JPH03505328A - 気相フッ素化方法 - Google Patents
気相フッ素化方法Info
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- JPH03505328A JPH03505328A JP1506354A JP50635489A JPH03505328A JP H03505328 A JPH03505328 A JP H03505328A JP 1506354 A JP1506354 A JP 1506354A JP 50635489 A JP50635489 A JP 50635489A JP H03505328 A JPH03505328 A JP H03505328A
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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- C07C17/093—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens
- C07C17/20—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms
- C07C17/21—Preparation of halogenated hydrocarbons by replacement by halogens of halogen atoms by other halogen atoms with simultaneous increase of the number of halogen atoms
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の名称
気相フッ素化方法
発明の分野
1.1.1−トリフルオロジクロロエタン(FC−123)および/または1.
1.1.2−テトラフルオロクロロエタン(FC−124)の改良された製造方
法に係り、さらに特に、高フツ素含有率アルミニウム含有化合物と組合わされた
選択された金属の存在下での適切なテトラハロエチレンのフッ化水素との気相反
応に関する。この反応は、ペンタフルオロエタンの生成が最小限になる制御され
た条件下で実施される。
発明の背景
カナダ特許No、 1.196.345 (1985)は、オキシフッ化クロム
の存在下、20〜200℃、特に60〜180℃における対応するエチレンヘノ
BFノ添加1:、J−ルCF:i CBXY(X4. F;Y’E、 F、 C
I、 Br、 l)の製造方法を開示する。
U、 S、 3.755.477は、テトラクロロエチレンおよびクロロトリフ
ルオロエチレンを含むハロゲン化脂肪族炭化水素のフッ素化を包含するフッ素化
脂肪族炭化水素の製造方法を開示する。このフッ素化は、気相における、多段工
程によって調製されたスチーム処理および焼成された酸化クロム触媒の存在下で
のフッ化水素との反応による。第5欄の例23は、テトラクロロエチレンを原料
とし、BF/C2C14のモル比が10/1゜5.4秒間の接触時間、360℃
の反応温度で、Ch CBCl2 (20%) 、 Ch CHCIF (
20%) 、 CF3 CB F2 (30%)およびCF3 CClF2
(20%)が、生成することを示しめしている。第5欄の例24は、クロロトリ
フルオロエチレンを原料として、BF/ C2Cl hのモル比が1.8/1.
4秒間の接触時間、360℃の反応温度で、CF2・CF2(20%)およびC
Fi CECIF (13%)が生成することを示しめしている。これらの例
では、所望するトリーおよびテトラフルオロ化生成物よりも、望ましくないペン
タフッ素化生成物がより多量に得られる。
U、 S、 3.258.500は、アルミナで担持されてもよい熱活性化無水
酸化クロム(m)から実質的になる触媒を使用する、テトラクロロエチレンおよ
びクロロトリフルオロエチレンを含むハロゲン化炭素とHFとの接触蒸気相反応
を開示する。この触媒は、高い活性を有する。第14欄の例17には、 上記U
、 S、 3.755.477のように、この触媒によるテトラクロロエチレン
のフッ素化は、大量のあまり好ましくない高フツ素化ペンタフルオロエタンを生
成することを示している。400℃で、生成物の分布は、ペンタフルオロエタン
35.0%、l−クロロ−1、2,2,2−テトラフルオロエタン9.2%、及
び1.1−ジクロロ−2,2,2−トリフルオロエタン3.5%である。300
