KR100363940B1 - 클로로(플루오로)부탄의하이드로플루오르화방법 - Google Patents
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Abstract
일반식 C4H5ClxF5-x(여기시 x=1∼5)의 클로로-(플루오로)부탄을 원소주기율표 Ⅲa, Ⅳa, Ⅳb와 Vb, Vb와 Ⅵb족 금속의 유도체에서 선택한 촉매의 존재하에 플루오르화 수소로 하이드로플루오로화하는 방법.
Description
본 발명은 일반식 C4H5Clx5-x(여기서 x=1∼5)의 클로로(플루오로) 부탄의 하이드로플루오르화 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 1,1.1,3,3-펜타플루오로부탄의 제조방법의 용도에 판한 것이다.
맥비등(Ind. Eng. chem., 39, 1947, P.420)은 산화 수은의 존재하에 플루오르화 수소에 의하여 1,1,1-트리클로로- 3,3-디플루오로부탄올 하이드로플루오르화하여 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄을 제조하는 방법을 기술하였다. 이러한 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄의 공지된 제조방법은 한편으로는 염화 수은의 사용 때문에, 다른 한편으로는 하이드로플루오르화 반응의 낮은 수율(15%이하)때문에, 산업적으로 이용하는 것이 어렵다.
본 발명의 목적은 일반식 C4H5ClxF5-x(여기서 x=1∼5)의 클로로(플루오로) 부탄의 하이드로플루오르화 방법을 제공하는데, 이는 상술한 결점을 피할 수 있고, 산업적으로 이용하는 것이 간편하고, 부가적으로 양호한 하이드로플루오르화 수율로 높은 정도의 플루오르화에 도달할 수 있다.
또한, 본 발명은 원소 주기율표 Ⅲa, Ⅳa. Ⅳb, Va, Vb와 Ⅵb족 금속의 유도체에서 선택한 촉매의 존재하에서 플루오르화 수소에 의하여 일반식 C4H5ClxF5-x(여기서 x=1∼5)의 클로로(플루오로) 부탄을 하이드로플루오르화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법에서 클로로(플루오로)부탄이란 일반식 C4H5ClxF5-x(여기서 x=1∼5)의 모든 직쇄형과 분지형 화합물을 나타낸다. 따라서, 클로로(플루오로)부탄 표현은 상기 식에 따른 두 펜타클로로부탄, 클로로플루오로부탄과 둘 또 그이상의 이들 화합물의 혼합물을 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 특별한 구성에 있어 클로로(플루오로)부탄은 일반식 CH3-CClxF2-x-CH2-(여기서 x=0,1 또는 2. y=0,1,2 또는 3, x+y≥1)의 화합물에서 선택한다.
이 구성에서 특히 클로로(플루오로)부탄은 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄, CH3-CCl2-CH2-CCl3또는 다음 여러가지 클로로플루오로부탄 ; CH3-OCl3-CH2-CCl2F, CH3-CCl2-CH2-CClF2, CH3-CCl2-CH2-CF3, CH3-CClF-CH2-CCl3, CH3-CClF-CH2-OCl2F, CH3-CClF-CH2-CClF2, CH3-CClF-CH2-CF3, CH3-CF2-CH2-CCl2, CH3-CF2-CH2-CCl2F와 CH3-CF2-CH2-CClF2와 이들 화합물 서로간의 혼합물이 있다.
본 발명의 특별 구성에서 제1의 다른 형태에 따라서, 클로로(플루오로) 부탄을 1,1,3,3-테트라플루오르-1- 클로로부탄, 1,3,3-트리플루오르 -1, 1-디클로로부탄과 1,1,3- 트리플루오로 -1,3- 디클로로부탄에서 선택한다.
