JPS58185530A - アルカンまたはシクロアルカンのハロゲン化方法およびその装置 - Google Patents

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】 本発明は塩素を相当する炭化水素に作用させることによ
って、液相でハロゲノアルカンおよびハロゲノシクロア
ルカンを製造する方法に関する。

本発明は、また、この製造方法を実施するための装置と
同時に改善された製造方法を提供するものである。本発
明はクロルシクロアルカン、特ニジクロヘキシルモノク
ロリドの製造に極めて有利に適用することができる。ハ
ロゲノアルカンおよびシクロアルカン、特にシクロヘキ
シルクロリドが種々の有用な化合物の製造中間体として
重要であることから、これら化合物の製造について多く
の工業的方法が提案された。

これら製造方法の中で、最も実用的な方法は、塩素のシ
クロヘキサン溶液を、紫外線照射器が取付けられた反応
器内を通過させる方法である。

形成されたクロルシクロヘキサンは、次いで蒸留ニよっ
て残在するシクロヘキサンから分離される。しかしなが
ら、この方法を工業的に実施する場合の欠点は、激しい
過クロル化が起こることであり、シクロヘキサンのｌリ
クロル誘導体が生成し、目的とするモノクロルシクロヘ
キサンの反応選択率が低下する。この結果、たとえば、
フランス特許第１２５４４０３号明細書の第２頁の表、
または米国特許第３４９４８４４号明細書の第１表から
明らかなように、シクロヘキサンの１０％以上のオーダ
の量がポリクロル化合物として失なわれる。

この欠点は、ある研究者によれば、反応混合物が紫外線
照射が行なわれる区域に反応混合物が到達する以前の、
暗所における塩素とシクロヘキサンの反応のためとされ
ている。

かかる観点から、暗所におけるクロル化を禁ＩＩ−する
ために反応混合物中に少量の酸素を混入するＪｊ法が丁
夫された。この方法は、反応混合物が紫外線で照射され
たときにのみ反応が確実に起るようにすることができる
。しかしながら、反応混合物中への酸素の導入は、炭化
水素中への酸素導入により生ずる危険性および酸素が光
化学反応自体を禁止する作用の故に、極めて厳格な注意
をしなければならないという危険を含んでいる。

したがって、供給管路への酸素の導入をきびしくフント
ロールする必要があり、この結果、酸素は通常反ｂ５原
料中に存在することを考慮すると、酸素壽有量は５〜ｔ
ｏｐｐｍのオーダにすぎなくなる。

一方、反応器において供給されるべき照射量は、酸素の
光化学反応抑制作用から増加しなければならない。また
、酸素によって生成した過酸化物からは、不純物、特に
シクロヘキサノールが形成されることに注意すべきであ
る。

本発明は上述した欠点を解消せしめ、変換されたシクロ
ヘキサンを９６％以上の高選択率でモノクロルシクロヘ
キサンに導くことができる。

また本発明は、危険なしに、がっ副生成物の実質的な生
成なしに、極めて調和のとれた合成を可能にするもので
ある。

本発明は、出願人によって見出された、紫外線の照射以
前の暗所におけるハロゲン化反応の連鎖に関する全く驚
くべき事実にもとづくものであり、反応器の上流の暗所
域におけるこの反応は、光化学反応器内において開始さ
れた反応の連鎖にもとずくものであるという驚くベキ結
果が得られた。実際には、反応器入口にクロル化禁止剤
を配置することによって、反応器の上流の装置およびダ
クトではもはやクロル化ハ起らず、シクロヘキサンへの
塩素の溶解が起る。

本発明の方法は、反応媒体に不溶であり、／・・ロゲン
化を禁ｆ１−する固体物質が光化学反応器の人１１域に
配置されることに特徴がある。より詳細には、本発明の
方法は反応器の人［１域の内側に炭化水素の塩素化を禁
ｆ＝できる金属を配置することにある。本発明の好まし
い態様によれば、禁止剤金属は元素の周期律表のＶＢ族
から選択される。すなわち、禁１＋Ｚ剤金属はバナジウ
ム、ニオブおよびタンタルから選ばれた一つまたはｖＩ
数の金属によって構成される。

タンタルはラジカルおよび原子に対して高反応性を有し
、塩酸に富む反応媒体に対する化学的不活発性の故に特
に有用である。好ましくは、かかる禁止剤は反応器の出
口域にも配置することができ、流出物が塩素を含む場合
に反応器外において反応が継続することが回避される。

