本發(fā)明涉及六氟異丙醇和已知為吸入麻醉劑“七氟醚(sevoflurane)”的氟甲基六氟異丙基醚的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
六氟異丙醇(在本說明書下文中六氟異丙醇可表示為“HFIP”)被大量生產(chǎn)作為對(duì)聚合物表現(xiàn)出特定溶解性的溶劑，和作為用于生產(chǎn)吸入麻醉劑“七氟醚”的中間體。HFIP通常通過六氟丙酮(在本說明書下文中這可表示為“HFA”)的氫化來生產(chǎn)，并且取決于起始材料HFA的形式、其反應(yīng)模式、還原劑和催化劑的類型等的組合而提出了各種方法。
作為氣相方法，已知在氧化鋁負(fù)載的鈀催化劑(Pd/Al2O3)的存在下(專利公開1)或在活性炭負(fù)載的鈀催化劑(Pd/C)的存在下(專利公開2)用氫(H2)氫化HFA的方法，以及在鎳催化劑或氧化鋁負(fù)載的鈀催化劑的存在下氫化水合HFA的方法(專利公開3)。
關(guān)于在液相中通過氫氣生產(chǎn)HFIP的方法，已知使用水合HFA的方法和使用HFA無(wú)水物(HFA anhydride)的方法。作為使用無(wú)水物的方法，報(bào)道了如下方法：在110℃至150℃、20.0至90.0MPa(200至900大氣壓)的壓力下，使用氧化鉑作為催化劑，使無(wú)水物反應(yīng)6小時(shí)的時(shí)間(專利公開4)。
另一方面，在液相中氫化水合HFA的方法包括在70℃至75℃、0.35至0.7MPa(3.5至7kg/cm2)的壓力下用鈀/碳作為催化劑使水合HFA反應(yīng)3.5小時(shí)的時(shí)間的方法(專利公開5)，和在100℃、0.5MPa(5kg/cm2)的壓力下用鈀/Al2O3作為催化劑使水合HFA反應(yīng)6小時(shí)的時(shí)間的方法(專利公開6)等。
作為使用除氫(H2)以外的還原劑的方法，已報(bào)道用硼氫化鈉作為還原劑在甲醇溶劑中還原HFA無(wú)水物的方法，和類似地在例如乙醚、甲醇、異丙醇、四氫呋喃等含氧溶劑中使用氫化鋁鋰、氫化鈣、氫化鈉等作為還原劑的方法(專利公開4)。
根據(jù)專利公開7，通過在鈀催化劑的存在下與氫接觸而氫化水合HFA，除了目標(biāo)產(chǎn)物HFIP以外，還產(chǎn)生過度氫化的產(chǎn)物1,1,1-三氟丙酮(TFA)。據(jù)稱TFA難以通過蒸餾而分離，因?yàn)槠浞悬c(diǎn)與目標(biāo)產(chǎn)物HFIP的沸點(diǎn)相近。然而，專利公開7報(bào)道，通過使用“鈀和釕的組合催化劑”作為氫化催化劑，能以充分的選擇性生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物HFIP，即，即使當(dāng)小量產(chǎn)生TFA時(shí)，此化合物也可容易地轉(zhuǎn)化為1,1,1-三氟異丙醇(一種易于分離的化合物，下文這可簡(jiǎn)寫為TFIP)，并且因此，在反應(yīng)之后，變得極度容易獲得高純度的六氟異丙醇(見下文)。
另一方面，專利公開8報(bào)道，當(dāng)用有機(jī)胺化合物處理通過在催化劑的存在下氫化HFA而得到的粗HFIP時(shí)，可將難以分離的TFA以“與胺化合物的締合物(associate)”的形式從體系中除去，并且通過隨后的蒸餾，可獲得基本上不含TFA的HFIP。
此外，有報(bào)道，當(dāng)在氟化氫溶劑中，在例如鈀、釕等催化劑或載有金屬的催化劑的存在下，在-20至60℃下通過與氫氣接觸而使HFA氫化時(shí)，可獲得基本上不含過度氫化的1,1,1-三氟丙酮的HFIP(專利公開9)。
關(guān)于生產(chǎn)HFIP用的起始材料六氟丙酮(HFA)的生產(chǎn)，已知將六氟丙烷環(huán)氧化(專利公開10)，接著在催化劑的存在下將所得的環(huán)氧化合物異構(gòu)化以獲得HFA的方法(專利公開11)。也已知將丙酮氯化以得到六氯丙酮(專利公開12)，接著將所得的六氯丙酮在負(fù)載鉻的活性炭催化劑等的存在下用氟化氫取代的氟化的方法(專利公開13)。
如上所述，HFIP作為用于生產(chǎn)吸入麻醉劑七氟醚(化學(xué)名：氟甲基-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基醚)的起始材料是極為重要的。具體地，如專利公開14所述，吸入麻醉劑七氟醚可通過將濃硫酸和氟化氫添加至多聚甲醛(paraformaldehyde)，然后在預(yù)定的溫度下加熱所得的混合物并向其逐滴添加HFIP而生產(chǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)公開
專利公開
專利公開1：美國(guó)專利號(hào)3468964
專利公開2：美國(guó)專利號(hào)3702872
專利公開3：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)S57-81424
專利公開4：美國(guó)專利號(hào)3418337
專利公開5：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)S59-204142
專利公開6：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)H1-301631
專利公開7：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)H6-184025
專利公開8：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)H6-184026
專利公開9：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2009-051798
專利公開10：美國(guó)專利號(hào)3321515
專利公開11：美國(guó)專利號(hào)3213134
專利公開12：日本專利申請(qǐng)公開號(hào)S56-139436
專利公開13：日本專利號(hào)S39-13060
專利公開14：美國(guó)專利號(hào)4250334
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)專利公開1至3和5至9公開的方法，作為重要的有機(jī)中間體化合物的HFIP，可用HFA作為起始材料通過催化反應(yīng)大量生產(chǎn)。氫化反應(yīng)所必需的金屬催化劑含有例如鈀、鉑等貴金屬作為活性成分。其顯著特征為其催化活性高，并且即使以相比于起始材料HFA極小的量使用，HFA也能夠以高轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化為HFIP(換言之，催化劑周轉(zhuǎn)高)。
然而，通過催化氫化生產(chǎn)HFIP的方法具有“反應(yīng)速率隨著反應(yīng)的進(jìn)程而降低”的不可忽略的問題。具體地，在六氟丙酮的氫化開始后幾乎3小時(shí)以內(nèi)，反應(yīng)速率高，但此后逐漸降低。反應(yīng)不停止，并且對(duì)產(chǎn)物的質(zhì)量不帶來任何影響，但是與反應(yīng)開始時(shí)相比，反應(yīng)速率在反應(yīng)的中期和中期之后令人失望地降低。此處，六氟丙酮(HFA)是一種昂貴的試劑。因此，期望六氟丙酮通過氫化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可達(dá)80％至100％(優(yōu)選90％至100％，特別優(yōu)選98％至100％)。如上所述，反應(yīng)結(jié)束附近的反應(yīng)速率極慢，并且因此，為了達(dá)到這樣的高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，需要相對(duì)長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間(見下文給出的比較例)，并期望一些改進(jìn)。(在此說明書中，“從氫化反應(yīng)的中期至結(jié)束”意指HFA轉(zhuǎn)化率從反應(yīng)開始已達(dá)到約70％以上的階段，雖然并不限于此)。
如下文給出的“步驟4”的章節(jié)中所述，在“HFA的氫化”中，例如氯化氫、氟化氫等酸組分隨著反應(yīng)的進(jìn)程而生成，并且反應(yīng)體系內(nèi)的pH逐漸降低。此處，應(yīng)理解，當(dāng)小量的“酸受體(堿性物質(zhì))”此前已添加至反應(yīng)體系時(shí)，可立即中和氫化反應(yīng)期間將要作為副產(chǎn)物而生成的酸性物質(zhì)。結(jié)果，已知反應(yīng)速率顯著增加(例如見專利公開7。事實(shí)上，如下文將要給出的實(shí)施例所示，當(dāng)氫化反應(yīng)在鋁負(fù)載酸受體下進(jìn)行時(shí)，與沒有添加酸受體的情況相比，反應(yīng)在顯著短的時(shí)間內(nèi)完成)。然而，即使在“添加酸受體的情況”中，也不能避開“反應(yīng)速率隨著反應(yīng)的進(jìn)程降低”的現(xiàn)象。即使當(dāng)酸受體的量增加時(shí)，此現(xiàn)象也不能充分地改善(見下文給出的實(shí)施例和比較例)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種從作為起始材料的六氟丙酮生產(chǎn)六氟異丙醇的新方法，其中防止從氫化反應(yīng)中期至結(jié)束的反應(yīng)速率降低。
考慮到上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了熱切的研究。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在氫化起始時(shí)六氟丙酮所含的雜質(zhì)當(dāng)中，1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷(CF3CHCl2；下文這可表示為“HCFC-123”)的含量與氫化的“反應(yīng)的中期和中期之后的反應(yīng)速率”有緊密的相關(guān)性。
具體地，本發(fā)明人獲得了出乎意料的發(fā)現(xiàn)，即當(dāng)用HCFC-123的濃度已降低至120ppm以下的六氟丙酮開始?xì)浠磻?yīng)時(shí)，可顯著抑制上述“反應(yīng)速率隨著反應(yīng)的進(jìn)程而降低的現(xiàn)象”。結(jié)果，雖然氫化催化劑的量和酸受體的量相同，但可使氫化反應(yīng)在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到期望的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率水平。
