WO2024024871A1 - 1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンの製造方法 - Google Patents
1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンの製造方法 Download PDFInfo
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- C07C19/10—Acyclic saturated compounds containing halogen atoms containing fluorine and chlorine
Definitions
- the present invention involves chlorinating 1,3-butadiene to produce 1,2,3,4-tetrachlorobutane, and replacing the hydrogen atoms of this 1,2,3,4-tetrachlorobutane with fluorine atoms.
- a method for producing 1,2,3,4-tetrachloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutane (hereinafter simply referred to as 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane) by Regarding.
- C 4 Cl n F 10-n (1) (where n is 5 ⁇ n ⁇ 7) with chlorine monofluoride (ClF) to produce and recover 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- This invention relates to a method for producing 2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane. More specifically, the present invention relates to a method for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane, which is useful as a raw material for the synthesis of hexafluoro-1,3-butadiene, which is attracting attention as a semiconductor etching gas.
- 1,2,3,4-Tetrachlorohexafluorobutane is an important compound as a raw material for the synthesis of hexafluoro-1,3-butadiene, which is used as an etching gas for semiconductor microfabrication.
- methods described in the following patent documents are known as methods for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- Patent Document 1 JP-A No. 2006-342059 discloses that a compound represented by CClX 1 X 2 -CClX 3 -CClX 4 -CClX 5 A method for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane by reaction with fluorine is described.
- Patent Document 2 states that the amount of hydrogen fluoride in the solvent used for the reaction of 1,2,3,4-tetrachlorobutane and fluorine is within the range of 10 to 60% by mass. A method for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane is described. (3) Patent No. 5430567 (Patent Document 3) discloses that crude 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane is produced by reacting 1,2,3,4-tetrachlorobutane with fluorine gas.
- the reaction product is introduced into a first distillation column having a theoretical plate number of 15 or more, and a distillate mainly containing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane is produced from the top of the first distillation column.
- the distillate is introduced into a second distillation column having a theoretical plate number of 25 or more, and the purified 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorocarbon is purified from the bottom of the second distillation column.
- a process for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane is described, characterized in that it includes a step of obtaining butane.
- the bottom liquid containing mainly pentachloropentafluorobutane containing a certain amount of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane is Because of the problem of processing it as industrial waste, there is a problem that the production efficiency of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane decreases.
- reaction efficiency may be improved by using additives (catalysts, HF, etc.), but since it is necessary to separate the additives (catalyst, HF, etc.) after the reaction is completed, the production efficiency is reduced throughout the manufacturing process. It doesn't necessarily lead to improvement. Therefore, from this point of view, the conventional method of producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane by reacting 1,2,3,4-tetrachlorobutane with fluorine is not industrially efficient. Challenges remain in terms of manufacturing the desired product.
- an object of the present invention is to convert by-products into the target product through relatively simple operations in a series of processes for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane from 1,3-butadiene. , to increase production efficiency throughout the process.
- a method for producing 1,2,3,4-tetrachloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutane comprising: (a) The following formula (1): C 4 Cl n F 10-n (1) (In the formula, n is an integer satisfying 5 ⁇ n ⁇ 7.)
- chlorofluorobutane represented by chlorine monofluoride (ClF) By reacting chlorofluorobutane represented by chlorine monofluoride (ClF) with 1,2,3,4-tetrachloro-1 , 1,2,3,4,4-hexafluorobutane.
- a method for producing 1,2,3,4-tetrachloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutane comprising: (B) A reaction solution containing 1,2,3,4-tetrachlorobutane is reacted with fluorine gas (F 2 ) to produce 1,2,3,4-tetrachloro-1,1,2,3,4, 4-hexafluorobutane and the following formula (1): C 4 Cl n F 10-n (1) (In the formula, n is an integer satisfying 5 ⁇ n ⁇ 7.) A step of producing a reaction solution containing chlorofluorobutane; and (C) combining the reaction solution obtained in step (B).
- the chlorofluorobutane represented by the formula (1) in the reaction solution obtained in step (B) is reacted with chlorine fluoride (ClF) to form 1,2,3,4-tetrachloro-1,1 , 2,3,4,4-hexafluorobutane.
- ClF chlorine fluoride
- step (A) further comprising a step of reacting 1,3-butadiene and chlorine gas (Cl 2 ) to produce a reaction solution containing 1,2,3,4-tetrachlorobutane, which is obtained in step (A);
- step (a) The method according to any one of [1] to [4], wherein in the step (a), the reaction is carried out in the presence of hydrogen fluoride (HF).
- step (C) the reaction is carried out in the presence of hydrogen fluoride (HF).
- organic waste liquid (high-boiling components such as by-products) from the 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane production process is converted into 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane can be converted into hexafluoro-1,3-butadiene, which can be sold as a product (benefits of productivity improvement) and industry.
- This method has an advantageous effect in two aspects: it can reduce the amount of waste, especially the amount of waste liquid that has been treated as fluorine-chlorine-containing organic waste liquid (an advantage of reducing environmental load).
- Chlorophore represented by C 4 Cl n F 10-n (wherein n is an integer satisfying 5 ⁇ n ⁇ 7) mainly consisting of 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane
- Chlorine monofluoride (ClF) to be reacted with fluorobutane can be generated stably in large quantities by reacting a gas containing ClF 3 or F 2 with a gas containing Cl 2 by the method described in Patent No. 6246449. It can be safely supplied for a long time.
- the present invention provides a method for producing 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane according to the following formula (1): C 4 Cl n F 10-n (1) (In the formula, n is an integer satisfying 5 ⁇ n ⁇ 7, especially an integer satisfying 5 ⁇ n ⁇ 6.)
- chlorofluorobutane and chlorine monofluoride (ClF) By reacting chlorofluorobutane and chlorine monofluoride (ClF), , 2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- Examples of the chlorofluorobutane of formula (1) include the following.
- 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane is produced with relatively high selectivity, and since such by-products can be converted to the target product, The present invention is very useful.
- reaction temperature If the reaction temperature is low, the reactivity of chlorine monofluoride decreases, and chlorine monofluoride cannot be efficiently utilized for the reaction. On the other hand, if the reaction temperature is high, more energy is required, which is not economical. For these reasons, the reaction temperature is preferably 50°C to 180°C, more preferably 80°C to 150°C.
- reaction pressure ClF gas has high reactivity, and high pressure is not preferable for stable and continuous reaction over a long period of time. For this reason, the pressure in the reactor is preferably set to -0.02 to 0.20 MPaG, more preferably 0 to 0.10 MPaG, in terms of gauge pressure. Hereinafter, gauge pressure will be expressed as "MPaG".
