JP2006512331A - 光化学ハロゲン化法 - Google Patents

Abstract

ハロゲン化水素、特にＨＣｌを反応混合物から追い出す酸の添加は、出発化合物、目的化合物又は場合により存在しているアミンが遊離したハロゲン化水素、例えばＨＣｌと、酸を添加しないと沈殿しうる付加物を形成する場合でさえも、光化学ハロゲン化、特に塩素−水素−交換による有機化合物の塩素化を可能にする。

Description

本発明は、光化学ハロゲン化法、特に光化学塩素化法及びその際に得られる特定の付加物に関する。

光化学ハロゲン化、特に臭素化及び殊に光化学塩素化は、出発化合物とは少なくとも１個のハロゲン原子、例えば少なくとも１個の塩素原子を出発化合物よりも多く有することにより区別される、ハロゲン化された、例えば塩素化された目的化合物が製造されうる方法である。前記出発化合物が光塩素化の際に残っているために、光塩素化が塩素−水素−交換を含む限り、主反応としてか又は副反応としてＨＣｌが生じる。形成されるＨＣｌが反応混合物中に存在している化合物と相互作用しない場合には、光化学的照射は通常負の影響を受けない。ＨＣｌは反応混合物から外へ気化し、及び／又は部分的にその中に溶解されたままである。形成されたＨＣｌが反応混合物中の１つ又はそれ以上の化合物と、固体として沈殿する付加物を形成する場合には、反応は不利な影響を受けるか又はもしかすると完全に停止する。これらの固体は、光線のさらなる照射を妨げる。

このことはアミンの塩素化の場合に特に重要である。Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, V/3巻 (1962), 640頁によれば、遊離アミンからではなく、むしろそれらの塩酸塩から出発することが塩素化の際に全ての場合に好都合である。故に光塩素化はそのような化合物を用いて不可能であり；打開策として特開昭62/036358号公報によれば、水溶液中のアミン塩酸塩を使用することが提示されている。しかしながらこの際に欠点は、これが水溶性アミンを用いてのみ可能であることであり；水溶性は置換が増大する（分子中の有機分が大きくなる）につれて低下する。そのうえ大量の水は反応後に分離されなければならない。

本発明は、ハロゲン化水素酸塩−付加物、例えば塩酸塩−付加物が使用される必要がないか、もしくは出発化合物、目的化合物及び／又は場合により存在しているアミンが、形成されるハロゲン化水素酸塩と、特に光塩素化の際に形成されるＨＣｌと、固体として沈殿し、かつ光反応を阻害する付加物を形成しない、改善された光ハロゲン化法、特に改善された光塩素化法を提供することである。

この課題及び他の課題は本発明により解決される。

本発明は、ＨＣｌを付加物から排除することができるように強い酸が添加される場合にか、又は出発化合物が既にこの酸の付加物として使用される場合に、光化学塩素化が、形成されたＨＣｌと固体として沈殿する付加物をもたらす有機化合物中での塩素に対する水素の交換下に可能であるという認識に基づいている。この認識は一般的に光ハロゲン化にあてはまる。

ハロゲンに対する水素の交換下に、少なくとも１個のハロゲン原子により目的化合物よりも少なく置換されている出発化合物の光化学ハロゲン化により、少なくとも１個のハロゲン原子により置換された目的化合物の本発明による製造方法は、光ハロゲン化が、ハロゲン−水素−交換の際に遊離されるハロゲン化水素を少なくとも部分的に反応混合物から追い出す酸の添加下に及び／又は存在で実施されるか、又はその際に出発化合物がそのような酸との付加物として使用されることを規定するので、出発化合物、目的化合物及び／又は場合により存在しているアミンが形成されたハロゲン化水素と、固体として沈殿する付加物を形成することが少なくとも部分的に防止される。ハロゲンは、好ましくは臭素又は塩素、特に塩素を表す。特に好ましい光塩素化に基づいて本発明はさらに説明される。

