WO2016009946A1 - トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法 - Google Patents

トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法 Download PDF

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覚 岡本
冬彦 佐久
金井 正富
崇勝 北元
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セントラル硝子株式会社
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    • C07C21/02Acyclic unsaturated compounds containing halogen atoms containing carbon-to-carbon double bonds
    • C07C21/18Acyclic unsaturated compounds containing halogen atoms containing carbon-to-carbon double bonds containing fluorine

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene from a halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms.
  • Trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (abbreviation: 1233zd (E)) is a useful compound as a next-generation polyurethane foaming agent, working fluid, refrigerant, etc. having a low global warming potential (GWP). .
  • Patent Document 3 as a method for producing 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd), 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) is used in a reaction vessel, Lewis acid catalyst. Or reacting in the liquid phase at a temperature lower than 150 ° C. in the presence of a mixture of Lewis acid catalysts, hydrogen chloride formed in the reaction vessel and 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd) A process for continuous removal and isolation of 1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd) obtained in the previous step is described.
  • 1,3,3-trichloro-1,1-difluoropropane (242fa) is present as an intermediate product in the non-catalyzed liquid phase fluorination reaction when producing 1233zd from 240fa, but the fluorination reaction Since the reaction rate of was extremely low, it accumulated in the reactor, causing a decrease in productivity.
  • Patent Document 1 since a solid fluorination catalyst is used, it is necessary to consider catalyst deactivation and refill the catalyst.
  • Patent Document 2 240fa to 1233zd and / or 1,3,3,3-tetrafluoropropene (abbreviation: 1234ze) are produced by a gas phase fluorination reaction without a catalyst, but are heated at a high temperature for a long time. There is a need.
  • the present invention solves such problems and provides a method for efficiently producing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene from an intermediate product having low reactivity.
  • invention 1 Trans-1-chloro-3, characterized by reacting a halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms represented by the following general formula (1) with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine: A method for producing 3,3-trifluoropropene.
  • invention 2 The production method according to invention 1, wherein a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms represented by the following general formula (2) is further added and reacted with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine: .
  • the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms is 1,1,3,3-tetrachloro-1-fluoropropane (241fa), 1,1,1,3-tetrachloro-3-fluoropropane (241fb), 1,3,3-trichloro-3-fluoropropene (1231zd), 1,3,3-trichloro-1-fluoropropene (1231zb), 3,3,3-trichloro-1-fluoropropene (1231ze), 1, 1,3-trichloro-3-fluoropropene (1231za), 1,3,3-trichloro-1,1-difluoropropane (242fa), 1,1,3-trichloro-1,3-difluoropropane (242fb), 1,3-dichloro-3,3-difluoropropene (1232zd), 3,3-dichloro-1,3-difluoropropene (12 2ze), 3,3-dichloro-1,3-d
  • Invention 4" The production method according to any one of Inventions 1 to 3, wherein the reaction temperature is 150 ° C or higher and 600 ° C or lower.
  • invention 6 The production method according to invention 5, wherein a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms represented by the following general formula (3) is further added and reacted with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine: .
  • invention 7 A step (A) of reacting 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) with hydrogen fluoride; The intermediate product obtained in the step (A) is reacted with hydrogen fluoride in the gas phase at 150 ° C. or more and 600 ° C. or less in the presence of chlorine to obtain trans-1-chloro-3,3,3-trifluoro. Obtaining propene (B); A process for producing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, comprising:
  • invention 8 The method according to claim 7, wherein a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms represented by the following general formula (4) is further added and reacted with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine: .
  • invention 9 The step (A) is carried out in a liquid phase under non-catalytic conditions, and a reaction product gas containing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is recovered, The reaction method of the said process (A) is collect
  • invention 10 Introducing the 1,1,1,3,3-pentachloropropane and the hydrogen fluoride into the step (A) continuously or intermittently; The production method according to claim 9, wherein the reaction product gas and the reaction liquid are collected continuously or intermittently.
  • invention 12 The production method according to any one of inventions 7 to 11, wherein the intermediate product contains at least 1,3,3-trichloro-1,1-difluoropropane (242fa).
  • invention 13 The production method according to any one of Inventions 7 to 12, wherein the reaction temperature in the step (B) is 150 ° C or higher and 500 ° C or lower.
  • invention 14 The production method according to any one of Inventions 7 to 13, wherein an unreacted intermediate product is recovered and used in the step (B).
  • step (B) cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is obtained together with trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene. 14. The production method according to any one of 14.
  • invention 16 The production method according to invention 15, wherein the obtained cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is subjected to the step (B) as an intermediate product.
  • invention 17 The obtained cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is heated at 150 ° C. or more and 600 ° C. or less to obtain trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene.
  • an intermediate product accumulated in the reactor is withdrawn, and trans-1-chloro-3,3,3- It can be converted to trifluoropropene to improve productivity.
  • the present invention relates to 1,3,3-trichloro-1,1-difluoropropane which is extremely low in reactivity in the non-catalytic fluorination reaction of 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) in the liquid phase
  • This is a method for efficiently producing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd (E)) from an intermediate product such as (242fa), but is not limited thereto.
  • the present invention uses trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene by using a halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms as a raw material and reacting with hydrogen fluoride in the presence of a catalytic amount of chlorine. It is a method of manufacturing.
  • the raw material halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms used in the present invention is a halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms represented by the following general formula (5).
  • the general formula (5) represents a halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms excluding trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene.
  • halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms used in the present invention include 1,1,3,3-tetrachloro-1-fluoropropane (abbreviation: 241fa), 1,1,1,3. -Tetrachloro-3-fluoropropane (abbreviation: 241fb), 1,3,3-trichloro-3-fluoropropene (abbreviation: 1231zd), 1,3,3-trichloro-1-fluoropropene (abbreviation: 1231zb), 3,3,3-trichloro-1-fluoropropene (abbreviation: 1231ze), 1,1,3-trichloro-3-fluoropropene (abbreviation: 1231za), 1,3,3-trichloro-1,1-difluoropropane (242fa), 1,1,3-trichloro-1,3-difluoropropane (abbreviation: 242fb), 1,3-dichloro-3,
  • trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene When a non-catalytic fluorination reaction is performed in the liquid phase of 1,1,1,3,3-pentachloropropane, a small amount of trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is contained in the reaction solution. Although the reaction that synthesizes trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene itself from trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene does not contribute as a production method, It shall be excluded in the book.
  • a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms can be used together with the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms which is a reaction raw material used in the present invention.
  • a chlorine source such as hydrogen chloride derived from a halogenated hydrocarbon compound, a chlorine radical, etc., produced in the production process of the present invention acts on a hydrocarbon compound having 3 carbon atoms as well as trans-1-chloro-3,3, Can be converted to 3-trifluoropropene.