此HCFC-123是識(shí)別為以超過120ppm的量作為通過六氯丙酮和氟化氫的反應(yīng)生產(chǎn)HFA的副產(chǎn)物的化合物。(在通過六氯丙酮的氟化合成HFA之后即刻，反應(yīng)混合物中以幾千ppm的量含有該化合物，并且如下文所示，即使在簡(jiǎn)單蒸餾后，其中仍然以大約1000ppm至2000ppm的量含有該化合物)。一般而言，起始材料丙酮不含此類具有“兩個(gè)碳原子”的化合物。因此，認(rèn)為，在氯化或氟化的嚴(yán)苛條件下，碳-碳鍵將斷開而部分地產(chǎn)生“具有兩個(gè)碳原子的化合物”。(即使當(dāng)通過不同的方法合成HFA時(shí)，方法應(yīng)必要地包括氯化步驟和氟化步驟，并因此可呈現(xiàn)副產(chǎn)物HCFC-123的生成)。
HCFC-123的沸點(diǎn)為28℃，這與HFA和三水合HFA的沸點(diǎn)不同。然而，在三水合HFA的簡(jiǎn)單蒸餾中，不能將HCFC-123從三水合HFA完全除去(見下文給出的參考例)。此外，HCFC-123本身不具有可與HFA和HFIP反應(yīng)的活性官能團(tuán)。在氫化后獲得HFIP之后，該化合物可通過蒸餾從HFIP充分分離和除去。因此，在此之前，沒有人嘗試過從HFA或三水合HFA的狀態(tài)有意地以高的程度將HCFC-123分離和除去的想法。
為什么以超過120ppm的量存在HCFC-123會(huì)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間的原因和緣由尚不清楚。如在下文給出的實(shí)施例1中明顯可見的，“HCFC-123”的峰在氫化開始后相對(duì)早的階段消失。另一方面，認(rèn)識(shí)到“反應(yīng)速率降低的現(xiàn)象”相當(dāng)晚地發(fā)生。從這些，可以很好地考慮到“HCF-123”本身將不會(huì)直接干預(yù)氫化的可能性。
與此相關(guān)，在HFA中含有HCFC-123的情況下，和當(dāng)HCFC-123氫化時(shí)，可認(rèn)為1,1,1-三氟-2-氯乙烷(CF3CH2Cl；在此說明書的下文中這可表示為“HCFC-133a”)將會(huì)生成，并且當(dāng)它進(jìn)一步氫化時(shí)，將生成1,1,1-三氟乙烷(CF3H3)。這兩個(gè)反應(yīng)都伴隨有副產(chǎn)物氯化氫(HCl)的產(chǎn)生。
有可能此反應(yīng)中生成的氯化氫將充當(dāng)催化劑毒物而降低金屬催化劑的活性，由此引起“反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)”。然而，如下文給出的實(shí)施例和比較例所示，在HCFC-123以超過120ppm的量存在的情況下，和通過增加酸受體的量而開始反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速率通常增加，但是“在反應(yīng)的中期和中期之后反應(yīng)速率降低的現(xiàn)象”并不消失。由此，推測(cè)存在不能由上述解釋闡明的任何其它因素。
無(wú)論存在還是不存在酸受體，都認(rèn)識(shí)到“在反應(yīng)的中期和中期之后反應(yīng)速率降低”可通過“控制HCFC-123的含量”而防止的現(xiàn)象(見下文給出的實(shí)施例和比較例)。
由此，認(rèn)為本發(fā)明中的“減少HCFC-123”的效果(防止反應(yīng)的中期和中期之后反應(yīng)速率的降低)將不同于和獨(dú)立于“在氫化反應(yīng)中添加酸受體”的效果(反應(yīng)速率的總體增加)。
接著，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)本發(fā)明中的氫化僅在滿足“添加酸受體”和“HCFC-123的含量降低至預(yù)定量以下”這兩項(xiàng)要求的情況下可特別有利地進(jìn)行。
總之，“開始?xì)浠瘯r(shí)的HCFC-123的量”是重要的指標(biāo)。當(dāng)其被控制為120ppm以下時(shí)，可防止氫化反應(yīng)的中期和中期以后的反應(yīng)速率降低，并且這是出乎意料和有用的發(fā)現(xiàn)。基于這些發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人已成功地比以往更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)HFIP。
根據(jù)本發(fā)明，在更短的時(shí)間內(nèi)合成六氟異丙醇已變得可能。因此，通過使用本發(fā)明生產(chǎn)的六氟異丙醇來合成七氟醚，從綜合觀點(diǎn)的角度，比以往引人注目地更有利地生產(chǎn)吸入麻醉劑“七氟醚”。在這一點(diǎn)上，可以說本發(fā)明的優(yōu)越性是極高的。
具體地，本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)六氟異丙醇和七氟醚的方法，如在下文的“發(fā)明1”至“發(fā)明12”中所述。
發(fā)明1的步驟(a)、(b)和(c)分別對(duì)應(yīng)于后面提到的步驟3、4和5。發(fā)明12的步驟(m)、(n)、(o)-(q)、(r)和(s)分別對(duì)應(yīng)于后面提到的步驟1、2、3a、4a和5。
[發(fā)明1]
一種氟甲基六氟異丙基醚(七氟醚)的生產(chǎn)方法，其包括以下步驟：
(a)純化含有六氟丙酮和超過120ppm的作為雜質(zhì)的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的混合物，由此獲得含有120ppm以下的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的純化的六氟丙酮；
(b)在催化劑的存在下使氫(H2)與純化的六氟丙酮接觸，由此將六氟丙酮?dú)浠癁榱惐迹缓?/p>
(c)在路易斯酸或布朗斯臺(tái)德酸的存在下使六氟異丙醇、甲醛和氟化氫反應(yīng)。
[發(fā)明2]
根據(jù)發(fā)明1的方法，其中步驟(a)通過蒸餾進(jìn)行。
[發(fā)明3]
根據(jù)發(fā)明1或2所述的方法，步驟(a)包含以下步驟：
(d)使水與含有六氟丙酮和超過120ppm的作為雜質(zhì)的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的混合物接觸，由此使混合物中所含的六氟丙酮轉(zhuǎn)化為三水合六氟丙酮；和
(e)蒸餾步驟(d)所獲得的混合物。
[發(fā)明4]
根據(jù)發(fā)明3所述的方法，其中步驟(e)包含以下步驟：
(f)將步驟(d)所獲得的混合物供給至精餾塔；和
(g)在理論塔板數(shù)為2至50和回流比為0.5-8.0的情況下進(jìn)行蒸餾。
[發(fā)明5]
根據(jù)發(fā)明1至4任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(a)包含以下步驟：
(h)在純化期間通過氣相色譜進(jìn)行六氟丙酮的定量分析，以觀察混合物中1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的含量是否為120ppm以下。
[發(fā)明6]
根據(jù)發(fā)明1至5任一項(xiàng)所述的方法，其中在步驟(b)中使用的催化劑為包含選自由鈀、鉑、釕、銠和鎳組成的組的至少一種金屬的第一催化劑，或包含負(fù)載在載體上的所述至少一種金屬的第二催化劑。
[發(fā)明7]
根據(jù)發(fā)明1至5任一項(xiàng)所述的方法，其中在步驟(b)中使用的催化劑為選自由包含負(fù)載在相同載體上的鈀和釕的第三催化劑、和包含含有負(fù)載在載體上的鈀的催化劑與含有負(fù)載在載體上的釕的催化劑的混合物的第四催化劑組成的組的至少一種。
[發(fā)明8]
根據(jù)發(fā)明1至7任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(b)的氫化在反應(yīng)體系中在酸受體的存在下進(jìn)行。
[發(fā)明9]
根據(jù)發(fā)明8所述的方法，其中堿金屬的碳酸鹽或碳酸氫鹽和周期表第13族的金屬的氫氧化物一起用作步驟(b)中的酸受體。
[發(fā)明10]
根據(jù)發(fā)明1至9任一項(xiàng)所述的方法，其中將要通過步驟(a)來純化的含有六氟丙酮和超過120ppm的作為雜質(zhì)的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的混合物通過包含以下步驟的方法制備：
(i)通過氯(Cl2)將丙酮氯化，由此獲得含有六氯丙酮的混合物；和
(j)通過使氟化氫與步驟(i)所獲得的混合物接觸而將六氯丙酮氟化，由此制備含有六氟丙酮和超過120ppm的作為雜質(zhì)的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的混合物。
[發(fā)明11]
根據(jù)發(fā)明1至10任一項(xiàng)所述的方法，其中通過步驟(b)生產(chǎn)的六氟異丙醇通過包含以下步驟的方法分離：
(k)將步驟(b)的催化劑從步驟(b)所獲得的反應(yīng)混合物分離，由此獲得液體組分；和
(l)蒸餾所述液體組分，由此分離六氟異丙醇。
[發(fā)明12]
一種生產(chǎn)氟甲基六氟異丙基醚(七氟醚)的方法，所述方法包括以下步驟：
(m)通過氯(Cl2)將丙酮氯化，由此獲得含有六氯丙酮的混合物；
(n)通過使氟化氫與步驟(m)所獲得的混合物接觸而將六氯丙酮氟化，由此制備含有六氟丙酮和超過120ppm的作為雜質(zhì)的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的混合物；
(o)使水與步驟(n)所制備的混合物接觸，由此將混合物中所含的六氟丙酮轉(zhuǎn)化為三水合六氟丙酮；和
(p)將步驟(o)所獲得的混合物供給至精餾塔；
(q)在精餾塔中在理論塔板數(shù)為2至50和回流比為0.5-8.0的情況下進(jìn)行步驟(o)所獲得的混合物的蒸餾，直至混合物中1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的含量變?yōu)?20ppm以下，由此獲得含有120ppm以下的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的純化的三水合六氟丙酮；
(r)在酸受體的存在下，和在選自由包含負(fù)載在相同載體上的鈀和釕的第三催化劑、和包含含有負(fù)載在載體上的鈀的催化劑與含有負(fù)載在載體上的釕的催化劑的混合物的第四催化劑組成的組的至少一種催化劑的存在下，使氫(H2)與純化的三水合六氟丙酮接觸，由此生產(chǎn)六氟異丙醇；和