本発明による禁＋１−．は少量の禁止剤金属のみを必要
とする触媒型の現象であるが、反応器内を流れる液体の
流れのすべての点において十分に禁止が起るように禁止
剤の表面と反応器内の流体を接触させることが好ましい
。

光化学反応器の入口および出口域において、金属によっ
て提供される表面が、これら人［］および出口域を横切
って流れる液体流の横断面積あたり１００〜１０．００
０　ｃＪ／ｃｔＪの範囲であることが推賞される。いず
れの場合においても、使用される金属禁止剤の重量およ
び容積は、反応器およびダクトの構成に用いる材料金属
よりも比較できないほど小さい。

本発明の方法によるフリーラジカルの連鎖の禁止効果は
種々の方法によって得られる。

詳細には、光化学反応器の人目および出［］ダクトの内
壁を一定の範囲で禁止剤金属で被覆することが可能であ
る。しかしながら、反応液と金属との間の接触をより良
くするために、液体流を横切って大きな表面を有する形
状において禁止剤を提供することが好ましい。

すなわち、禁止剤金属は−っまたはそれ以上の孔をあけ
られた板状、または格子状で該当する導管内に液体流に
対して垂直に配置することができる。静的攪拌器のよう
な構造が特に推賞される。禁１１−削金属は極めて高価
なので、これら金属の非常に薄い板または格子が耐食性
物質、特ニセラミノク、ガラスまたは反応媒体に対シて
不活性な金属のより厚い孔のあいた板または格ｒ−状板
」−に支持される。禁止剤、特にバナジウ１１．ニオブ
またはタンタルを最低の重量で可能な限り大きな表面を
有する形状で用いるのが有用であるので、好ましい禁止
剤では、これらの金属は細いフィラメントまたは薄い厚
さの巻線をなしている。

したがって、直径約０．０５〜１畷、好ましくは０．１
〜０５Ｉ＋ｌＩ＋＋の横断面を有するフィラメントまた
はこれらと同程度の厚さを有する巻線を提供することか
推賞できる。

これらの場合には、フィラメントおよび／まかは巻線を
、処理すべき反応物の液体流によって流されることを防
止して禁止剤を定位置に保持するために、抵抗物質の格
子または多孔板によって一方および他方を限定された空
間または四部に置くことが便利である。

この好ましい態様を図示的に第２図に示すが、この第２
図の説明は、本発明による禁＋）−細金属（ を装備した第１図の装置の説明の後ですることにする。

上述したように、禁止剤金属によって提供さｔする表面
積は光化学反応器の入口および出［１の横断面あたり１
００〜１０，０００　ｃｒｌ／ｃ！の範囲である。

しかしながら、必要な表面積は同様に処理すべき液体の
流速にも依存することに注目すべきである。事実、反応
器入口におけるこの流速が高いほど、反応器上流におけ
るフリーラジカルの連鎖の危険性が少なくなる。逆に流
速が早くなる稈元化学反応器の出口におけるフリーラジ
カルの含有、反応の連鎖の危険性が大きくなる。

従って、低い液体流速において、禁止剤表面を反応器入
口において示された上限に対応させるべきである。

一方、流速が低い場合には、この低流速の表而の限Ｗ　
ｉｔ　ｌｉｔ　１＋において十分である。液体流が高速
の場合に６才、逆があてはまる。

実際には、［−述した表面積の値は、反応器人［１にお
ける約００５〜５　ｍ１ｍの流速に好適である。

本発明による光化学反応器中ｔ１における禁止剤の使用
は極めて重要である。

これに対して、反応液体が紫外線領域を通過する間にハ
ロゲンが完全に結合するように）・ロゲンの比率を制御
する本発明の態様においては、１１ｉ１１において低表
面の禁止剤を用いること、または表面を完全に抑制する
ことが可能である。

これらの府件において、反応器出口においてはハロゲン
は存在しないので、出口以降においては反応を継続する
ことができない。循環管路において偶然にフリーラジカ
ルが発生することが０丁能であり、塩素注入点における
循環液体中で反応を開始させるので、本発明による予防
措置は確実かつイｊ用である。換言すれば、反応器出口
に禁止剤を常に装着させることが重要である。