  • the hydrocarbon compound having 3 carbon atoms is represented by the following general formula (6).
  • hydrocarbon compound having 3 carbon atoms examples include 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (abbreviation: 245fa), trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene (abbreviation: 1234ze (E)), cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene (abbreviation: 1234ze (Z)), 1,1,3,3-tetrafluoropropene (abbreviation: 1234zc), 3,3,3 -Trifluoropropyne and the like can be exemplified.
  • 1,1,1,3,3-pentafluoropropane abbreviation: 245fa
  • trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene abbreviation: 1234ze (E)
  • cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene abbreviation: 1234ze (Z)
  • 1,1,3,3-tetrafluoropropene abbreviation: 12
  • the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms as a raw material is not limited to a reaction product by a non-catalytic fluorination reaction in a liquid phase of 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa). It may be manufactured by any method. For example, a method of fluorinating 1,1,1,3,3-pentachloropropane and hydrogen fluoride through a fluorinated chromium oxide catalyst at 250 ° C. (see JP-A-9-183740), 1,1, Examples thereof include a method of reacting 1,3,3-pentachloropropane and hydrogen fluoride at a liquid phase of 100 kg / cm 2 (about 10 MPa) at 200 ° C. for 5 hours (see JP-A-11-180908).
  • the molar ratio of the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms / hydrogen fluoride supplied to the reaction zone may vary depending on the reaction temperature, but is 1/1 to 1/20, preferably 1/1 to 1/10. These molar ratios are not limited to a strict numerical range, and should be interpreted as about 1/1 to about 1/20, preferably about 1/1 to about 1/10.
  • hydrogen fluoride exceeds 20 moles of the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms, the amount of organic matter treated in the same reactor is reduced, and the mixture of unreacted hydrogen fluoride and product discharged from the reaction system is separated. It will cause trouble.
  • the amount of hydrogen fluoride is less than 1 mole, the reaction rate decreases and the selectivity decreases, which is not preferable.
  • the molar ratio of the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms to be supplied to the reaction zone / chlorine may vary depending on the reaction temperature, but is 1 / 0.001 to 1 / 0.5, preferably 1 / 0.01 to 1/0. .1 and most preferably 1 / 0.01 to 1 / 0.03. These molar ratios are not limited to a strict numerical range, and are interpreted as about 1 / 0.001 to about 1 / 0.5, preferably about 1 / 0.01 to about 1 / 0.1. It should be. If the chlorine content exceeds 0.5 mole times that of the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms, the production of perchlorates increases, such being undesirable. On the other hand, if the amount of chlorine is less than 0.001 mol times, the reaction rate is lowered and the conversion rate is lowered, which is not preferable.
  • the temperature at which the reaction according to the present invention is carried out is not particularly limited, but is 150 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, and more preferably 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • These reaction temperatures are not limited to a strict numerical range, but are about 150 to about 600 ° C., preferably about 150 to about 500 ° C., and more preferably about 250 to about 400 ° C. Should. If the reaction temperature is lower than 150 ° C., the reaction is slow and not practical. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 600 ° C., tarring and decomposition products are increased, which is not preferable.
  • the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms to be supplied to the reaction region may be supplied together with a gas such as nitrogen, helium or argon which does not participate in the reaction.
  • a gas such as nitrogen, helium or argon which does not participate in the reaction.
  • a gas has a ratio of 100 mol or less per mol of the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms, and preferably 10 mol or less.
  • these ratios are not limited to a strict numerical range, and should be interpreted as about 100 mol or less, preferably about 10 mol or less.
  • the reaction according to the present invention is performed in the gas phase, if a gas that does not participate in the reaction is supplied, the raw material is diluted.
  • the reaction according to the present invention is not particularly limited with respect to pressure. It can be carried out at normal pressure, that is, without pressure adjustment such as pressurization or reduced pressure. From the viewpoint of the apparatus, it is preferably carried out at 0.01 to 1 MPa (in the present specification, indicated as an absolute pressure, the same shall apply hereinafter).
  • pressure When the pressure is increased, the equilibrium is inclined in the direction of the addition reaction.
  • pressure it is desirable to select conditions such that organic substances such as raw materials existing in the system do not liquefy in the reaction system.
  • the contact time (reaction time) of the reaction according to the present invention is usually 0.1 to 500 seconds, preferably 10 to 300 seconds, under standard conditions (0 ° C., 1 atm). If the contact time is short, the reaction rate decreases, and if the contact time is too long, side reactions occur, which is not preferable.
  • the reaction according to the present invention is carried out by introducing the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms, hydrogen fluoride and chlorine into the reactor substantially simultaneously.
  • the reactor is usually tubular and made of stainless steel, Hastelloy (TM), Monel (TM), platinum, carbon, fluororesin, or a material lined with these.
  • the reactor may be an empty column, but in order to improve the heat exchange efficiency, a packing made of the above material may be used.
  • the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms includes 1,1,3,3-tetrachloro-1-fluoropropane (241fa), 1,1,1,3,3-pentachloropropane. (240fa) and at least one selected from the group consisting of 1,3,3-trichloro-1,1-difluoropropane (242fa) are preferred.
  • trans-1-chloro-3,3,3 is reacted with hydrogen fluoride in the gas phase at a predetermined reaction temperature in the presence of chlorine.
  • 3-Trifluoropropene can be produced.
  • the reaction temperature is usually 150 ° C.
  • reaction temperatures are not limited to a strict numerical range, but are about 150 to about 600 ° C., preferably about 150 to about 500 ° C., and more preferably about 250 to about 400 ° C. Should. If the reaction temperature is lower than 150 ° C., the reaction is slow and not practical. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 600 ° C., tarring and decomposition products are increased, which is not preferable.
  • the production method according to an embodiment of the present invention includes a step (A) of reacting 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) and hydrogen fluoride, and an intermediate product obtained in step (A). (B) reacting with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine to obtain trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus 100 according to an embodiment.
  • the manufacturing apparatus 100 includes, for example, the liquid phase reaction tank 10, the condenser 30, the tank 50, the tank 70, and the gas phase reaction tower 90, but is not limited thereto.
  • the liquid phase reaction tank 10 is, for example, a stainless steel autoclave, and raw material organic matter is supplied from a pipe 11 through a valve 1. Further, hydrogen fluoride is supplied from the pipe 13 through the valve 2 to the liquid phase reaction tank 10.
  • FIG. 1 an example in which the raw organic material and hydrogen fluoride are supplied from different pipes is shown. However, the raw organic substance and hydrogen fluoride may be supplied to the liquid phase reaction tank 10 separately from one pipe or as a mixture.
  • the pipe 15 is connected to the upper part of the liquid phase reaction tank 10 and connected to the condenser 30.
  • a pipe 31 is connected to the condenser 30 and is connected to the tank 50 via the valve 3.
  • the tank 50 stores trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene liquefied by the condenser 30.
  • a pipe 17 is connected to the bottom of the liquid phase reaction tank 10 and is connected to the tank 70 via the valve 4.
  • the tank 70 stores the reaction liquid containing the intermediate product generated in the liquid phase reaction tank 10.
  • the pipe 71 connected to the tank 70 is connected to the gas phase reaction tower 90 via the valve 5.
