JP2001097943A - 芳香族化合物およびその製造法 - Google Patents

芳香族化合物およびその製造法

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JP2001097943A JP27904899A JP27904899A JP2001097943A JP 2001097943 A JP2001097943 A JP 2001097943A JP 27904899 A JP27904899 A JP 27904899A JP 27904899 A JP27904899 A JP 27904899A JP 2001097943 A JP2001097943 A JP 2001097943A
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Kenichiro Takase
憲一郎 高瀬
Norio Yoshino
則夫 好野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 親水性の良好な、特に低温から常温における
親水性に優れ、かつ従来の製品に比べて高い表面張力低
下能を有する、高洗浄力の界面活性剤を提供すること。 【解決手段】 下式I 【化1】 で表され、式中nが1〜10を、mが1〜20を、およ
びMがNa、KまたはNH4をそれぞれ意味する芳香族
化合物を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は界面活性剤として使
用される芳香族化合物、更に詳しくはフッ化炭素基(ペ
ルフルオロアルキル基)を有する芳香族化合物、並びに
その製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、一分子内にフッ化炭素鎖と炭
化水素鎖とを有するハイブリッド界面活性剤が合成され
ている。当初合成されたフッ素系ハイブリッド活性剤
は、親水基として作用する硫酸エステル基が結合する炭
素に、フッ化炭素鎖が直接結合していたため、空気中の
水分によっても加水分解を受けるといった非常に不安定
な化合物であった。
【0003】そこで、 一分子内に疎水基としてのフッ
化炭素鎖および炭化水素鎖、並びに親水基としての硫酸
塩基を有する芳香族化合物が、安定かつ洗浄力の高いハ
イブリッド界面活性剤として合成された(特開平7−8
2212号公報)。
【0004】このハイブリッド界面活性剤について、原
著論文「Synthesis of Hybrid Anionic Surfactants Co
ntaining Fluorocarbon and Hydrocarbon Chains」、Y.
ヨシノ、K. ハマノ、Y. オオミヤ、Y. コンドウ、A.
イトウ、およびM. アベ、Langmuir、11(2)、466〜469
頁、(1995)では、フッ素オイル/炭化水素オイル/水
の、元来互いに混じり合うことのない3種類の液体に対
してハイブリッド界面活性剤を単独使用すると、これら
の液体混合物が乳化可能とされる旨が述べられている。
更にフッ化炭素基を分子内に有し、浸透力ならびに表面
張力低下能に優れたこの界面活性剤は、その高い表面張
力低下能により基質−汚れ界面に侵入し、汚れとの親和
性のある炭化水素基が汚れを基質から引き離すために高
い洗浄能力を発揮するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の特開平7−82
212号公報に開示されている硫酸塩基を親水基として
有する芳香族化合物を使用する場合、比較的水に溶けに
くいことが実験により明らかにされている。すなわち低
温における親水性がフッ化炭素鎖長の増大に伴い不十分
になり、常温の水では充分な溶解度が得られない。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は親水性の良好な、特に低温から常温に
おける親水性に優れ、かつ従来の製品と同等の高い表面
張力低下能を有する高洗浄力の芳香族化合物を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は下式I
【0008】
【化6】 で表され、式中nが1〜10を、mが1〜20を、およ
びMがNa、KまたはNH4をそれぞれ意味する新規芳
香族化合物が界面活性剤として優れた親水性を示すこと
を見出した。式I中のnは4または6、特に4、mは
2、4または6、MはNaであるのが好ましい。
【0009】本発明の式Iの化合物は、ヨードベンゼン
を式II H(CH2mCOCl II の酸塩化物と反応させ、下式III
【0010】
【化7】 の(4−ヨードフェニル)アルキルケトンを得る工程I
と、これを銅粉の存在下にペルフルオロアルキルヨージ
ドと反応させて式IV
【0011】
【化8】 の(4−ペルフルオロアルキルフェニル)アルキルケト
ンと成す工程IIと、これを金属水素化物により式V
【0012】
【化9】 の(4−ペルフルオロアルキルフェニル)アルカノール
