JP2014005214A

JP2014005214A - アリールジクロロホスフィンの製造方法

Info

Publication number: JP2014005214A
Application number: JP2012140070A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Mayama; 大輔間山
Original assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Current assignee: Nippon Chemical Industrial Co Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP5848201B2

Abstract

【課題】工業的に有利であり、短い工程で収率よくアリールジクロロホスフィンを得ることができる製造方法を提供すること。
【解決手段】下記一般式（１）で表されるアリールジクロロホスフィンの製造方法であって、
下記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物と、下記一般式（３）で表される金属塩化物との金属置換反応を行い、次いで、得られる金属置換されたアリール基含有金属化合物と三塩化リンとを反応させることを特徴とするアリールジクロロホスフィンの製造方法である。
【化１】

（式中、Ｒはアリール基を示し、前記アリール基は置換基を有していてもよい。Ｍはマグネシウム又は亜鉛から選ばれる金属原子を示す。）
【選択図】なし

Description

本発明は、アリールジクロロホスフィンの製造方法に関する。

アリールジクロロホスフィンはホスフィンリガンドの前駆体、難燃剤、或いは医薬品、農薬、化学品の原料等、その使用は多岐にわたる。アリールジクロロホスフィンの合成反応は古くから知られている。

特許文献１には、フェニルホスホン酸ジクロリド及びジフェニルクロロホスフィンとを３００〜６００℃で反応させてフェニルジクロロホスフィンを製造する方法が提案されているが、反応が高温であり、副生物も多く工業的に有利でない。

特許文献２には、ベンゼンと三塩化リンとを直接反応させるフェニルジクロロホスフィンの製造方法が提案されているが反応を５５０〜８５０℃以上の高温で行う必要があり、工業的に有利でない。置換芳香族化合物を使用した場合、副生物が多くなり、工業的には適用できない。

特許文献３には、ベンゼンと三塩化リンとの反応を触媒の存在下に１００〜１４５℃で反応を行うフェニルジクロロホスフィンの製造方法が提案されているが、収率に問題がある。

他方、アリール基含有リチウム化合物と三塩化リンを直接反応させる方法も考えられるが、本発明者らによれば、この製造方法は、三塩化リンを大過剰に用いた場合でさえ、ジアリールクロロホスフィンの副生が顕著であり、アリールジクロロホスフィンを選択的に得るという当初の目的を達成できない。

さて、ひとくちにアリールジクロロホスフィンといっても、いろいろな種類のアリールジクロロホスフィンが考えられるが、その中でも、近年、触媒化学の進展により、アリール基が２，６−ジアルコキシフェニル基である化合物の需要が高まっている。さらに重要な点として、２，６−ジアルコキシフェニルジクロロホスフィンが、従来の製造技術では当該ジクロロホスフィンを収率よく得る有効な手段が見出されていなかった点がある。

２，６−ジアルコキシフェニルジクロロホスフィンの製造方法としては、非特許文献１に記載の製造方法が挙げられる。この製造方法は、２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの製造方法であり、まず、クロロビス（ジイソプロピルアミノ）ホスフィンと２，６−ジメトキシフェニルリチウムを反応させ、ビス（ジイソプロピルアミノ）−２，６−ジメトキシフェニルホスフィンを得、ついで、無水塩化水素にてジイソプロピルアミノ基をクロロ基に変換することにより当該目的物を得る方法である。しかしながら、この種の製造方法は、腐食性の塩化水素を多量に使用するので、作業性が悪く、また、工程が長いため経済的に不利である。

ジアルコキシフェニルジクロロホスフィンの製造方法としては、非特許文献２に記載の製造方法が挙げられる。この製造方法は、１，３−ジメトキシベンゼンを塩化亜鉛の介在下に三塩化リンと反応させる製造方法であるが、この方法では、２，４−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンという異性体が生成するため、２，６−ジメトキシジクロロホスフィンを製造するという本来の目的を達成できない。

特開昭６１−１８７９４号公報特公昭４４−３３５４号公報米国特許第４７３７３１７号公報

Ｊ．Ｏ．Ｃ．４７（１９８２）３５９５−６．ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＩＮＯＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＳＴＲＹＶｏｌ．５．（１９６３）ｐ８８．