본 발명에 따른 방법의 특별 구성에서 또다른 형태에 따라서, 염화 비닐리덴을 플루오르화 수소와 반응시켜서 얻은 클로로(플루오로)부탄, 예를들면 1-클로로 -1,1-디플루오로에탄 과/또는 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 산업적으로 제조한 부산물의 용도를 이룬다. 본 발명 구성의 또다른 형태에서 클로로(플루오로) 부탄은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄 1,1,1-트리클로로에탄과 염소화 또는 클로로플루오르화 헥산과 같은 다른 염소화 또는 클로로플루오르화 부산물을 함유할 수 있다. 이들 불순물은 본 발명에 따른 방법의 진행을 현저하게 방해하지 않고 얻은 반응 생성물과 계속적으로 분리시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 촉매는 원소주기율표 Ⅲa, Ⅳa, Ⅳb. Va,와 Ⅵb족 금속의 유도체에서 선택한다. 원소주기율표 Ⅲa, Ⅳa, Ⅳb, Va, Va와 Ⅵb족 금속의 유도체는 이들 금속의 수산화물, 산화물과 유기 및 무기염과 이들의 혼합물을 뜻한다. 촉매는 원소주기울표 Ⅳa와 Va죽 금속의 유도체, 특히 주석과 안티모니 유도체에서 선택하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 방법에서 원소 주기율표 Ⅲa, Ⅳa, Ⅳb. Va, Vb와 Ⅵb족 금속의 유도체는 염이 바람직하고 이들은 할로겐화물 특히 염화물, 플루오르화물과 클로로플루오르화물에서 선택하는것이 바람직하다. 본 발명에 특히 바람직한 촉매는 주석과 안티모니 염화물, 플루오르화물과 클로로플루오르화물, 특히 사염화 주석과 오염화 안티모가 있다. 특히 오염화 안티모니가 매우 바람직하다.
촉매의 사용량은 광범위한 범위를 갖는다. 일반적으로 클로로(플루오로) 부탄의 몰당 최소한 0.001 몰의 촉매를 사용한다. 바람직하기로는 클로로(플루오로) 부탄의 몰당 최소한 0.01몰의 촉매일때이다. 대부분의 경우 촉매의 사용량은 클로로(플루오로)부탄의 몰당 1몰의 촉매를 초과하지 않는다. 이는 클로로(플루오로)부탄의 몰당 0.1몰의 촉매를 초과하지 않는것이 바람직하다.
사용된 플루오르화 수소와 클로로(플루오로)부탄의 몰비는 일반적으로 4이상이다. 조작은 8이상의 몰비에서 행하는 것이 바람직하다. 사용된 플루오르화수소와 클로로(플루오로)부탄의 몰비는 일반적으로 25를 초과하지 않는다. 이는 몰비가 18을 초과하지 않을때가 바람직하다.
하이드로플루오르화를 행하는 온도는 일반적으로 5℃이상이다. 이는 80℃이상이 바람직하다. 일반적으로온도는 150℃를 초과하지 않으며 이는 130℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 사용된 촉매가 오염화 안티모니인 경우 100℃이상의 온도에서 가장 좋은 결과를 얻는다. 사용된 촉매가 사염화 주석인 경우 120℃이상의 온도에서 가장 좋은 결과를 얻는다.
본 발명에 따른 방법은 액상으로 행하는 것이 바람직하다. 이 경우에 압력은 액체 형태로 반응 혼합물을 유지하도륵 선택한다. 사용된 압력은 반응 혼합물의 온도함수에 따라 변하며 일반적으로 2∼40바아이다.
본 발명에 따른 방법은 사용된 온도, 압력과 반응물, 특히 플루오르화 수소에 내성을 갖는 물질로 된 반응기에서 행한다.
본 발명에 따른 방법은 불연속적으로 또는 연속적으로 행할 수 있다. 이러한경우 반응 혼합물에서 얻은 생성물을 분리하고 다른 반응물과 생성물을 특히 불완전하게 플루오르화된 클로로(플루오로)부탄 분획을 반응기로 재순환시키는 것이 좋다.