塩素に対する水素の交換の際に生じるＨＣｌは、本方法の場合に少なくとも部分的に反応混合物から追い出される。このことが必要であるべき場合には、所望の場合にはさらにより高い温度でも光塩素化されることができる。生じるＨＣｌが少なくとも部分的に反応混合物から逃出するために、１０℃よりも又は周囲温度よりも高い温度を規定することが必要でありうる。好ましい最小温度は５０℃である。この温度で形成されたＨＣｌは主に又は本質的には完全に追い出される。そうすれば転化率は相応して高い。反応混合物についての温度上限は可変である。故に、望ましくない程度で望ましくない副生物が生じるか、望ましくない生成物が混合物から追い出されるか又は反応器中の圧力が望ましくなく高いような温度を上回らずに操作することが好都合である。本発明による反応が実施される好ましい上限は、１５０℃、特に１４０℃である。故に好都合には１０〜１５０℃の範囲内、好ましくは５０〜１４０℃の範囲内で光塩素化される。

形成されたＨＣｌを完全にか又は部分的に反応混合物から追い出すべきである酸は、多種多様な方法で反応混合物中へ導入されることができる。例えば、出発化合物、場合により添加すべきアミン及び酸は、場合により塩素と一緒に、反応器中で任意の順序で混合されることができる。出発化合物又は場合により添加すべきアミンは、少なくとも部分的にも又は完全にも、酸との付加物の形で使用されることができる。他の可能性は、出発化合物又は場合により添加すべきアミンを確かに塩酸塩−付加物として使用するが、しかし光化学塩素化の実施前に酸との反応により酸付加物へ変換することを規定する。塩からのＨＣｌはついで実際の反応の前に少なくとも部分的に、好ましくは完全に追い出される。

酸が、出発化合物、目的化合物もしくは場合により存在しているアミンとの付加物の形成に必要である量よりも多い量で存在している場合に特に好ましい。出発化合物は目的化合物へ変換され、かつ通常、双方とも酸との付加物を形成する能力が与えられているので、出発化合物の量に関して、もしくは出発化合物及び場合により存在しているアミンの総和に関して過剰量の酸を規定することで十分である。

“酸”として、反応混合物中でＨＣｌでの出発化合物又は目的化合物の付加物並びに場合により存在しているアミンの沈殿を防止することができ、かつそれ自体同様に固体として沈殿する付加物を形成しない各々全ての酸が使用されることができる。通常、ＨＣｌよりも強く、故にこれらがその化合物から遊離させることができる酸、例えばハロゲン化された又は部分的にハロゲン化されたカルボン酸、特にアルキル基もしくはアルキレン基中に炭素原子１〜４個を有するハロゲン化された又は部分的にハロゲン化されたアルカンカルボン酸又はアルカンジカルボン酸が重要である。特に好ましい酸はトリフルオロ酢酸である。他の良好に有用な酸はペルフルオロプロピオン酸、クロロジフルオロ酢酸又はジフルオロ酢酸である。使用のために規定される酸が有用であるかどうか、すなわち、ＨＣｌを反応混合物から追い出すことができるどうか、かつ出発化合物又は目的化合物と固体を形成しないかどうかは、単純な手作業試験により調べることができる。その際に出発化合物及び過剰量の酸を混合し、塩素を添加し、かつ光を照射することができる。酸は、少なくとも反応の主要部分の間に固体が沈殿しない場合に適している。

好ましい光塩素化の際の出発化合物として、塩素に対する水素の交換下に置換されることができるような化合物が使用されるので、目的化合物中には少なくとも１個の塩素原子がより多く存在している。その際に、不飽和結合へ、例えばＣ−Ｃ−二重結合又は三重結合への塩素の付加も付加的に行われうることは有り得ないことではない。そうすれば相応してより多くの塩素が反応混合物中へ導入されるはずである。

