JP2004307387A - 2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩または2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩およびそれらの製造方法 - Google Patents
2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩または2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩およびそれらの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトレジスト用光酸発生剤、界面活性剤、コーティング剤、有機合成用触媒等の原料として有用な、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩または2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】EP1270553公報
【特許文献2】特開2001−322975公報
【非特許文献1】環境科学会2002年会講演要旨p228等
【非特許文献2】J.Fluorine.Chem.,5,265(1975)
【非特許文献3】Acta Chimica.Sinica. ,252(1985)
【非特許文献4】J.Am.Chem.Soc.,111,1773(1989)
【非特許文献5】J.Org.Chem.,28,1140(1963)
パーフルオロアルキルスルホン酸は、フォトレジスト用光酸発生剤の原料として、または界面活性剤、コーティング剤、有機合成用触媒等の用途で広く利用されている。
【0003】
しかし、このパーフルオロアルキルスルホン酸は、炭素−フッ素の強い共有結合のため、極めて難分解性であり、生体内への蓄積が指摘され問題となっている(非特許文献1等)。
【0004】
一方、フッ素含量の少ないトリフルオロメタンスルホン酸等は、蓄積性の問題は指摘されていないが、揮発性を有するため、前記用途で使用する際、装置の腐食等の問題がある。
【0005】
また、これらパーフルオロアルキルスルホン酸は、レジストポリマー等の有機化合物との相溶性が十分でなく、性能が十分に発揮されない場合があり、問題となっていた。
【0006】
このため、これらを代替するスルホン酸として、パーフルオロオクチルスルホン酸と同等以上の炭素数を有し、且つ、適度な酸性度を発現させるために必要な最低限のフッ素を有する含フッ素アルキルハライドが望まれていた。
【0007】
このような課題に対し、特許文献1では、フッ素含量が50wt%以下の有機部位とフッ素化アルキルスルホニル部位を有する化合物をパーフルオロアルキルスルホン酸の代替化合物として提案している。このスルホン酸化合物は、レジストポリマーとの相溶性がよく、高い酸性度を有するため、光酸発生剤として高性能を示すことが見出されている。
【0008】
しかしながら、前記公報においては、炭素数8以上を有し、且つ、スルホニル基に隣接するアルキル基に2個のフッ素を有するジフルオロアルキルスルホン酸化合物については合成例が示されていない。ジフルオロアルキルスルホン酸化合物は、隣接するアルキル基に4個以上のフッ素を有するスルホン酸化合物よりも弱い酸性度を有していると予想される。スルホン酸化合物を、前記のようにフォトレジスト用の光酸発生剤として使用する場合、隣接するアルキル基に4個以上のフッ素を有するスルホン酸化合物のみでは、その触媒機能を十分に制御できない場合がある。このため、酸性度を調整するためのジフルオロアルキルスルホン酸化合物が望まれていた。
【0009】
一方、このようなジフルオロアルキルスルホン酸化合物を得るためには、ハロジフルオロアルカンをスルフィン化し、ジフルオロアルキルスルフィン酸塩を得る方法、更にこれを酸化し、ジフルオロアルキルスルホン酸を得る方法が必要となる。
【0010】
含フッ素アルキルハライドを含フッ素アルキルスルフィン酸塩に変換する方法としては、特許文献2に示されるような、亜硫酸水素塩と反応させる方法、非特許文献2に示されるような、グリニヤール試薬を経緯し、亜硫酸ガスと反応させる方法、非特許文献3に示されるような、亜二チオン酸塩と反応させる方法等が開示されている。しかし、いずれにおいても、ハロジフルオロアルカンのスルフィン化については、全く示されていない。
【0011】
また、スルフィン酸化合物の酸化方法としては、非特許文献4に示されるような過酸化水素を用いる方法、非特許文献5に示されるような触媒及び過酸化水素を用いる方法等が知られているが、ジフルオロアルキルスルフィン酸塩の酸化については、示されていない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものである。即ち、8個以上の炭素数を有する炭化水素部位、且つ適度な酸性度を有するジフルオロアルキルスルホン酸部位を有するスルホン酸化合物を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩およびその前駆体である2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を見出し、本発明を完成した。
【0014】
すなわち、本発明は下記要旨に係るものである。
(1) 一般式(1)
【0015】
【化7】
【0016】
(式中、nは2または3、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩または2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩。
【0017】
(2) 一般式(2)
【0018】
【化8】
【0019】
(式中、Xは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。)
で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤と反応させ、一般式(1)’