に還元する工程IIIと、更にこれを三酸化硫黄の1,
4−ジオキサン錯体と反応させて、式VI
【0013】
【化10】 のスルホン化化合物を得、次いでこれを水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムと反応さ
せて、それぞれ対応の塩Iとする工程IVとから成る製
造法により得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の式I
【0015】
【化11】 の化合物は上述のように優れた溶解性を示すものである
が、これは親水基が硫酸エステル塩型の構造を有するこ
とにより得られる特性である。本発明では硫酸エステル
ナトリウム、カリウム、アンモニウムの各塩の構造を得
ることにより、親水性の高い、すなわち水溶解性の向上
した界面活性剤が得られている。
【0016】上記式Iにおいて、ペルフルオロアルキル
基の炭素数nは1〜10、好ましくは4〜6、アルキル
基の炭素数mは1〜20、好ましくは2〜6である。好
ましいペルフルオロアルキル基の具体例としては、直鎖
状または分岐状、好ましくは直鎖状のペルフルオロメチ
ル、ペルフルオロエチル、ペルフルオロプロピル、ペル
フルオロブチル、ペルフルオロヘキシル、ペルフルオロ
デシル、ペルフルオロドデシル、ペルフルオロエイコシ
ルが挙げられ、好ましいアルキル基の具体例としてはメ
チル、エチル、ブチル、ヘキシル、デシル、ドデシル、
ペンタデシル、ヘプタデシル、エイコシルが挙げられ
る。
【0017】本発明の化合物Iは、例えば以下の製造法
により得られる。 [工程I.ヨードベンゼンのアシル化]
【0018】
【化12】 m=1〜20
【0019】本発明の式Iの芳香族化合物を合成するた
めには、出発材料としてヨードベンゼンを用い、これを
ルイス酸触媒の存在下にヨードベンゼンを酸塩化物と反
応させ、ヨードフェニルのパラ位をアシル化する(フリ
ーデル・クラフツ反応)。この場合使用される触媒は、
塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、フッ化水素、リン
酸であり、このうち無水塩化アルミニウムが特に好まし
く用いられ、二硫化炭素中に懸濁させた形態で用いられ
る。酸塩化物としてはプロピオン酸クロリド、酪酸クロ
リド、カプロン酸クロリド、カプリル酸クロリドなどが
使用可能であるが、このうち所望の最終生成物における
炭化水素基の炭素数に相当する酸塩化物を使用する。
【0020】反応に際しては、窒素雰囲気下に上記触媒
懸濁液を調製するのが好ましく、氷冷下に酸塩化物、次
いでヨードベンゼンを滴下し、反応させる。
【0021】これにより得られた(4−ヨードフェニ
ル)アルキルケトンを公知方法で精製する。 [工程II.ペルフルオロアルキル鎖の導入]
【0022】
【化13】 n=1〜10 m=1〜20
【0023】工程Iで得られた式IIIの(4−ヨード
フェニル)アルキルケトンをペルフルオロアルキルヨー
ジドと反応させてヨードフェニルのヨウ素をフッ化炭素
鎖と置換し、式IVの(4−ペルフルオロアルキルフェ
ニル)アルキルケトンとする。
【0024】この反応はジメチルスルホキシド、ジメチ
ルホルムアミド等の有機溶媒中、銅粉の存在下に進行す
る。ペルフルオロアルキルヨージドとしては、ペルフル
オロブチルヨージド、ペルフルオロヘキシルヨージドが
使用される。この場合も最終生成物のフッ化炭素鎖の炭
素数に相当するペルフルオロアルキルヨージドを用い
る。また、最終生成物のフッ化炭素鎖を分岐状として得
る場合は、使用するペルフルオロアルキルヨージドを対
応の分岐状のものとする。
【0025】反応にあたり、窒素雰囲気下に溶媒中の銅
粉を用い、化合物IVに対してペルフルオロアルキルヨ
ージドを滴下し、約110℃〜120℃で、約42〜5
0時間加熱攪拌し、未反応の銅粉を濾別する。
【0026】更に、公知方法により後処理を行い、生成
物を単離する。 [工程III.カルボニル基の還元]
【0027】
【化14】 n=1〜10 m=1〜20
【0028】化合物IVのカルボニルを金属水素化物に
よりアルコールに還元する。金属水素化物としては水素
化ホウ素ナトリウムや、水素化リチウムアルミニウムな
どの還元剤が用いられる。水素化リチウムアルミニウム
は優れた還元力を持つが、水と激しく反応するためにそ
の取り扱いが困難である。一方、水素化ホウ素ナトリウ
ムは、水またはアルコール溶媒中で穏やかに反応するた
め好ましく用いられる。用いられるアルコールには、メ
タノール、エタノール等比較的低級なアルコールがあ
り、メタノールが好ましく用いられる。
【0029】これにより式Vの(4−ペルフルオロアル
キルフェニル)アルカノールが得られる。
【0030】使用する化合物IVが固体である場合に
は、これをまずTHFに溶解させてから金属水素化物に
滴下する。次いで氷冷下にアルコールを滴下し、得られ
た混合物を室温にて反応させる。得られた粗生成物を、