好ましい出発化合物はアミンである。例えば、分枝鎖状又は非分枝鎖状の脂肪族アミン又は環式の脂肪族アミンが相応して塩素化されることができる。１つ又はそれ以上のアルキル基により置換されている芳香族アミンの塩素化法は極めて好適である。その際に窒素原子は芳香族環中へ組み込まれていてよい。しかし窒素原子は置換基として芳香族環上に存在していてもよい。芳香族環中へ組み込まれて及び／又は置換基として存在する複数の窒素原子を有する化合物も使用可能である。付加的に１つ又はそれ以上の他の置換基、例えば芳香族核上のハロゲン原子が存在していてよい。

アルキルという概念は、好ましくは炭素原子１〜４個を有するアルキル、特にメチル、エチル、イソプロピル及びｎ−プロピルを呼ぶ。好ましい化合物クラスは、炭素原子１〜４個を有する少なくとも１個のアルキル基により置換されているピリジン類及びキノリン類である。各々炭素原子１〜４個を有するアルキル基１〜５個により置換されているピリジン類が極めて特に好ましい。炭素原子１〜３個を有するアルキル基１、２又は３個により置換されているピリジン類が殊に好ましい。卓越して適している化合物はピコリン類（すなわちメチル基１個により置換されているピリジン）、ルチジン類（すなわちメチル基２個により置換されているピリジン）及びコリジン類（すなわちメチル基３個により置換されているピリジン）である。これらの化合物は複数の異性体で存在し、これらは全て使用可能である。２−ピコリン、３−メチルピリジン及び４−メチルピリジン（すなわち３つの異性体ピコリン類）が特に適している。

特に好ましい出発化合物として使用されるアミンは、既に置換された化合物として使用されていてよく、例えばハロゲン−、ニトロ−又はアミノ基により置換されていてよい。アミノ基の光塩素化の場合にアミンの添加はもちろん不必要である。

本発明は目下、塩素化されたピコリン類の製造、特に塩素化された２−ピコリン及び塩素化された３−メチルピリジンの製造の好ましい実施態様に基づいてさらに説明される。

塩素置換されているピコリン類は化学合成における中間生成物である。これらは例えば除草剤の製造に有用である、US-A 4,577,027参照。これらはフッ素化によりフルオロピコリン類へ変換されることができ、前記フルオロピコリン類はそれらの側では例えば薬剤学的作用物質の製造の際の中間生成物である、WO 95/30670参照。

光化学反応は光照射により引き起こされる。原則的に任意の波長の光、例えば２００ｎｍを上回る波長の光が有用である。好ましくは２８０ｎｍを上回る波長の光が照射される。このためには、例えばより短い波長を吸収するガラス装置、例えばホウケイ酸塩ガラスが使用される。その代わりにか又は付加的に、２８０ｎｍを上回る波長の光のみ又は概括的に２８０ｎｍを上回る波長の光のみを放射する光放射体が使用されることができる。

酸とピコリンとのモル比、例えばトリフルオロ酢酸と２−ピコリンとのモル比は少なくとも１：１である。これは１０：１までで、本質的により大きくてもよい。それどころかさらに１０：１を上回っていてよく、好ましくは２０：１までであってよく；そうすればトリフルオロ酢酸は溶剤のように作用する。

交換すべき水素原子１ｇ当たり塩素が少なくとも０．６mol使用される。有利には交換すべき水素１ｇ当たり塩素が少なくとも１mol使用される。好ましい範囲は交換すべき水素１ｇ当たり塩素１〜１．３molである。付加的にさらに、例えばＣ−Ｃ−二重結合又は−三重結合上への塩素付加が行われる場合には、相応して幾分より多く塩素が使用されなければならない。

反応混合物は多様な方法で製造されることができる。例えば、ピコリン及び所望の量のトリフルオロ酢酸は反応器中で混合されることができる。選択的に、既に予めピコリン及びトリフルオロ酢酸から製造された付加物が使用されることができる。まず最初にピコリン塩酸塩を反応器中へ導入し、かつトリフルオロ酢酸を用いて高められた温度で形成されたＨＣｌを追い出しながら所望の付加物を製造することも可能である。全ての場合に、所望の場合にはさらに遊離トリフルオロ酢酸が添加されることができる。

