(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-14
(45)【発行日】2024-05-22
(54)【発明の名称】Z-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法
(51)【国際特許分類】
C07C 17/395 20060101AFI20240515BHJP
C07C 21/18 20060101ALI20240515BHJP
【FI】
C07C17/395
C07C21/18
(21)【出願番号】P 2020566474
(86)(22)【出願日】2020-01-16
(86)【国際出願番号】 JP2020001301
(87)【国際公開番号】W WO2020149365
(87)【国際公開日】2020-07-23
【審査請求日】2022-09-26
(31)【優先権主張番号】P 2019006595
(32)【優先日】2019-01-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000002200
【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】長舩 夏奈子
(72)【発明者】
【氏名】住田 康平
(72)【発明者】
【氏名】岡本 正宗
(72)【発明者】
【氏名】大谷 充孝
【審査官】吉森 晃
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-193533(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第105753637(CN,A)
【文献】国際公開第2020/022474(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C07C 17/395
C07C 21/18
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンおよび1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを含む組成物と塩基とを混合し、前記組成物と前記塩基とを含む混合液を攪拌して、該組成物中の(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンに対する1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンの割合を低減させることを含み、
前記塩基は、アルカリ金属の水酸化物であり、
前記混合液の攪拌は、10℃~60℃の温度で行う、(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンを製造する方法。
【請求項2】
前記アルカリ金属の水酸化物は、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムである、請求項
1に記載の方法。
【請求項3】
組成物が、トリクロロトリフルオロプロパン、テトラクロロトリフルオロプロパン、ペンタクロロトリフルオロプロパン、モノクロロトリフルオロプロペン、ジクロロトリフルオロプロペン、トリクロロトリフルオロプロペン、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロピン、フッ化水素、塩化水素、塩素、水から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、請求項1または2に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd(Z))を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ヒドロクロロフルオロオレフィン(HCFO)の一種である1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd)は、ハイドロフルオロカーボン(HFC)類の代替品として、溶剤、洗浄剤、冷媒等の用途が期待されている(例えば、特許文献1~8)。1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd)には、トランス体(E体)、シス体(Z体)の幾何異性体が存在する(以下、それぞれをHCFO-1223xd(E)、HCFO-1223xd(Z)と呼ぶことがある)。幾何異性体によって、より好適な用途が異なることがある。例えば、高純度のHCFO-1223xd(Z)は、ある種の冷媒用途に好適であると期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平2-221388号公報
【文献】特開平2-221389号公報
【文献】特開平2-221962号公報
【文献】特開平2-222469号公報
【文献】特開平2-222496号公報
【文献】特開平2-222497号公報
【文献】特開平2-222702号公報
【文献】特開2013-87187号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本出願人が特願2018-141359で開示するように、(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd(Z))と1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223za)は共沸様組成物を形成することがわかった。この共沸様組成物は種々の用途に有用である。一方で、共沸様組成物が一旦形成されると、該共沸様組成物を構成する各成分を分離することは難しい。共沸様組成物自体の有用性とは別に、用途によっては、高純度のHCFO-1223xd(Z)が求められることもある。その需要に応じるための一つの方法として、この共沸様組成物から高純度のHCFO-1223xd(Z)を効率的に得る方法が求められていた。
【0005】