  • a pipe 91 is connected to the gas phase reaction column 90 through a valve 6 to supply chlorine to the gas phase reaction column 90.
  • a pipe 93 is connected to the gas phase reaction column 90 via a valve 7 to supply hydrogen fluoride to the gas phase reaction column 90.
  • 1 shows an example in which chlorine and hydrogen fluoride are supplied from separate pipes, they may be supplied to the gas phase reaction tower 90 separately from one pipe or as a mixture.
  • the pipe 95 connected to the upper part of the gas phase reaction tower 90 is connected to the condenser 35 via the valve 8.
  • the condenser 35 is connected to the tank 50 through a pipe 36.
  • the tank 50 stores trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene liquefied by the condenser 35.
  • FIG. 1 it is shown that the trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene produced in the two systems is stored in the common tank 50, but it should be stored in separate tanks. May be.
  • the production method includes a step (A) of reacting 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) and hydrogen fluoride in a liquid phase reaction vessel 10, and a step (A).
  • the intermediate product obtained in (1) is introduced into the gas phase reaction column 90 and reacted with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine to obtain trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene.
  • Step (B) may be included.
  • the reaction product gas containing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene generated in the liquid phase reaction tank 10 is extracted from the liquid phase reaction tank 10 through the pipe 15 and liquefied in the condenser 30. Then, it is collected in the tank 50.
  • 1,1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) and hydrogen fluoride may be introduced continuously, or may be intermittently performed by opening and closing the valve 3.
  • the recovery of trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene may be carried out continuously or intermittently by opening and closing the valve 3.
  • reaction liquid containing the intermediate product generated in the liquid phase reaction tank 10 is collected in the tank 70 through the pipe 17.
  • the reaction liquid stored in the tank 70 is supplied to the gas phase reaction tower 90 through the pipe 71.
  • the intermediate product (the aforementioned halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms) contained in the reaction solution reacts with hydrogen fluoride in the gas phase, and trans-1-chloro -3,3,3-trifluoropropene is produced.
  • the aforementioned hydrocarbon compound having 3 carbon atoms may be further added to the reaction solution stored in the tank 70 to react with hydrogen fluoride in the gas phase reaction tower 90 as a reaction raw material.
  • the reaction product gas containing trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene generated in the gas phase reaction column 90 is extracted from the gas phase reaction column 90 through the pipe 95 and liquefied in the condenser 35. Then, it is collected in the tank 50 through the pipe 36.
  • the method of reacting 1,1,1,3,3-pentachloropropane with hydrogen fluoride is not limited to the above-described embodiment, and a conventionally known method may be adopted.
  • a method of reacting in a gas phase for example, see JP-A-9-18374
  • a method of reacting in a liquid phase for example, see JP-A-11-180908
  • the intermediate product obtained by reacting 1,1,1,3,3-pentachloropropane with hydrogen fluoride is reacted with hydrogen fluoride in the presence of chlorine in the gas phase to produce trans-1-chloro -3,3,3-trifluoropropane can be produced.
  • the method of reacting the intermediate product with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine is the method of reacting the halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms with hydrogen fluoride in the gas phase in the presence of chlorine. It can be explained according to the reaction method. That is, it can be explained by replacing “halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms” with “intermediate product”.
  • the reaction mixture obtained by the reaction in the step (B) contains the unreacted intermediate product and reaction by-product in addition to the target product trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene. May be. These may be taken out and supplied to the reaction system in the step (B) for further reaction. As a result, the target product trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene can be efficiently produced.
  • the method for separating trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene from this reaction mixture is not particularly limited. This separation may be performed, for example, by distillation. Further, in order to facilitate separation, the acid content that may be contained in the reaction mixture may be removed by a method such as washing with water as necessary.
  • trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is obtained by the reaction in step (B), but cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is produced together.
  • cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene may be taken out of the reaction mixture and supplied to the reaction system of step (B) as described above for further reaction or separately.
  • Trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene may be produced by isomerization by heating at 150 to 600 ° C.
  • the method according to the present invention may be performed using a solid catalyst or may be performed without using a solid catalyst.
  • a solid catalyst When a solid catalyst is not used, there is no problem such as catalyst deactivation or refilling of the catalyst, the operation is simple, and trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene can be produced at low cost. .
  • trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is synthesized in at least two systems, even a low-reactivity intermediate product is efficiently consumed, By using 1,1,3,3-pentachloropropane (240fa) as a starting material, trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene can be efficiently synthesized.
  • trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene of the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
  • the extracted gas was passed through a fluororesin gas washing bottle containing ice water cooled in an ice water bath to absorb the acid, and the reaction product organic matter was recovered with a glass trap of a dry ice acetone bath.
  • the reaction liquid was extracted from the dip tube through the needle valve so as to maintain about 1000 ml.
  • the extracted reaction liquid was recovered in a fluororesin gas washing bottle containing ice water cooled in an ice water bath. After the reaction was continued for 24 hours, the reaction solution in the autoclave was all collected in a fluororesin gas washing bottle containing ice water.
  • Example 1 The temperature was raised while flowing nitrogen at a rate of 10 ml / min into a reaction tube made of cylindrical stainless steel (SUS316L) having an inner diameter of 2.7 cm and a length of 40 cm equipped with an electric furnace.
  • 1233E represents trans-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd (E)) and 1233Z represents cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene (1233zd (Z) ).
  • Example 2 The supply amount of the reaction raw materials was vaporized in the reaction solution of Preparation Example 1 (halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms): about 0.47 g / min, hydrogen fluoride: about 0.10 g / min, chlorine: about 0
  • Preparation Example 1 halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms
  • hydrogen fluoride about 0.10 g / min
  • chlorine about 0
  • Example with the exception of supplying at a flow rate of 8 ml / min (molar ratio: halogenated hydrocarbon compound having 3 carbon atoms / hydrogen fluoride / chlorine 1 / 2.0 / 0.02, contact time: about 50 seconds)
  • the reaction was carried out as in 1. The results are shown in Table 3.
  • Example 3 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction raw material was supplied when the temperature of the reaction tube reached 150 ° C. The results are shown in Table 3.
  • Example 4 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction raw material was supplied when the temperature of the reaction tube reached 250 ° C. The results are shown in Table 3.
  • Table 2 summarizes the reaction temperature, contact time, and supply amount of reaction raw materials in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 described later.
  • Comparative Example 1 shows that when chlorine is not supplied as a reaction raw material, 242fa and 241fa are hardly converted to 1233zd (E) even when heated at a high temperature. It can be seen from Comparative Example 2 that even when chlorine is supplied as a reaction raw material, the reaction does not proceed sufficiently when the heating temperature is about 100 ° C., and 242fa and 241fa remain.