【0020】
【化9】
【0021】
(式中、nは2、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩の製造方法。
【0022】
(3) 一般式(2)
【0023】
【化10】
【0024】
(式中、Xは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。)
で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤と反応させ、一般式(1)’
【0025】
【化11】
【0026】
(式中、nは2、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を製造し、前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化することを特徴とする一般式(1)’’
【0027】
【化12】
【0028】
(式中、nは3、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩の製造方法。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下に、さらに詳細に本発明を説明する。
【0030】
前記一般式(1)において、nは2または3である。n=2の場合がスルフィン酸塩であり、n=3の場合がスルホン酸塩である。
【0031】
前記一般式(1)において、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムである。アルカリ金属としては、Li、Na、K、Rb、Csが挙げられる。アルカリ土類金属としては、Be、Mg、Ca、St、Baが挙げられる。
【0032】
mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。
【0033】
次に、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩および2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩の製造方法について説明する。
【0034】
前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩は、前記一般式(2)で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤により、スルフィン化することにより得られる。
【0035】
スルフィン化剤としては、亜硫酸ガス、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸カルシウム、亜硫酸バリウム、亜硫酸アンモニウム等の亜硫酸塩類、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム等の亜硫酸水素塩類、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム等のヒドロキシメタンスルフィン酸塩類、アミノイミノメタンスルフィン酸ナトリウム等のアミノイミノメタンスルフィン酸塩類、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム等の亜二チオン酸塩類等が挙げられる。これらスルフィン化剤は単独または複数を混合して使用することもできる。スルフィン化剤は、2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンに対し、モル比で0.1〜10倍量、好ましくは0.5〜3倍量使用される。スルフィン化剤が0.1倍量未満では収率の点で、10倍量を超えると副反応を生じる場合があり好ましくない。
【0036】
また、スルフィン化を行う際は、塩基性化合物および/または溶媒を使用してもよい。塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどの金属炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の金属炭酸水素塩、燐酸三ナトリウム、燐酸三カリウム等の燐酸三金属塩、燐酸水素二ナトリウム、燐酸水素二カリウム等の燐酸水素二金属塩類、燐酸二水素ナトリウム、燐酸二水素カリウム等の燐酸二水素金属塩類、トリエチルアミン、ピリジンなどの有機塩基等が挙げられる。通常、塩基性化合物は、2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンに対し、モル比で0.1〜10倍量、好ましくは0.5〜5倍量使用される。 溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコール等のアルコール類、酢酸エチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、水等を挙げることができる。これら溶媒は単独または複数を混合して用いることができる。通常、溶媒の使用量は、2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンに対し、重量比で0.5〜100倍量使用される。また、通常反応温度は、0〜150℃である。
【0037】
なお、前記一般式(2)で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、Chem.Rev.96,1641(1996)に示されるようなアルデヒドとジハロジフルオロメタンの反応を利用し、2−ホルミル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンから2−(2,2−ジフルオロエテニル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンを得た後、ハロゲン化水素と反応させる方法等を挙げることができる。