℃で、生成物の分布は、1−クロロ−1,2,2,2−テトラフルオロエタン3
8.3%、ペンタフルオロエタン25.4%、及び1.1−ジクロロ−2,2,
2−トリフルオロエタン16.0%である。第5欄の例20には、クロロトリフ
ルオロエチレンが400℃において主生成物としてCF3CB F2を生成する
ことが示されている。
GB 1.000.485は、気相中でかつ好ましくは200℃〜400℃の範
囲内の温度でのハロオレフィン類のフッ素化による有機フッ素化化合物の製造方
法を開示する。この触媒は、主に、1以上の多価金属ハロゲン化物で含浸された
部分フツ素化アルミナからなる。この多価金属は、クロム、コバルト、ニッケル
またはマンガンであり得る。酸化物として表した多価金属ハロゲン化物の総含量
は、アルミナとして表した部分フッ素化(70〜80%)アルミナの15重量%
以下である。例4(表4)は、そのような触媒の存在下でのテトラクロロエチレ
ンとBFとの反応によって、220〜290℃で主生成物としてCF3CBCI
、を生成することが示されている。更に、この特許は、この触媒のフッ素化が過
剰である場合、触媒の活性が害されることを明言する(第3頁、第2欄、第85
行〜第87行)。
これらの文献は、ペンタフルオロエタンの生産を最小にして、1.1.1−トリ
フルオロクロロエタン及び1.1.1.2−テトラフルオロクロロエタンを選択
的に、特に高テトラノ\ロエチレン転換率で生成する方法を開示していない。
本発明の方法は、以下論議しかつ例で説明するように触媒の選択及び反応変数の
制御によって、ペンタフルオロエタンの生成を最小にすることによって所望の高
い度合いの選択性を達成する。
発明の概要
テトラハロエチレンC2C14−Fx (式中、x−0〜3)のフッ素化によ
る]、 1.1−トリフルオロジクロロエタン及び/または1. ]、 1.2
−テトラフルオロクロロエタンの製造方法を開示する。この方法は、気相中、約
り75℃〜約450℃で前記テトラハロエチレン及びEFを、零よりも大きい酸
化状態で金属を含有する触媒と接触させることを含む。前記金属は、クロム、マ
ンガン、ロジウム、ニッケル、コバルト及びそれらの混合物からなる群から選択
され、前記金属は、フッ素含量が、金属を除く触媒組成物の少なくとも90重量
%のAlF3含量に相当するような割合のアルミラム及びフッ素から実質的にな
るアルミニウム含有化合物と組み合わされる。前記AIFB含量は、気化性フッ
素含有化合物による未フッ素化触媒の前処理によりて得られる。
発明の詳細
な説明のテトラハロエチレンは、式C2C1a−Fx C式中、x−0〜3)
によって定義され、CCh ”CCl2、CCIF’CCI 2、CCIF=C
CIF 、 CF2・CC12並びにCF、・CCIF及びこれらの混合物を含
む。テトラクロロエチレンが好ましい。
高フツ素含有率アルミニウム含有化合物は、Alhとして見做された触媒組成物
の全フッ素含量が、金属(すなわちクロム、マンガン、ロジウム、ニッケル及び
コバルト)を除いて、少なくとも90重量%、好ましくは95重量%以上のAl
F3に相当するような割合であるアルミニウム及びフッ素からなる組成物を意味
する。アルミニウム含有化合物の残部は、アルミナまたはオキシフッ化アルミニ
ウムを含有し得る。
高フツ素含有率アルミニウム含有化合物は、少なくとも1つのクロム、マンガン
、ロジウム、ニッケルまたはコバルト化合物(酸化物、オキシハロゲン化物、ハ
ロゲン化物或いは疑似ハロゲン化物または本明細書に記載する前処理工程の条件
下でフッ化物またはオキシフッ化物に変換し得るその他の形であっても良い)を
含浸させたアルミナの徹底的なフッ素化によってその場で調製できる。ハロゲン
化物は、フッ化物、塩化物または臭化物を含む。疑似ハロゲン化物は、シアン化
物、シアン酸塩、チオシアン酸塩を含む。好ましい金属は、マンガン、ロジウム
、ニッケル、及びコバルトである。最も好ましい金属は、コバルトである。
クロム、マンガン、ロジウム、ニッケルまたはコバルトの二価酸化物として表さ
れる全含量は、担持される触媒の20重量%以下である。
本発明の触媒は、テトラハロエチレンとの反応の前、所望の金属化合物をAl2
O3に含浸させ、BF、 SF、 、CCI、 F 。
CCl2 F x 、CHF3またはCC12FCCIF 2等のフッ素含有化
合物で、所望のフッ素化度が得られるまで高められた温度(例えば、約200℃
から約400℃)で処理することによって調製できる。IFまたはその他の気化
