KR20210102370A - 시클로부텐의 제조 방법 - Google Patents

시클로부텐의 제조 방법 Download PDF

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KR20210102370A
KR20210102370A KR1020217021645A KR20217021645A KR20210102370A KR 20210102370 A KR20210102370 A KR 20210102370A KR 1020217021645 A KR1020217021645 A KR 1020217021645A KR 20217021645 A KR20217021645 A KR 20217021645A KR 20210102370 A KR20210102370 A KR 20210102370A
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cyclobutene
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유우스케 에토우
신고 나카무라
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시는, 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 전화율(수율) 및 높은 선택률로 제조하는 것을 목적으로 한다.
일반식 (1):
Figure pct00023

(식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)로 표시되는 시클로부텐의 제조 방법으로서,
일반식 (2):
Figure pct00024

(식 중, X1, X2, X3, X4 및 Y는, 상기와 같다. X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.)로 표시되는 시클로부탄을 탈리 반응시키는 공정을 포함하고, 상기 탈리 반응시키는 공정을, 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 행하거나, 또는, 상기 탈리 반응시키는 공정을, 반응 온도를 20℃ 이상으로 하고, 반응 압력을 0kPa 이상으로 하며, 염기의 존재하에서 행하는, 제조 방법이다.

Description

시클로부텐의 제조 방법
본 개시는, 시클로부텐의 제조 방법에 관한 것이다.
할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐은, 반도체용 드라이 에칭 가스 외에, 각종 냉매, 발포제, 열 이동 매체 등으로서 유용한 화합물이다.
할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐 중, 1H-펜타플루오로시클로부텐에 대하여, 1H,2H-헥사플루오로시클로부탄으로부터, 탈불화수소 반응에 의하여, 1H-펜타플루오로시클로부텐을 제조하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 및 2). 이 기술은, 유리 기구를 이용한 개방 반응계에서, 1H-펜타플루오로시클로부텐을 합성하고 있다.
Buxton; Tatlow; Journal of the Chemical Society; (1954); p. 1177-1179 Fuller, G.; Tatlow, J. C.; Journal of the Chemical Society; (1961); p. 3198-3203
본 개시는, 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 전화율(수율) 및 높은 선택률로 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는, 이하의 구성을 포함한다.
항 1.
일반식 (1):
Figure pct00001
(식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부텐의 제조 방법으로서,
일반식 (2):
Figure pct00002
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 Y는, 상기와 같다. X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부탄을 탈리 반응시키는 공정을 포함하고,
상기 탈리 반응시키는 공정을, 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 행하는, 제조 방법.
항 2.
일반식 (1):
Figure pct00003
(식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부텐의 제조 방법으로서,
일반식 (2):
Figure pct00004
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 Y는, 상기와 같다. X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부탄을 탈리 반응시키는 공정을 포함하고,
상기 탈리 반응시키는 공정을, 반응 온도를 20℃ 이상으로 하고, 반응 압력을 0kPa 이상으로 하며, 염기의 존재하에서 행하는, 제조 방법.
항 3.
상기 X5는 수소 원자이고, 상기 X6은 할로겐 원자이며, 상기 탈리 반응이 탈할로겐화 수소 반응인, 상기 항 1 또는 2에 기재된 제조 방법.
항 4.
일반식 (1):
Figure pct00005
(식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부텐을 함유하는 조성물로서,
조성물 전량을 100mol%로 하고, 상기 일반식 (1)로 표시되는 시클로부텐의 함유량이 99mol% 이상인, 조성물.
항 5.
1H-퍼플루오로시클로부텐(1H-cC4F5H)의 함유량이 99mol% 이상이고, 3H-퍼플루오로시클로부텐(3H-cC4F5H)의 함유량이 1mol% 이하인, 상기 항 4에 기재된 조성물.
항 6.
