JPH11506742A - フッ素化ジメチルエーテル類の精製 - Google Patents

フッ素化ジメチルエーテル類の精製

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JPH11506742A JP9500916A JP50091697A JPH11506742A JP H11506742 A JPH11506742 A JP H11506742A JP 9500916 A JP9500916 A JP 9500916A JP 50091697 A JP50091697 A JP 50091697A JP H11506742 A JPH11506742 A JP H11506742A
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Abstract

(57)【要約】 ビス(ジフルオロメチル)エーテルの精製方法。不純物の減少又は完全な除去を目的として、ビス(ジフルオロメチル)エーテルを分子篩に付す。更なる態様において本発明は、ビス(ジフルオロメチル)エーテルを分子篩にかける前にビス(ジフルオロメチル)エーテル生成におけるCF2HOCCl3の生成を選択的に抑制する手段を含んでいてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 フッ素化ジメチルエーテル類の精製 発明の背景 本発明は、一般的にはフッ素化ジメチルエーテル類、具体的にはビス(ジフル オロメチル)エーテル(CHF2OCHF2)に関する。該エーテル類はCFC代 替物、特に冷媒、発泡剤等に有用である。 従来、ビス(ジフルオロメチル)エーテルはジメチルエーテルを塩素化し、続 いてビス(ジクロロメチル)エーテルを単離しフッ素化することにより合成され ていた。塩素化の段階で、蒸留等に対して不安定な数種のエーテル体を含む塩素 化ジメチルエーテル類の複雑な混合物が生成し、この混合物からビス(ジクロロ メチル)エーテルが分離される。更にこの反応でクロロメチルメチルエーテル及 びビス(クロロメチル)エーテルが生成するが、これらは発癌性物質である。 メチルジフルオロメチルエーテルの合成に対する他のアプローチは、ハインお よびポーターによって「極性反応における中間体としてのメチレン誘導体 VI II。クロロジフルオロメタンとナトリウムメトキシドとの反応におけるジフル オロメチレン 」(米国化学会誌、79号、5493−6、1957)に開示され ている。この論文には、未反応の供給材料を継続的に還流する間に所望のジフル オロメチルメチルエーテルが一バッチの反応で安定した比で合成され、副生成物 としてオルトギ酸トリメチルを生成する反応機構が記述されている。しかしなが ら、この反応では大量のオルトギ酸トリメチルが生成する一方で、目的の生成物 自身が分解してオルトギ酸トリメチルになるため、所望のジフルオロメチルメチ ルエーテルの有利な収率を下回ることになる。 本発明の一部としてここに援用する米国特許第5,185,474号には、メ チルジフロオロエーテルを出発物質に用いて、このような発癌性物質及び不安定 化合物の生成を回避することが開示されている。メチルジフルオロメチルエーテ ルは塩素化により一般式CF2HOCH3-zClz(zは1、2または3を表す) の化合物の一種以上を含む反応混合物を生成する。この混合物を次いでフッ素化 しても、若しくは塩素化化合物の任意の一種を先に混合物から分離して個別にフ ッ素化してもよい。 しかしながら、未反応出発物質(ジフルオロメチルメチルエーテル)及びビス (ジフルオロメチル)エーテル調製における副生成物(クロロフルオロメタン) は、蒸留後も生成物に不純物として残留する。これらの沸点はビス(ジフルオロ メチル)エーテルの沸点に近いため、あるいは、おそらく未確認共沸混合物の生 成のため、これら不純物は蒸留の間に完全には除去できない。ビス(ジフルオロ メチル)エーテル中のこれら不純物の存在は、例えば冷媒としての能力に有害な 影響を及ぼす。更にクロロフルオロメタンは発癌性物質として知られている。 従って、本発明の一目的は精製されたビス(ジフルオロメチル)エーテルを提 供することである。 本発明の更なる目的は、精製されたビス(ジフルオロメチル)エーテルを製造 する方法を提供することである。 