JP2003064034A - フッ素化合物及び該フッ素化合物からなるフッ素化剤 - Google Patents
フッ素化合物及び該フッ素化合物からなるフッ素化剤Info
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Abstract
めて有効なフッ素化合物を提供すること。 【解決手段】一般式(1): 【化1】 (但し、式中、Xは窒素、またはリン原子を表し、
R0、R1およびR2は、水素、置換基を有する事のある
アルキル基又はアリール基であり、其々、同一でも異な
っていても良い。また、R0、R1およびR2が結合して
環を形成しても良い。)で表されるフッ素化合物。
Description
合物、特に含フッ素窒素化合物に関する。含フッ素窒素
族化合物は、含酸素化合物等の活性な官能基を有する化
合物類のフッ素化や各種基材の表面処理、コーティン
グ、或いは洗浄用途に有用である。
する特異な生理活性や優れた機能を示すものが多く、近
年、特に医薬、農薬の分野でフッ素導入の有用性が認め
られ、フッ素含有化合物の必要性は増すばかりである。
また医薬、農薬のみならず、広範な分野でその機能を生
かした応用がなされており、フッ素含有化合物の重要性
はさらに高まっている。フッ素含有化合物は、天然には
殆ど存在しないので有機合成的にフッ素原子を導入する
必要がある。フッ素導入を目的として用いられる一般的
なフッ素化剤として、例えば、フッ素、フッ化水素、四
フッ化硫黄等が知られている。しかし、これらは毒性、
腐食性、反応時に爆発の危険性があり、取り扱いに特殊
な装置や技術を必要とする問題点がある。さらに、反応
時の収率が低く選択性も悪い場合が多い等の欠点を有す
る。この他にも、含酸素官能基に対して選択的にフッ素
を導入する為に、種々のフッ素化剤が開発されている。
例えば、フッ化水素−ピリジン混合物(Olah試
薬)、フルオロアルキルアミン型のYarovenko
試薬とその改良型の石川試薬、また、通称、DASTと
して知られる三フッ化ジエチルアミノ硫黄等が代表的な
フッ素化剤として挙げられる。しかし、何れも安全性や
保存安定性、反応後の廃棄物処理等の問題を抱え、取り
扱いや製造の煩雑さを考慮すると工業的な観点からは充
分とは言い難いのが実状である。
記の従来技術の問題点を解決し、酸素含有基等の官能基
のフッ素化が可能で、熱安定性が優れ、取り扱いが容易
で、且つ、安価に製造可能な化合物を提供することであ
る。
を解決すべく鋭意検討を行った結果、一般式(1):
R0、R1およびR2は、水素、置換基を有する事のある
アルキル基又はアリール基であり、其々、同一でも異な
っていても良い。また、R0、R1およびR2が結合して
環を形成しても良い。)で表されるフッ素化合物が、各
種の含酸素化合物のフッ素化に有効であり、蒸留可能で
高い熱安定性を有し、取り扱いが容易である事から上記
した課題の多くを解決出来る事を見出した。また該化合
物が表面処理や洗浄等の用途等にも有用である事を知
り、本発明に到達した。
一般式(2)で表される化合物
R0、R1およびR2は、水素、置換基を有する事のある
アルキル基又はアリール基であり、其々、同一でも異な
っていても良い。R0、R1およびR2が結合して環を形
成しても良い。Yは塩素、臭素またはヨウ素である。)
から、フッ素化剤を用いて直接フッ素原子を導入する方
法、またはハロゲン化剤でハロゲン化反応を行うことに
より得ることができることを見出した。
表されるフッ素化合物は、具体的には含フッ素窒素族化
合物であり、一般式(1)において、Xが窒素である含
フッ素窒素化合物やXがリンである含フッ素リン化合物
が挙げられる。一般式(1)中のR0、R1およびR2の
アルキル基としては、炭素数1〜30までの直鎖または