클리닝 가스, 에칭 가스, 디포짓 가스 또는 유기 합성용 빌딩 블록으로서 이용되는, 상기 항 4 또는 5에 기재된 조성물.
본 개시에 의하면, 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 전화율(수율) 및 높은 선택률로 제조할 수 있다.
본 발명자들은, 예의 연구를 행한 결과, 원료 화합물을 탈리 반응시키는 공정을, 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 행함으로써, 상기 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 전화율(수율) 및 높은 선택률로 제조할 수 있는 것을 발견했다.
본 개시는, 이러한 지견에 의거하여, 추가로 연구를 거듭한 결과 완성된 것이다.
본 개시는, 이하의 실시 형태를 포함한다.
본 개시의 일반식 (1):
Figure pct00006
(식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부텐의 제조 방법은,
일반식 (2):
Figure pct00007
(식 중, X1, X2, X3, X4 및 Y는, 상기와 같다. X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부탄을 탈리 반응시키는 공정을 포함한다.
본 개시에서는, 상기 탈리 반응시키는 공정을, 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 행한다.
본 개시에서는, 상기 탈리 반응시키는 공정을, 반응 온도를 20℃ 이상으로 하고, 반응 압력을 0kPa 이상으로 하며, 염기의 존재하에서 행한다.
본 개시에서는, 언급이 없으면, 반응 압력은 게이지압으로 한다.
본 개시에 있어서는, 상기 요건을 만족시킴으로써, 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 전화율(수율) 및 높은 선택률로 제조할 수 있다.
본 개시에 있어서, 「전화율」이란, 반응기에 공급되는 원료 화합물(할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄)의 몰량에 대한, 반응기 출구로부터의 유출 가스에 포함되는 원료 화합물 이외의 화합물(할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐 등)의 합계 몰량의 비율(mol%)을 의미한다.
본 개시에 있어서, 「선택률」이란, 반응기 출구로부터의 유출 가스에 있어서의 원료 화합물 이외의 화합물(할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐 등)의 합계 몰량에 대한, 당해 유출 가스에 포함되는 목적 화합물(할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐)의 합계 몰량의 비율(mol%)을 의미한다.
본 개시의 시클로부텐의 제조 방법은, 종래 기술의 유리제 용기를 이용한 반응과는 상이하고, 예를 들면 금속 용기를 이용함으로써, 압력을 가하여, 원료의 비점을 올림으로써, 액성분을 많게 함으로써, 목적 화합물의 수율을 향상시킬 수 있다.
(1) 원료 화합물
본 개시에 있어서, 원료 화합물은, 일반식 (2):
Figure pct00008
(식 중, X1, X2, X3, X4, X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 시클로부탄이다.
X1, X2, X3, X4, X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.
Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.
X1, X2, X3, X4, X5, X6 및 Y의 할로겐 원자는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 및 요오드 원자를 들 수 있다.
X1, X2, X3, X4, X5 및 X6의 퍼플루오로알킬기는, 모든 수소 원자가 불소 원자로 치환된 알킬기이다. 퍼플루오로알킬기는, 예를 들면, 탄소수 1~20, 바람직하게는 탄소수 1~12, 보다 바람직하게는 탄소수 1~6, 더욱 바람직하게는 탄소수 1~4, 특히 바람직하게는 탄소수 1~3의 퍼플루오로알킬기인 것이 바람직하다. 퍼플루오로알킬기는, 직쇄상, 또는 분지쇄상의 퍼플루오로알킬기인 것이 바람직하다. 상기 퍼플루오로알킬기로서, 트리플루오로메틸기(CF3-), 및 펜타플루오로에틸기(C2F5-)인 것이 바람직하다.
원료 화합물인 일반식 (2)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄으로서는, 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 선택률로 제조할 수 있는 점에서, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타내며, X5는 수소 원자이고, X6은 불소 원자이며, Y는 불소 원자인 것이 보다 바람직하다.