Abstract

反応性の低い中間生成物から効率的に1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法を提供する。下記一般式(1)で表される炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法が提供される。 CCl (1) (式中、Xは2又は3であり、X=2のとき、Yは1~4の整数であり、Zは0~3の整数であり、Y+Z=4を満たす。X=3のとき、Yは1~5の整数であり、Zは0~4の整数であり、Y+Z=5を満たす。ただし、前記一般式(1)は、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンは除く炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を示す。)

Description

トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法
 本発明は、炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物からトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法に関する。
 トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(略称:1233zd(E))は温暖化係数(GWP)の低い次世代のポリウレタン発泡剤、作動流体、冷媒等として有用な化合物である。
 通常、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(略称:1233zd)はフッ素化触媒を用い、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(略称:240fa)をフッ化水素にてフッ素化して、又は1,1,3,3-テトラクロロ-2-プロペン(略称:1230za)をフッ化水素にてフッ素化して生成する。当該フッ素化は気相もしくは液相反応で実施され、通常、液相反応の場合は加圧条件下で実施される。
 例えば、特許文献1には、気相中、フッ素化固体触媒の存在下で、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)をフッ化水素と反応させて1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)を得る方法が記載されている。また、特許文献2には、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)を無触媒でフッ化水素と反応させて1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)を得る方法が記載されている。特許文献3には、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)の製造方法として、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)を反応容器中、ルイス酸触媒又はルイス酸触媒の混合物の存在下、150℃より低い温度で、液相で反応させること、反応容器中で生成した塩化水素及び1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)を連続的に取り出すこと、及び前工程で得られた1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)を単離する方法が記載されている。
 1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)をフッ化水素と反応させて1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)を得る場合、フッ化水素と塩化水素の分圧に影響される平衡反応となり、反応生成物中には1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd)以外にも、よりフッ素化された1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(略称:245fa)などの生成物や、フッ素化度の低い1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(略称:241fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(略称:242fa)などの生成物が含まれる。特に1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)は、240faから1233zdを製造する際の無触媒での液相フッ素化反応において、中間生成物として存在するものの、フッ素化反応の反応速度が著しく低いために反応器内に蓄積してしまい、生産性低下の原因となっていた。
 特許文献1では、固体フッ素化触媒を用いているため、触媒失活への配慮、触媒の再充填などが必要となる。
 特許文献2では、240faから1233zd及び/又は1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(略称:1234ze)を無触媒で気相フッ素化反応により製造しているが、高温で長時間、加熱する必要がある。
特開平9-183740号公報 特開平11-180908号公報 特表2007-501843号公報
 本発明は、係る問題を解決し、反応性の低い中間生成物から効率的にトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法を提供する。
 本発明は、以下の発明1~17を含む。
 「発明1」
 下記一般式(1)で表される炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法。
 
Cl  (1)
 
(式中、Xは2又は3であり、X=2のとき、Yは1~4の整数であり、Zは0~3の整数であり、Y+Z=4を満たす。X=3のとき、Yは1~5の整数であり、Zは0~4の整数であり、Y+Z=5を満たす。ただし、前記一般式(1)は、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンは除く炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を示す。)
 「発明2」
 下記一般式(2)で表される炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加し、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、発明1に記載の製造方法。
 
  (2)
 
(式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
 
 「発明3」
 前記炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3-テトラクロロ-3-フルオロプロパン(241fb)、1,3,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231zd)、1,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231zb)、3,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231ze)、1,1,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231za)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(242fb)、1,3-ジクロロ-3,3-ジフルオロプロペン(1232zd)、3,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232ze)、3,3-ジクロロ-1,1-ジフルオロプロペン(1232zc)、1,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232zb)、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(243fb)、1,1-ジクロロ-1,3,3-トリフルオロプロパン(243fc)、1-クロロ-1,1,3,3-テトラフルオロプロパン(244fb)及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(244fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、発明1又は2に記載の製造方法。
 「発明4」
 反応温度が150℃以上600℃以下であることを特徴とする、発明1乃至3の何れか一に記載の製造方法。
 「発明5」
 1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つのハロゲン化炭化水素化合物を、塩素存在下、150℃以上600℃以下でフッ化水素と気相で反応させる、ことを特徴とするトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法。
 「発明6」
 下記一般式(3)で表される炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加し、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、発明5に記載の製造方法。
 
  (3)
 
(式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
 
 「発明7」
 1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)とフッ化水素を反応させる工程(A)と、
 前記工程(A)で得た中間生成物を、塩素存在下で、150℃以上600℃以下でフッ化水素と気相で反応させて、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得る工程(B)と、
 を含むことを特徴とする、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法。
 「発明8」
 下記一般式(4)で表される炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加し、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、発明7に記載の製造方法。
 
