JPH07278162A - リン酸ポリフルオロアルキルの製造方法 - Google Patents

リン酸ポリフルオロアルキルの製造方法

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JPH07278162A
JPH07278162A JP9573894A JP9573894A JPH07278162A JP H07278162 A JPH07278162 A JP H07278162A JP 9573894 A JP9573894 A JP 9573894A JP 9573894 A JP9573894 A JP 9573894A JP H07278162 A JPH07278162 A JP H07278162A
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尚史 安原
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 一般式:RCO2 ARfで表されるポリフル
オロアルキル基含有カルボン酸エステルとリン酸とを反
応させて、一般式:(RfAO)m P(O)(OH)
3-m からなるリン酸ポリフルオロアルキルを製造する方
法。 【効果】 容易に入手可能なポリフルオロアルキルハラ
イドから高収率で一般式:RCO2 ARfなるエステル
を製造した後に、リン酸類との反応による簡便な方法
で、経済的かつ工業的にリン酸ポリフルオロアルキルを
製造できるので、効率的な製造が困難であるポリフルオ
ロアルコールを経由する従来法に比べてはるかに優れた
製造方法を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、界面活性剤、撥水撥油
剤、離型剤などの表面処理剤、及び各種含フッ素誘導体
の原料として有用なリン酸ポリフルオロアルキルの製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、リン酸ポリフルオロアルキルの製
造方法としては、例えばポリフルオロアルコールとオキ
シハロゲン化リン、五酸化リン又はジアルキルホスファ
イトとを反応させる方法(特公昭48−4770号)や、ポリ
フルオロアルコールとビスホスホリルハライドとを反応
させた後、加水分解する方法(特開昭60−64990 号)な
どが知られている。
【0003】しかしながら、これらの方法はいずれも、
高価なポリフルオロアルコールを原料として使用してい
る。
【0004】ポリフルオロアルコールの製造方法として
は、ポリフルオロアルキルハライドをアミド系化合物及
び水と反応させる方法(特公昭52−8807号)があるが、
水の使用量が少なすぎる場合には、ポリフルオロアルキ
ルハライドの転化率が低下する。
【0005】これを向上させようとして反応条件を過酷
にすると、脱ハロゲン化水素反応に起因するRfCH=
CH2 なる副生オレフィンの生成割合が多くなるか、ま
たは水の使用量を多くすると、ポリフルオロアルキルハ
ライドの転化率を向上させ得るが、目的とするポリフル
オロアルコールの選択率が低下してしまう。選択率向上
のため、ポリフルオロアルキルハライドを先ずRCO2
CH2 CH2 Rfなるエステルに変え、次いで加水分解
反応によってポリフルオロアルコールに変えるという二
段法(特公昭52−17007 号)が挙げられるが、極めて多
量のアミド系化合物を使用しなければならなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、リン酸
ポリフルオロアルキルを製造するための原料であるポリ
フルオロアルコールの効率的な製造方法が未だ見出され
ていないため、ポリフルオロアルコールを経由しない経
済的かつ工業的なリン酸ポリフルオロアルキルの製造方
法が望まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記の如き
問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、一般