発明の概要 本発明はビス(ジフルオロメチル)エーテルの精製方法を提供するものであっ て、これにより先行技術の諸問題を解決するに至った。より具体的には、本発明 の方法は不純物の低減又は完全な除去を目的としてビス(ジフルオロメチル)エ ーテルを分子篩にかけることを包含している。気体及び液体原料の分離又は精製 には、分子篩又はゼオライトを用いた。ある分子が特定サイズの分子篩に吸着さ れるかどうかは予測不能である。吸着現象は、分子の大きさ及び形状に対する篩 結晶の開口の大きさ及び形状に依存するほか、吸着分子の極性、永久双極子モー メントの存在、篩カチオンの分布と電荷、及び吸着分子上の電場の影響等の他の 性質にも依存する。本発明の発明者らは、あるサイズの分子篩がビス(ジフルオ ロメチル)エーテルからの不純物除去に非常に効果的であることを発見した。 更なる態様において本発明は、ビス(ジフルオロメチル)エーテルを分子篩に かける前に、ビス(ジフルオロメチル)エーテル生成時のCF2HOCCl3生成 を選択的に抑制する手段を含んでいてもよい。 発明の詳細な説明 ビス(ジフルオロメチル)エーテル製造の出発原料と考えられるメチルジフル オロメチルエーテルは、米国化学会誌に発表された前記論文中でハインおよびポ ーターが報告した方法で調製できる既知の化合物である。具体的には、ジフルオ ロメチルメチルエーテルはナトリウムメトキシド(NaOMe)とクロロジフル オロメタン(CF2HCl)との反応によって製造できる。その反応は以下のよ うに表される。 CF2HCl + CH3ONa −−→ CF2HOCH3 + NaCl 即ち、本方法はナトリウムメトキシドのアルコール溶液の生成及び反応混合物へ のクロロジフルオロメタンの時間をかけたバブリングにより、該当混合物中に残 渣としてメチルジフルオロメチルエーテルを得ることを含む。一部の生成物は未 反応CF2HClを伴出するが、これは蒸留操作によりCF2HClから分離でき る。 出発物質であるエーテル、即ちCHF2OCH3は、まずNaOHとCH3OH とを反応させてCH3ONaを生成させ、次いでCF2HClと反応させることに よっても調製可能である。しかしながら、NaOH/CH3OHの反応では水も 生成する。この水の影響で、CHF2OCH3を生成する後続反応においてCHF2 OCH3の収率が低下する。 ビス(ジフルオロメチル)エーテルの製造に用いられる塩素化及びフッ素化段 階は以下のように表すことができる。 上記反応スキームにおけるCF2HOCH3-zClz(z=3)の生成は、気相反 応媒体へ酸素源、好ましくは空気を添加することにより阻害もしくは除外するこ とさえ可能である。これは、本明細書に援用する米国特許第5,278,342 号の開示内容と一致している。驚くべきことに酸素の添加は三種の塩素化物の生 成を等価に阻害するのではなく、CF2HOCCl3の生成を選択的に阻害す る。所望の化合物の製造に有害でない限り、任意の酸素源を使用できる。これに は、酸素を“その場”(in situ)で発生する酸素含有化合物が含まれる。酸素 は望ましい阻害に有効な量を存在させる必要がある。空気を使用する場合、好ま しくは全気流中の約1.5%〜約5.5%の量を添加する。当該技術における熟 練者であれば、純酸素を使用すれば使用量が空気の約五分の一で済むことに気が つくであろう。酸素源は、塩素ガスが流通している間中反応媒体に添加すること が望ましい。 CHF2OCH3を液化した後に、可視光を照射しながら塩素ガスと反応させる ことによって適切にCHF2OCH3を塩素化できることが知られている。あるい は、紫外光のような他の光源又は熱、触媒もしくはフリーラジカル開始剤を上記 反応の補助手段とすることができる。CHF2OCH3の諸塩素化物はフッ素化以 前に容易に分離することができるが、分離せずに反応混合物をフッ素化するとC F2HOCCl2F、CF2HOCF2Cl、CF2HOCH2F、CF2HOCFH Cl及びCF2HOCF2Hの混合物が生成する。全ての分離は、分別蒸留によっ て遂行することができる。 CHF2OCH3の塩素化の好ましい方法は、CHF2OCH3を気相中に維持し 、光照射、好ましくは可視光または紫外光を照射しながら塩素ガスと反応させ塩 素化反応することである。