(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともフッ化水素と２−クロロ−１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを含む（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物を、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、またはトリエチルアミンから選ばれた弱塩基と接触させる工程を含む（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物の精製方法。
【請求項２】
請求項１に記載の精製方法で得られた（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物を蒸留に付す工程を含む（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（トランス−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン。以下、「ＯＦ−１２３３Ｅ」ということがある。）組成物に含まれるフッ化水素を除去する方法に関し、また、その方法を用いた（E）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦ−１２３３Ｅは、洗浄剤、冷媒、ヒートポンプ用の熱媒体、高温作動流体などとして有用である。ＯＦ−１２３３Ｅは、１，１，１，３，３−ペンタクロロプロパン（ＨＣＣ−２４０）をフッ化水素でフッ素化して、異性体ＯＦ−１２３３Ｚ（トランス−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン。以下、「ＯＦ−１２３３Ｚ」ということがある。）の他、副生成物または中間体である３−クロロ−１，１，１，３−テトラフルオロプロパン（以下、「ＨＣＦＣ−２４４ｆａ」ということがある。）、２−クロロ−１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（以下、「ＨＣＦＣ−２３５ｄａ」ということがある。）などの有機物、塩化水素および未反応のフッ化水素を含む反応生成物の一成分として得られる（特許文献１）。
【０００３】
この反応生成物から塩化水素、フッ化水素を除去する方法として、水（特許文献１）に、水酸化カリウム水溶液（特許文献２）による洗浄が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２６９１０５
【特許文献２】特表２００７−５０１８４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記反応生成物（ＯＦ−１２３３Ｅ組成物）から精製ＯＦ−１２３３Ｅを得るには、一般的に蒸留によるのが簡便であるが、組成物に含まれる未反応のフッ化水素は蒸留装置を損傷させる虞があるため、予めフッ化ナトリウムなどの固体への吸着、水洗浄または塩基性溶液での洗浄などにより除去される。
【０００６】
フッ化ナトリウムへの吸着は、処理量が大きくなると使用後のフッ化ナトリウムの再生または廃棄が困難であり、水洗浄は、操作として容易であるが、装置腐食の恐れがある上に、洗浄効率が低く操作を繰り返さなければならず非効率である。
【０００７】
塩基水溶液での洗浄は、特許文献２などに記載されているが、塩基としては水酸化カリウムが使われている。
【０００８】
本発明では、フッ化水素を含むＯＦ−１２３３Ｅについて、蒸留困難な新たな成分を生じることのないフッ化水素の除去方法を提供し、効率的なＯＦ−１２３３Ｅの製造方法を併せて提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
水酸化ナトリウムを用いて洗浄すると、ＯＦ−１２３３Ｅ組成物に含まれるＯＦ−１２３３Ｅ、ＨＣＦＣ−２４４ｆａ、ＨＣＦＣ−２３５ｄａなどが分解して新たな成分を生じることがある。そのうち、ＨＣＦＣ−２３５ｄａが脱フッ化水素して生じるＣ３ＨＣｌＦ４の組成式で表される化合物（以下、「ＯＦ−１２４４」ということがある。）は、蒸留の挙動がＯＦ−１２３３Ｅと近似するので、蒸留分離が非常に困難である。
【００１０】
そこで、洗浄に使用する塩基について検討したところ、特定の有機塩基または無機塩基を用いてＯＦ−１２３３Ｅ組成物を洗浄した場合、ＯＦ−１２２４が生成しないことから通常の蒸留で精製できる有機物組成で且つフッ化水素を含まないＯＦ−１２３３Ｅ組成物とすることができ、本発明に至った。
【００１１】
［発明１］
