JP4511527B2 - フルオロブテン誘導体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは、さらに検討を進めた結果、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを特定触媒の存在下で加熱すると、「第1の方法」よりも穏和な条件で「第1の方法」に対応する脱フッ化水素反応が起こり、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンを高収率で与えることを見いだした(「第3の方法」)。見出された触媒は、触媒寿命も長く、大規模な工業的使用にも十分耐えるものであり、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンを製造する上で特に好適な方法であることが分かった。またこの反応と並行して、 (E)−および(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンが得られ(「第4の方法」)、さらに、合成中間体等として有用な1,1,3−トリフルオロブタジエンも得られる(「第5の方法」)ことを見出した。それぞれの化合物は通常、系内に同時並行的に生成するが、反応終了後に蒸留等の精製操作を行うことで、各成分に単離できることも確認された。
すなわち、本発明は安価な1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを原料とし、熱的(非触媒的)脱フッ化水素反応、触媒的脱フッ化水素反応、もしくは塩基接触脱フッ化水素反応を用い、含フッ素中間体として有用な新規化合物2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、(E)−および(Z)− 1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンを提供する。さらに本発明はこれら2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、(E)−および(Z)− 1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン、さらには1,1,3−トリフルオロブタジエンの工業的規模で実施可能な製造法を提供する。
化1:「第1の方法」、「第3の方法」
化3:「第5の方法」
次に本発明の「第3の方法」、「第4の方法」、「第5の方法」である1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンの触媒的脱フッ化水素反応による2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン、(E)−および(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンならびに1,1,3−トリフルオロブタジエンの製造方法について述べる。はじめに、「第3の方法」、「第4の方法」、「第5の方法」に共通する事項を述べる。
次に、「第3の方法」、「第4の方法」、「第5の方法」のそれぞれに固有の特徴を詳しく述べる。
[実施例1]
直径3/4インチ(1.905cm)×全長36インチ(91.4cm)のニッケル製反応管(0.24インチ(0.61cm)のニッケルプローパック(空隙率=96%)を200ml充填したもの)を、下表1の1−1〜1−4に示す温度に加熱した。これらの条件において、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(365mfc)を気化器にて気化し、70g/hrの速度で流通させた。反応管を通過した流出ガスはフッ化水素(HF)を除去するために水に通過させた後、硫酸カルシウムにより乾燥捕集し、ガスクロマトグラフィー(FID,以下同じ)により分析を行った。
(1) CF3CH2CF=CH2
無色透明液体
1H−NMR 溶媒: CDCl3, 基準物質: TMS
δ: 4.88 (dd, J=16.2Hz, 3.5Hz, 1H), 4.59 (dd, J=47.3Hz, 3.5Hz, 1H), 3.01(dq, J=16.7Hz, 9.9Hz, 2H)
19F−NMR 溶媒:CDCl3, 基準物質: CFCl3
δ: −66.2 (s, 3F), −95.5 〜 −96.5 (m, 1F)
13C−NMR 溶媒:CDCl3, 基準物質:TMS
δ: 156.54 (d, J=254Hz), 124.54 (q, J=277Hz), 96.40(d, J=18.0Hz), 37.63(dq, J=32Hz, 30Hz)
GLC−MS
m/z (相対強度), 128(M+, 75.2), 113(5.6), 109(9.2), 95(7.6), 89(23.2), 77(9.6), 75(3.2), 69(22.8), 64(100), 59(68.8), 51(13.6), 45(16.4)
(2) (E)−CF3CH=CFCH3
無色透明液体
1H−NMR 溶媒: CDCl3, 基準物質: TMS
δ: 5.44 (dq, J=16.9Hz, 7.6Hz, 1H), 2.14 (d, J=18.7Hz, 3H)
19F−NMR 溶媒:CDCl3, 基準物質: CFCl3
δ: − 57.2 (s, 3F), −79.5 (s, 1F)
GLC−MS
m/z (相対強度), 128(M+, 44.0), 113(70.4), 109(32.0), 89(29.2), 78(12.8), 77(23.6),69(22.4), 64(22.8), 59(29.6), 57(24.4), 51(18.8), 45(14.8), 39(100)
