JP2005126330A

JP2005126330A - ビフェニル誘導体の製造法

Info

Publication number: JP2005126330A
Application number: JP2003360099A
Authority: JP
Inventors: Hideo Muraoka; 秀郎村岡; Yutaka Ichinose; 裕一之瀬; Niro Nakatani; 仁郎中谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】
安価で工業的に容易に入手可能な出発基質および試薬を用い、高価な合成中間体を経ることなく、簡便でかつ選択性および効率の良い、工業的に優れた手法でビフェニル誘導体を得る。
【解決手段】
芳香族塩素化物を出発基質として、ニッケル触媒および金属還元剤の存在下でトリアリールホスフィン系配位子を用いてカップリング反応させてジメチルビフェニル化合物を得ることを特徴とするビフェニル誘導体の製造法、および、得られたジメチルビフェニル化合物をさらに塩素化反応、フッ素化反応させてビス（トリフルオロメチル）ビフェニル化合物を得ることを特徴とするビフェニル誘導体の製造法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ビフェニル誘導体を製造する方法に関するものである。本発明の目的は、簡便な手法でかつ効率良くビフェニル誘導体を得る工業的に優れた手法を提供することにある。また、当該反応によって得られるビフェニル誘導体は、有機化学・高分子化学分野でよく用いられる化合物であり、ファインケミカル、医農薬原料、樹脂・プラスティック原料、電子情報材料、光学材料など、工業用途として多岐にわたる分野で有用な化合物である。

芳香族塩素化物を出発基質としてビフェニル誘導体を合成する方法としては、クロロベンゾトリフルオリドを出発基質としてカップリングする方法（例えば、特許文献１および２参照）あるいは、添加剤として臭化ナトリウムを用いる方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特公平６−９４４３０号公報（第４頁、第１表）特公平７−５４８８号公報（第３頁）米国特許第４２６３４６６号明細書（第５頁、第３表）

しかし、特許文献１および２の方法では、出発基質にクロロベンゾトリフルオリドを用いたカップリング反応であるため、目的とするビフェニル誘導体は生成するものの配位子として用いるトリアリールホスフィンとの副反応によりビフェニルあるいはビアリールが副生し、かつこれらの副生成物は、目的物と沸点が近接しているために蒸留などの精製が困難であるという問題点がある。またこのような不純物は、後の高分子材料または光学材料などとして用いる際に、微量成りともその合成あるいは物性面に悪影響を及ぼし、好ましくない。一方、特許文献３の方法では、臭化ナトリウムを添加し、かつ金属還元剤が出発基質の芳香族塩素化物に対して等モル量用いられており非常に不経済な製法である。

本発明者らはこれらの問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、簡便な手法でかつ効率良く、工業的に優れた手法でビフェニル誘導体を製造できることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は、「一般式（１）

（Ｒ¹は、水素または炭素数１〜８の脂肪族置換基、芳香族置換基、芳香族置換基で置換された脂肪族置換基のいずれかを表す。）で示される芳香族塩素化物を出発基質として、ニッケル触媒および金属還元剤の存在下で、一般式（２）

（Ｒ²は、水素または炭素数１〜８の脂肪族置換基、芳香族置換基、芳香族置換基で置換された脂肪族置換基のいずれかを表す。）で示されるトリアリールホスフィン系配位子を用いてカップリング反応させ、一般式（３）

で示される化合物を得ることを特徴とするビフェニル誘導体の製造法。」
および、得られたジメチルビフェニル化合物に対し、「側鎖のメチル基のみをトリクロロ化する塩素化反応、さらに、塩素化された部位をフッ素に置換するフッ素化反応を施して、一般式（５）

で示されるビス（トリフルオロメチル）ビフェニル化合物を得ることを特徴とするビフェニル誘導体の製造法」である。

ビフェニル誘導体が有用な合成中間体であることは周知の通りである。本発明は、安価な芳香族塩素化物を出発基質として高価な合成中間体を経ることなく、カップリング反応におけるトリアリールホスフィンとの副反応が抑えられ、かつ添加剤の使用が必要なく、金属還元剤の使用も触媒量で済む経済的な製法である。本発明により得られるビフェニル誘導体を中間体として経由し、種々の有用な化合物へ変換することは多岐にわたる分野で意義は大きい。