もしくは、塩素化反応における光の代わりに触媒、熱 又はフリーラジカル開始剤のような他の反応補助手段を用いることができる。 好ましいフッ素化手続においては、上記の塩素化反応生成物を無水フッ化水素 (HF)と反応させる。その反応は以下のように表される。 2CF2HOCCl3 + 3HF −−−→ CF2HOCFCl2 + CF2HOCF2Cl + 3HCl あるいは、フッ素化材料のフラグメント化を減少させて、所望の生成物を高収 率で得て副生成物を少なくするために、HFを有機溶媒、好ましくはメチルピロ リドン等の極性非プロトン性溶媒で希釈してもよい。フッ素化段階用の他のフッ 素源には、KHF2、NaHF2、LiHF2、NH4HF2等のHF2 -をアニオン とする塩を生成する金属フッ化物及び適切な溶媒中でのHF、NaF及びKFの 各ピリジニウム塩が挙げられる。 得られるフッ素化生成物は、蒸留又は開示を本明細書に援用した米国特許第4 ,025,567号又は第3,887,439号で教示されているプロセスによ って分離できる。 この生成物を精製するため、蒸留の前又は後に、約200〜400℃、好まし くは約240°〜250℃に予備加熱された分子篩を用いる。加熱時間は重要で なく、約3時間〜約20時間に亘って行われる。好ましくは、分子篩は、まだ温 かい状態の間に真空中で引いておく。真空処理を行わない場合、分子篩は200 〜400℃の範囲の高境界の温度まで加熱する必要がある。ジフルオロメチルメ チルエーテルを除去するための適切な篩サイズとしては、3、4、5及び10Å が挙げられる。クロロフルオロメタンの除去はより選択的で、4Åより小さい分 子篩は有効でない。好ましくは、4又は5Åの分子篩を用いてクロロフルオロメ タンを除去するが、最も好ましい大きさは4Åである。 分子篩と純粋でないビス(ジフルオロメチル)エーテルとの接触は連続法、即 ち定常流通下又は静止系で行うことができる。連続法の場合、ビス(ジフルオロ メチル)エーテルの分子篩に対する重量比は約0.04〜約0.6とすることが できるが、好ましくは0.07〜0.33である。静止系の場合、ビス(ジフル オロメチル)エーテルの重量は分子篩の重量を越える必要がある。適切な比は約 1〜約7で、好ましくは1.8〜4.8である。 分子篩とビス(ジフルオロメチル)エーテルとの接触は環境温度で行うことが できる。例えば100℃までのより高温でも実施可能である。この場合、吸脱着 平衡確立への速度は増加するが、温度の上昇に伴って材料の吸着量は減少する。 吸着がそれほど強くなく、又迅速な平衡確立によって得られる利点が特になけれ ば、通常、より高温では実施すべきでない。例えば0〜20℃の、より低温でも 実施可能である。より強い吸着の観点から、周囲より低温での実施には利点があ る。好ましい温度は、約20〜35℃で、さらに好ましくは約25℃である。 連続法における適切な接触時間は、約2〜約6分である。静止系における適切 な接触時間は約3時間であるが、15時間まで可能である。 本発明を、以下の実施例によって更に説明する。 実施例1 a)CF2HOCH3の調製 ナトリウムメトキシド(7.1モル)を含むメタノール溶液(25重量%、1 533.1g)を、温度センサー、圧力ゲージ及びディップレッグ(dipleg)を 有する4リットルのジャケット付きオートクレーブに入れた。この容器を0〜5 ℃に冷却し、クロロジフルオロメタン(318.2g、3.70モル)を2.5 時間かけて攪拌しながら加えた。ガスの添加終了後、ガス状生成物を水冷式冷却 器を通して約−70℃に冷却された回収トラップへ排出しながら、オートクレー ブをゆっくりと約60℃まで温めた。 全ての揮発性材料を回収した時点で未反応のCHF2Clを−20℃で除去し 、残留CF2HOCH3を金属製シリンダーへ移した。回収されたジフルオロメチ ルメチルエーテルの収率(対CF2HCl)は49.4%であった。 b)CF2HOCH3の塩素化 気相の塩素及び気相のCF2HOCH3を0℃に冷却された別々の冷却器に通す 。ガス流を合流させ、可視光又はUVが照射されているU字型反応器の一つの腕 部に通す。反応器の両腕部はジャケットに接続されて水冷される。 U字の底部には排出口が設けられ、生成物回収フラスコに接続している。