性フッ素含有化合物による処理は、テトラクロロエチレンを11Fと接触させる
ために使用する反応器中で都合良く行うことができる。
気化性フッ素含有化合物とは、本発明の未フッ素化触媒を、本明細書に記載する
前処理条件を使用して、所望のフッ素化度に変換し得るフッ素含有化合物を意味
する。
例えば、適切な触媒は次のように調製できる。
ある量のAhO3に、触媒効果量の1以上のクロム、マンガン、ロジウム、ニッ
ケルまたはコバルトの金属ハロゲン化物または疑似ハロゲン化物の溶液を含浸さ
せる。触媒効果量とは、アルミナ担持体の約0.02〜20重量%、好ましくは
0.1−〜5重量%である、二価酸化物として表される金属の量を意 。
味する。含浸されたAl103は、実質的に総ての水分が除去されるまで(例え
ば、300℃で約18時間)乾燥できる。次いで、乾燥された触媒を使用すべき
反応器に移す。次に、反応器中にN2を流し続けて、約400℃まで徐々に温度
を上昇させて、触媒及び反応器からいかなる水分の痕跡も除去する。
次に、温度を約200℃まで下げ、N2で稀釈したBPを反応器に通じる。N2
を、HFだけが反応器中に通じるようになるまで徐々に減少させることができる
。この点において、温度を約450℃まで増加させることができる。そして、こ
の温度に維持して、含浸されたAl2O3を少なくとも90%AlF3に相当す
るフッ化物含量まで変換する(例えば、BFの流量及び触媒の容量に従って15
〜300分間)。
本発明の触媒の存在下でのテトラハロエチレンのBFとの反応は、275℃〜4
50℃、好ましくは約300℃〜400℃、最も好ましくは約325℃〜350
℃の温度で、約5〜100秒、好ましくは約10〜90秒、最も好ましくは約1
5〜60秒の接触時間で実施される。 : □
テトラハロエチレンに対するEFのモル比は、約1/1〜20/1、好ましくは
約371〜10/1.最も好ましくは約471〜7/1であることができる。
もし希望するならば、この工程は、約275℃よりも低い温度で行うことができ
るが、あるEF/C2C14比及び接触時間においては、温度の低下はc2C1
4の転換の減少、CF3ClICI2及びCF3CHCIF ノ生産の減少、及
びC,HC14F及び C2Cl3F 2等のフッ素化度の低い生成物の生成の
増加を結果として生じる。しかしながら、目的がフッ素化度の低い生成物を製造
することであるならば、本発明の触媒は、約275℃よりも低い温度で使用する
場合に、この目的に適しているであろう。
一般的に、触媒組成物を一定にすれば、温度が高い程、HF/テトラハロエチレ
ンのモル比が大きく、また接触時間が長くなる程、テトラハロエチレンのフッ素
化生成物への変換率が大きくなる。上記変数をその一つをその他に対して釣り合
せることによりて、FC−123の生成をFC−124よりも有利にすると共に
、−緒に得られるこれら2つの化合物の生産を最大にとができる。
本発明の重要な特徴は、本明細書に記載されているように触媒の選択及び工程の
制御によって、高いテトラハロエチレンの変換(通常、約30%及び約90%の
間)で主生成物としての所望のトリー及びテトラフルオロ生成物が得られること
である。好ましくは、反応変数を、ペンタフルオロ生成物の生産を生産物の約1
0面積%(ガスクロマトグラフによって決定される)以下に維持するように制御
する。すなわち、テトラクロロエチレンを用いた例で説明するように、トリー及
びテトラフルオロ生産物を非常に高い収率で得ると同時に、高いテトラクロロエ
チレンの変換においてさえ、高フツ素化生成物の生産を最小にする。
前記反応の過程で生成されるCBCl2 CClF2 、 CCIF−CCh及
びClICI2 CCl2 Fのようなフッ素化度の低い化合物を、追加のF
C−123及びFC−124を製造するために反応器に再循環することができる
。更に、FC−124を必要とする場合には、追加のFC−124を製造するた
めにFC−123を反応器に再循環することができる。
11Fとのテトラハロエチレンの反応は、固定床及び流動床反応器を含むいずれ
の適切な反応器中でも行うことができる。
反応容器は、ハステロイ(Basjilo7 )及びインコネル(Incone
l )等のフッ化水素の腐蝕効果に対する抵抗性がある物質から構成されていな
ければならない。
圧力は重要ではない。大気圧及び大気圧を越える圧力が最も都合がよく、それ故
に好ましい。
本発明によって製造されるフッ素化アルカンは、発泡剤及び冷凍剤としての実用
性がある。これらは、その他の有用な化合物の調製のための出発物質としても使