通常カラムクロマトグラフィー等により精製する。 [工程IV:界面活性剤の合成]
【0031】
【化15】 n=1〜10、m=1〜20、M=Na、KまたはNH
4
【0032】式Vの化合物に三酸化硫黄を反応させる
が、三酸化硫黄は反応性が非常に高く、ヒドロキシル基
だけでなくC−H結合にも作用するため、予め三酸化硫
黄をジオキサンとの錯体とし、これを反応に用いる。
【0033】反応に先立ち、三酸化硫黄の1,4−ジオ
キサン錯体を1,2−ジクロロエタンに懸濁させてお
く。一方工程IIIにおける式IVの化合物を1,2−
ジクロロエタンに溶解させる。この溶液を、三酸化硫
黄:1,4−ジオキサン錯体の1,2−ジクロロエタン
懸濁液に滴下し、約24時間攪拌する。通常使用溶媒を
ハロアルカンとし、上記1,2−ジクロロエタンの他に
は塩化メチレンまたはクロロホルム等を用いることがで
きる。沈殿物を濾過し、中性になるまで水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムを添加す
る。粗生成物を後処理し、本発明の式Iの芳香族化合物
を得る。
【0034】以下、実施例により本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のではない。
【0035】
【実施例】[合成実施例1〜4]工程I.ヨードベンゼ
ンのアシル化 滴下漏斗と還流冷却器とを具備する500ml二口ナス
フラスコに、窒素雰囲気下、無水塩化アルミニウムを採
取し、二硫化炭素110ミリリットル中に懸濁させた。
氷冷下、酸塩化物を滴下し、次いでヨードベンゼンを滴
下した。55℃で42時間加熱還流により反応させた
後、氷冷水に注入して反応を停止させ、希塩酸を添加し
て水酸化アルミニウムを分解し、中性になるまで水洗し
た。溶媒を減圧留去し、減圧蒸留を行った後、流出物を
エーテルに溶解し、チオ硫酸水溶液で洗浄した後エーテ
ルを減圧留去した。
【0036】以下の表1に無水塩化アルミニウムの使用
量、使用酸塩化物およびその使用量、ヨードベンゼンの
使用量を記載する。
【0037】
【表1】
【0038】工程II.ペルフルオロアルキル鎖の導入 工程Iにより合成された、所定量の1−(4−ヨードフ
ェニル)−1−ブタノンおよび1−(4−ヨードフェニ
ル)−1−ヘキサノンを、窒素雰囲気下、滴下漏斗と還
流冷却器とを具備する500ミリリットル二口ナスフラ
スコに採取した。ドライパック中で銅粉を採取し、溶媒
としてDMSOを添加した後、ペルフルオロアルキルヨ
ージドを滴下した。110℃で42時間加熱還流を行っ
た後、未反応の銅粉を濾別し、蒸留水を加えて、析出し
たヨウ化銅を濾別した。ジエチルエーテルで抽出を行
い、エーテル層を水洗した後、エーテルを減圧留去し、
減圧蒸留した。
【0039】酸塩化物、銅粉、DMSOの各使用量、使
用したペルフルオロアルキルヨージドの種類およびその
使用量を表2に示す。
【0040】
【表2】
【0041】工程III.カルボニル基の還元 還流冷却器と滴下漏斗とを具備する300ミリリットル
二口ナスフラスコに水素化ホウ素ナトリウムを採取し、
工程IIで得られた(4−ペルフルオロアルキル)フェ
ニル]アルキルケトン(実施例2と4では室温で固体状
のため、予め所定量のテトラヒドロフランに溶解して使
用)を所定量滴下した。氷冷下にメタノールを滴下した
後、室温で24時間攪拌した。残留メタノールを減圧留
去し、目的物をエーテル抽出し、エーテルを減圧留去し
た。次いで粗生成物をカラム分離に付し(ヘキサン:酢
酸エチル=7:1の展開液を使用)精製した。
【0042】水素化ホウ素ナトリウム、(4−ペルフル
オロアルキル)フェニル]アルキルケトン、THF、お
よびメタノールの使用量を以下の表3に示す。
【0043】
【表3】
【0044】工程IV:界面活性剤の合成 滴下漏斗を具備する300ミリリットル二口ナスフラス
コに、窒素雰囲気下、三酸化硫黄の1,4−ジオキサン
錯体を採取し、1,2−ジクロロエタンに懸濁させた。
室温にて、上記工程IIIで得られたペルフルオロアル
キルフェニルアルカノールの1,2−ジクロロエタン溶
液を滴下し、24時間攪拌した。沈殿物を濾過した後、
中性になるまで水酸化ナトリウム水溶液を添加し、目的
物を水層に抽出した。粗生成物をフリーズドライにより
水を除去し、メタノールに溶解させて塩を濾別した後、
メタノールを減圧留去した。
【0045】三酸化硫黄の1,4−ジオキサン錯体、
1,2−ジクロロエタン、ペルフルオロアルキルフェニ
ルアルカノールの各使用量を表4に示す。
【0046】
【表4】
【0047】上記実施例1〜4により得られた生成物は
全て白色固体であった。これらの1H−NMR(溶媒C
3OD)、Massの各スペクトルを図1〜8に示
す。
【0048】[実施例1〜4] I.表面張力の測定 上記合成実施例1〜4で合成された4種類のハイブリッ
ド界面活性剤の表面張力を測定した。測定はKRUSS
自動表面張力計(K12 Version 4.03)を使用し、白金プ
レート(プレート長:19.9mm、プレート厚:0.