원료 화합물인 일반식 (2)로 표시되는 시클로부탄으로서는, 예를 들면,
Figure pct00009
등의 화합물을 들 수 있다.
이들 일반식 (2)로 표시되는 시클로부탄은, 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다. 이와 같은 시클로부탄은, 공지 또는 시판품을 채용할 수 있다.
일반식 (2)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄에서는, 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 높은 선택률 및 높은 전화율(수율)로 제조할 수 있는 점에서, X1, X2, X3, X4 및 X6은, 불소 원자이고, X5는 수소 원자이며, Y는, 불소 원자인 것이 보다 바람직하다.
(2) 탈리 반응
본 개시에 있어서의 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐의 제조 방법에서는, 먼저, 상기 일반식 (2)로 표시되는 원료 화합물의 용액을 준비한다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 탈리 반응을 행한다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 상기 X5는 수소 원자이고, 상기 X6은 할로겐 원자이며, 상기 탈리 반응이 탈할로겐화 수소 반응인 것이 바람직하다. 본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 상기 X5는 수소 원자이고, 상기 X6은 불소 원자이며, 상기 탈리 반응이 탈불화수소 반응인 것이 바람직하다.
예를 들면, 원료 화합물로서, 일반식 (2)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄에서는, X1, X2, X3, X4 및 X6은, 불소 원자이고, X5는 수소 원자이며, Y는, 불소 원자인 것이 바람직하다.
이하의 반응식에 따라, 탈리 반응은 탈불화수소 반응인 것이 바람직하다.
Figure pct00010
용매
용매는 물이 바람직하다. 또, 비수 용매로서는, 탄산 디메틸, 탄산 에틸메틸, 탄산 디에틸, 탄산 메틸프로필, 탄산 에틸프로필 등의 탄산 에스테르류; 아세트산 에틸, 아세트산 프로필, 아세트산 부틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 부틸 등의 에스테르류, 아세톤, 에틸메틸케톤, 디에틸케톤 등의 케톤류, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란 등의 락톤류, 디에틸에테르, 디부틸에테르, 디이소프로필에테르, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란 등의 에테르류, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 벤조니트릴 등의 니트릴류, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드류, 디메틸설폭시드, 설포란 등의 설폰류 등이 바람직하다. 용매는, 상기 물 및 비수 용매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.
염기
본 공정에서는, 염기로서 알칼리를 이용하는 것이 바람직하다.
본 공정에서 이용되는 알칼리는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 수산화물인 것이 바람직하고, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨인 것이 보다 바람직하다. 본 공정에서는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 수산화물의 수용액으로 하는 것이 바람직하고, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 수용액이 보다 특히 바람직하다. 상기 알칼리를 이용함으로써, 목적 화합물을 보다 높은 선택률 및 보다 높은 전화율로 얻을 수 있다.
반응 용액 중, 바람직하게는 수용액 중의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 수산화물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 반응액 전체에 대하여 20~60질량%인 것이 바람직하고, 40~55질량%인 것이 보다 바람직하다. 반응 용액 중의 알칼리의 함유량을 상기 범위로 함으로써, 목적 화합물을 보다 높은 선택률 및 보다 높은 전화율로 얻을 수 있다.
