JP2014172831A - トリフルオロメチル銅の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トリフルオロメチル銅の実用的な製造方法を提供する。
【解決手段】
ハロゲン化銅と金属アルコキシドを反応させ、さらにトリフルオロメチルカルボニル化合物を反応させることにより、トリフルオロメチル銅を製造することができる。トリフルオロメチル銅のトリフルオロメチル源として用いるトリフルオロメチルカルボニル化合物は、大量規模での入手が容易で且つ取り扱いが容易である。よって、背景技術に比べて実用性が格段に高い。
【選択図】なし

Description

本発明は、トリフルオロメチル銅の実用的な製造方法に関する。

本発明に関連するトリフルオロメチル銅の代表的な製造方法として、非特許文献１〜５が挙げられる。これらの非特許文献では、トリフルオロメチル源として、Ｒｕｐｐｅｒｔ試薬やフルオロホルムが用いられている。

Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（米国），２０１１年，第１３３巻，ｐ．２０９０１−２０９１３ Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．（ドイツ），２０１１年，第５０巻，ｐ．７６５５−７６５９ Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．（ドイツ），２０１１年，第５０巻，ｐ．３７９３−３７９８ Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（米国），２００８年，第１３０巻，ｐ．８６００−８６０１ Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ（英国），２０００年，第５６巻，ｐ．２７５−２８３

背景技術に記載したトリフルオロメチル銅の製造方法は、大量規模での入手が困難な試薬や、沸点が極めて低く取り扱いが困難な試薬を用いる必要があった。

本発明の課題は、トリフルオロメチル銅の実用的な製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記の課題を踏まえて鋭意検討した結果、ハロゲン化銅と金属アルコキシドを反応させ、さらにトリフルオロメチルカルボニル化合物を反応させることにより、トリフルオロメチル銅が製造できることを見出し、本発明に到達した。ハロゲン化銅としては、塩化銅が好ましく、金属アルコキシドとしては、ｔｅｒｔ−ブトキシカリウムが好ましく、トリフルオロメチルカルボニル化合物としては、２，２，２−トリフルオロアセトフェノンが好ましい。

具体的には、本発明は［発明１］〜［発明５］を含む、トリフルオロメチル銅の製造方法を提供する。

［発明１］
一般式［１］：

［式中、Ｘはハロゲンを表す。］
で示されるハロゲン化銅と、一般式［２］：

［式中、Ｒ^１は低級アルキル基を表し、Ｍはアルカリ金属を表す。］
で示される金属アルコキシドを反応させ、さらに、一般式［３］：

［式中、Ｒ^２はアリール、置換アリール、アルコキシ、置換アルコキシ、アルコキシカルボニル、置換アルコキシカルボニルまたはトリフルオロメチルを表す。］
で示されるトリフルオロメチルカルボニル化合物を反応させることにより、一般式［４］：

で示されるトリフルオロメチル銅を製造する方法。

［発明２］
Ｘが塩素であることを特徴とする、発明１に記載の方法。

［発明３］
Ｒ^１がｔｅｒｔ−ブチルであることを特徴とする、発明１または２に記載の方法。

［発明４］
Ｍがカリウムであることを特徴とする、発明１乃至３の何れかに記載の方法。

［発明５］
Ｒ^２がフェニル基であることを特徴とする、発明１乃至４の何れかに記載の方法。

本発明者らの知る限りにおいて、トリフルオロメチル銅のトリフルオロメチル源として、トリフルオロメチルカルボニル化合物を用いる例は一切報告されていない。該トリフルオロメチルカルボニル化合物は、大量規模での入手が容易で且つ取り扱いが容易である。よって、本発明で開示する製造方法は、背景技術に比べて実用性が格段に高い。

本発明のトリフルオロメチル銅の製造方法について詳細に説明する。本発明の範囲は、これらの説明に限定されることなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。また、本明細書において引用した全ての刊行物（例えば先行技術文献の非特許文献等）の内容は、参照として本明細書に組み込まれるものとする。なお、以下の説明において、一般式［１］〜［４］の具体的な構造は、先に示した通りである。

