【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を選択的に製造する方法に関する。２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体は、香料、医薬品、農薬、および化学薬品等の中間体として有用な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】
２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体の製造方法としては、フッ素ガスを用いてフッ素化する以下の方法が知られている。
（１）３−オキソアルカン酸誘導体を２−ホルミル−３−オキソアルカン酸誘導体へと導き、つぎに溶媒の不存在下で該２−ホルミル−３−オキソアルカン酸誘導体に直接フッ素ガスを導入することによってフッ素化を行って、２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を製造する方法（特許文献１参照。）。
（２）溶媒の不存在下に、液体である３−オキソアルカン酸誘導体に、フッ素ガスを導入することによりフッ素化を行って２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を製造する方法（特許文献２参照。）。
（３）３−オキソアルカン酸誘導体を、酸、ハロゲン化炭化水素、またはアセトニトリルに溶解または分散させ、フッ素ガスを吹き込むことによりフッ素化して２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を製造する方法（特許文献３、特許文献４参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３０１９２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９３８８６号公報
【特許文献３】
国際公開第９４／１０１２０号パンフレット
【特許文献４】
国際公開第０１／７９１４３号パンフレット
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）に示した方法は、フッ素ガスによるフッ素化を行う前に、３−オキソアルカン酸誘導体から２−ホルミル−３−オキソアルカン酸誘導体を製造する方法であり、工程数が多い欠点があった。また、フッ素化において２，２−ジフルオロ化体が多量に副生する問題があった。
（２）に示した方法では、２，２−ジフルオロ化体、２，４−ジフルオロ化体、２，５−ジフルオロ化体等の多数の副生物が生成する問題があった。
【０００５】
（３）に示した方法のうち、酸として強酸を使用した場合には、原料および目的物の分解反応が進行して収率が低下する問題があった。
酸として弱酸を使用した場合には、目的物が溶媒の弱酸に溶解するため、反応後に、多量の水に反応液を添加し、多量の有機溶媒で抽出する後処理を行う必要があった。有機溶媒の使用は廃液処理の問題があった。この後処理法は操作が複雑であり、容積効率も極めて悪い方法であった。さらに、工業的な製造において、後処理に使用しうる有機溶媒としては、目的物と反応性がなく、経済性に優れかつ原料および目的物の溶解性に優れるものを選択する必要があり、実際にはハロゲン化炭化水素が最も好ましいと考えられた。しかし、ハロゲン化炭化水素は、作業環境上の配慮が必要な溶媒であり、かつ、オゾン層破壊等の環境的な点からも問題であった。
【０００６】
（３）に示した方法のうち、アセトニトリルを溶媒とする方法では、フルオロアセトニトリルが生成するおそれがあった。フルオロアセトニトリルは、作業環境上の注意を要するフルオロ酢酸に変換される可能性があることから該方法は、工業的な製造には不利であった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、３−オキソアルカン酸誘導体を原料とし、高選択的かつ高収率に、２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を製造する方法を提供する。また、本発明は、生成物の後処理が従来よりも作業環境上および地球環境上有利である製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、２−フルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を、フッ素化反応における溶媒として用いることによって、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表される３−オキソアルカン酸誘導体を、フッ素を用いてフッ素化し、下記一般式（２）で表される２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を製造する方法において、式（２）で表される２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体に溶解させた式（１）で表される３−オキソアルカン酸誘導体を、フッ素でフッ素化することを特徴とする２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体の製造方法である（ただし、式中のＲ１は、アルキル基およびアルケニル基から選ばれる基、または該選ばれる基中の水素原子の１個または２個以上が、フッ素原子、アリール基、置換アリール基、アルキルオキシ基、およびフェニルオキシ基から選ばれる１種以上の置換基で置換された基を示し、Ｒ２はカルボン酸の保護基を示す。）。
【０００９】
【化２】
【００１０】
【発明の実施の形態】
本明細書においては、式（１）で表される化合物を「化合物（１）」のように記す。他の式で表される化合物についても同様に記す。また本明細書における圧力は絶対圧で記載する。
本発明において、原料として使用する３−オキソアルカン酸誘導体は化合物（１）であり、２つのカルボニル基に挟まれた活性メチレン基を有する化合物である。 本発明の製造方法において、「フッ素化」とは、炭素原子に結合した水素原子をフッ素原子に置き換える反応をいう。
【００１１】
本明細書において、「アルキル基」とは、非置換のアルキル基をいい、炭素数１〜１０の直鎖又は分枝鎖のアルキル基が好ましく、特に炭素数１〜６の該基が好ましい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ヘキシル基、およびｎ−オクチル基等が挙げられる。