또, 본 공정에서는, 염기로서, 유기물의 알콕시드를 바람직하게 사용할 수 있다. 상기 유기물의 알콕시드로서, 예를 들면 메톡시칼륨, 에톡시칼륨, t-부톡시칼륨 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
촉매
본 공정에서는, 필요에 따라 촉매를 이용할 수 있다. 본 공정에서 이용되는 촉매는, 탄화수소계의 알콕시드인 것이 바람직하다. 탄화수소계의 알콕시드로서, 테트라메틸암모늄플루오라이드, 테트라메틸암모늄클로라이드, 테트라메틸암모늄브로마이드, 테트라메틸암모늄아이오다이드, 테트라에틸암모늄플루오라이드, 테트라에틸암모늄클로라이드, 테트라에틸암모늄브로마이드, 테트라에틸암모늄아이오다이드, 테트라프로필암모늄플루오라이드, 테트라프로필암모늄클로라이드, 테트라프로필암모늄브로마이드, 테트라프로필암모늄아이오다이드, 테트라부틸암모늄플루오라이드, 테트라부틸암모늄클로라이드, 테트라부틸암모늄브로마이드, 테트라부틸암모늄아이오다이드, 벤질트리에틸암모늄플루오라이드, 벤질트리에틸암모늄클로라이드, 벤질트리에틸암모늄브로마이드, 벤질트리에틸암모늄아이오다이드, 벤질트리부틸암모늄플루오라이드, 벤질트리부틸암모늄클로라이드, 벤질트리부틸암모늄브로마이드, 벤질트리부틸암모늄아이오다이드, 메틸트리부틸암모늄플루오라이드, 메틸트리부틸암모늄클로라이드, 메틸트리부틸암모늄브로마이드, 메틸트리부틸암모늄아이오다이드, 메틸트리옥틸암모늄플루오라이드, 메틸트리옥틸암모늄클로라이드(상표 Aliquat336), 메틸트리옥틸암모늄브로마이드, 메틸트리옥틸암모늄아이오다이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 상기 촉매를 이용함으로써, 목적 화합물을 보다 높은 선택률 및 보다 높은 전화율로 얻을 수 있다.
밀폐 반응계
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 상기 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 행하는 것을 특징으로 한다.
본 개시에 있어서의 목적 화합물의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐은, 그 비점이 낮고, 실온에서 기체(가스)로서 존재한다. 그 때문에, 본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 반응계를 밀폐 반응계로 함으로써, 자연과 밀폐 반응계 내의 압력은 상승하여, 가압 조건하에서 반응을 행하게 된다.
이와 같이 목적 화합물의 비점이 낮음으로써 밀폐 반응계는 가압되고, 반응 용액(염기 용액) 중의 기질(원료 화합물) 농도가 상승하여 반응성을 향상시키는 것이 가능하다. 상기 밀폐 반응계는, 배치(batch)식의 내압 반응 용기를 이용하여 반응계를 밀폐시키고, 반응을 행하는 것이 바람직하다. 배치식으로 반응을 행하는 경우에는, 예를 들면, 오토클레이브 등의 압력 용기에 원료 화합물, 염기 용액(알칼리 수용액), 촉매 등을 주입하고, 히터로 적절한 반응 온도까지 승온시켜, 교반하에 일정 시간 반응시키는 것이 바람직하다. 반응 분위기로서는, 질소, 헬륨, 탄산 가스 등의 불활성 가스의 분위기 중에서 반응을 행하는 것이 바람직하다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 밀폐압 반응계에서의 반응 온도의 하한값은, 보다 효율적으로 탈리 반응을 진행시켜, 목적 화합물을 보다 높은 선택률로 얻을 수 있는 관점, 전화율의 저하를 억제하는 관점에서, 통상 20℃이고, 바람직하게는 25℃이며, 보다 바람직하게는 30℃이고, 더욱 바람직하게는 40℃이다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 밀폐 반응계에서의 반응 온도의 상한값은, 보다 효율적으로 탈불화수소 반응을 진행시켜, 목적 화합물을 보다 높은 선택률로 얻을 수 있는 관점, 또한 반응 생성물이 분해 또는 중합되는 것에 의한 선택률의 저하를 억제하는 관점에서, 통상 50℃이고, 바람직하게는 45℃이다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 밀폐 반응계에서 행함으로써, 목적 화합물을 보다 높은 선택률 및 보다 높은 전화율로 얻을 수 있다.