分岐したものが好ましく、例えば、メチル、エチル、プ
ロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t-ブチ
ル、ペンチル、へキシル、ヘプチル、オクチル、2-エチ
ルヘキシル、ノニル、デシル、シクロヘキシル、シクロ
ヘキシルオキシ、デカリル、ノルボルニル、ビシクロヘ
キシル、アダマンチル、及びこれらの異性体があり、そ
の他にもヒドロキシメチル、ヒドロキシエチル、ヒドロ
キシプロピル、ヒドロキシブチル、ヒドロキシフェニル
等が挙げられる。
30のものであり、例えば、フェニル、o-トリル、m-ト
リル、p-トリル、ジメチルフェニル、及びその位置異性
体、クミル、メシチル、トリメチルフェニル、ヒドロキ
シフェニル、ナフチル、メチルナフチル、ジメチルナフ
チル、ヒドロキシナフチル、ビフェニル、テトラリル、
t-フェニル、アンスリル、ベンゾチエニル、クロメニ
ル、インドイル基等が挙げられる。これらのアルキル基
およびアリール基には、他の官能基、例えば、水酸基、
ハロゲン、ニトロ基、メルカプト基、アミノ基、アミド
基、シアノ基、カルボニル基、カルボキシル基、アセチ
ル基、アシル基、アルコキシ基やスルホン基、若しくは
他の原子団等が含まれる事があっても良い。
種々の方法で製造する事が出来るが、例えば含フッ素窒
素化合物は、式(1)で表される化合物に対応するアミ
ド化合物であるN,N−2置換アミド化合物を出発原料
に用い、種々のフッ素化剤を用いて直接フッ素原子を導
入する方法、またハロゲン化剤でハロゲン化反応を行っ
た後、引き続き、ハロゲン交換反応を行ってフッ素を導
入する方法によるのが一般的である。
ンとアルデヒドからヒドロキシメチルホスホニウム塩を
得た後、アミン類と反応させる方法で容易に製造する事
が出来る。
理的、化学的特性、即ち、熱安定性、反応性、取り扱い
の容易さや価格等を考慮して用いれば良いが価格や取り
扱いの点から、含フッ素窒素化合物がより好ましい。
フッ素窒素化合物を製造する際には、フッ素、四フッ化
硫黄、五フッ化ヨウ素、HF−塩基類及び五フッ化ヨウ
素−HF溶融塩類を用いて、酸素含有官能基のフッ素化
を行う事が出来る。含フッ素窒素化合物の直接合成に
は、反応性や安全性を勘案すると、HF−トリエチルア
ミンの様なHF−塩基類や五フッ化ヨウ素−HF溶融塩
を用いるのが好ましい。
を製造する方法の一例を、以下に示す。 N,N−2置換アミド化合物とハロゲン化剤を反応さ
せてアミド化合物のハロゲン化物を製造する(以下、工
程1と称する。)。 次いで、上記アミド化合物のハロゲン化物とフッ化水
素やフッ素のアルカリ金属塩とを反応させて、ハロゲン
交換反応を行い含フッ素窒素化合物を製造する(以下、
工程2と称する。)。
て、工程1のハロゲン化には、例えば、ホスゲン、三塩
化リン、五塩化リン、塩化チオニル、塩化オキサリル等
の塩素化剤が好適に用いられる。これらのハロゲン化剤
によってアミド結合の酸素原子がハロゲンによって置換
される。塩素の反応性が低い場合には、臭素やヨウ素を
含む同様のハロゲン化剤の中かから反応性の高いものを
選択し、臭素、またはヨウ素を導入する事が好ましい。
通常、酸アミドのハロゲン化は容易に進行する。例え
ば、イソ酪酸アミドの場合、ジクロルメタン中、20℃
でホスゲンを流して塩素化を行う事で反応は完結する
(Organic Synthesis, CV 6, 282)。上記ハロゲン化手
段によって、一般式(1)に示した化合物の前駆体であ
る一般式(3)で表されるアミド化合物のハロゲン化物
が得られる。
有する事のあるアルキル基又はアリール基であり、其
々、同一でも異なっていても良い。また、R0、R1およ
びR2が結合して環を形成しても良い。Yは塩素、臭素