よって、アリールジクロロホスフィンの製造方法として、短い工程で収率よく得る工業的に有利な製造方法が求められていた。

本発明の目的は、アリールジクロロホスフィンの製造方法として、短い工程で収率よく得る工業的に有利な製造方法を提供することにある。

本発明は、アリール基含有リチウム化合物と三塩化リンからアリールジクロロホスフィンを製造する方法において、三塩化リンとの反応を行う前に、先に金属塩化物を介在させて反応を行う。このことにより、上記の目的を達成したものである。

即ち、本発明が提供しようとする発明は、下記一般式（１）で表されるアリールジクロロホスフィンの製造方法であって、
下記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物と、下記一般式（３）で表される金属塩化物との金属置換反応を行い、次いで、得られる金属置換されたアリール基含有金属化合物と三塩化リンとを反応させることを特徴とするアリールジクロロホスフィンの製造方法である。

（式中、Ｒはアリール基を示し、前記アリール基は置換基を有していてもよい。Ｍはマグネシウム又は亜鉛から選ばれる金属原子を示す。）

本発明の製造方法により、アリールジクロロホスフィンを短い工程で収率よく、また工業的に有利に製造することができる。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。

前記一般式（１）で表される化合物について説明する。前記一般式（１）で表される化合物は本発明によって製造される化合物である。

前記一般式（１）の式中のＲは、アリール基を示す。アリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。無置換であっても一置換であっても多置換であってもよい。

置換基を有するアリール基としては、アリール基の少なくとも１個の水素原子がアルコキシ基、アルキル基、アリール基、ハロゲン基等の置換基で置換されたアリール基が挙げられる。これらの置換基のうち炭素原子を含むものは、該置換基の炭素原子数は１〜２０が好ましい。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。

前記一般式（１）の式中のＲが、特に、下記一般式

（式中、Ｒ^１及びＲ^２はアルキル基もしくはアリール基を示す。）で表される２，６−ジアルコキシフェニル基である場合が重要なのは前述の背景技術で述べたとおりである。前記一般式（４）の式中のＲ^１及びＲ^２は、アルキル基もしくはアリール基を示す。Ｒ^１とＲ^２は同一のものであっても異なるものであっても良い。

Ｒ、Ｒ^１及びＲ^２のアルキル基としては、直鎖状であっても分岐状であっても環状であってもよい。直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えば炭素数１〜８の直鎖状又は分岐状アルキル基が挙げられ、具体的にはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、２−プロピル基、ｎ−ブチル基、２−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、２−ペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、２−メチルブチル基、３−メチルブチル基、２，２−ジメチルプロピル基、ｎ−ヘキシル基、２−ヘキシル基、３−ヘキシル基、ｔｅｒｔ−ヘキシル基、２−メチルペンチル基、３−メチルペンチル基、４−メチルペンチル基、５−メチルペンチル基等が挙げられる。環状アルキル基としては、例えば炭素数３〜１６のシクロアルキル基が挙げられ、具体的にはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、２−メチルシクロペンチル基、３−メチルシクロペンチル基、シクロヘプチル基、２−メチルシクロヘキシル基、３−メチルシクロヘキシル基、４−メチルシクロヘキシル基が挙げられる。環状アルキル基には多環アルキル基も含まれ、多環アルキル基としては、メンチル基、ボルニル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられる。これらのうち、好ましいアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数１〜５の低級アルキル基が好ましく、特にＲ^１及びＲ^２はメチル基が好ましい。

Ｒ、Ｒ^１及びＲ^２のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。無置換であっても一置換であっても多置換であってもよい。

本発明に係る製造工程を、便宜上第一工程と第二工程に区分して説明する。

本発明に係る第一工程は、前記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物を前記一般式（３）で表される金属塩化物で処理して、下記反応式（１）

（式中、Ｒ及びＭは前記と同義。）
で示すようにリチウム原子とＭ原子との金属交換反応を行って対応するアリール基含有マグネシウム−塩化物或いはアリール基含有亜鉛−塩化物等すなわち一般式（５）

