JP4058142B2

JP4058142B2 - Method for producing fluorinated iodoethane

Info

Publication number: JP4058142B2
Application number: JP26944597A
Authority: JP
Inventors: 浩二岡野; 幸治加登; 昭雄渡部; 昭治荒井
Original assignee: 東ソ−・エフテック株式会社
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2017-10-02
Also published as: JPH10231261A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン等の弗化沃化エタンの製造方法に関する。さらに詳しくは弗化塩化エタンと金属沃化物を極性溶媒中で反応させ、対応する弗化沃化エタンを製造する方法に関するものである。
【０００２】
本発明における弗化沃化エタンは、そのものが医薬、農薬中間体として利用されるだけでなく、水酸基やアミノ基などのさまざまな官能基を有する有機化合物の弗化エチル化剤として極めて有用な化合物である。
【０００３】
【従来の技術】
従来弗化沃化エタンの製造方法として、いくつかの方法が公知である。例えば、R.S.TipsonらおよびG.V.D.Tiersらは２，２，２−トリフルオロエタノールをトシル化した後、沃化ナトリウムを反応させ２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンを得る方法を開示している（Journal of the American Chemical Society, 75, 5978(1953)）。またL.C.Kroghらは同様の方法で２，２，２−トリフルオロエタノールをホスホニウム化し、沃化ナトリウムと反応させる方法を開示している（Ｔhe Journal of Organic Chemistry, 19, 1124(1954)）。
【０００４】
L.C.Kroghら、およびH.Gilmanらは２，２，２−トリフルオロエチルアミンをジアゾニウム化し、沃素、または沃化水素と反応させ、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンを得る方法を開示している（The Journal of Organic Chemistry, 19, 1124(1954)、Journal of the American Chemical Society, 65, 2037(1943)）。
【０００５】
しかしながら出発原料の２，２，２−トリフルオロエタノールや２，２，２−トリフルオロエチルアミンは一般に高価であり、これらの方法は工業的な製造方法とは成り難い。
【０００６】
R.D.ChambersらおよびR.N.Haszeldineらは、弗化ビニリデンを原料とし、これに弗化沃素を付加する２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンの製造方法を開示している（Journal of Chemical Society, 3379(1961)、Journal of Chemical Society, 923(1954)）。この方法は原料の弗化ビニリデンが重合反応を起こし易く、安全上の問題から運搬が困難であり、入手が難しいばかりでなく、弗化沃素が必要である。通常、弗化沃素は弗素と沃素を反応させて製造する。このため弗素の発生設備が必要となり、特別な設備と技術が必要である。さらに弗化沃素は腐食性が強く、特殊な耐食性材料を用いなければならない。よって、この方法も工業的に経済性に優れた合理的な製造方法とは成り難い。
【０００７】
一方、E.T.McBeeら、J.Hineら、およびF.W.Hoffmannらは２，２，２−トリフルオロ−１−ブロモエタンや２−フルオロ−１−ブロモエタンと沃化カリウムまたは沃化ナトリウムを反応させて、対応する弗化沃化エタンを得る製造方法を開示している（Journal of the American Chemical Society, 84, 3157(1962)、The Journal of Organic Chemistry, 23, 1550(1958)、The Journal of Organic Chemistry, 14, 104(1949)）。これらの製造方法では弗化臭化エタンが原料として使用される。原料となるこれらの弗化臭化エタンは、例えば対応する弗化エタンを臭素化して製造する必要があり、製造プロセスが長くなり、高価であるうえ、さらに工業的原料として一般に入手が困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の弗化沃化エタンの製造方法は、原料が高価であるとか、原料の輸送に安全上の問題があって、入手が困難であるとか、弗素を発生させる特別な設備が必要であるとか、またプロセスが長くなるといった問題が有り、いずれも弗化沃化エタンの工業的製造方法としては不適当なものであった。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、原料の入手が容易かつ安価で、簡便な製造プロセスにより得ることができる弗化沃化エタンの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、安価で工業的に入手が容易な弗化塩化エタンと金属沃化物を用いて直接弗化沃化エタンを製造する方法を鋭意検討し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は極性溶媒中で一般式（Ｉ）
ＣＦ_mＸ_nＣＨ₂Ｃｌ（Ｉ）
（ただし式中、ｍは１ないし３の整数であり、ｎは３−ｍを示し、Ｘはｎが１のときはＣｌまたはＨを、ｎが２のときはＣｌおよび／またはＨを表す）
で表わされる弗化塩化エタンと金属沃化物を反応させることを特徴とする一般式（II）
ＣＦ_mＸ_nＣＨ₂Ｉ（II）
（ただし式中、Ｘ、ｍおよびｎは前記定義に同じ）
で表わされる弗化沃化エタンの製造方法、
および、アセトン中で２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタンと金属沃化物を反応させて、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンを製造した後、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンとアセトンの共沸組成物を取り出し、該共沸組成物に水を加え、粗２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン相とアセトン−水相に分離した後、粗２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンを蒸留することを特徴とする高純度２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンの製造方法に関するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の製造方法において原料として用いられる化合物は前記一般式（Ｉ）で表される弗化塩化エタンである。前記一般式（Ｉ）で表される弗化塩化エタンは、２−フルオロ−１−クロロエタン、２，２−ジフルオロ−１−クロロエタン、２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタン、２−フルオロ−１，２，２−トリクロロエタンおよび２，２−ジフルオロ−１，２−ジクロロエタンが挙げられる。本発明の原料化合物となる前記一般式（Ｉ）で表される化合物は対応する例えばジクロロエタン、塩化ビニリデン、トリクロロエチレン等の塩素化炭化水素化合物の弗素化により容易に得ることができ、工業的にも入手が容易である。
【００１４】
例えば、２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタンは触媒存在下にトリクロロエチレンと弗化水素を反応させて造られており、工業的に重要な１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）の重要な中間体である。これら原料である弗化塩化エタンは一般に市販品として入手できるものをそのまま使用することができる。
【００１５】
本発明において弗化塩化エタンと反応させる金属沃化物は、アルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の沃化物である。アルカリ金属の沃化物としては、例えば、沃化リチウム、沃化ナトリウム、沃化カリウム、沃化ルビジウムが挙げられ、アルカリ土類金属の沃化物としては、例えば、沃化マグネシウム、沃化カルシウム、沃化ビスマス等が挙げられる。これらのうち、反応性、収率および経済性から、沃化ナトリウムまたは沃化カリウムが好ましい。
【００１６】
本発明において溶媒として用いる極性溶媒は電気双極子を有する液体であれば特に限定されないが、例えば、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、エステル類、スルホキシド類、ニトリル類、エーテル類、アミン類、アミド類、グリコール類、ニトロ化合物が挙げられる。これらの内、好ましい極性溶媒は、ケトン類、スルホキシド類、ニトリル類、エーテル類、エステル類、アミド類である。これらの好ましい極性溶媒の内、ケトン類としてはアセトン、２−ブタノン、４−メチル−２−ペンタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、アセトフェノン等が、スルホキシド類としてはジメチルスルホキシド、スルホランが、ニトリル類としてはアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルが、エーテル類としてはメチルグリコールエーテル、エチルグリコールエーテルや、ポリエチレングリコールアルキルエーテル類等が、エステル類としては酢酸エチル、アセト酢酸エチル、γ−ブチロラクトン等が、アミド類としてはＮ−メチルピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素等が挙げられる。これらの内、より好ましくはケトン類としてはアセトン、２−ブタノン、４−メチル−２−ペンタノンが、スルホキシド類としてはスルホラン、ジメチルスルホキシドが、ニトリル類としてはアセトニトリルが、エーテル類としてはジグライムが、エステル類としてはγ−ブチロラクトンが、アミド類としてはＮ−メチルピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素等が挙げられる。これらの内、最も好ましい極性溶媒はアセトン、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素である。これらの極性溶媒は必要に応じ混合して用いてもよい。