また、本明細書において「アルケニル基」とは、非置換のアルケニル基をいい、炭素数２〜１０の直鎖又は分枝鎖のアルケニル基が好ましく、特に炭素数２〜６の該基が好ましい。アルケニル基中の二重結合は、１個又は２個以上であり、１個が好ましい。アルケニル基に存在する二重結合はシスまたはトランスのいずれの配置であってもよい。アルケニル基の具体例としては、アリル基、１−プロペニル基、２−（１−プロペニル）基、１−ブテニル基、３−ブテニル基、１−ヘキセニル基、および２−ヘキセニル基等が挙げられる。
【００１２】
本明細書において、アリール基としては、フェニル基およびナフチル基等が好ましい。置換アリール基とは、アリール基中の水素原子の１個以上が置換基で置換された基をいい、低級アルキル基および／またはハロゲン原子で置換されたフェニル基、および低級アルキル基および／またはハロゲン原子で置換されたナフチル基等が挙げられる。
アルキルオキシ基としては、炭素数１〜６の基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、およびブトキシ基等が挙げられる。
【００１３】
化合物（１）および化合物（２）におけるＲ１は、アルキル基およびアルケニル基から選ばれる基、または該選ばれる基中の水素原子の１個または２個以上が、フッ素原子、アリール基、置換アリール基、アルキルオキシ基、およびフェニルオキシ基から選ばれる１種以上の置換基で置換された基である。
Ｒ１としては、これらのうち、非置換のアルキル基が好ましく、特にメチル基またはエチル基が好ましい。
【００１４】
また、Ｒ２は、カルボン酸の保護基として用いられる公知または周知の基から採用することができ、特に限定されない。Ｒ２としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、または置換アリール基が好ましい。 さらにＲ２としては、アルキル基が特に好ましく、メチル基またはエチル基がとりわけ好ましい。
【００１５】
化合物（１）としては、３−オキソ酪酸エステル類、３−オキソペンタン酸エステル類等が好ましく、３−オキソ酪酸メチルエステル、３−オキソ酪酸エチルエステル、３−オキソペンタン酸メチルエステル、３−オキソペンタン酸エチルエステルが特に好ましい。
【００１６】
本発明においては、化合物（２）で化合物（１）を溶解させる。すなわち、化合物（２）は本発明の製造方法の目的化合物であるとともにフッ素化反応における溶媒でもある。化合物（２）の量は、原料である化合物（１）に対して０．１〜２０倍質量が好ましく、反応の容積効率から１〜１０倍質量がより好ましい。
また、化合物（１）が溶解した溶液は、化合物（１）および化合物（２）のみから実質的になることが好ましい。化合物（１）および化合物（２）のみから実質的になる溶液とは、該溶液が化合物（１）と化合物（２）だけから構成され、他の成分が存在していないことをいう。ただし、該溶液中に化合物（１）および化合物（２）以外の成分（以下、該成分を「他の成分」という。）が存在していたとしても、他の成分が本発明の反応に関与しない成分である場合、他の成分の量が少なく（他の成分の量は溶液中に５％以下であるのが好ましく、より好ましくは１％以下である。）、または他の成分が溶液を構成する成分ではない（たとえば、溶液中に固体として存在する等）場合等についても、化合物（１）および化合物（２）のみから実質的になる溶液の概念に含まれる。本発明においては、化合物（１）が溶解した溶液は、化合物（１）と化合物（２）だけから構成される溶液であるのが好ましい。
化合物（１）および化合物（２）のみから実質的になる溶液においてフッ素化反応を行うことにより、フッ素化における副生物の生成量が減少し、後述する反応処理操作が容易になる。
【００１７】
フッ素ガスを用いるフッ素化は、公知の選択的フッ素化の手法にしたがって実施できる。例えば、撹拌機および温度計を備えた反応器に化合物（１）を仕込み、次いで化合物（２）を添加して溶解させることによって溶液を形成し、この溶液に撹拌下、窒素等の不活性ガスで希釈したフッ素ガスをバブリングしながら反応させる方法、フッ素ガスを溶解させた化合物（２）を化合物（１）に添加する方法などが挙げられる。前者の方法においては、化合物（１）もまた化合物（２）に連続的に導入してもよい。また本発明のフッ素化は、バッチ方式であっても連続方式であっても実施できる。
このとき用いるフッ素ガスの濃度は特に限定されず、不活性ガスで希釈して５〜３０質量％としたフッ素ガスが好ましい。
フッ素化は、化合物（１）の量、フッ素ガスの吹き込み速度等により適宜変更され、反応温度は、好ましくは−６０〜２０℃であり、より好ましくは−４０〜０℃の温度である。反応時間は、１〜１２０時間が好ましく、より好ましくは１〜５０時間である。
【００１８】
本発明の製造方法におけるフッ素化では、活性メチレン水素原子の１個がフッ素化された化合物（２）の他に、化合物（１）中の水素原子の２個以上がフッ素原子で置換された化合物が副生する場合がある。
副生する化合物（以下、「副生成物」という。）としては、２，２−ジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体、２，４−ジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体、および２，５−ジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体等のジフルオロ化体、２，２，４−トリフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体および２，２，５−トリフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体等のトリフルオロ化体が挙げられる。
本発明の方法によれば、これらの副生成物の量を従来と比べて少なくできる。副生成物の生成量は、２，２−ジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体、２，４−ジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体、および２，５−ジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体等のジフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体の合計質量が、化合物（１）および化合物（２）の合計質量に対して２０質量％以下であるのが後述する精製操作の容易さの観点から好ましく、特に１０質量％以下であることが好ましい。本発明の方法で反応を行えば、通常、副生成物の量を２０質量％以下にできる。