（式中、Ｒ及びＭは前記と同義。）で表されるアリール基含有金属化合物を得る工程である。

原料のアリール基含有リチウム化合物は公知の方法で製造することができ、例えば、芳香族化合物（アレーン）に、ｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔｅｒｔ−ブチルリチウム等のリチオ化剤を作用させて脱プロトン化する方法、アリール臭化物にｎ−ブチルリチウム、ｓｅｃ−ブチルリチウム、ｔｅｒｔ−ブチルリチウム等のリチオ化剤を作用させてハロゲン−金属交換する方法等が挙げられる。このときの反応条件（溶媒、仕込比、温度等）は、反応形態や態様によって異なり、最適な反応条件を適宜設定することが望ましい。

原料の金属塩化物は、前記一般式（３）で表される。前記一般式（３）の式中のＭはマグネシウム又は亜鉛から選ばれる金属原子である。

第一工程に係る反応は、前記一般式（１）で表されるアリール基含有リチウム化合物を溶媒にて溶解または懸濁させた混合物に、前記一般式（３）で表される金属塩化物を添加することにより行うことができる。

第一工程に係る反応で使用する溶媒は、反応混合物を円滑に撹拌させることができ、反応原料及び生成物に対して不活性な溶媒であれば特に制限なく用いることができる。本製造方法では、第一工程及び後述する第二工程を連続反応で行うことができるので、特に次工程で用いる三塩化リンと顕著に反応しない溶媒を用いることが好ましい。このような溶媒としては、例えば、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン等の無極性溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン等の塩素含有溶媒、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル類が挙げられ、好ましくは、有機金属を溶解し、反応を促進する観点からＴＨＦが挙げられる。

上記一般式（３）で表される金属塩化物の添加方法は、作業性に応じて分割添加、一斉添加、定量ポンプによる一定速度での添加のいずれでもよい。
添加時の温度は、特に限定はないが、通常−８０〜６５℃であり、好ましくは反応が促進され且つ副反応が抑制される−２０〜３０℃である。上記一般式（３）で表される金属塩化物の添加量は、上記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物に対して０．４〜２当量であり、好ましくは０．５〜１当量である。

上記一般式（３）で表される金属塩化物を添加したのち、金属交換反応を促進するため、撹拌下に熟成を行なう。熟成時の温度としては、特に限定はないが、通常−８０〜６５℃であり、好ましくは反応が促進され且つ副反応が抑制される−２０〜３０℃である。熟成時間は５分〜２４時間であり、最適の熟成時間は反応形態や態様によって異なり、分析等によって最適の熟成時間を適宜設定することが望ましい。

第一工程終了後の反応液には、原料の上記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物に対応したリチウム原子とＭ原子が金属交換されたアリール基含有マグネシウム一塩化物もしくはアリール基含有亜鉛一塩化物等のアリール基含有金属化合物が含有されている。この反応液は、通常は沈殿部と上澄み部に分かれる。アリール基含有金属化合物は、通常は上澄み部にその大半が存在する。

本発明では、第一工程終了後の反応液は、そのまま第二工程で用いてもよく、また、所望により溶媒を除去してアリール基含有金属化合物を単離してもよい。

第二工程は、第一工程で得られたアリール基含有金属化合物（化合物（５））と、三塩化リンとの反応を溶媒中で、下記反応式（２）

（式中、Ｒ及びＭは前記と同義。）
で示すように行って目的とする前記一般式（１）で表されるアリールジクロロホスフィンを得る工程である。

第一工程終了後のアリール基含有金属化合物を含有する反応液は、そのまま後述するＡ液としてそのまま用いることができるが、上澄み部だけを分取してそれをＡ液として用いてもよい。また、第一工程終了後に得られるアリール基含有金属化合物を単離した場合は、再度溶媒を添加してＡ液として用いることが望ましい。

三塩化リンは、無溶媒でも使用することができるが、反応を円滑に行うため、好ましくは溶媒を添加して後述するＢ液として用いることが望ましい。

アリール基含有金属化合物及び三塩化リンに添加する溶媒としては、三塩化リンと顕著に反応しないことを必須条件とする他は特に限定はなく、例えば、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン等の無極性溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン等の塩素含有溶媒、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル類が挙げられ、好ましくは、有機金属を溶解し、反応を促進する観点からＴＨＦが挙げられる。