本発明は、(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd(Z))と1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223za)を含む組成物から、HCFO-1223za含有量を低減したHCFO-1223xd(Z)を簡便に、かつ低コストで製造するための方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態の一つは、1223xd(Z)と、1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223za)を含む組成物を塩基と接触させて、該組成物中のHCFO-1223xd(Z)に対するHCFO-1223zaの割合を低減させることを含む、HCFO-1223xd(Z)を製造する方法である。
【0007】
上記方法において、塩基は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む化合物、アンモニア、アミンから選ばれる少なくとも一種であってもよい。
【0008】
上記方法において、塩基は、アルカリ金属アルコキシド、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属のカルボン酸塩、及びアルカリ土類金属のカルボン酸塩から選ばれる少なくとも1種であってもよい。
【0009】
上記方法において、塩基との接触を10℃~60℃の温度で行ってもよい。
【0010】
上記方法において、組成物は、トリクロロトリフルオロプロパン(HCFC-233)、テトラクロロトリフルオロプロパン(HCFC-223)、ペンタクロロトリフルオロプロパン(CFC-213)、モノクロロトリフルオロプロペン(HCFO-1233)、ジクロロトリフルオロプロペン(HCFO-1223)、トリクロロトリフルオロプロペン(CFO-1213)、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロピン、フッ化水素、塩化水素、塩素、水から選ばれる少なくとも一種の化合物を含んでもよい。
【発明の効果】
【0011】
本発明により、(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd(Z))と1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223za)を含む組成物から、HCFO-1223za含有量を低減したHCFO-1223xd(Z)を簡便に、かつ低コストで製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態に係る方法について説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下の実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされたものと解される。
【0013】
本実施形態では、(Z)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(以下、「1223xd(Z)」とも記す)を製造する方法(以下、単に「本製造方法」とも記す)を説明する。
【0014】
本製造方法は、1223xd(Z)と、1,1-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(以下、「1223za」とも記す)を含む組成物を塩基と接触(以下、単に「本接触」とも記す)させることを含む。この接触により、組成物中の1223zaは塩基と反応して分解される。これにより、組成物中の1223xd(Z)に対する1223zaの割合を低減させることができる。1223xd(Z)も塩基と反応し得るが、本願発明者らは、1223zaが塩基と優先的に反応することを見出した。
【0015】
(1223xd(Z)と1223zaを含む組成物)
本製造方法では、1223xd(Z)と1223zaを含む組成物を用いる。この組成物における1223xd(Z)と1223zaの含有比率は特に制限されない。例えば、1223xd(Z)と1223zaのモル比が、1223za/1223xd(Z)で表して、0.0001~10000、0.0001~1000、0.0001~100、0.0001~10、0.0001~1、0.0001~0.1、0.0001~0.01、0.0001~0.001であってもよい。
【0016】
また、この組成物には、1223xd(Z)と1223za以外の成分が含まれてもよい。この組成物中の1223xd(Z)と1223zaの合計含有割合は特に制限されない。この組成物が1223xd(Z)と1223za以外の成分を含む場合、例えば、組成物中の1223xd(Z)と1223zaの合計含有割合は、1質量%以上、10質量%以上、30質量%以上、50質量%以上、50質量%超、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、98質量%以上、99質量%以上であってもよい。
【0017】
この組成物が1223xd(Z)と1223za以外の成分を含む場合、当該成分は特に制限されないが、例えば、1223xd(Z)や1223zaを製造する過程で用いる原料、副生物等が挙げられる。1223xd(Z)と1223za以外の成分としては、例えば、トリクロロトリフルオロプロパン(以下、「HCFC-233」とも記す)、テトラクロロトリフルオロプロパン(以下、「HCFC-223」とも記す)、ペンタクロロトリフルオロプロパン(以下、「CFC-213」とも記す)、モノクロロトリフルオロプロペン(以下、「HCFO-1233」とも記す)、ジクロロトリフルオロプロペン(以下、「HCFO-1223」とも記す)、トリクロロトリフルオロプロペン(以下、「CFO-1213」とも記す)、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロピン、フッ化水素、塩化水素、塩素、水等であってもよい。
【0018】