- Desired reactor configuration (i) When carrying out in a liquid phase, it is desirable to use the target product, 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (boiling point: 134°C), as the solvent.
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (boiling point: 134°C)
- the first reason is that since the target product is used as a solvent, the step of separating the solvent after the reaction can be omitted.
- 1,2,3,4-tetrachlorobutane, which is the target product is This is because hexafluorobutane is used.
- Materials for reaction equipment such as reaction vessels and piping include stainless steel, alloys such as Monel, Inconel, and Hastelloy, glass, nickel, polytetrafluoroethylene (PTFE), and perfluoroalkoxyalkane (PFA).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- PFA perfluoroalkoxyalkane
- a glass reaction vessel or a reactor made of PTFE or PFA can be used.
- the ClF introduction method uses general methods such as the aeration plate method (sintered metal filter, PTFE filter) to lower the bubble diameter and increase the contact efficiency between gas and liquid. It is possible to increase the utilization efficiency of ClF.
- the use efficiency of ClF can be increased by combining general methods such as installing a stirring device in the reactor.
- the reaction may be carried out batchwise or continuously. The batch method allows the reaction to be carried out easily, while the continuous method allows the reaction to be carried out efficiently.
- continuous reaction multiple reactors are connected in series, ClF is introduced from the reactor on the front stage, and the chlorofluorobutane is introduced from the reactor on the rear stage, so that the reaction in the front stage is stopped.
- the reaction solution obtained by the reaction of the chlorofluorobutane of formula (1) with chlorine monofluoride can be purified by general purification procedures such as distillation. High purity can be achieved.
- ClF gas concentration The ClF gas used in the reaction may be a single ClF gas, or may be introduced as a diluted mixed gas diluted with an inert gas such as nitrogen. When the concentration of ClF gas is high and the flow rate is also large, an excessive reaction occurs locally, producing trichloroheptafluorobutane, which causes a decrease in reaction selectivity.
- the concentration of ClF gas should be adjusted to preferably 20 to 100% by volume, more preferably 60 to 100% by volume, although the balance with the flow rate must be considered.
- ClF gas is introduced into the reactor at a flow rate of preferably 1 to 3000 liters per hour (L/h), more preferably 1 to 1500 L/h. Particularly when carrying out the reaction on an industrial scale, a large flow rate of 500 L/h or more is required, although it depends on the reactor size.
- reaction conditions As the reaction progresses, the concentration of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane in the reaction solution increases, creating conditions where excess reactants are likely to be produced. , the flow rate and concentration of the introduced ClF gas may be adjusted as appropriate.
- Other reaction conditions The progress of the reaction can be confirmed using general analytical equipment such as gas chromatography. 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane may be reacted alone, or a solvent may be used. By installing a condenser that reliquefies the vapor of the reaction liquid at the latter stage of the reactor, loss of the reaction liquid can be reduced and production efficiency can be increased.
- the effect can be efficiently obtained by connecting a cooling condenser to the gas outlet of the reactor to condense the HF vapor and return it to the reaction liquid. Further, if the HF concentration in the reaction solution decreases due to evaporation of HF, the effect decreases, so it is preferable to introduce HF as appropriate during the reaction.
- HF may be continuously introduced simultaneously with ClF, and in this case, the amount of HF introduced relative to ClF is preferably adjusted to 0.003 to 0.08 times the mole, more preferably 0.003 to 0.04 times the mole. It is better to do so.
- chlorofluorobutane of formula (1) before the reaction of chlorofluorobutane of formula (1) with chlorine monofluoride, 1,2,3,4-tetrachlorobutane and fluorine gas (F 2 ) are reacted.
- a step of producing a reaction solution containing chlorofluorobutane represented by formula (1) is performed.
- Chlorofluorobutane represented by the formula (1) is produced by reacting 1,2,3,4-tetrachlorobutane with fluorine gas (F 2 ) to produce 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane. It is produced as a by-product when manufacturing.
- the chlorofluorobutane of formula (1) may be isolated or concentrated from the reaction solution obtained by the reaction with fluorine gas by distillation or other operations, and then the reaction with chlorine monofluoride in the next step may be carried out.
- the reaction solution obtained by the reaction with fluorine gas may be used as it is for the reaction with chlorine monofluoride in the next step.
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane can be obtained efficiently, and in the latter case, it is possible to obtain 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane by producing excess reactant (C 4 Cl 3 F 7 ).
- the step of isolating or concentrating the chlorofluorobutane of formula (1) by distillation can be omitted.
- Preferred reaction conditions for the reaction of 1,2,3,4-tetrachlorobutane and fluorine gas (F 2 ) are, for example, as follows.
- solvent In addition to 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane, chlorocarbons such as tetrachloromethane and hexachloroethane, 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane and 1, Chlorofluorocarbons such as 1,2,2-tetrachloro-1,2-difluoroethane and the like can be used.
- Reaction temperature When the reaction temperature is low, the utilization efficiency of fluorine gas decreases, and when the reaction temperature is high, a decomposition reaction accompanied by cleavage of C--C bonds may occur, which becomes a factor in decreasing the reaction yield. For this reason, the temperature is preferably set at 10 to 100°C, more preferably 20 to 70°C.
- Reaction pressure Fluorine gas is highly reactive, and high pressure is not preferred in order to continue the reaction stably and continuously for a long time. For this reason, the pressure in the reactor is preferably set to -0.02 to 0.20 MPaG, more preferably 0 to 0.10 MPaG, in terms of gauge pressure.
- the fluorine gas used in the reaction may be a single fluorine gas, or may be introduced as a diluted mixed gas diluted with an inert gas such as nitrogen.
- concentration of fluorine gas is high, a decomposition reaction accompanied by cleavage of C--C bonds may occur, which causes a decrease in reaction yield.
- concentration of fluorine gas is preferably adjusted to 20 to 80% by volume, more preferably 40 to 70% by volume.
- Desired reactor configuration When carrying out the reaction in a liquid phase, it is desirable to use the target product, 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (boiling point: 134°C), as the solvent. The reason is that since the target product is used as a solvent, the step of separating the solvent after the reaction can be omitted.
- the material of the reaction apparatus such as the reaction vessel and piping include stainless steel, alloys such as Monel, Inconel, and Hastelloy, and nickel.
- a reactor made of PTFE can also be used only when the concentration of fluorine gas is adjusted to 20% or less and the reaction is carried out at atmospheric pressure.