に、酢酸エステルなどのカルボン酸エステルはリン酸と
は反応しにくい(後述の比較例1参照)が、ポリフルオ
ロアルキル基を含有するカルボン酸エステルとリン酸と
は意外にも極めて高収率で反応して、リン酸ポリフルオ
ロアルキルを効率良く製造できることを見出し、本発明
を完成するに至った。
【0008】即ち、本発明は、一般式(I): (但し、この一般式中、Rは水素原子又は飽和若しくは
不飽和結合を含む炭素数1〜10のアルキル基であり、A
は単結合又は2価の有機基であり、Rfは直鎖状若しく
は分岐鎖状の炭素数4〜25のポリフルオロアルキル基で
ある。)で表されるポリフルオロアルキル基含有カルボ
ン酸スエテルと、リン酸類とを反応させることを特徴と
する、一般式(II): (Rf−A−O)m P(O)(OH)3-m (但し、この一般式中、Rf及びAは前記したものと同
じであり、mは1〜3の整数を示す。)で表されるリン
酸ポリフルオロアルキルの製造方法に係るものである。
【0009】本発明によれば、容易に入手可能なポリフ
ルオロアルキルハライドから高収率で一般式:RCO2
ARfなるエステルを製造した後に、リン酸との反応に
よる簡便な方法で、経済的かつ工業的にリン酸ポリフル
オロアルキルを製造できるので、効率的な製造が困難で
あるポリフルオロアルコールを経由する従来法に比べて
はるかに優れた製造方法である。
【0010】本発明に使用するRfCO2 ARfは、例
えば、米国特許第3239557 号の明細書に記載されるよう
に、RfCH2 CH2 Y(Y=Br又はI)で表される
ポリフルオロアルキルハライドを無水アルコール溶媒中
応させることによって、容易に得られる。
【0011】本発明において、原料として使用するポリ
フルオロアルキル基含有カルボン酸エステルの一般式
(I)において、Rfの炭素数は特に制限がないが、通
常は工業的観点から4〜25が用いられる。また、Rは水
素原子であってよく、或いは飽和若しくは不飽和結合を
含むアルキル基であれば炭素数は特に制限されないが、
通常は工業的観点から1〜10のアルキル基が用いられ
る。Rは、水素原子又は炭素数1〜7のアルキル基が好
ましい。
【0012】本発明において使用される代表的なポリフ
ルオロアルキル基含有カルボン酸エ
【化2】 が挙げられる。ここで、アンダーラインを付した基は入
手性等の点で好ましいものである(以下、同様)。
【0013】また、上記一般式(I)及び(II)におい
て、Aは単結合又は2価の有機基であって、2価の有機
基としては、
【化3】 で表される有機基がよい。
【0014】こうした2価の有機基において、
【化4】 等が挙げられる。
【0015】
【化5】 等が挙げられる。
【0016】また、
【化6】 等が挙げられる。
【0017】
【0018】
【化7】 等が挙げられる。
【0019】本発明において使用される代表的なポリフ
ルオロアルキル基含有カルボン酸エステルとしては、例
えば、ギ酸エステル、酢酸エステル、プロピオン酸エス
テル等の飽和カルボン酸エステル類及びアクリル酸エス
テル、メタクリル酸エステル、クロトン酸エステル等の
不飽和カルボン酸エステル類及び
【化8】 等が挙げられるが、その中でも、特に撥水撥油剤の中間
体として工業的に大量生産されているポリフルオロアル
キル基含有アクリル酸エステルが入手容易という点で好
ましい。
【0020】本発明で用いられるリン酸類としては、オ
ルトリン酸(H3 PO4 )、
【化9】 からなる群より選択されたものであり、その中でも、反
応中の粘度を低くするという点でオルトリン酸が好まし
い。
【0021】本発明の方法によって生成するリン酸ポリ
フルオロアルキルの例としては、
【化10】 等が挙げられる。
【0022】本発明の反応(広義にはエステル交換反応
とも言える。)は、無触媒でも進行するが、触媒を使用
する場合は、反応速度を高めるという点で、オルトリン
酸(pKa=2.1)のpKa以下のpKaの酸、例えば、
塩酸、硫酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸のような鉱酸、
p−トルエンスルホン酸のような有機酸の存在下に行う