少なくともフッ化水素と２−クロロ−１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンを含む（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物を弱塩基と接触させる工程を含む（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物の精製方法。
【００１２】
［発明２］
弱塩基が、７〜１１のｐＫａを有する塩基である発明１の（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物の精製方法。
【００１３】
［発明３］
弱塩基が、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、第一リン酸塩、第二リン酸塩もしくは炭素数１〜６のカルボン酸塩、または炭素数３〜１５の第三アミンから選ばれた弱塩基である発明１の（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物の精製方法。
【００１４】
［発明４］
弱塩基が、ナトリウムまたはカリウムの炭酸水素塩、ナトリウムまたはカリウムの炭酸塩、ナトリウムまたはカリウムの酢酸塩またはトリエチルアミンから選ばれた弱塩基である発明１の（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物の精製方法。
【００１５】
［発明５］
発明１〜４の何れかの精製方法で得られた（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン組成物を蒸留に付す工程を含む（Ｅ）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の方法は、ＯＦ−１２３３Ｅ組成物からフッ化水素を効率的に除去できる塩基性物質との接触方法でありながら、ＯＦ−１２３３Ｅと蒸留挙動の近似するＯＦ−１２２４を発生しないため、単純な蒸留で精製できるという効果を奏する。また、この方法を用いることで、高純度のＯＦ−１２３３Ｅを容易に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明で弱塩基と接触させるＨＣＦＣ−２３５ｄａを含むＯＦ−１２３３Ｅ組成物は、どの様な経緯で得られた組成物であってもよい。１，１，１，３，３−ペンタクロロプロパン（ＦＣＣ−２４０ｆａ）とフッ化水素を反応させる工程で得られる反応生成物であってもよく、それを公知の精製処理に付して得られた組成物であってもよい。精製処理としては、水または液体による洗浄、乾燥、固体吸着剤への選択吸着、通常の蒸留、抽出蒸留などが挙げられる。さらに、溶媒、洗浄剤、冷媒、熱媒などの用途のため混合調製した混合物であってもよい。
ＯＦ−１２３３Ｅは、１，１，１，３，３−ペンタクロロプロパン（HＣＣ−２４０ｆａ）をアルミナまたはアルミナのフッ素化物などの触媒存在下気相でフッ化水素と反応させることでＯＦ−１２３３Ｚと共に得られる。そのほかにも、この反応で得られたＯＦ−１２３３Ｅには、有機成分として多種のフッ素化炭化水素（「フッ素化炭化水素」は水素原子を含んでもよく、フッ素以外のハロゲン原子を含んでもよい。）が含まれ、通常、概ね５質量％以下のＨＣＦＣ−２３５ｄａが含まれる。また、有機成分のほかに、酸成分として塩化水素およびフッ化水素を含む。本発明のフッ化水素除去は、この様なフッ素化反応により発生した粗生成物であってもよいが、各種の予備精製を施して得られたＯＦ−１２３３Ｅ組成物であってよい。また、一旦本発明の方法で処理したＯＦ−１２３３Ｅ組成物であってもよい。
【００１８】
予備精製を施したＯＦ−１２３３Ｅ組成物の例としては、粗生成物から有機成分およびフッ化水素と沸点差の大きい塩化水素を蒸留により分離して得られる組成物、粗生成物を少なくとも水と接触させて塩化水素を除去して得られる組成物（この場合において、フッ化水素の一部は水洗除去されるが、一定の量のフッ化水素は残留する。）、少なくともフッ化水素を含むＯＦ−１２３３Ｅ組成物を蒸留して有機成分の組成を変化させた組成物などが挙げられる。
【００１９】
これらの予備精製を施して弱塩基と接触する際に、ＯＦ−１２３３Ｅ組成物１００質量部に対してフッ化水素を０．０００１〜１０質量部を含むようにする。また、フッ化水素は０．００１〜５質量部が好ましく、０．０１〜２質量部であるのがさらに好ましい。０．０００１質量部未満では、本発明の弱塩基との接触をする必要性に乏しく、１０質量部を超えても処理可能であるが、前記予備精製などにより予め低減しておくのが効率的であり、避けるのが好ましい。
【００２０】