【００１９】
本発明の製造方法においては、反応したフッ素ガスと等量のフッ化水素が生成する。通常、該フッ化水素はそのまま反応粗液に溶解されて含まれるため、生成物からこのフッ化水素を除去する操作を行うのが好ましい。
フッ化水素の除去は、フッ素化が終了した後の反応粗液を後処理することによって行うのが好ましい。反応粗液からフッ化水素を除去する方法としては、反応粗液を洗浄する方法（以下、方法（ａ）と記す。）、反応粗液を減圧蒸留する方法（以下、方法（ｂ）と記す。）、窒素などの不活性ガスを導入する方法（以下、方法（ｃ）と記す。）等が挙げられ、特に方法（ａ）によるのが好ましい。また、これらの後処理方法は、適宜組み合わせて実施できる。
【００２０】
方法（ａ）としては、例えば、反応粗液に水および／またはアルカリ水を接触させることにより、反応粗液を洗浄する操作を１回以上、好ましくは１〜６回行う方法が挙げられる。水およびアルカリ水の量は、水とアルカリ水の総量が反応粗液に対して０．１〜１０倍質量であるのが好ましい。
方法（ａ）におけるアルカリ水としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の、水酸化物、炭酸塩、または重炭酸塩等を水溶液にしたものが挙げられ、例えばＮａＨＣＯ３、ＫＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等の水溶液が挙げられる。アルカリ水の濃度は特に限定されず、室温における飽和濃度〜１質量％の濃度が好ましい。洗浄温度は、特に限定されず、５〜４０℃が好ましい。
方法（ａ）によって後処理を行う場合には、洗浄に有機溶媒を使用せずに実施できる点において有利である。この方法（ａ）は、本発明の製造方法における反応溶媒に有機溶媒を使用しない場合に特に有利な方法である。また、反応処理操作が極めて簡便であり、容積効率にも優れる。
【００２１】
方法（ａ）における洗浄は、水および／またはアルカリ水のみで行うのが好ましいが、必要に応じて洗浄に用いた水またはアルカリ水に対して不溶である有機溶媒を洗浄時に併用してもよい。該有機溶媒としては、例えば、トルエン，キシレン、酢酸エチルなどが使用できる。該有機溶媒を併用する場合には、反応液中のフッ化水素は水および／またはアルカリ水で洗浄され、目的物である化合物（２）は有機溶媒層に抽出される。そして該有機溶媒層については必要に応じて水洗した後、蒸留によって有機溶媒を分離して、化合物（２）を得ることができる。
【００２２】
方法（ｂ）においては、反応液を減圧蒸留することによりフッ化水素を除去する。減圧蒸留時の温度は８０℃以下が好ましく、化合物の安定性から４０℃以下がより好ましい。また、該温度は、−４０℃以上が好ましく、−２０℃以上がより好ましい。減圧蒸留は、常圧〜４．００ｋＰａ程度まで、フッ化水素量に応じて任意に設定できる。さらに圧力を該範囲内で徐々に下げていく方法をとった場合には、操作性の面からより好ましい。
【００２３】
方法（ｃ）における不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、またはヘリウム等のガスが挙げられ、不活性ガスは反応終了後の反応粗液にバブリングさせる等の方法で導入するのが好ましい。導入時の反応粗液の温度は、−８０℃〜＋８０℃が好ましく、化合物の安定性、目的物の揮発性から５℃〜４０℃がより好ましい。
方法（ａ）〜方法（ｃ）以外の方法でフッ化水素を除去する方法としては、共沸剤を使用してフッ化水素との共沸組成物を形成させて蒸留する方法が挙げられる。共沸剤としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、およびジイソプロピルエーテル等のエーテル類；ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌ、ＣＣｌ２Ｆ２、ＣＨＣｌＦ２、およびＣ３ＨＣｌ２Ｆ５等のハイドロクロロフルオロカーボン類；ならびにブタン、イソブタン等の炭化水素類が挙げられる。これらの共沸剤は、反応粗液にそのまま加えても、連続的にバブリングしながら供給しても良い。
【００２４】
フッ化水素はできる限り除去することが好ましく、反応粗液中に２．０質量％以下にするのが好ましく、特に１．０質量％以下にするのが好ましい。フッ化水素が２．０重量％を越えるまま蒸留等を行うと、得られる化合物（２）の純度と収率が低下するおそれがある。
【００２５】
本発明の製造方法においては、反応粗液から方法（ａ）〜方法（ｃ）等の方法でフッ化水素を除去した後、さらに蒸留を行って化合物（２）を高純度のものにするのが好ましい。蒸留は、減圧下で行うことが好ましく、４．００ｋＰａ以下の圧力で行うことが好ましい。蒸留温度は低いほど好ましく、特に化合物の安定性から１２５℃以下が好ましい。−４０℃〜＋１２５℃が特に好ましく、−２０℃〜＋１２５℃がより好ましい。
【００２６】
化合物（２）はその構造中に不斉炭素原子を有するため、光学異性体が存在する。そして、本発明の製造方法により得られる化合物（２）は、通常はラセミ体であることから、必要に応じて光学分割を行ってもよい。
本発明の製造方法により得られる化合物（２）は、香料、医薬品、農薬、および化学薬品等の中間体として有用な化合物である。
【００２７】
本発明によれば、有用な該化合物（２）を、効率的な方法で、副生成物の生成を抑制して製造できる効果を奏する。
該効果を奏する原因については、必ずしも明確ではないが、反応溶媒として使用する化合物（２）が、原料である化合物（１）よりもフッ素化されにくい化合物であること、さらに化合物（１）溶解性に優れることから、溶媒効果（溶媒の使用により反応温度の制御が容易になる効果、溶解しなかった化合物同士が分子間で反応する分子間反応を抑制する効果）を発揮したものと考えられる。
そして、本発明の製造方法の結果得られる反応粗液中には、副生成物の量が減少すること、および反応溶媒に有機溶媒を必須としないことから、後処理の操作を容易にできる効果も奏する。
たとえば、後処理において、通常行われる有機溶媒による後処理、特にハロゲン化炭化水素を用いた後処理を必須としない点は、作業環境および環境保護の観点において有利であり、かつ経済性の点でも有利である。