【0038】
反応後、溶媒を蒸留除去し、残った固体混合物を水等の溶媒から晶析する方法、または、残った固体混合物をメタノール、アセトン等の有機溶媒を用いて抽出後、溶媒を蒸留除去する等の方法により、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を分離することができる。
【0039】
前記一般式(1)’’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩は、前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化することにより得られる。
【0040】
前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化する酸化剤としては、過酢酸、m−クロロ過安息香酸等の有機過酸類、過酸化ベンゾイル、t−ブチルヒドロペルオキシド等の有機過酸化物類、硝酸、硝酸塩等の窒素酸化物類、ペルオキソ二硫酸、ペルオキシ硫酸塩等の硫黄酸化物類、次亜塩素酸塩、メタ過ヨウ素酸塩等のハロゲン酸化物類、過ホウ素酸塩、過マンガン酸塩、クロム酸、二クロム酸塩酸素、酸化オスミウム、酸化ルテニウム等の金属酸化物類、塩素、臭素等のハロゲン類、酸素、オゾン、過酸化水素等を挙げることができる。これら酸化剤は、単独または複数を混合して使用することができる。酸化剤の使用量は、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩に対し、モル比で0.1〜10倍、好ましくは0.5〜2倍使用される。酸化剤が0.1倍未満では収率の点で、10倍を超えると副反応を生じる場合があり好ましくない。
【0041】
また、これら酸化剤により酸化を行う際、遷移金属化合物を触媒として使用してもよい。この遷移金属としては、Fe、Cu、Ni、Mo、W、Os、V等が挙げられる。通常、これらの塩、酸化物等として用いることができる。遷移金属化合物の使用量は、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩に対し、モル比で0.0001〜0.1倍である。
【0042】
また、通常、酸化を行う際は溶媒が使用される。溶媒としては、メタノール、エタノール、エチレングリコール等のアルコール類、酢酸エチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、水等を挙げることができる。これら溶媒は単独または混合して用いることができる。溶媒の使用量は、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩に対し、重量比で0.1〜100倍である。また、反応温度は、通常0〜150℃である。
【0043】
反応後、溶媒を蒸留除去し、残った固体混合物を水等の溶媒から晶析する方法、または、残った固体混合物をメタノール、アセトン等の有機溶媒を用いて抽出後、溶媒を蒸留除去する等の方法により、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩を分離することができる。
【0044】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
【0045】
参考例1
20L四つ口フラスコに攪拌機、温度計、還流冷却管を取り付け、N−メチルピロリドン 9.4L、トリフェニルホスフィン 3379g、ジフルオロジブロモメタン 1751g、2−ホルミル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 1001g、を入れた。次に、亜鉛 843gを徐々に添加した。この間、反応温度は25℃から65℃に上昇した。反応後、還流冷却管の代わりに、リービッヒ冷却管を取り付け、10〜15kPaに減圧し、70〜125℃の留分を分取した。留出物を再度減圧蒸留し、6.8kPaの圧力で65〜66℃の留分を分取し、純度99%の2−(2,2−ジフルオロエテニル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 919gを得た(収率 74.5%)
GC−MS(EI)m/z:28,39,51,67,79,90,116,129,158
【0046】
参考例2
1L四つ口フラスコに温度計、ガス吹き込み管を取り付け、ヘキサン500L、2−(2,2−ジフルオロエテニル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 50.0gを入れた。ガス吹き込み管から乾燥臭化水素ガスを吹き込みながら80℃にて9時間反応させた。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えて中和し、有機層を減圧濃縮し、蒸留精製した。1kPaの圧力で、66〜67℃の留分を分取し、2−(2−ブロモ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 12gを得た(収率16%)。
GC−MS(EI)m/z:27,39,84,67,77,95,109,129,159,238,240
【0047】
実施例1
300ml四つ口フラスコに攪拌機、温度計、還流冷却管を取り付け、ジメチルスルホキシド 150ml、亜二チオン酸ナトリウム 10g、炭酸水素ナトリウム 7.3g及び2−(2−ブロモ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 7.0gを入れた。攪拌しながら、油浴中で加熱し、内温74℃で5時間反応させた。冷却後、固体をろ過により除去し、ジメチルスルホキシドを減圧留去した。
【0048】
残った固体に水 70gを加え溶解させ、10℃まで冷却した。生じた固体を吸引ろ過により回収し、減圧乾燥し、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウム 2.3g(収率32%)を得た。