塩素の使用量に応じて１つ又はそれ以上の水素原子が交換されることができる。ピコリンの塩素化の際に、一塩素化されたピコリンの段階で変換することができる。多くの塩素が添加される場合には順次さらに塩素化される。

光化学塩素化の際に製造される塩素化されるアミン、例えばクロロピコリンは、トリフルオロ酢酸との付加物として存在する。単離は多様な方法で行われることができる。例えば、塩基が添加され、かつ形成された遊離アミンが水を用いて反応混合物から抽出されることができる。常法による水の分離後に遊離アミンが存在する。他の方法は、アミンを、例えば塩として沈殿させることを規定する。塩素化されたアミンは光塩素化の終了後に例えばＨＣｌ−付加物としてガス状ＨＣｌの導通により沈殿されることができる。本発明の利点、すなわち沈殿される生成物が光透過を妨害せずに光化学ハロゲン化を実施するという可能性は、光ハロゲン化後に沈殿が行われるこの実施態様の場合に、維持されたままである。このＨＣｌ付加物はついでそれ自体、例えばフッ素化反応において相応するフッ素化された生成物の製造のために使用されることができる。トリクロロメチルピリジンは例えばトリフルオロメチルピリジンへフッ素化されることができる。

さらに別の方法は、塩素化されたアミン及びトリフルオロ酢酸の付加物を反応混合物から蒸留して取り出すことを規定する。塩素化されたアミン、例えば２−クロロピコリン（２−クロロメチル−ピリジン）及びトリフルオロ酢酸の単離された付加物はついで、遊離の塩素化されたアミン、例えば遊離２−クロロピコリンを取得するために塩基と混合されることができ、選択的に、クロロピコリン及びトリフルオロ酢酸の付加物は、遊離塩基が単離されることなくさらに変換されることもできる。

本発明のさらなる対象は、１つ又はそれ以上のＣ_１〜Ｃ_４−アルキル基により置換されているピリジン類及びキノリン類とのトリフルオロ酢酸、ペルフルオロプロピオン酸、ジフルオロ酢酸及びクロロジフルオロ酢酸の付加物であり、但し、少なくとも１個のアルキル基は少なくとも１個の塩素原子により置換されている。トリフルオロ酢酸及び少なくとも１つのＣ_１〜Ｃ_４−アルキル基により、好ましくはアルキル基１、２又は３個により置換されているピリジンの付加物が特に好ましく、その際に少なくとも１個のアルキル基は少なくとも１個の塩素原子により置換されている。トリフルオロ酢酸及びクロロメチルピコリン、特に２−クロロメチルピコリンの付加物が特に好ましい。そのような付加物は例えば塩素−フッ素−交換下にフッ素置換されるアミンの製造の際の中間生成物として使用されることができる。

本発明のさらなる対象は、１つ又はそれ以上のＣ_１〜Ｃ_４−アルキル基により置換されているピリジン類及びキノリン類とのトリフルオロ酢酸、ペルフルオロプロピオン酸、ジフルオロ酢酸及びクロロジフルオロ酢酸の付加物である。トリフルオロ酢酸及び少なくとも１個のＣ_１〜Ｃ_４−アルキル基により、好ましくは１、２又は３個のアルキル基により置換されているピリジンの付加物が特に好ましい。トリフルオロ酢酸及びメチルピコリンの、特に２−メチルピコリンとの付加物が殊に好ましい。そのような付加物は、例えば本発明による方法の場合の中間生成物として使用されることができる。

