Método para producir compuestos orgánicos fluorados.

Un procedimiento para la preparación de 2,3,3,3-tetrafluoro-1-propeno (HFO-1234yf),

comprendiendo elprocedimiento poner en contacto CF3Cl con CH3CF2Cl, llevándose a cabo dicha etapa de puesta en contacto enpresencia de un catalizador a base de metal.

Método para producir compuestos orgánicos fluorados

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

(1) Campo de la invención:

Esta invención se refiere a nuevos métodos para preparar compuestos orgánicos fluorados, y más particularmente a métodos para producir olefinas fluoradas.

(2) Descripción de la técnica relacionada:

Los hidrofluorocarbonos (HFC) , en particular hidrofluoroalquenos tales como tetrafluoropropenos (incluyendo 2, 3, 3, 3-tetrafluoro-1-propeno (HFO-1234yf) y 1, 3, 3, 3-tetrafluoro-1-propeno (HFO-1234ze) ) se han descrito como refrigerantes eficaces, extintores de incendios, medios de transferencia de calor, propelentes, agentes espumantes, agentes de soplado, dieléctricos gaseosos, vehículos esterilizantes, medios de polimerización, fluidos de eliminación de partículas, fluidos portadores, agentes abrasivos pulidores, agentes secantes de desplazamiento y fluidos de trabajo de ciclos de trabajo. A diferencia de los clorofluorocarbonos (CFCs) e hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) , los cuales dañan potencialmente la capa de ozono terrestre, los HFCs no contienen cloro, y de este modo no plantean ninguna amenaza a la capa de ozono.

Se conocen varios métodos para preparar hidrofluoroalcanos. Por ejemplo, la patente U.S. nº 4.900.874 (Ihara et al.) describe un método para obtener olefinas que contienen flúor poniendo en contacto hidrógeno gaseoso con alcoholes fluorados. Aunque esto parece que es un procedimiento de rendimiento relativamente elevado, para la producción a escala comercial la manipulación de hidrógeno gaseoso a temperatura elevada plantea cuestiones difíciles relacionadas con la seguridad. También, el coste para producir hidrógeno gaseoso, tal como la construcción de una planta de hidrógeno en el sitio, puede ser prohibitivo en muchas situaciones.

La patente U.S. nº 2.931.840 (Marquis) describe un método para obtener olefinas que contienen flúor mediante pirólisis de cloruro de metilo y tetrafluoroetileno o clorodifluorometano. Este procedimiento es un procedimiento con un rendimiento relativamente bajo, y un porcentaje relativamente grande del material de partida orgánico se convierte en este procedimiento en subproductos indeseados y/o relativamente no importantes, incluyendo una cantidad considerable de negro de humo. El negro de humo no sólo es indeseado, sino que tiende a desactivar el catalizador usado en el procedimiento.

Se ha descrito la preparación de HFO-1234yf a partir de trifluoroacetilacetona y tetrafluoruro de azufre. Véase Banks, et al., Journal of Fluorine Chemistr y , Vol. 82, Iss. 2, p. 171-174 (1997) . También, la patente nº 5.162.594 (Krespan) describe un procedimiento en el que se hace reaccionar tetrafluoroetileno con otro etileno fluorado en fase líquida para producir un producto polifluoroolefínico.

En la patente U.S. nº 5.545.777, se han descrito reacciones catalizadas de reducción de hidrógeno para la preparación de hidrocarburos de C3 fluorados. La patente describe la reacción como aquella en la que un compuesto de fórmula (1)

C3HaClbFc (1)

se convierte mediante reducción catalizada de hidrógeno en un compuesto de fórmula (2)

C3Ha+xClb-yFc-z (2)

en las que a, b, c, x y y z son números enteros que satisfacen las siguientes condiciones: a ; 0, b ; 1, c ; 2, x ; 1, y ; 1, z ; 0, a + b + c = 8, x = y + z, b – y ; 0, y c – z ; 2. Puesto que las reacciones descritas en esta patente requieren un producto de reacción en el que a + b + c = 8 y que x = y + z, el producto de reacción descrito no incluye olefinas de C3, que, como se ha mencionado anteriormente, se ha encontrado que son deseables para uso en muchas aplicaciones importantes.

A pesar de las enseñanzas anteriores, se aprecia una necesidad continua de métodos para preparar eficientemente ciertos hidrofluorocarbonos, particularmente olefinas halogenadas tales como los propenos fluorados, incluyendo HFO-1234yf.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Se ha desarrollado un método para producir HFO-1234yf, que comprende poner en contacto CF3Cl con CH3CF2Cl, en el que la etapa de puesta en contacto se lleva a cabo en presencia de un catalizador a base de metal.

En realizaciones preferidas, la etapa de puesta en contacto transcurre en condiciones eficaces para convertir preferiblemente al menos 50%, más preferiblemente al menos 70%, e incluso más preferiblemente al menos 90%, del CH3CF2Cl. También se prefiere generalmente que dicha etapa de conversión produzca un producto de reacción que tenga al menos una selectividad del 20%, más preferiblemente una selectividad de al menos 40%, e incluso más preferiblemente una selectividad de al menos 70% por olefinas de C2-C6 polifluoradas, más preferiblemente propenos polifluorados, e incluso más preferiblemente tetrafluoropropenos. En realizaciones muy preferidas, dicha etapa de conversión produce un producto de reacción que tiene al menos alrededor de 20% de selectividad, más preferiblemente al menos alrededor de 40% de selectividad, e incluso más preferiblemente al menos alrededor de 70% de selectividad por HFO-1234yf.