使用する弱塩基としては、当業者に公知の任意の弱塩基が挙げられる。弱塩基は、無機または有機の弱塩基であることができる。これらは、概ねｐＫａが７〜１１のものが好ましい。無機弱塩基としては、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、第一リン酸塩または第二リン酸塩などが挙げられる。また、有機弱塩基としては、炭素数１〜６のカルボン酸塩、または炭素数３〜１５の第三アミンが挙げられる。
【００２１】
アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムであり、リチウム、ナトリウム、カリウムが好ましく、ナトリウム、カリウムがより好ましい。
【００２２】
弱塩基として、アルカリ金属の塩として具体的には、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、リン酸リチウム、第一リン酸リチウム、第二リン酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、第一リン酸ナトリウム、第二リン酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、リン酸カリウム、第一リン酸カリウム、第二リン酸カリウムなどが挙げられる。
【００２３】
炭素数１〜６のカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸が挙げられ、ギ酸または酢酸が好ましい。カルボン酸塩としては、酢酸リチウム、ギ酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸カリウムなどが挙げられる。
【００２４】
炭素数３〜１５の第三アミンとしては、具体的には、鎖状のアミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、アミン、トリ−イソプロピルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、トリ−イソブチルアミン、トリ−ｓｅｃ−ブチルアミン、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルアミン、トリ−ｎ−アミルアミン、トリ−イソアミルアミン、トリ−ｓｅｃ−アミルアミン、トリ−ｔｅｒｔ−アミルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルプロパン−１，３−ジアミン、テトラメチルグアニジンなどの鎖状の対称第三アミン、Ｎ−メチルジエチルアミン、Ｎ−メチルジ−ｎ−プロピルアミン、Ｎ−メチルジイソプロピルアミン、Ｎ−メチルジ−ｎ−ブチルアミン、Ｎ−メチルジイソブチルアミン、Ｎ−メチルジ−ｔｅｒｔ−ブチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルブチルアミン、N,N-ジメチル-n-オクチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルノニルアミン、N,N-ジメチルデシルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルウンデシルアミン、N,N-ジメチルドデシルアミン、Ｎ−メチルジヘキシルアミンなどの非対称第三アミンなどが挙げられる。環式のアミンとしては、テトラメチルグアニジン、Ｎ，Ｎ′−ジメチルピペラジン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセン（ＤＢＵ）、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン（ＤＡＢＣＯ）、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテルなどが挙げられる。
【００２５】
弱塩基として特に好ましいものとして、ナトリウムまたはカリウムの炭酸水素塩、ナトリウムまたはカリウムの炭酸塩、ナトリウムまたはカリウムの酢酸塩またはトリエチルアミンを挙げることができる。
【００２６】
弱塩基の使用量は、１塩基酸に換算して、ＯＦ−１２３３Ｅ組成物に含まれるフッ化水素１モルに対し、１〜１０モルを使用し、１〜５モルが好ましく、１〜２モルがより好ましい。１モル未満では量論的に不足するので好ましくなく、１０モルを超えるのは無駄であり処理液の廃棄が困難になる。
【００２７】
弱塩基のうち、無機物またはカルボン酸塩の場合、水または有機溶媒などの溶媒と共に使用するのが好ましい。有機溶媒としては、メタノール、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類などの水溶性の溶媒を使用することができる。溶媒としては水が最も好ましい。溶媒は、弱塩基を溶解できればよく、その濃度は飽和溶解度までで使用できる。具体的には、０．０１〜５０質量％の溶液とし、０．１〜３０質量％が好ましく、０．５〜１０質量％がより好ましい。０．０１質量％未満では、処理装置の大型化を招き、５０質量％を超えるとフッ化水素と反応して生成した塩（例えば、フッ化ナトリウム）が析出して操作が困難になることがあり好ましくない。
