JP2010083845A - Ｎ−フルオロピリジニウム塩の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎ−フルオロピリジニウム塩の製造において、分解を抑制し、簡便かつ、高収率で大量生産に適するＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法を提供する。
【解決手段】ハロゲン原子、アシル基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基及びアミド基からなる群から少なくとも一つを選択し、残りは水素原子であるピリジン化合物を有機溶媒中、ＨＢＦ４、ＨＰＦ６、ＨＳｂＦ６及びＨＣｌＯ４で表されるブレンステッド酸と混合し、水及びフッ酸の存在下、フッ素ガスと反応させ、一般式（３）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^５及びＸは酸塩）で表されるＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法において、水の添加量を１．６〜１０当量、あらかじめ添加するフッ酸の添加量を２〜１０当量とすることを特徴とするＮ−フルオロピリジニウム塩の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はフッ素原子導入試剤として有用なＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法に関する。

一般式（１）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^５は同一または異なり、ハロゲン原子、アシル基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基及びアミド基からなる群から少なくとも一つを選択し、残りは水素原子である。）
で表されるピリジン化合物を母核とする一般式（３）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^５は前記に同じであり、ＸはＢＦ_４、ＰＦ_６、ＳｂＦ_６又はＣｌＯ_４を示す）
で表されるＮ−フルオロピリジニウム塩はフッ素原子導入剤として有用であることが知られている。

前記、一般式（３）のＸ⁻がＢＦ_４であるＮ−フルオロピリジニウムテトラフルオロボレートを製造する方法としては、特許文献１の比較例１に記載のピリジン化合物に４２％のＨＢＦ_４水溶液を添加後、フッ素ガスを導入する方法がある。しかし、Ｎ−フルオロピリジニウムテトラフルオロボレートのような水に不安定な化合物は、フッ素ガスを導入する前に水を除去する工程を必要とする。また、ピリジン化合物に対して、水が過剰量存在すると大幅に収率が低下することが知られている。特許文献２及び３に記載の三フッ化ホウ素（ＢＦ_３）をガスまたはエーテル付加体として添加後、フッ素ガスを導入する方法が知られているが、三フッ化ホウ素ガスは取り扱いが危険であり高価である。また、エーテル付加体は、可燃性液体であり、高価である。いずれも工業的に取り扱い難く、大量生産には不向きである。
特開平９−２５５６５７号公報 特開昭６３−１０７６４号公報 特開平４−１８２１４５号公報

Ｎ−フルオロピリジニウム塩の製造において、対塩の原料を安価で、入手が容易であり、工業的に取り扱い易い物を使用し、水が過剰量存在する系においても分解を抑制し、簡便かつ、高収率で大量生産に適するＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法を提供することにある。

Ｎ−フルオロピリジニウム塩は一般的に水に不安定なことが知られている。例えば、水に不安定なＮ−フルオロピリジニウムテトラフルオロボレートの製造方法は前記、特許文献１に記載されているように、ピリジン化合物を有機溶媒中、水及びフッ化水素の共存下、三フッ化ホウ素及びフッ素ガスとを反応させ製造される。水の量が０．０１〜１．５当量の範囲において高収率で得られるとの記載がある。しかしながら、実施例では、三フッ化ホウ素ガスを使用しており、工業的には取り扱い難い。また、ピリジン化合物に対しフッ化水素の添加量が１当量、水の添加量が１当量の場合のＮ−フルオロピリジニウムテトラフルオロボレートの収率は７６％であるが、水の添加量が２当量の場合は２０％以上収率が低下している。このように、水がピリジン化合物に対して過剰量存在すると、水により分解し、収率は著しく低下することが明らかである。本発明者らは、このような現状に鑑み鋭意検討を行った。その結果、下記一般式（１）で表されるピリジン化合物を有機溶媒中でブレンステッド酸と混合し、水及びフッ酸存在下、フッ素ガスと反応させ、一般式（２）で表されるＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法において、水の添加量を１．６〜１０当量、あらかじめ添加するフッ酸の量を２〜１０当量とすることにより、分解を抑制でき高収率でＮ−フルオロピリジニウム塩が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、一般式（１）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^５は同一または異なり、ハロゲン原子、アシル基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基及びアミド基からなる群から少なくとも一つを選択し、残りは水素原子である。）
で表されるピリジン化合物を有機溶媒中、一般式（２）
ＸＨ （２）
（式中Ｘは、ＢＦ_４、ＰＦ_６、ＳｂＦ_６又はＣｌＯ_４を示す。）
で表されるブレンステッド酸と混合し、水及びフッ酸の存在下、フッ素ガスと反応させ、一般式（３）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^５及びＸは前記に同じ）
で表されるＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法において、水の添加量を１．６〜１０当量、あらかじめ添加するフッ酸の添加量を２〜１０当量とすることを特徴とするＮ−フルオロピリジニウム塩の製造方法を提供するものである。