  (4)
 
(式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
 
 「発明9」
 前記工程(A)を液相中、無触媒条件下で行い、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを含む反応生成ガスを回収し、
 前記工程(A)の反応液を回収して、該反応液に含まれる前記中間生成物を前記工程(B)に用いることを特徴とする、発明7又は8に記載の製造方法。
 「発明10」
 連続的又は断続的に前記1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンと前記フッ化水素とを前記工程(A)に導入し、
 前記反応生成ガス及び前記反応液を連続的又は断続的に回収することを特徴とする、発明9に記載の製造方法。
 「発明11」
 前記中間生成物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3-テトラクロロ-3-フルオロプロパン(241fb)、1,3,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231zd)、1,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231zb)、3,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231ze)、1,1,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231za)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(242fb)、1,3-ジクロロ-3,3-ジフルオロプロペン(1232zd)、3,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232ze)、3,3-ジクロロ-1,1-ジフルオロプロペン(1232zc)、1,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232zb)、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(243fa)及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(244fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、発明7乃至10の何れか一に記載の製造方法。
 「発明12」
 前記中間生成物が、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)を少なくとも含むことを特徴とする、発明7乃至11の何れか一に記載の製造方法。
 「発明13」
 前記工程(B)の反応温度が150℃以上500℃以下であることを特徴とする、発明7乃至12の何れか一に記載の製造方法。
 「発明14」
 未反応の中間生成物を回収して、前記工程(B)に用いることを特徴とする、発明7乃至13の何れか一に記載の製造方法。
 「発明15」
 前記工程(B)において、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンと共に、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得ることを特徴とする、発明7乃至14の何れか一に記載の製造方法。
 「発明16」
 得られたシス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを、中間生成物として前記工程(B)に供することを特徴とする、発明15に記載の製造方法。
 「発明17」
 得られたシス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを150℃以上600℃以下で加熱して、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得ることを特徴とする、発明15に記載の製造方法。
 本発明のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法において、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンの液相下での無触媒フッ素化反応における著しく反応性の低い1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン等の中間生成物を系外で触媒量の塩素存在下、フッ化水素と共に気相で加熱することにより、効率的にトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造することができる。
本発明の一実施形態に係る製造装置100の模式図である。
 本発明者らは、鋭意検討した結果、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンの液相中での無触媒フッ素化反応において著しく反応性が低い1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン等の中間生成物を系外で触媒量の塩素存在下、フッ化水素と共に気相で加熱することにより、効率的にトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンに変換できることを見いだし、本発明のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法を完成させるに至った。
 即ち、本発明の方法において、反応器内に蓄積する中間生成物を抜き出し、触媒量の塩素存在下での気相フッ素化反応により、効率的にトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンに変換し、生産性を向上させることが可能である。
 本発明は、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)の液相中での無触媒フッ素化反応において著しく反応性が低い1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)等の中間生成物から、効率的にトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(E))を製造する方法であるが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を原料として用い、触媒量の塩素存在下でフッ化水素と反応させて、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法である。
 本発明に用いる原料の炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物は、下記一般式(5)で表される炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物である。
 
Cl  (5)
 
ここで、式中、Xは2又は3であり、X=2のとき、Yは1~4の整数であり、Zは0~3の整数であり、Y+Z=4を満たす。X=3のとき、Yは1~5の整数であり、Zは0~4の整数であり、Y+Z=5を満たす。ただし、一般式(5)は、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンは除く炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を示すものとする。
 一般式(5)で表される炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物は、X=2のとき、CCl、CCl、CCl、CClであり、X=3のとき、CCl、CCl、CCl、CCl、CClである。
 本発明に用いる原料の炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物は、具体的には、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(略称:241fa)、1,1,1,3-テトラクロロ-3-フルオロプロパン(略称:241fb)、1,3,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(略称:1231zd)、1,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(略称:1231zb)、3,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(略称:1231ze)、1,1,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(略称:1231za)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(略称:242fb)、1,3-ジクロロ-3,3-ジフルオロプロペン(略称:1232zd)、3,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(略称:1232ze)、3,3-ジクロロ-1,1-ジフルオロプロペン(略称:1232zc)、1,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(略称:1232zb)、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(略称:243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(略称:243fb)、1,1-ジクロロ-1,3,3-トリフルオロプロパン(略称:243fc)、1-クロロ-1,1,3,3-テトラフルオロプロパン(略称:244fb)及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(略称:244fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つである。
 1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンの液相中での無触媒フッ素化反応を行った場合、反応液には微量のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンが存在するが、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンからトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン自身を合成する反応は製造方法として寄与しないため、本明細書においては除外するものとする。
 本発明に用いる反応原料である炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物と共に、炭素数3の炭化水素化合物も用いることができる。本発明の製造過程で生成する、ハロゲン化炭化水素化合物由来の塩化水素、塩素ラジカルなどの塩素源が作用することで、炭素数3の炭化水素化合物についてもトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンに変換することができる。炭素数3の炭化水素化合物は、下記一般式(6)で表される。
 
  (6)
 