방법은 밀폐 또는 개방된 시스탬에서 행한다. 이 경우 반응 혼합물에서 형성된 염화수소를 전체적으로 또는 부분적으로 추출하는 것이 좋다. 이와 같은 방법으로 예를들어 증류탑을 지지하는 끓는 반응기에서 공정을 실시하여 염화수소와 다른 생성물의 분리를 완전히 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 일반식 CH3-OClxF2-x-CH2-CClyF3y(여기서 x=0,1 또는 2, y=0,1,2 또는 3, x+y≥1)의 클로로(플루오로)부탄을 하이드로플우오르화하여 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄의 제조에 적용하면 유리함을 알 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 방법의 적용에서 하이드로플루오르화 촉매는 원소 주기율표 IVa와 Va족 금속의 무기염(바람직하기로는(염화물, 플루오르화물과 클로로플루오르화물)에서 선택하는 것이 유리하다. 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄의 최적 수율을 확보하는데 필요한 하이드로플루오르화 반응의 기간은 조작조건의 함수에 따라 변할 수 있고 각 특별한 경우에는 실험실 시험으로 평가할 수 있다. 히이드로플루오르화 반응의 종료시에 생성된 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄을 쉽게 회수할 수 있다. 실험실에서 유리한 조작 방법은 반응기를 상온으로 냉각시키고 이의 내용물을 물과 테트라-클로로헤틸렌으로 충전된 분리깔대기에 옮긴다.
1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄을 함유하는 유기층을 특히 미반응 플루오르화수소를 함유하는 수성층과 분리한 다음 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄을 증류에 의하여 계속적으로 정제한다.
본 발명을 실시예를 들어 예시하면 다음과 같고 이는 어떠한 제한을 나타내는 것은 아니다.
실시예 1
코반기, 온도탐침, 파열디스크, 액체층의 시료에 시험을 실시할 수 있는 침지관과 반응물을 주입하는 입구가 설치된 Hastelloy?B2 스테인레스강을 만든 0.5-ℓ오오토클레이브를 사용한다. 미리 -20℃로 냉각시키고 배기시킨 이 반응기에 73.2중량%의 CH3-CF2-CH2-CCIF2와 19.2중량%의 실험식 C4H5Cl2F3의 화함물을 함유하는 109g의 혼합물을 충전하고 잔유물을(7.6중량%)은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄, 트리클로로에탄과 클로로플루오르화 헥산으로 이루어진다. 이에 0.036몰의 사염화 주석과 7.25몰의 플루오르화 수소를 계속적으로 가한다.
반응 혼합물을 교반한 다음 100℃로 서서히 가열하고 압력을 20바아로 조정한다. 100℃에서 4시간후 온도를 120℃로 중가시킨다.
하이드로플루오르화 반응의 진행은 액체층에서 규칙적인 간격으로 채취한 시료로 행한다. 이들 시료를 테트라-클로로에틸렌으로 희석하고 이들의 조성을 증기상 크로마토그라피분석에 의하여 측정한다. 이들 분석 결과는 다음 표 1에 표시했다.
표 Ⅰ
(1) 반응기의 온도가 100℃에 도달한 시간에서 시작한 기간
(2) 몰 C4= 화합물 C4H5Cl2F3, CH3-CF2-CH2-CClF2와 CH3-CF2-CH2-CF3의 몰 분획의 총합
표 I의 결과는 120℃에서 사염화 주석의 존재하에 1,1,1,3,3-펜타플루오로 부탄의 형성이 반응 6시간후 수율이 80%에 가깝게 도달함을 나타낸다.
실시예 2
공정은 실시예 1과 유사하다.
미리 -20℃로 냉각시키고 배기시킨 반응기에 2.4중량%의 CH3-CF2-CH2-CClF2와 90.3중량% 실험식 C4H5Cl2F3의 화합물을 함유하는 127g의 혼합물을 충전하고 잔유물(7.3중량%)은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄, 트리클로로에탄과 클로로플루오르화 헥산을 포함한다. 이에 0.042몰의 오염화 안티모니와 8.45몰의 플루오르화 수소를 계속적으로 가한다.
반응 혼합물을 교반한 다음 서서히 100℃로 가열하고 압력을 20바하로 조절한다.