2mm)を用いて25℃恒温下で行った。
【0049】各ハイブリッド界面活性剤の臨界ミセル濃
度(cmc:critical micelle concentration)および臨界ミ
セル濃度における臨界表面張力(γcmc)を得た。
【0050】II.クラフト点の測定 同様に上記合成実施例1〜4で合成された4種類のハイ
ブリッド界面活性剤を用い、フッ化炭素鎖長n=4の界
面活性剤については1重量%水溶液、n=6の界面活性
剤は0.5重量%水溶液を調製して測定試料とし、恒温
槽を用いて0℃から昇温し、目視によりクラフト点の測
定を行った。 [比較例1〜4]公知化合物について上記と同様の条件
下に表面張力およびクラフト点を測定した。
【0051】表5に実施例1〜4の結果、並びに比較例
1〜4の化合物およびその測定結果を示す。比較例では
表面張力低下能が最高に達した時点(16mN/m)の
クラフト点を測定した。
【0052】
【表5】
【0053】上記表より、フッ化炭素の炭素数が同数で
かつ炭化水素部分の炭素数が同数の、例えば実施例3と
比較例1あるいは実施例4と比較例2を比較すると新規
化合物が表面張力低下能および溶解性の双方において優
れていることがわかる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造法に
より得られた新規芳香族化合物は、公知化合物と比較し
て臨界ミセル濃度が同等に保たれ、クラフト点が低い。
すなわち新規化合物は常温以下の水での洗浄に極めて有
効な化合物と言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の合成実施例1により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ブチル−1−
硫酸ナトリウムの1H−NMRスペクトルを示す図であ
る。
【図2】本発明の合成実施例1により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ブチル−1−
硫酸ナトリウムのMassスペクトルを示す図である。
【図3】本発明の合成実施例2により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ブチル−1−
硫酸ナトリウムの1H−NMRスペクトルを示す図であ
る。
【図4】本発明の合成実施例2により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ブチル−1−
硫酸ナトリウムのMassスペクトルを示す図である。
【図5】本発明の合成実施例3により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ヘキシル−1
−硫酸ナトリウムの1H−NMRスペクトルを示す図で
ある。
【図6】本発明の合成実施例3により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ヘキシル−1
−硫酸ナトリウムのMassスペクトルを示す図であ
る。
【図7】本発明の合成実施例4により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ヘキシル−1
−硫酸ナトリウムの1H−NMRスペクトルを示す図で
ある。
【図8】本発明の合成実施例4により得られた1−
[(4−ペルフルオロブチル)フェニル]ヘキシル−1
−硫酸ナトリウムのMassスペクトルを示す図であ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下式I 【化1】 で表され、式中nが1〜10を、 mが1〜20を、およびMがNa、KまたはNH4をそ
    れぞれ意味する芳香族化合物。
  2. 【請求項2】 nが4〜6、mが2〜6、MがNaであ
    ることを特徴とする、請求項1に記載の芳香族化合物。
  3. 【請求項3】 ヨードベンゼンを式II H(CH2mCOCl II の酸塩化物と反応させ、下式III 【化2】 の(4−ヨードフェニル)アルキルケトンを得る工程I
    と、 これを銅粉の存在下にペルフルオロアルキルヨージドと
    反応させて式IV 【化3】 の(4−ペルフルオロアルキルフェニル)アルキルケト
    ンと成す工程IIと、 これを金属水素化物により式V 【化4】 の(4−ペルフルオロアルキルフェニル)アルカノール
    に還元する工程IIIと、 更にこれを三酸化硫黄の1,4−ジオキサン錯体と反応
    させて、式VI 【化5】 のスルホン化化合物を得、次いでこれをMOH(MはN
    a、K、NH4の何れかを意味する)と反応させて、式
    Iで示される対応の塩とする工程IVと、 から成る請求項1に記載の芳香族化合物の製造法。
  4. 【請求項4】 nが4〜6、mが2〜6、MがNaであ
    ることを特徴とする、請求項3に記載の芳香族化合物の
    製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009001832A (ja) * 2008-10-07 2009-01-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 含芳香環高分子の製造方法

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