用できる。例えば、FC−124は、1,1,1.2−テトラフルオロエタンを
調製するために使用できる。
実施例
次に説明する例において、他の指摘がない限り、全ての部及び百分率は重量によ
るものであり、全ての温度は摂氏である。全ての反応は、痕跡量だけの水を含む
市販のEFを使用した。
フッ素化の一般的な手順
反応器(内径0.5インチ、長さ12インチのインコネルパイプ)に以下の例で
示す量のフッ素化触媒を仕込み、砂浴中に設置した。この浴を、徐々に400℃
まで加熱し1、その間、窒素ガスを、50m1/分間の流速で反応器に通じて水
の痕跡を除いた。温度を200℃まで下げ、EF及び窒素ガス(1;4モル比)
を反応器に通過じ、窒素流量を、BFだけが反応器に通じるようになるまで経時
的に減少させた。この点で、温度を徐々に450℃まで上昇させ、その温度に1
5〜300分間維持した。触媒組成物のフッ素含量は、少な(とも95%のAl
F3含ff1(金属を除く)に相当した。
触媒組成物の最初のフッ素含量は、少なくとも90%のAlh含量(金属を除く
)に相当することを決定できる。この決定は、この反応に関連する次の計算に基
づく。
A1□03 + 6 BF−〉2 AIFB + 3 N20y=少なくとも
400℃の温度で少なくとも4時間、乾燥窒素、空気またはその他の適当な不活
性媒体の流れの中で乾燥された、未フッ素化触媒組成物の重量から該未フッ素化
触媒組成物中の金属化合物の重量を引いた重量。
2−フッ素化触媒組成物の重量からフッ化金属として計算された金属化合物の重
量を引いた重量。
X−フッ素化後残っているAl103の重量。
y−x=反応したA1□03の重量
Z−X−フッ素化アルミナ中のAlF3の重量。
(Y −x) 168/102− z −xとすれば、乾燥したフッ素化アルミ
ナの百分率(%)としてAIF、の重量を次のように計算できる。:次に、温度
を指示する値に減少させ、その後、CCl211CCI□を流し始める。BF及
びCCI□−CCI□の流れを調節して、指示するモル比及び接触時間にする。
反応器の流出物を、水酸化カリウム水溶液で洗い落として、C1及びBFを除去
し、不活性担体上の“クライトツクス(Kr7+oXど過フッ素化ポリエーテル
を含む長さ20フイート、直径178インチのカラム、及び35CC/分の流量
のヘリウムを使用したヒユーレット・パラカード(BsvlzN Packar
d) BP5890ガスクロマトグラフによりオン−ラインで試料採取した。
ガスクロマトグラフィーの条件は、70°、3分間であり、次に、温度を、6°
/分の割合で180 ’までプログラムした。
例1〜2
最初の触媒仕込みとしてN1Ch /AI203 (2%Ni) 19.8g
DOcc)を使用し、上記フッ素化の一般的な手順を行った。
調製された触媒上でのCCI□・CCl2とのIFの反応の結果を、表1に示す
。
温度(℃) 325 350EF/ C,Cl4
(モル比) 5/1 6/1接触時間
(秒) 45 30変換率(%) 58.7
61.2面積量分率
Ch CEC1270,060,6
CF3CIICIF 12.4 20.3CF3 CEF
2 0.5 1.3CF3CBCI□+
Ch CIIICIF 82.4 80.9例3〜4
最初の触媒仕込みとしてMnC1z /AI20 s (1,87%Mn) 1
9゜5 g DOcc)を使用し、上記フッ素化の一般的な手順を行った。
調製された触媒上でのCCl2”CCl2とのEFの反応の結果を、表2に示す
。
表2
温度(”C) 350 375HF/ C,Cl4
(モル比) 6/I 10/1接触時間
(秒) 30 25変換率(%) ?0.4
61.5面積量分率
CF3CRCI□ 67、8 58.5CF3 CBCIF
115 17.6CF3 CIIF 2 1
.0 1.lCF3 CBCl2 +
Ch CBCIF g6.3 76、1例5〜9
最初の触媒仕込みとしてCoCl2 /AI203 (2,0%Co)18、
4 g DOcc)を使用し、上記フッ素化の一般的な手順を行った。調製され
た触媒上でのCCl2・CCl2のEFとの反応の結果を、表3に示す。
表3
温度(’C) 350 350 350 350 3501F
/ C2Cl4
(モル比) ?/1 10/1 5/1 5/1 3/1接触
時間
(秒) 13.2 19j 31.8 17.6 25.7変
換率(%) 87j 90j 86.8 75.7 60.0
CF3CIICI2 56.5 52.8 53.6 57.8
52.ICFiCHCIF 37.2 41.1 39.4 32