1H−NMR(200MHz,CD3OD,δ,ppm):(図1参照)
19F−NMR(90MHz,CD3OD,δ,ppm):(図2参照)
IR:(図3参照)
【0049】
実施例2
100ml四つ口フラスコに温度計、還流冷却管、滴下漏斗を取り付け、実施例1で得られた白色固体1.8g、水 25ml、燐酸水素二ナトリウム12水和物 0.13g、タングステン酸ナトリウム2水和物 0.012gを入れた。次に、油浴中で内温40℃に加熱し、35%過酸化水素水 0.9gを1時間かけて滴下した。滴下後、内温を50℃でさらに1時間加熱した。冷却後、クロロホルム5mlを加え攪拌し、静置後、クロロホルム層を除去した。水層を減圧下、10mlまで濃縮し、7℃まで冷却した。生じた固体を吸引ろ過により回収し、減圧乾燥し、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウム 1.4gを得た(スルフィン酸塩からの収率72%)。
1H−NMR(200MHz,CD3OD,δ,ppm):(図4参照)
19F−NMR(90MHz,CD3OD,δ,ppm):(図5参照)
IR:(図6参照)
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、8個以上の炭素数を有する炭化水素部位、且つ適度な酸性度を有するジフルオロアルキルスルホン酸部位を有する2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩、その前駆体である2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩及びこれらの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウムの1H−NMR測定チャート。
【図2】実施例1で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウムの19F−NMR測定チャート
【図3】実施例1で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウムのIR測定チャート
【図4】実施例2で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウムの1H−NMR測定チャート
【図5】実施例2で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウムの19F−NMR測定チャート
【図6】実施例2で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウムのIR測定チャート
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトレジスト用光酸発生剤、界面活性剤、コーティング剤、有機合成用触媒等の原料として有用な、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩または2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】EP1270553公報
【特許文献2】特開2001−322975公報
【非特許文献1】環境科学会2002年会講演要旨p228等
【非特許文献2】J.Fluorine.Chem.,5,265(1975)
【非特許文献3】Acta Chimica.Sinica. ,252(1985)
【非特許文献4】J.Am.Chem.Soc.,111,1773(1989)
【非特許文献5】J.Org.Chem.,28,1140(1963)
パーフルオロアルキルスルホン酸は、フォトレジスト用光酸発生剤の原料として、または界面活性剤、コーティング剤、有機合成用触媒等の用途で広く利用されている。
【0003】
しかし、このパーフルオロアルキルスルホン酸は、炭素−フッ素の強い共有結合のため、極めて難分解性であり、生体内への蓄積が指摘され問題となっている(非特許文献1等)。
【0004】
一方、フッ素含量の少ないトリフルオロメタンスルホン酸等は、蓄積性の問題は指摘されていないが、揮発性を有するため、前記用途で使用する際、装置の腐食等の問題がある。
【0005】
また、これらパーフルオロアルキルスルホン酸は、レジストポリマー等の有機化合物との相溶性が十分でなく、性能が十分に発揮されない場合があり、問題となっていた。
【0006】
このため、これらを代替するスルホン酸として、パーフルオロオクチルスルホン酸と同等以上の炭素数を有し、且つ、適度な酸性度を発現させるために必要な最低限のフッ素を有する含フッ素アルキルハライドが望まれていた。
【0007】
このような課題に対し、特許文献1では、フッ素含量が50wt%以下の有機部位とフッ素化アルキルスルホニル部位を有する化合物をパーフルオロアルキルスルホン酸の代替化合物として提案している。このスルホン酸化合物は、レジストポリマーとの相溶性がよく、高い酸性度を有するため、光酸発生剤として高性能を示すことが見出されている。
【0008】
しかしながら、前記公報においては、炭素数8以上を有し、且つ、スルホニル基に隣接するアルキル基に2個のフッ素を有するジフルオロアルキルスルホン酸化合物については合成例が示されていない。ジフルオロアルキルスルホン酸化合物は、隣接するアルキル基に4個以上のフッ素を有するスルホン酸化合物よりも弱い酸性度を有していると予想される。スルホン酸化合物を、前記のようにフォトレジスト用の光酸発生剤として使用する場合、隣接するアルキル基に4個以上のフッ素を有するスルホン酸化合物のみでは、その触媒機能を十分に制御できない場合がある。このため、酸性度を調整するためのジフルオロアルキルスルホン酸化合物が望まれていた。
【0009】
一方、このようなジフルオロアルキルスルホン酸化合物を得るためには、ハロジフルオロアルカンをスルフィン化し、ジフルオロアルキルスルフィン酸塩を得る方法、更にこれを酸化し、ジフルオロアルキルスルホン酸を得る方法が必要となる。