(式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
 一般式(6)で表される炭素数3の炭化水素化合物は、V+W=8を満たすとき、C、C、C、C、C、C、C、C、Cであり、V+W=6を満たすとき、C、C、C、C、C、C、Cであり、V+W=4を満たすとき、C、C、C、C、Cである。
 炭素数3の炭化水素化合物としては、具体的には、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(略称:245fa)、トランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(略称:1234ze(E))、シス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(略称:1234ze(Z))、1,1,3,3-テトラフルオロプロペン(略称:1234zc)、3,3,3-トリフルオロプロピンなどが例示できる。
 原料の炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物は、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)の液相中での無触媒フッ素化反応による反応生成物に限定されず、どのような方法で製造したものであってもよい。例えば、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンとフッ化水素を250℃、フッ素化した酸化クロム触媒に通じてフッ素化する方法(特開平9-183740号公報参照)、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンとフッ化水素を液相、100kg/cm(約10MPa)、200℃で5時間反応させる方法(特開平11-180908号公報参照)などを挙げることができる。
 反応領域へ供給する炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/フッ化水素のモル比は反応温度により変わりうるが、1/1~1/20、好ましくは1/1~1/10である。なお、これらのモル比は厳密な数値範囲に限定されるものではなく、約1/1~約1/20、好ましくは約1/1~約1/10と解釈されるべきである。フッ化水素が炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物の20モル倍を超えると同一反応器における有機物処理量の減少ならびに反応系から排出された未反応フッ化水素と生成物との混合物の分離に支障をきたす。一方、フッ化水素が1モル倍よりも少ないと反応率が低下し、選択率が低下するので好ましくない。
 反応領域へ供給する炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/塩素のモル比は反応温度により変わりうるが、1/0.001~1/0.5、好ましくは1/0.01~1/0.1であり、最も好ましくは1/0.01~1/0.03である。なお、これらのモル比は厳密な数値範囲に限定されるものではなく、約1/0.001~約1/0.5、好ましくは約1/0.01~約1/0.1と解釈されるべきである。塩素が炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物の0.5モル倍を超えると過塩素化物の生成が増えるため好ましくない。一方、塩素が0.001モル倍よりも少ないと反応率が低下し、転化率が低下するので好ましくない。
 過剰量のフッ化水素を使用することは炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物の転化率を高めることができるため好ましい。未反応のフッ化水素は未反応有機物及び反応生成物から分離し、反応系へリサイクルする。フッ化水素と有機物の分離は、公知の手段で行うことができる。
 本発明に係る反応を行う温度は特に限定されないが、150℃以上600℃以下であり、150℃以上500℃以下が好ましく、250℃以上400℃以下がさらに好ましい。なお、これらの反応温度は厳密な数値範囲に限定されるものではなく、約150~約600℃であり、約150~約500℃が好ましく、約250~約400℃がさらに好ましいと解釈されるべきである。反応温度が150℃よりも低いと反応が遅く実用的ではない。一方、反応温度が600℃を超えると、タール化、分解生成物の生成が多くなるので好ましくない。
 本発明に係る反応において、反応領域へ供給する炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物は、反応に関与しない窒素、ヘリウム、アルゴンなどのガスと共に供給してもよい。このようなガスは、炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物1モル当たり100モル以下の比率とし、10モル以下が好ましい。なお、これらの割合は厳密な数値範囲に限定されるものではなく、約100モル以下、好ましくは約10モル以下と解釈されるべきである。また、本発明に係る反応を気相中で行うため、反応に関与しないガスを供給すると、原料が希釈されてしまうため、通常は使用しない方がよい。
 本発明に係る反応は、圧力については特に限定されない。常圧、すなわち、特に加圧又は減圧などの圧力調節をすることなく行うことができる。装置の面から0.01~1MPa(本明細書においては絶対圧として示し、以下同様である。)で行うのが好ましい。加圧すると付加反応の方向に平衡が傾くため、減圧で行うこともできる。圧力を決定する場合、系内に存在する原料などの有機物が、反応系内で液化しないような条件を選ぶことが望ましい。
 本発明に係る反応の接触時間(反応時間)は標準状態(0℃、1気圧)において、通常0.1~500秒間、好ましくは10~300秒間である。接触時間が短いと反応率が低下し、接触時間が長すぎると副反応が起こるので好ましくない。
 本発明に係る反応は、温度が調節され、炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物、フッ化水素及び塩素を実質的に同時に反応器に導入することでおこなわれる。反応器は通常、管状であってステンレス鋼、ハステロイ(TM)、モネル(TM)、白金、炭素、フッ素樹脂又はこれらをライニングした材質で製作されたものが用いられる。反応器は空塔でも良いが、熱交換効率を向上させるため、上記材質の充填物を用いても良い。
 なお、本発明においては、炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物としては、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つが好ましい。これらの炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を原料有機物として用いる場合は、塩素存在下、所定の反応温度でフッ化水素と気相で反応させることにより、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造することができる。ここで、反応温度は、通常150℃以上600℃以下であり、150℃以上500℃以下が好ましく、250℃以上400℃以下がさらに好ましい。なお、これらの反応温度は厳密な数値範囲に限定されるものではなく、約150~約600℃であり、約150~約500℃が好ましく、約250~約400℃がさらに好ましいと解釈されるべきである。反応温度が150℃よりも低いと反応が遅く実用的ではない。一方、反応温度が600℃を超えると、タール化、分解生成物の生成が多くなるので好ましくない。
(1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンを用いた製造方法)
 1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)を原料有機物として、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法について説明する。本発明の一実施形態に係る製造方法は、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)とフッ化水素を反応させる工程(A)と、工程(A)で得た中間生成物を塩素存在下で、フッ化水素と気相で反応させて、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得る工程(B)とを含む。
 図1は、一実施形態に係る製造装置100の模式図である。製造装置100は、例えば、液相反応槽10、凝縮器30、タンク50、タンク70及び気相反応塔90を備えるが、これに限定されるものではない。液相反応槽10は、例えばステンレス鋼製オートクレーブであり、パイプ11からバルブ1を介して原料有機物が供給される。また、液相反応槽10には、パイプ13からバルブ2を介してフッ化水素が供給される。図1においては、原料有機物とフッ化水素をそれぞれ別のパイプから供給する例を示したが、1つのパイプから別々に又は混合物として液相反応槽10に供給するようにしてもよい。
 液相反応槽10の上部にはパイプ15が接続し、凝縮器30に接続する。凝縮器30にはパイプ31が接続し、バルブ3を介してタンク50に接続する。タンク50は凝縮器30で液化したトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを貯蔵する。また、液相反応槽10の底部にはパイプ17が接続し、バルブ4を介してタンク70に接続する。タンク70は、液相反応槽10で生成した中間生成物を含む反応液を貯蔵する。
 タンク70に接続するパイプ71は、バルブ5を介して気相反応塔90に接続する。気相反応塔90にはバルブ6を介してパイプ91が接続し、気相反応塔90に塩素を供給する。また、気相反応塔90にはバルブ7を介してパイプ93が接続し、気相反応塔90にフッ化水素を供給する。なお、図1においては、塩素とフッ化水素をそれぞれ別のパイプから供給する例を示したが、1つのパイプから別々に又は混合物として気相反応塔90に供給するようにしてもよい。
 気相反応塔90の上部に接続するパイプ95はバルブ8を介して凝縮器35に接続する。凝縮器35はパイプ36を介してタンク50に接続する。タンク50は凝縮器35で液化したトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを貯蔵する。なお、図1においては、共通するタンク50に2つの系で生成したトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを貯蔵するように示したが、別々のタンクに貯蔵するようにしてもよい。
 本発明の一実施形態に係る製造方法は、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)とフッ化水素を液相反応槽10で反応させる工程(A)と、工程(A)で得た中間生成物を気相反応塔90に導入して、塩素存在下で、フッ化水素と気相で反応させて、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得る工程(B)とを含んでもよい。液相反応槽10で生成したトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを含む反応生成ガスは、パイプ15を介して液相反応槽10から抜き出され、凝縮器30で液化して、タンク50に回収される。なお、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)とフッ化水素の導入は連続的に行ってもよく、バルブ3を開閉して断続的に行ってもよい。また、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの回収は連続的に行ってもよく、バルブ3を開閉して断続的に行ってもよい。