【００１７】
なお、ベンゼン等の無極性溶媒は、原料の金属沃化物が溶解せず、反応が進行しないため、不適当である。
【００１８】
本発明方法により製造される弗化沃化エタンは、前記一般式（ＩＩ）で表される化合物であり、２−フルオロ−１−ヨードエタン、２，２−ジフルオロ−１−ヨードエタン、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン、２−フルオロ−２，２−ジクロロ−１−ヨードエタンおよび２，２−ジフルオロ−２−クロロ−１−ヨードエタンが挙げられる。
【００１９】
本発明方法は、これらの原料と極性溶媒を用いて反応を行う。反応はバッチ式、半バッチ式、連続式があるが、いずれの方式でも実施できる。以下に攪拌機を備えた加圧容器を使用するバッチ式を例として説明する。
【００２０】
まず加圧容器に金属沃化物および極性溶媒を仕込む。次に加圧容器を閉じ、空隙の空気を原料または反応に対して不活性なガス（以下、不活性ガス）で十分に置換する。その後原料の弗化塩化エタンを充填した後、攪拌しながら昇温し、所定の反応温度で反応する。ここで使用できる不活性ガスは、例えば、原料の弗化塩化エタン、窒素、アルゴン、炭酸ガス等が挙げられる。これらの内、好ましくは原料の弗化塩化エタンおよび／または窒素である。
【００２１】
本発明方法において、原料の弗化塩化エタンに対して金属沃化物のモル比は０．１〜５．０倍モルが使用されるが、好ましくは０．５〜１．５倍モルである。モル比が０．１倍モル未満では弗化塩化エタンの転化率が小さく、経済的ではない。一方５．０倍モルを超えると未反応の金属沃化物が多くなり、経済性が損なわれる。
【００２２】
極性溶媒の使用量は用いる極性溶媒の種類や、金属沃化物の種類によって異なり、一元的に決定する事は困難であるが、金属沃化物１００ｇに対して極性溶媒１００〜５，０００ｍｌとすれば良く、好ましくは１５０〜２，０００ｍｌである。極性溶媒が１００ｍｌ未満では金属沃化物が十分に溶解せず、十分な反応速度が得られない。また弗化塩化エタンの転化率も小さくなり好ましくない。一方極性溶媒が５，０００ｍｌを超えると反応一回当たりの生産量が小さくなり経済性が損なわれる。
【００２３】
本発明方法における反応温度は、８０℃以上２５０℃以下の範囲で適宜選択すればよい。さらに好ましくは１００℃〜２００℃である。反応温度が８０℃未満では反応速度が著しく遅く、反応を完結させるには長い時間を要し実用的でない。また２５０℃を超えると副生成物が増加し弗化沃化エ夕ンの選択性が低下する。
【００２４】
本発明方法における反応圧力は特に制限はないが、本発明の反応条件下では、自圧で約３ＭＰａとなる。必要があれば反応は不活性な窒素、アルゴンを加えて加圧してもよいが、好ましくは反応条件下で５ＭＰａ以下がよい。これ以上の圧力では加圧容器に掛る設備費が増大し、好ましくない。
【００２５】
攪拌速度は加圧容器の大きさや形状に応じて異なるが、攪拌が十分にできる速度を選択すればよい。
【００２６】
本発明方法における反応時間は特に限定されるものではないが、５〜３０時間、好ましくは１５〜２０時間がよい。５時間未満では弗化塩化エタンの転化率が不十分であり、３０時間を超えても反応はそれ以上進行せず不必要である。
【００２７】
本発明方法によれば本反応終了後、加圧容器を冷却し、未反応の弗化塩化エタンを冷却トラップで回収し、不活性ガスをパージする。しかる後に加圧容器から所望の弗化沃化エタン、極性溶媒、未反応の金属沃化物、生成した金属塩化物から成る反応混合物を得る。通常、反応混合物中の金属塩化物は塩として沈殿しているので、ろ過や遠心分離器で塩を分離し、弗化沃化エタン、極性溶媒、未反応の金属沃化物からなる反応生成物溶液を得る。この溶液より所望の弗化沃化エタンは常法に従って、蒸留分離し、高純度の弗化沃化エタンを得る事ができる。
【００２８】
本発明者らはさらに前記一般式（II）においてｍ＝３、ｎ＝０である２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンと本発明の最も好ましい極性溶媒であるアセトンは、重量比約７５〜８１：１９〜２５、沸点６０〜６６℃の最高共沸組成を形成することを見い出した。
【００２９】
この最高共沸組成を形成する性質を２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンの分離精製プロセスに適用すると、効率的かつ廃棄物の少ない簡便なプロセスとなる。
【００３０】
２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンとアセトンの沸点は各々５５℃、５６℃である。これらの沸点の差は約１℃と小さく、これを蒸留分離するには通常の蒸留操作では極めて困難である。そこで前述の最高共沸組成を形成する性質を利用することで初めて効率的、かつ廃棄物の少ない２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンの分離プロセスとすることが可能となる。
【００３１】
本発明の２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンの精製方法によれば、例えば、次の手順によって分離精製すればよい。
【００３２】
まず加圧容器より未反応の原料の弗化塩化エタンである２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタン、反応生成物の弗化沃化エタンである２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン、および極性溶媒であるアセトンをフラッシュさせ、冷却した容器に移す。これを蒸留して未反応の原料の弗化塩化エタンを分離する。この蒸留を行うにあたっては必要ならば加圧蒸留を行ってもよい。未反応の原料を分離したボトム液は２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンとアセトンを含む。この溶液は常圧において蒸留により、沸点５６℃のアセトンと沸点６２〜６４℃の２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン−アセトン最高共沸組成物に分離する。
【００３３】
次にボトム液である２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン−アセトン最高共沸組成物に水を加えて、攪拌、静置すると、下層の粗２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン相と上層のアセトン−水溶液相の２層に分離できる。この時使用する水の量は０．５〜１０倍量であり、好ましくは１〜５倍量である。水量が０．５倍量未満ではアセトンを十分に抽出分離できず、また１０倍量を超えるとアセトンを回収する水量が多くなり経済性が損なわれる。粗２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンは常圧蒸留により塔頂から高純度の２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンが製品として得られ、ボトム液として２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン−アセトン最高共沸組成物が残る。
【００３４】
このようにして高純度の２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンを精製分離することができる。
【００３５】
２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンを本発明により工業的に製造する場合のプロセスの一実施態様を図１に示した。
【００３６】
沃化ナトリウム、２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタンおよびアセトンを加圧容器１に投入し、反応させる。その後、ライン６により反応液をフラッシュさせ、十分に冷却して容器２に移送する。その時加圧容器１には未反応の沃化ナトリウムと塩化ナトリウムが固体として分離され残る。その後回分蒸留塔３を用いて加圧下に２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタンを回収し、続いて常圧下にアセトンの一部を回収する。回収された２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタンは再び原料として用いられ、回収されたアセトンは加圧容器１に戻され、加圧容器１内に残る沃化ナトリウムを溶解し、アセトンに溶解しない塩化ナトリウムと分離する。その後、このアセトン−沃化ナトリウム溶液は加圧容器１に戻され、極性溶媒および原料として再び利用する。蒸留塔３のボトム液は２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン−アセトン最高共沸組成物である。この共沸組成物をライン７を用い、二相分離器４に送り、水を加えて水洗する。二相分離により得られた下層の粗２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンはライン８により蒸留塔５に送られ、製品としての高純度の２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタンと、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン−アセトン共沸組成物に分離される。ボトム液として残った２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン−アセトン共沸組成物はライン９により、二層分離器４に戻される。一方、二相分離された上層の水―アセトン組成物は蒸留により、水、アセトンに蒸留分離し、アセトンは再び極性溶媒として利用する。
【００３７】
以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし記載した実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
【００３８】
【実施例】
なお、実施例中の弗化沃化エタン選択率、弗化塩化エタン転化率は下記（１）式により計算した。
【００３９】
【数１】