가압 반응계
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 반응 온도를 20℃ 이상으로 하고, 반응 압력을 0kPa 이상으로 하며, 상기 염기의 존재하에서 행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 반응계가 가압되면, 반응 용액(염기 용액, 알칼리 수용액) 중의 기질(원료 화합물) 농도가 상승하여 반응성을 향상시키는 것이 가능하다. 상기 가압 반응계는, 배치식의 내압 반응 용기를 이용하여 반응계를 밀폐시키고, 반응을 행하는 것이 바람직하다. 배치식으로 반응을 행하는 경우에는, 예를 들면, 오토클레이브 등의 압력 용기에 원료 화합물, 염기 용액(알칼리 수용액), 촉매 등을 주입하고, 히터로 적절한 반응 온도까지 승온시켜, 교반하에 일정 시간 반응시키는 것이 바람직하다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 가압 조건은, 반응 압력을 0kPa 이상으로 한다.
반응 압력은, 가압 반응계에 이용하는 반응 용기 내부의 압력이다. 본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 반응 압력을, 바람직하게는 0kPa 이상, 보다 바람직하게는 10kPa 이상, 더욱 바람직하게는 20kPa 이상, 특히 바람직하게는 30kPa 이상의 압력하에서 반응시키는 것이 바람직하다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 가압 조건은, 절대압으로, 바람직하게는 101.3kPa 이상, 보다 바람직하게는 111.3kPa 이상, 더욱 바람직하게는 121.3kPa 이상, 특히 바람직하게는 131.3kPa 이상의 압력하에서 반응시키는 것이 바람직하다.
가압에는, 반응계에, 질소, 헬륨, 탄산 가스 등의 불활성 가스를 보냄으로써, 반응계 내의 압력을 상승시킬 수 있다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 가압 반응계에서의 반응 온도의 하한값은, 보다 효율적으로 탈리 반응을 진행시켜, 목적 화합물을 보다 높은 선택률로 얻을 수 있는 관점, 전화율의 저하를 억제하는 관점에서, 통상 20℃이고, 바람직하게는 25℃이며, 보다 바람직하게는 30℃이고, 더욱 바람직하게는 40℃이다.
또, 본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 가압 조건으로서, 반응 압력을 0kPa 이상으로 조정하기 위해서나, 절대압으로 101.3kPa 이상으로 조정하기 위하여, 가압 반응계에서의 반응 온도의 하한값은 통상 20℃이다. 이와 같이, 본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 반응 용기 내부를 가열 및 가압하여 탈리 반응을 실시하는 것이 바람직하다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 가압 반응계에서의 반응 온도의 상한값은, 보다 효율적으로 탈불화수소 반응을 진행시켜, 목적 화합물을 보다 높은 선택률로 얻을 수 있는 관점, 또한 반응 생성물이 분해 또는 중합되는 것에 의한 선택률의 저하를 억제하는 관점에서, 통상 50℃이고, 바람직하게는 45℃이다.
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 가압 반응계에서 행함으로써, 목적 화합물을 보다 높은 선택률 및 보다 높은 전화율로 얻을 수 있다.
탈리 반응 종료 후에는, 필요에 따라 통상의 방법에 따라 정제 처리를 행하여, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 얻을 수 있다.
밀폐 반응계와 가압 반응계의 조합
본 개시에 있어서의 탈리 반응시키는 공정에서는, 또, 연속상 조형 반응기(CSTR)에 배압 밸브를 접속시키는 등의 방법에 의하여, 액체를 빼내면서, 혹은 생성물을 가스화시켜 빼내면서, 연속 또한 가압에서의 반응 형태로 행해도 된다.
(3) 목적 화합물
본 개시에 있어서의 목적 화합물은, 일반식 (1):
Figure pct00011
(식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐이다.
X1, X2, X3 및 X4, 그리고 Y는, 상기와 같다.
제조하려고 하는 일반식 (1)로 표시되는 시클로부텐은, 예를 들면, 다음의
Figure pct00012
등의 화합물을 들 수 있다.