特にＲ１がエチル基であり、Ｒ２がメチル基である化合物（１）において本発明の製造方法を行った場合には、化合物（２）の粘性が低いことから、特に反応の操作性に優れる利点も有する。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されない。また、実施例、比較例においては化合物名を略号で記し、その正式名称はつぎのとおりである。
ＭＯＰ：３−オキソペンタン酸メチルエステル、ＭＦＯＰ： ２−フルオロ−３−オキソペンタン酸メチルエステル、２，５−ＤＦＯＰ： ２，５−ジフルオロ−３−オキソペンタン酸メチルエステル、２，２−ＤＦＯＰ： ２，２−ジフルオロ−３−オキソペンタン酸メチルエステル。
なお、これらの化合物の構造は公知のデータと比較することにより決定し、含有量および純度はガスクロマトグラフィーにより測定した。また、圧力は絶対圧で記す。
【００２９】
［実施例１］
温度計および撹拌器を備えた２００ｍＬのハステロイ製反応容器に、ＭＯＰ（１２．８８ｇ，０．０９９ｍｏｌ）とＭＦＯＰ（６４．４２ｇ，０．４３５ｍｏｌ）を入れて溶液を形成させ該溶液に、窒素で１０％に希釈したフッ素ガスをバブリングさせながら導入し、−２０℃でフッ素化反応を行った。３．５時間後、フッ素ガスの導入を止め、窒素ガスを１時間バブリングさせた後、得られた反応粗液を撹拌下に氷水（５０ｍＬ）に３０℃以下で加えた。次いで有機層を分層し、有機層を３％Ｋ２ＣＯ３水溶液（５０ｍＬ）で１回洗浄後、水（５０ｍＬ）で２回洗浄した。この時の水層のｐＨは８であった。得られた有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、粗ＭＦＯＰ（７７．９０ｇ）を得た。得られた粗ＭＦＯＰは、ＭＦＯＰ：９４質量％、ＭＯＰ：０．１質量％、２，２−ＤＦＯＰ：０．６質量％、および２，４−ＤＦＯＰ：０．８質量％を含有していた。２，２−ＤＦＯＰは確認されなかった。
次いでこの粗ＭＦＯＰを１．３３ｋＰａで減圧蒸留し、目的とするＭＦＯＰ（６６．６ｇ、収率５２．８％：反応器に仕込んだＭＯＰより算出。）を得た。ＭＦＯＰの純度は９９．２％であった。
【００３０】
［比較例１］
温度計および撹拌器を備えた２００ｍＬのハステロイ製反応容器に、ＭＯＰ（７７．３０ｇ，０．５９４ｍｏｌ）を入れ、窒素で１０％に希釈したフッ素ガスをバブリングさせながら導入し、−２０℃でフッ素化反応を行った。２１時間後、フッ素ガスの導入を止め、窒素ガスを１時間バブリングさせた後、得られた反応粗液を撹拌下、氷水（２００ｍＬ）に３０℃以下で加えた。次いでこの溶液をジクロロメタン（１００ｍＬ）で２回抽出し、３％Ｋ２ＣＯ３水溶液（１００ｍＬ）で１回洗浄後、水（１００ｍＬ）で２回洗浄した。この時の水層のｐＨは９であった。得られたジクロロメタン層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、４０℃、および２．７ｋＰａ下で溶媒を留去し、粗ＭＦＯＰ（７３．７９ｇ）を得た。得られた粗ＭＦＯＰは、ＭＦＯＰ：３６質量％、ＭＯＰ：１６質量％、および２，２−ＤＦＯＰ：３質量％を含有していた。また、２，５−ＤＦＯＰ含め、６種類以上の副生物を含有していた。
次いで、この粗ＭＦＯＰを１．３３ｋＰａで減圧蒸留し、目的とするＭＦＯＰ（２２．７４ｇ、収率２５．９％）を得た。ＭＦＯＰの純度は９６．５％であった。
【００３１】
［比較例２］
温度計および撹拌器を備えた２００ｍＬのハステロイ製反応容器に、ＭＯＰ（１３．０ｇ，０．１０ｍｏｌ）と９８％ギ酸（１００ｍＬ）を入れ、窒素で１０％に希釈したフッ素ガスをバブリングさせながら導入し、３℃でフッ素化反応を行った。２４時間後、フッ素ガスの導入を止め、窒素ガスを１時間バブリングさせた後、得られた反応粗液を撹拌下氷水（２００ｍＬ）に３０℃以下で加えた。次いでこの溶液をジクロロメタン（５０ｍＬ）で３回抽出し、得られたジクロロメタン層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、４０℃、および２．７ｋＰａ下で溶媒を減圧留去し、粗ＭＦＯＰ（１２．１１ｇ）を得た。得られた粗ＭＦＯＰは、ＭＦＯＰ：６６質量％、ＭＯＰ：０．２質量％、２，２−ＤＦＯＰ：５質量％、２，４−ＤＦＯＰ：５質量％、および２，５−ＤＦＯＰ：０．１質量％を含有していた。
次いでこの粗ＭＦＯＰを１．３３ｋＰａで減圧蒸留し、目的とするＭＦＯＰ（７．１７ｇ、収率４８．４％）を得た。ＭＦＯＰの純度は９８．１％であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、３−オキソアルカン酸誘導体を原料とし、作業環境および環境保護に優れた反応条件で、高選択的かつ高収率に、香料、医薬品、農薬、および化学薬品等の中間体として有用な２−モノフルオロ−３−オキソアルカン酸誘導体を製造できる。すなわち、本発明の方法によれば、溶媒を全く使用しない方法よりも副生成物の生成量を抑制し、かつ高い収率で目的化合物（２）を得ることができる。また公知の方法にある溶媒を使用するよりも、副生成物の量を抑制し、高い収率で目的化合物（２）を得ることができる。また反応で生成した反応粗液は、有機溶媒を使用しなくても後処理ができるため、後処理の操作自体が簡便になり、また廃液の問題なく、作業環境においても有利な方法である。また本発明の方法は、以上のことから、経済性においても有利な方法である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for selectively producing a 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative. 2-Monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives are useful compounds as intermediates for fragrances, pharmaceuticals, agricultural chemicals, and chemicals.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative, the following method of fluorination using a fluorine gas is known.