【００４０】
実施例１
２，２，２−トリフルオロ−１−クロロエタン（以下、「ＴＦＥＣ」とする）３４．０ｇ（０．２８７ｍｏｌ）、アセトン１００ｍｌ、沃化ナトリウム（以下、「ＮａＩ」とする）４３．３ｇ（０．２８９ｍｏｌ）を２００ｍｌオートクレーブに取り、１８０℃まで加熱、昇温し、その温度を維持して１８時間反応させた。
【００４１】
その後、室温まで冷却し、反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した。
【００４２】
その結果、ＴＦＥＣ転化率５２．２％、２，２，２−トリフルオロ−１−ヨードエタン（以下、「ＴＦＥＩ」とする）選択率９２．０％であった。
【００４３】
実施例２
ＴＦＥＣ７１２．４ｇ（６．０ｍｏｌ）、アセトン２Ｌ、ＮａＩ９０３．４ｇ（６．０ｍｏｌ）を５Ｌのオートクレーブに取り、１８０℃まで加熱し、１８０℃を維持して１８時間反応させた。
【００４４】
その後、室温まで冷却し、反応液を取り出した。この時反応液の分析の結果、この時のＴＦＥＣの転化率は５３．９％、ＴＦＥＩの選択率は８８．０％であった。
【００４５】
実施例３〜５
反応温度のみを変更して、実施例１と同様に反応を行い、表１に示したような結果を得た。
【００４６】
【表１】