(s)在路易斯酸或布朗斯臺(tái)德酸的存在下使步驟(r)所獲得的六氟異丙醇與甲醛和氟化氫反應(yīng)，由此生產(chǎn)氟甲基六氟異丙基醚(七氟醚)。
發(fā)明的有利效果
根據(jù)本發(fā)明，用六氟丙酮作為起始材料生產(chǎn)六氟異丙醇的方法表現(xiàn)出防止反應(yīng)速率從氫化反應(yīng)的中期至結(jié)束降低的效果。因此，可在更短時(shí)間內(nèi)合成六氟異丙醇。由此，本發(fā)明表現(xiàn)另一效果，即當(dāng)用六氟異丙醇合成七氟醚時(shí)，可更有利地生產(chǎn)七氟醚。
具體實(shí)施方式
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些描述的限制。除了下文給出的示例以外，本發(fā)明可在不偏離本發(fā)明的效果和精神的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兓托薷摹Ｍㄟ^引用將此說明書中引用的所有公開，例如現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，和專利申請(qǐng)公開、專利公開和其它專利文獻(xiàn)并入此說明書中。
在此說明書中，水合六氟丙酮指的是水分子數(shù)沒有限制的水合物或其水溶液，并且包括三水合六氟丙酮。在此說明書中，三水合六氟丙酮可表示為“HFA·3W”。
如現(xiàn)有技術(shù)公開所公開的，六氟丙酮可由其自身的一些化學(xué)物質(zhì)(chemical species)表示。例如，在其水溶液中，該化合物作為“三水合六氟丙酮”存在。
六氟丙酮的沸點(diǎn)為-28℃(大氣壓)，并且在室溫和常壓下作為蒸氣(氣體)存在。為了處置方便，作為在106℃至108℃下的恒沸點(diǎn)組合物而獲得的三水合六氟丙酮用作很多反應(yīng)中的起始材料，或儲(chǔ)存。在本發(fā)明中，使用“六氟丙酮”的表達(dá)，以包括水合六氟丙酮。
為了更清楚地描述本發(fā)明，與本發(fā)明相關(guān)的步驟總結(jié)如下。
[步驟1]
[步驟2]
[步驟3]
[步驟4]
[步驟5]
在上文中，步驟3和步驟4是本發(fā)明不可缺少的步驟。根據(jù)本發(fā)明，可向其添加步驟5，或步驟1和2。步驟3中，一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案可表示為“步驟3a”。步驟4中，一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案可表示為“步驟4a”。下文的說明包括這些。
[步驟1]
步驟1是用氯(Cl2)將丙酮氯化而獲得含有六氯丙酮的混合物的步驟。
此步驟和隨后的步驟2為常規(guī)步驟，但對(duì)于理解本發(fā)明是重要的，并且記述如下。
此步驟通過使氯(氯氣)與丙酮接觸來進(jìn)行。此步驟中的氯化優(yōu)選在催化劑的存在下進(jìn)行。作為催化劑，可使用作為所謂的氯化催化劑而已知的催化劑。具體地，可使用自由基引發(fā)劑，包括偶氮化合物例如偶氮二異丁腈、偶氮二戊腈等，和過氧化物例如過氧化苯甲酰、過氧化十二酰、過氧化二月桂酰、過氧化新戊酸叔丁酯等，和磷化合物例如紅磷、五氯化磷、三氯化磷、三苯基膦，亞磷酸三苯基酯等，雜環(huán)芳香族化合物例如吡啶、喹啉等，以及三乙胺等。此外，氯化通過光照射進(jìn)行。在這些當(dāng)中，特別優(yōu)選喹啉催化劑。
催化劑的量可為基于起始材料丙酮的大約0.001至0.5當(dāng)量，但可由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>
隨著氯化的進(jìn)展，具有一至五個(gè)氯原子的氯化丙酮即部分氯化的丙酮(一氯丙酮、二氯丙酮等，在此說明書中，這些可稱作“低位(low-order)氯化的化合物”)逐漸產(chǎn)生。期望的是反應(yīng)通過使用下文提及的反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度和其它條件而進(jìn)行，直至丙酮的所有氫原子被氯原子代替，并通過使用氣相色譜等分析手段來檢查反應(yīng)期間丙酮轉(zhuǎn)化的進(jìn)程和氯化程度。本文中所述的“氯化程度”是指，如在一定時(shí)間從反應(yīng)混合物的組成所計(jì)算的，每一分子丙酮引入的氯原子的平均值。
具體地，相對(duì)于一分子丙酮，用于以氯原子代替丙酮的所有氫原子(即，用于將丙酮轉(zhuǎn)化為六氯丙酮)所需的氯(Cl2)的理論摩爾數(shù)為“6”。因此，通過連續(xù)氯化同時(shí)溫度保持落入約20℃至260℃的范圍內(nèi)，同時(shí)通過氣相色譜監(jiān)測(cè)氯化程度，可將低位氯化化合物逐漸氯化，從而以高選擇性產(chǎn)生六氯丙酮。
在此步驟中，過量的氯從反應(yīng)體系中排出同時(shí)保持為未反應(yīng)的，并因此可回收以重復(fù)使用。
通常，反應(yīng)壓力優(yōu)選落在0.05MPa至5.0MPa的范圍內(nèi)(絕對(duì)壓力-在此說明書的下文中應(yīng)同樣適用)。常壓(0.1MPa)至約0.3MPa的輕微壓力化的范圍是簡(jiǎn)單和優(yōu)選的。本發(fā)明不排除在超過5.0MPa的壓力下的反應(yīng)，但是過度的壓力條件將在設(shè)備上施加負(fù)荷。因此，上述壓力范圍是優(yōu)選的。
反應(yīng)溫度通常落在20℃至260℃的范圍內(nèi)。優(yōu)選在用氣相色譜監(jiān)測(cè)氯化程度時(shí)控制。當(dāng)反應(yīng)溫度低于20℃時(shí)，將對(duì)反應(yīng)速率有一些影響從而增加低位氯化化合物的比率，并且延長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為六氯丙酮的時(shí)間。結(jié)果，生產(chǎn)率可能降低。另一方面，在高于260℃的溫度下，六氯丙酮將氣化，因?yàn)槠湓谑覝?常壓下的沸點(diǎn)為204℃。這將因此增加將其從體系中排出的負(fù)擔(dān)。如果如此，一些用于防止氣化的設(shè)備將是必要的，其為工業(yè)上和經(jīng)濟(jì)上不利的，并且使用這樣的高溫不會(huì)提供好處。
關(guān)于氯化用的進(jìn)料模式，可不受限制地使用連續(xù)模式或分批模式的任何方法。
僅需要反應(yīng)器由具有耐熱性和對(duì)氯、氯化氫等耐腐蝕性的材料制成。可使用在常壓或加壓下對(duì)反應(yīng)充分耐久的反應(yīng)器，例如由不銹鋼、HastelloyTM、MonelTM、鎳、鉑等制成的金屬容器，以及內(nèi)襯有四氟乙烯樹脂、氯三氟乙烯樹脂，偏二氟乙烯樹脂，PFA樹脂，聚丙烯樹脂，聚乙烯樹脂，玻璃等的容器。
在此步驟中獲得的含有六氟丙酮的反應(yīng)混合物，除了六氯丙酮外還可含有具有一至五個(gè)氯原子的氯丙酮類、氯化氫、氯等。因此，為了獲得高純度的六氯丙酮，優(yōu)選使用蒸餾等純化手段。在蒸餾之前，優(yōu)選預(yù)先分離氯和氯化氫，以便為整個(gè)裝置減少例如腐蝕等的負(fù)擔(dān)。
根據(jù)此方法，可獲得高純度六氯丙酮，并可用作隨后氟化步驟的起始材料。蒸餾中作為初始餾分而分離并回收的具有一至五個(gè)氯原子的氯丙酮類可再次作為氯化用的起始材料而重復(fù)使用。
蒸餾裝置不特別限制，只要其由耐受氯和氯化氫的材料制成即可。
[步驟2]
然后，描述步驟2。步驟2是將步驟1中生產(chǎn)的含有六氯丙酮的混合物用氟化氫氟化，以產(chǎn)生含有六氟丙酮和超過120ppm的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷(HCFC-123)的混合物的步驟。
氟化包括氣相法和液相法兩種模式。如下文所描述，本反應(yīng)在相對(duì)高的溫度下有利地進(jìn)行。因此，優(yōu)選使用在高溫下容易進(jìn)行的氣相法。
優(yōu)選地，步驟2在所謂的“氟化催化劑”的存在下進(jìn)行。在此步驟中使用的氟化催化劑為金屬的氧化物、氟化物、氯化物、氟氯化物、氧氟化物、氧氯化物或氧氟氯化物。具體地，金屬是選自由鉻、鈦、鋁、錳、鎳、鈷和鋯組成的組的至少一種。氟化鋁、氧化鋁、再生氯化鉻(secondary chromium chloride)等是特別優(yōu)選的氟化催化劑。也可以使用這些的組合。
催化劑的量為相對(duì)于1mol六氯丙酮約0.001至0.5摩爾左右，并可由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>
氟化中的反應(yīng)溫度為250℃至450℃，優(yōu)選260至400℃，更優(yōu)選260至350℃。當(dāng)溫度低于250℃時(shí)，六氯丙酮的反應(yīng)速率可能降低。當(dāng)溫度高于450℃時(shí)，過度氟化的產(chǎn)物可能增加，并對(duì)設(shè)備施加負(fù)擔(dān)。因此，這兩種條件是不優(yōu)選的。
作為在此步驟中使用的反應(yīng)器，優(yōu)選使用足以在常壓或加壓下反應(yīng)的反應(yīng)器，例如由不銹鋼、MonelTM、HastelloyTM、鎳等制成的金屬容器，或內(nèi)襯有四氟乙烯樹脂、氯三氟乙烯樹脂、偏二氟乙烯樹脂、PFA樹脂、聚丙烯樹脂或聚乙烯樹脂的容器。
在此步驟中，氟化氫與六氯丙酮的摩爾比為化學(xué)計(jì)量地“6”，但是為了以高轉(zhuǎn)化率和高收率有效地生產(chǎn)六氟丙酮，期望的是以超過化學(xué)計(jì)量的量使用氟化氫。因此，反應(yīng)通過使用相對(duì)于1mol六氯丙酮通常為8摩爾以上，優(yōu)選10摩爾以上，更優(yōu)選12摩爾以上的氟化氫而進(jìn)行。氟化氫的量沒有上限。即使以50摩爾以上的量使用，氟化速率通常不再上升。此外，回收未反應(yīng)的氟化氫的勞動(dòng)將會(huì)上升。因此，使用過多氟化氫是不利的。反應(yīng)之后，作為未反應(yīng)而剩余的氟化氫從有機(jī)層分離，并可回收至反應(yīng)體系中。
此步驟中的反應(yīng)壓力通常為0.05至10MPa，并且更優(yōu)選接近常壓的0.08至1MPa。
在步驟2通過氣相反應(yīng)進(jìn)行的情況下，反應(yīng)的接觸時(shí)間通常為1至300秒，優(yōu)選10至60秒。然而，最優(yōu)接觸時(shí)間可取決于氟化氫的量和例如反應(yīng)溫度、催化劑的量、反應(yīng)壓力等反應(yīng)條件而改變。因此，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>