【0010】
含フッ素アルキルハライドを含フッ素アルキルスルフィン酸塩に変換する方法としては、特許文献2に示されるような、亜硫酸水素塩と反応させる方法、非特許文献2に示されるような、グリニヤール試薬を経緯し、亜硫酸ガスと反応させる方法、非特許文献3に示されるような、亜二チオン酸塩と反応させる方法等が開示されている。しかし、いずれにおいても、ハロジフルオロアルカンのスルフィン化については、全く示されていない。
【0011】
また、スルフィン酸化合物の酸化方法としては、非特許文献4に示されるような過酸化水素を用いる方法、非特許文献5に示されるような触媒及び過酸化水素を用いる方法等が知られているが、ジフルオロアルキルスルフィン酸塩の酸化については、示されていない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものである。即ち、8個以上の炭素数を有する炭化水素部位、且つ適度な酸性度を有するジフルオロアルキルスルホン酸部位を有するスルホン酸化合物を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩およびその前駆体である2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を見出し、本発明を完成した。
【0014】
すなわち、本発明は下記要旨に係るものである。
(1) 一般式(1)
【0015】
【化7】
【0016】
(式中、nは2または3、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩または2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩。
【0017】
(2) 一般式(2)
【0018】
【化8】
【0019】
(式中、Xは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。)
で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤と反応させ、一般式(1)’
【0020】
【化9】
【0021】
(式中、nは2、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩の製造方法。
【0022】
(3) 一般式(2)
【0023】
【化10】
【0024】
(式中、Xは塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子を表す。)
で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤と反応させ、一般式(1)’
【0025】
【化11】
【0026】
(式中、nは2、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を製造し、前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化することを特徴とする一般式(1)’’
【0027】
【化12】
【0028】
(式中、nは3、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニウムを表し、mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。)
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩の製造方法。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下に、さらに詳細に本発明を説明する。
【0030】
前記一般式(1)において、nは2または3である。n=2の場合がスルフィン酸塩であり、n=3の場合がスルホン酸塩である。
【0031】
前記一般式(1)において、Mはアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムである。アルカリ金属としては、Li、Na、K、Rb、Csが挙げられる。アルカリ土類金属としては、Be、Mg、Ca、St、Baが挙げられる。
【0032】
mは、Mが1価のカチオンの場合は1を表し、Mが2価のカチオンの場合は2を表す。
【0033】
次に、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩および2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩の製造方法について説明する。
【0034】
前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩は、前記一般式(2)で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤により、スルフィン化することにより得られる。
【0035】
スルフィン化剤としては、亜硫酸ガス、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸カルシウム、亜硫酸バリウム、亜硫酸アンモニウム等の亜硫酸塩類、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム等の亜硫酸水素塩類、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム等のヒドロキシメタンスルフィン酸塩類、アミノイミノメタンスルフィン酸ナトリウム等のアミノイミノメタンスルフィン酸塩類、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム等の亜二チオン酸塩類等が挙げられる。これらスルフィン化剤は単独または複数を混合して使用することもできる。スルフィン化剤は、2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンに対し、モル比で0.1〜10倍量、好ましくは0.5〜3倍量使用される。スルフィン化剤が0.1倍量未満では収率の点で、10倍量を超えると副反応を生じる場合があり好ましくない。