(3) (Z)−CF3CH=CFCH3
無色透明液体
1H−NMR 溶媒: CDCl3, 基準物質: TMS
δ: 5.00 (dq, J=32.7Hz, 7.6Hz, 1H), 1.99 (d, J=18.7Hz, 3H)
19F−NMR 溶媒:CDCl3, 基準物質: CFCl3
δ: − 58.9 (dd, J=17.1Hz, 6.4Hz, 3F), −83.2〜 −83.7 (m, 1F)
GLC−MS
m/z (相対強度), 128(M+, 44.0), 113(72.0), 109(37.2), 89(31.2), 78(11.6), 77(25.6), 69(25.6), 64(22.4), 59(29.6), 57(25.2), 51(20.0), 45(15.2), 39(100)
[実施例2]
250mlフラスコに、(ポリテトラフルオロエチレン)コーティング磁気攪拌棒、滴下漏斗(液面下)およびVigreuxカラムを取り付けた。カラムは出口をオイルバブラーに通し、さらに−78℃に冷却した捕集器につないだ。フラスコに「85%水酸化カリウム(フレーク状)」80gを加え、油浴を用いて210℃に加熱した後、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを徐々に滴下した。生成物および未反応の原料は捕集器に捕集した。得られた混合物は原料に加え、7種の生成物を含んでいた。反応終了時のガスクロマトグラフ面積は、原料が50%、(E−)体17.8%、(Z−)体17.8%、CF3CH2CF=CH2が8.0%、残り6.4%がブタジエンおよびブチンを含む混合物であった。また、(E)−CF3CH=CFCH3(沸点18−19℃)および(Z)−CF3CH=CFCH3(沸点48−49℃)は蒸留により容易に98%以上の純度で分離可能であった。これらの構造は質量分析法とNMRによって確認された。
[実施例3−1〜3−4]
実施例3−1〜3−4の各々において、触媒の前処理を次のとおりに行った。上述した触媒調製例1で得られた触媒15gを内径28.4mm、軸方向の長さ400mmのステンレススチール製反応管の中央部に充填し、窒素を50ml/minの速度で、反応管に流通させながら、徐々に500℃まで昇温した。この状態を5時間ホールド後、加熱を停止して50℃まで冷却した。その後、塩酸(塩化水素ガス)を反応管に導入した。HClの初期の流量は5 ml/minで、ゆっくりと50 ml/minまで流量を上げると同時に、窒素の流量を、50 ml/minから10ml/minまで低下させた。その後100℃/時の速度で400℃まで昇温し、3時間保持し、触媒の前処理を完了した。
[実施例4−1〜4−4]
上述した触媒調製例2で得られた触媒を用いたこと、さらに、表2に示されるように反応条件を変更したこと以外、実施例3−1〜3−4を繰り返した。その結果も表2に示した。また、実施例4−4の生成物から蒸留(常圧、塔頂温度16℃)によって、1,1,3−トリフルオロブタジエン(純度95%)を単離した。
[実施例5−1〜5−2]
上述した触媒調製例3で得られた触媒を用いたこと、さらに、表2に示されるように反応条件を変更したこと以外、実施例3−1〜3−4を繰り返した。その結果も表2に示した。
以下に記述するとおり、実施例6−1〜6−4は逐次的に行われた。まず、上述した触媒調製例2で得られた触媒15gを使用したこと以外、実施例3−1〜3−4の触媒前処理を繰り返した。反応温度250℃、原料投入基準接触時間21秒の条件で、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを反応管に導入することによって、反応を開始した。但し、反応時に窒素ガスを10ml/minで導入したが、原料投入基準接触時間算出時には窒素のフローを考慮していない。実施例6−1において、反応の初期段階での流出ガスをガスクロマトグラフィーによって分析した。実際には、実施例6−1〜6−4において、ガスクロマトグラフィーの前に、流出ガスを実施例3−1〜3−4のそれと同じ方法で処理した。上記と同じ条件で反応を150時間継続した。実施例6−2において、反応開始から150時間後の流出ガスをガスクロマトグラフィーによって分析した。転化率が反応の初期段階で72%であったのが、反応開始から150時間後には48%に低下したので、次のとおりに触媒再生を行った。まず、窒素導入速度を50ml/minに上げ、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンの導入を停止した。その後、塩化水素を50ml/minの速度で導入し、窒素の導入速度を10ml/minに低下させた。触媒層の温度を250℃に保ちながら、この状態を24時間保って触媒再生を行った。再生後、塩化水素導入を停止した。その後、反応開始時点と同じ条件で反応を再開した。実施例6−3において、触媒再生直後に得られた流出ガスをガスクロマトグラフィーで分析した。反応の再開後、上記と同じ条件で反応を継続した。実施例6−4において、反応の再開から150時間後の流出ガスをガスクロマトグラフィーによって分析した。実施例6−1〜6−4の結果を表3に示す。
シグマ・アルドリッチ社製活性炭500gをバキュームオーブン(120℃、10Torr(1330Pa))にて、24時間乾燥した。その後、窒素で大気圧まで復圧し、室温まで冷却し、活性炭触媒を調製した。得られた触媒は密封可能なガラス容器に入れ、使用時までデシケーターで保管した。
[触媒調製例2]
イオン交換水(400g)へ、Cr(NO3)3(45.8g)を溶解させた。この溶液を、シグマ・アルドリッチ社製活性炭100gにゆっくりと添加した。添加終了直後および、その1時間後にゆっくりと攪拌し、48時間静置した。その後、ロータリーエバポレーターにて水分を除去し、さらに、バキュームオーブン(150℃、10Torr(1330Pa))で24時間乾燥して、Cr/C触媒を調製した。この触媒は密封可能な容器にいれ、使用時までデシケーターで保管した。