En ciertas realizaciones preferidas, la etapa de conversión comprende hacer reaccionar CH3CF2Cl con CF3Cl en fase gaseosa, en fase líquida, o una combinación de estas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERIDAS

Un aspecto beneficioso de la forma preferida de la presente invención es que permite la producción de fluoroolefinas deseables, preferiblemente fluoroolefinas de C3, y en particular HFO-1234yf, usando reacciones con una conversión relativamente elevada y una selectividad elevada. Además, las realizaciones preferidas de los presentes métodos proporcionan reacciones con un rendimiento relativamente elevado, y que son capaces de obtener una vida catalítica relativamente prolongada.

Además, el presente método permite la producción de las fluoroolefinas deseables a partir de materiales de partida relativamente atractivos, que son relativamente fáciles de manipular, y/o están por lo general fácilmente disponibles en cantidades comerciales, y/o se pueden producir fácilmente a partir de otros materiales fácilmente disponibles.

En realizaciones preferidas, la relación en moles CH3CF2Cl:CF3Cl de la alimentación o alimentaciones al reactor son de 1:1 a 4:1, e incluso más preferiblemente de 1, 5:1 a 2, 5:1. En muchas realizaciones preferidas, la etapa de puesta en contacto tiene lugar en una única vasija, y se considera que es una reacción de una sola etapa. Se ha descubierto sorprendentemente que, en muchas realizaciones, es muy preferida la presencia de aire, u otro material que contiene oxígeno, en la alimentación al reactor. Sin estar necesariamente atados por ninguna teoría particular de operación, se cree que se logra ventaja en tales realizaciones debido a que el carbón se deposita perjudicialmente sobre la superficie del catalizador en ausencia de aire o sus componentes principales. Sin pretender estar atados o limitados por ninguna teoría particular de operación, se cree que, en ciertas realizaciones, la reacción transcurre vía la formación de CF3CF2CH3 (HFC-245cb) , que se deshidrofluora rápidamente o de forma sustancialmente instantánea a HFO-1234yf en las condiciones de reacción preferidas de la presente invención. Otro aspecto de esta teoría no limitante es que el mecanismo de esta realización de la presente invención se entiende y se cree que es que la reacción se inicia mediante la escisión heterolítica de los enlaces C-Cl en clorodifluoroetano (HCFC-142b) y compuestos similares, tales como clorotrifluorometano (CFC-13) .

En otras realizaciones, se prefiere que la etapa de puesta en contacto comprenda el acoplamiento oxidativo de los materiales de partida. El producto de reacción incluye, preferiblemente con rendimiento elevado y selectividad elevada, tetrafluoropropeno o tetrafluoropropenos, y en particular HFO-1234yf. Al igual que con las realizaciones particulares mencionadas anteriormente, es deseable y muy preferido en ciertas situaciones incluir aire o sus componentes principales en la corriente de alimentación al reactor a fin de potenciar la vida y eficacia del catalizador.

Generalmente se prefiere que esta etapa de reacción se lleve a cabo en fase gaseosa, o en algunas realizaciones posiblemente una combinación de fases líquida/gaseosa, y se contempla además que la reacción se puede llevar a cabo de forma discontinua, continua, o una combinación de estas.

De este modo, se contempla que las etapas preferidas de puesta en contacto se realicen usando una amplia variedad de parámetros del procedimiento y condiciones del procedimiento a la vista de las enseñanzas globales contenidas aquí. Sin embargo, se prefiere que, en ciertas realizaciones,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la preparación de 2, 3, 3, 3-tetrafluoro-1-propeno (HFO-1234yf) , comprendiendo el procedimiento poner en contacto CF3Cl con CH3CF2Cl, llevándose a cabo dicha etapa de puesta en contacto en presencia de un catalizador a base de metal.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la relación molar de CH3CF2Cl:CF3Cl está en el intervalo de 1:1 a 4:1.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la relación molar de CH3CF2Cl:CF3Cl está en el intervalo de 1, 5:1 a 2, 5:1.

4. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que el catalizador a base de metal se selecciona de

catalizadores a base de níquel, catalizadores a base de paladio, catalizadores a base de antimonio, catalizadores a base de aluminio y catalizadores a base de hierro.

5. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que dicha etapa de puesta en contacto es eficaz para convertir al menos 50% de dicho CH3CF2Cl.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que dicha etapa de puesta en contacto es eficaz para 15 convertir al menos 90% de dicho CH3CF2Cl.

7. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que dicha etapa de puesta en contacto es eficaz para producir un producto de reacción que tiene al menos 20% de selectividad por HFO-1234yf.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que dicha etapa de puesta en contacto es eficaz para producir un producto de reacción que tiene al menos 70% de selectividad por uno o más tetrafluoropropenos.

9. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que dicha etapa de puesta en contacto es eficaz para proporcionar un producto de reacción que tiene al menos 70% de selectividad por HFO-1234yf.

10. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, que se lleva a cabo en fase gaseosa.