【0036】
また、スルフィン化を行う際は、塩基性化合物および/または溶媒を使用してもよい。塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどの金属炭酸塩、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の金属炭酸水素塩、燐酸三ナトリウム、燐酸三カリウム等の燐酸三金属塩、燐酸水素二ナトリウム、燐酸水素二カリウム等の燐酸水素二金属塩類、燐酸二水素ナトリウム、燐酸二水素カリウム等の燐酸二水素金属塩類、トリエチルアミン、ピリジンなどの有機塩基等が挙げられる。通常、塩基性化合物は、2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンに対し、モル比で0.1〜10倍量、好ましくは0.5〜5倍量使用される。 溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコール等のアルコール類、酢酸エチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、水等を挙げることができる。これら溶媒は単独または複数を混合して用いることができる。通常、溶媒の使用量は、2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンに対し、重量比で0.5〜100倍量使用される。また、通常反応温度は、0〜150℃である。
【0037】
なお、前記一般式(2)で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、Chem.Rev.96,1641(1996)に示されるようなアルデヒドとジハロジフルオロメタンの反応を利用し、2−ホルミル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンから2−(2,2−ジフルオロエテニル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンを得た後、ハロゲン化水素と反応させる方法等を挙げることができる。
【0038】
反応後、溶媒を蒸留除去し、残った固体混合物を水等の溶媒から晶析する方法、または、残った固体混合物をメタノール、アセトン等の有機溶媒を用いて抽出後、溶媒を蒸留除去する等の方法により、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を分離することができる。
【0039】
前記一般式(1)’’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩は、前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化することにより得られる。
【0040】
前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化する酸化剤としては、過酢酸、m−クロロ過安息香酸等の有機過酸類、過酸化ベンゾイル、t−ブチルヒドロペルオキシド等の有機過酸化物類、硝酸、硝酸塩等の窒素酸化物類、ペルオキソ二硫酸、ペルオキシ硫酸塩等の硫黄酸化物類、次亜塩素酸塩、メタ過ヨウ素酸塩等のハロゲン酸化物類、過ホウ素酸塩、過マンガン酸塩、クロム酸、二クロム酸塩酸素、酸化オスミウム、酸化ルテニウム等の金属酸化物類、塩素、臭素等のハロゲン類、酸素、オゾン、過酸化水素等を挙げることができる。これら酸化剤は、単独または複数を混合して使用することができる。酸化剤の使用量は、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩に対し、モル比で0.1〜10倍、好ましくは0.5〜2倍使用される。酸化剤が0.1倍未満では収率の点で、10倍を超えると副反応を生じる場合があり好ましくない。
【0041】
また、これら酸化剤により酸化を行う際、遷移金属化合物を触媒として使用してもよい。この遷移金属としては、Fe、Cu、Ni、Mo、W、Os、V等が挙げられる。通常、これらの塩、酸化物等として用いることができる。遷移金属化合物の使用量は、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩に対し、モル比で0.0001〜0.1倍である。
【0042】
また、通常、酸化を行う際は溶媒が使用される。溶媒としては、メタノール、エタノール、エチレングリコール等のアルコール類、酢酸エチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、水等を挙げることができる。これら溶媒は単独または混合して用いることができる。溶媒の使用量は、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩に対し、重量比で0.1〜100倍である。また、反応温度は、通常0〜150℃である。
【0043】
反応後、溶媒を蒸留除去し、残った固体混合物を水等の溶媒から晶析する方法、または、残った固体混合物をメタノール、アセトン等の有機溶媒を用いて抽出後、溶媒を蒸留除去する等の方法により、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩を分離することができる。
【0044】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
【0045】
参考例1