本発明は、特にアミンの光化学塩素化が可能になるという利点を有する。

以下の例は本発明をさらに説明するものであるが、これにより本発明の範囲は限定されるものではない。

ＴＦＡ＝トリフルオロ酢酸
例１：
２５℃での２−ピコリン×３ ＴＦＡの光塩素化
反応：
Ｃ_５Ｈ_４Ｎ−ＣＨ_３ ＋ Ｃｌ_２ → Ｃ_５Ｈ_４Ｎ−ＣＨ_２Ｃｌ ＋ ＨＣｌ
バッチ：
２−ピコリン×３ ＴＦＡ １．５４mol ６６８．９ｇ
Ｃｌ_２ １．５４mol １０９．２ｇ
実施：
ピコリン×３ ＴＦＡを、冷却水ジャケットを備えた光反応器中に装入し、５００Ｗ−ＵＶ−ランプを点けた。１０min後に塩素を約２５℃の反応溶液中へ導通した。塩素約３０ｇの添加後に、軽度のガス発生が観察されることができた（ＫＩ溶液は褐色に着色した）。塩素８７．４mol％の添加後に試料を取り出し、これはまず５１mol％塩素化されていた。さらに塩素を導通させ、塩素１１９．６mol％の添加後にバッチは混濁し、塩素導通を停止させ、塩素化はそのとき６６％であった。バッチの一部を、充填塔により蒸留した。

２−クロロメチルピリジンはＮＭＲスペクトルによれば約６６％濃度であった。真空を適用し、かつ１mbarまでゆっくりと下げた、それというのも激しいガス発生が起こったからである。引き続き加熱した。バッチは黒色に着色した。蒸留により褐色に着色した留分がもたらされた。

例１は、２５℃でも既に光塩素化が可能であることを証明する。しかしながら転化は完全ではない、それというのも少なすぎるＨＣｌが追い出されているからである。

例２：
２−ピコリン×ＴＦＡの光塩素化
２．１． ２−ピコリン×１．７５ ＴＦＡの製造：
バッチ：
２−ピコリン ４６．５７ｇ（０．５mol）
ＴＦＡ ９９．７７ｇ（０．８７５mol）
２５０ｍｌ三つ口フラスコ中にアミンを装入し、ＴＦＡを室温で滴加した。ドライアイス冷却器及び氷浴を用いて冷却した。３８℃の温度を滴加の間に上回ることはなかった。バッチは、反応後に淡く黄色に着色したが、しかし澄明であった。

２．２． 不純物を除去するための２−ピコリン×１．７５ ＴＦＡの蒸留
８mbarで２．１．のもとで得られた溶液を真空中で再度蒸留した。転移温度約１３３℃でイオンクロマトグラフィー分析によればピコリン×１．４ ＴＦＡが転移した。この材料を光塩素化のための出発化合物として使用した。

２．３． 室温近くの２−ピコリン×ｎ ＴＦＡの光塩素化
光反応器（Ｖ＝８０ｍｌ）中にピコリン×１．４ ＴＦＡ ４０ｍｌを装入し、再度ＴＦＡ ４０ｍｌで希釈した。光源としてHeraeusの１５０Ｗ−ＵＶ−ランプ TQ 150を利用し；Duran 50 ガラスを通して照射した。水冷却を開始し、ランプを試験開始前に約１０min点けた。今では（照射溶液は約２５〜３０℃を有していた）Ｃｌ_２を導通した。２−ピコリンに対してＣｌ_２ 約６０mol％で、混濁に基づいてさらなる塩素変換はもはや可能であった。ＮＭＲにより２−モノクロロメチルピリジンのほぼ１００％選択的な製造が証明された。

２．４． ６０℃での２−ピコリン×ｎ ＴＦＡの光塩素化
２．３．のもとに記載された試験を反応温度６０℃で繰り返した。２−ピコリンとＴＦＡとの比を約１：３で２．２．のもとで得られる材料を希釈することにより調節した。

今度は高められた温度により反応溶液からのより強いＨＣｌ−追い出しが可能になった。ＮＭＲ−分析によれば、２−ピコリンに対して小過剰量のＣｌ_２の導通後に２−モノクロロメチルピリジンについて１０％の転化率であった。沈殿したオニウム塩化物付加物は今度は、２．３．のもとで記載された試験と比較して観察されなかった。