也在氟化步驟中，類似上述氯化步驟，六氯丙酮逐漸轉(zhuǎn)化為六氟丙酮。因此，期望的是在用氣相色譜等分析手段監(jiān)測(cè)六氯丙酮轉(zhuǎn)化和氟化進(jìn)程的同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。
如上所述，步驟2中獲得的反應(yīng)混合物，除了目標(biāo)產(chǎn)物HFA外，還以超過120ppm(通常地幾千ppm)的量含有副產(chǎn)物HCFC-123。即使在混合物的簡(jiǎn)單蒸餾后，化合物仍然以1000ppm至2000ppm的量殘留在HFA中。
[步驟3]
接下來，描述步驟3。步驟3是通過純化步驟2中生產(chǎn)的“含有六氟丙酮和超過120ppm的量的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的混合物”而獲得“純化的六氟丙酮”，由此將混合物中所含的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的含量降低至不超過120ppm的步驟。純化用的手段不特別限定，但蒸餾(精密蒸餾)是特別優(yōu)選的。
通過步驟2的方法生產(chǎn)的六氟丙酮通常含有作為殘留其中的氟化氫和氯化氫。即使是簡(jiǎn)單蒸餾后的HFA也可仍以通常1000ppm至2000ppm的量含有HCFC-123(這是本發(fā)明中的問題)，由此形成它們的混合物。步驟3是用于將HCFC-123的量減少至120ppm以下的步驟。在此步驟3之后，可顯著防止接下來的步驟4(氫化步驟)中“反應(yīng)的中期和中期后反應(yīng)速率降低”的現(xiàn)象。
作為此步驟3的詳細(xì)的實(shí)施方案，蒸餾(精密蒸餾)操作優(yōu)選在六氟丙酮被水吸收而轉(zhuǎn)化為其水合物(沸點(diǎn)為106℃的三水合HFA)之后進(jìn)行，因?yàn)槠浜?jiǎn)單并易于操控。
在六氟丙酮的水合物的生產(chǎn)中，反應(yīng)條件不特別限定。氣體形式的六氟丙酮可被混入反應(yīng)器中容納的水(具有冰的水)，從而被水吸收。優(yōu)選將六氟丙酮轉(zhuǎn)化為易于操控的“三水合六氟丙酮”。對(duì)于此轉(zhuǎn)化，期望以相對(duì)于1摩爾的HFA，水可為3摩爾以上將HFA和水混合在一起。(水與HFA的摩爾比可為例如3.0:1至20:1)。
當(dāng)超過3摩爾的水與1摩爾的六氟丙酮混合時(shí)，獲得“三水合六氟丙酮(沸點(diǎn)106℃)”和“水(沸點(diǎn)100℃)”的混合物。即使當(dāng)在此操作中添加過量的水時(shí)，水也可在隨后的“蒸餾操作”中除去。即使當(dāng)殘留過量的水時(shí)，水也不會(huì)對(duì)步驟4中的“氫化反應(yīng)”有影響。另一方面，當(dāng)水的量相對(duì)于1摩爾的HFA小于3摩爾時(shí)，將獲得沸點(diǎn)不同的“HFA無(wú)水物”、“一水合HFA”和“三水合HFA”的多種化學(xué)物質(zhì)的混合物。這樣的情況是不利的，因?yàn)楹罄m(xù)步驟將難以操控。
然后，參照蒸餾上述“三水合HFA”的實(shí)例描述步驟3中對(duì)于“用于將HCFC-123減少至120ppm以下的純化手段”特別有利的“蒸餾(精密蒸餾)”。
此“蒸餾”是將三水合六氟丙酮供給至精餾塔中并優(yōu)選用下文描述的理論塔板數(shù)和回流比進(jìn)行分餾的操作(此處描述“分餾”時(shí)，為了方便可稱為“蒸餾”或“精密蒸餾”)。用此蒸餾，HCFC-123的量可有效減少以得到“HCFC-123不超過120ppm的三水合HFA(純化的三水合HFA)”。
根據(jù)此蒸餾步驟，作為本發(fā)明中的問題的HCFC-123能夠以餾分的形式與沸點(diǎn)低于“三水合HFA”的“過量存在的水”一起從三水合HFA除去。然而，如上所述，不易從三水合HFA完全分離和除去HCFC-123。當(dāng)嘗試過于完全的除去時(shí)，可能對(duì)體系產(chǎn)生一些過度的蒸餾負(fù)荷。如上所述，只要HCFC-123可減少至120ppm以下，就可充分達(dá)到本發(fā)明的有利效果(即，在步驟4的氫化中“防止反應(yīng)的中期和中期之后反應(yīng)速率的降低”)。當(dāng)HCFC-123的量為110ppm以下時(shí)，效果可更好。當(dāng)為60ppm以下時(shí)，更優(yōu)選。當(dāng)為40ppm以下時(shí)，可達(dá)到甚至更有利的效果。相反，甚至當(dāng)HCFC-123的量可過分減少時(shí)，不會(huì)獲得任何更好的效果。因此，通常不需要將“HCFC-123”的量減少至例如小于3ppm，特別是小于1ppm。
根據(jù)上文，作為步驟3中的“純化”，當(dāng)此前目標(biāo)為落入例如5ppm至110ppm范圍內(nèi)的值的HCFC-123的含量已達(dá)到目標(biāo)水平時(shí)結(jié)束純化操作的模式可為最合理和優(yōu)選的實(shí)施方式之一。目標(biāo)水平可落在10至60ppm的范圍內(nèi)，或可落在5至40ppm的范圍內(nèi)。考慮到純化操作(特別是蒸餾)的性能，本領(lǐng)域技術(shù)人員可合適地設(shè)置目標(biāo)水平。
蒸餾塔的塔板數(shù)可取決于目標(biāo)HCFC-123的量而變化。其可為例如2以上且50以下。尤其是，塔板數(shù)優(yōu)選3以上且30以下，更優(yōu)選5以上且20以下。
要填充入精餾塔的填料(filler)可為任何的規(guī)則填充料(packing)或不規(guī)則填充料。規(guī)則填充料可為任何普通填充料，包括例如Sulzer填充料、Mellapak、Techno填充料、Flexi填充料等。不規(guī)則填料也可為任何普通填充料，包括例如Heli填充料、Raschig環(huán)、Dixon填充料等
回流比可為0.5至8.0，優(yōu)選0.5至7.0，更優(yōu)選0.5至6.0。
在三水合HFA用作六氟丙酮的情況下，此組分變成底部組分。因此，優(yōu)選在通過用氣相色譜的定量分析來監(jiān)測(cè)底部組分中所含的HCFC-123的量的同時(shí)通過蒸餾等進(jìn)行純化，并且優(yōu)選純化操作持續(xù)直至可確認(rèn)HCFC-123的含量減少至120ppm以下的此前定為目標(biāo)的水平。
關(guān)于通過氣相色譜進(jìn)行定量分析的柱的類型，推薦使用通過將例如硅膠、活性炭、沸石等吸附劑固體放入柱中作為柱填料而制備的“填充柱”，或通過將固相(用非揮發(fā)性液體浸漬的合成硅膠等)放入柱中而制備的“填充柱”。可選地，推薦使用通過將吸附劑等的固相以涂布或化學(xué)結(jié)合的模式施加至熔融二氧化硅等的中空毛細(xì)管的內(nèi)周面而制備的“毛細(xì)管柱”。
在此步驟中使用填充柱的情況下，硅膠、活性炭或沸石優(yōu)選用作柱填料。在使用毛細(xì)管柱的情況下，優(yōu)選使用聚二甲基硅氧烷等的非極性固相，或聚乙二醇等的高極性固相。
HCFC-123的含量可從將要通過用柱色譜的定量分析而確定的“峰面積值”計(jì)算。例如，組分通過使用裝配有火焰離子化檢測(cè)器(FID)的氣相色譜裝置來分析，并且HCFC-123的峰面積相對(duì)于全部峰面積的總和(100％)的比(％)稱為化合物的含量。
在使用氣相色譜的定量分析中，普通氣體(氮、氬、氫、氦等)可用作流動(dòng)相。柱溫、流動(dòng)相氣壓、流動(dòng)相流速、柱長(zhǎng)度和其它不特別限制，并可由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>
上文進(jìn)行的關(guān)于步驟3的描述顯示了在HFA轉(zhuǎn)化為“三水合HFA”(水合處理)后最易于操控的精密蒸餾方法。然而，不應(yīng)從本發(fā)明的范圍排除對(duì)沒有水合處理的無(wú)水HFA本身進(jìn)行HCFC-123的除去的實(shí)施方案。然而，在此情況下，應(yīng)特別注意無(wú)水HFA的沸點(diǎn)(-28℃)低于HCFC-123的沸點(diǎn)(28℃)。換言之，在通過蒸餾進(jìn)行無(wú)水HFA和HCFC-123之間的分離的情況下，蒸餾餾分為目標(biāo)產(chǎn)物(無(wú)水HFA)，且HCFC-123濃縮在底部。如果期望通過蒸餾將此類低沸點(diǎn)化合物彼此分離，有必要進(jìn)行特別操作，例如在加壓條件下的蒸餾或者在受控低溫條件下的蒸餾。換言之，不能說用無(wú)水HFA進(jìn)行步驟3的實(shí)施方案是本發(fā)明最合適的實(shí)施方案，因?yàn)樵摲桨笇?duì)操作和設(shè)備造成大的負(fù)擔(dān)。
在本發(fā)明中，步驟3的最優(yōu)選的實(shí)施方案被稱為步驟3a。步驟3a如下所述。
[步驟3a]
步驟3a是使步驟2中獲得的混合物與水接觸從而將混合物中所含的六氟丙酮轉(zhuǎn)化為三水合六氟丙酮，并且然后將混合物引入精餾塔中并在其中在理論板數(shù)為2以上且50以下和回流比為0.5至8.0下蒸餾，并且持續(xù)蒸餾直至混合物中所含的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的含量可通過氣相色譜確認(rèn)為不超過120ppm，由此獲得1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷的含量為120ppm以下的純化的三水合六氟丙酮的步驟。
[步驟4]
然后，描述步驟4。步驟4是由通過在催化劑的存在下與氫(H2)的接觸，使步驟3中獲得的純化的六氟丙酮?dú)浠铣闪惐嫉牟襟E。
在步驟4的氫化中，可直接原樣實(shí)施常規(guī)已知的操作方法和條件來進(jìn)行反應(yīng)。此步驟中的獨(dú)特特征是起始材料HFA中僅以120ppm以下的量含有HCFC-123。然而，由此，即使其它條件完全相同，也可顯著防止反應(yīng)速率從反應(yīng)的中期至結(jié)束降低。因此，特別地，在持續(xù)反應(yīng)直至HFA的高轉(zhuǎn)化率的情況中，本發(fā)明可提供必要反應(yīng)時(shí)間可大幅縮短的有利效果。
在此步驟中，優(yōu)選通過使用三水合六氟丙酮作為原料在液相中進(jìn)行反應(yīng)，因?yàn)榉磻?yīng)可溫和地進(jìn)行，并且催化劑活性可保持高。上述步驟3已在假設(shè)HFA也可為“無(wú)水HFA”的情況下描述。然而，在步驟4中，如果“純化的HFA”是無(wú)水HFA，期望的是無(wú)水物通過步驟3中描述的方法轉(zhuǎn)化為三水合物，然后所得的水合物在步驟4中氫化。
在下文的描述中，將要用作起始材料的“純化的六氟丙酮”為“三水合HFA”，并且這以液相反應(yīng)的模式反應(yīng)。