하이드로플루오르화 반응의 진행은 액체층에서 규칙적인 간격으로 채취한 시료로 행한다. 이들 시료를 테트라-클로로에틸렌으로 희석하고 이들의 조성을 증기상 크로마토그라피 분석에 의하여 측정한다. 이들 분석 걸과는 다음 표 Ⅱ예 표시했다.
표 Ⅱ
(1) 반응기의 온도가 100℃에 도달한 시간에서 시작한 기간
(2) 몰 C4화합물 = C4H5Cl2F3, CH3-CF2-CH2-CClF2와 CH3-CF2-CH2-CF3의 몰 분획의 총합
표 Ⅱ의 결과는 100℃에서 오염화 안티모니의 존재하에 1,1,1,3,3-펜타플루오르부탄이 반응6시간 후 약70%의 수율로 빠르게 형성됨을 나타낸다.
실시예 3
사용된 공정은 실시예 2와 유사하다.
미리 -20℃로 냉각시키고 배기시킨 반응기에 2.4중량%의 CH3-CF2-CH2-CClF2와 90.3중량%의 실험식 C4H5Cl2F3의 화합물을 함유하는 124g의 혼합물을 충전하고 잔유물(7.3중량%)은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄, 트리클로로에탄과 클로로플루오르화 헥산을 포함한다. 이에 0.041몰의 오염화 안티모니와 8.2몰의 플루오르화 수소를 계속적으로 가한다.
반응 혼합물을 교반한 다음 서서히 120℃로 가열하고 압력을 20바하로 조절한다.
크로마토그라피 분석결과는 다음 표 Ⅲ에 표시했다.
표 Ⅲ
(1) 반응기의 온도가 120℃에 도달한 시간에서 시작한 기간
(2) 몰 C4화합물 = C4H5Cl2F3, CH3-CF2-CH2-CClF2와 CH3-CF2-CH2-CF3의 몰 분획의 총합
표 Ⅲ의 결과는 120℃에서 오염화 안티모니의 존재하에 하이드로플루오르화 반응은 0.5시간 후 90%이상인 1,1,1,3,3의 수율로 매우 빠르게 진행한다.
Claims (13)
- 일반식 C4H5ClxF5-x(여기서 x=1-5)의 클로로(플루오로)-부탄을 플루오르화수소로 하이드로플루오르화하는 방법에 있어서, 하이드로플루오르화를 원소주기율표 Ⅲa, Ⅳa, Va, Vb와 Ⅵb족 금속의 유도체에서 선택한 촉매의 존재하에서 행함을 특징으로 하는 상기 방법.
- 제1항에 있어서, 촉매를 원소주기율표 IVa와 Va족 금속의 유도체에서 선택함을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 촉매를 주석과 안티모니 유도체에서 선택함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 촉매를 염화물, 플루오르화물과 클로로플루오르화물에서 선택함을 특징으로 하는 방법.
- 제4항에 있어서, 촉매가 오염화 안티모니임을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 촉매를 클로로(플루오로)부탄의 몰당 0.001-1몰의 촉매 비율로 사용함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 사용된 플루오르화 수소와 클로로(플루오로)부탄의 몰비가 4대 25임을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 하이드로플루오르화를 50℃-150℃의 온도에서 행함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 하이드로플루오르화를 2-40바아의 압력하에 액체상으로 행함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 클로로(플루오로)-부탄을 일반식 CH3-CClxF2-x-CH2-CClyF3y(여기서 x=0,1 또는 2, y=0,1,2 또는 3, x+y≥1)의 화합물에서 선택함을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서, 클로로(플루오로)부탄을 1,1,3,3-테트라플루오로-1-클로로부탄, 1,3,3-트리플루오로-1,1-디클로로부탄과 1,1,3-트리플루오로-1,3-디클로로부탄에서 선택함을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서, 클로로(플루오로)-부탄을 염화비닐리덴과 플루오르화 수소를 반응시켜서 얻음을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 1,1,1,3,3-펜타플루오로 부탄을 제조함을 특징으로 하는 방법.
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