、RAFと同一の基または液相中でフッ素化されてRAFになる基を示す。
RAOCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)ORAF(2A)
CH3(CH2)2OCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3(2A−1)
RAFOCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF (3H−1)
RAFOCF(CF3)CHFOCOCF(CF3)ORBF (3H−2)
CF3(CF2)2OCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3 (3AH−1)
CF3(CF2)2OCF(CF3)CHFOCOCF(CF3)O(CF2)2CF3 (3AH−2)
これらの部分フッ素化物の入手方法は特に限定されないが、本発明においてはは、化合物(2)(好ましくは化合物(2A−1))のフッ素化反応を行った生成物から得るのが好ましい。フッ素化反応の生成物中に存在しうる部分フッ素化物を化合物(2)の部分フッ素化物として用いる場合の概念は下式で示されるが、本発明は下式に限定されない。
RAFOCF(CF3)COF(4A)
RBFOCF(CF3)COF(4B)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。)
CF3CF2CF2OCF(CF3)COF(4−1)
CF3OCF(CF3)COF (4−2)
CF3CF2OCF(CF3)COF (4−3)
CF3(CF2)5OCF(CF3)COF(4−4)
CF3(CF2)6OCF(CF3)COF(4−5)
エステル結合の分解反応は、熱分解反応、または、液相中で求核剤もしくは求電子剤の存在下で行なう分解反応により実施するのが好ましい。
エステル結合の分解反応では、ペルフルオロエステル化合物(3)からは化合物(4A)および化合物(4B)が、化合物(3H−1)からは下記化合物(4AH)と化合物(4B)が生成する。
RAFOCH(CF3)COF(4AH)
(式中、RAFは上記で定義される基を示す。)
CF3CF2CF2OCH(CF3)COF(4AH−1)
CF3OCH(CF3)COF (4AH−2)
CF3CF2OCH(CF3)COF (4AH−3)
CF3(CF2)5OCH(CF3)COF(4AH−4)
CF3(CF2)6OCH(CF3)COF(4AH−5)
RAFOCF=CF2(5A)
RBFOCF=CF2(5B)
(式中、RAF、RBFは上記で定義される基を示す。)
RAFOCH=CF2(5AH)
(式中、RAFは上記に定義される基を示す。)
本発明の製造方法においては、RAFとRBFを同一構造にして実施した場合には、より効率的な製造方法となるため好ましい。すなわち、ペルフルオロエステル化合物(3)のエステル結合の分解反応で生成する化合物(4A)と化合物(4B)とが同一化合物になり、化合物(5A)と化合物(5B)も同一化合物になるため、エステル結合の分解反応生成物や熱分解反応の生成物からこれらの化合物を分離する操作が簡略化できる利点がある。
RAOCH(CH3)CH2OH(1)
RBFOCF(CF3)COF(4B)
(式中、RAおよびRBFは、上記に定義される基を示す。)
化合物(1)としては、目的とする化合物のRAFの構造に対応するRA基を有する種々の化合物が採用できる。化合物(1)の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
ただし、下式中のmは1以上の整数を示し、1〜10の整数が好ましく、kは1以上の整数を示し、1〜10の整数が好ましく、qは1〜7の整数を示し、pは1以上の整数を示し、1〜10の整数が好ましい。
H(CH2)mOCH(CH3)CH2OH(1−1)、
H(CH2)k[OCH(CH3)CH2]pOCH(CH3)CH2OH(1−2)、
(CH3)2CH(CH2)q[OCH(CH3)CH2]pOCH(CH3)CH2OH(1−3)。
る化合物は、本発明における出発化合物(2)を生成させうる化合物である。
<例1−1>エステル化反応によるCH3(CH2)2OCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3の製造例
CH3(CH2)2OCH(CH3)CH2OH(165g)をフラスコに入れ、窒素ガスをバブリグさせながら撹拌した。フラスコ中にCF3CF2CF2OCF(CF3)COF(465g)を内温26〜31℃に保ちながら2時間かけて滴下した。滴下終了後、室温で2時間撹拌し、蒸留精製を行い、標記化合物(540g)を得た。
3000mLのニッケル製オートクレーブに、CF3(CF2)2OCF(CF3)CF2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3(1250g、以下ペルフルオロエステルともいう。)を加えて撹拌し、25℃に保った。オートクレーブガス出口には、20℃に保持した冷却器、NaFペレット充填層、および−10℃に保持した冷却器を直列に設置した。なお、−10℃に保持した冷却器からは凝集した液をオートクレーブ内に戻すための液体返送ラインを設置した。窒素ガスを1時間吹き込んだ後、窒素ガスで10vol%に希釈したフッ素ガス(以下、10%希釈フッ素ガスと記す。)を、流速25.89L/hで1時間吹き込んだ。