【００４７】
実施例６〜１９
実施例１と同様の方法で溶媒の種類について検討を行った結果を表２に示す。なお、各溶媒は１００ｍｌ使用した。
【００４８】
【表２】

【００４９】
実施例２０
実施例１において、ＮａＩを沃化カリウム（以下、「ＫＩ」と略称する）に変えて行う以外同様の方法で行った。
【００５０】
ＴＦＥＣ３１．４ｇ（０．２６５ｍｏｌ）、アセトン１００ｍｌ、ＫＩ４３．６ｇ（０．２６３ｍｏｌ）を２００ｍｌオートクレーブに取り、１８０℃まで加熱し、１８０℃を維持して１８時間反応させた。
【００５１】
その後、室温まで冷却し、反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した。
【００５２】
その結果、ＴＦＥＣ転化率２１．４％、ＴＦＥＩ選択率３５．２％であった。
【００５３】
実施例２１
２，２−ジフルオロ−１−クロロエタン３０．０ｇ（０．２９９ｍｏｌ）、アセトン１００ｍｌ、ＮａＩ４５．３ｇ（０．３０２ｍｏｌ）を２００ｍｌオートクレーブに取り、１６０℃まで加熱し、１６０℃を維持して１８時間反応させた。
【００５４】
その後、室温まで冷却し、反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した。
【００５５】
その結果、２，２−ジフルオロ−１−クロロエタン転化率５５．２％、２，２−ジフルオロ−１−ヨードエタン選択率８５．０％であった。
【００５６】
実施例２２
ガラス製蒸留塔（直径２５ｍｍ、充填剤スルーザー、有効充填高さ３８５ｍｍ）にアセトン６１．８重量％、ＴＦＥＩ３８．２重量％を含む混合液２０３．８ｇを仕込み、蒸留を行い、表３に示すような結果を得た。
【００５７】
【表３】

【００５８】
実施例２３
アセトン６．４重量％、ＴＦＥＩ９３．６重量％を含む混合液２４１．７ｇを用いた以外、実施例１６と同じように蒸留を行い、表４に示すような結果を得た。
【００５９】
【表４】

【００６０】
実施例２２、２３の結果により、アセトンとＴＦＥＩは最高共沸組成物を作り、その組成はアセトン１９〜２５重量％、ＴＦＥＩ７５〜８１重量％であった。
実施例２４
実施例２で得られた反応液２３４３ｇから単蒸留により、ＴＦＥＣ２３７．５ｇおよびアセトン１，１６２ｇを回収し、ＴＦＥＩ−アセトン共沸組成物６６９ｇを得た。このＴＦＥＩ−アセトン共沸組成物を水３．３Ｌで２回洗浄し、純度９８．３％の粗ＴＦＥＩ５０７ｇを得た。
【００６１】
これを蒸留し、純度９９．９％のＴＦＥＩを４９８ｇ得た。ＴＦＥＩの単離収率は３９．５％であった。この時蒸留塔ボトムにＴＦＥＩ−アセトン共沸組成物が残った。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、原料の入手が容易かつ安価な弗化塩化エタンと金属沃化物を用い、極性溶媒中で反応させ、高い選択率で弗化沃化エタンを簡便に製造することができ、従来の製造方法に較べて工業的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弗化沃化エタンの製造方法の一実施態様を示すプロセス図。
【符号の説明】
１加圧容器
２容器
３蒸留塔
４二相分離器
５蒸留塔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing fluorinated iodoethane such as 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane. More particularly, the present invention relates to a method for producing a corresponding fluorinated iodoethane by reacting fluorinated chloroethane and metal iodide in a polar solvent.
[0002]
The fluorinated iodoethane in the present invention is not only used as a pharmaceutical or agrochemical intermediate, but is also a very useful compound as an fluorinated ethylating agent for organic compounds having various functional groups such as hydroxyl groups and amino groups. It is.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, several methods are known as methods for producing chloroiodoiodoethane. For example, RSTipson et al. And GVDTiers et al. Disclose a method for tosylating 2,2,2-trifluoroethanol and then reacting with sodium iodide to obtain 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane ( Journal of the American Chemical Society, 75, 5978 (1953)). LCKrogh et al. Discloses a method of