Ａ液及びＢ液の濃度は、反応の際の反応混合物の流動性及び溶媒の反応に与える効果を考慮して、適宜設定することが望ましい。

第二工程に係る反応操作は、アリール基含有金属化合物を含有する溶液をＡ液とし、三塩化リンを含有する溶液をＢ液として各溶液を調製する。

Ａ液とＢ液の添加混合は、好ましくはＡ液をＢ液中に添加するが、作業性を考慮してＢ液をＡ液中に添加することもできる。なお、第一工程終了後の反応液をＡ液として用いる場合は、反応液は上澄み部と沈殿部に分かれている。通常は成分の大半を含む上澄み部のみを使用するが、沈殿部が混ざっても特に問題はない。Ａ液及びＢ液の添加の方法は、作業性に応じて分割添加、一斉添加、同時添加、定量ポンプによる一定速度での添加のいずれでもよい。

三塩化リンの仕込比は、第一工程の上記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物を基準にして、該アリール基含有リチウム化合物に対して三塩化リンを好ましくは０．５〜１０当量、好ましくは０．８〜１．５当量である。

Ａ液及びＢ液の添加温度としては、特に限定はないが、通常−８０〜６５℃であり、好ましくは反応が促進され且つ副反応が抑制される−２０〜３０℃である。

Ａ液及びＢ液の添加終了後、反応を促進するため、攪拌下に熟成を行なう。熟成時の温度としては、特に限定はないが、通常−８０〜６５℃であり、好ましくは反応が促進され且つ副反応が抑制される−２０〜３０℃である。熟成時間は５分〜２４時間であり、最適の熟成時間は反応形態や態様によって異なり、分析等によって最適の熟成時間を適宜設定することが望ましい。

反応後、溶媒を除き、次いで、必要に応じて精製操作を行なう。この際行なわれる精製の方法としては、特に限定はないが、抽出、分液洗浄、晶析、蒸留、昇華、カラムクロマトグラフィー等が挙げられ、これらは適宜組み合わせて行うことができる。また、本製造方法において、精製手段として好ましくは工業的に有利な晶析である。

なお、目的とする前記一般式（１）で表されるアリールジクロロホスフィンとしては、特に好ましいものとして次のような化合物（（１ａ）〜（１ｅ））が挙げられるが、あくまで例示であって、本発明の適用範囲はこれらに限定されない。

本製造方法で得られるアリールジクロロホスフィンは、例えばホスフィンリガンドの前駆体、難燃剤等、或いは医薬、農薬、化学品の製造原料等として好適に用いることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、あくまで例示であって、本発明の適用範囲はこれらに限定されない。

すべての合成操作は、よく乾燥させたガラス容器を使って行なった。反応は窒素雰囲気下で行なった。原料試薬及び溶媒は、一般の試薬を使用した。

ＮＭＲスペクトル測定は、ＪＥＯＬ製（^１Ｈ；３００ＭＨｚ、^１３Ｃ；７５．４ＭＨｚ、^３１Ｐ；１２１．４ＭＨｚ）ＮＭＲ装置で行なった。内部標準としてテトラメチルシラン（^１Ｈ）を使用した。

〔実施例１〕
（２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの合成）
＜第一工程＞；

２００ｍＬ四つ口フラスコに機械撹拌棒、温度計、仕込み口、排気口を設置した。１，３−ジメトキシベンゼン７．６０ｇ（５５．０ｍｍｏｌ）、ＴＨＦ６０ｍＬを入れ、内温０℃とした。
内温を０〜５℃に保持し、１．５９ｍｏｌ／Ｌｎ−ブチルリチウム−ヘキサン溶液３１．５ｍＬ（５０．１ｍｍｏｌ）を１５分かけて滴下した。０〜５℃で１７分撹拌熟成後、２０℃まで加温し、２０〜２５℃で２０分撹拌熟成した。
内温０℃とし、塩化マグネシウム４．７８ｇ（５０．２ｍｍｏｌ）を添加した。氷水浴を上げ、室温としたが、ここで発熱が観察され、２９℃まで発熱した。２０℃程度で１時間撹拌熟成した。液はわずかににごった上澄みと未反応の塩化マグネシウム沈殿が観察された。上澄みをＡ液とした。
なお、塩化マグネシウムはＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社−３２５ｍｅｓｈ品を使用し、三塩化リンは使用直前に蒸留精製した新鮮なものを使用した。
＜第二工程＞；