次に、10%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、例1−1の生成物(200g)をペルフルオロエステル(2000g)に溶解した溶液(以下、ペルフルオロエステル溶液という。)を52.6時間かけて注入した。
次に、フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、ベンゼン濃度を0.01g/mLとしたペルフルオロエステル溶液を25℃から40℃にまで昇温しながら18mL注入した。オートクレーブのベンゼン注入口を閉め、さらにオートクレーブの出口バルブを閉め、圧力が0.20MPaになったところでオートクレーブのフッ素ガス出口バルブを閉めて0.6時間撹拌した。次に圧力を常圧にし、反応器内温度を40℃に保ちながら、上記のベンゼン溶液を9mL注入した。オートクレーブのベンゼン注入口を閉め、さらにオートクレーブの出口バルブを閉め、圧力が0.20MPaになったところでオートクレーブのフッ素ガス出口バルブを閉めて0.8時間撹拌した。次に圧力を常圧にし、反応器内温度を40℃に保ちながら、上記のベンゼン溶液(9mL)を注入した。さらに同様の操作を7回繰り返えした。
ベンゼンの総注入量は0.812g、ペルフルオロエステルの総注入量は81mLであった。さらに窒素ガスを1.5時間吹き込んだ。
反応終了後、液状試料(3680g)を得た。GC−MSにより、該液状試料中には標記化合物が主生成物として含まれることを確認した。また、標記化合物とともに、CF3(CF2)2OCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3とCF3(CF2)2OCF(CF3)CHFOCOCF(CF3)O(CF2)2CF3が副生物として生成していることを確認した。
例1−2で得た液状試料(200.6g)をNaF粉末(216g)とともにフラスコに仕込み、激しく撹拌しながらオイルバス中において120℃で10時間加熱した。フラスコ上部には、80℃に温度を調節した還流器と20℃に温度を調節した還流器を設置し、20℃の還流器から液状試料(180.1g)を抜き出した。GC−MSにより標記化合物が主生成物であり、それとともにCF3CF2CF2OCH(CF3)COFが生成していることを1HNMRによって確認した。
1HNMR(376MHz、CDCl3,TMS)δ(ppm):5.28(m,1H).
また、冷却後、フラスコ内から液状試料(20.0g)を回収した。GC−MSによりペルフルオロエステルが主生成物であり、CF3(CF2)2OCF(CF3)CFHOCOCF(CF3)O(CF2)2CF3も存在することを確認した。
1HNMR(376MHz,CDCl3,TMS)δ(ppm):6.74(d,J=50.7Hz,1H).
<例2−1>エステル化反応によるCH3(CH2)2OCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3とCH3(CH2)2OCH(CH3)CH2OCOCH(CF3)O(CF2)2CF3との混合物の製造例
例1−3において、還流器から得た液状試料の一部を取り出し、これを例1−1におけるCF3(CF2)2OCF(CF3)COFの代わりに用いて同様にエステル化反応を行った。ただし、蒸留精製は行わなかった。反応後、60gの液状試料を得た。GC−MSおよび1H−NMRにより標記化合物の生成を確認した。
1HNMR(399MHz,CDCl3,TMS)δ(ppm):5.28(m,1H).
例1−2におけるCH3(CH2)2OCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)O(CF2)2CF3(例1−1の生成物)の代わりに例2−1で得た液状試料を用いて同様に反応を行った。反応後、液状試料(3670g)を得た。また、例1−2と同じ副生成物の生成を確認した。
例1−3における「例1−2で得た液状試料」の代わりに、例2−2で得た液状試料を用いて同様の反応を行った。20℃に温度調節した還流器から160.5gの液状試料を得た。GC−MSにより、標記化合物が主生成物であり、それとともにCF3(CF2)2OCH(CF3)COFが副生していることを確認した。液状試料を蒸留することにより、CF3(CF2)2OCF(CF3)COF(120g)を得た。蒸留後の釜残(39.8g)中にはCF3(CF2)2OCH(CF3)COFが存在することを確認した。
内径20mm、長さ1mのSUS製カラムと、平均粒子径160μmのNa2CO3を280gを充填したSUS製流動層反応器(内径45mm、高さ40mm)を直列に接続して塩浴内に設置し、塩浴を270℃に温度調節した。反応器には窒素ガスを1520mL/minで流し、例2−3で得たCF3(CF2)2OCF(CF3)COFを定量ポンプで60.12g/1.8時間でフィードした。反応器出口には、ドライアイス/エタノールトラップを設置し、生成物を回収した。生成物中にはCF3(CF2)2OCF=CF2が収率80%で生成していた。生成物の19F−NMRは標品のスペクトルと一致した。