のが望ましい。その中でも、蒸気圧が低いため、反応中
に系外へ除去されにくい硫酸、p−トルエンスルホン酸
が特に好ましい。
【0023】本発明の反応は不活性溶媒中で行うことも
可能であるが、反応容器が大きくなる点及び目的物との
分離操作が必要という点から、無溶媒で行うのが反応の
効率上好ましい。
【0024】生成するカルボン酸(RCOOH)は反応
系外へ順次除去することが望ましいが、この除去方法と
しては、減圧下、不活性ガスの流通下、酸素を含
む気体の流通下、の3つの方法が可能である。
【0025】但し、アクリル酸エステルなどの重合性化
合物を原料として用いる場合には、上記又はの方法
では、原料のアクリル酸エステル、生成したアクリル酸
が重合する可能性があり、これを防止するためにハイド
ロキノン等の重合禁止剤を使用すると、反応速度が低下
するという現象が見られた。
【0026】また、たとえ重合禁止剤を用いて系内のア
クリル酸エステルの重合を防止できても、生成するアク
リル酸を系外へ除去する際、途中でアクリル酸が重合す
るのを防止することが困難であったが、上記の方法を
用いた場合は、原料のアクリル酸エステル、生成するア
クリル酸の重合を効率よく抑制することが判明し、酸素
を含む気体の中でも安全性、経済性の点で空気の流通下
で反応を行うのが特に好ましい。
【0027】本発明の上記反応の反応温度は50〜200 ℃
であってよく、特に 100〜170 ℃が好ましい。 100℃よ
り低い場合には、反応に長時間を要するし、 170℃を超
えると、原料としてアクリル酸エステルなどの重合性化
合物を用いる場合は、副反応として重合反応が一部進行
する。
【0028】また、この反応において、リン酸とポリフ
ルオロアルキル基含有カルボン酸エステルとの割合は、
特に制限されないが、通常、後者がリン原子に対して1
〜3モルで行われる。
【0029】
【発明の作用効果】
ボン酸エステルとリン酸類とを反応させているので、容
易に入手可能なポリフル た後に、リン酸類との反応による簡便な方法で、経済的
かつ工業的にリン酸ポリフルオロアルキルを製造できる
ので、効率的な製造が困難であるポリフルオロアルコー
ルを経由する従来法に比べてはるかに優れた製造方法を
提供できる。
【0030】
【実施例】次に、本発明を実施例について更に具体的に
説明するが、この実施例は本発明を何ら限定するもので
はない。
【0031】実施例1 CH2 =CHCO2 CH2 CH2 8 17 51.8g(0.1
モル)、85重量%H3PO4 11.5g(0.1モル)、H2
SO4 0.5g(0.005モル)を、気体導入管、温度計、攪
拌機、蒸留塔を装備した 200mlの4つ口フラスコに入
れ、充分に攪拌しつつ乾燥空気を 400ml/分で流通させ
ながら 130℃で24時間反応を行った。
【0032】その後、5mlの水を加え、90℃で3時間攪
拌した後、50mlの1,2−ジメトキシエタンに溶解し、
充分攪拌された1lの冷水中に投入して沈澱させた。
【0033】沈澱物を濾過後、90℃で減圧乾燥を行う
と、49.5gの褐色の固体が得られた。1H−NMR及び
31P−NMRで分析したところ、この化合物中に、(C
8 17CH2 CH2 O)m P(O)(OH)3-m (m=
1が80.1モル%、m=2が19.4モル%、m=3が 0.5モ
ル%)が94.9モル%、C8 17CH2 CH2 OHが 2.7 た。
【0034】出発原料及び生成物の同定データは次の通
りであった。
【化11】
【0035】
【化12】
【0036】副生物としてのRCOOHのカルボン酸
(CH2 =CHCOOH)は、反応中に流通する乾燥空
気により同伴させて、蒸留塔の上部で液化し、受器に溜
ることで反応系から除去した。
【0037】実施例2 CH2 =CHCO2 CH2 CH2 (CF2 CF2 n
2 CF3 (n=2が3.1モル%、n=3が57.0モル
%、n=4が27.9モル%、n=5が 9.3モル%、n=6
が 2.1モル%、n=7が 0.4モル%、平均分子量:569)
を56.9g(0.1モル)使用した以外は実施例1と同様に操
作して、褐色固体54.7gを得た。