 一方、液相反応槽10で生成した中間生成物を含む反応液は、パイプ17を介してタンク70に回収される。タンク70に貯蔵された反応液は、パイプ71を介して気相反応塔90に供給される。気相反応塔90では塩素の存在下で、反応液に含まれる中間生成物(前述の炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物)と、フッ化水素が気相で反応し、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンが生成される。このとき、タンク70に貯蔵された反応液に前述の炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加して反応原料として、気相反応塔90でフッ化水素と反応させてもよい。気相反応塔90で生成したトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを含む反応生成ガスは、パイプ95を介して気相反応塔90から抜き出され、凝縮器35で液化して、パイプ36を介してタンク50に回収される。
 1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンをフッ化水素と反応させる方法は上述の一実施態様に限定されず、従来公知の方法を採用してもよい。例えば、気相中で反応させる方法(例えば、特開平9-18374号公報参照)や、液相中で反応させる方法(例えば、特開平11-180908号公報参照)などが例示できるが、これらに限定されない。1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンをフッ化水素と反応させて得られた中間生成物は、気相中、塩素存在下でフッ化水素と反応させることで、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロパンを製造することができる。ここで、中間生成物を、気相中、塩素存在下でフッ化水素と反応させる方法は、前述の炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を、気相中、塩素存在下でフッ化水素と反応させる方法に準じて説明することができる。すなわち、「炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物」を「中間生成物」に置き換えることで、説明することができる。
 工程(B)の反応により得られる反応混合物には、目的物のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの他に、未反応の前記中間生成物や反応副生成物が含まれることがある。これらを取り出して工程(B)の反応系に供給して、さらに反応させてもよい。これにより、目的物のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを効率良く製造することができる。
 この反応混合物からトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを分離する方法は、特に限定されない。この分離は、例えば、蒸留により行ってもよい。また、分離を容易にするために必要に応じて、水洗などの方法により、反応混合物に含まれ得る酸分の除去を行ってもよい。
 工程(B)の反応により、目的物のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンが得られるが、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンが併産されることもある。この場合、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを反応混合物から取り出して、前述のとおり、工程(B)の反応系に供給して、さらに反応させてもよいし、別途150℃以上600℃以下で加熱して異性化させてトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造してもよい。
 本発明に係る方法においては、固体触媒を用いて行ってもよいし、固体触媒を用いることなく行うこともできる。固体触媒を用いない場合、触媒失活や触媒再充填等の問題もなく、操作が簡便であり、低いコストでトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造することができる。
 このような本発明に係る塩素存在下での炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物とフッ化水素との気相反応は従来知られておらず、新規な合成経路である。本発明の一実施形態においては、少なくとも2つの系でトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを合成するため、反応性の低い中間生成物までも効率よく消費され、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)を出発材料として、効率よくトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを合成することができる。
 本発明のトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法を以下の実施例により説明するが、本発明は以下の実施例により、限定されるものではない。
[調製例1]
 100℃の冷却液を循環させた凝縮器を備えた2000mlのステンレス鋼製オートクレーブに1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)4.1g/minとフッ化水素3.4g/min(モル比:240fa/フッ化水素=約1/9)を導入し、オートクレーブを150℃に加熱した。圧力が約4MPaを超えたところで約4MPaを維持するように凝縮器出口のニードルバルブから反応生成ガスを抜き出した。抜き出したガスは、氷水浴中で冷却した氷水入りのフッ素樹脂製ガス洗浄瓶に通して酸を吸収し、ドライアイスアセトン浴のガラストラップで反応生成有機物を回収した。オートクレーブ内の液量が約1000mlに達したところで約1000mlを維持するようにデップ管からニードルバルブを通して反応液を抜き出した。抜き出した反応液は氷水浴中で冷却した氷水入りのフッ素樹脂製ガス洗浄瓶に回収した。反応を24時間継続後、オートクレーブ内の反応液をすべて氷水入りのフッ素樹脂製ガス洗浄瓶に回収した。凝縮器出口から回収した反応生成有機物は、合計2923gであり、デップ管から抜き出した反応液は、合計1871gであった。ガスクロマトグラフィーによって、分析した結果を表1に示した。表1中、1233Eはトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(E))を表し、1233Zはシス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 
 [実施例1]
 電気炉を備えた内径2.7cm、長さ40cmの円筒形ステンレス鋼(SUS316L)製反応管に窒素を10ml/minの速度で流しながら、昇温した。反応管の温度が320℃に達したところで、反応原料として、気化させた調製例1の反応液(炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物):約0.32g/min、フッ化水素:約0.12g/min、塩素:約0.8ml/minの流量でそれぞれ供給し(モル比:炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/フッ化水素/塩素=1/3.4/0.02、接触時間:約50秒間)、流量が安定したところで窒素の供給を停止した。反応器から流出する生成ガスを氷水浴中で冷却した氷水入りのフッ素樹脂製ガス洗浄瓶に通し、未反応のフッ化水素及び塩化水素を吸収し、反応生成物を捕集した。捕集した反応生成物をガスクロマトグラフで分析した結果を表3に示す。表3中、1234Eはトランス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(1234ze(E))を表し、1234Zはシス-1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(1234ze(Z))を表し、1233Eはトランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(E))を表し、1233Zはシス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))を表す。
[実施例2]
 反応原料の供給量を、気化させた調製例1の反応液(炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物):約0.47g/min、フッ化水素:約0.10g/min、塩素:約0.8ml/minの流量で供給(モル比:炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/フッ化水素/塩素=1/2.0/0.02、接触時間:約50秒間)した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示す。
[実施例3]
 反応管の温度が150℃に達したところで反応原料を供給した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示す。
[実施例4]
 反応管の温度が250℃に達したところで反応原料を供給した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示す。
[実施例5]
 反応原料の供給量を、気化させた調製例1の反応液(炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物):約0.32g/min、フッ化水素:約0.12g/min、塩素:約0.4ml/minの流量で供給(モル比:炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/フッ化水素のモル比/塩素=1/3.4/0.01、接触時間:約50秒間)した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示す。
[実施例6]
 反応原料の供給量を、気化させた調製例1の反応液(炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物):約0.32g/min、フッ化水素:約0.12g/min、塩素:約1.2ml/minの流量で供給(モル比:炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/フッ化水素のモル比/塩素=1/3.4/0.03、接触時間:約50秒間)した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示す。
 実施例1~6及び後述の比較例1~2における反応温度、接触時間及び反応原料の供給量についてまとめたものを表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
 
