使用相轉(zhuǎn)移催化劑制備1-氯-3，3，3-三氟丙烯的方法
【專利說明】使用相轉(zhuǎn)移催化劑制備1-氯-3，3，3-三氟丙烯的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年2月4日提交的U.S.臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/760，321的權(quán)益，其公開內(nèi)容在此通過引用并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于制備鹵代有機(jī)化合物的方法，更具體地涉及用于制備氫氯氟烯烴的方法，和甚至更具體地涉及用于通過使用相轉(zhuǎn)移催化劑自1，1，1，3，3-五氯丙烷(HFC-240fa)來制備 1_ 氯 _3，3，3-三氟丙烯(HCF0_1233zd)的方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]氯氟碳(CFC)基化學(xué)品已經(jīng)以多種不同的應(yīng)用而廣泛用于工業(yè)，所述應(yīng)用包括作為制冷劑、氣霧劑拋射劑、發(fā)泡劑和溶劑等等。然而，某些CFC被懷疑消耗地球臭氧層。因此，更加環(huán)境友好的物質(zhì)已作為CFC的替代物引入。例如，1，1，1，3，3_五氟丙烷(HFC-245fa)被認(rèn)為對(duì)于某些工業(yè)應(yīng)用(例如發(fā)泡劑和溶劑)而言具有有利的物理性質(zhì)，并因此被認(rèn)為是之前用于這些應(yīng)用的CFC的良好替代物。不幸地是，如今認(rèn)為工業(yè)應(yīng)用中使用某些氫氟烴，包括HFC-245fa會(huì)導(dǎo)致全球變暖。因此，現(xiàn)在正尋找更加環(huán)境友好的氫氟烴替代物。
[0006]化合物1-氯-3，3，3-三氟丙烯，也稱作HCF0-1233zd或簡稱為1233zd，為某些應(yīng)用(包括用作發(fā)泡劑和溶劑)中替代HFC-245fa的候選物。1233zd具有Z-異構(gòu)體和E-異構(gòu)體。由于這兩種異構(gòu)體之間物理性質(zhì)的不同，純1233zd(E)、純1233zd(Z)、或兩種異構(gòu)體的某種混合物可作為制冷劑、拋射劑、發(fā)泡劑、溶劑而適用于特定領(lǐng)域、或用于其它用途。
[0007]已知1-氯-3，3，3-三氟丙烯可通過在液相反應(yīng)器中氟化1，1，1，3，3_五氯丙烷(HCC-240fa)來制備。由于其低溶解度和HCC_240fa和HF之間有限的接觸表面積，使用無水HF的無催化HCC-240fa氟化緩慢。
[0008]還已知改進(jìn)反應(yīng)速率和/或提高HCC_240fa向1233zd的轉(zhuǎn)化率的方法。這些包括增加攪拌速度和/或升高反應(yīng)溫度。然而，增加攪拌速度僅可將兩相之間的接觸表面積增加至一定程度。因此，反應(yīng)速率或轉(zhuǎn)化率受限于攪拌速度的增加。雖然反應(yīng)速率隨溫度升高而增加是事實(shí)，但副產(chǎn)物也伴隨著溶液溫度的升高而增加。因此，需要可提高反應(yīng)速率而無這些不利影響的方法。
[0009]發(fā)明概述
[0010]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種方法，其中使用無水HF對(duì)240fa的氟化在相轉(zhuǎn)移催化劑的存在下進(jìn)行，其促進(jìn)了這兩種不相容的反應(yīng)組分之間的反應(yīng)以制備1-氯-3，
3,3-三氟丙稀。
[0011]在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法涉及包括1，1，1，3，3_五氯丙烷(HCC-240fa)的有機(jī)反應(yīng)物的單步氟化反應(yīng)，其使用無水HF，在相轉(zhuǎn)移催化劑的存在下和任選地在極性非質(zhì)子溶劑的存在下進(jìn)行以產(chǎn)生1-氯_3，3，3-三氟-丙烯(1233zd)和作為副產(chǎn)物的HC1。除了 HCC-240fa作為有機(jī)反應(yīng)物材料，240fa可在與1，1，3，3_四氯丙烯(HC0_1230za)和/或1，3，3，3-四氯丙烯(HC0-1230zd)的一種或多種的混合物中?？商娲兀?230za和/或1230zd的每個(gè)都可為主要的有機(jī)反應(yīng)物材料，其可任選地在與240fa和/或1230zd或1230za的另一個(gè)的混合物中。
[0012]本發(fā)明所涉及領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)理解本文就任何具體方面和/或本發(fā)明實(shí)施方案所描述的任意特征可與本文所描述的任意其它方面和/或本發(fā)明實(shí)施方案的任意其它特征的一個(gè)或多個(gè)結(jié)合，可適當(dāng)修正以確保組合的相容性。這樣的組合被認(rèn)為是通過本公開預(yù)期的本發(fā)明的一部分。
[0013]應(yīng)理解前述一般描述和以下詳述均僅為示例性的和說明性的并不限制所要求保護(hù)的本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，其它實(shí)施方案將通過考慮本文所公開的本發(fā)明的說明書和實(shí)踐而變得顯而易見。
[0014]發(fā)明詳述