[触媒調製例3]
触媒調製例1で得られた活性炭触媒100gを再結晶皿に取った。その後、シグマ・アルドリッチ社製チタニウム(IV)イソプロポキシド[Ti(OCHMe2)4]59.2gをかき混ぜながらゆっくりと加えた。48時間静置後、霧吹きで、イオン交換水(100g)を噴霧した。その後、バキュームオーブン(150℃、10Torr(1330Pa))で48時間乾燥して、Ti/C触媒を調製した。この触媒は密封可能な容器に入れ、使用時までデシケーターで保管した。
[比較例1]
直径3/4インチ(1.91cm)×全長36インチ(91.4cm)のニッケル製反応管を630℃に加熱し、より高い混合効果と伝熱効果を得ることを目的として反応管に0.24インチ(0.61cm)のニッケルプロ−パック(空隙率=96%)を充填した。この状態で、実施例1と同じ方法で1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロブタンをガス化し、原料投入基準接触時間が30秒となる流速で導入した。管を通過したガスはフッ化水素(HF)を除去するために水を通した後、硫酸カルシウムにより乾燥し、ガスクロマトグラフ分析を行った。
[比較例2]
比較例1と同じ装置を用い、660℃で2−(トリフルオロメチル)−1,1,1−トリフルオロプロパンを気体状態で導入した。流出ガスのGC分析を行った結果、原料は18.9%、3,3,3−トリフルオロプロペン24.5%、トリフルオロメタン43.5%であった。目的とした2−トリフルオロメチル−1,1−ジフルオロプロペンは検出されなかった。
Claims (31)
- 2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテン。
- (E)−および(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン。
- (E)−又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテン。
- 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを200℃〜700℃ に加熱することを特徴とする、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。
- 請求項4の加熱が、実質的に塩基を含有しない条件下で行われることを特徴とする、請
求項4に記載の、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。 - 加熱が、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを200℃〜700℃ に加熱された反応管に通過させることにより行われることを特徴とする、請求項4又は5に記載の、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。
- 実質的に塩基を含有しない条件下において、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを400℃〜550℃に加熱された反応管に通過させることを特徴とする、2,4, 4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。
- 請求項7における1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンの反応管への通過が、18〜40秒の投入原料基準接触時間で行われることを特徴とする、請求項7に記載の、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。
- 請求項4〜8のいずれかの方法によって、2, 4, 4, 4−テトラフルオロ−1−ブテンを含む混合物を得た後、該混合物を蒸留することを特徴とする、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造、単離方法。
- 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを200℃〜700℃に加熱することを特徴とする、(E)−又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。
- 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを塩基と接触させることを特徴とする、(E)−又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。
- 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンの塩基との接触が、0〜300℃で行われることを特徴とする、請求項11に記載の、(E)−又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。
- 塩基が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、3 級アミンから選ばれる
塩基であることを特徴とする、請求項11又は12に記載の、(E)−又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。 - 請求項11〜13のいずれかにおける1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンの塩基との接触が、水、エーテル類、ハロゲン系溶媒、または相間移動触媒の共存下で行われることを特徴とする、請求項11〜13のいずれかに記載の、(E)− 又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。