又はヨウ素である。)
て、工程2のフッ化水素、フッ化ナトリウム、フッ化カ
リウム等のフッ素のアルカリ金属塩を用いる公知の方法
によるハロゲン交換反応の条件を、一概に規定する事は
難しいが個々の反応は良く知られたものが殆どである
為、公知の文献類、例えば、ジャーナルオブオーガニッ
クケミストリー,44巻,3872頁(1979年)、
有機合成化学協会誌,47巻,258頁(1989年)
やジャーナルオブフルオリーンケミストリー,44巻,
291頁(1989年)、等を参考に決定する事ができ
る。出発原料として好ましいのは、置換基を有する事の
あるアルキル基、又はアリール基を有するN,N−2置
換アミド化合物である。置換基は、互いに同一であって
も異なっていても良く、互いに結合し環を形成していて
も良い。また、他の官能基、例えば、水酸基、ハロゲ
ン、メルカプト基、アミノ基、アミド基、カルボキシル
基、アセチル基、スルホン基や原子団、或いは同様のア
ルキル基、アリール基等を有するものであっても良い。
具体的には、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−
ジエチルホルムアミド、N,N−ジ(n−プロピル)ホ
ルムアミド、N,N−ジ(i−プロピル)ホルムアミ
ド、N,N−ジ(n−ブチル)ホルムアミド、N,N−
ジペンチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミ
ド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチル
プロピオンアミド、N,N−ジメチルトリフルオロアセ
トアミド、N,N−ジメチルシアノホルムアミド、N,
N−ジメチルシクロプロパンカルボキシアミド、N,N
−ジメチル−2−チオオキサアミド、N,N−ジメチル
ベンゼンアセタミド、N,N−ジメチルアセトアセタミ
ド、N,N−ジメチル-2,2-ジクロロアセトアセタミ
ド、N,N−ジメチルフェノキシアセトアミド、N,N
−ジエチルプロピオンアミド、N,N−ジエチルブチル
アミド、N,N−ジメチルアミド、N,N−ジプロピル
アセトアミド、N,N−ビス(2-ヒドロキシメチル)ド
デカンアミド、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリ
ルアミド、N,N−ジエチル-2-(1-ナフチルオキシ)プ
ロパンアミド、N,N−ジブチルアセタミド、1−トリ
フェニルホスホラニリデン-2-プロパノン、N,N−ジ
エチルデカリルアミド、N−メチルホルムアミド、N−
メチルアセトアミド、N,N−ジメチルフェノキシアセ
トアミド、N−メチル−N−フェニルホルムアミド、
N,N−ジメチル酪酸アミド、N,N−ジメチルイソ酪
酸アミド、N,N−ジエチルイソ酪酸アミド、N,N−
ジメチル吉草酸アミド、N,N−ジメチルベンズアミ
ド、N,N−ジエチルメタトルアミド、N,N−ジエチ
ル-o-トリルアミド、N,N−ジエチル-p-トリルアミ
ド、N,N−ジエチル−(2,4−ジメチル)ベンズア
ミド、N,N−ジエチル−2,6−ジメチル)ベンズア
ミド、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリルアミ
ド、N,N−ジメチル桂皮酸アミド、N,N−ジメチル
−フラン−2−カルボキシアミド、N,N−ジメチル-
フラン−3−カルボキシアミド、N,N−ジメチル-p-
クロロベンズアミド、N,N−ジメチル-p-ブロモベン
ズアミド、N,N−ジメチル-p-フルオロベンズアミ
ド、N,N−ジエチルメシチルアミド、N,N−ジエチ
ルナフチルアミド、N,N−ジエチルビフェニルアミ
ド、N,N−ジエチルアンスリルアミド、N,N−ジエ