.2 32.9CF、 CHF 2 1.62.12゜2 1.5
2.5CF3 CHCl2+
CFi CBCIF 93.7 93.9 93.0 90.0 8
5.0例10〜13
最初の触媒仕込みとしてCrCl1 /AI20v (5,2%Cr)18、
4 g DOce)を使用し、上記フッ素化の一般的な手順を行った。調製さ
れた触媒上でのCCl2・CCI□のIIFとの反応の結果を、表4に示す。
表4
温度(℃) 425 350 350 350BF/ C2C1
4
(モル比) 4/1 4/1 5/1 6/1接触時間
(秒) 15 60 60 60変換率(%) 6
2.1 78j 78.1 80jCh CHCl、 31.4
50.8 49.6 46.1CFi CBCIF 22.2
28.5 29.7 33.3CF) CBF 2 9.8 6
.9 7.3 7.2CF3 C肛1□+
CFi CBCIF 53.6 79.3 79.3 79.4例
14〜19
最初の触媒仕込みとしてCoCl1 / Al10 s (2%Co) 20
.4g DOCC)を使用し、上記フッ素化の一般的な手順を行った。
11F/C2Cl4の比は、6/1であり、接触時間は、30秒間であった。調
製された触媒上でのCCI□−CC12のIIFとの反応の結果を、表5に示す
。
L−」
温ル(:C) 265 255 245 235 225 2
15”−4’k”¥ <−’I、) 36.2 29.9 25.3 21
.3 16.5 12.9CF3C)HCl2 54.1 43.1 3
2.8 23.4 11.3 4.7CF3C)(CIF 1.1
1.0 0.4 0.0 0.0 0.0CCIF2C)IC12
29,640,650,258,752,143,7CC12FCHC120,
60,71,21,91,92,3し、砲 14.6 14.6 15.
4 16.0 34.7 49.3国際調査報告
Claims (12)
- (1)テトラハロエチレンンC2CI4−xFx(式中、x=0〜3)のフッ素 化による1,1,1−トリフルオロジクロロエタン及び/または1,1,1,2 −テトラフルオロクロロエタンの製造方法であって、気相中、約275℃〜約4 50℃で前記テトラハロエチレンとHFを、零よりも大きい酸化状態にある少な くとも1種の金属を包含する触媒と接触させることを含み、前記金属はクロム、 マンガン、ロジウム、ニッケル、コバルト及びそれらの混合物から実質的になる 群から選択され、前記金属は、フッ素含量が金属を除く触媒組成物の少なくとも 90重量%のAIF3含量に相当するような割合のアルミウム及びフッ素からな るアルミニウム含有化合物と組み合わされ、前記AIF3含量は、気化性フッ素 含有化合物による未フッ素化触媒の前処理によって得られるものである方法。
- (2)テトラハロエチレンがテトラクロロエチレンである請求の範囲第1項記載 の方法。
- (3)触媒が二価酸化物として表わして約0.02〜約20重量パーセントの金 属を含む請求の範囲第1項記載の方法。
- (4)触媒が二価酸化物として表わして約0.1〜約5重量パーセントの金属を 含む請求の範囲第1項記載の方法。
- (5)HFをテトラハロエチレンと、約1/1〜約20/1のモル比、約275 ℃〜約400℃の温度及び約5〜約100秒間の接触時間で接触させる請求の範 囲第1項、第2項または第3項記載の方法。
- (6)テトラハロエチレンのフッ素化生成物への変換率が約30%〜約95%で ある請求の範囲第4項記載の方法。
- (7)金属が、マンガン、ロジウム、ニッケル及びコバルトからなる群から選択 される請求の範囲第1項記載の方法。
- (8)金属が、コバルトである請求の範囲第6項記載の方法。
- (9)生産物流がCF3CHCIFよりも多いCF3CHCI2含有率を有し、 CF3CHCI2及びCF3CHCIFを合わせた合計が生産物流中のCF3C HF2よりも多い請求の範囲第4項記載の方法。
- (10)生産物流中のCF3CHF2の量が10パーセントよりも少ない請求の 範囲第8項。
- (11)生産されたCF3CHCI2の少なくとも一部を、追加のCF3CHC IFに変換するために接触工程に再循環する工程を更に含む請求の範囲第1項記 載の方法。
- (12)気化性フッ素含有化合物が、HF,SF4,CCI3F,CCI2F2 ,CHF3またはCCI2FCCI3F2からなる群から選択される請求の範囲 第1項記載の方法。
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