【0038】この化合物の組成は、(CF3 CF2 (C
2 CF2 n CH2 CH2 O)mP(O)(OH)
3-m (m=1が73.3モル%、m=2が26.0モル%、m=
3が 0.7モル%)が94.6モル%、CF3 CF2 (CF2
CF2 n CH2 CH2 OHが2.6モル%、原料のCH
2 =CHCO2 CH2 CH2 (CF2 CF2 n CF2
CF3 が 2.8モル%であった。
【0039】実施例3 CH3 CO2 CH2 CH2 8 17を51.4g(0.1モル)
使用した以外は実施例1と同様に操作して、褐色固体5
2.8gを得た。
【0040】この化合物の組成は、(C8 17CH2
2 O)m P(O)(OH)3-m (m=1が74.5モル
%、m=2が24.7モル%、m=3が 0.8モル%)が92.3
モル%、C8 17CH2 CH2 OHが 4.3モル%、原料
のCH3 CO2 CH2 CH2 8 17が 3.4モル%であ
った。
【0041】出発原料の分析データは次の通りであっ
た。
【0042】実施例45 11CO2 CH2 CH2 8 17を56.2g(0.1モ
ル)用い、 160℃で24時間反応を行った以外は実施例1
と同様に操作し、褐色固体51.2gを得た。
【0043】この化合物の組成は、(C8 17CH2
2 O)m P(O)(OH)3-m (m=1が76.5モル
%、m=2が22.6モル%、m=3が 0.9モル%)が93.4
モル%、C8 17CH2 CH2 OHが 2.5モル%、原料
の C5 11CO2 CH2 CH2 8 17が 4.1モル%
含まれていた。
【0044】実施例5 85重量%H3 PO4 の代わりに、 115重量%ポリリン酸
8.52g(H3 PO4 として 0.1モル)使用した以外は実
施例1と同様に操作し、褐色固体50.3gを得た。
【0045】この化合物の組成は、(C8 17CH2
2 O)m P(O)(OH)3-m (m=1が92.7モル
%、m=2が 7.3モル%)が90.3モル%、C8 17CH
2 CH2 OHが 2.6モル%、原料のCH2 =CHCOO
CH2 CH2 8 17が 7.1モル%含まれていた。
【0046】実施例62 SO4 の代わりに、p−トルエンスルホン酸を 0.9
g(0.005モル)使用した以外は実施例1と同様に操作
し、褐色固体51.7gを得た。
【0047】この化合物の組成は、(C8 17CH2
2 O)m P(O)(OH)3-m (m=1が75.4モル
%、m=2が24.0モル%、m=3が 0.6モル%)が95.2
モル%、C8 17CH2 CH2 OHが 2.4モル%、原料
のCH2 =CHCO2 CH2 CH2 8 17が 2.4モル
%含まれていた。
【0048】実施例72 SO4 を添加せずに実施例3と同様に操作して、褐
色固体35.0gを得た。この化合物の組成は、(C8 17
CH2 CH2 O)m P(O)(OH)3-m (m=1が5
5.1モル%、m=2が39.4モル%、m=3が 5.5モル
%)が86.4モル%、C8 17CH2 CH2 OHが 0.8モ
ル%、原料のCH3 CO2 CH2 CH2 817が12.8
モル%含まれていた。
【0049】実施例8 1と同様に操作して、褐色固体48.7gを得た。
【0050】 が75.2モル%、m=2が24.1モル%、m=3が 0.7モル
%)が94.5モル%、C8 2.5モル%であった。
【0051】出発原料の分析データは次の通りであっ
た。
【0052】実施例9 ml/分で流通させる代わりに、20mmHgの減圧下で、 1
50℃、24時間反応を行った以外は実施例1と同様に操作
して、褐色固体50.1gを得た。
【0053】 が 6.9モル%含まれていた。
【0054】実施例10
【化13】
【0055】
【化14】
【0056】実施例11 実施例2において、CH2 =CHCO2 CH2 CH
2 (CF2 CF2 n CF2 CF3 (n=2が0.64モル
%、n=3が 56.01モル%、n=4が 24.71モル%、n
=5が 10.56モル%、n=6が4.83モル%、n=7が1.