- the method for introducing fluorine gas is to connect multiple reactors in series so that the hydrogen atoms of 1,2,3,4-tetrachlorobutane and/or 1,2,3,4-tetrachlorobutane are partially
- a stirring device is installed in the reactor.
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane can be efficiently produced by an integrated process including the following series of steps.
- A a step of reacting 1,3-butadiene and chlorine gas (Cl 2 ) to produce a reaction solution containing 1,2,3,4-tetrachlorobutane;
- B The reaction solution containing 1,2,3,4-tetrachlorobutane obtained in step (A) is reacted with fluorine gas (F 2 ) to produce 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- C 4 Cl n F 10-n (1) (In the formula, n is an integer satisfying 5 ⁇ n ⁇ 7.)
- the chlorofluorobutane represented by the formula (1) in the reaction solution obtained in step (B) is reacted with chlorine fluoride (ClF) to convert into 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- the method comprising the step of converting.
- reaction temperature Preferably -20 to 40°C, more preferably -20 to 20°C.
- Reaction pressure Preferably 0 to 1.5 MPaG, more preferably 0 to 0.3 MPaG.
- Reaction solvent Specific examples of preferred solvents include chloroform, dichloromethane, and 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- Desired reactor configuration Materials for reaction equipment such as reaction vessels and piping include stainless steel, alloys such as Inconel, Hastelloy, and Monel, glass, polytetrafluoroethylene (PTFE), and perfluoroalkoxyalkane (PFA).
- a reaction vessel made of glass, PTFE, or PFA can be used.
- the reaction between chlorine and 1,3-butadiene is preferably carried out by bringing chlorine gas and 1,3-butadiene gas into contact with each other while supplying them into a reaction solvent.
- the amount of chlorine gas introduced is preferably 2.0 to 3.0 times, more preferably 2.0 to 2.4 times, the amount of 1,3-butadiene gas.
- Step (A) Temperature (-20 to 20°C), pressure (0 to 0.3 MPaG), and other conditions (Cl 2 introduction flow rate is 2.0 to 2.4 times the mole relative to 1,3-butadiene).
- Step (C) Temperature (80 to 150°C), pressure (0 to 0.1 MPaG), and other conditions (ClF gas concentration in the diluted mixed gas is preferably 50 to 80% by volume.)
- 1,2,3,4-Tetrachlorobutane is produced not only from the reaction of 1,3-butadiene and chlorine, but also from distillation of a by-product during the production of chloroprene rubber and as an intermediate during the production of chloroprene rubber. It can also be obtained by reacting 3,4-dichloro-1-butene with one molecule of chlorine.
- the manufacturing method of the present invention is excellent in mass productivity because the raw materials for manufacturing chloroprene rubber can be easily obtained.
- inert gas used in the present invention include nitrogen, helium, neon, argon, and the like.
- concentration of the inert gas is as described in each item above.
- Example 1 Chlorination reaction
- the final target product 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (C 4 Cl 4F 6 ) was charged, and the reactor temperature was set at 50°C.
- the reaction was stopped after 9.5 hours.
- After blowing nitrogen gas into the liquid phase through the gas inlet to drive out the chlorine gas dissolved in the reaction solution the reactor was opened and the reaction solution was taken out. Analysis of the reaction solution revealed that 1,2,3,4-tetrachlorobutane (C 4 H 6 Cl 4 ) was obtained with a yield of 89% (yield: 872 g).
- Example 2 Fluorination reaction
- C 4 Cl 4 F 6 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane
- 1,000 g as a raw material 800 g of 2,3,4-tetrachlorobutane (C 4 H 6 Cl 4 ) was charged, and the reactor temperature was set at 60°C.
- 30% by volume fluorine gas (F 2 ) diluted with nitrogen gas (N 2 ) was introduced into the liquid phase portion from the gas inlet at a flow rate of 60.0 L/h for 20 hours.
- the reactor temperature was changed to 35° C., and 50% by volume fluorine gas diluted with nitrogen gas was introduced into the liquid phase at 24.0 L/h for 34 hours, and then the reaction was stopped. After blowing nitrogen gas into the liquid phase through the gas inlet to drive out the fluorine gas dissolved in the reaction solution, the reactor was opened and the reaction solution was taken out. Analysis of the reaction solution revealed that it contained 92% by weight of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (C 4 Cl 4 F 6 ). Furthermore, 6% by weight of 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane (C 4 Cl 5 F 5 ) was contained.
- Example 3 Cl-F exchange reaction
- a 200 ml PFA reactor equipped with a gas inlet and a gas outlet contains 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane (C 4 Cl 5 F 5 ) obtained by the distillation of Example 2.
- 200 g of high-boiling distillate was charged, a -20°C cooling condenser was connected to the gas outlet side of the reactor, and the reactor was heated to 130°C.
- 50% by volume chlorine monofluoride gas (ClF) diluted with nitrogen gas (N 2 ) was introduced into the liquid phase at a flow rate of 3.6 L/h for 5.5 hours, and then the reaction was stopped.
- Example 4 Cl-F exchange reaction
- 200 g of 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane (C 4 Cl 5 F 5 ) with a purity of 97% was charged into a 200 ml PFA reactor equipped with a gas inlet and a gas outlet, and the reactor was heated.
- a collection trap at 0°C was installed on the gas outlet side.
- a -20°C cooling condenser was connected to the gas outlet side of the collection trap, and the reactor was heated to 130°C.
- Example 5 Fluorination reaction
- a 3L SUS reactor equipped with a gas inlet and a gas outlet
- 3000 g of tetrachloromethane (CCl 4 ) as a solvent and 800 g of 1,2,3,4-tetrachlorobutane (C 4 H 6 Cl 4 ) as a raw material were added.
- the reactor temperature was set at 60°C.
- 30% by volume fluorine gas (F 2 ) diluted with nitrogen gas (N 2 ) was introduced into the liquid phase portion from the gas inlet at a flow rate of 60.0 L/h for 20 hours.
- the reactor temperature was changed to 35° C., and 50% by volume fluorine gas diluted with nitrogen gas was introduced into the liquid phase at 24.0 L/h for 34 hours, and then the reaction was stopped. After blowing nitrogen gas into the liquid phase through the gas inlet to drive out the fluorine gas dissolved in the reaction solution, the reactor was opened and the reaction solution was taken out. After distilling off the solvent from this reaction solution under reduced pressure, analysis revealed that it contained 75% by weight of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (C 4 Cl 4 F 6 ). In addition, 17% by weight of 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane (C 4 Cl 5 F 5 ) was contained as a by-product.