【００２８】
弱塩基が第三アミンの場合、水または有機溶媒などの溶媒と共に使用してもよいが、水以外は使用しないことが好ましい。有機溶媒としては、メタノール、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類などの水溶性の溶媒が使用できる。
【００２９】
ＯＦ−１２３３Ｅ組成物を弱塩基と接触させる方法は、特に限定されない。ＯＦ−１２３３Ｅ組成物と弱塩基は液−液で接触させるのが簡便であり好ましいが、第三アミンがトリメチルアミンなどの沸点の低い第三アミンの場合は加圧下または低温状態で接触させることができる。接触方法としては、反応（処理）容器中にＯＦ−１２３３Ｅ組成物と弱塩基を仕込み、攪拌する方法が挙げられる。攪拌方法としては、スクリュー型のほか公知の攪拌効率を高めた攪拌羽根を用いる方法、内部または外部のポンプによる液流攪拌、また、液流中にラインミキサーを設け、あるいは吐出部をスパージャーとするなどの攪拌方法を取ることができる。処理容器は、ガラス、ステンレス鋼、フッ素樹脂などの材料またはこれらの材質でライニングされた材料で作成するのが好ましい。
【００３０】
処理温度は、−５〜＋５０℃であり、０〜＋３０℃が好ましい。−５℃未満では処理に時間がかかり、水溶液が凍結することがあり好ましくない。また、＋５０℃を超えると反応容器内の圧力が上昇し耐圧容器が必要となり、または、ＯＦ−１２３３Ｅ組成物に含まれる成分が反応に関与することがあり好ましくない。処理圧力は、大気圧でよいが、反応温度が１９℃を超える場合、または装置を密閉する場合は自圧下で行うことができる。したがって、通常０．１〜５ＭＰａで行う。
【００３１】
処理に要する時間は、ＯＦ−１２３３Ｅ組成物と弱塩基の比率、攪拌効率、処理温度等の処理条件に依存するが、１分〜１００時間であり、３０分〜５０時間が好ましい。
【００３２】
処理をした後の処理組成物（容器内容物）の有機物の組成は、処理前と実質的な変化はない。弱塩基として無機塩基またはカルボン酸塩を使用し水溶液で使用した場合、処理後の容器内容物は二層に分離しているので、分液して有機層を取り出す。
【００３３】
一方、弱塩基として第三アミンを使用した場合、処理後の容器内容物には、処理前のＯＦ−１２３３Ｅ組成物中の各成分とフリーの第三アミン、さらに第三アミンとフッ化水素との塩（「第三アミン／フッ化水素塩」ということがある。）が含まれる。この容器内容物から、ＯＦ−１２３３Ｅを取得する方法は限定されず、蒸留によることもできるが、第三アミンの種類によっては第三アミン／フッ化水素塩が分解してフッ化水素が再生することがある。そこで、例えば次の様な方法を取ることができる。
【００３４】
第三アミン／フッ化水素塩を含むＯＦ−１２３３Ｅ組成物に水を添加して攪拌し、有機層と水層とに分離取得する。フリーのトリエチルアミンなどの第三アミン、第三アミン／フッ化水素塩などは水層に移行し、有機層は、処理前のＯＦ−１２３３Ｅ組成物と同じ組成物の有機物とトリエチルアミンが少量含まれる。
【００３５】
第三アミン／フッ化水素塩を含む水層に無機塩基などの強塩基を添加することで第三アミンを遊離させ水層から分離することができる。無機塩基としては、特に限定されないが、アルカリ金属の水酸化物が好ましい。アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウムなどなどが挙げられる。無機塩基としては、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムが挙げられ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましく、水酸化カリウムが特に好ましい。
【００３６】
この様にして回収した第三アミンは、そのままで、または、乾燥した後、あるいはまた、蒸留精製した後に弱塩基での処理に使用することができる。
【００３７】
何れの方法で処理した有機層であっても、この有機層にはフッ化水素を含まないため、水洗浄、乾燥、蒸留などの通常の有機反応生成物の精製方法を適用できる。また、弱塩基での処理では、水酸化ナトリウムなどの強塩基での処理と異なり、ＯＦ−１２２４などのようなＯＦ−１２３３Ｅとの分離困難な成分が生成しないので、簡単な蒸留により高純度のＯＦ−１２３３Ｅを得ることができる。
【００３８】