phosphoniumating

2,2,2-trifluoroethanol and reacting with sodium iodide by the same method (The Journal of Organic Chemistry, 19, 1124 (1954)).
[0004]
LCKrogh et al. And H. Gilman et al. Disclose a method for diazoniumization of 2,2,2-trifluoroethylamine and reaction with iodine or hydrogen iodide to obtain 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane. (The Journal of Organic Chemistry, 19, 1124 (1954), Journal of the American Chemical Society, 65, 2037 (1943)).
[0005]
However, 2,2,2-trifluoroethanol and 2,2,2-trifluoroethylamine as starting materials are generally expensive, and these methods are unlikely to be industrial production methods.
[0006]
RDChambers et al. And RNHaszeldine et al. Disclose a process for producing 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane using vinylidene fluoride as a raw material and adding iodine fluoride thereto (Journal of Chemical Society, 3379 ( 1961), Journal of Chemical Society, 923 (1954)). In this method, the raw material vinylidene fluoride is liable to undergo a polymerization reaction, is difficult to transport due to safety problems, is difficult to obtain, and requires iodine fluoride. Usually, iodine fluoride is produced by reacting fluorine and iodine. For this reason, a facility for generating fluorine is required, and special facilities and techniques are required. Furthermore, iodine fluoride is highly corrosive and special corrosion resistant materials must be used. Therefore, this method is also unlikely to be a rational production method that is industrially economical.
[0007]
On the other hand, ETMcBee et al., J. Hine et al., FWHoffmann et al. Reacted 2,2,2-trifluoro-1-bromoethane or 2-fluoro-1-bromoethane with potassium iodide or sodium iodide to give the corresponding fluoride. A production method for obtaining ethaneiodinated ethane is disclosed (Journal of the American Chemical Society, 84, 3157 (1962), The Journal of Organic Chemistry, 23, 1550 (1958), The Journal of Organic Chemistry, 14, 104. (1949)). In these production methods, fluorinated bromobromoethane is used as a raw material. These fluorinated bromobromide ethanes used as raw materials need to be produced by bromination of the corresponding fluorinated ethane, for example, which makes the production process long and expensive, and is generally difficult to obtain as industrial raw materials. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional method for producing chloroiodoiodoethane is such that the raw material is expensive, there are safety problems in the transportation of the raw material, it is difficult to obtain, or special equipment for generating fluorine is required. In addition, there is a problem that the process becomes long, both of which are unsuitable as an industrial method for producing fluorinated iodoethane.
[0009]
The problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing chloroiodoiodoethane, which is easy and inexpensive to obtain raw materials and can be obtained by a simple production process.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied a method for directly producing fluoroiodoethane using chlorofluoroethane and metal iodide, which are inexpensive and easily available industrially. It came to complete.
[0011]
That is, the present invention relates to the general formula (I) in a polar solvent.
CF _m X _n CH ₂ Cl (I)
(Wherein, m is an integer of 1 to 3, n represents 3-m, X represents Cl or H when n is 1, and Cl and / or H when n is 2)
General formula (II) characterized by reacting fluorinated chloroethane represented by the formula (II) with metal iodide
CF _m X _n CH ₂ I (II)
(Wherein X, m and n are the same as defined above)
A process for producing chloroiodoiodoethane represented by:
And 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane and metal iodide are reacted in acetone to produce 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane; An azeotropic composition of fluoro-1-iodoethane and acetone is taken out, and water is added to the azeotropic composition to separate into a crude 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane phase and an acetone-water phase. those concerning the manufacturing how