一般式［１］で示されるハロゲン化銅のＸは、ハロゲンを表す。該ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素である。その中でも塩素、臭素およびヨウ素が好ましく、塩素が特に好ましい。塩化銅は、大量規模での入手が容易で且つ所望の反応が円滑に進行する。

一般式［２］で示される金属アルコキシドのＲ^１は、低級アルキル基を表す。該低級アルキル基は、炭素数１〜６の、直鎖状または分枝状の鎖式、もしくは環式（炭素数３以上の場合）である。その中でも炭素数１〜５が好ましく、ｔｅｒｔ−ブチルが特に好ましい。

一般式［２］で示される金属アルコキシドのＭは、アルカリ金属を表す。該アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウムまたはセシウムである。その中でもリチウム、ナトリウムおよびカリウムが好ましく、カリウムが特に好ましい。

ｔｅｒｔ−ブトキシカリウムは、大量規模での入手が容易で且つ所望の反応が円滑に進行する。

一般式［２］で示される金属アルコキシドの使用量は、特に制限はないが、一般式［１］で示されるハロゲン化銅１ｍｏｌに対して１．４ｍｏｌ以上を用いれば良く、１．６〜５ｍｏｌが好ましく、１．８〜３ｍｏｌが特に好ましい。ハロゲン化銅と金属アルコキシドの反応では、系内にＫ［Ｃｕ（Ｏｔｅｒｔ−Ｂｕ）_２］を調製するのが最も好ましい態様である｛当然、反応溶媒（例えばＮ,Ｎ−ジメチルホルムアミド）および副生成物であるハロゲン化アルカリ金属（例えばＫＣｌ）等の系内に存在する化合物と、Ｋ［Ｃｕ（Ｏｔｅｒｔ−Ｂｕ）_２］が錯体を形成した類縁化合物や、Ｋ［Ｃｕ（Ｏｔｅｒｔ−Ｂｕ）_２］および該類縁化合物を構成単位とする会合体等も含まれる｝。よって、塩化銅１ｍｏｌに対してｔｅｒｔ−ブトキシカリウム２ｍｏｌを使用するのが極めて好ましい。

一般式［３］で示されるトリフルオロメチルカルボニル化合物のＲ^２は、アリール、置換アリール、アルコキシ、置換アルコキシ、アルコキシカルボニル、置換アルコキシカルボニルまたはトリフルオロメチルを表す。該アリールは、炭素数１〜１８の、フェニル、ナフチルおよびアントリル等の芳香族炭化水素である。該アルコキシは、炭素数１〜１８の、直鎖状または分枝状の鎖式、もしくは環式（炭素数３以上の場合）である。該アルコキシカルボニルは、アルコキシ部位が前記と同じである。該置換アリール、置換アルコキシおよび置換アルコキシカルボニルは、それぞれ前記のアリール、アルコキシおよびアルコキシカルボニルの、任意の炭素原子上に、任意の数および任意の組み合わせで、置換基を有する。係る置換基は、フッ素、塩素および臭素等のハロゲン、メチル、エチルおよびプロピル等の低級アルキル基、ならびにメトキシ、エトキシおよびプロポキシ等の低級アルコキシである。なお、本明細書において、"低級"とは、炭素数１〜６の、直鎖状または分枝状の鎖式、もしくは環式（炭素数３以上の場合）を意味する。その中でもフェニル、メトキシ、エトキシ、エトキシカルボニルおよびトリフルオロメチルが好ましく、フェニルが特に好ましい。２，２，２−トリフルオロアセトフェノンは、大量規模での入手が容易で且つ所望の反応が円滑に進行する。

一般式［３］で示されるトリフルオロメチルカルボニル化合物の使用量は、特に制限はないが、一般式［１］で示されるハロゲン化銅１ｍｏｌに対して０．７ｍｏｌ以上を用いれば良く、０．８〜５ｍｏｌが好ましく、０．９〜３ｍｏｌが特に好ましい。

