JP5807556B2

JP5807556B2 - ジフルオロ酢酸エステルの製造方法

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Publication number: JP5807556B2
Application number: JP2012010822A
Authority: JP
Inventors: 大介浅田; 大塚　達也; 達也大塚
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2032-01-23
Also published as: JP2013147474A

Description

本発明は、ジフルオロ酢酸エステルの製造方法に関する。

ジフルオロ酢酸エチル（HCF₂CO₂Et）は医薬、農薬等の中間体として非常に重要な化合物である。

ジフルオロ酢酸エチルの合成法としては、下記反応式に従って、まず、四フッ化エチレン（TFE）とエタノールを反応させて1,1,2,2-テトラフルオロエチルエチルエーテルを調製し、次に、得られたエーテルに、酸素供給源として二酸化ケイ素の存在下、濃硫酸を作用させて酸加水分解反応を行う方法が知られている（非特許文献１参照）。
TFE + EtOH + KOH → HCF₂CF₂OEt
HCF₂CF₂OEt + 1/2SiO₂+ H₂SO₄ → HCF₂CO₂Et + 1/2SiF₄
この方法では、HFやフッ化物の固体を発生することなくジフルオロ酢酸エチルを製造することが可能であるが、ジフルオロ酢酸等の副生物が生成し易く、目的とするジフルオロ酢酸エチルの選択率が低いという欠点がある。

J. Amer. Chem. Soc., 1950, 72, 1860

本発明は上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、副生物の生成を抑制して、高い選択率でジフルオロ酢酸エステルを製造できる方法を提供することである。

本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルを原料としてジフルオロ酢酸エステルを製造する際に、酸素供給源として酸化物とアルコールの存在下に、酸触媒を作用させる方法によれば、副生物の生成を抑制して、高い選択率で目的とするジフルオロ酢酸エステルを製造でき、特に、反応温度を２０〜６０℃程度、好ましくは３０〜５０℃程度の範囲として、酸触媒の使用量を1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して０．１〜０．５モル程度、好ましくは０．２〜０．４モル程度の範囲とする場合には、アルコールの存在下に反応を行うことによって、高い収率で選択性よくジフルオロ酢酸エステルを製造することが可能となることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて更に研究を重ねた結果完成されたものである。

即ち、本発明は、下記のジフルオロ酢酸エステルの製造方法を提供するものである。
項１. 一般式：HCF₂CF₂OR（式中、Rは、低級アルキル基を示す）で表される1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルを、酸化物及び一般式：ＲＯＨ（式中、Ｒは上記に同じ）で表される低級アルコールの存在下において、酸触媒に接触させる方法であって、反応温度が２０〜６０℃であり、酸触媒の使用量が、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、０．１〜０．５モルであることを特徴とする、一般式：HCF₂COOR（式中、Rは上記に同じ）で表されるジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
項２．酸化物が、SiO₂及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも一種の成分を含むものである項１に記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
項３．低級アルコールが、エタノール及びメタノールからなる群から選ばれた少なくとも一種である項１又は２に記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
項４．酸触媒が、硫酸、p-トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸及び三フッ化ホウ素からなる群から選ばれた少なくとも一種である項１〜３のいずれかに記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
項５．低級アルコールの使用量が、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、０．０３〜１モルである項１〜４のいずれかに記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
項６．反応開始時に、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、低級アルコールを０．０１〜０．５モル添加し、反応開始から３０分以上経過後に、更に、低級アルコールを０．０２〜０．５モル添加して反応を行う項１〜５のいずれかに記載の方法。

以下、本発明のジフルオロ酢酸エステルの製造方法について具体的に説明する。

原料化合物
本発明では、原料としては、一般式：HCF₂CF₂OR（式中、Rは、低級アルキル基を示す）で表される1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルを用いる。

上記一般式において、Ｒで表される低級アルキル基としては、炭素数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を挙げることができる。具体的には、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチルシル基等を例示できる。

上記一般式で表される1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルは公知化合物であり、例えば、下記反応式に従って、四フッ化エチレンとエタノールを反応させることによって得ることができる。
CF₂=CF₂ + ROH + KOH → HCF₂CF₂OR

ジフルオロ酢酸エステルの製造方法
本発明のジフルオロ酢酸エステルの製造方法では、上記した一般式：HCF₂CF₂OR（式中、Rは、低級アルキル基を示す）で表される1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルを、酸化物及び低級アルコールの存在下において、酸触媒に接触させることが必要である。