high purity

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane, which comprises distilling a 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0013]
The compound used as a raw material in the production method of the present invention is fluorinated chloroethane represented by the above general formula (I). The fluorinated chloroethane represented by the general formula (I) is 2-fluoro-1-chloroethane, 2,2-difluoro-1-chloroethane, 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane, 2-fluoro -1,2,2-trichloroethane and 2,2-difluoro-1,2-dichloroethane. The compound represented by the above general formula (I) as the raw material compound of the present invention can be easily obtained by fluorination of a corresponding chlorinated hydrocarbon compound such as dichloroethane, vinylidene chloride, trichloroethylene, etc. Easy to obtain.
[0014]
For example, 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane is produced by reacting trichlorethylene and hydrogen fluoride in the presence of a catalyst, and industrially important 1,1,1,2-tetrafluoroethane ( It is an important intermediate of HFC134a). As the raw material fluorinated chloroethane, commercially available products can be used as they are.
[0015]
In the present invention, the metal iodide to be reacted with fluorinated chloroethane is an alkali metal and / or alkaline earth metal iodide. Examples of the alkali metal iodide include lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, and rubidium iodide. Examples of the alkaline earth metal iodide include magnesium iodide, calcium iodide, and iodine. Bismuth chloride etc. are mentioned. Of these, sodium iodide or potassium iodide is preferred from the viewpoint of reactivity, yield, and economy.
[0016]
The polar solvent used as a solvent in the present invention is not particularly limited as long as it is a liquid having an electric dipole. For example, alcohols, aldehydes, ketones, esters, sulfoxides, nitriles, ethers, amines, amides are used. , Glycols, and nitro compounds. Of these, preferred polar solvents are ketones, sulfoxides, nitriles, ethers, esters, and amides. Among these preferred polar solvents, ketones include acetone, 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone, cyclopentanone, cyclohexanone, acetophenone, etc., sulfoxides include dimethyl sulfoxide, sulfolane, and nitriles. Acetonitrile, propionitrile, and benzonitrile are ethers such as methyl glycol ether, ethyl glycol ether, and polyethylene glycol alkyl ethers, and esters include ethyl acetate, ethyl acetoacetate, γ-butyrolactone, and amides. N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, tetramethylurea and the like. Among these, more preferably, ketones are acetone, 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone, sulfoxides are sulfolane, dimethyl sulfoxide, nitriles are acetonitrile, ethers are diglyme, Examples of esters include γ-butyrolactone, and examples of amides include N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and tetramethylurea. It is done. Of these, the most preferred polar solvents are acetone, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and tetramethylurea. . You may mix and use these polar solvents as needed.
[0017]
A nonpolar solvent such as benzene is not suitable because the starting metal iodide does not dissolve and the reaction does not proceed.
[0018]
The fluoroiodoethane produced by the method of the present invention is a compound represented by the above general formula (II), and includes 2-fluoro-1-iodoethane, 2,2-difluoro-1-iodoethane, 2,2, Examples include 2-trifluoro-1-iodoethane, 2-fluoro-2,2-dichloro-1-iodoethane and 2,2-difluoro-2-chloro-1-iodoethane.
[0019]
In the method of the present invention, the reaction is carried out using these raw materials and a polar solvent. There are batch, semi-batch and continuous reactions, but any reaction can be carried out. Hereinafter, a batch type using a pressure vessel equipped with a stirrer will be described as an example.
[0020]
First, a metal iodide and a polar solvent are charged into a pressure vessel. Next, the pressurized container is closed, and the air in the gap is sufficiently replaced with a raw material or a gas inert to the reaction (hereinafter referred to as an inert gas). Thereafter, the raw material fluorinated chloroethane is charged, and then the temperature is raised with stirring to react at a predetermined reaction temperature. Examples of the inert gas that can be used here include raw material fluorinated chlorochloride, nitrogen, argon, and carbon dioxide. Of these, the raw material is fluorinated chlorochloroethane and / or nitrogen.
[0021]
In the method of the present invention, the molar ratio of the metal iodide to the raw material fluorinated chloroethane is 0.1 to 5.0 times mol, preferably 0.5 to 1.5 times mol. If the molar ratio is less than 0.1 times mol, the conversion rate of fluorinated chloroethane is small, which is not economical. On the other hand, if the amount exceeds 5.0 moles, the amount of unreacted metal iodide increases and the economic efficiency is impaired.
[0022]
The amount of polar solvent used varies depending on the type of polar solvent used and the type of metal iodide, and it is difficult to determine it in a unified manner. However, if the polar solvent is 100 to 5,000 ml with respect to 100 g of metal iodide, It is preferably 150 to 2,000 ml. If the polar solvent is less than 100 ml, the metal iodide is not sufficiently dissolved and a sufficient reaction rate cannot be obtained. In addition, the conversion rate of fluorinated chloroethane is undesirably small. On the other hand, when the polar solvent exceeds 5,000 ml, the production amount per reaction becomes small, and the economy is impaired.
[0023]
What is necessary is just to select suitably the reaction temperature in this invention method in the range of 80 to 250 degreeC. More preferably, it is 100 degreeC-200 degreeC. When the reaction temperature is less than 80 ° C., the reaction rate is extremely slow, and it takes a long time to complete the reaction, which is not practical. On the other hand, if the temperature exceeds 250 ° C., by-products increase and the selectivity of the fluoroiodide catalyst decreases.
[0024]
The reaction pressure in the method of the present invention is not particularly limited. If necessary, the reaction may be pressurized by adding inert nitrogen or argon, but preferably 5 MPa or less under the reaction conditions. If the pressure is higher than this, the equipment cost for the pressurized container increases, which is not preferable.
[0025]
The stirring speed varies depending on the size and shape of the pressurized container, but a speed capable of sufficient stirring may be selected.
[0026]
The reaction time in the method of the present invention is not particularly limited, but is 5 to 30 hours, preferably 15 to 20 hours. If the time is less than 5 hours, the conversion rate of fluorinated chloroethane is insufficient, and if the time exceeds 30 hours, the reaction does not proceed further and is unnecessary.
[0027]
According to the method of the present invention, after completion of this reaction, the pressurized container is cooled, unreacted fluorinated chlorochloroethane is recovered with a cooling trap, and inert gas is purged. Thereafter, a reaction mixture composed of the desired chloroiodoiodoethane, polar solvent, unreacted metal iodide, and produced metal chloride is obtained from the pressure vessel. Usually, metal chloride in the reaction mixture is precipitated as a salt. Therefore, the salt is separated by filtration or a centrifuge, and a reaction product solution consisting of fluorinated iodoethane, polar solvent, and unreacted metal iodide. Get. From this solution, the desired chloroiodoiodoethane can be distilled and separated in a conventional manner to obtain high purity fluoriodoethane.
[0028]
Further, the inventors of the present invention have a weight ratio of 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane in which m = 3 and n = 0 in the general formula (II) and acetone, which is the most preferred polar solvent of the present invention, in a weight ratio of about 75-81: 19-25, found to form the highest azeotropic composition with a boiling point of 60-66 ° C.
[0029]
When this property of forming the highest azeotropic composition is applied to the separation and purification process of 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane, it becomes an efficient and simple process with little waste.
[0030]
The boiling points of 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane and acetone are 55 ° C. and 56 ° C., respectively. The difference between these boiling points is as small as about 1 ° C., and it is extremely difficult to separate them by ordinary distillation. Therefore, by using the above-mentioned property of forming the highest azeotropic composition, it is possible to achieve an efficient and