以下に本発明の詳細を記載する。

本発明において用いられる出発基質の芳香族塩素化物は、一般式（１）

（Ｒ¹は、水素または炭素数１〜８の脂肪族置換基、芳香族置換基、芳香族置換基で置換された脂肪族置換基のいずれかを表す。）で示される。

出発基質芳香族塩素化物の具体例としては、２−クロロトルエン、３−クロロトルエン、４−クロロトルエンが挙げられ、中でも好ましいのは、２−クロロトルエンである。

本発明において用いられるトリアリールホスフィン系配位子は、一般式（２）

（Ｒ²は、水素または炭素数１〜８の脂肪族置換基、芳香族置換基、芳香族置換基で置換された脂肪族置換基のいずれかを表す。）で示される。

トリアリールホスフィンの具体例としては、トリフェニルホスフィン、トリナフチルホスフィン、トリ−ｏ−トリルホスフィン、トリ−ｍ−トリルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィンなどが挙げられ、中でも好ましいのは、トリフェニルホスフィンである。また、使用量については、出発基質１モルに対し、０．０１モル〜１０モル用いるのが好ましく、０．００．１モル〜５モルがさらに好ましい。これより少ないと反応が非効率で、またこれより多いとトリアリールホスフィンとの副反応によりビフェニルあるいはビアリールが副生しやすくなり好ましくない。

本発明において用いられるニッケル触媒は、ニッケル触媒が好ましく、中でも２価のニッケル触媒が好ましい。２価のニッケル触媒の具体例としては、酢酸ニッケル、ニッケルアセチルアセトナート、炭酸ニッケル、水酸化ニッケル、硝酸ニッケル、フッ化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケルなどが挙げられ、中でも好ましいのは、酢酸ニッケル、ニッケルアセチルアセトナート、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケルであり、さらに好ましいのは、塩化ニッケル、臭化ニッケルである。また、使用量については、出発基質１モルに対し、０．０１モル％〜２０モル％用いるのが好ましく、０．０１モル％〜１モル％がさらに好ましい。この範囲において反応を効率良くかつ経済的に行うことができる。

本発明において用いられる金属還元剤は、アルカリ土類金属または遷移金属が好ましい。アルカリ土類金属の具体例としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウムなどが挙げられ、遷移金属の具体例としてはクロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛などが挙げられる。中でも好ましいのは、マグネシウム、マンガン、銅、亜鉛であり、さらに好ましいのは、銅、亜鉛である。また、使用量は、出発基質の芳香族塩素化物に対して触媒量用いることが好ましい。ここで触媒量とは、出発基質１モルに対して１モル未満の量を表す。中でも出発基質１モルに対して０．０１モル〜０．５モル用いるのが好ましく、０．１モル〜０．５モルがさらに好ましい。この範囲において反応を効率良くかつ経済的に行うことができる。

本発明で原料となる一般式（１）で表される芳香族塩素化物としてＲ¹がメチル基の場合、一般式（４）

で表されるジメチルビフェニル誘導体が得られるが、このジメチルビフェニル誘導体の側鎖のメチル基のみをトリクロロ化する塩素化反応、さらに塩素化された部位をフッ素に置換するフッ素化反応を施して、一般式（５）

で表されるビス（トリフルオロメチル）ビフェニル化合物を得ることができる。

本発明において用いられる塩素化剤は、塩素含有ガスであることが好ましい。塩素含有ガスの具体例としては、塩素ガス単独、あるいは窒素または空気などで希釈・混合されたガスなどが挙げられ、装置条件に応じて選択できるが、窒素で希釈・混合された塩素含有ガスであることが好ましい。また、本発明における塩素化反応は、光照射下で行われることが好ましい。照射する光の具体例としては、主に可視光領域を照射できるキセノンランプ、主に紫外線領域を照射できる低圧または高圧水銀灯などが挙げられるが、中でも低圧または高圧水銀灯が好ましく用いられる。

本発明において用いられるフッ素化剤は、フッ化アルカリ金属塩またはフッ化アルカリ土類金属塩が好ましい。アルカリ金属塩の具体例としてはリチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられ、アルカリ土類金属の具体例としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウムなどが挙げられる。中でも好ましいのは、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムであり、さらに好ましいのは、フッ化ナトリウム、フッ化カリウムである。また、使用量は、塩素化反応において側鎖のメチル基がトリクロロ化された反応生成物１モルに対して６モル〜１８モル用いるのが好ましく、６モル〜０．５モルがさらに好ましい。これより少ないとフッ素化反応が完了せず、またこれより無駄に多いと過剰の未反応フッ素化剤を後処理する操作が煩雑になり好ましくない。この範囲において反応を効率良くかつ経済的に行うことができる。