本発明の製造方法によれば、大量生産に適し、簡便かつ高収率でフッ素原子導入剤として有用なＮ−フルオロピリジニウム塩を得ることができる。

本発明により、ピリジン化合物を有機溶媒中で、ブレンステッド酸と混合し、水及びフッ酸の存在下、フッ素ガスと反応させる反応工程、溶媒を留去する濃縮工程、貧溶媒を加えて晶析する晶析工程を得て、Ｎ−フルオロピリジニウム塩を製造することができる。以下に本発明に用いる化合物と製造条件について説明する。

使用する前記一般式（１）で表されるピリジン化合物としては、例えばクロロピリジン、ブロモピリジン、フルオロピリジン、ジクロロピリジン、トリクロロピリジン、テトラクロロピリジン、ペンタクロロピリジン、ジフルオロピリジン、トリフルオロピリジン、ペンタフルオロピリジン、クロロフルオロピリジン、ジクロロフルオロピリジン、ニトロピリジン、シアノピリジン、ジシアノピリジン、トリシアノピリジン、ニコチン酸エステル、ピコリン酸エステル、ニコチン酸アミド及びピコリン酸アミド等を例示することができる。

一般式（２）で表されるブレンステッド酸としては、例えば、ＨＢＦ_４、ＨＰＦ_６、ＨＳｂＦ₆、及びＨＣｌO_４等を例示することができる。

一般式（３）のＸ⁻はブレンステッド酸とフッ酸を反応させ系中で生成させることも出来る。例えば、ほう酸又は無水ほう酸と無水フッ酸又はフッ酸水溶液からＨＢＦ_４を生成させることが出来る。

一般式（３）で表されるＮ−フルオロピリジニウム塩としては、例えばＮ−フルオロ−２−クロロピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−２−クロロピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ−フルオロ−２−ブロモピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−２−ブロモピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ−フルオロ−２−フルオロピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−２−フルオロピリジニウムヘキサフルオロアンチモネート、Ｎ−フルオロ−２−フルオロピリジニウムパークロレート、Ｎ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ−フルオロ−２，３，４，５，６−ペンタクロロピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−３，５−ジフルオロピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−３，５−ジフルオロピリジニウムヘキサフルオロアンチモネート、Ｎ−フルオロ−２−シアノピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−２−シアノピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ−フルオロ−３−シアノピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−３−メトキシカルボニルピリジニウムテトラフルオロボレート、Ｎ−フルオロ−３−メトキシカルボニルピリジニウムパークロレート等を挙げることができる。

ブレンステッド酸からは、ハロゲン化水素は除外される。本発明のＮ−フルオロピリジニウム塩においてＸ⁻がハロゲン化水素の共役塩基であるＦ⁻の場合、すなわちピリジン・Ｆ_２錯体は不安定であり、−２℃以上では爆発を起こすという重大な欠点を有している。また、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉの場合は、相当するＮ−フルオロピリジニウム塩の合成は困難である。