上記反応に用いる酸化物としては、SiO₂及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも一種の成分を含む酸化物を用いることが好ましい。該酸化物において、SiO₂及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも一種の成分の含有量は、特に限定的ではないが、通常、酸化物中に８０重量％程度以上含まれていることが好ましい。

この様な酸化物の具体例としては、シリカゲル、珪石、珪砂、ガラス、石英、海砂、セライト、アルミナ等を例示できる。特に、シリカゲル、珪石粉末、珪砂粉末などが好ましい。これらの酸化物は、通常、溶存水分として水を含むか、或いは、表面に水酸基を有するものであり、これらによって、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルの分解反応が進行するものと推測される。

上記した酸化物の内で、特に、SiO₂を含む酸化物を用いる場合には、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルの加水分解反応によって生じたHFが、系内でSiO₂と反応することにより水とSiF₄となり、SiF₄は気体であるために系外に除去され、水は次の反応に利用され、その結果、HFやフッ化物の固体を発生することなくジフルオロ酢酸エチルを製造することができる。

使用する酸化物の形状については、特に限定はないが、良好な反応性とするために、粒径1μm〜2mm程度の粉末として用いることが好ましい。

酸化物の使用量については、特に限定的ではないが、通常、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、0.5〜1.5モル程度とすることが好ましい。

低級アルコールとしては、一般式：ＲＯＨで表されるアルコールであって、Ｒが、原料として用いる一般式：HCF₂CF₂ORで表される1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルにおけるＲと同一の低級アルキル基であるアルコールを用いる。特に、エタノール及びメタノールが好ましい。

低級アルコールの使用量は、原料として用いる1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して０．０３〜１モル程度とすることが好ましく、０．３〜０．６モル程度とすることがより好ましい。

酸触媒としては、酸加水分解反応に対して活性を有する物質であれば特に制限されない。この様な酸触媒の具体例としては、硫酸、p-トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、三フッ化ホウ素等を例示できる。

反応温度については、２０〜６０℃程度とすることが必要であり、３０〜５０℃程度とすることが好ましい。この様な比較的低い反応温度とすることによって、原料や副生成物の揮発を抑制して、収率よく目的とするジフルオロ酢酸エステルを得ることができる。

酸触媒の使用量については、原料として用いる1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して０．１〜０．５モル程度とすることが必要であり、０．２〜０．４モル程度とすることが好ましい。酸触媒の使用量を上記範囲とすることによって、２０〜６０℃という低い反応温度であっても、過剰な酸触媒を用いることなく、反応を進行させることができる。更に、上記範囲の酸触媒を低級アルコールと併用することによって、高い選択率でジフルオロ酢酸エステルを得ることができる。

反応時の雰囲気については、特に限定はないが、過剰の水分は好ましくないため、大気圧で反応を行う場合は、通常、乾燥空気や窒素もしくは不活性ガス雰囲気中等で反応を行うことが好ましい。

反応時の圧力については、特に限定はないが、SiO₂を含む酸化物を用いて密閉容器中で反応を行う場合には、反応の進行に伴ってSiF₄ガスが発生し、これにより容器内の圧力が上昇する。この場合、必要に応じて、発生したSiF₄ガスを系外に除去すればよい。

反応時間は、通常、3時間〜48時間程度である。

本発明のジフルオロ酢酸エステルの製造方法では、具体的な反応方法については特に限定はなく、原料として用いるジフルオロ酢酸エステルと酸化物、低級アルコール及び酸触媒とが同時に接触できる方法であればよい。例えば、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル、酸化物及び低級アルコールを含む反応容器中に酸触媒を滴下する方法等を適用できる。

特に、本発明では、低級アルコールを二回に分散して反応系に添加することによって、ジフルオロ酢酸エステルの選択率及び収率を向上させることができる。

この方法では、反応開始時に使用する低級アルコールを1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、０．０１〜０．５モル程度、好ましくは０．２〜０．３モル程度とし、反応開始から３０分以上経過後、好ましくは１時間程度以上経過後、更に好ましくは３時間程度以上経過後に、更に、０．０２〜０．５モル程度、好ましくは０．１〜０．３モル程度の低級アルコールを添加して反応を行うことが好ましい。二回目に低級アルコールを添加した後には、更に反応を１〜１０時間程度継続し、全体の反応時間を３〜４８時間程度とすることが好ましい。この方法によれば、反応速度の低下が生じることなく、高い選択率で、収率よくジフルオロ酢酸エステルを得ることができる。