チルシクロヘキシルアミド、N,N−ジメチルデカンア
ミド、N,N−ジメチル-2-ピリジンカルボキシアミ
ド、ベンゾイルピペリジン、ベンゾイルモルホリン等を
挙げることが出来る。当然ながら、本発明をこれらの例
示のみに限定するものでは無い。
含フッ素窒素族化合物、特に含フッ素窒素化合物類は、
水酸基やホルミル基、カルボキシル基等を含有する化合
物のフッ素化にそのまま好適に用いる事が出来、中でも
一級アルコールのフッ素化に好適である。また不活性な
溶媒や希釈剤と共に用いても良い。本発明の含フッ素窒
素化合物は、含酸素官能基との反応終了後には、原料の
アミド化合物として回収出来るのでリサイクル可能なフ
ッ素化プロセスとする事が可能である。また、含酸素化
合物だけに止まらず、活性な官能基を有する基材の表面
処理の用途にも用いる事が出来る他。基材表面のコーテ
ィング、洗浄用途等の種々のフッ素化プロセスに好適に
使用する事が出来る。
説明する。実施例に於ける化合物の分析は以下の方法に
よる。 (1)フッ素含有量 試料を酸水素炎燃焼装置により完全燃焼させて、フッ素
を全量水に吸収させ、吸収液をフッ素イオン電極により
定量した。 (2)NMR測定 日本電子製NMR−LA500SS(500MHz)を
用い、重クロロホルム溶媒中で測定を行った。
クロリドの合成:三口フラスコ(300ml)に、窒素雰囲
気下、オキサリルクロリド(25g、0.197mol)を含む四
塩化炭素(125g)溶液を仕込む。フラスコを氷水で冷却
し攪拌しながらN,N−ジエチルメタトルアミド(45
g、0.236mol、以下、DEETと略記)を20分かけて
滴下した。滴下終了後、同温度で10分保持し、内容物
温度を50℃とした後、一時間反応を行った。反応時に
ガスの発生が認められ、その後、白色の析出物が得られ
た。得られた析出物を濾過で分別し、四塩化炭素、n−
ヘキサンで洗浄後、乾燥し、N,N−ジエチル−α−ク
ロロメタトルイルアミジウムクロリドを得た。得られた
N,N−ジエチル−α−クロロメタトルイルアミジウム
クロリドを、キャピラリーチューブ中(封管)200℃
まで徐々に昇温した。分解などは観察されず熱的に安定
であった。TG−DTAによる熱分析から融点が54.
6℃である事がわかった。 (NMRデータ)1 H−NMR:δ値(ppm)、TMS基準、CDCl3
中で測定 1.5(t、−CH3)、1.7(t、−CH3)、2.
4(s、−CH3)4.4(q、−CH2−)、4.5
(q、−CH2−)7.4〜7.8(芳香 環水素)。13 C−NMR:δ値(ppm)、TMS基準、CDCl
3中で測定 12.5(s、−CH3)、13.6(s、−CH3)、
21.3(s、−CH3)、 54.8(s、−CH2
−)、56.0(s、−CH2−)、125.1、12
8.2、 129.5、131.1、135.1、1
40.0(s、芳香環−CH−×6)、174.1
(s、−CCl)
ベンジルアミンの合成:三口フラスコ(500ml)に、先
に合成したN,N−ジエチルクロロメタトルイルアミジ
ウムクロリド(25g、0.1mol)とフッ化カリウムのスプ
レードライ品(森田化学23.5g、0.4mol)、アセトニト
リル(250g)を仕込み、窒素雰囲気下にアセトニトリル
の還留温度で18時間反応を行った。反応終了後、室温
迄冷却して濾過を行い、N,N−ジエチルクロロメタト
ルイルアミジウムクロリドのフッ素交換物を含むアセト
ニトリル溶液を得た。この溶液を理論段数80段の回転
バンド式精密蒸留器を用いて蒸留した。温度50℃から
60℃の留分(圧力2mmHg)としてN,N−ジエチ
ル−α,α−ジフルオロ(3−メチル)ベンジルアミン
(以下、この化合物はDEET−Fと略記する)13g
を得た。蒸留による単離収率は、N,N−ジエチルクロ