87モル%、n=8が0.85モル%、n=9が0.38モル%、
n=10が0.11モル%、平均分子量:592)を59.2g(0.1モ
ル)使用した以外は実施例2と同様に操作して、褐色固
体56.9gを得た。(CF2 CF2 n CF2 CF3 の炭
素数は4〜25であった。
【0057】この化合物の組成は、(CF3 CF2 (C
2 CF2 n CH2 CH2 O)mP(O)(OH)
3-m (m=1が73.3モル%、m=2が26.0モル%、m=
3が 0.7モル%)が94.6モル%、CF3 CF2 (CF2
CF2 n CH2 CH2 OHが2.6モル%、原料のCH
2 =CHCO2 CH2 CH2 (CF2 CF2 n CF2
CF3 が 2.8モル%であった。
【0058】比較例1 CH3 CO2 1225を22.8g(0.1モル)使用した以外
は実施例1と同様に操作して、褐色固体23.2gを得た。
【0059】この化合物の組成は、(C1225O)m
(O)(OH)3-m (m=1が90.4モル%、m=2が
9.6モル%)が 9.3モル%、原料のCH3 CO2 12
25が90.7モル%含まれていた。
【手続補正書】
【提出日】平成7年2月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】即ち、本発明は、一般式(I): (但し、この一般式中、Rは水素原子又は飽和若しくは
不飽和結合を含む炭素数1〜10のアルキル基であり、A
は単結合又は2価の有機基であり、Rfは直鎖状若しく
は分岐鎖状の炭素数1〜25のポリフルオロアルキル基で
ある。)で表されるポリフルオロアルキル基含有カルボ
ン酸エステルと、リン酸類とを反応させることを特徴と
する、一般式(II): (Rf−A−O)m P(O)(OH)3-m (但し、この一般式中、Rf及びAは前記したものと同
じであり、mは1〜3の整数を示す。)で表されるリン
酸ポリフルオロアルキルの製造方法に係るものである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】本発明に使用するRCO2 ARfは、例え
ば、米国特許第3239557 号の明細書に記載されるよう
に、RfCH2 CH2 Y(Y=Br又はI)で表される
ポリフルオロアルキルハライドを無水アルコール溶媒中
応させることによって、容易に得られる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】本発明において、原料として使用するポリ
フルオロアルキル基含有カルボン酸エステルの一般式
(I)において、Rfの炭素数は特に制限がないが、通
常は工業的観点から1〜25が用いられる。また、Rは水
素原子であってよく、或いは飽和若しくは不飽和結合を
含むアルキル基であれば炭素数は特に制限されないが、
通常は工業的観点から1〜10のアルキル基が用いられ
る。Rは、水素原子又は炭素数1〜7のアルキル基が好
ましい。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】本発明において使用される代表的なポリフ
ルオロアルキル基含有カルボン酸エ
【化2】 が挙げられる。ここで、アンダーラインを付した基は入
手性等の点で好ましいものである(以下、同様)。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】こうした2価の有機基において、
【化4】 等が挙げられる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】
【化5】 等が挙げられる。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】また、上記一般式(I)及び(II)におけ
るRfは、不飽和結合又はエーテル結合を含むこともあ
る炭素数1〜25のポリフルオロアルキル基であって、そ
れを例示すると、CF3 CF3 CF2 、CF3
2 CF2 −、(CF3 2CF−CF3 (CF2
2 CF2 、(CF3 3 C−、CF3 (CF2 4
2 CF3 (CF2 6 CF2 CF3 (C
2 8 CF2 CF3(CF2 10CF2 、CF
3 (CF2 12CF2 −、CF3 (CF2 14CF
2 −、CF3 (CF2 16CF2 −、CF3 (CF2
18CF2 −、CF3 (CF2 20CF2 −、(CF3