在此步驟中，作為所謂的“氫化催化劑”而已知的各種催化劑可作為催化劑使用。具體地，選自由鈀(Pd)、鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)和鎳組成的組的至少一種金屬負(fù)載在載體上的“負(fù)載催化劑(也稱為非均相催化劑或固相催化劑)”由于有高催化活性而特別優(yōu)選。在液相中溶解或以懸浮狀態(tài)分散此類金屬組分的所謂的“均相催化劑”也可使用，但是“負(fù)載催化劑”的使用是更優(yōu)選的。當(dāng)使用時(shí)，“負(fù)載催化劑”提供另一優(yōu)點(diǎn)，即催化劑(固體)在反應(yīng)后可容易地從反應(yīng)混合物(液體)分離以重復(fù)使用。
作為金屬，鈀和釕特別優(yōu)選，因?yàn)槠浠钚愿摺＝饘俚幕瘜W(xué)形式包括零價(jià)金屬，或氧化物、氫氧化物、氯化物和其它，并且含有這些金屬的配合物也可使用。金屬的氧化數(shù)不限。
作為載體，優(yōu)選活性炭和氧化鋁，因?yàn)槠湟子诓倏夭⑶胰菀撰@得。
以負(fù)載的金屬相對(duì)于催化劑質(zhì)量計(jì)，負(fù)載量為0.0001至30質(zhì)量％，優(yōu)選0.01至20質(zhì)量％，更優(yōu)選0.1至10質(zhì)量％。具體地，作為特別優(yōu)選的催化劑，提及商購(gòu)可得的、負(fù)載量為0.1至5質(zhì)量％左右的負(fù)載鈀的活性炭催化劑，或0.1至5質(zhì)量％的負(fù)載釕的活性炭催化劑。
催化劑的顆粒大小不特別限定。適合于懸浮催化劑的形式是優(yōu)選的。促進(jìn)催化劑在體系中分布均勻并增加反應(yīng)物和催化劑之間的接觸的細(xì)粉末狀的催化劑的使用是優(yōu)選的。為了反應(yīng)后回收和重復(fù)使用催化劑，和為了從產(chǎn)物分離催化劑，也優(yōu)選細(xì)顆粒。為了制備催化劑，可使用已知的方法。商購(gòu)可得的催化劑可直接原樣使用，或者在干燥或活化處理(例如，在25至200℃下使H2氣體與制備的催化劑接觸的處理)后使用。
催化劑的量不特別限制。通常，相對(duì)于1質(zhì)量份的HFA無(wú)水物，催化劑的量(金屬組分和載體的總量，或者當(dāng)使用多種催化劑時(shí)，其總量)為0.00001至0.1質(zhì)量份，優(yōu)選0.0005至0.03質(zhì)量份，更優(yōu)選0.001至0.01質(zhì)量份。
在此步驟中，例如Pd、Ru等活性金屬組分的量(相對(duì)于六氟丙酮的mol％)是更重要的因素。然而，在此氫化反應(yīng)中，催化劑的完全失活幾乎不發(fā)生。因此，活性金屬組分的量不特別限定。量可由本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮所期望的反應(yīng)時(shí)間而確定。例如，金屬相對(duì)于六氟丙酮的量(當(dāng)使用多種金屬物質(zhì)時(shí)，為其總量)可設(shè)置在0.0001mol％至50mol％、更優(yōu)選0.001mol％至1mol％、甚至更優(yōu)選0.002mol％至0.5mol％的范圍內(nèi)。
如上所述，為了進(jìn)行氫化反應(yīng)而不產(chǎn)生過度氫化的副產(chǎn)物TFA，期望的是使用含有鈀和釕二者作為活性成分的催化劑。具體地，期望的是步驟4中的氫化在選自由“鈀和釕二者負(fù)載在相同的載體上的催化劑”和“通過將包括負(fù)載在載體上的鈀的催化劑和包括負(fù)載在載體上的釕的催化劑混合在一起而制備的催化劑”組成的組的至少一種類型的催化劑的存在下進(jìn)行。例如，一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案是以Pd和Ru的量各自調(diào)節(jié)至相對(duì)于HFA為0.001mol％至0.25mol％的方式使用Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(或可能地Pd/活性炭-負(fù)載催化劑)和Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(或可能地Ru/活性炭-負(fù)載催化劑)的混合物(見下文給出的實(shí)施例)。
然而，“催化劑類型優(yōu)化”和“催化劑量?jī)?yōu)化”以及“HCFC-123的量”彼此非常不同并且彼此獨(dú)立。即使當(dāng)催化劑的類型和量?jī)?yōu)化時(shí)，也可能在氫化起始時(shí)HCFC-123的量超過120ppm的情況和該量不超過120ppm的情況之間發(fā)生“反應(yīng)的中期至結(jié)束的反應(yīng)速率”的顯著差異(這將通過下文給出的實(shí)施例和比較例來示例)。
在此步驟中，向反應(yīng)體系預(yù)先添加小量的“酸受體(堿性物質(zhì))”然后開始反應(yīng)是優(yōu)選的，因?yàn)榉磻?yīng)速率可顯著增加。認(rèn)為，隨著HFA氫化的進(jìn)程，例如氯化氫、氟化氫等酸組分(這些可為催化劑毒物)在反應(yīng)液中增加，但酸受體可快速將這些中和，并因此將幾乎不發(fā)生催化劑失活，并可因此增加反應(yīng)速率。
能夠有效減少氯離子的酸受體包括堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽、堿金屬或堿土金屬氫氧化物等。在這些當(dāng)中，優(yōu)選堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽。
為了減少氟離子，可舉出屬于周期表第13族的金屬的氫氧化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽等。
堿金屬碳酸鹽和碳酸氫鹽的具體實(shí)例包括碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鋰等。堿金屬或堿土金屬氫氧化物的具體實(shí)例包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣、氫氧化鎂等。在這些當(dāng)中，優(yōu)選碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉和碳酸氫鉀。特別優(yōu)選碳酸氫鈉。
另一方面，屬于周期表第13族的金屬的氫氧化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽的具體實(shí)例包括氫氧化鋁、氫氧化鎵、氫氧化銦、碳酸鋁、碳酸氫鋁、碳酸鎵、碳酸氫鎵等。
作為有效地減少氟離子的方法，使用例如鋁酸鎂等復(fù)合金屬氫氧化物(例如由化學(xué)式“MgxAly(OH)2·X·nH2O”(其中X為陰離子源，n為正整數(shù)，以及x、y和z各自為離子數(shù))所示的一種)。例如，“Halogen Killer”(注冊(cè)商標(biāo)；由HoryuCo.,Ltd.制造)商購(gòu)可得，并且其使用簡(jiǎn)單。
在此步驟中，一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案是組合使用“堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽”以及“屬于周期表第13族的金屬的氫氧化物”作為酸受體。
要添加的這些酸受體的量不特別限定。在監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程下，或者根據(jù)起始材料六氟丙酮中所含的HCFC-123的量，本領(lǐng)域技術(shù)人員可適當(dāng)?shù)乜刂扑崾荏w的量。優(yōu)選地，相對(duì)于1摩爾的六氟丙酮，此量在0.005摩爾至0.1摩爾的范圍內(nèi)。這些可單獨(dú)或組合使用。(在使用多種類型的酸受體的情況中，上述“添加量”意指所有酸受體的量)。
優(yōu)選地，酸受體在攪拌下一點(diǎn)點(diǎn)地添加至三水合六氟丙酮的液體，以均勻地進(jìn)行反應(yīng)并且防止由于熱生成導(dǎo)致的溫度升高。
如上所述，本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的通過“在酸受體的存在下”和由于“HCFC-123的降低”帶來的“防止反應(yīng)速率從反應(yīng)的中期至結(jié)束降低的效果”而增加反應(yīng)速率的效果彼此非常不同且相互獨(dú)立。這二者中的僅一個(gè)可對(duì)于增加反應(yīng)速率有效。然而，這二者的組合是更優(yōu)選的，因?yàn)槠淠軌蜻M(jìn)一步增加反應(yīng)速率(見下文給出的實(shí)施例和比較例)。
此步驟中的反應(yīng)溫度通常為80℃至110℃，并且特別優(yōu)選85℃至105℃。
當(dāng)溫度低于80℃時(shí)，反應(yīng)速率低。當(dāng)溫度高于110℃時(shí)，可能發(fā)生一些副反應(yīng)并且催化劑壽命可能縮短。
此步驟中的反應(yīng)壓力為0.05至5MPa，優(yōu)選0.1至1MPa，更優(yōu)選0.1至0.5MPa。當(dāng)壓力小于0.05MPa時(shí)，反應(yīng)速率可能低。另一方面，當(dāng)反應(yīng)在高于5MPa的壓力下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)器可能受限。
在此步驟中，可使用溶劑進(jìn)行反應(yīng)。溶劑不特別限制，只要其不與起始材料和步驟中的產(chǎn)物反應(yīng)即可。溶劑的實(shí)例包括為本發(fā)明方法中的產(chǎn)物的六氟異丙醇，以及水，醚類例如乙醚、四氫呋喃、二噁烷等，醇類例如甲醇、乙醇、2-丙醇等。這些溶劑的單獨(dú)一種或兩種以上可單獨(dú)或組合使用。
然而，如下文給出的實(shí)施例所示，在步驟4中使用三水合六氟丙酮作為起始材料的情況中，此三水合六氟丙酮本身是具有高流動(dòng)性的穩(wěn)定液體。因此，即使沒有另行添加溶劑，氫化也可充分進(jìn)行。因此，一般而言，步驟4可不添加溶劑而進(jìn)行。即使沒有添加溶劑，氫化也可進(jìn)行。在三水合六氟丙酮轉(zhuǎn)化為六氟異丙醇的同時(shí)，三水合六氟丙酮的水分子釋放在體系中。結(jié)果，水變得出現(xiàn)在體系中。
在此步驟中六氟異丙醇的合成可以分批、半分批、連續(xù)或流動(dòng)體系操作的任意模式進(jìn)行。關(guān)于裝置的材料，可使用金屬材料例如不銹鋼、鎳合金鋼、銀，氟樹脂、碳或聚氨酯，或可使用內(nèi)襯或覆蓋有任意這些材料的容器。
優(yōu)選但不是不可或缺地，反應(yīng)器裝配有攪拌器。通常，期望的是反應(yīng)器裝配有加熱單元和/或冷卻單元用于溫度控制。特別優(yōu)選地，反應(yīng)器裝配有冷卻單元。