あらかじめ添加するフッ酸の使用量は、ピリジン化合物に対して２〜１０当量が良い。フッ酸の使用量が少ないと溶媒留去時のＮ−フルオロピリジニウム塩の分解が多くなり、１０当量を超えて使用しても、収率は頭打ちとなる。

フッ酸を添加するタイミングは、特に限定されないが、例えば、系中でブレンステッド酸とフッ酸を反応させＸ⁻を生成させる場合は、フッ素化反応前に添加することが好ましい。

濃縮工程前の系中に、Ｎ−フルオロピリジニウム塩の分解を抑制するためＮ−フルオロピリジニウム塩に対して、フッ酸が２〜１０当量残存していることが好ましく、不足している場合は、無水フッ酸を添加して補う。

使用する反応溶媒としては、例えば、アセトニトリル、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロフルオロメタン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン等を例示することができる。

反応液中の水分量はピリジン化合物に対して、１．６〜１０当量が良い。水分量が少なくなると反応収率及び純度が低下し、水分量が多くなると、濃縮工程でのＮ−フルオロピリジニウム塩の分解量が多くなる。例えば、一般式（２）のＸ⁻を無水フッ酸と無水ホウ酸を使用して、ＨＢＦ_４を生成させると副生する水は１．６５当量となる。

使用するフッ素ガスは、希釈して用いる。不活性ガスの容量が９９％〜５０％の希釈したフッ素ガスを使用することが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、テトラフルオロメタン等を例示することができる。

フッ素ガスの使用量は、ピリジン化合物に対して等モル又は等モル以上とすることが好ましいがフッ素の導入方法、反応温度、反応溶媒、反応装置により変化するためピリジン化合物がフッ素と反応して消失するに必要なフッ素の量を適宜選択することが好ましい。

反応温度としては、−１００℃〜＋４０℃の範囲を選択することができるが、収率を良好にする上で−２０℃〜０℃が好ましい。

得られる目的物の分離は、定法に従って行えばよく、例えば、有機溶媒を留去後、酢酸エチル、クロロホルム、塩化メチレン、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、ＴＨＦ等の溶媒で晶析後に濾別して結晶を乾燥することにより目的物を分離することができる。

実施例
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、Ｎ−フルオロピリジニウム塩の純度は、融点測定、^１Ｈ−ＮＭＲ測定、^１９Ｆ−ＮＭＲ測定により求めた。

５００ｍｌポリテトラフルオロエチレン製容器に、２，６−ジクロロピリジン １４．４６ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）及びアセトニトリル ２０７．０ｇを仕込み、攪拌し溶解させ、ほう酸６．６４ｇ（１０７．５ｍｍｏｌ）及び無水フッ酸１６．５５ｇ（８２７．５ｍｍｏｌ）を仕込み攪拌下、−２０℃まで冷却した。その後、攪拌しながらフッ素と窒素の混合ガス（１：９）を２００ｍｌ／分の流量で導入した。導入したフッ素ガスの量は１８６ｍｍｏｌであった。反応収率は^１９Ｆ−ＮＭＲ測定により７９％であった。溶媒を留去し、酢酸エチルを加えて晶析し、Ｎ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムテトラフルオロボレート１８．６０ｇ（７３．３ｍｍｏｌ）を得た。単離収率は７５．１％であった。

ほう酸を無水ホウ酸に変更し、仕込み量を３．７４ｇ（５３．７５ｍｍｏｌ）にした以外は実施例１と同様の操作にて行った。その結果を表１に示す。

ほう酸を無水ホウ酸に変更し、仕込み量を３．７４ｇ（５３．７５ｍｍｏｌ）にし、無水フッ酸を５５％ＨＦ水溶液に変更し、仕込み量を２２．７４ｇ（６２５．３ｍｍｏｌ）にした以外は実施例１と同様の操作にて行った。その結果を表１に示す。