この例は、十分に高い温度で２−クロロメチルピリジン（２−クロロピコリン）へのほぼ定量的で選択的な変換が可能であることを証明する。

３． ３−メチルピリジン×３ ＴＦＡの光塩素化による３−トリクロロメチルピリジンの製造
反応：Ｃ_５Ｈ_４Ｎ−ＣＨ_３ ＋ ３ Ｃｌ_２ → Ｃ_５Ｈ_４Ｎ−ＣＣｌ_３ ＋ ３ ＨＣｌ
バッチ：３−メチルピリジン×３ ＴＦＡ １．５mol ６７１．０ｇ Ｃｌ_２
実施：
３−ピコリン×３ ＴＦＡを、二重ジャケットを備えた光反応器中に装入し、サーモスタットを用いて６０℃に温め、引き続き１５０Ｗ ＵＶ−ランプ（圧縮空気−冷却を備えた）を点け、さらに１０min後に塩素を導通した。バッチは黄色に着色し、光反応器からガス状ＨＣｌが発生した。反応器中にいかなる沈殿（ＨＣｌ付加物）も認めることはできなかった。３−トリクロロメチルピリジンについての選択率は９８％であった（ＮＭＲによる純度決定）。

３．２． 高いランプ出力及び塩素のより高い導通速度を伴う繰り返し
試験を、５００Ｗランプ出力を有するHeraeusのTQ 718 を用いて繰り返した。塩素の導通速度を、選択率損失なしにかなり上昇させることができた。

試験３は、メチルピリジンの他の異性体の場合にも本発明による光化学塩素化を実施することができることを示している。この試験は、塩素使用量に応じて、塩素化を一塩素化された付加物で停止させることができるか、又はトリクロロメチル化合物まで塩素化されることができることも示している。

Claims (12)

1. ハロゲン−水素−交換下に、少なくとも１個のハロゲン原子により目的化合物よりも少なく置換されている出発化合物の光化学ハロゲン化により、少なくとも１個のハロゲン原子により置換されている目的化合物を製造する方法であって、
   その際に光ハロゲン化を、ハロゲン−水素−交換の際に遊離されるハロゲン化水素を少なくとも部分的に反応混合物から追い出す酸の添加下及び／又は存在で実施するか、又は出発化合物をそのような酸との付加物として使用して、出発化合物、目的化合物及び／又は場合により存在しているアミンが形成されたハロゲン化水素と、固体として沈殿する付加物を形成することを少なくとも部分的に防止する、
   少なくとも１個のハロゲン原子により置換されている目的化合物を製造する方法。
2. 酸がハロゲンカルボン酸、好ましくはフッ素により置換されているカルボン酸、特にトリフルオロ酢酸である、請求項１記載の方法。
3. 出発化合物がアミンである、請求項１記載の方法。
4. 出発化合物が環式アミンである、請求項３記載の方法。
5. 出発化合物が、場合により付加的に１個又は複数のハロゲン原子により核置換されていてよい、少なくとも１つのアルキル基により置換されている芳香族アミンである、請求項４記載の方法。
6. アミンがピコリン、好ましくは２−ピコリン、ルチジン又はコリジンである、請求項５記載の方法。
7. 反応混合物にλ＞２８０ｎｍの波長の光を照射する、請求項１記載の方法。
8. １０〜１５０℃、好ましくは５０〜１４０℃の範囲内の温度で反応させる、請求項１記載の方法。
9. 添加される酸と出発化合物、目的化合物又は場合により存在するアミンの塩基官能基の総和とのモル比が１：１〜２０：１の範囲内である、請求項１記載の方法。
10. ハロゲンが塩素を表す、請求項１記載の方法。
11. クロロピコリン類、クロロルチジン類又はクロロコリジン類とのトリフルオロ酢酸、ペルフルオロプロピオン酸、クロロジフルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸の付加物。
12. ピコリン類、ルチジン類又はコリジン類とのトリフルオロ酢酸、ペルフルオロプロピオン酸、クロロジフルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸の付加物。