將原料放入反應(yīng)器的順序沒有限制。將上述六氟丙酮和催化劑引入，然后向反應(yīng)體系添加堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽，然后在攪拌下引入氫氣，使壓力保持在預(yù)定水平，并持續(xù)引入氫氣同時(shí)溫度保持在落入上述范圍以內(nèi)是足夠的。
反應(yīng)的結(jié)束可通過預(yù)定量的氫的消耗或通過氫吸收的終止而確認(rèn)。然而，如首先描述的，此反應(yīng)中的原料HFA是極為昂貴的試劑。因此，特別期望的是持續(xù)反應(yīng)直至HFA轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98至100％。在這樣的“最終階段”中，即使在最好的條件下，明顯的反應(yīng)速率降低也是不可避免的。換言之，僅僅表面上的“明顯慢的氫消耗”不是“反應(yīng)結(jié)束”的任何絕對(duì)證據(jù)。因此，在特別大的規(guī)模進(jìn)行步驟4時(shí)，更優(yōu)選按需對(duì)反應(yīng)混合物適時(shí)采樣，并通過氣相色譜等監(jiān)測(cè)HFA轉(zhuǎn)化率，并且當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，停止反應(yīng)。
反應(yīng)之后，反應(yīng)器中的內(nèi)容物是含有目標(biāo)產(chǎn)物六氟異丙醇和其它有機(jī)物質(zhì)以及催化劑的反應(yīng)混合物。不含催化劑的液體組分可從混合物中取出，并可通過蒸餾從液體組分中分離和回收六氟異丙醇。
在催化劑為上文已詳細(xì)描述的“負(fù)載催化劑”的情況下，從反應(yīng)混合物中分離催化劑優(yōu)選通過過濾達(dá)成。通常，催化劑可重復(fù)使用。因此，當(dāng)內(nèi)容物液體從反應(yīng)器轉(zhuǎn)移時(shí)，催化劑留在反應(yīng)器中是有效和有利的。
步驟4中，一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案稱為“步驟4a”。其細(xì)節(jié)如下。
[步驟4a]
這是將步驟3a中獲得的“純化的三水合六氟丙酮”，在選自由“載有負(fù)載在相同載體上的鈀和釕的催化劑”和“通過混合負(fù)載在載體上的鈀的催化劑和負(fù)載在載體上的釕的催化劑而制備的催化劑”組成的組的至少一種催化劑的存在下，并且在以相對(duì)于1摩爾的三水合六氟丙酮為0.005摩爾至0.1摩爾的量的堿金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽的存在下，通過與氫(H2)接觸而氫化，從而生產(chǎn)六氟異丙醇的步驟。
[步驟5]
然后，描述步驟5。步驟5是在布朗斯臺(tái)德酸或路易斯酸的存在下使步驟4中生產(chǎn)的六氟異丙醇與甲醛和氟化氫反應(yīng)，從而生產(chǎn)氟甲基六氟異丙基醚(七氟醚)的步驟。
在此步驟中要使用的甲醛是指包括例如多聚甲醛(甲醛聚合物，HO-(CH2O)n-H,n＝2至100)和三噁烷(通過3分子甲醛的聚合產(chǎn)生，1,3,5-三噁烷)等的等價(jià)物的概念。
甲醛本身在室溫和常壓下為蒸氣(氣體)，并且在操控中相當(dāng)受限，例如其在小量雜質(zhì)的存在下立即聚合。因此，優(yōu)選使用易于操控的多聚甲醛或三噁烷。多聚甲醛特別優(yōu)選。
用于本發(fā)明的布朗斯臺(tái)德酸意指質(zhì)子(H+)供體，并具有約3以下，優(yōu)選2以下的酸解離常數(shù)(pKa)。
具體地，酸包括硫酸、發(fā)煙硫酸、硝酸、無(wú)水硫酸鹽、溴化氫、碘化氫、丙酸、對(duì)甲苯磺酸、三氯乙酸、三溴乙酸、甲磺酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸等。在這些中，優(yōu)選硫酸、發(fā)煙硫酸、無(wú)水硫酸鹽、溴化氫、碘化氫、三氟乙酸和三氟甲磺酸。最優(yōu)選硫酸、發(fā)煙硫酸和三氟甲磺酸。
用于本發(fā)明的路易斯酸意指電子對(duì)受體，包括四氯化鈦、五氟化磷、三氟化硼、三溴化硼、五氟化銻、氯化鋁、三氟化硼-乙醚絡(luò)合物等。
關(guān)于甲醛、氟化氫和布朗斯臺(tái)德酸或路易斯酸相對(duì)于1摩爾六氟異丙醇的摩爾數(shù)，甲醛為0.5至2.0摩爾，氟化氫為3.0至12.0摩爾，和布朗斯臺(tái)德酸或路易斯酸為0.7至3.0摩爾。為了增加目標(biāo)產(chǎn)物的收率和防止副反應(yīng)的目的，期望的是反應(yīng)用0.78至1.65摩爾的甲醛、6.05至9.50摩爾的氟化氫以及0.90至1.74摩爾的布朗斯臺(tái)德酸或路易斯酸進(jìn)行。
在這些布朗斯臺(tái)德酸和路易斯酸中，可組合使用多種類型的酸。
用于生產(chǎn)氟甲基六氟異丙基醚的方法可以分批、半分批、連續(xù)或流動(dòng)型反應(yīng)的任意模式進(jìn)行。
作為此步驟中使用的反應(yīng)器，可使用反應(yīng)足以在常壓或增壓下反應(yīng)的反應(yīng)器，例如由不銹鋼、MonelTM、HastelloyTM、鎳等制成的金屬容器，和內(nèi)襯有四氟乙烯樹脂、氯三氟乙烯樹脂、偏二氟乙烯樹脂、PFA樹脂、聚丙烯樹脂或聚乙烯樹脂的容器。
在此步驟中，可使用裝配有攪拌器的反應(yīng)器，并且其使用是優(yōu)選的。
此步驟中的反應(yīng)壓力大約在0.05至5.0MPa的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，反應(yīng)在不對(duì)設(shè)備產(chǎn)生負(fù)擔(dān)的大約常壓下進(jìn)行。具體地，上述壓力范圍內(nèi)，0.05至2.0MPa是優(yōu)選的，并且更優(yōu)選0.08至0.5MPa。開放體系中(即，在常壓下)的反應(yīng)是此步驟的優(yōu)選實(shí)施方案，因?yàn)樘貏e簡(jiǎn)單。
此步驟中的反應(yīng)溫度約為40℃至100℃，優(yōu)選50至80℃，更優(yōu)選50℃至70℃的范圍內(nèi)。
在此步驟在開放體系在常壓下進(jìn)行的情況中，除了非常接近反應(yīng)結(jié)束的階段，難以將反應(yīng)溫度大幅升高至比HFI和七氟醚的沸點(diǎn)(57至58℃)高得多的溫度，因?yàn)镠FIP和七氟醚在常壓下的沸點(diǎn)為57至58℃。如實(shí)施例中所示，HFIP和七氟醚中，七氟醚首先變成餾出物。因此，在步驟5在開放體系在常壓下進(jìn)行的情況中，優(yōu)選的方法是反應(yīng)從約室溫下開始，然后體系逐漸加熱以維持“七氟醚被蒸餾出而HFIP不蒸餾出的溫度(在約50至60℃的范圍內(nèi)，雖然取決于反應(yīng)的進(jìn)程而變化)”，并且作為反應(yīng)期間形成的餾出物的七氟醚被收集在捕集器(trap)中。在反應(yīng)結(jié)束附近，溫度逐漸升至比這更高，直至70至75℃。由此，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可進(jìn)一步增加。自然地，此情況的反應(yīng)溫度設(shè)定可由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)乜刂啤?/p>
當(dāng)供給反應(yīng)試劑時(shí)或反應(yīng)后即刻，可能產(chǎn)生一些熱量。因此，期望的是具有用于溫度控制的加熱單元和/或冷卻單元。特別地，期望的是具有冷卻單元。
此步驟中的反應(yīng)時(shí)間通常在2至24小時(shí)的范圍內(nèi)。因?yàn)槠淙Q于反應(yīng)溫度和反應(yīng)試劑的當(dāng)量，時(shí)間并不總是限定于此范圍。如上所述，在反應(yīng)在開放條件在常壓下進(jìn)行的情況中，反應(yīng)可在七氟醚的蒸發(fā)停止時(shí)結(jié)束。另一方面，使用例如核磁共振(NMR)、氣相色譜(GC)等分析裝置，可認(rèn)為在反應(yīng)轉(zhuǎn)化率已到達(dá)預(yù)定水平的時(shí)間作為反應(yīng)的終點(diǎn)。
在此步驟中，所得的氟甲基六氟異丙基醚優(yōu)選通過使用蒸餾操作純化。具體地，所得的反應(yīng)混合物用水洗滌以得到含有含1,1,1,3,3,3-六氟異丙醇的水層和含氟甲基六氟異丙基醚的有機(jī)層的兩層混合液體。然后，含1,1,1,3,3,3-六氟異丙醇的水層可從混合液分離，并且含氟甲基六氟異丙基醚的有機(jī)層可進(jìn)行蒸餾以分離高純度的氟甲基六氟異丙基醚。
實(shí)施例
參照下文給出的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于此。此處，表示組成分析值的“％”意指通過直接氣相色譜(除非另外特別說明，檢測(cè)器為FID)測(cè)量反應(yīng)混合物獲得的組成的“面積％”。在下文給出的實(shí)施例和表格中，“HCFC-123”表示“1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷(CF3CHCl2)”，“TFIP”表示“1,1,1-三氟異丙醇”，“HFA”表示“六氟丙酮”，“HFIP”表示“六氟異丙醇”，“TeFIP”表示“四氟異丙醇”，和“PFIP”表示“五氟異丙醇”。
[制備例]三水合六氟丙酮的生產(chǎn)
將300g(5.17mol)丙酮和1.85g(0.01431mol)喹諾酮放入裝配有夾套的1-dm3GL(玻璃內(nèi)襯)反應(yīng)器。當(dāng)向其逐漸吹入2262g(31.90mol)氯氣時(shí)，反應(yīng)器逐漸加熱至185℃，然后原樣攪拌幾小時(shí)。蒸餾所得的反應(yīng)液以得到1268g(4.79mol)的六氯丙酮(純度99.5％；氯化反應(yīng)收率92.6％；除了丙酮以外，檢測(cè)到小量五氯丙酮，但是反應(yīng)液直接用在后面的氟化步驟中)。
隨后，將氧化鉻(III)(Cr2O3)催化劑放入裝配有夾套的不銹鋼反應(yīng)器中。用40小時(shí)向其引入上面獲得的1268g(4.79mol)六氯丙酮和1013g(50.65mol)無(wú)水氫氟酸，從而在360℃下進(jìn)行氟化。獲得的粗六氟丙酮吸收到水中，由此獲得959g(4.36mol)的粗三水合六氟丙酮(氟化反應(yīng)收率：91.0％)。此時(shí)，粗三水合六氟丙酮中的HCFC-123的含量為3550ppm。
此制備例中生產(chǎn)的粗三水合六氟丙酮用作下文將要描述的實(shí)施例和比較例中的起始材料。因此，此合成進(jìn)行幾次。