- Example 6 Cl-F exchange reaction
- Into a 200 ml PFA reactor equipped with a gas inlet and a gas outlet 17% by weight of 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane (C 4 Cl 5 F 5 ) obtained in the reaction of Example 5 was placed. % and 75% by weight of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane was added, a -20°C cooling condenser was connected to the gas outlet side of the reactor, and the reactor was heated to 130°C. did.
- Example 7 Cl-F exchange reaction
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane was synthesized in the same manner as in Example 5, and the reaction solution was taken out.
- the solvent tetrachloromethane was distilled off by distillation (packing material: Helipak No. 3/HETP: 48 mm, column height: 50 cm, number of theoretical plates: 10.4).
- this reaction solution was heated again, and 50% by volume chlorine monofluoride gas diluted with nitrogen gas was introduced at a flow rate of 1.8 L/h for 2.0 hours, and a portion of the reaction solution was similarly collected. analyzed. Furthermore, this reaction solution was heated again, and after introducing 50% by volume chlorine monofluoride gas diluted with nitrogen gas at a flow rate of 1.8 L/h for 3.0 hours, the reaction was stopped. After blowing nitrogen gas through the gas inlet to drive out the chlorine monofluoride gas dissolved in the reaction solution, the reactor was opened and 93 g of the reaction solution was taken out. The results of analyzing this reaction solution are shown in Table 1 below, together with the results of analysis during the reaction.
- Example 8 Cl-F exchange reaction
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane was synthesized in the same manner as in Example 2, and the reaction solution was taken out.
- 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane was purified by vacuum distillation (packing material: Helipak No. 3/HETP: 48 mm, column height: 100 cm, number of theoretical plates: 20.8).
- a liquid containing (C 4 Cl 4 F 6 ) was distilled out.
- the organic waste liquid (high boiling point components such as by-products) from the 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane manufacturing process can be It was shown that it can be converted into a valuable product, tetrachlorohexafluorobutane.
- 1,2,3,4 - tetrachlorohexafluoro In addition to butane (C 4 Cl 4 F 6 ), 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane (C 4 Cl 5 F 5 ) and 1,1,2,3,4,4- By further reacting hexachloro-1,2,3,4-tetrafluorobutane (C 4 Cl 6 F 4 ) with ClF, the target product 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane (C 4 Cl 4 F6 ).
- Example 9 Cl-F exchange reaction
- SUS304 reactors each having an internal volume of 25 L and equipped with a heating jacket were used.
- a -25°C cooling condenser was installed at the gas outlet of the first reactor, and this cooling condenser gas outlet was connected to the second reactor gas inlet.
- a -25°C cooling condenser was installed at the gas outlet of the second reactor.
- the liquid outlet of the second reactor was connected to the liquid inlet of the first reactor.
- the liquid outlet of the first reactor was connected to a reaction liquid receiving tank.
- Each of these reactors was charged with 29.1 kg of raw material liquid.
- This raw material liquid contains 1% by weight of 1,1,2,3,4,4-hexachlorotetrafluorobutane, 56% by weight of 1,1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane, 1,2,3, It contains 35% by weight of 4-tetrachlorohexafluorobutane, and is a fraction of the high-boiling distillate after distillation obtained in the same manner as in Example 2.
- the internal liquids of the first and second reactors were adjusted to 105°C, and a mixed gas consisting of 97% by volume of chlorine monofluoride gas (ClF) and 3% by volume of hydrogen fluoride gas (HF) was supplied at a flow rate of 11.1L. /h to start the reaction.
- the composition of the reaction liquid was 0% by weight of 1,1,2,3,4,4-hexachlorotetrafluorobutane, 1, The contents were 24% by weight of 1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane and 66% by weight of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
- Example 10 Cl-F exchange reaction
- the same reaction apparatus as in Example 9 was used, and 29.1 kg of raw material liquid was charged into each of the first reactor and the second reactor.
- the same raw material liquid as that of Example 9 was used as this raw material liquid.
- the internal liquids of the first reactor and the second reactor were adjusted to 105° C., and chlorine monofluoride gas (ClF) was introduced at a flow rate of 10.8 L/h to start the reaction. After reacting for 80 hours, continuous supply of the raw material liquid was started from the liquid inlet of the second reactor at a flow rate of 0.19 L/h.
- ClF chlorine monofluoride gas
- the ClF utilization rate was stable at 63%. Furthermore, as a result of analyzing the reaction liquid flowing out from the liquid outlet of the first reactor at this point, the composition of the reaction liquid was 0% by weight of 1,1,2,3,4,4-hexachlorotetrafluorobutane, 1, The contents were 34% by weight of 1,2,3,4-pentachloropentafluorobutane and 57% by weight of 1,2,3,4-tetrachlorohexafluorobutane.