−5 0℃に冷却されたデュワー式冷却器がU字管の第二腕部の排出口に結合し、更に これは一連の未反応塩素回収用のコールドトラップおよびHCl除去用NaOH スクラッバーに順次接続している。上記反応は通常大気圧下で行われるが、より 高圧又はより低圧で行うこともできる。ガラスへの攻撃を回避するために、反応 器内で温度は50℃を大きく越えないようにする必要がある。 実際には、上記の装置を窒素でフラッシュ洗浄しておき、続いて塩素とCHF2 OCH3とを、塩素のフローと該エーテルのフローとの比が約2.5:1に維持 されるような速度で反応器へ供給する。これは最適な結果、即ちCF2HOCH Cl2の生成のためである。このガスフローの比を変えることにより、三種生成 物中の任意の生成物を、優勢な量で得ることが出来る。 塩素(2.3モル)及びCHF2OCH3(0.9モル)を通した後、生成物( 136.6g)を回収した。生成混合物のGC分析の結果は、CF2HOCH2C lが10.0%、CF2HOCHCl2が62.4%及びCF2HOCCl3 が22.2%であった。 c)CHF2OCHCl2のHFによるフッ素化 CF2HOCHCl2を46.1%含有するCHF2OCH3の塩素化物(40. 0g)をステンレススチール製シリンダーに入れ氷で冷却し、その後無水HF( 30.0g)を添加した。上記シリンダーをバルブ及びプレッシャーゲージで封 鎖し、60℃の水浴に3時間付した。NaOHスクラッバーを通しシリンダーの 内容物を排出し、揮発性生成物を−70℃に冷却したトラップ中に回収した。ト ラップから回収された生成物の重量は16.8gであった。GC分析の結果、こ のうちの71.8%がCF2HOCF2Hであった。これは、CF2HOCF2Hの 収率83.8%に相当する。 より大規模(例えば5ガロン)の量で実施した時にはCF2HOCF2Hがほぼ 定量的な収率(対CF2HOCHCl2)で得られた。 実施例2 使用した塩素化装置は、ジャケットなしの短ガラス管(内径2インチ)で下端 がU字管様となるように結合した垂直な二本のジャケット付きガラス管(長さ4 フィート、内径2インチ)からなるものであった。生成物の生成につれこれを回 収し、上記装置から連続的に除去するか又は受け器に蓄積されるようにU字管配 置の最下点から排液チューブを導いた。それぞれの管の長さ方向に沿って三個の 150ワットの白熱フラッドランプが配置された。 U字管配置の一つの腕部の上端へガスを導入した。流量は、較正済マスフロー メーターで測定した。未反応のE−152a及び塩素は、U字管の第二の腕部の 排出口上の低温冷却管によって、照射されている反応領域へ戻された。副生成物 の塩化水素と空気とが、冷却管から水スクラッバーへと通過した。このスクラッ バーで塩化水素が除去された。 上記装置の冷却ジャケットに、0〜5℃に冷却したメタノール−水混合物を循 環させた。 典型的な実施においては、冷却ジャケットに0〜5℃の冷却剤を循環させ、フ ラッドランプを点灯し、ドライアイスを上記の低温冷却管に配置した。上記装置 には塩素を最初に導入し、続いてジフルオロメチルエーテル及び空気を望ましい 比で導入した。受け器から生成物を間隔を置いて取り出し、飽和NaHCO3溶 液で洗浄してHClを除去した。この反応は連続性であったので、望ましい任意 意の時間進行させることができた。反応終了時にガスフローを停止し、生成物を 上記の垂直反応管から受け器へと排出した。 結果を下の表1に示す。実施例6−29−1〜6−29−7は、ガス流に空気 を添加しないで普通に得られた生成物の分布を表している。実施例7−7−3〜 7−8−6は、微量の空気添加の効果を示している。 実施例3 CF2HOCCl3を50%含有する塩素化ジフルオロメチルエーテルの混合物 (25g)を、キャリヤーガスとしての窒素の注入管を有するポリエチレン製フ ラスコに加えた。このフラスコには排出管が備えられ、NaOH溶液(10%) を含有する第二のポリエチレン製フラスコに導かれ、以下乾燥管およびドライア イス/MeOHで冷却されたトラップへ続く。 過剰の無水フッ化水素を上記塩素化エーテルに添加し、その混合物を磁気攪拌 器で攪拌した。加熱しなかったが、温度は約20℃を維持した。更にこの混合物 に、全ての有機材料が反応するまでフッ化水素を必要量添加した。上記コールド トラップから回収された材料の重量は9.5gであった。 