反応溶媒は、特に制限はないが、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサンおよびｎ−ヘプタン等の脂肪族炭化水素系、ベンゼン、トルエンおよびキシレン等の芳香族炭化水素系、塩化メチレン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン系、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンおよびジグリム等のエーテル系、アセトニトリル、プロピオニトリルおよびベンゾニトリル等のニトリル系、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−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンおよびＮ，Ｎ’−ジメチルプロピレン尿素等のアミド（尿素）系、ジメチルスルホキシド、ならびにメタノール、エタノールおよびイソプロパノール等のアルコール系等である。その中でもアミド（尿素）系が好ましく、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドが特に好ましい。これらの反応溶媒は、単独でまたは組み合わせて用いることができる。

反応溶媒の使用量は、特に制限はないが、一般式［１］で示されるハロゲン化銅１ｍｏｌに対して０．０５Ｌ（リットル）以上を用いれば良く、０．１〜２０Ｌが好ましく、０．２〜１０Ｌが特に好ましい。

反応温度は、特に制限はないが、＋７０℃以下で行えば良く、＋５０〜−７０℃が好ましく、＋３０〜−５０℃が特に好ましい。

反応時間は、４８時間以内で行えば良く、原料基質および反応条件により異なるため、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、核磁気共鳴等の分析手段により、反応の進行状況を追跡し、原料基質の減少が殆ど認められなくなった時点を終点とすれば良い。

反応終了液には、目的生成物である、一般式［４］で示されるトリフルオロメチル銅が含まれる。該トリフルオロメチル銅は、熱ならびに空気（酸素および水分）等に対して不安定なため、単離することなく、反応終了液のままで直接、所望のトリフルオロメチル化反応に供するのが好ましい。また、反応終了液には、未反応の、または過剰に用いた原料基質、反応溶媒、４面体中間体｛例えばＣＦ_３ＣＲ^２（ＯＲ^１）ＯＭおよび［ＣＦ_３ＣＲ^２（ＯＲ^１）ＯＣｕＯＲ^１］Ｍ｝、副生成物であるハロゲン化アルカリ金属（例えばＫＣｌ）およびアルコキシカルボニル化合物（例えばＰｈＣＯ_２ｔｅｒｔ−Ｂｕ）等が共存する。よって、これらの系内に存在する化合物とトリフルオロメチル銅（ＣＦ_３Ｃｕ）が錯体を形成した類縁化合物（例えばＫ［ＣＦ_３ＣｕＯｔｅｒｔ−Ｂｕ］）や、ＣＦ_３Ｃｕおよび該類縁化合物を構成単位とする会合体等も、本発明の請求項に記載した、一般式［４］で示されるトリフルオロメチル銅に含まれるものとして扱う。トリフルオロメチル銅を含む反応終了液は、不活性ガス雰囲気下、低温で保管し、短期間で使い切るのが良い。トリフルオロメチル銅は、過剰のアルカリ金属（金属アルコキシド）と共存することにより、分解が促進される。よって、ＨＣｌのジエチルエーテル溶液、トリエチルアミン・ＨＣｌ、トリエチルアミン・３ＨＦ、ピリジン・ＨＣｌ、リン酸、酢酸、パラメトキシ安息香酸およびメタクロロ安息香酸等のブレンステッド酸で中和し、アルカリ金属をＫＣｌおよびＫＦ等の塩として系外に固定化してから保管するのが良い。本発明で製造されるトリフルオロメチル銅は、反応活性が非常に高いため、格段に緩和な反応条件で、種々の基質（例えば末端アルキン、ボロン酸およびヨウ化アリール等）のトリフルオロメチル化反応を行うことができる（参考例１〜３を参照）。

実施例により本発明の実施の形態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。

［実施例１］
下記式：

で示される塩化銅５０ｍｇ（０．５０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）と、下記式：

で示されるｔｅｒｔ−ブトキシカリウム１１２ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ、２ｅｑ）を含むＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶媒使用量１ｍＬ）をアルゴン雰囲気下、室温で１時間撹拌した。反応混合液に、下記式：

で示される２，２，２−トリフルオロアセトフェノン８７ｍｇ（０．５０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を室温で加え、同温度で３０分間撹拌した。反応終了液を内部標準法（^１９Ｆ−ＮＭＲ分析、内部標準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン）で定量したところ、下記式：

で示されるトリフルオロメチル銅の収率は、９５％であった。機器データを以下に示す。

^１９Ｆ−ＮＭＲ［２８２ＭＨｚ、溶媒；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、外部基準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン（δ ｐｐｍ；−６３．２４）］、δ ｐｐｍ；−２５．２４。