low waste

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane separation process.
[0031]
According to the method for purifying 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane of the present invention, for example, it may be separated and purified by the following procedure.
[0032]
First, 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane, which is an unreacted raw material fluorinated chloroethane, and 2,2,2-trifluoro-1, which is a fluorinated iodoethane, which is a reaction product, from a pressurized vessel. -Iodoethane and acetone, a polar solvent, are flushed and transferred to a cooled container. This is distilled to separate unreacted raw material chlorofluoroethane. In performing this distillation, if necessary, pressure distillation may be performed. The bottom liquid from which the unreacted raw material has been separated contains 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane and acetone. This solution is separated by distillation at atmospheric pressure into acetone having a boiling point of 56 ° C. and a 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane-acetone maximum azeotrope having a boiling point of 62-64 ° C.
[0033]
Next, water is added to the

bottom liquid

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane-acetone highest azeotropic composition, and the mixture is stirred and allowed to stand. -It can be separated into two layers, iodoethane phase and upper acetone-water solution phase. The amount of water used at this time is 0.5 to 10 times, preferably 1 to 5 times. If the amount of water is less than 0.5 times, acetone cannot be sufficiently extracted and separated, and if it exceeds 10 times, the amount of water for recovering acetone increases and the economy is impaired.

Crude

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane is obtained as a product of high-

purity

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane from the top of the column by atmospheric distillation, and 2,2,2 as the bottom liquid. -The trifluoro-1-iodoethane-acetone maximum azeotrope remains.
[0034]
In this way,

high purity

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane can be purified and separated.
[0035]
One embodiment of the process when industrially producing 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane according to the present invention is shown in FIG.
[0036]
Sodium iodide, 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane and acetone are put into the pressure vessel 1 and reacted. Thereafter, the reaction solution is flushed by the line 6, sufficiently cooled, and transferred to the container 2. At that time, unreacted sodium iodide and sodium chloride remain separated in the pressure vessel 1 as solids. Thereafter, 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane is recovered under pressure using the batch distillation column 3, and then a part of acetone is recovered under normal pressure. The recovered 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane is used again as a raw material, and the recovered acetone is returned to the pressure vessel 1 to dissolve the sodium iodide remaining in the pressure vessel 1, and the acetone. Separated from sodium chloride that does not dissolve in water. Thereafter, the acetone-sodium iodide solution is returned to the pressure vessel 1 and reused as a polar solvent and a raw material. The bottom liquid of the distillation column 3 is 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane-acetone highest azeotropic composition. This azeotropic composition is sent to the two-phase separator 4 using the line 7, and water is added and washed. The

lower crude

2,2,2-trifluoro-1-iodoethane obtained by the two-phase separation is sent to the distillation column 5 by a line 8 to produce high-

purity

2,2,2-trifluoro-1- Separated into iodoethane and 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane-acetone azeotrope. The 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane-acetone azeotrope remaining as bottom liquid is returned to the two-layer separator 4 via line 9. On the other hand, the upper layer water-acetone composition separated into two phases is separated by distillation into water and acetone by distillation, and acetone is used again as a polar solvent.
[0037]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the described embodiments do not limit the scope of the present invention.
[0038]
【Example】
In the examples, the fluorinated iodoethane selectivity and the fluorinated chloroethane conversion were calculated according to the following formula (1).
[0039]
[Expression 1]

[0040]
Example 1
2,2,2-trifluoro-1-chloroethane (hereinafter referred to as “TFEC”) 34.0 g (0.287 mol), acetone 100 ml, sodium iodide (hereinafter referred to as “NaI”) 43.3 g (0 289 mol) was placed in a 200 ml autoclave, heated to 180 ° C. and heated, and allowed to react for 18 hours while maintaining that temperature.
[0041]
Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and the reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography.
[0042]
As a result, the TFEC conversion rate was 52.2% and the 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane (hereinafter referred to as “TFEI”) selectivity was 92.0%.
[0043]
Example 2
TFEC 712.4 g (6.0 mol), acetone 2 L, and NaI 903.4 g (6.0 mol) were placed in a 5 L autoclave, heated to 180 ° C., and maintained at 180 ° C. for 18 hours.
[0044]
Then, it cooled to room temperature and took out the reaction liquid. As a result of analysis of the reaction solution at this time, the conversion of TFEC at this time was 53.9%, and the selectivity for TFEI was 88.0%.
[0045]
Examples 3-5
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was changed, and the results as shown in Table 1 were obtained.
[0046]
[Table 1]

[0047]
Examples 6-19
Table 2 shows the results of investigations on the types of solvents in the same manner as in Example 1. In addition, 100 ml of each solvent was used.
[0048]
[Table 2]