[0015]如上所述，本發(fā)明涉及一種方法，其中使用無水HF對(duì)包括240fa的有機(jī)材料的氟化在相轉(zhuǎn)移催化劑的存在下進(jìn)行，其促進(jìn)了這兩種不相容的反應(yīng)組分之間的反應(yīng)。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明該方法的反應(yīng)化學(xué)涉及包括1，1，1，3，3_五氯丙烷(HCC-240fa)、1，1，3，3-四氯丙烯(HC0_1230za)、1，3，3，3-四氯丙烯(HC0_1230zd)、或它們的各種混合物的有機(jī)反應(yīng)物與無水HF在相轉(zhuǎn)移催化劑存在下和任選地在極性非質(zhì)子溶劑存在下的單步氟化反應(yīng)以產(chǎn)生1-氯-3，3，3-三氟-丙烯(1233zd)和作為副產(chǎn)物的HC1。優(yōu)選的有機(jī)反應(yīng)物材料包含240fa。
[0017]氟化反應(yīng)便利地并優(yōu)選地在相轉(zhuǎn)移催化劑的存在下進(jìn)行。相轉(zhuǎn)移催化劑促進(jìn)了這些不相似和不相容的組分，即所選有機(jī)反應(yīng)物和HF的反應(yīng)。雖然不同的相轉(zhuǎn)移催化劑可以不同的方式起作用，但如果該相轉(zhuǎn)移催化劑促進(jìn)氟化反應(yīng)，則它們的作用機(jī)制對(duì)于它們?cè)诒景l(fā)明中的使用不是決定性的。
[0018]—種有用的相轉(zhuǎn)移催化劑包含鑰鹽，其包括季鱗鹽和季銨鹽。此類化合物的實(shí)例包括，但不限于，四甲基氯化銨、四甲基溴化銨、芐基三乙基氯化銨、甲基三辛基氯化銨(可以商標(biāo)Aliquat 336和Adogen 464商購)、四正丁基氯化錢、四正丁基溴化錢、四正丁基硫酸氫銨、四正丁基-氯化鱗、四苯基溴化鱗、四苯基氯化鱗、三苯基甲基-溴化鱗、三苯基-甲基氯化鱗、4-二烷基氨基吡啶鹽例如四苯基-氯化砷、雙[三(二甲基-氨基)膦]氯化亞錢和四三-[三(二甲基氨基)膦亞胺基]-氯化鱗(tetratris_[tris (dimethylamino)phosphinimino]-phosphonium chloride)。一種優(yōu)選而非限制性的相轉(zhuǎn)移催化劑實(shí)例為Aliquat 336。
[0019]應(yīng)使用有效量的相轉(zhuǎn)移催化劑以影響所需的反應(yīng)；一旦選定反應(yīng)物、方法條件和相轉(zhuǎn)移催化劑，該量可通過有限次實(shí)驗(yàn)而容易地確定。通常，所用催化劑的量相對(duì)于所選反應(yīng)物的量為約0.001-約1mol % ;優(yōu)選地，約0.01-約5mol %;和甚至更優(yōu)選地，約0.05-約5mo I % ο
[0020]為了更好的結(jié)果，除存在相轉(zhuǎn)移催化劑之外，所述氟化反應(yīng)可任選地在極性非質(zhì)子溶劑的存在下進(jìn)行。極性非質(zhì)子溶劑的非限制性實(shí)例包括二甲基甲酰胺、二甲基亞砜等。應(yīng)使用有效量的溶劑以影響所需反應(yīng)；一旦選定反應(yīng)物、方法條件和相轉(zhuǎn)移催化劑，該量可通過有限次實(shí)驗(yàn)來確定。通常，所用溶劑的量相對(duì)于所選反應(yīng)物的量為約0.001-約1mol % ;優(yōu)選地，約0.01-約5mol % ;和甚至更優(yōu)選地，約0.05-約5mol %。
[0021]HCC-240fa、HC0_1230za、HC0_1230zd、或它們的各種混合物的氟化反應(yīng)可在液相、攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)器優(yōu)選由耐HF和HCl腐蝕作用的材料構(gòu)成，例如Hastelloy-C、Inconel、Monel、Incalloy、或襯有含氟聚合物的鋼容器。反應(yīng)器裝備有攪拌器。該液相氟化反應(yīng)器為本領(lǐng)域所熟知。
[0022]在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述反應(yīng)器進(jìn)一步裝備有精餾塔，其允許所需產(chǎn)物(以大于共沸組合物中量的量，與副產(chǎn)物HC1、輕質(zhì)有機(jī)物例如1，3，3，3_四氟丙烯(HF0-1234ze)、和氟化氫一起)離開，同時(shí)保留大部分的HF、以及經(jīng)氟化有機(jī)物(under-fluorinatedorganics)例如 1，1，3，3_ 四氯-1-氟丙烷(HCFC_241fa)、1，3，3-三氯 _3_ 氟丙烯(HCF0-1231zd)、1，3，3-三氯-1，1- 二氟-丙烷(HCFC_242fa)、1，3- 二氯-3，3- 二氟丙烯0?^0-12322(1)、1，1-二氯-3，3，3-三氟丙烷(HCFC_243fa)等。
[0023]HF、有機(jī)進(jìn)料，即HCC-240fa、或HC0-1230za、或HC0-1230zd、或它們的各種混合物、相轉(zhuǎn)移催化劑、和任選的極性非質(zhì)子溶劑可裝入氟化反應(yīng)器且反應(yīng)可在加熱至所需反應(yīng)溫度時(shí)立即開始，同時(shí)維持?jǐn)嚢?。進(jìn)入反應(yīng)器的HF料流可重復(fù)利用，且可立即開始添加所選反應(yīng)物以引發(fā)連續(xù)反應(yīng)。
[0024]可替代地，大量的HCC