- 請求項11〜14 のいずれかにおける塩基との接触によって、(E)−および(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンを含む反応混合物を得た後、該混合物を蒸留することを特徴とする、(E)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造、単離方法。
- 請求項11〜14のいずれかにおける塩基との接触によって、(E)− および(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンを含む反応混合物を得た後、該混合物を蒸留することを特徴とする、(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造、単離方法。
- (a)チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル、タングステンから選択される活性金属種、(b)活性炭、(c)チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル、タングステンから選択される活性金属種を活性炭担体に担持させた「担持触媒」から選ばれる触媒の存在下、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを加熱することを特徴とする、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。
- 前記「担持触媒」存在下、加熱を200℃〜300℃の温度で行うことを特徴とする、請求項17に記載の製造方法。
- 2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンを単離するために、前記加熱の反応生成物を蒸留することをさらに含むことを特徴とする、請求項17又は18に記載の製造方法。
- (a)チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル、タングステンから選択される活性金属種、(b) 活性炭、(c)チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル、タングステンから選択される活性金属種を活性炭担体に担持させた「担持触媒」から選ばれる触媒の存在下、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを加熱することを特徴とする、(E)−又は(Z)− 1,1,1,3 − テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。
- 「担持触媒」存在下、加熱を、200℃〜300℃の温度で行うことを特徴とする、請求項20に記載の製造方法。
- (E)− 又は(Z)− 1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンを単離するために、前記加熱の反応生成物を蒸留することをさらに含むことを特徴とする、請求項20又は21に記載の製造方法。
- (a)チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオビウム、モリブデン、タンタル、タングステンから選択される活性金属種、(b) 活性炭、(c)前記活性金属種を活性炭担体に担持させた「担持触媒」から選ばれる触媒の存在下、1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを加熱することを特徴とする、1,1,3−トリフルオロブタジエンの製造方法。
- 前記「担持触媒」存在下、加熱を、300〜450℃ の温度で行うことを特徴とする、請求項23に記載の製造方法。
- 1,1,3−トリフルオロブタジエンを単離するために、前記加熱の反応生成物を蒸留することをさらに含むことを特徴とする、請求項23又は24に記載の製造方法。
- ハロゲン化水素ガスもしくはハロゲンガスを前記触媒に接触させることによって、前記
触媒を再生することをさらに含むことを特徴とする、請求項17〜19のいずれかに記載の製造方法。 - ハロゲン化水素ガスもしくはハロゲンガスを前記触媒に接触させることによって、前記
触媒を再生することをさらに含むことを特徴とする、請求項20〜22のいずれかに記載の製造方法。 - ハロゲン化水素ガスもしくはハロゲンガスを前記触媒に接触させることによって、前記
触媒を再生することをさらに含むことを特徴とする、請求項23〜25のいずれかに記載の製造方法。 - 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを脱フッ化水素化反応に付すことを特徴とする、2,4,4,4−テトラフルオロ−1−ブテンの製造方法。
- 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを脱フッ化水素化反応に付すことを特徴とする、(E)−又は(Z)−1,1,1,3−テトラフルオロ−2−ブテンの製造方法。
- 1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを脱フッ化水素化反応に付すことを特徴とする、1,1,3−トリフルオロブタジエンの製造方法。
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