[比較例1]
 反応原料の供給量を、気化させた調製例1の反応液(炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物):約0.32g/min、フッ化水素:約0.12g/minの流量で供給(モル比:炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物/フッ化水素のモル比=1/3.4、接触時間:約50秒間)した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示した。
 [比較例2]
 反応管の温度が100℃に達したところで反応原料を供給した以外は実施例1と同様に反応を実施した。その結果を表3に示した。
 比較例1により、反応原料として塩素を供給しない場合には、高温で加熱しても242faや241faは1233zd(E)にはほとんど変換されないことがわかる。比較例2により、反応原料として塩素を供給する場合でも、加熱温度が100℃程度では、十分に反応が進行せず、242faや241faが残存してしまうことがわかる。
1:バルブ、2:バルブ、3:バルブ、4:バルブ、5:バルブ、6:バルブ、7:バルブ、8:バルブ、10:液相反応槽、11:パイプ、13:パイプ、15:パイプ、17:パイプ、30:凝縮器、31:パイプ、35:凝縮器、36:パイプ、50:タンク、70:タンク、71:パイプ、90:気相反応塔、91:パイプ、93:パイプ、95:パイプ、100:製造装置

Claims (17)

  1.  下記一般式(1)で表される炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法。
     
    Cl  (1)
     
    (式中、Xは2又は3であり、X=2のとき、Yは1~4の整数であり、Zは0~3の整数であり、Y+Z=4を満たす。X=3のとき、Yは1~5の整数であり、Zは0~4の整数であり、Y+Z=5を満たす。ただし、前記一般式(1)は、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンは除く炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物を示す。)
  2.  下記一般式(2)で表される炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加し、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
     
      (2)
     
    (式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
     
  3.  前記炭素数3のハロゲン化炭化水素化合物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3-テトラクロロ-3-フルオロプロパン(241fb)、1,3,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231zd)、1,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231zb)、3,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231ze)、1,1,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231za)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(242fb)、1,3-ジクロロ-3,3-ジフルオロプロペン(1232zd)、3,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232ze)、3,3-ジクロロ-1,1-ジフルオロプロペン(1232zc)、1,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232zb)、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(243fa)及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(244fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  4.  反応温度が150℃以上600℃以下であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
  5.  1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つのハロゲン化炭化水素化合物を、塩素存在下、150℃以上600℃以下でフッ化水素と気相で反応させる、ことを特徴とする、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法。
  6.  下記一般式(3)で表される炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加し、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
     
      (3)
     
    (式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
     
  7.  1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパン(240fa)とフッ化水素を反応させる工程(A)と、
     前記工程(A)で得た中間生成物を、塩素存在下で、150℃以上600℃以下でフッ化水素と気相で反応させて、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得る工程(B)と、
     を含むことを特徴とする、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの製造方法。
  8.  下記一般式(4)で表される炭素数3の炭化水素化合物をさらに添加し、塩素の存在下で、フッ化水素と気相で反応させることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
     
      (4)
     
    (式中、V+W=8を満たすとき、Vは0~8の整数であり、V+W=6を満たすとき、Vは0~6の整数であり、V+W=4を満たすとき、Vは0~4の整数である。)
     
  9.  前記工程(A)を液相中、無触媒条件下で行い、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを含む反応生成ガスを回収し、
     前記工程(A)の反応液を回収して、該反応液に含まれる前記中間生成物を前記工程(B)に用いることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
  10.  連続的又は断続的に前記1,1,1,3,3-ペンタクロロプロパンと前記フッ化水素とを前記工程(A)に導入し、
     前記反応生成ガス及び前記反応液を連続的又は断続的に回収することを特徴とする、請求項9に記載の製造方法。
  11.  前記中間生成物が、1,1,3,3-テトラクロロ-1-フルオロプロパン(241fa)、1,1,1,3-テトラクロロ-3-フルオロプロパン(241fb)、1,3,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231zd)、1,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231zb)、3,3,3-トリクロロ-1-フルオロプロペン(1231ze)、1,1,3-トリクロロ-3-フルオロプロペン(1231za)、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)、1,1,3-トリクロロ-1,3-ジフルオロプロパン(242fb)、1,3-ジクロロ-3,3-ジフルオロプロペン(1232zd)、3,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232ze)、3,3-ジクロロ-1,1-ジフルオロプロペン(1232zc)、1,3-ジクロロ-1,3-ジフルオロプロペン(1232zb)、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(1233zd(Z))、3,3-ジクロロ-1,1,1-トリフルオロプロパン(243fa)、1,3-ジクロロ-1,1,3-トリフルオロプロパン(243fb)、1,1-ジクロロ-1,3,3-トリフルオロプロパン(243fc)、1-クロロ-1,1,3,3-テトラフルオロプロパン(244fb)及び3-クロロ-1,1,1,3-テトラフルオロプロパン(244fa)からなる群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
  12.  前記中間生成物が、1,3,3-トリクロロ-1,1-ジフルオロプロパン(242fa)を少なくとも含むことを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
  13.  前記工程(B)の反応温度が150℃以上500℃以下であることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
  14.  未反応の中間生成物を回収して、前記工程(B)に用いることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
  15.  前記工程(B)において、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンと共に、シス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得ることを特徴とする、請求項7に記載の製造方法。
  16.  得られたシス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを、中間生成物として前記工程(B)に供することを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
  17.  得られたシス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを150℃以上600℃以下で加熱して、トランス-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを得ることを特徴とする、請求項15に記載の製造方法。
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