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Abstract
Description
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7)を、一フッ化塩素(ClF)と反応させて、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを生成、回収する工程を含めた1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの製造方法に関する。より詳細には、半導体エッチングガス等として注目されているヘキサフルオロ-1,3-ブタジエンの合成原料として有用な1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを製造する方法に関する。
(1)特開2006-342059号(特許文献1)には、CClX1X2-CClX3-CClX4-CClX5X6(Xは水素原子またはフッ素原子)で表される化合物を液相中でフッ素と反応させることによって1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを製造する方法が記載されている。
(2)特許5274449号(特許文献2)には、1,2,3,4-テトラクロロブタンとフッ素との反応に用いられる溶媒中におけるフッ化水素の量を10~60質量%の範囲内に調整することを特徴とする1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの製造方法が記載されている。
(3)特許5430567号(特許文献3)には、1,2,3,4-テトラクロロブタンとフッ素ガスとを反応させることにより、粗1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを合成し、この反応生成物を理論段数が15段以上の第一蒸留塔に導入し、この第一蒸留塔の塔頂より主として1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを含む留出分を得る工程と、前記留出分を理論段数が25段以上の第二蒸留塔に導入し、この第二蒸留塔の塔底より精製された1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを得る工程を含むことを特徴とする1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの製造方法が記載されている。
(1)の方法では、1,2,3,4-テトラクロロブタンのフッ素化反応の再現実験を行うと、目的物である1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの他に、主な不純物として1,1,2,3,4-ペンタクロロ-1,2,3,4,4-ペンタフルオロブタン(以下単に1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタンという)を含む数種類の副生成物が発生する。
(2)の方法では、反応溶媒にHFを添加することで、低温領域での反応を可能とし、それによって、主としてC-C結合の開裂による低沸成分の発生や過剰フッ素化の進行を抑制する効果がある一方で、副生成物ペンタクロロペンタフルオロブタンの発生を十分に抑制するには至っていない。
(3)の方法では、ペンタクロロペンタフルオロブタンを含む高沸点成分を蒸留操作によって分離し、最終的に高純度の1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを得ているが、蒸留操作では一般的に製品純度を優先すると、単位時間当たりの製品回収率は低下する。また、高沸成分を主とする塔底液中に含まれる目的成分を製品として完全に回収するのは困難である。
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数である。)で表される副生成物が生成する問題がある。即ち、フッ素化反応の工程で、式(1)の化合物を副生することによって、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの反応選択率が低下する問題と、蒸留精製の工程で式(1)の化合物を主とする高沸点成分を分離除去する際に、一定量の1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを含んだ式(1)の化合物を主とする塔底液を産業廃棄物として処理する問題があるために、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの製造効率が低下する問題がある。
[1]
1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを製造する方法であって、
(a)下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンと一フッ化塩素(ClF)とを反応させて1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを製造する工程
を含む、前記方法。
[2]
前記工程(a)の前に、
(b)1,2,3,4-テトラクロロブタンとフッ素ガス(F2)とを反応させて前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンを含む反応液を製造する工程をさらに含む、[1]に記載の方法。
[3]
前記工程(b)において、1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを溶媒として使用する、[2]に記載の方法。
[4]
前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンが、1,1,2,3,4-ペンタクロロ-1,2,3,4,4-ペンタフルオロブタンを含む、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5]
1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを製造する方法であって、
(B)1,2,3,4-テトラクロロブタンを含む反応液をフッ素ガス(F2)と反応させて1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタン及び下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンを含む反応液を製造する工程;および
(C)工程(B)で得られた反応液を一フッ化塩素(ClF)と反応させて、工程(B)で得られた反応液中の前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンを1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンに転化する工程
を含む、前記方法。
[6]
前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンが、1,1,2,3,4-ペンタクロロ-1,2,3,4,4-ペンタフルオロブタンを含む、[5]に記載の方法。
[7]
(A)1,3-ブタジエンと塩素ガス(Cl2)とを反応させて1,2,3,4-テトラクロロブタンを含む反応液を製造する工程をさらに含み、当該工程(A)で得られた反応液を工程(B)の原料に使用する、[5]または[6]に記載の方法。
[8]
前記工程(a)において、フッ化水素(HF)存在下で反応を行う、[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[9]
前記工程(C)において、フッ化水素(HF)存在下で反応を行う、[5]~[7]のいずれかに記載の方法。
本発明者らは、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを製造するプロセスにおいて、下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数、特に、5≦n≦6を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンを含む副生成物を含む反応粗液、または蒸留等の精製操作により濃縮した当該副生成物を高濃度で含む溶液に、一フッ化塩素(ClF)を作用させると、式(1)で表される反応副生成物を1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンに転化させることができることを見出した。本発明では、この新規に見出された反応を利用することにより、添加剤や触媒を使用して副反応を抑制するのではなく、副生成物を目的物に効率よく転化することに成功し、これにより、反応後に添加剤や触媒の除去操作を必要とせずに副生成物の低減を実現し、全体として生産効率の高いプロセスを実現した。
本発明は、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを製造する方法において、下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数、特に、5≦n≦6を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンと一フッ化塩素(ClF)とを反応させて1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを製造する工程を含む、ことを特徴とする。式(1)のクロロフルオロブタンとしては、以下のものが例示できる。
反応温度:
反応温度が低いと、一フッ化塩素の反応性が低下し、一フッ化塩素を効率よく反応に利用することができない。一方、反応温度が高いと、より多くのエネルギーを必要とするため経済的ではない。これらの理由で、反応温度は、好ましくは50℃~180℃、より好ましくは80℃~150℃である。