(1) A 3-oxoalkanoic acid derivative is led to a 2-formyl-3-oxoalkanoic acid derivative, and then fluorine gas is directly introduced into the 2-formyl-3-oxoalkanoic acid derivative in the absence of a solvent. To produce a 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative (see Patent Document 1).
(2) A method for producing a 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative by fluorination by introducing fluorine gas into a liquid 3-oxoalkanoic acid derivative in the absence of a solvent (patent) Reference 2).
(3) A method for producing a 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative by dissolving or dispersing a 3-oxoalkanoic acid derivative in an acid, a halogenated hydrocarbon, or acetonitrile, and fluorinating by blowing a fluorine gas. (See Patent Document 3 and Patent Document 4.)
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-301828 [Patent Document 2]
JP 2002-193886 A [Patent Document 3]
International Publication No. 94/10120 [Patent Document 4]
International Publication No. 01/79143 Pamphlet [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method shown in (1) is a method for producing a 2-formyl-3-oxoalkanoic acid derivative from a 3-oxoalkanoic acid derivative before fluorination with a fluorine gas, and has a number of steps. was there. Further, there has been a problem that a large amount of 2,2-difluoro product is by-produced in fluorination.
The method shown in (2) has a problem that a large number of by-products such as 2,2-difluoro product, 2,4-difluoro product, 2,5-difluoro product and the like are generated.
[0005]
Among the methods shown in (3), when a strong acid is used as the acid, there is a problem in that the yield decreases due to the progress of the decomposition reaction of the raw material and the target product.
When a weak acid is used as the acid, the target product dissolves in the weak acid of the solvent. Therefore, after the reaction, it is necessary to add a reaction solution to a large amount of water and perform a post-treatment for extraction with a large amount of an organic solvent. The use of an organic solvent has a problem of waste liquid treatment. This post-treatment method was complicated in operation, and the volumetric efficiency was extremely poor. Furthermore, in an industrial production, it is necessary to select an organic solvent that can be used for post-treatment as it has no reactivity with the target product, is excellent in economic efficiency, and has excellent solubility in raw materials and target products. Halogenated hydrocarbons were considered to be most preferred. However, halogenated hydrocarbons are solvents that require consideration for the work environment, and have also been problematic from an environmental point of view, such as ozone layer destruction.
[0006]
Of the methods shown in (3), the method using acetonitrile as a solvent may produce fluoroacetonitrile. This process has been disadvantageous for industrial production because fluoroacetonitrile can be converted to fluoroacetic acid, which requires careful working environment.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art. A 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative is produced in a highly selective and high yield from a 3-oxoalkanoic acid derivative as a raw material. A method of manufacturing is provided. In addition, the present invention provides a manufacturing method in which the post-treatment of the product is more advantageous in working environment and global environment than in the past.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a 2-fluoro-3-oxoalkanoic acid derivative as a solvent in a fluorination reaction. The invention has been completed.
That is, the present invention provides a 2-monofluoro-3-oxoalkane represented by the following general formula (2) by fluorinating a 3-oxoalkanoic acid derivative represented by the following general formula (1) with fluorine. In the method for producing an acid derivative, a 3-oxoalkanoic acid derivative represented by the formula (1) dissolved in a 2-monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivative represented by the formula (2) (Wherein R 1 in the formula is a group selected from an alkyl group and an alkenyl group, or a group in the selected group) 1 or 2 or more of a hydrogen atom represents a group substituted with one or more substituents selected from a fluorine atom, an aryl group, a substituted aryl group, an alkyloxy group, and a phenyloxy group, R 2 represents a carboxylic acid protecting group).
[0009]
[Chemical formula 2]
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present specification, a compound represented by the formula (1) is described as “compound (1)”. The same applies to compounds represented by other formulas. Moreover, the pressure in this specification is described by an absolute pressure.
In the present invention, the 3-oxoalkanoic acid derivative used as a raw material is the compound (1), which is a compound having an active methylene group sandwiched between two carbonyl groups. In the production method of the present invention, “fluorination” refers to a reaction in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom is replaced with a fluorine atom.
[0011]
In the present specification, the “alkyl group” refers to an unsubstituted alkyl group, preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and particularly preferably the group having 1 to 6 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, n-hexyl group, and n-octyl group.
In the present specification, the “alkenyl group” refers to an unsubstituted alkenyl group, preferably a linear or branched alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, particularly preferably the group having 2 to 6 carbon atoms. . The double bond in an alkenyl group is 1 or 2 or more, and 1 is preferable. The double bond present in the alkenyl group may be either cis or trans. Specific examples of the alkenyl group include an allyl group, 1-propenyl group, 2- (1-propenyl) group, 1-butenyl group, 3-butenyl group, 1-hexenyl group, and 2-hexenyl group.