本発明による一般的な合成条件について云えば、従来技
術と類似している。

すなわち、温度は０℃〜５０℃が有利な範囲であり、好
ましくは１０℃〜３０℃であり、紫外線は波長２５０〜
４００罰、好ましくは３５０　ｎｍの波長を用いること
ができ、反応混合物の光化学反応器中の滞留時間は１〜
３００秒の範囲、好ましくは３〜１５０秒である。

従来知られているように、本発明による方法は、ハロゲ
ンに対して大過剰のアルカンまたはシクロアルカンと共
に行なわれる。

すなわち、シクロヘキシルクロリドの製造においては、
塩素の１モルあたり、少なくも５モルのシクロヘキサン
を用いるのが有利であり、この比率は２００対１の範囲
まで可能である。

下記の実施例によって示す本発明は、添付図面に示した
装置によって行なわれる。

第１図は液状アルカンまたはシクロアルカンの塩素化の
ための装置であり、第２図は光化学反応器の基部領域、
すなわちこの基部に反応原料の導入ダクトを有する部分
の縦断面を図示するものである。

第１図おＹび第２図において、１はシクロヘキサンのた
めの貯槽を示し、この貯槽の基部に連結してポンプ２が
設けられ、ダクト３を経てンクロヘキサンは混合槽４に
供給される。塩素は図示されない貯槽からポンプ５に供
給され、混合槽４の底部に供給される。塩素のシクロヘ
キサン溶液が混合槽４がらポンプ６によっテ扱き出され
、ダクト７を介して反応器８の底部に注入される。反応
器８内には、石英製の軸線に沿った管９が設けられてお
り、この管の中に紫外ランプ１０が取付けられている。

また反応器８の頂部には出［Ｉを形成する管１１が設け
られている。

本発明の特徴によれば、反応器８の入口に、ダクト７の
末端が終るハウジング１２が位置し、タンタルの巻線が
怠まれている。同様なハウジング１６が反応器８の出口
管１１と反応器８の連結部に設けらげ１ている。このハ
ウジング１６にもｔ　タｚンタルの巻線がきまれでいる
。

出口管１１は反応器８を分離器１４の底部と連結し、ガ
スは１部管１５を経由して排出される。

分離器１４の底部には、反応媒体の主要部分を混合槽４
の頂部に供給する循環タリト１６が連結されている。熱
交換器２５がダクト１６に連結され、循環液が目的とす
る温度に冷却される。ダクト１６よりも高い位置に出口
１７が位置しており、この出口１７を介して未反応のシ
クロヘキサン、生成したシクロヘキシルクロリドおよび
塩化水素がスクラバー１８に導がれ、このスクラバ＝１
８では管１９から導きされた水が塩酸を水溶液の形で底
部から管２０で除去する。分離されたシクロヘキサン−
シクロへキシルクロリド混合物はタリト２１を経て蒸留
塔２２に送られる。蒸留塔２２の頂部から留出したシク
ロヘキサンはダクト２６を経て貯槽１にもどり、一方、
粗シクロヘキンルクロリドは蒸留塔２２の底部がらダク
ト２４を経て図示されない標準的な精留塔に送られる。

第２図は光化学反応機８の底部を示し、ハウジング２６
を介してタリト７が連結されていない。

ハウジング２６の人１１に塩酸に不活性な物質の格ｒ・
またＧ１ンート２８か挿入されている。ハウジング２６
の出１１にも、第２の同様な多孔性格子またはシート２
８′が位置している。ハウジング２６の内部には、反応
を禁１１−する金属の巻線またはフィラメント２７が充
填されている。格子２８および２８’　Ｇ、ｔダクト７
からの液体が巻線またはフィラメント２７の流出を防出
するように計算されているう実施例１〜６　。

第１図に示したような、実験室規模のガラス装＋Ｕを用
い、反応器人［■にタンタルの巻線を配置、または配置
せずに一連のシクロヘキサンの塩素化実験を行なった。

反応器の容積は１６０−であり、塩素の供給は０℃／７
６０ｍｍＨｇで測定して１１〜１２ｔ／ｈｒであった。

反応器における温度は２２℃〜２３℃に保た１＋だ。反
応器の滞留時間は、全塩素が反応器用１１以前で消費さ
れるように調節され、一方、＠環管路１６−４−１６に
おける循環率はその都ｊ（変更さねた。循環路を介する
最高滞留時間は０時間３２分であり、新規シクロヘキサ
ンの供給は５００　ｍ／／ｈｒであった。