2 CFCF2 CF2 (CF3 2 CF(CF2 3
CF2 (CF3 2 CF(CF2 5 CF2
(CF3 2 CF(CF2 7 CF2 (CF3 2
CF(CF2 9 CF2 、(CF3 2 CF(C
2 11CF2 −、(CF3 2 CF(CF2 13CF
2 −、(CF3 2 CF(CF2 15CF2 −、(CF
3 2 CF(CF2 17CF2 −、(CF3 2 CF
(CF2 19CF2 −、HCF2 CF2 HCF
2 (CF2 2 CF2 HCF2 (CF2 4 CF2
HCF2 (CF2 6 CF2 HCF2 (C
2 8 CF2 、HCF2 (CF2 10CF2 −、H
CF2 (CF212CF2 −、HCF2 (CF2 14
2 −、HCF2 (CF2 16CF2 −、HCF2 (C
2 18CF2 −、
【化7】 等が挙げられる。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】本発明の方法によって生成するリン酸ポリ
フルオロアルキルの例としては、
【化10】 等が挙げられる。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0041
【補正方法】変更
【補正内容】
【0041】出発原料の分析データは次の通りであっ
た。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0055
【補正方法】変更
【補正内容】
【0055】
【化14】
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0056
【補正方法】変更
【補正内容】
【0056】実施例11 実施例2において、CH2 =CHCO2 CH2 CH
2 (CF2 CF2 n CF2 CF3 (n=2が0.64モル
%、n=3が 56.01モル%、n=4が 24.71モル%、n
=5が 10.56モル%、n=6が4.83モル%、n=7が1.
87モル%、n=8が0.85モル%、n=9が0.38モル%、
n=10が0.11モル%、平均分子量:592)を59.2g(0.1モ
ル)使用した以外は実施例2と同様に操作して、褐色固
体56.9gを得た。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】一般式(I): (但し、この一般式中、Rは水素原子又は飽和若しくは
    不飽和結合を含む炭素数1〜10のアルキル基であり、A
    は単結合又は2価の有機基であり、Rfは直鎖状若しく
    は分岐鎖状の炭素数4〜25のポリフルオロアルキル基で
    ある。)で表されるポリフルオロアルキル基含有カルボ
    ン酸スエテルと、リン酸類とを反応させることを特徴と
    する、 一般式(II): (Rf−A−O)m P(O)(OH)3-m (但し、この一般式中、Rf及びAは前記したものと同
    じであり、mは1〜3の整数を示す。)で表されるリン
    酸ポリフルオロアルキルの製造方法。 【請求項2】 Rが水素原子又は飽和若しくは不飽和結
    合を含む炭素数1〜7のアルキル基である、請求項1に
    記載の製造方法。 【請求項3】 Aが単結合である、請求項1又は2に記
    載の製造方法。 【請求項4】 Aは、単結合又は2価の有機基であっ
    て、2価の有機基としては、 【化1】 である、請求項1又は2に記載の製造方法。 【請求項5】 pKaが 2.1以下の酸の存在下に反応を
    行う、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。 【請求項6】 pKaが 2.1以下の酸が硫酸又はp−ト
    ルエンスルホン酸である、請求項5に記載の製造方法。 【請求項7】 酸素を含む気体の流通下に反応を行う、
    請求項2に記載の製造方法。 【請求項8】 リン酸が、オルトリン酸、ポリリン酸及
    びメタリン酸からなる群より選択されるものである、請
    求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。 反応系外へ除去する、請求項1〜8のいずれか1項に記
    載の製造方法。 【請求項10】 反応を 100〜170 ℃で行う、請求項1〜
    9のいずれか1項に記載の製造方法。
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