［実施例２〜４］
下記式：

で示される塩化銅５０ｍｇ（０．５０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）と、下記式：

で示されるｔｅｒｔ−ブトキシカリウム１６８ｍｇ（１．５ｍｍｏｌ、３ｅｑ）を含むＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶媒使用量１ｍＬ）をアルゴン雰囲気下、室温で１時間撹拌した。反応混合液に、下記式：

［式中、Ｒはメトキシ、エトキシまたはエトキシカルボニルを表す。］
で示されるトリフルオロメチルカルボニル化合物（０．５０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を室温で加え、同温度で６時間撹拌した。反応終了液を内部標準法（^１９Ｆ−ＮＭＲ分析、内部標準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン）で定量したところ、下記式：

で示されるトリフルオロメチル銅の収率は、下表の通りであった。

［実施例５］
下記式：

で示される塩化銅２９７ｍｇ（３．０ｍｍｏｌ、６ｅｑ）と、下記式：

で示されるｔｅｒｔ−ブトキシカリウム６７３ｍｇ（６．０ｍｍｏｌ、１２ｅｑ）を含むＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶媒使用量１ｍＬ）をアルゴン雰囲気下、室温で１時間撹拌した。反応混合液に、下記式：

で示されるヘキサフルオロアセトン８３ｍｇ（０．５０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を室温で加え、同温度で３０分間撹拌した。反応終了液を内部標準法（^１９Ｆ−ＮＭＲ分析、内部標準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン）で定量したところ、下記式：

で示されるトリフルオロメチル銅の収率は、１７％であった。

［参考例１］
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン２３ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）とトリエチルアミン・ＨＣｌ２８ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を含むＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶媒使用量１ｍＬ）に、実施例１を参考にして製造した、下記式：

で示されるトリフルオロメチル銅のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（０．４０Ｍ）５００μＬ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）をアルゴン雰囲気下、室温で加えた。さらに、下記式：

で示される末端アルキン１２ｍｇ（０．１ｍｍｏｌ、０．５ｅｑ）のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶媒使用量５００μＬ）を空気雰囲気下、室温でシリンジポンプを用いて１時間かけて滴下し、同温度で１５分間撹拌した。反応終了液に、１Ｍ塩酸５ｍＬを加え、ジエチルエーテル５ｍＬで３回抽出し、回収有機層を飽和食塩水１０ｍＬで洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮することにより、下記式：

で示されるトリフルオロメチル化物の粗体を得た。粗体を内部標準法（^１９Ｆ−ＮＭＲ分析、内部標準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン）で定量したところ、上記式のトリフルオロメチル化物の収率は、９１％であった。粗体は、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ｎ−ペンタン）で精製することにより、淡黄色の高純度品を得ることができた。機器データを以下に示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ７．０７−７．１２（ｍ，２Ｈ），７．５３−７．５８（ｍ，２Ｈ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ７５．６（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝５２．５Ｈｚ），８５．５（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝６．０Ｈｚ），１１４．６（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝１．８Ｈｚ），１１４．８（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝２５５．３Ｈｚ，ＣＦ_３），１１６．２（ｄ，Ｊ_ＣＦ＝２２．３Ｈｚ），１３４．７（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝６．８Ｈｚ），１６４．０（ｄ，Ｊ_ＣＦ＝２５２．０Ｈｚ）．
^１９Ｆ−ＮＭＲ（２８２ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ−４９．９（ｓ，３Ｆ），−１０６．１（ｓ，１Ｆ）．
ＨＲＭＳ（ＡＰＣＩ−ＴＯＦ）ｃａｌｃｄ ｆｏｒ Ｃ_９Ｈ_３Ｆ_４［Ｍ−Ｈ］⁻：１８７．０１７１，ｆｏｕｎｄ：１８７．０１７９．
［参考例２］
下記式：

で示されるボロン酸１４ｍｇ（０．１０ｍｍｏｌ、０．５ｅｑ）とトリエチルアミン・ＨＣｌ２８ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を含むトルエン溶液（溶媒使用量１ｍＬ）に、実施例１を参考にして製造した、下記式：