然后，對(duì)如上獲得的粗三水合六氟丙酮進(jìn)行簡(jiǎn)單蒸餾和精密蒸餾。關(guān)于精密蒸餾的條件，理論塔板數(shù)為10和回流比為0.2至5.0，以便觀察粗三水合六氟丙酮中所含的HCFC-123對(duì)氫化反應(yīng)的反應(yīng)速率的影響。如實(shí)施例和比較例所示，蒸餾操作隨著通過氣相色譜的定量分析而持續(xù)，直至確認(rèn)HCFC-123的量減少至此前確定的目標(biāo)水平，由此生產(chǎn)“含有預(yù)定量(7ppm至198ppm)的HCFC-123的三水合六氟丙酮”。
實(shí)施例和比較例中精密蒸餾中的回流比和HCFC-123含量示于下列表1。
[表1]
這些用作六氟異丙醇的合成中的起始材料。
[實(shí)施例1]
將4.1kg(18.63mol)水合(三水合)六氟丙酮[水合物和其它雜質(zhì)的組成示于下面的表2–反應(yīng)開始之前HCFC-123的含量為119ppm]放入裝配有攪拌器的5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜中。向其添加0.195質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％-下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(8g)、0.122質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(5g)、0.122質(zhì)量％的氫氧化鋁(5g)和0.0146質(zhì)量％的碳酸氫鈉(0.6g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在用熱水加熱至95℃下開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.7MPa。由此，開始?xì)湮铡?/p>
12小時(shí)后，分析反應(yīng)液。由此，發(fā)現(xiàn)水合HFA轉(zhuǎn)化率為95.46％。關(guān)于GC純度，HFIP為94.76％，TFIP為0.6275％和HFA為4.54％。
隨后，在分析反應(yīng)液的同時(shí)持續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)開始后18小時(shí)，HFA的GC純度達(dá)到0.95％(水合HFA轉(zhuǎn)化率為99.05％)。因此，停止加熱和攪拌以終止反應(yīng)。此時(shí)，HFIP的GC純度為98.23％，TFIP為0.7544％，和HFA為0.95％。在實(shí)施例1和2以及比較例1中，除了HCFC-123的量以外，反應(yīng)在相同條件下進(jìn)行，并且當(dāng)確認(rèn)“HFA反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為99％”時(shí)，終止反應(yīng)，并比較反應(yīng)所需的時(shí)間。
結(jié)果示于下面的表2中。如在HCFC-123的量稍微低于120ppm的臨界值的此實(shí)施例中，至反應(yīng)終點(diǎn)的必需時(shí)間為“18小時(shí)”。與下文將要提到的實(shí)施例2相比，此處的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。然而，如與也將在下文提到的比較例1(26小時(shí))相比，理解此處反應(yīng)時(shí)間明顯縮短。
[表2]
此處獲得的粗HFIP在常壓下蒸餾，由此收集2974g純度為99.99％以上的HFIP。此時(shí)，總收率為95.0％。
[實(shí)施例2]
將4.1kg(18.63mol)的水合(三水合)六氟丙酮[水合物和其它雜質(zhì)(包括HCFC-123)的組成示于下面的表3，以及反應(yīng)開始之前HCFC-123的含量為7ppm]放入裝配有攪拌器的5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。然后，向其添加0.195質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(8g)、0.122質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(5g)、0.122質(zhì)量％的氫氧化鋁(5g)、和0.0488質(zhì)量％的碳酸氫鈉(0.2g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃，在用熱水加熱至95℃下開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.7MPa。由此，氫吸收開始。8小時(shí)后，分析反應(yīng)液。由此，水合HFA轉(zhuǎn)化率為95.45％。HFIP的GC純度為94.71％，TFA為0.0039％，TFIP為0.6800％，和HFA為4.55％。
隨后，在分析反應(yīng)液的同時(shí)持續(xù)反應(yīng)。在HFA的GC純度達(dá)到1.00％的時(shí)候，停止加熱和攪拌以終止反應(yīng)。直到此時(shí)的反應(yīng)時(shí)間(從反應(yīng)開始至結(jié)束)為12小時(shí)，和水合HFA轉(zhuǎn)化率為99.00％。HFIP的GC純度為98.09％，TFIP為0.7643％，和HFA為1.00％。
結(jié)果示于下列表3中。在水合HFA中所含的HCFC-123的量為7ppm的情況中，與上述實(shí)施例1相比，由于HCFC-123的含量降低使得更加顯著地防止“反應(yīng)速率在反應(yīng)的最終階段降低”。結(jié)果，反應(yīng)在12小時(shí)的短時(shí)間內(nèi)完成。結(jié)果表明，同時(shí)滿足“氫化在HCFC-123的含量不超過120ppm的條件下開始”和“使酸受體存在于體系中”這兩個(gè)要求的情況實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)速率的特別增加。
[表3]
對(duì)此處獲得的粗HFIP進(jìn)行常壓蒸餾，由此回收2985g的純度為99.99％的HFIP。此時(shí)，總收率為95.35％。
然后，在下面的[實(shí)施例3]至[實(shí)施例8]中，反應(yīng)在8小時(shí)內(nèi)終止。基于反應(yīng)后的GC純度(％)，將這些實(shí)施例中的效果與下文要提到的[比較例2]至[比較例3]相比較。
[實(shí)施例3]
將200g[(0.91mol)，含有12ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)和0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至95℃至99℃的情況下，開始攪拌同時(shí)氫氣壓力保持在0.70至0.71MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為95.5％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.366％，HFIP為92.584％，PFIP為0.108％，TeFIP為0.040％，和HFA為4.49％。此反應(yīng)中的HFIP選擇率為99.4％。
實(shí)施例3是在沒有酸受體的存在下氫化的實(shí)施例。當(dāng)與下文要提到的[比較例2]至[比較例3]相比時(shí)，應(yīng)理解水合六氟丙酮中HCFC-123的含量為12ppm的情況實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的水合HFA轉(zhuǎn)化率。換言之，已確認(rèn)即使不添加酸受體，“反應(yīng)速率在反應(yīng)的最終階段降低”也可通過減少HCFC-123的含量而防止。
[實(shí)施例4]
將200g[(0.91mol)，含有12ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)，0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)，0.12質(zhì)量％的氫氧化鋁(0.24g)和0.002質(zhì)量％的碳酸氫鈉(0.004g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至94至97℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.70至0.71MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為96.4％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.573％，HFIP為95.662％，PFIP為0.140％，TeFIP為0.066％，和HFA為3.559％。此反應(yīng)中的HFIP選擇率為99.2％。
如上所述，確認(rèn)與下文要提到的[比較例2]至[比較例3]相比，水合HFA轉(zhuǎn)化率極高。
此實(shí)施例4與實(shí)施例3不同之處在于，前者中存在酸受體。意識(shí)到由于酸受體的存在，使得反應(yīng)速率比在實(shí)施例3中增加更多(自不必言，與實(shí)施例5至8相比，此處的水合HFA轉(zhuǎn)化率極高)。這強(qiáng)烈地表明，通過添加酸受體而“增加反應(yīng)速率”和通過將HCFC-123含量減少至12ppm而“防止反應(yīng)速率在反應(yīng)的最終階段降低”是不同和獨(dú)立的效果。
[實(shí)施例5]
將200g[(0.91mol)，含有52ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)和0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至95至97℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.70至0.71MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為93.6％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.331％，HFIP為93.061％，PFIP為0.112％，TeFIP為0.042％，和HFA為6.449％。此反應(yīng)中的HFIP選擇率為99.5％。
[實(shí)施例6]