20L四つ口フラスコに攪拌機、温度計、還流冷却管を取り付け、N−メチルピロリドン 9.4L、トリフェニルホスフィン 3379g、ジフルオロジブロモメタン 1751g、2−ホルミル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 1001g、を入れた。次に、亜鉛 843gを徐々に添加した。この間、反応温度は25℃から65℃に上昇した。反応後、還流冷却管の代わりに、リービッヒ冷却管を取り付け、10〜15kPaに減圧し、70〜125℃の留分を分取した。留出物を再度減圧蒸留し、6.8kPaの圧力で65〜66℃の留分を分取し、純度99%の2−(2,2−ジフルオロエテニル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 919gを得た(収率 74.5%)
GC−MS(EI)m/z:28,39,51,67,79,90,116,129,158
【0046】
参考例2
1L四つ口フラスコに温度計、ガス吹き込み管を取り付け、ヘキサン500L、2−(2,2−ジフルオロエテニル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 50.0gを入れた。ガス吹き込み管から乾燥臭化水素ガスを吹き込みながら80℃にて9時間反応させた。反応液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えて中和し、有機層を減圧濃縮し、蒸留精製した。1kPaの圧力で、66〜67℃の留分を分取し、2−(2−ブロモ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 12gを得た(収率16%)。
GC−MS(EI)m/z:27,39,84,67,77,95,109,129,159,238,240
【0047】
実施例1
300ml四つ口フラスコに攪拌機、温度計、還流冷却管を取り付け、ジメチルスルホキシド 150ml、亜二チオン酸ナトリウム 10g、炭酸水素ナトリウム 7.3g及び2−(2−ブロモ−2,2−ジフルオロエチル)−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン 7.0gを入れた。攪拌しながら、油浴中で加熱し、内温74℃で5時間反応させた。冷却後、固体をろ過により除去し、ジメチルスルホキシドを減圧留去した。
【0048】
残った固体に水 70gを加え溶解させ、10℃まで冷却した。生じた固体を吸引ろ過により回収し、減圧乾燥し、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウム 2.3g(収率32%)を得た。
1H−NMR(200MHz,CD3OD,δ,ppm):(図1参照)
19F−NMR(90MHz,CD3OD,δ,ppm):(図2参照)
IR:(図3参照)
【0049】
実施例2
100ml四つ口フラスコに温度計、還流冷却管、滴下漏斗を取り付け、実施例1で得られた白色固体1.8g、水 25ml、燐酸水素二ナトリウム12水和物 0.13g、タングステン酸ナトリウム2水和物 0.012gを入れた。次に、油浴中で内温40℃に加熱し、35%過酸化水素水 0.9gを1時間かけて滴下した。滴下後、内温を50℃でさらに1時間加熱した。冷却後、クロロホルム5mlを加え攪拌し、静置後、クロロホルム層を除去した。水層を減圧下、10mlまで濃縮し、7℃まで冷却した。生じた固体を吸引ろ過により回収し、減圧乾燥し、2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウム 1.4gを得た(スルフィン酸塩からの収率72%)。
1H−NMR(200MHz,CD3OD,δ,ppm):(図4参照)
19F−NMR(90MHz,CD3OD,δ,ppm):(図5参照)
IR:(図6参照)
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、8個以上の炭素数を有する炭化水素部位、且つ適度な酸性度を有するジフルオロアルキルスルホン酸部位を有する2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩、その前駆体である2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩及びこれらの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウムの1H−NMR測定チャート。
【図2】実施例1で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウムの19F−NMR測定チャート
【図3】実施例1で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸ナトリウムのIR測定チャート
【図4】実施例2で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウムの1H−NMR測定チャート
【図5】実施例2で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウムの19F−NMR測定チャート
【図6】実施例2で得た2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸ナトリウムのIR測定チャート
Claims (3)
- 一般式(2)
で示される2−(2−ハロ−2,2−ジフルオロエチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンをスルフィン化剤と反応させ、一般式(1)’
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を製造し、前記一般式(1)’で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルフィン酸塩を酸化することを特徴とする一般式(1)’’
で示される2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル)−1,1−ジフルオロエチルスルホン酸塩の製造方法。
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