[0012]
In the present specification, the aryl group is preferably a phenyl group or a naphthyl group. The substituted aryl group refers to a group in which one or more hydrogen atoms in the aryl group are substituted with a substituent, a phenyl group substituted with a lower alkyl group and / or a halogen atom, and a lower alkyl group and / or halogen. Examples thereof include a naphthyl group substituted with an atom.
The alkyloxy group is preferably a group having 1 to 6 carbon atoms, and examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, a propyloxy group, and a butoxy group.
[0013]
R 1 in the compounds (1) and (2) is a group selected from an alkyl group and an alkenyl group, or one or more of hydrogen atoms in the selected group is a fluorine atom, an aryl group, or a substituted aryl. A group substituted with one or more substituents selected from a group, an alkyloxy group, and a phenyloxy group.
Among these, R 1 is preferably an unsubstituted alkyl group, and particularly preferably a methyl group or an ethyl group.
[0014]
R 2 can be employed from a known or known group used as a carboxylic acid protecting group, and is not particularly limited. R 2 is preferably an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, or a substituted aryl group. Further, R 2 is particularly preferably an alkyl group, particularly preferably a methyl group or an ethyl group.
[0015]
As the compound (1), 3-oxobutyric acid esters, 3-oxopentanoic acid esters and the like are preferable, and 3-oxobutyric acid methyl ester, 3-oxobutyric acid ethyl ester, 3-oxopentanoic acid methyl ester, 3-oxo Particularly preferred is pentanoic acid ethyl ester.
[0016]
In the present invention, compound (1) is dissolved with compound (2). That is, the compound (2) is a target compound of the production method of the present invention and a solvent in the fluorination reaction. 0.1-20 times mass is preferable with respect to the compound (1) which is a raw material, and, as for the quantity of a compound (2), 1-10 times mass is more preferable from the volume efficiency of reaction.
The solution in which the compound (1) is dissolved preferably consists essentially of the compound (1) and the compound (2). A solution consisting essentially of compound (1) and compound (2) means that the solution is composed only of compound (1) and compound (2), and no other components are present. However, even if a component other than compound (1) and compound (2) (hereinafter referred to as “other component”) is present in the solution, the other component is involved in the reaction of the present invention. The amount of the other component is small (the amount of the other component is preferably 5% or less in the solution, more preferably 1% or less), or the other component contains the solution. The case where it is not a constituent component (for example, it exists as a solid in a solution) is also included in the concept of a solution consisting essentially of the compound (1) and the compound (2). In the present invention, the solution in which the compound (1) is dissolved is preferably a solution composed only of the compound (1) and the compound (2).
By performing the fluorination reaction in a solution consisting essentially of the compound (1) and the compound (2), the amount of by-products generated in the fluorination is reduced, and the reaction treatment operation described later becomes easy.
[0017]
Fluorination using a fluorine gas can be carried out according to a known selective fluorination technique. For example, compound (1) is charged into a reactor equipped with a stirrer and a thermometer, and then compound (2) is added and dissolved to form a solution. Under stirring, an inert gas such as nitrogen And a method of reacting the fluorine gas diluted with b), a method of adding the compound (2) in which the fluorine gas is dissolved to the compound (1), and the like. In the former method, the compound (1) may also be continuously introduced into the compound (2). Further, the fluorination of the present invention can be carried out by either a batch system or a continuous system.
The concentration of the fluorine gas used at this time is not particularly limited, and fluorine gas diluted to 5 to 30% by mass with an inert gas is preferable.
The fluorination is appropriately changed depending on the amount of the compound (1), the blowing rate of fluorine gas, and the like, and the reaction temperature is preferably −60 to 20 ° C., more preferably −40 to 0 ° C. The reaction time is preferably 1 to 120 hours, more preferably 1 to 50 hours.
[0018]
In the fluorination in the production method of the present invention, in addition to the compound (2) in which one active methylene hydrogen atom is fluorinated, a compound in which two or more hydrogen atoms in the compound (1) are substituted with fluorine atoms May be a by-product.
Examples of by-product compounds (hereinafter referred to as “by-products”) include 2,2-difluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives, 2,4-difluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives, and 2,5-difluoro. Difluorinated compounds such as -3-oxoalkanoic acid derivatives, trifluoroated compounds such as 2,2,4-trifluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives and 2,2,5-trifluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives Is mentioned.
According to the method of the present invention, the amount of these by-products can be reduced as compared with the prior art. The amount of by-products produced is difluoro such as 2,2-difluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives, 2,4-difluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives, and 2,5-difluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives. The total mass of the -3-oxoalkanoic acid derivative is preferably 20% by mass or less based on the total mass of the compound (1) and the compound (2) from the viewpoint of easiness of the purification operation described later, and particularly 10 masses. % Or less is preferable. If it reacts by the method of this invention, the quantity of a by-product can be normally made into 20 mass% or less.
[0019]
In the production method of the present invention, an amount of hydrogen fluoride equivalent to the reacted fluorine gas is produced. Usually, since the hydrogen fluoride is contained as it is dissolved in the reaction crude liquid, it is preferable to perform an operation of removing the hydrogen fluoride from the product.