有機層は蒸留の前または後に乾燥させることができる。乾燥は、合成ゼオライト、シリカゲル、無水塩化カルシウム、五酸化リンなどの固体乾燥剤を用いるのが簡便で好ましい。合成ゼオライトとしては、３A、４Ａ、５Ａ、１３Ｘなどが使用できる。
【実施例】
【００３９】
以下、具体的に実施例を示してより詳細に説明するが、実施態様はこれに限定されない。有機物の組成は、別途注釈のない限り、ＦＩＤ検出器によるガスクロマトグラフィにより測定し、記録された「面積％」を「％」と表示した。
【００４０】
［予備洗浄］
予備洗浄として、フッ化水素（HF）を伴う粗（E）−１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペン（ＯＦ−１２３３Ｅ）を水で洗浄した。この粗ＯＦ−１２３３ＥのＨＦ量を滴定法で求めたところ、３．０質量％であった。外気との間にソーダライム管を備え、吹き込み管と、攪拌羽、温度計を備えたＰＦＡ樹脂コート５００ｍＬオートクレーブに水１００ｇを仕込み、氷浴で冷却しながら、粗ＯＦ−１２３３Ｅ：２００ｇを内温が１５℃を超えないように窒素圧で吹き込み管から送入した。送入後一時間攪拌してから、ＰＦＡ製分液ロートで分液して、下層の有機物１８０ｇ、上層の水相１０５ｇを回収した。水相をイオンクロマトグラフィで分析したところ水相に５．７ｇのＨＦ（粗ＯＦ−１２３３Ｅに伴われたＨＦの９５％）が含まれていた。またこの水相をｐＨ試験紙で測定したところｐＨは２であった。有機層に純水を加えてＨＦを抽出し、イオンクロマトグラフィで分析したところ、有機物は０．１７質量％のＨＦを含んでいた。
【００４１】
有機層をガスクロマトグラフィで分析したところ、ＯＦ−１２３３Ｅ：９８．２７３％、ＨＣＦＣ−２３５ｄａ：０．０７７５％、ＯＦ−１２３３Ｚ：０．６７２８％であり、蒸留分離困難なＯＦ−１２２４は０．０００１％以下であった。
【００４２】
［比較例１］
予備洗浄した有機物１５ｇをＰＦＡ製５０ｍＬボトルに取り、水を１０ｇ加え氷水バスで２時間攪拌した。その後、８℃に設定した冷蔵庫で１８時間静定し二層分離した。水相のｐＨをｐＨ試験紙で測定した。有機層は、純水を加えてＨＦを抽出し、イオンクロマトグラフィでフッ素イオン濃度（以後の比較例および実施例において同じ。）を測定してＨＦ濃度に換算し（以後の比較例および実施例において同じ。）、有機組成は、ガスクロマトグラフィで分析した。結果を表１に示す。ＨＦ除去率は次の式で求めた。
【数１】
0005834791.tif 000002
【００４３】
［比較例２］
水に替えて、５質量％ＮａＯＨ水溶液を１０ｇ用いて比較例１と同じ実験を行った。結果を表１に示す。
【００４４】
［比較例３］
水に替えて、０．５質量％ＮａＯＨ水溶液を１０ｇ用いて比較例１と同じ実験を行った。結果を表１に示す。
【００４５】
［実施例１］
水に替えて、５質量％炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）水溶液を１０ｇ用いて比較例１と同じ実験を行った。有機層は水１０ｍＬで２回洗浄してから分析した。結果を表１に示す。
【００４６】
［実施例２］
水に替えて、０．５質量％炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）水溶液を１０ｇ用いて比較例１と同じ実験を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
［実施例３］
水に替えて、５質量％酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）水溶液を１０ｇ用いて比較例１と同じ実験を行った。有機層は水１０ｍＬで２回洗浄してから分析した。結果を表１に示す。
【００４８】
［実施例４］
予備洗浄した有機物１５ｇをＰＦＡ製５０ｍＬボトルに取り、トリエチルアミン（Ｅｔ３Ｎ）を１０ｇ加え氷水バスで２時間攪拌した。その後、８℃に設定した冷蔵庫で１８時間静定し、水１０ｇ加え氷水バスで０．５時間攪拌し、二層分離した。水相のｐＨをｐＨ試験紙で測定したところ１０であった。有機層に純水を加えてＨＦを抽出し、イオンクロマトグラフィでフッ素イオン濃度を測定してＨＦ濃度に換算し、有機組成は、ガスクロマトグラフィで分析した。トリエチルアミン以外の有機物はＯＦ−１２２４：０．０００１％以下、ＯＦ−１２３３Ｅ：９８．２６３９％、ＨＣＦＣ−２３５ｄａ：０．０７５１％、ＯＦ−１２３３Ｅ：０．６４７０％であり、蒸留分離困難なＯＦ−１２２４は実質的に副生しなかった。
【表１】
0005834791.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の製造方法により得られる高純度のＯＦ−１２３３Ｅは洗浄剤、冷媒、ヒートポンプ用の熱媒体、高温作動流体などとして有用である。