無水フッ酸を５５％ＨＦ水溶液に変更し、仕込み量を２２．７４ｇ（６２５．３ｍｍｏｌ）にした以外は実施例１と同様の操作にて行った。その結果を表１に示す。

（比較例１）
無水フッ酸の仕込みを８．６０ｇ（４２９．９ｍｍｏｌ）に変更した以外は、実施例１と同様の操作にて行った。その結果を表１に示す。

（比較例２）
５００ｍｌポリテトラフルオロエチレン製容器に、２，６−ジクロロピリジン １４．４６ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）及びアセトニトリル １５５．０ｇを仕込み、攪拌し溶解させ、１１ｗｔ％ＢＦ_３／アセトニトリル溶液５８．４２ｇ（９４．７７ｍｍｏｌ）、水を１．５１ｇ（８４．０ｍｍｏｌ）及び無水フッ酸９．７７ｇ（４８８．５ｍｍｏｌ）を仕込み攪拌下、−２０℃まで冷却した。その後、攪拌しながらフッ素と窒素の混合ガス（１：９）を２００ｍｌ／分の流量で導入した。導入したフッ素ガスの量は１８６ｍｍｏｌであった。その後、１１ｗｔ％ＢＦ_３／アセトニトリル溶液３．０１ｇ（４．８９ｍｍｏｌ）を加えて攪拌した。反応収率は^１９Ｆ−ＮＭＲ測定により７８％であった。溶媒を留去し、酢酸エチルを加えて晶析し、Ｎ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムテトラフルオロボレート１８．１０ｇ（７１．３ｍｍｏｌ）を得た。単離収率は７７％であった。その結果を表１に示す。

（比較例３）
無水フッ酸を５５％フッ酸に変更し、仕込み量を１５．６３ｇ（４２９．８ｍｍｏｌ）にした以外は、実施例１と同様の操作にて行った。その結果を表１に示す。

（比較例４）
無水フッ酸を５５％フッ酸に変更し、仕込み量を４７．８６ｇ（１３１６．０ｍｍｏｌ）にした以外は、実施例１と同様の操作にて行った。その結果を表１に示す。

表１に示すように、フッ酸量が少ないと濃縮時にＮ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムテトラフルオロボレートの分解量が多くなり単離収率が低下する。得られるＮ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムテトラフルオロボレートの融点は１９５℃以上が好ましく、これより低いと保存安定性が著しく低下する。水の添加量が少ないと、Ｎ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウムテトラフルオロボレートの融点が低下し、多いと濃縮時にＮ−フルオロ−２，６−ジクロロピリジニウム塩の分解量が多くなり、単離収率が低下する。

本発明方法により得られるＮ−フルオロピリジニウム塩は、医農薬及び機能性材料として有用である。

Claims (1)

1. 一般式（１）
   

   

   （式中、Ｒ^１〜Ｒ^５は同一または異なり、ハロゲン原子、アシル基、アルコキシカルボニル基、ニトロ基、シアノ基及びアミド基からなる群から少なくとも一つを選択し、残りは水素原子である。）
   で表されるピリジン化合物を有機溶媒中、一般式（２）
   ＸＨ （２）
   （式中Ｘは、ＢＦ_４、ＰＦ_６、ＳｂＦ_６又はＣｌＯ_４を示す。）
   で表されるブレンステッド酸と混合し、水及びフッ酸の存在下、フッ素ガスと反応させ、一般式（３）
   

   

   （式中、Ｒ^１〜Ｒ^５及びＸは前記に同じ）
   で表されるＮ−フルオロピリジニウム塩を製造する方法において、水の添加量を１．６〜１０当量、あらかじめ添加するフッ酸の添加量を２〜１０当量とすることを特徴とするＮ−フルオロピリジニウム塩の製造方法。