反応圧力:
ClFガスは反応性が高く、長時間安定して連続的に反応を行うには、高い圧力は好ましくない。このため、反応器内の圧力は、ゲージ圧で、好ましくは-0.02~0.20 MPaG、より好ましくは0~0.10MPaGに設定するのがよい。以下、ゲージ圧を「MPaG」と表記する。
(i)液相で行う場合、溶媒としては、目的物である1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(沸点:134℃)を用いることが望ましい。第一の理由として、目的物を溶媒として使用するため、反応後に溶媒を分離する工程を省略できるからである。また、第二の理由として、後述する前工程の1,2,3,4-テトラクロロブタンとフッ素の反応においても反応溶媒として、同様に目的物である1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを使用するからである。
(ii)反応容器及び配管などの反応装置の材質としては、ステンレス、モネル、インコネル、ハステロイなどの合金、ガラス、ニッケル、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)などが挙げられるが、大気圧で反応を行うときはガラス製の反応容器またはPTFE製、PFA製の反応器を使用できる。
(iii)ClF導入方法は単管式の他、曝気板式(焼結金属フィルタ、PTFEフィルタ)等の一般的な方法を使用し、気泡径を下げることで、気体と液体の接触効率を上げることができ、ClFの利用効率を上げることができる。また、複数の反応器を直列に連結して前記クロロフルオロブタンとClFガスを接触させ、前段の反応器から排出される未反応のClFガスの一部または全部を後段の反応器に導入する方法、反応器に撹拌装置を設置する方法等の一般的な方法を組み合わせることで、ClFの利用効率を上げることができる。
(iv)反応は、回分式で行ってもよく、連続式で行ってもよい。回分式は簡便に反応させることができ、連続式は効率良く反応させることができる。連続式で反応させる場合は、複数の反応器を直列に連結して、ClFを前段側の反応器から導入し、前記クロロフルオロブタンを後段側の反応器から導入することで、前段側の反応器から排出される未反応のClFを後段側の反応器で有効利用することができる。
(v)式(1)のクロロフルオロブタンと一フッ化塩素との反応により得られた反応液(粗1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン)は蒸留等の一般的な精製操作により、高純度化できる。
(vi)ClFガス濃度:
反応に使用するClFガスは、ClFガス単体でもよいが、窒素等の不活性ガスで希釈した希釈混合ガスとして導入してもよい。ClFガスの濃度が高く、かつ流量も大きい場合、局所的に過剰反応が起こり、トリクロロへプタフルオロブタンを生成し、反応選択率の低下要因となる。また、長時間安定して連続的に反応を継続するためにも、ClFガスの濃度と流量のバランスを調整し、反応性をコントロールするのがよい。また、ClFガスの濃度が低い場合、生産効率が低下し、工業的に不利である。このため、ClFガスの濃度は、流量とのバランスも考えなければならないが、好ましくは20~100容量%、より好ましくは60~100容量%に調整するのがよい。ClFガスは、反応器に、好ましくは1~3000リットル/時間(L/h)、より好ましくは1~1500L/hの流量で導入する。特に工業規模で反応を行う場合は、反応器サイズにもよるが500L/h以上の大流量が必要になる。また、反応の進行に伴って、反応液中の1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの濃度が増加し、過剰反応物が生成しやすい条件になるため、反応の進行に伴って、導入するClFガスの流量や濃度を適宜調整してもよい。
(vii)その他の反応条件:
反応の進行はガスクロマトグラフィ等の一般的な分析機器を用いることで、確認することができる。
1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタンは、単体で反応させてもよいが、溶媒を使用してもよい。
反応器後段に反応液の蒸気を再液化する凝縮器を取り付けることで、反応液のロスを低減し、生産効率を上げることができる。また、原料の前記クロロフルオロブタンと1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの沸点差を利用し、反応器後段に1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンの蒸気を液化回収する装置を設置することで生産効率を上げることができる。
(viii)添加剤:
フッ化水素(HF)を添加することで、一フッ化塩素(ClF)の反応性を向上させ、効率よく反応させることができる。反応液中にHFを存在させることが肝要であるが、反応液はHFの沸点以上の温度に加熱しているので、絶えず蒸発して気相部へと移動する。そのため、反応器のガス出口に冷却コンデンサーを接続して、HF蒸気を凝縮し、再び反応液内に戻すことで効率よく効果を得ることができる。また、HFが蒸発して反応液内のHF濃度が低下すると、効果が低下するので、反応の途中で適宜HFを導入することが好ましい。HFをClFと同時に連続導入してもよく、この場合は、ClFに対するHFの導入量を、好ましくは0.003~0.08倍モル、より好ましくは0.003~0.04倍モルに調整するのがよい。
溶媒:
1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン以外に、テトラクロロメタンやヘキサクロロエタンに例示されるクロロカーボン類、1,1,2-トリクロロ-1,2,2-トリフルオロエタンや1,1,2,2-テトラクロロ-1,2-ジフルオロエタン等に例示されるクロロフルオロカーボン類等が使用できる。
反応温度:
反応温度が低い場合、フッ素ガスの利用効率が低下し、反応温度が高い場合、C-C結合の開裂を伴う分解反応が起こる可能性があり、反応収率の低下要因となる。このような理由で、好ましくは10~100℃、より好ましくは20~70℃に設定するのがよい。
反応圧力:
フッ素ガスは反応性が高く、長時間安定して連続的に反応を継続するには、高い圧力は好ましくない。このため、反応器内の圧力は、ゲージ圧で、好ましくは-0.02~0.20 MPaG、より好ましくは0~0.10MPaGに設定するのがよい。
フッ素ガス濃度:
反応に使用するフッ素ガスは、フッ素ガス単体でもよいが、窒素等の不活性ガスで希釈した希釈混合ガスとして導入してもよい。フッ素ガスの濃度が高い場合、C-C結合の開裂を伴う分解反応が起こる可能性があり、反応収率の低下要因となる。また、長時間安定して連続的に反応を継続するためにも、フッ素ガスの濃度を調整し、反応性をコントロールするのがよい。また、フッ素ガスの濃度が低い場合、生産効率が低下し、工業的に不利である。このため、フッ素ガスの濃度は、好ましくは20~80容量%、より好ましくは40~70容量%に調整するのがよい。
液相で行う場合、溶媒としては、目的物である1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(沸点:134℃)を用いることが望ましい。理由としては、目的物を溶媒として使用するため、反応後に溶媒を分離する工程を省略できるからである。
反応容器及び配管などの反応装置の材質としては、ステンレス、モネル、インコネル、ハステロイなどの合金、ニッケルなどが挙げられる。フッ素ガスの濃度を20%以下に調整し、大気圧で反応を行う場合に限り、PTFE製の反応器も使用できる。
フッ素ガスの導入方法は、複数の反応器を直列に連結して、1,2,3,4-テトラクロロブタンおよび/または1,2,3,4-テトラクロロブタンの水素原子が部分的にフッ素原子に置換された反応中間体とフッ素ガスを接触させ、前段の反応器から排出される未反応のフッ素ガスの一部または全部を後段の反応器に導入する方法、反応器に撹拌装置を設置する方法等の一般的な方法を組み合わせることで、フッ素ガスの利用効率を上げることができる。
1,2,3,4-テトラクロロブタンとフッ素との反応により得られた粗1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンは蒸留等の一般的な精製操作により、高純度化できる。
式(1)のクロロフルオロブタンは1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン製造方法(ブタジエン法)における副生成物なので、上述した式(1)のクロロフルオロブタンと一フッ化塩素との反応は、副生成物を目的物に転化でき有用である。具体的には、以下の一連の工程を含む統合プロセスによって、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを効率よく製造できる。
(A)1,3-ブタジエンと塩素ガス(Cl2)とを反応させて1,2,3,4-テトラクロロブタンを含む反応液を製造する工程;
(B)工程(A)で得られた1,2,3,4-テトラクロロブタンを含む反応液をフッ素ガス(F2)と反応させて1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン及び下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンを含む反応液を製造する工程;および
(C)工程(B)で得られた反応液を一フッ化塩素(ClF)と反応させて、工程(B)で得られた反応液中の前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンを1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンに転化する工程を含む、前記方法。
反応温度:
好ましくは-20~40℃、より好ましくは-20~20℃。
反応圧力:
好ましくは0~1.5MPaG、より好ましくは0~0.3MPaG。
反応溶媒:
好ましい溶媒の具体例として、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン等が使用できる。1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを溶媒とした場合、後のフッ素化反応の工程において、生成物を溶媒と分離する必要がない利点がある。
(i)反応容器及び配管などの反応装置の材質としては、ステンレス、インコネル、ハステロイ、モネルなどの合金、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)などが挙げられるが、大気圧で反応を行うときはガラス製、PTFE製、PFA製の反応容器を使用できる。
(ii)塩素と1,3-ブタジエンの反応は、塩素ガスと1,3-ブタジエンガスを反応溶媒中に供給しながら、接触させることによって実施するのが好ましい。塩素ガス導入量は1,3-ブタジエンガスの物質量に対して、2.0~3.0倍モルとするのが好ましく、2.0~2.4倍モルがより好ましい。
工程(A):温度(-20~20℃)、圧力(0~0.3MPaG)、その他の条件(Cl2導入流量は1,3-ブタジエンに対して2.0~2.4倍モルが好ましい。)
工程(B):温度(20~70℃)、圧力(0~0.1MPaG)、その他の条件(希釈混合ガス中のF2ガス濃度は40~70容量%が好ましい。)
工程(C)温度(80~150℃)、圧力(0~0.1MPaG)、その他の条件(希釈混合ガス中のClFガス濃度は50~80容量%が好ましい。)
1,2,3,4-テトラクロロブタンは、1,3-ブタジエンと塩素の反応からだけではなく、クロロプレンゴムを製造する際の副生成物を蒸留することや、クロロプレンゴム製造時の中間体3,4-ジクロロ-1-ブテンと一分子の塩素を反応させても得ることができる。本発明の製造方法は、クロロプレンゴムの製造に関連して原料を容易に入手できるので、量産性に優れている。
本発明で使用する不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられる。不活性ガスの濃度は、上述した各項目に記載したとおりである。
ガス導入口、ならびに-20℃のコンデンサーを接続したガス出口を備えた4L SUS製反応器に、反応溶媒として最終目的物である1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)3267gを投入し、反応器温度を50℃とした。次いで、ガス導入口から、1,3-ブタジエンガス(C4H6)、塩素ガス(Cl2)をそれぞれ流量11.8リットル/時間(L/h)、31.0L/hで液相部に吹き込み、9.5時間後反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを液相部に吹き込み、反応液に溶解した塩素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液を取り出した。反応液を分析した結果、収率89%(収量872g)で1,2,3,4-テトラクロロブタン(C4H6Cl4)を得た。
ガス導入口とガス出口を備えた3L SUS製反応器に、溶媒として最終目的物である1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)3000gと原料として1,2,3,4-テトラクロロブタン(C4H6Cl4)800gを投入し、反応器温度を60℃とした。次いで、ガス導入口から、窒素ガス(N2)で希釈した30容量%フッ素ガス(F2)を流量60.0L/hで20時間液相部に導入した。反応器温度を35℃に変更し、窒素ガスで希釈した50容量%フッ素ガスを24.0L/hで34時間液相部に導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを液相部に吹き込み、反応液に溶解したフッ素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液を取り出した。反応液を分析した結果、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)が92重量%含まれていた。また、副生成物として1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)が6重量%含まれていた。
この反応液2400gを使用し、蒸留(充填材:ヘリパックNo.3/HETP:48mm、塔高:50cm、理論段数:10.4段)により、純度98重量%以上の1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)を含む留出液2086gと、57重量%の1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)を含む高沸点留出液242gを得た。
ガス導入口とガス出口を備えた200ml PFA製反応器に、実施例2の蒸留により得られた1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)を含む高沸点留出液200gを投入し、反応器のガス出口側に-20℃の冷却コンデンサーを接続し、反応器を130℃に加熱した。次いで、窒素ガス(N2)で希釈した50容量%一フッ化塩素ガス(ClF)を流量3.6L/hで5.5時間液相部に導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを液相部に吹き込み、反応液に溶解した一フッ化塩素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液184gを取り出した。この反応液を分析した結果、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)の濃度は96重量%であった。
ガス導入口とガス出口を備えた200mlPFA製反応器に、純度97%の1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)200gを投入し、反応器のガス出口側に0℃の捕集トラップを設置した。さらに、捕集トラップのガス出口側に-20℃の冷却コンデンサーを接続し、反応器を130℃に加熱した。次いで、窒素ガス(N2)で希釈した50容量%の一フッ化塩素ガス(ClF)を流量6.0L/hで3.5時間導入後、反応器温度を100℃に変更し、50容量%一フッ化塩素ガスを流量1.8L/hに減流して7.0h導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを吹き込み、反応液に溶解した一フッ化塩素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液174gを取り出した。この反応液を分析した結果、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)の濃度は98%であった。
ガス導入口とガス出口を備えた3L SUS製反応器に、溶媒としてテトラクロロメタン(CCl4)3000gと原料として1,2,3,4-テトラクロロブタン(C4H6Cl4)800gを投入し、反応器温度を60℃とした。次いで、ガス導入口から、窒素ガス(N2)で希釈した30容量%フッ素ガス(F2)を流量60.0L/hで20時間液相部に導入した。反応器温度を35℃に変更し、窒素ガスで希釈した50容量%フッ素ガスを24.0L/hで34時間液相部に導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを液相部に吹き込み、反応液に溶解したフッ素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液を取り出した。この反応液から溶媒を減圧留去後、分析した結果、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)が75重量%含まれていた。また、副生成物として1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)が17重量%含まれていた。
ガス導入口とガス出口を備えた200ml PFA製反応器に、実施例5の反応で得られた1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)17重量%と1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン75重量%を含む液200gを投入し、反応器のガス出口側に-20℃の冷却コンデンサーを接続し、反応器を130℃に加熱した。次いで、窒素ガス(N2)で希釈した50容量%一フッ化塩素ガス(ClF)を流量1.8L/hで3.5時間導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを吹き込み、反応液に溶解した一フッ化塩素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液188gを取り出した。この反応液を分析した結果、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)の濃度は96重量%であった。また、反応液中に1,2,3-トリクロロ-1,1,2,3,4,4,4-ヘプタフルオロブタン(C4Cl3F7)と1,2,4-トリクロロ-1,1,2,3,3,4,4-ヘプタフルオロブタン(C4Cl3F7)が含まれていた。