[0049]
Example 20
In Example 1, the same procedure was followed except that NaI was replaced with potassium iodide (hereinafter abbreviated as “KI”).
[0050]
31.4 g (0.265 mol) of TFEC, 100 ml of acetone, and 43.6 g (0.263 mol) of KI were placed in a 200 ml autoclave, heated to 180 ° C., and allowed to react for 18 hours while maintaining 180 ° C.
[0051]
Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and the reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography.
[0052]
As a result, the TFEC conversion rate was 21.4% and the TFEI selectivity was 35.2%.
[0053]
Example 21
2,2-difluoro-1-chloroethane (30.0 g, 0.299 mol), acetone (100 ml), NaI (45.3 g, 0.302 mol) were placed in a 200 ml autoclave, heated to 160 ° C, and maintained at 160 ° C for 18 hours. I let you.
[0054]
Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and the reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography.
[0055]
As a result, the conversion rate of 2,2-difluoro-1-chloroethane was 55.2%, and the selectivity of 2,2-difluoro-1-iodoethane was 85.0%.
[0056]
Example 22
As shown in Table 3, a glass distillation column (diameter 25 mm, filler sulzer, effective filling height 385 mm) was charged with 203.8 g of a mixture containing 61.8 wt% acetone and 38.2 wt% TFEI, and distilled. Results were obtained.
[0057]
[Table 3]

[0058]
Example 23
Distillation was performed in the same manner as in Example 16 except that 241.7 g of a mixed solution containing 6.4% by weight of acetone and 93.6% by weight of TFEI was used, and the results shown in Table 4 were obtained.
[0059]
[Table 4]

[0060]
According to the results of Examples 22 and 23, acetone and TFEI produced the highest azeotropic composition, which was 19-25% by weight of acetone and 75-81% by weight of TFEI.
Example 24
TFEC 237.5g and acetone 1,162g were collect | recovered by simple distillation from 2343g of the reaction liquid obtained in Example 2, and 669g of TFEI-acetone azeotrope compositions were obtained. This TFEI-acetone azeotrope was washed twice with 3.3 L of water to obtain 507 g of crude TFEI having a purity of 98.3%.
[0061]
This was distilled to obtain 498 g of TFEI having a purity of 99.9%. The isolated yield of TFEI was 39.5%. At this time, the TFEI-acetone azeotrope remained at the bottom of the distillation column.
[0062]
【The invention's effect】
The production method of the present invention can easily produce fluoroiodoethane with high selectivity by reacting in a polar solvent using fluorinated fluorinated ethane and metal iodide, which are readily available as raw materials. Compared with the conventional manufacturing method, it is extremely useful industrially.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing one embodiment of the method for producing fluorinated iodoethane of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Pressurized container 2 Container 3 Distillation tower 4 Two-phase separator 5 Distillation tower

Claims

Formula (I) in a polar solvent
CF _m X _n CH ₂ Cl (I)
(Wherein, m is an integer of 1 to 3, n represents 3-m, X represents Cl or H when n is 1, and Cl and / or H when n is 2)
General formula (II) characterized by reacting fluorinated chloroethane represented by the formula (II) with metal iodide
CF _m X _n CH ₂ I (II)
(Wherein X, m and n are the same as defined above)
A process for producing chloroiodoiodoethane represented by the formula:

The fluorinated chloroethane represented by the general formula (I) is 2-monofluoro-1-chloroethane, and the fluorinated iodoethane represented by the general formula (II) is 2-monofluoro-1-iodoethane. The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1.

The fluorinated chloroethane represented by the general formula (I) is 2,2-difluoro-1-chloroethane, and the fluorinated iodoethane represented by the general formula (II) is 2,2-difluoro-1-iodoethane. The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1.

The fluorinated chloride ethane represented by the general formula (I) is 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane, and the fluorinated iodoethane represented by the general formula (II) is 2,2,2- The process for producing fluorinated iodoethane according to claim 1, which is trifluoro-1-iodoethane.

2. The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1, wherein the metal iodide is an alkali metal and / or alkaline earth metal iodide.

The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1, wherein the metal iodide is sodium iodide and / or potassium iodide.

The process for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1, wherein the reaction is carried out in a temperature range of 80 to 250 ° C.

The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1 or 7, wherein the reaction is carried out in a temperature range of 100 to 200 ° C.

2. The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 1, wherein the polar solvent is at least one selected from ketones, sulfoxides, nitriles, ethers, esters and amides.

The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 9, wherein the ketone is at least one selected from acetone, 2-butanone and 4-methyl-2-pentanone.

The process for producing fluorinated iodoethane according to claim 9, wherein the sulfoxide is sulfolane and / or dimethyl sulfoxide.

The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 9, wherein the nitrile is acetonitrile.

The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 9, wherein the ether is diglyme.

The method for producing chloroiodoiodoethane according to claim 9, wherein the ester is γ-butyrolactone.

10. The fluorinated iodoethane according to claim 9, wherein the amide is at least one selected from N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N-dimethylacetamide, and tetramethylurea. Manufacturing method.

After reacting 2,2,2-trifluoro-1-chloroethane and metal iodide in acetone to produce 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane, 2,2,2-trifluoro- An azeotropic composition of 1-iodoethane and acetone is taken out, and water is added to the azeotropic composition to separate into a crude 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane phase and an acetone-water phase. A method for producing high-purity 2,2,2-trifluoro-1-iodoethane, comprising distilling 2,2-trifluoro-1-iodoethane.