「例1−2におけるペルフルオロエステル溶液」の代わりに、「例1−3でフラスコ内から得た回収した液状試料(20.0g)をペルフルオロエステル(1230g)に溶解した溶液」を用いて、例1−2と同様の反応を行った。反応後、液状試料3680gを得た。液状試料中に標記化合物の生成を確認した。また例1−2と同様の副生物の生成を確認した。
<例4−1>エステル化反応による(CH3)2CHOCOCF(CF3)OCF2CF2CF3の製造例
(CH3)2CHOH(7.0g)をフラスコに入れ、窒素ガスをバブリングさせながら撹拌した。FCOCF(CF3)OCF2CF2CF3(45.5g)を内温25〜30℃に保ちながら30分かけて滴下した。滴下終了後、室温で1時間撹拌し、飽和炭酸水素ナトリウム水50mlを内温15℃以下で加えた。
得られた粗液を分液し、下層として得た。さらに下層を水50mlで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ろ過し、粗液を得た。減圧蒸留で24.9gの(CH3)2CHOCOCF(CF3)OCF2CF2CF3を67〜68℃/10.7kPa(絶対圧)の留分として得た。GCによる純度は99%であった。
500mLのニッケル製オートクレーブに、R−113(312g)を加えて撹拌し、25℃に保った。オートクレーブガス出口には、−10℃に保持した冷却器を設置した。窒素ガスを1.0時間吹き込んだ後、窒素ガスで20%に希釈したフッ素ガス(以下、20%希釈フッ素ガスという。)を、流速6.17L/hで1時間吹き込み、反応器内圧力を0.15MPaに保持した。つぎに、20%希釈したフッ素ガスを同じ流速で吹き込み、反応器内圧力を0.15MPaに保持しながら、例4−1で得た(CH3)2CHOCOCF(CF3)OCF2CF2CF3(15.0g)をR−113(150g)に溶解した溶液を15.9時間かけて注入した。
つぎに、20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込み、反応器内圧力を0.15MPaに保持しながら、ベンゼン濃度が0.01g/mLであるR−113溶液を25℃から40℃にまで昇温しながら9mL注入し、オートクレーブのベンゼン注入口を閉め、0.5時間撹拌を続けた。つぎに20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、反応器圧力を0.15MPaに、反応器内温度を40℃に保ちながら、上記のベンゼン溶液を6mL注入し、オートクレーブのベンゼン注入口を閉め、0.5時間撹拌を続けた。
さらに、同様の操作を1回くり返した。ベンゼンの注入総量は0.219g、R−113の注入総量は21mLであった。さらに、窒素ガスを1.5時間吹き込んだ。目的物を19F−NMRで定量したところ、標記化合物の収率はそれぞれ75.0%および19.1%であった。
例4−2で得た生成物(18.1g)を温度調節した還流器を備えた30mlのフラスコ内に仕込み、0.2gのフッ化カリウムを加え、激しく攪拌を行いながらオイルバス中で70〜80℃で10時間加熱した。生成するガスは、−78℃に冷却したSUS316製トラップにて回収した。反応後のSUS316製トラップのガスクロマトグラフ分析により、(CF3)2COが主生成物として確認された。さらに、還流器を60℃に温度調節し、フラスコ上部より9.6gの液状サンプルを−10℃に冷却したガラス製トラップにて回収した。GC−MSにより分析した結果、CF3CF(OCF2CF2CF3)COFが主生成物であることを確認した。
フラスコ内に残存した液状および固体サンプルをろ過し、3.5gの液状サンプルを得た。ガスクロマトグラフおよびGC−MSにより分析した結果、純度95%の(CF3)2CHOCOCF(CF3)OCF2CF2CF3を得た。
500mLのニッケル製オートクレーブに、R−113(312g)を加えて撹拌し、25℃に保った。オートクレーブガス出口には、−10℃に保持した冷却器を設置した。窒素ガスを1.0時間吹き込んだ後、窒素ガスで20%に希釈したフッ素ガス(以下、20%希釈フッ素ガスという。)を、流速6.37L/hで1時間吹き込み、反応器内圧力を0.15MPaに保持した。つぎに、20%希釈したフッ素ガスを同じ流速で吹き込み、反応器内圧力を0.15MPaに保持しながら、例4−1で得た(CH3)2CHOCOCF(CF3)OCF2CF2CF3(15.0g)と例4−3で得た(CF3)2CHOCOCF(CF3)OCF2CF2CF3(3.1g)をR−113(150g)に溶解した溶液を15.9時間かけて注入した。