上記した方法によれば、高い選択率で、収率よく目的とする一般式：HCF₂COOR（式中、Rは上記に同じ）で表されるジフルオロ酢酸エステルを得ることができる。

得られた粗生成物は、常法に従って、必要に応じてろ過・洗浄・抽出などの操作の後、蒸留等の方法で分離精製することができる。

上記した方法で得られるジフルオロ酢酸エステルは、医薬、農薬等の中間体として有用性の高い物質である。

本発明の方法によれば、高い選択率で収率よく目的とするジフルオロ酢酸エステルを得ることができる。従って、本発明方法は、低コストでジフルオロ酢酸エステルを製造できる点において、工業的に有利な方法である。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

実施例１
500mlオートクレーブに還流冷却器(冷却水温度-10℃)を取り付け、室温で1,1,2,2,-テトラフルオロエチルエチルエーテル（HCF₂CF₂OEt）(300g)、けい石粉末(67.8g)、脱水エタノール(19.0g)を加え、約145rpmで撹拌した。その後、オイルバスを用いて内温が50℃となるまで加熱し、内温が安定したことを確認後、濃硫酸100.8gを1時間かけて滴下した。

反応中、副生するSiF₄は冷却器出口から洗浄塔（１０％ＨＦ水溶液）を通すことにより除害した。

50℃で18時間攪拌後に、更に脱水エタノールを28.4g加え50℃で5時間撹拌した。

反応終了後は室温まで冷却し30分間窒素で系内を置換した。その後、系内を0.3MPaまで窒素で加圧し徐々に脱気する操作を3回繰り返し、系内に残ったSiF₄の除去を行った。

反応後、得られた反応混合物380gについて¹⁹F-NMRで評価した結果、ジフルオロ酢酸エチル：ジフルオロカルボン酸＝95：5（モル比）であった。

次いで、上記反応を2バッチ行い、得られた反応液のうち744gを撹拌子を備え付けた１Lフラスコに入れ、微減圧下(＞180mmHg)で粗蒸留を行った。冷却管及び受器は0℃で冷却し留分を454g回収した。

上記した粗蒸留で得られた留分のうち445gを１Lフラスコに仕込み、オルダーショー（15段）、分留ヘッド及び還流比調節タイマーを備え付けた蒸留装置にて常圧にて蒸留を行った。

室温から徐々に昇温し、全還流を確認後、還流比1：20で初留分の抜き出しを行った。

得られた留分については都度GC分析を行い、ジフルオロ酢酸エチル（EDFA）の純度を確認した。EDFA純度が99％以上となってから還流比を1：5に変更して抜き出しを行い、ジフルオロ酢酸エチル（EDFA）純度が99.8%以上（GC）である留分を417g得た（トータル収率83%）。

Claims

一般式：HCF₂CF₂OR（式中、Rは、炭素数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を示す）で表される1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテルを、酸化物及び一般式：ROH（式中、Rは上記に同じ）で表される低級アルコールの存在下において、酸触媒に接触させる方法であって、反応温度が２０〜６０℃であり、酸触媒の使用量が、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、０．１〜０．５モルであることを特徴とする、一般式：HCF₂COOR（式中、Rは上記に同じ）で表されるジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
酸化物が、SiO₂及びAl₂O₃からなる群から選ばれた少なくとも一種の成分を含むものである請求項１に記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
低級アルコールが、エタノール及びメタノールからなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項１又は２に記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
酸触媒が、硫酸、p-トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸及び三フッ化ホウ素からなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項１〜３のいずれかに記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
低級アルコールの使用量が、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、０．０３〜１モルである請求項１〜４のいずれかに記載のジフルオロ酢酸エステルの製造方法。
反応開始時に、1,1,2,2-テトラフルオロエチルアルキルエーテル１モルに対して、低級アルコールを０．０１〜０．５モル添加し、反応開始から３０分以上経過後に、更に、低級アルコールを０．０２〜０．５モル添加して反応を行う請求項１〜５のいずれかに記載の方法。