本発明において各反応で用いられる溶媒は、各々の反応が効率よく進行させることができるものであればいずれの溶媒でも任意に選択することができ、また差し支えなければ無溶媒でも構わない。カップリング反応においては、出発基質の芳香族塩素化物およびトリアリールホスフィン系配位子の溶解混合物が均一な溶液状態を呈していればいずれの溶媒または無溶媒でもよく、ニッケル触媒や金属還元剤が溶解せずに不均一なスラリー状態であっても構わない。溶媒を使用する場合の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。中でも好ましいのは、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンであり、さらに好ましいのは、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドンである。また、使用量については、各試薬の溶解性や触媒のスラリー濃度または性状に応じ、任意の量で構わない。塩素化反応、フッ素化反応においても同様に、それぞれ反応させるジメチルビフェニル化合物またはそれのメチル基がトリクロロ化された反応生成物を溶解し得るものならいずれの溶媒を用いてもよく、また差し支えなければこれらの混合溶媒でも無溶媒でも構わない。溶媒を使用する場合の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、酢酸、トリフルオロ酢酸、酢酸エチル、メタノール、エタノール、水などが挙げられる。中でも好ましいのは、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、トルエン、酢酸、酢酸エチル、メタノール、エタノール、水であり、さらに好ましいのは、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、メタノール、水である。また、使用量については、各試薬の溶解性などに応じ、任意の量で構わない。

また、塩素化およびフッ素化反応は、共通して同一の溶媒または無溶媒で行うことができ、塩素化反応で使用した溶媒に水を追加してフッ素化反応を２層反応系で行うこともできる。この方法により、塩素化反応終了後の反応生成物を取り出すことなく、ワンポットで続くフッ素化反応に移行でき、反応操作がより簡便になる。

本発明における反応後の生成物単離操作については、抽出・蒸留などのような簡便な手法を介するのみでよい。具体的には、反応後有機溶媒類で抽出し、それを減圧留去および減圧蒸留する方法などが挙げられる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、ここで用いている試薬類のメーカーグレードは、いずれも１級レベルに相当するものである。

［実施例１］
塩化ニッケル４．０ｇ（３０．９ｍｍｏｌ；シグマ・アルドリッチ社製）、トリフェニルホスフィン４．０ｇ（１５．３ｍｍｏｌ；東京化成社製）、亜鉛粉末１６．０ｇ（０．２４ｍｏｌ；和光純薬社製）、Ｎ−メチルピロリドン５０ｍＬ（東京化成社製）を反応容器に投入し、攪拌した。系内を窒素置換した後、８０℃まで加熱し、次に、ｏ−クロロトルエン６３．３ｇ（０．５ｍｏｌ；東京化成社製）を反応溶液へ投入し、攪拌しながら８０℃で５時間反応させた。ＧＣにて反応を追跡しながら原料の消失を確認した後反応溶液を冷却し、溶液中の固形物を熱時ろ過した後、Ｎ−メチルピロリドンで洗浄した。そのろ液を１ｋＰａ条件下で５０℃から１８０℃に徐々に昇温しながら減圧蒸留して、１３０〜１６０℃の留分を採取することにより、２，２’−ジメチル−１，１’−ビフェニルを６８．０ｇ（収率７４．６％）得た。また、このときのビフェニルの副生は痕跡量であった。

［実施例２］
中心部に光照射管、頭部にガス流通口および温度計を備えたガラス製反応容器に、実施例１により得られた２，２’−ジメチル−１，１’−ビフェニル６８．０ｇ（０．３７ｍｏｌ）、ジクロロエタン２００ｍＬ（和光純薬社製）を投入し、５０℃で攪拌した。系内を窒素ガスで流通・置換させた後、塩素ガスを溶液内にゆっくりバブリングさせ、高圧水銀灯照射下、攪拌しながら５０℃で３時間反応させた。ＧＣにて反応を追跡しながら原料の消失を確認した後、塩素ガスの流通をストップし、続いて、フッ化ナトリウム１５５．３６ｇ（３．７ｍｏｌ；東京化成社製）、水１００ｇを投入してそのまま攪拌しながら５０℃で２時間反応させた。反応終了後、徐々に系内を減圧にして溶媒のジクロロエタンおよび水を留去し、さらに系内圧を１ｋＰａまで下げた後、５０℃から１２０℃に徐々に昇温しながら減圧蒸留して、１００〜１２０℃の留分を採取することにより、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−１，１’−ビフェニルを８７．４ｇ（収率８０．７％）得た。