つぎに、20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込み、反応器内圧力を0.15MPaに保持しながら、ベンゼン濃度が0.01g/mLであるR−113溶液を25℃から40℃にまで昇温しながら9mL注入し、オートクレーブのベンゼン注入口を閉め、0.5時間撹拌を続けた。つぎに20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、反応器圧力を0.15MPaに、反応器内温度を40℃に保ちながら、上記のベンゼン溶液を6mL注入し、オートクレーブのベンゼン注入口を閉め、0.5時間撹拌を続けた。
さらに、同様の操作を1回くり返した。ベンゼンの注入総量は0.219g、R−113の注入総量は21mLであった。さらに、窒素ガスを1.5時間吹き込んだ。目的物を19F−NMRで定量したところ、標記化合物をそれぞれ18.9gと3.7gで得た。
Claims (12)
- フッ素含量が30質量%以上の水素原子含有化合物を該水素原子含有化合物の部分フッ素化物の存在下で、液相中にフッ素ガスを導入し、液相中でフッ素化することによって該水素原子含有化合物が実質的にペルフルオロ化されたペルフルオロ化合物を得ることを特徴とするペルフルオロ化合物の製造方法。
- 水素原子含有化合物の部分フッ素化物が、水素原子含有化合物を液相中でフッ素化した反応生成物から得た化合物である請求項1に記載の製造方法。
- 水素原子含有化合物の部分フッ素化物が、水素原子含有化合物を液相中でフッ素化した反応生成物を蒸留することにより得た化合物である請求項2に記載の製造方法。
- 下記化合物(2)を、該化合物(2)を部分的にフッ素化した部分フッ素化物の存在下で、液相中でフッ素化させることにより該化合物(2)が実質的にペルフルオロ化された下記化合物(3)を得ることを特徴とするペルフルオロ化合物の製造方法。
RAOCH(CH3)CH2OCOCF(CF3)ORBF (2)
RAFOCF(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF (3)
(式中、RAFとRBFは、それぞれ独立に実質的にペルフルオロ化された1価有機基を示し、RAは、RAFと同一の基または液相中でフッ素化されてRAFになる基を示す。) - 化合物(2)の部分フッ素化物が、化合物(2)を液相中でフッ素化した反応生成物から得た化合物である請求項4に記載の製造方法。
- 化合物(2)の部分フッ素化物が、下記化合物(3H−1)および/または下記化合物(3H−2)で表わされる化合物を含む請求項4または5に記載の製造方法。
RAFOCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF (3H−1)
RAFOCF(CF3)CHFOCOCF(CF3)ORBF (3H−2)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。) - 請求項4〜6のいずれかに記載の製造方法でペルフルオロエステル化合物(3)を得て、つぎに該ペルフルオロエステル化合物のエステル結合の分解反応を行い、該分解反応の反応生成物から下記化合物(4A)および下記化合物(4B)から選ばれる1種以上のペルフルオロ酸フルオリド化合物を得ることを特徴とするペルフルオロ酸フルオリド化合物の製造方法。
RAFOCF(CF3)COF (4A)
RBFOCF(CF3)COF (4B)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。) - ペルフルオロエステル化合物(3)のエステル結合の分解反応を下記化合物(3H−1)の存在下で行い、化合物(4A)および化合物(4B)から選ばれる1種以上のペルフルオロ酸フルオリド化合物とともに下記化合物(4AH)を得る請求項7に記載の製造方法。
RAFOCH(CF3)CF2OCOCF(CF3)ORBF (3H−1)
RAFCH(CF3)COF (4AH)
(式中、RAおよびRBFは、上記に定義される基を示す。) - 化合物(2)が、下記化合物(1)と化合物(4B)とを反応させて得た化合物である請求項4〜8のいずれかに記載の製造方法。
RAOCH(CH3)CH2OH (1)
(式中、RAは上記に定義される基を示す。) - 化合物(1)と化合物(4B)を反応させて化合物(2)を得る際に、化合物(4B)とともに化合物(4A)および化合物(4AH)から選ばれる1以上を用いる請求項9に記載の製造方法。
- 請求項7〜10のいずれかに記載の製造方法で化合物(4A)および化合物(4B)から選ばれる少なくとも1種以上のペルフルオロ酸フルオリド化合物を得て、つぎに該ペルフルオロ酸フルオリド化合物を熱分解することにより、化合物(4A)からは下記化合物(5A)を、化合物(4B)からは下記化合物(5B)を得ることを特徴とする化合物(5A)および化合物(5B)から選ばれる1種以上のペルフルオロビニルエーテル化合物の製造方法。
RAFOCF=CF2 (5A)
RBFOCF=CF2 (5B)
(式中、RAFおよびRBFは、上記に定義される基を示す。) - RAFとRBFとが同一の基である請求項4〜11のいずれかに記載の製造方法。
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