일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐에서는, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타내며, Y는, 불소 원자인 것이 바람직하다. 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐에서는, X1, X2, X3 및 X4는, 불소 원자이고, Y는, 불소 원자인 것이 보다 바람직하다.
본 개시에 있어서의 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐의 제조 방법에서는, 원료 화합물은, 일반식 (2)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄으로서, X1, X2, X3, X4 및 X6은, 불소 원자이며, X5는 수소 원자이고, Y는, 불소 원자인 경우의 탈리 반응인 것이 바람직하다.
이하의 반응식에 따라, 탈리 반응은 탈불화수소 반응인 것이 바람직하다.
Figure pct00013
목적 화합물은, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐으로서, X1, X2, X3 및 X4는, 불소 원자이고, Y는, 불소 원자인 것이 바람직하다.
(4) 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 포함하는 조성물
이상과 같이 하여, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 얻을 수 있지만, 상기와 같이, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐과, 일반식 (2)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄을 함유하는 조성물의 형태로 얻어지는 경우도 있다.
조성물에 포함되는 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐으로서, X1, X2, X3 및 X4는, 불소 원자이고, Y는, 불소 원자인 것이 바람직하다.
본 개시의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 포함하는 조성물에 있어서, 상기 조성물의 총량을 100mol%로 하고, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐의 함유량은 99mol% 이상인 것이 바람직하다.
본 개시의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 포함하는 조성물에 있어서, 상기 조성물의 총량을 100mol%로 하고, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐의 함유량은 1mol%~99.9mol%가 바람직하며, 5mol%~99.9mol%가 보다 바람직하고, 10mol%~99.9mol%가 더욱 바람직하다.
본 개시에 있어서의 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐의 제조 방법에서는, 상기 탈리 반응에는, 이하의 화합물이 불순물로서 생성될 수 있다.
Figure pct00014
본 개시의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 포함하는 조성물에 있어서, 상기 조성물의 총량을 100mol%로 하고, 1H-퍼플루오로시클로부텐(1H-cC4F5H)의 함유량은 99mol% 이상이며, 3H-퍼플루오로시클로부텐(3H-cC4F5H)의 함유량은 1mol% 이하가 바람직하다.
본 개시의 제조 방법에 의하면, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 포함하는 조성물로서 얻어진 경우이더라도, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 특히 높은 선택률로 얻을 수 있고, 그 결과, 상기 조성물 중의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐 이외의 성분을 줄이는 것이 가능하다. 본 개시의 제조 방법에 의하면, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 얻기 위한 정제의 노력을 삭감할 수 있다.
본 개시의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐을 포함하는 조성물은, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐 단독의 경우와 동일하게, 반도체, 액정 등의 최선단의 미세 구조를 형성하기 위한 에칭 가스 외에, 디포짓 가스, 유기 합성용 빌딩 블록, 클리닝 가스 등의 각종 용도로 유효 이용할 수 있다.
상기 디포짓 가스란, 에칭 내성 폴리머층을 퇴적시키는 가스이다.
상기 유기 합성용 빌딩 블록이란, 반응성이 높은 골격을 갖는 화합물의 전구체가 될 수 있는 물질을 의미한다. 예를 들면, 본 개시의 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐, 및 이것을 포함하는 조성물과 CF3Si(CH3)3 등의 함불소 유기 규소 화합물을 반응시키면, CF3기 등의 플루오로알킬기를 도입하여 세정제나 함불소 의약 중간체가 될 수 있는 물질로 변환하는 것이 가능하다.
이상, 본 개시의 실시 형태를 설명했지만, 특허청구범위의 취지 및 범위로부터 벗어나는 일 없이, 형태나 상세의 다양한 변경이 가능하다.
[실시예]
이하에 실시예를 들어, 본 개시를 구체적으로 설명하지만, 본 개시는, 이들 실시예에 의하여 조금도 한정되는 것이 아니다.