回収生成物のGC分析の結果、このうちの84.3%がCF2HOCF2Clで あった。これは収率(上記塩素化混合物のCF2OCCl3含有量に対して)78 %に相当する。少量のCF2HOCFCl2も存在した。 実施例4 分子篩(114g)を約250℃に加熱し、真空中で5時間吸引した後、ポリ エチレン管(17’×3/8”)内に設置した。上記詳細のように調製された純 粋でないビス(ジフルオロメチル)エーテルを室温で上記の管に通し、その結果 得られた純粋な材料をコールドトラップ中に回収した。回収材料をガスクロマト グラフ分析するためにシリンダーに移した。データを表2に示す。 固定床法によってジフルオロメチルメチルエーテルを容易に除去できることが データから判る。分子篩処理後のCH2FClの増加は、分析手続きにおけるp pmレベルの誤差によるものである。 実施例5 サイズ3Å〜10Åの分子篩を、使用に先立ち約20時間約250℃まで加熱 した。特定のサイズの分子篩を、重量測定した量だけバルブ付きシリンダーに入 れ真空に引いた。ビス(ジフルオロメチル)エーテルを測定した量だけ上記シリ ンダーへ添加し数アラウ間環境温度で放置した。このビス(ジフルオロメチル) エーテルを別のシリンダーへ移しGC分析を行った。データを表3に示す。 静止系においては、吸着を最も効果的にするために上記分子篩を使用前に加熱 及び吸引しておく必要があることが、これらのデータから判る。試験した全ての 異なるサイズの分子篩を予備加熱及び吸引した場合、ジフルオロメチルメチルエ ーテルは完全に除去された。4Åの篩により、クロロフルオロメタン含有量は実 質的に4ppmの低さまで減少した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN, MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT ,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 バルカ,ロバート,ジェイ. アメリカ合衆国、03054 ニューハンプシ ャー州、メリマック、ハッチンソン ロー ド 9

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.ビス(ジフルオロメチル)エーテルを孔径約3〜約10Åの分子篩に接触さ せることを包含する、ビス(ジフルオロメチル)エーテルの精製方法。 2.請求の範囲1に記載の方法であって、更に前記分子篩を、ビス(ジフルオロ メチル)エーテルとの前記接触以前に約250℃まで加熱することを包含する方 法。 3.請求の範囲1に記載の方法であって、更に前記分子篩をビス(ジフルオロメ チル)エーテルとの前記接触に先立ち真空下で吸引することを包含する方法。 4.前記分子篩の平均孔径が4Åである請求の範囲1に記載の方法。 5.請求の範囲1に記載の方法であって、前記分子篩が前記ビス(ジフルオロメ チル)エーテルの連続フローと接触する方法。 6.式CF2HOCClxy3-(x+y)(式中xは0、1又は2を表し、yは1、 2又は3を表し及びx+yの合計が1、2又は3を表す)で表されるフッ素化ジ メチルエーテルの調製方法であって、前記方法が、 酸素の存在下でCHF2OCH3と塩素とを反応させて前記CHF2OCH3を塩 素化して式CF2HOCH3-zClz(式中zは1または2を表す)の一種以上の 化合物を含有する塩素化混合物を生成し、 前記式CF2HOCH3-zClzで表される一種以上の化合物を、フッ化水素、 無水フッ化水素、HF2 -の金属塩、溶媒存在下のNaF、溶媒存在下のKF及び HFのピリジン塩からなる群から選択されるフッ素源を触媒不在下で用いてフッ 素化して式CF2HOCH3-zyClz-yで表される一種以上の化合物を含有する フッ素化混合物を得、そして 得られた生成物を孔径約3〜約10Åの分子篩に接触させて精製すること、を 包含する方法。 7.請求の範囲6に記載の方法であって、更にCF2HOCCl3の生成を阻害す ることを包含する方法。 8.請求の範囲6に記載の方法であって、前記分子篩を前記得られる生成物の連 続フローと接触させる方法。
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