HCFC-233としては、例えば、1,1,2-トリクロロ-3,3,3-トリフルオロプロパン(HCFC-233da)、1,2,2-トリクロロ-3,3,3-トリフルオロプロパン(HCFC-233ab)等が挙げられる。
【0019】
HCFC-223としては、例えば、1,1,2,2-テトラクロロ-3,3,3-トリフルオロプロパン(HCFC-223aa)、1,2,2,3-テトラクロロ-1,3,3-トリフルオロプロパン(HCFC-223ab)、1,1,1,2-テトラクロロ-3,3,3-トリフルオロプロパン(HCFC-223db)等が挙げられる。
【0020】
CFC-213としては、例えば、1,1,1,2,2-ペンタクロロ-3,3,3-トリフルオロプロパン(CFC-213ab)、1,1,2,2,3-ペンタクロロ-1,3,3-トリフルオロプロパン(CFC-213aa)等が挙げられる。
【0021】
HCFO-1233としては、例えば、(E)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(E))、(Z)-1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233zd(Z))、2-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1233xf)、(E)-1-クロロ-2,3,3-トリフルオロ-1-プロペン(HCFO-1233yd(E))、(Z)-1-クロロ-2,3,3-トリフルオロ-1-プロペン(HCFO-1233yd(Z))等が挙げられる。
【0022】
HCFO-1223としては、1223xd(Z)と1223za以外のジクロロトリフルオロプロペンであり、例えば、(E)-1,2-ジクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(HCFO-1223xd(E))等が挙げられる。
【0023】
CFO-1213としては、例えば、1,1,2-トリクロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン(CFO-1213xa)が挙げられる。
【0024】
(塩基)
本製造方法において使用する塩基は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む化合物、アンモニア、アミンから選ばれる少なくとも1種が好ましい。ここで、アルカリ金属とは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムまたはセシウムをいい、アルカリ土類金属とは、マグネシウム、カルシウムまたはストロンチウムをいう。
【0025】
アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む化合物は、例えば、アルカリ金属アルコキシド、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属の炭酸水素塩、アルカリ土類金属の炭酸水素塩、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩等が挙げられる。
【0026】
また、アミンとしては、例えば、一般式R1-NH2で表される第一級アミン、一般式R2(R3)-NHで表される非環状第二級アミン、環状アミンを用いることができる。ここで、R1、R2、R3は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基または脂環式炭化水素基である。
【0027】
塩基は、例えば、以下の群から選択された化合物であってもよい:
ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド等のアルカリ金属アルコキシド;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム等のアルカリ金属の炭酸塩;炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ金属の水酸化物;水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等のアルカリ金属のカルボン酸塩;メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等の低級アルキルアミン、アニリン、トルイジン等の芳香族アミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン等のジ低級アルキルアミン、N-メチルアニリン、N-メチルトルイジン等の芳香族二級アミン;ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オキサゾール、チアゾール、ルチジン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、ジアザビシクロノネン(DBN)等の環状アミン。
【0028】
塩基は、経済性および取扱い容易性の観点から、アルカリ金属の炭酸塩、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物が特に好ましく、アルカリ金属の水酸化物がさらに好ましい。
【0029】
本接触において使用する塩基の量は、1223za1当量に対し、少なくとも1当量を用いるが、一方を他方よりも過剰に用いてもよい。一態様において、塩基の量を1223zaよりも過剰に用いるのが好ましく、例えば、1223za1当量に対し、1当量超100当量以下、1当量超60当量以下、あるいは1当量超40当量以下とすることができる。
【0030】
(溶媒)
本接触は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のアルカン類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチルニトリル等のニトリル類、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAC)、ヘキサメチルホスホリックトリアミド(HMPA)等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノアセテート等のグリコール類、水等を用いることができる。溶媒は1種または2種以上を組み合わせて用いることもできる。