３００ｍＬ四つ口フラスコにマグネチック撹拌子、温度計、仕込み口、排気口を設置した。ＴＨＦ５０ｍＬ、三塩化リン８．２１ｇ（５９．８ｍｍｏｌ）入れ、−１５℃に冷却した。ここに先ほどのＡ液（約３００ｍＬ）を滴下漏斗にとり、−１３〜−１７℃で３２分で滴下した。滴下中、明瞭な発熱がみられた。−１５℃で９分撹拌熟成後、２７分かけて０℃まで加温した。
室温に戻し、室温で１時間４０分撹拌熟成した。反応液を３００ｍＬナスフラスコに移し、一晩静置した。
静置後の反応液を^３１Ｐ−ＮＭＲで分析したところ、ピーク面積比から求めた生成比はＰＣｌ_３：ＡｒＰＣｌ_２：Ａｒ_２ＰＣｌ＝３９：１００：０であり、アリール基含有リチウム化合物基準の２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの反応収率（転換率）は、８６％であった。
反応液をロータリーエバポレータにて減圧濃縮し、濃縮物にトルエン５０ｍＬ、ヘプタン５０ｍＬを入れ、塩を析出させた。スターラで３０分ほど室温撹拌し、塩をろ過により除去した。更に、ヘプタンにより晶析し、溶媒を減圧下に除去して２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンを白色粉末として得た。
（２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの同定データ）
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）；３．９０（ｓ６Ｈ），６．５７（ｄｄ２Ｈ，３．２Ｈｚ，８．６Ｈｚ），７．４２（ｔ１Ｈ，８．６Ｈｚ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）；５６．２，１０４，４，１１４．８（ｄ７２Ｈｚ），１３５．６，１６２．９（ｄ１５．６Ｈ）．
^３１Ｐ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）；１５６．９（ｓ）．
ＧＣ−ＭＳ（ＥＩ）；Ｍ＝２３８，２４０，２４２．（Ｃ_８Ｈ_９Ｃｌ_２Ｏ_２Ｐ＝２３８，２４０，２４２）．
^３１Ｐ−ＮＭＲ測定により、収穫物が実質的に純品（ほぼ純度１００％）であることを確認した。

〔実施例２〕
（２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの合成）
塩化マグネシウムの代わりに塩化亜鉛（関東化学（株）製）を使用した以外は実施例１と同様にして反応を行い２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンを得た。
静置後の反応液を^３１Ｐ−ＮＭＲで分析したところ、ピーク面積比から求めた生成比はＰＣｌ_３：ＡｒＰＣｌ_２：Ａｒ_２ＰＣｌ＝５２：１００：０であり、アリール基含有リチウム化合物基準の２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの反応収率（転換率）は、７９％であった。
選択性は塩化マグネシウムを使用したときと同様に非常に良好であった。

〔比較例１〕
（２，６−ジメトキシフェニルジクロロホスフィンの合成）
塩化マグネシウム、塩化亜鉛のいずれも使用せず、三塩化リンの仕込量をアリール基含有リチウム化合物に対して３．７５当量とし、混合時の温度を−３５℃とした以外は実施例１と同様にして製造を行なった。
静置後の反応液を^３１Ｐ−ＮＭＲで分析したところ、生成比はＡｒＰＣｌ_２：Ａｒ_２ＰＣｌ＝７３：２７であり、所望でないビス（２，６−ジメトキシフェニル）クロロホスフィンが大量に副生する結果となった。

Claims

下記一般式（１）で表されるアリールジクロロホスフィンの製造方法であって、下記一般式（２）で表されるアリール基含有リチウム化合物と、下記一般式（３）で表される金属塩化物との金属置換反応を行い、次いで、得られる金属置換されたアリール基含有金属化合物と三塩化リンとを反応させることを特徴とするアリールジクロロホスフィンの製造方法

（式中、Ｒはアリール基を示し、前記アリール基は置換基を有していてもよい。Ｍはマグネシウム又は亜鉛から選ばれる金属原子を示す。）
前記一般式（１）のＲが、下記一般式（４）

（式中、Ｒ^１及びＲ^２はアルキル基もしくはアリール基を示し、前記アリール基は置換基を有していてもよい。）で表される２，６−ジアルコキシフェニル基である請求項１記載のアリールジクロロホスフィンの製造方法。
前記一般式（４）の式中のＲ^１及びＲ^２がいずれもメチル基である請求項２記載のアリールジクロロホスフィンの製造方法。