Removal of hydrogen fluoride is preferably performed by post-treatment of the reaction crude liquid after completion of fluorination. As a method of removing hydrogen fluoride from the reaction crude liquid, a method of washing the reaction crude liquid (hereinafter referred to as method (a)), a method of distillation of the reaction crude liquid under reduced pressure (hereinafter referred to as method (b)). ), A method of introducing an inert gas such as nitrogen (hereinafter referred to as method (c)), etc., and the method (a) is particularly preferable. Moreover, these post-processing methods can be implemented in combination as appropriate.
[0020]
As the method (a), for example, a method of washing the reaction crude liquid by bringing water and / or alkali water into contact with the reaction crude liquid is performed once or more, preferably 1 to 6 times. The amount of water and alkaline water is preferably such that the total amount of water and alkaline water is 0.1 to 10 times the mass of the reaction crude liquid.
Examples of the alkaline water in the method (a) include alkali metal or alkaline earth metal hydroxides, carbonates, bicarbonates, and the like in aqueous solutions. For example, NaHCO 3 , KHCO 3 , Na 2 CO 3 , aqueous solutions of K 2 CO 3 , NaOH, KOH and the like. The concentration of the alkaline water is not particularly limited, and a saturation concentration at room temperature to 1% by mass is preferable. The washing temperature is not particularly limited and is preferably 5 to 40 ° C.
When post-treatment is performed by the method (a), it is advantageous in that it can be carried out without using an organic solvent for washing. This method (a) is a particularly advantageous method when no organic solvent is used as the reaction solvent in the production method of the present invention. In addition, the reaction treatment operation is extremely simple and the volumetric efficiency is excellent.
[0021]
The washing in the method (a) is preferably performed only with water and / or alkaline water, but if necessary, an organic solvent that is insoluble in water or alkaline water used for washing may be used at the time of washing. . As the organic solvent, for example, toluene, xylene, ethyl acetate and the like can be used. When the organic solvent is used in combination, hydrogen fluoride in the reaction solution is washed with water and / or alkaline water, and the target compound (2) is extracted into the organic solvent layer. And about this organic solvent layer, after washing with water as needed, an organic solvent is isolate | separated by distillation and a compound (2) can be obtained.
[0022]
In the method (b), hydrogen fluoride is removed by distilling the reaction solution under reduced pressure. The temperature during distillation under reduced pressure is preferably 80 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or lower from the stability of the compound. The temperature is preferably −40 ° C. or higher, more preferably −20 ° C. or higher. Distillation under reduced pressure can be arbitrarily set from normal pressure to about 4.00 kPa depending on the amount of hydrogen fluoride. Furthermore, it is more preferable from the viewpoint of operability when a method of gradually decreasing the pressure within the range is adopted.
[0023]
Examples of the inert gas in the method (c) include gases such as nitrogen, argon, and helium. The inert gas is preferably introduced by a method such as bubbling into the reaction crude liquid after completion of the reaction. The temperature of the reaction crude liquid upon introduction is preferably −80 ° C. to + 80 ° C., and more preferably 5 ° C. to 40 ° C. from the stability of the compound and the volatility of the target product.
Examples of the method for removing hydrogen fluoride by methods other than the methods (a) to (c) include a method in which an azeotropic composition with hydrogen fluoride is formed using an azeotropic agent and distilled. Azeotropic agents include, for example, ethers such as dimethyl ether, diethyl ether, and diisopropyl ether; hydrochlorofluorocarbons such as CF 3 CH 2 Cl, CCl 2 F 2 , CHClF 2 , and C 3 HCl 2 F 5 ; and And hydrocarbons such as butane and isobutane. These azeotropic agents may be added directly to the reaction crude liquid or may be supplied while continuously bubbling.
[0024]
It is preferable to remove hydrogen fluoride as much as possible, preferably 2.0% by mass or less in the reaction crude liquid, and particularly preferably 1.0% by mass or less. If distillation or the like is performed with hydrogen fluoride exceeding 2.0% by weight, the purity and yield of the resulting compound (2) may be reduced.
[0025]
In the production method of the present invention, after removing hydrogen fluoride from the reaction crude liquid by a method such as method (a) to method (c), further distillation is carried out to make compound (2) highly pure. Is preferred. The distillation is preferably performed under reduced pressure, and is preferably performed at a pressure of 4.00 kPa or less. The distillation temperature is preferably as low as possible, and is particularly preferably 125 ° C. or lower in view of the stability of the compound. −40 ° C. to + 125 ° C. is particularly preferable, and −20 ° C. to + 125 ° C. is more preferable.
[0026]
Since compound (2) has an asymmetric carbon atom in its structure, optical isomers exist. And since the compound (2) obtained by the manufacturing method of this invention is a racemic body normally, you may perform an optical resolution as needed.
The compound (2) obtained by the production method of the present invention is a compound useful as an intermediate for fragrances, pharmaceuticals, agricultural chemicals, chemicals and the like.
[0027]
According to this invention, there exists an effect which can manufacture this useful compound (2) by suppressing the production | generation of a by-product by an efficient method.
The cause of the effect is not necessarily clear, but the compound (2) used as a reaction solvent is a compound that is less fluorinated than the starting compound (1), and further, the solubility of the compound (1) Therefore, it is considered that the solvent effect (the effect of facilitating the control of the reaction temperature by the use of the solvent, the effect of suppressing the intermolecular reaction in which the undissolved compounds react with each other) is exhibited.
In the reaction crude liquid obtained as a result of the production method of the present invention, the amount of by-products is reduced, and an organic solvent is not essential for the reaction solvent. Also play.