［実施例３］
Ｎ−メチルピロリドンの代わりに、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド５０ｍＬ（東京化成社製）を用い、実施例１および２と同様に反応・処理を行ったところ、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−１，１’−ビフェニルを９１．１ｇ（総収率６２．８％）得た。

［実施例４］
フッ化ナトリウムの代わりに、フッ化カリウム２１５．０ｇ（３．７ｍｏｌ；東京化成社製）を用い、実施例２と同様に反応・処理を行ったところ、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−１，１’−ビフェニルを９１．１ｇ（収率８４．２％）得た。

［実施例５］
ジクロロエタンの代わりに、テトラヒドロフラン２００ｍＬ（シグマ・アルドリッチ社製）を用い、実施例２と同様に反応・処理を行ったところ、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−１，１’−ビフェニルを９１．１ｇ（収率８２．２％）得た。

［実施例６］
ｏ−クロロトルエンの代わりに、ｍ−クロロトルエン６３．３ｇ（０．５ｍｏｌ；東京化成社製）を用い、実施例１および２と同様に反応・処理を行ったところ、３，３’−ビス（トリフルオロメチル）−１，１’−ビフェニルを９２．４ｇ（総収率６３．７％）得た。

本発明によって得られるビフェニル誘導体は、ファインケミカル、医農薬原料、樹脂・プラスティック原料、電子情報材料、光学材料など、多岐にわたる産業分野で用いられる工業用途として有用な化合物である。

Claims

一般式（１）

（Ｒ¹は、水素または炭素数１〜８の脂肪族置換基、芳香族置換基、芳香族置換基で置換された脂肪族置換基のいずれかを表す。）で示される芳香族塩素化物を出発基質として、ニッケル触媒および金属還元剤の存在下で、一般式（２）

（Ｒ²は、水素または炭素数１〜８の脂肪族置換基、芳香族置換基、芳香族置換基で置換された脂肪族置換基のいずれかを表す。）で示されるトリアリールホスフィン系配位子を用いてカップリング反応させ、一般式（３）

で示される化合物を得ることを特徴とするビフェニル誘導体の製造法。
一般式（１）で示される芳香族塩素化合物および一般式（３）で示されるビフェニル誘導体の置換基Ｒ¹がメチル基であることを特徴とする請求項１記載のビフェニル誘導体の製造法。
ニッケル触媒が、２価のニッケル触媒であることを特徴とする請求項１または２記載のビフェニル誘導体の製造法。
ニッケル触媒が、塩化ニッケルであることを特徴とする請求項３記載のビフェニル誘導体の製造法。
金属還元剤が、銅、亜鉛、マグネシウム、マンガンから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のビフェニル誘導体の製造法。
金属還元剤が、一般式（１）で示される芳香族塩素化物１モルに対して等モル未満用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のビフェニル誘導体の製造法。
トリアリールホスフィン系配位子が、トリフェニルホスフィンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のビフェニル誘導体の製造法。
請求項２〜７のいずれか一項記載の方法により得られた一般式（４）

で示されるジメチルビフェニル化合物に対し、側鎖のメチル基のみをトリクロロ化する塩素化反応、さらに、塩素化された部位をフッ素に置換するフッ素化反応を施して、一般式（５）

で示されるビス（トリフルオロメチル）ビフェニル化合物を得ることを特徴とするビフェニル誘導体の製造法。
塩素化反応に用いられる塩素化剤が、塩素含有ガスであることを特徴とする請求項８記載のビフェニル誘導体の製造法。
塩素化反応が光照射下で行われることを特徴とする請求項９記載のビフェニル誘導体の製造法。
フッ素化反応に用いられるフッ素化剤が、フッ化アルカリ金属塩、フッ化アルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項記載のビフェニル誘導体の製造法。
フッ素化反応に用いられるフッ素化剤が、フッ化ナトリウムまたはフッ化カリウムであることを特徴とする請求項１１記載のビフェニル誘導体の製造法。