実施例5と同様の方法で1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを合成し、反応液を取り出した。この反応液4130gを使用し、蒸留(充填材:ヘリパックNo.3/HETP:48mm、塔高:50cm、理論段数:10.4段)により、溶媒テトラクロロメタンを留出させた。続けて、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)と1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)を含む液を留出させ、高沸点成分が濃縮された釜残液112gを得た。この釜残液を分析した結果、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)が7重量%含まれており、1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)が41重量%含まれていた。また、これらの他に1,1,2,3,4、4-ヘキサクロロ-1,2,3,4-テトラフルオロブタン(C4Cl6F4)が20重量%含まれていることが分かった。ガス導入口とガス出口を備えた100ml PFA製反応器に、この釜残液105gを投入し、反応器のガス出口側に-20℃の冷却コンデンサーを接続し、反応器を130℃に加熱した。次いで、窒素ガス(N2)で希釈した50容量%一フッ化塩素ガス(ClF)を流量1.8L/hで2.0時間導入した後、反応液を一部採取して分析した。次いで、この反応液を再び加熱し、窒素ガスで希釈した50容量%一フッ化塩素ガスを流量1.8L/hで2.0時間導入した後、同様にして反応液を一部採取して分析した。さらに、この反応液を再び加熱し、窒素ガスで希釈した50容量%一フッ化塩素ガスを流量1.8L/hで3.0時間導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを吹き込み、反応液に溶解した一フッ化塩素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液93gを取り出した。この反応液を分析した結果を、反応途中の分析結果と合わせて下記表1に示す。
実施例2と同様の方法で1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタンを合成し、反応液を取り出した。この反応液を使用し、減圧蒸留(充填材:ヘリパックNo.3/HETP:48mm、塔高:100cm、理論段数:20.8段)により、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン(C4Cl4F6)を含む液を留出させた。釜残液を分析したところ、8重量%の1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン、54重量%の1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン(C4Cl5F5)、4重量%の1,1,2,3,4,4,-ヘキサクロロ-1,2,3,4-テトラフルオロブタンが含まれていることが分かった。ガス導入口とガス出口を備えた250ml PFA製反応器に、この釜残液250gを投入し、反応器のガス出口側に-20℃の冷却コンデンサーを接続し、反応器を130℃に加熱した。次いで、窒素ガス(N2)で希釈した50容量%一フッ化塩素ガス(ClF)を流量1.8L/hで0.5時間導入した後、反応液を一部採取して分析した。次いで、この反応液を再び加熱し、窒素ガスで希釈した50容量%一フッ化塩素ガスを流量1.8L/hで1.0時間導入した後、同様にして反応液を一部採取して分析した。さらに、この反応液を再び加熱し、窒素ガスで希釈した50容量%一フッ化塩素ガスを流量1.8L/hで11.0時間導入後、反応を停止した。ガス導入口から窒素ガスを吹き込み、反応液に溶解した一フッ化塩素ガスを追い出した後、反応器を開放し、反応液215gを取り出した。この反応液を分析した結果を、反応途中の分析結果と合わせて下記表2に示す。
第一反応器、第二反応器として、それぞれ内容積25Lの加熱ジャケット付きSUS304製反応器を使用した。第一反応器のガス出口に-25℃の冷却コンデンサーを設置し、この冷却コンデンサーガス出口を第二反応器ガス入口に接続した。さらに、第二反応器のガス出口に-25℃の冷却コンデンサーを設置した。また、第二反応器の液出口を第一反応器の液入口に接続した。さらに、第一反応器の液出口を反応液受槽に接続した。
これらの反応器に、それぞれ29.1kgの原料液を仕込んだ。この原料液は、1,1,2,3,4,4-ヘキサクロロテトラフルオロブタン1重量%、1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン56重量%、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン35重量%を含んでおり、実施例2と同様の方法で得た蒸留後の高沸点留出液の一部の留分である。
第一反応器と第二反応器の内液を105℃に調整し、一フッ化塩素ガス(ClF)97体積%とフッ化水素ガス(HF)3体積%からなる混合ガスを流量11.1L/hで導入して、反応を開始した。80時間反応させた後、第二反応器の液入口から、流量0.19L/hで前記原料液の連続供給を開始した。FT-IRで第二反応器後段の冷却コンデンサー出口ガス中のClFガス濃度を定量分析しながら、120時間連続式で反応させた結果、ClFの利用率は88%で安定した。さらに、この時点で第一反応器の液出口から流出する反応液を分析した結果、反応液の組成は、1,1,2,3,4,4-ヘキサクロロテトラフルオロブタン0重量%、1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン24重量%、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン66重量%であった。
実施例9と同じ反応装置を使用し、第一反応器と第二反応器に、それぞれ29.1kgの原料液を仕込んだ。この原料液は、実施例9の原料液と同じ液を使用した。
第一反応器と第二反応器の内液を105℃に調整し、一フッ化塩素ガス(ClF)を流量10.8L/hで導入して、反応を開始した。80時間反応させた後、第二反応器の液入口から、流量0.19L/hで前記原料液の連続供給を開始した。FT-IRで第二反応器後段の冷却コンデンサー出口ガス中のClFガス濃度を定量分析しながら、120時間連続式で反応させた結果、ClFの利用率は63%で安定した。さらに、この時点で第一反応器の液出口から流出する反応液を分析した結果、反応液の組成は、1,1,2,3,4,4-ヘキサクロロテトラフルオロブタン0重量%、1,1,2,3,4-ペンタクロロペンタフルオロブタン34重量%、1,2,3,4-テトラクロロヘキサフルオロブタン57重量%であった。
Claims (11)
- 1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを製造する方法であって、
(a)下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンと一フッ化塩素(ClF)とを反応させて1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを製造する工程
を含む、前記方法。 - 前記工程(a)の前に、
(b)1,2,3,4-テトラクロロブタンとフッ素ガス(F2)とを反応させて前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンを含む反応液を製造する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記工程(b)において、1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを溶媒として使用する、請求項2に記載の方法。
- 前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンが、1,1,2,3,4-ペンタクロロ-1,2,3,4,4-ペンタフルオロブタンを含む、請求項1~3のいずれかに記載の方法。
- 1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンを製造する方法であって、
(B)1,2,3,4-テトラクロロブタンを含む反応液をフッ素ガス(F2)と反応させて1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタン及び下記式(1):
C4ClnF10-n (1)
(式中、nは5≦n≦7を満たす整数である。)で表されるクロロフルオロブタンを含む反応液を製造する工程;および
(C)工程(B)で得られた反応液を一フッ化塩素(ClF)と反応させて、工程(B)で得られた反応液中の前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンを1,2,3,4-テトラクロロ-1,1,2,3,4,4-ヘキサフルオロブタンに転化する工程
を含む、前記方法。 - 前記式(1)で表されるクロロフルオロブタンが、1,1,2,3,4-ペンタクロロ-1,2,3,4,4-ペンタフルオロブタンを含む、請求項5に記載の方法。
- (A)1,3-ブタジエンと塩素ガス(Cl2)とを反応させて1,2,3,4-テトラクロロブタンを含む反応液を製造する工程をさらに含み、当該工程(A)で得られた反応液を工程(B)の原料に使用する、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記工程(a)において、フッ化水素(HF)存在下で反応を行う、請求項1~3のいずれかに記載の方法。
- 前記工程(a)において、フッ化水素(HF)存在下で反応を行う、請求項4に記載の方法。
- 前記工程(C)において、フッ化水素(HF)存在下で反応を行う、請求項5又は6に記載の方法。
- 前記工程(C)において、フッ化水素(HF)存在下で反応を行う請求項7に記載の方法。
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