ロメタトルイルアミジウムクロリド基準で約60%であ
った。得られた留分は無色透明の液体であり、以下の性
状を有していた。 (熱安定性)キャピラリーチューブ中(封管)200℃
まで徐々に昇温し、1時間保持した、分解等は観察され
ず熱的に安定であった。またTG/DTAによる熱分析
では、緩やかな重量減少が観察されたが熱分解を示す、
熱の出入りや急激な重量変化は見られなかった。 (フッ素含有量) 計算値:17.8wt%、実測値:17.6wt% (NMRデータ)1 H−NMR:δ値(ppm)、TMS基準、CDCl3
中で測定 1.02(t,6H,−CH3×2),2.33(s,
3H,−CH3),l2.84(q,4H,−CH2−×
2)13 C−NMR:δ値(ppm)、TMS基準、CDCl
3中、−50℃で測定 13.7(s,−CH3×2),21.2(s,−C
H3),40.0(s,−CH2−×2),123.7,
127.1,128.0,130.6,137.9
(s,芳香環:−CH−×5),136.2(t,32
Hz,−CF2)19 F−NMR:δ値(ppm)、CF3COOH基準、
CDCl3中、−50℃で測定 −73.7(s,=C
F2)
ール、オクチルアルコール、ベンズアルデヒド、エピア
ンドロステロン、安息香酸、及びヒドロキシイソ酪酸、
並びに当モルの水を用いて反応を行った。表1に、反応
成績を記載した。
Tをフッ素化し、生成物としてDEET−Fを収率80
%で得た。
−NaOHで15分間エッチング処理した後、110℃
で1時間乾燥した。このフィルムを、ドライボックス中
でDEET−Fを10wt%含有するアセトニトリル溶
液中に、3時間浸漬した後、引き上げて水洗、乾燥し
た。フィルムを紫外線で暴露する加速試験を行い、光沢
保持率を調べた。未処理のフィルムと比べると光沢保持
率に優れ、指標値に比べ2倍の改善がなされていた。
素族化合物類は、含酸素官能基等の活性基を有する化合
物のフッ素原子の導入に有効である。この反応性を利用
する事で、表面処理、洗浄やコーティングの用途に用い
る事が出来る。また、反応後は出発原料として回収し再
利用が可能であり、種々のフッ素化プロセスに有用であ
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 一般式(1)で表されるフッ素化合物。 【化1】 (但し、式中、Xは窒素、またはリン原子を表し、
R0、R1およびR2は、水素、置換基を有する事のある
アルキル基又はアリール基であり、其々、同一でも異な
っていても良い。また、R0、R1およびR2が結合して
環を形成しても良い。) - 【請求項2】 一般式(1)に於けるXが窒素である請
求項1記載のフッ素化合物。 - 【請求項3】 一般式(1)に於けるXが窒素であり、
R0が3−メチルフェニル基であり、R1及びR2がエチ
ル基である請求項1記載のフッ素化合物。 - 【請求項4】 一般式(1)で表されるフッ素化合物か
らなるフッ素化剤。 - 【請求項5】 フッ素原子と反応する活性な基を含有す
る化合物又は基材と一般式(1)で表されるフッ素化合
物を反応させるフッ素化方法。 - 【請求項6】 一般式(1)で表される化合物を有効成
分とする表面処理剤、洗浄剤、及びコーティング剤。 - 【請求項7】 一般式(2)で表される化合物。 【化2】 (但し、式中、Xは窒素、またはリン原子を表し、
R0、R1およびR2は、水素、置換基を有する事のある
アルキル基又はアリール基であり、其々、同一でも異な
っていても良い。また、R0、R1およびR2が結合して
環を形成しても良い。Yは塩素、臭素またはヨウ素であ
る。)
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