<실시예>
실시예의 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐의 제조 방법에서는, 원료 화합물은, 일반식 (2)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부탄에 있어서, X1, X2, X3, X4 및 X6은, 불소 원자이고, X5는 수소 원자이며, Y는, 불소 원자로 했다.
이하의 반응식에 따라, 탈리 반응은, 탈불화수소 반응으로 했다.
Figure pct00015
목적 화합물은, 일반식 (1)로 표시되는 할로겐 원자를 포함하는 시클로부텐에 있어서, X1, X2, X3 및 X4는, 불소 원자이며, Y는, 불소 원자로 했다.
또, 상기 탈리 반응에는, 이하의 화합물이 불순물로서 생성될 수 있다.
Figure pct00016
실시예
반응계로서 오토클레이브(200cc)를 이용했다.
반응계로서 오토클레이브를 이용함으로써, 이 반응계는, (가) 염기(알칼리)의 존재하에, 밀폐 반응계인 양태나, (나) 반응 온도를 20℃ 이상으로 하고, 반응 압력을 0kPa 이상으로 하며, 염기(알칼리)의 존재하에서 행하는 가압 반응계인 양태를 나타낸다. 이와 같이 가압할 때에는, 밀폐하는 것을 수반한다.
실시예 1
오토클레이브에, 반응 용액으로서 50wt% KOH 수용액을 첨가하고, 원료 화합물(cC4F6H2)을 첨가하며, 덮개를 덮어 밀폐계로 한 후, 질소를 보내어 압입(壓入)했다. 그때의 압력은 20kPa이었다. 그 후, 실온(25℃)에서 교반하여, 반응을 진행시켰다. 탈불화수소 반응을 개시하고 나서, 적절히 샘플링을 행하고, 반응계 내에서 조성에 변화가 없어졌을 때를, 반응 종료로 했다. 반응 종료 시의 압력은 80kPa이었다.
교반 정지 후, 0℃까지 냉각하고, 가스 크로마토그래피(시마즈 제작소사 제조, 상품명 「GC-2014」)를 이용하여 가스 크로마토그래피/질량 분석법(GC/MS)에 의하여 질량 분석을 행하고, NMR(JEOL사 제조, 상품명 「400YH」)을 이용하여 NMR 스펙트럼에 의한 구조 해석을 행했다.
질량 분석 및 구조 해석의 결과로부터, 목적 화합물로서 cC4F5H가 생성된 것이 확인되었다. 실시예 1에서는, cC4F6H2(원료 화합물)로부터의 전화율은 92.1mol%이고, cC4F5H(목적 화합물)의 선택률(수율)은 97.8mol%였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 실험 방법을 따라, 촉매로서 메틸트리옥틸암모늄클로라이드(상표 Aliquat336)를 이용하여, 탈불화수소 반응을 개시했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 탈불화수소 반응, 질량 분석 및 구조 해석을 실시했다.
질량 분석 및 구조 해석의 결과로부터, 목적 화합물로서 cC4F5H가 생성된 것이 확인되었다. 실시예 2에서는, cC4F6H2(원료 화합물)로부터의 전화율은 93.2mol%이고, cC4F5H(목적 화합물)의 선택률은 98.9mol%였다.
실시예 3
상기 실시예 1의 실험 방법을 따라, 반응 용액으로서 디부틸에테르(반응 용매)에, 염기로서 KOH(알칼리)를 첨가한 50wt% KOH 디부틸에테르 용액을 이용하여, 탈불화수소 반응을 개시했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 탈불화수소 반응, 질량 분석 및 구조 해석을 실시했다.
질량 분석 및 구조 해석의 결과로부터, 목적 화합물로서 cC4F5H가 생성된 것이 확인되었다. 실시예 3에서는, cC4F6H2(원료 화합물)로부터의 전화율은 93.4mol%이고, cC4F5H(목적 화합물)의 선택률은 98.5mol%였다.