【0031】
本接触は、相溶化剤、相間移動触媒等の添加剤の存在下で行ってもよい。相溶化剤は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコールが挙げられる。相間移動触媒は、例えば、クラウンエーテル、クリプタンド、オニウム塩等が挙げられる。
【0032】
また、本接触は、溶媒と添加剤の両方の存在下で行ってもよい。
【0033】
(接触方式)
本接触において、1223xd(Z)と1223zaを含む組成物は、気体または液体の状態であればよく、塩基は、気体、液体、固体のいずれの状態でもよい。本接触は、液液接触、気液接触が好ましい。塩基が固体の場合には、前述の溶媒を用いて溶液として、1223xd(Z)と1223zaを含む組成物との接触に用いてもよい。その溶液の濃度は特に限定されないが、1223zaと塩基との反応が進行し、また、塩基が溶媒に溶解する程度に、塩基の種類に応じて当業者が適宜調整することが好ましい。例えば、アルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いる場合、水溶液中のアルカリ金属の水酸化物の含有量を0.5質量%~85質量%、好ましくは0.5質量%~50質量%、より好ましくは1質量%~40質量%とする。
【0034】
本接触における圧力は特に限定はなく、常圧または加圧条件下で行うことができる。例えば、0.1MPa~2MPa(絶対圧基準。以下同じ)、あるいは、0.1MPa~0.5MPaで行うことができる。
【0035】
本接触における温度は特に限定されないが、本接触は液液状態あるいは気液状態で行うことが好ましい。圧力にもよるが、例えば、-20℃~+60℃、好ましくは10℃~60℃で行うことができる。
【0036】
本接触は、連続式、半連続式またはバッチ式で行うことができる。また、本製造方法では、反応容器の材質に特に制限はない。例えば、一般的なステンレス、ガラス、フッ素樹脂からなるものや、ガラス、フッ素樹脂によりライニングされた材料等からなる反応容器を使用することができる。
【0037】
本接触後の精製操作は特に限定されず、例えば、蒸留操作、乾燥等を行って1223xd(Z)を精製することができる。
【0038】
本製造方法により、1223xd(Z)と1223zaとを含む組成物から1223zaの含有量が低減されて、高純度の1223xd(Z)を製造することができる。
【実施例】
【0039】
以下、実施例によって本発明に係る実施形態を詳細に説明するが、本発明の実施形態は以下に述べる実施例に限定されるものではない。以下に述べる実施例において、組成分析値の「%」はガスクロマトグラフィー(装置:GC-2010Plus(島津製作所)、検出器:FID)によって測定して得られた組成の面積%を表す。また、「1223za比」とは、組成物中の1223za面積%を1223xd(Z)面積%で除した値をいう。
【0040】
[実施例1]
四フッ化エチレン樹脂で被覆された攪拌翼を取り付けたSUS316製100mL耐圧容器に、1223xd(Z)98.33%、1223za1.55%を含む組成物(1223zaの比率=0.0158)5g、1質量%水酸化カリウム水溶液50g(組成物中の1223zaに対する水酸化カリウムの当量:19)を入れ、密閉した状態で、該耐圧容器内の混合液を30℃で22時間攪拌した。攪拌終了後、該耐圧容器を冷却し、有機層を取出した。この有機層を、50gの水で洗浄した後にガスクロマトグラフィーで分析して、接触反応後の組成物中の1223xd(Z)に対する1223zaの比率を算出した。そして、接触反応前の組成物中の1223xd(Z)に対する1223zaの比率と接触反応後の1223zaの比率とから、下記式1に従って1223za低減率[%]を算出した。
1223za低減率[%]=[(接触反応前の1223za比率-接触反応後の1223za比率)/(接触反応前の1223za比率)]×100・・・(式1)
【0041】
[実施例2]
1223xd(Z)98.33%、1223za1.55%を含む組成物(1223zaの比率=0.0158)30g、10質量%水酸化カリウム水溶液30gを用い、50℃で攪拌し、攪拌終了後の有機層を30gの水で洗浄したこと以外は、実施例1と同様の操作を行った。実施例1と同様に、1223za低減率[%]を算出した。
【0042】
[実施例3]
100mL三つ口フラスコに、1223xd(Z)98.33%、1223za1.55%を含む組成物(1223zaの比率=0.0158)5g、1質量%水酸化カリウム水溶液50gを入れ、0℃で22時間攪拌した。反応後有機層を取出し、50gの水で洗浄した後、有機層をガスクロマトグラフィーで分析した。実施例1と同様に、1223za低減率[%]を算出した。
【0043】
実施例1~3の結果について表1および表2に示す。尚、表1において1223zaの組成分析値[%]の後に記載された()内の数値は、1223xd(Z)に対する1223zaの比率を示し、othersの組成分析値[%]の後に記載された()内の数値は、1223xd(Z)に対するothers(1223xd(Z)と1223za以外の化合物(群))の比率を示している。
【表1】
【表2】
【0044】
表2に示すように、1223xd(Z)と1223zaを含む組成物を塩基と接触させることで、1223xd(Z)よりも1223zaが優先的に塩基と反応することが確認された。なかでも、接触反応の温度が30℃、50℃のときには、高い1223za低減率を示すことがわかった。
【0045】
また、10質量%水酸化カリウム水溶液の代わりに10%水酸化ナトリウム水溶液(組成物中の1223zaに対する水酸化ナトリウムの当量:3)を用いる以外は実施例2と同様の操作を行う場合であっても、実施例2と同程度の高い1223za低減率を示すと考えられる。