For example, in the post-treatment, the fact that post-treatment with an organic solvent that is usually performed, in particular, post-treatment using a halogenated hydrocarbon is not essential, is advantageous from the viewpoint of working environment and environmental protection, and also from the economical viewpoint. It is advantageous.
In particular, when the production method of the present invention is performed on the compound (1) in which R 1 is an ethyl group and R 2 is a methyl group, since the viscosity of the compound (2) is low, the operability of the reaction is particularly improved. It also has excellent advantages.
[0028]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but the scope of the present invention is not limited to these examples. In Examples and Comparative Examples, compound names are indicated by abbreviations, and their formal names are as follows.
MOP: 3-oxopentanoic acid methyl ester, MFOP: 2-fluoro-3-oxopentanoic acid methyl ester, 2,5-DFOP: 2,5-difluoro-3-oxopentanoic acid methyl ester, 2,2-DFOP: 2,2-Difluoro-3-oxopentanoic acid methyl ester.
The structures of these compounds were determined by comparing with known data, and the content and purity were measured by gas chromatography. The pressure is expressed as an absolute pressure.
[0029]
[Example 1]
In a 200 mL Hastelloy reaction vessel equipped with a thermometer and a stirrer, MOP (12.88 g, 0.099 mol) and MFOP (64.42 g, 0.435 mol) were placed to form a solution. Fluorine gas diluted to 10% was introduced while bubbling, and a fluorination reaction was performed at -20 ° C. After 3.5 hours, the introduction of fluorine gas was stopped and nitrogen gas was bubbled for 1 hour, and then the obtained reaction crude liquid was added to ice water (50 mL) at 30 ° C. or lower with stirring. Next, the organic layer was separated, and the organic layer was washed once with 3% K 2 CO 3 aqueous solution (50 mL) and then twice with water (50 mL). The pH of the aqueous layer at this time was 8. The obtained organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate to obtain crude MFOP (77.90 g). The obtained crude MFOP contained MFOP: 94% by mass, MOP: 0.1% by mass, 2,2-DFOP: 0.6% by mass, and 2,4-DFOP: 0.8% by mass. . 2,2-DFOP was not confirmed.
Next, this crude MFOP was distilled under reduced pressure at 1.33 kPa to obtain the desired MFOP (66.6 g, yield 52.8%: calculated from MOP charged in the reactor). The purity of MFOP was 99.2%.
[0030]
[Comparative Example 1]
In a 200 mL Hastelloy reaction vessel equipped with a thermometer and a stirrer, MOP (77.30 g, 0.594 mol) was introduced, and fluorine gas diluted to 10% with nitrogen was introduced while bubbling. The reaction was carried out. After 21 hours, the introduction of fluorine gas was stopped and nitrogen gas was bubbled for 1 hour, and then the resulting reaction crude liquid was added to ice water (200 mL) at 30 ° C. or lower with stirring. The solution was then extracted twice with dichloromethane (100 mL), washed once with 3% aqueous K 2 CO 3 (100 mL) and then twice with water (100 mL). The pH of the aqueous layer at this time was 9. The obtained dichloromethane layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off at 40 ° C. and 2.7 kPa to obtain crude MFOP (73.79 g). The obtained crude MFOP contained MFOP: 36% by mass, MOP: 16% by mass, and 2,2-DFOP: 3% by mass. Moreover, 6 or more types of by-products including 2,5-DFOP were contained.
Subsequently, this crude MFOP was distilled under reduced pressure at 1.33 kPa to obtain the desired MFOP (22.74 g, yield 25.9%). The purity of MFOP was 96.5%.
[0031]
[Comparative Example 2]
MOP (13.0 g, 0.10 mol) and 98% formic acid (100 mL) are placed in a 200 mL Hastelloy reaction vessel equipped with a thermometer and stirrer, and introduced while bubbling fluorine gas diluted to 10% with nitrogen. The fluorination reaction was performed at 3 ° C. After 24 hours, the introduction of fluorine gas was stopped and nitrogen gas was bubbled for 1 hour, and then the resulting reaction crude liquid was added to ice water (200 mL) with stirring at 30 ° C. or lower. The solution was then extracted three times with dichloromethane (50 mL), and the resulting dichloromethane layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure at 40 ° C. and 2.7 kPa to obtain crude MFOP (12.11 g). Got. The obtained crude MFOP was MFOP: 66% by mass, MOP: 0.2% by mass, 2,2-DFOP: 5% by mass, 2,4-DFOP: 5% by mass, and 2,5-DFOP: 0. It contained 1% by weight.
Next, this crude MFOP was distilled under reduced pressure at 1.33 kPa to obtain the desired MFOP (7.17 g, yield 48.4%). The purity of MFOP was 98.1%.
[0032]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, a 3-oxoalkanoic acid derivative is used as a raw material, and under a reaction condition excellent in working environment and environmental protection, a fragrance, a pharmaceutical, an agricultural chemical, a chemical, and the like with high selectivity and high yield. 2-Monofluoro-3-oxoalkanoic acid derivatives useful as intermediates can be produced. That is, according to the method of the present invention, the amount of by-product produced can be suppressed and the target compound (2) can be obtained in a high yield as compared to a method using no solvent. In addition, the amount of by-products can be suppressed and the target compound (2) can be obtained in a high yield, compared with the use of a solvent in a known method. In addition, since the reaction crude liquid produced by the reaction can be post-treated without using an organic solvent, the post-treatment operation itself becomes simple, and there is no problem of waste liquid, which is an advantageous method in the work environment. In addition, the method of the present invention is advantageous from the viewpoint of economy.