反応器への人口は、内径５マの管からなり、この管の中
に高さ２ｃｒＲで厚さ０２闘を有する巻線の形状のタン
タル２ｇの充填物が位置しており、この充填物は実施例
５および６では除去された。

実施例５および６の生成物結果および選択率と、実施例
１〜４のそれらとの比較がら反応器入口における禁止剤
使用の著るしい利点が明らかにされる。

すなわち、禁止剤を用いる場合には選択率９４．５％で
あるが、これに対して禁止剤なしでは最高８６．２％で
ある。これら例は、また、反応器人口におけるより高流
速の操作が可能であり、滞留時間をより低下せしめるこ
とが可能であることを示している。

実施例７〜１０ 前記実施例の装置において、３５ｏＩＩＩＩｌにピーク
を有する同軸上の紫外線ランプを有する容積１６０−の
光忙学反応器を用いてシクロヘキシルクロリドを連続的
に製造した。塩素に対してシクロヘキサンを過剰に供給
してシクロヘキサンのモノクロル誘導体への変換率を１
１〜１８％の範囲に低く保持し、塩素を反応器内におい
て完全に消費した。反応原料の供給を、紫外線ランプの
出力ζ同様に絶対値において変化させた。

実施例７〜９においては、タンタルの装置は実施例１〜
４と同様であり、一方、実施例１０〜１１は禁止剤を用
いずに実施した。

結果を第２表−に示す。

第２表から、タンタルを装着したときには目的物の選択
率は９２〜９４％であり、これに対して禁１１−剤なし
では８１〜８４％である。

また、実施例１０および１１では塩素は反応混合物への
導入ダクトにおいて消費され、一方、実施例７〜９では
消費されていない。

（本頁以下余白） 第１表 巨 ｌ−・ ］（ １（ し゛ ］・ ■ 第２表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工程を示す工程図、第２図は反応器入
］−１における禁止剤取付状況を示す説明図である。 １・・・混合器、８・・・反応器、１０・・・紫外線ラ
ンプ、１２　、１３・・・ハウジング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め＋４１したノ・ロゲンのアルカンまたはシクロ
   アルカン溶液を紫外線照射域を通過させ、紫外光の作用
   によりアルカンまたはシクロアルカンをハロゲン化する
   方法において、前記紫外線照射域の人［■に）・ロゲン
   化禁止剤を位置せしめたことを特徴とするアルカンまた
   はシクロアルカンのハロゲン化方法。 ２、ハロゲン化禁止剤を紫外線照射域の出［１にも位置
   せしめた特許請求の範囲第１項記載のアルカンまたはシ
   クロアルカンのハロゲン化方法。 ３、ハロゲン化禁ＩＦ、剤が反応媒体に不溶の、周期律
   表第ＶＢ族の金属である特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載のアルカンまたはシクロアルカンのハロゲン化
   方法。 ４、ハロゲン化禁止剤がバナジウム、ニオブ、およびタ
   ンタルの一つまたは複数の金属により形成されている特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のア
   ルカンまたはシクロアルカンのハロゲン化方法。 ５、シクロアルカンがシクロヘキサンであり、ハロゲン
   化物がシクロヘキシルモノクロリドである特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のアルカンまた
   はシクロアルカンのハロゲン化方法。 ６、紫外線照射域および冷却装置を経て反応媒体が循環
   され、光化学反応帯の入口および出口に、反応帯に流入
   または流出する液体流断面の−あたり１００〜１０，０
   ００　Ｊの表面積を有スル、タンタルのフィラメントま
   たは巻線が配置されている特許請求の範囲第５項記載の
   アルカンまたはシクロアルカンのハロゲン化方法。 ７、紫外線ランプを有する反応器、アルカンまたはシク
   ロアルカンおよびハロゲンを受ける混合器、ダクトを経
   て反応器に供給するための循環ポンプ、反応器から分離
   器に至るための出［Ｉ、反応器から混合器に至る冷却器
   を有する循環路、および分離器がら反応生成物を分離す
   るためのスクラバに至る出口導管からなるγルカンまた
   はシクロアルカンのハロゲン化装置において、反応器の
   ７人［Ｊに、好ましくは出１１にバナジウム、ニオブま
   たはタンタルがフィラメントまたは巻線の形状で含まれ
   ているハウジングが配置されていることを特徴とするγ
   ルヵンまたはシクロアルカンの製造装置。