실시예 4
상기 실시예 1의 실험 방법을 따라, 반응 용액으로서 디부틸에테르(반응 용매)에, 염기로서 tert-부톡시칼륨(t-BuOK)(1.2등량)을 첨가한 디부틸에테르 용액을 이용하여, 탈불화수소 반응을 개시했다. 상기 조건 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 탈불화수소 반응, 질량 분석 및 구조 해석을 실시했다.
질량 분석 및 구조 해석의 결과로부터, 목적 화합물로서 cC4F5H가 생성된 것이 확인되었다. 실시예 3에서는, cC4F6H2(원료 화합물)로부터의 전화율은 95.4mol%이고, cC4F5H(목적 화합물)의 선택률은 98.9mol%였다.
비교예 1
비교예 1은, 개방계의 반응계로 했다. 플라스크(200cc)에 50wt% KOH를 첨가하고, 드라이아이스 콘덴서와 적하 깔때기를 장착했다. 적하 깔때기에 원료 화합물(cC4F6H2)을 첨가하고, 적하를 행했다. 그 후, 실온에서 교반을 행했다. 탈불화수소 반응을 개시하고 나서, 적절히 샘플링을 행하고, 반응계 내에서 조성에 변화가 없어졌을 때를, 반응 종료로 했다. 개방계에서의 반응이고, 압력은 항상 0kPa이었다.
교반 정지 후, 0℃까지 냉각했다. 질량 분석 및 구조 해석의 결과로부터, 목적 화합물로서 cC4F5H가 생성된 것이 확인되었다. 실시예 3에서는, cC4F6H2(원료 화합물)로부터의 전화율은 51.7mol%이고, cC4F5H(목적 화합물)의 선택률은 97.1mol%였다.
Figure pct00017

Claims (6)

  1. 일반식 (1):
    Figure pct00018

    (식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
    로 표시되는 시클로부텐의 제조 방법으로서,
    일반식 (2):
    Figure pct00019

    (식 중, X1, X2, X3, X4 및 Y는, 상기와 같다. X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.)
    로 표시되는 시클로부탄을 탈리 반응시키는 공정을 포함하고,
    상기 탈리 반응시키는 공정을, 염기의 존재하에, 밀폐 반응계에서 행하는, 제조 방법.
  2. 일반식 (1):
    Figure pct00020

    (식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
    로 표시되는 시클로부텐의 제조 방법으로서,
    일반식 (2):
    Figure pct00021

    (식 중, X1, X2, X3, X4 및 Y는, 상기와 같다. X5 및 X6은, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다.)
    로 표시되는 시클로부탄을 탈리 반응시키는 공정을 포함하고,
    상기 탈리 반응시키는 공정을, 반응 온도를 20℃ 이상으로 하고, 반응 압력을 0kPa 이상으로 하며, 염기의 존재하에서 행하는, 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 X5는 수소 원자이고, 상기 X6은 할로겐 원자이며, 상기 탈리 반응이 탈할로겐화 수소 반응인, 제조 방법.
  4. 일반식 (1):
    Figure pct00022

    (식 중, X1, X2, X3 및 X4는, 동일 또는 상이하고, 수소 원자, 할로겐 원자, 또는 퍼플루오로알킬기를 나타낸다. Y는, 할로겐 원자를 나타낸다.)
    로 표시되는 시클로부텐을 함유하는 조성물로서,
    조성물 전량을 100mol%로 하고, 상기 일반식 (1)로 표시되는 시클로부텐의 함유량이 99mol% 이상인, 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    1H-퍼플루오로시클로부텐(1H-cC4F5H)의 함유량이 99mol% 이상이고, 3H-퍼플루오로시클로부텐(3H-cC4F5H)의 함유량이 1mol% 이하인, 조성물.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    클리닝 가스, 에칭 가스, 디포짓 가스 또는 유기 합성용 빌딩 블록으로서 이용되는, 조성물.
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