で示されるトリフルオロメチル銅のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（０．４０Ｍ）５００μＬ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を空気雰囲気下、室温で加え、同温度で１時間撹拌した。反応終了液に、１Ｍ塩酸５ｍＬを加え、有機層を回収し、水層をジエチルエーテル５ｍＬで３回抽出し、回収有機層を飽和食塩水１０ｍＬで洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮することにより、下記式：

で示されるトリフルオロメチル化物の粗体を得た。粗体を内部標準法（^１９Ｆ−ＮＭＲ分析、内部標準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン）で定量したところ、上記式のトリフルオロメチル化物の収率は、９０％であった。粗体は、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ｎ−ペンタン）で精製することにより、無色澄明の高純度品を得ることができた。機器データを以下に示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ７．１４−７．１９（ｍ，２Ｈ），７．６１−７．６６（ｍ，２Ｈ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ１１５．９（ｄ，Ｊ_ＣＦ＝２２．３Ｈｚ），１２３．８（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝２７０．０Ｈｚ，ＣＦ_３），１２６．８（ｄｑ，Ｊ_ＣＦ＝３２．７Ｈｚ，３．３Ｈｚ），１２７．５−１２７．８（ｍ），１６４．６（ｄｄ，Ｊ_ＣＦ＝２５１．１Ｈｚ，１．３Ｈｚ）．
^１９Ｆ−ＮＭＲ（２８２ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ−６２．１（ｓ，３Ｆ），−１０７．７（ｓ，１Ｆ）．
［参考例３］
下記式：

で示されるヨウ化アリール５０ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）、１，１０−フェナントロリン３６ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）とトリエチルアミン・ＨＣｌ２８ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）を含むＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶媒使用量１ｍＬ）に、実施例１を参考にして製造した、下記式：

で示されるトリフルオロメチル銅のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（０．４０Ｍ）５００μＬ（０．２０ｍｍｏｌ、１ｅｑ）をアルゴン雰囲気下、室温で加え、同温度で１２時間撹拌した。反応終了液に、１Ｍ塩酸５ｍＬを加え、ジエチルエーテル５ｍＬで３回抽出し、回収有機層を飽和食塩水１０ｍＬで洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮することにより、下記式：

で示されるトリフルオロメチル化物の粗体を得た。粗体を内部標準法（^１９Ｆ−ＮＭＲ分析、内部標準物質；α，α，α−トリフルオロトルエン）で定量したところ、上記式のトリフルオロメチル化物の収率は、９５％であった。機器データを以下に示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ７．８５（ｄ，Ｊ＝８．６Ｈｚ、２Ｈ），８．３７（ｄ，Ｊ＝８．７Ｈｚ、２Ｈ）．
^１３Ｃ−ＮＭＲ（７５ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ１２２．９（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝２７１．５Ｈｚ，ＣＦ_３），１２４．１，１２６．８（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝３．５Ｈｚ），１３６．１（ｑ，Ｊ_ＣＦ＝３３．２Ｈｚ），１５０．０．
^１９Ｆ−ＮＭＲ（２８２ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３）δ−６３．１（ｓ，３Ｆ）．

本発明で製造したトリフルオロメチル銅は、医農薬および電子材料のトリフルオロメチル化剤として利用できる。

Claims (5)

1. 一般式［１］：
   

   

   ［式中、Ｘはハロゲンを表す。］
   で示されるハロゲン化銅と、一般式［２］：
   

   

   ［式中、Ｒ^１は低級アルキル基を表し、Ｍはアルカリ金属を表す。］
   で示される金属アルコキシドを反応させ、さらに、一般式［３］：
   

   

   ［式中、Ｒ^２はアリール、置換アリール、アルコキシ、置換アルコキシ、アルコキシカルボニル、置換アルコキシカルボニルまたはトリフルオロメチルを表す。］
   で示されるトリフルオロメチルカルボニル化合物を反応させることにより、一般式［４］：
   

   

   で示されるトリフルオロメチル銅を製造する方法。
2. Ｘが塩素であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. Ｒ^１がｔｅｒｔ−ブチルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. Ｍがカリウムであることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
5. Ｒ^２がフェニル基であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。