將197.52g[(0.90mol)，含有46ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)、0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)、0.12質(zhì)量％的氫氧化鋁(0.24g)和0.002質(zhì)量％的碳酸氫鈉(0.004g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至94至98℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.71至0.72MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為94.6％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.655％，HFIP為93.775％，PFIP為0.129％，TeFIP為0.063％，和HFA為5.378％。此反應(yīng)中的HFIP選擇率為99.1％。
[實(shí)施例7]
將200.02g[(0.91mol)，含有106ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)和0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至95至96℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.70至0.71MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為91.9％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.332％，HFIP為91.420％，PFIP為0.109％，TeFIP為0.041％，和HFA為8.097％。此反應(yīng)中的HFIP選擇率為99.5％。
[實(shí)施例8]
將200.02g[(0.91mol)，含有106ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)、0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)、0.12質(zhì)量％的氫氧化鋁(0.24g)和0.002質(zhì)量％的碳酸氫鈉(0.004g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。用熱水加熱至95至97℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.70至0.71MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為94.9％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.515％，HFIP為94.196％，PFIP為0.126％，TeFIP為0.057％，和HFA為5.108％。此反應(yīng)中的HFIP選擇率為99.3％。
如上所述，確認(rèn)與下文要提到的[比較例2]至[比較例3]相比，[實(shí)施例3]至[實(shí)施例8]中水合HFA轉(zhuǎn)化率高。當(dāng)[實(shí)施例3]至[實(shí)施例4]與[實(shí)施例5]至[實(shí)施例8]相比較時(shí)，前者的水合HFA轉(zhuǎn)化率高于后者。認(rèn)為，通過使用“添加酸受體”和“將HCFC-123的含量減少至不高于預(yù)定量水平”的條件，并通過將HCFC-123的量減少至落入更優(yōu)選范圍(5ppm至40ppm)，可有效防止反應(yīng)最終階段的反應(yīng)率降低。
[比較例1]
除了使用HCFC-123含量為144ppm的水合(三水合)HFA作為起始材料并且向反應(yīng)體系添加0.2g的碳酸氫鈉以外，其中在相同條件下進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作。
在分析反應(yīng)液的同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)。當(dāng)HFA的GC純度達(dá)到1.00％(反應(yīng)轉(zhuǎn)化率＝99％)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。直至此時(shí)，反應(yīng)時(shí)間(從反應(yīng)開始至結(jié)束)為26小時(shí)。雖然除了HCFC-123的量以外的其它條件與實(shí)施例1和2中相同，但比較例1的反應(yīng)時(shí)間明顯長(zhǎng)。關(guān)于GC純度，HFIP為98.38％，TFIP為0.5473％，和HFA為1.00％。
結(jié)果示于下面的表4。如上所述，理解即使在添加酸受體的情況中，當(dāng)HCFC-123的量超過120ppm時(shí)，反應(yīng)時(shí)間比實(shí)施例1和實(shí)施例2長(zhǎng)。這意味著“反應(yīng)速率在反應(yīng)最終階段降低”與“在氫化中添加酸受體”不相關(guān)，但依賴于HCFC-123的含量。
[表4]
然后，在下文的比較例2和比較例3中，與上述實(shí)施例3至實(shí)施例8相似，反應(yīng)在8小時(shí)內(nèi)終止，并且基于反應(yīng)后的GC純度(％)比較效果。
[比較例2]
將200g[(0.91mol)，含有130ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)和0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至96℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.7MPa。由此，氫吸收開始。
在反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為86.78％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.285％，HFIP為86.30％，和HFA為13.22％。
如上所述，理解當(dāng)HCFC-123的含量為130ppm時(shí)，在8小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間后反應(yīng)液的GC純度中水合HFA轉(zhuǎn)化率低于實(shí)施例3至實(shí)施例8。這表明，無(wú)論是否“在氫化中添加酸受體”，當(dāng)HCFC-123的含量超過120ppm時(shí)，反應(yīng)速率在反應(yīng)的最終階段降低。
[比較例3]
將196.55g[(0.91mol)，含有198ppm的HCFC-123]的水合(三水合)六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。向其添加0.2質(zhì)量％(相對(duì)于水合HFA的質(zhì)量％，下文應(yīng)同樣適用)的5％-Pd/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.4g)、0.12質(zhì)量％的5％-Ru/氧化鋁-負(fù)載催化劑(0.24g)、0.12質(zhì)量％的氫氧化鋁(0.24g)和0.002質(zhì)量％的碳酸氫鈉(0.004g)。反應(yīng)器用氫氣吹掃。在油浴中加熱至93至96℃下，開始攪拌，同時(shí)氫氣壓力保持在0.7MPa。由此，氫吸收開始。
在8小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間，停止加熱和攪拌，并通過冷卻來終止反應(yīng)。水合HFA轉(zhuǎn)化率為84.50％。關(guān)于反應(yīng)液的GC純度，TFIP為0.505％，HFIP為83.85％，和HFA為15.50％。
如上所述，理解當(dāng)HCFC-123的含量為198ppm時(shí)，即使添加酸受體，在8小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間后反應(yīng)液的GC純度中水合HFA轉(zhuǎn)化率低于實(shí)施例3至實(shí)施例8。這表明，當(dāng)HCFC-123的含量遠(yuǎn)超過120ppm時(shí)，反應(yīng)速率在反應(yīng)最終階段降低更多。
[參考例]三水合六氟丙酮的生產(chǎn)(通過粗三水合六氟丙酮的簡(jiǎn)單蒸餾來純化的實(shí)施例)
將上述制備例生產(chǎn)的200g(0.91mol)粗三水合六氟丙酮放入裝配有攪拌器的0.5-dm3不銹鋼(SUS-316)高壓釜。在連接至高壓釜的簡(jiǎn)單蒸餾裝置中，在0.05MPa的壓力下和70℃至75℃的內(nèi)溫下進(jìn)行簡(jiǎn)單蒸餾。
結(jié)果，獲得170g三水合六氟丙酮的餾出物。通過氣相色譜分析所得的餾出物中以將其中的氟離子定量。由此，三水合六氟丙酮中所含的HCFC-123的量為1504ppm。
如上所述，理解，即使在水合六氟丙酮的合成之后進(jìn)行簡(jiǎn)單蒸餾，HCFC-123的含量也不會(huì)低于120ppm。
[實(shí)施例9]
將14.13g(0.42mol)的95％多聚甲醛、132.4g(1.35mol)的97％硫酸、53.02g(2.65mol)的氟化氫和實(shí)施例1中獲得的43.69g(0.26mol)的六氟異丙醇放入具有在-15℃下冷卻的捕集器的反應(yīng)器或與捕集器連接的反應(yīng)器中。在20℃下進(jìn)行攪拌2至3小時(shí)。隨后，將其加熱5至6小時(shí)以最終在65℃至75℃下，同時(shí)持續(xù)攪拌。在此期間，在攪拌下，反應(yīng)器中的產(chǎn)物逐漸蒸餾出。因此，產(chǎn)物收集在體系外的捕集器中。
當(dāng)沒有更多的餾出物形成時(shí)，停止反應(yīng)。用水，然后用酸性水溶液，然后用堿性水溶液洗滌其中收集產(chǎn)物(含有氟甲基六氟異丙基醚的有機(jī)相)的捕集器，以得到含有未反應(yīng)的六氟異丙醇和氟化氫的水層與含有氟甲基六氟異丙基醚的有機(jī)層的兩層混合液。隨后，從混合液分離和除去含有1,1,1,3,3,3-六氟異丙醇的水層。對(duì)含有氟甲基六氟異丙基醚的有機(jī)層進(jìn)行蒸餾，以65.06％的收率得到純度超過99％的34g(0.17mol)氟甲基六氟異丙基醚。HFIP的轉(zhuǎn)化率為72.51％。
工業(yè)實(shí)用性
作為本發(fā)明的目標(biāo)化合物的六氟異丙醇可用作醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)化學(xué)品的中間體，和作為分析用的溶劑和作為電子材料的清洗溶劑等。從六氟異丙醇衍生的七氟醚可用作醫(yī)藥化學(xué)品，例如吸入麻醉劑等。