JP2015071552A - パーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】着色が無く、粉末状のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルを高収率で、高選択的に製造できる方法の提供。
【解決手段】パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）と、リン酸化剤（Ｂ）とを、含フッ素溶剤（Ｃ）中で反応させる反応工程を備えるパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、パーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの製造方法に関するものである。

パーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルは、それ自体界面活性剤、表面処理剤などとして有用であるばかりでなく、さらに高付加価値なリン酸モノエステル誘導体の原料として重要である。

リン酸モノエステルと、リン酸ジエステルとは、物性において大きな差異を有する。一般的に、リン酸モノエステルのアルカリ金属塩およびアルカノールアミン塩は水溶解性が高く、起泡力、洗浄力が良好で、毒性が低く、皮膚刺激が少ないので、洗浄剤として優れているのに対し、リン酸ジエステルのアルカリ金属塩やアルカノールアミン塩は、水にほとんど溶解せず、起泡力はほとんどなく、むしろ抑泡性を示す。このような理由から、リン酸モノエステル含量の高いパーフルオロアルキル基含有リン酸エステルを工業的に容易に製造する方法の開発が強く要望されている。

リン酸モノエステル含量を高める方法として、五酸化リンと、水と、パーフルオロアルキルエチルアルコールとを反応させるパーフルオロアルキルエチル基含有リン酸モノエステルの製造方法が報告されている（特許文献１参照）。しかし、この方法では、高選択率でリン酸モノエステルを得るために、反応途中にペルフルオロアルキルエチルアルコールを加える２段階の反応が必要となることから、作業性の面で好ましくない。また、生成物が茶褐色に着色しているため用途が制限される場合がある。さらに、生成物がペースト状であり、粉末状に比べて取扱いが容易ではないという問題がある。

特開２００３−２８６２９０号公報

本発明の課題は、着色が無く、粉末状のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルを高収率で、高選択的に製造できる方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）と、リン酸化剤（Ｂ）とを、含フッ素溶剤（Ｃ）中で反応させることにより、着色が無く、粉末状のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルを高収率・高選択的に製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）と、リン酸化剤（Ｂ）とを、含フッ素溶剤（Ｃ）中で反応させる反応工程を備えるパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの製造方法を提供するものである。

前記リン酸化剤（Ｂ）が五酸化リン（Ｄ）および水（Ｅ）からなるリン酸化剤であることが好ましい。

１モルのパーフルオロアルキルアルコール（Ａ）に対して、五酸化リン（Ｄ）を０．５〜１．２モル、水（Ｅ）を０．５〜２．５モルとなる比率で用いることが好ましい。

前記含フッ素溶剤（Ｃ）が、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系溶剤およびハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）系溶剤からなる群から選ばれる少なくとも１種類の含フッ素溶剤であることが好ましい。

前記含フッ素溶剤（Ｃ）が下記式（ｃ１）で表わされる化合物、下記式（ｃ２）で表わされる化合物および下記式（ｃ３）で表わされる化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種類の化合物であることが好ましい。

（式中の記号は以下の意味を示す。
Ｒｆ^１：炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
Ｒ^１：炭素数１〜１０のアルキル基。
Ｒｆ^２１：炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
Ｒｆ^２２：炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
Ｒｆ^３１：フッ素原子または炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
Ｒｆ^３２およびＲｆ^３３：相互に独立して、水素原子、フッ素原子または炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
なお、Ｒｆ^３２およびＲｆ^３３は、ベンゼン環の２〜６位のいずれの位置に置換していても構わない。）

前記含フッ素溶剤（Ｃ）が１，１，１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−トリデカフルオロオクタン、１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−エトキシブタン、ｍ−キシレンヘキサフルオライド、またはこれらのうち２種類以上の混合物であることがより好ましい。

前記パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）が、下記式（ａ）で表わされる化合物であることが好ましい。
Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１−（ＣＨ_２）_ｍ−ＯＨ （ａ）
（式中のｎおよびｍは、相互に独立して１〜６の整数である。）

前記反応工程において反応温度１００℃以下で反応させることが好ましい。

また、本発明は、前記反応工程において副生したリン酸を水洗浄によって除去する洗浄工程をさらに備える製造方法も提供する。

前記水洗浄の際に、前記副生したリン酸を、前記反応工程において合成されたパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステル、リン酸および前記含フッ素溶剤（Ｃ）との相溶性が良好である有機溶剤に溶解させて水洗浄することが好ましい。

本発明の製造方法は、着色が無く、粉末状のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルを高収率、かつ高選択的に製造できるため、工業的見地から優れた製造方法である。

本発明の製造方法では、リン酸化剤として、公知のリン酸化剤を用いてもよいが、五酸化リン（Ｄ）および水（Ｅ）からなるリン酸化剤を用いることが好ましい。この場合、五酸化リン（Ｄ）および水（Ｅ）を、そのまま併用してもよいが、これらに代えて、またはこれらと共に、リン酸、ポリリン酸およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種類の化合物を単独で、または混合して使用してもよい。水（Ｅ）は、単独で添加するものに限定されず、リン酸、ポリリン酸およびこれらの水和物の化学式を、Ｐ_２Ｏ_５・ｎＨ_２Ｏと表した場合のｎＨ_２Ｏ部分を含む。また、リン酸、ポリリン酸およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種類の化合物の五酸化リン（Ｄ）としての使用量および水（Ｅ）としての使用量は、それぞれ、リン酸、ポリリン酸およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種類の化合物の化学式をＰ_２Ｏ_５・ｎＨ_２Ｏと表した場合のＰ_２Ｏ_５部分およびｎＨ_２Ｏ部分として計算することができる。さらに、五酸化リン、リン酸、リン酸の水和物、ポリリン酸、およびポリリン酸の水和物は、分割添加してもよい。ポリリン酸および／またはその水和物としては、縮合度が２〜６のものが挙げられる。

本発明の製造方法で用いるパーフルオロアルキルアルコール（Ａ）としては、例えば、下記式（ａ）
Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１−（ＣＨ_２）_ｍ−ＯＨ （ａ）
（式中のｎおよびｍは、相互に独立して１〜６の整数である。）
で表される化合物が挙げられる。ｎとしては、４〜６が好ましく、４または６がより好ましく、６が特に好ましい。ｍとしては、１〜３が好ましく、２がより好ましい。その具体例としては、パーフルオロブチルエチルアルコール、パーフルオロヘキシルエチルアルコール等が挙げられる。

本発明の製造方法では、含フッ素溶剤（Ｃ）中で反応させることにより、着色が無く、粉末状のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルが高収率、かつ高選択的に生成する。

前記含フッ素溶剤（Ｃ）としては、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系溶剤およびハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）系溶剤からなる群から選ばれる少なくとも１種類の含フッ素溶剤であることが好ましい。中でも、前記含フッ素溶剤（Ｃ）が前記式（ｃ１）で表される化合物、前記式（ｃ２）で表される化合物および前記式（ｃ３）で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種類の化合物であることが好ましい。

前記式（ｃ１）で表わされる化合物としては、入手が容易であり、生成物が高収率、かつ高選択的に得られることから、Ｒｆ^１が炭素数４〜６のパーフルオロアルキル基であり、Ｒ^１が炭素数１〜３のアルキル基である化合物が好ましい。

前記式（ｃ２）で表わされる化合物としては、入手が容易であり、生成物が高収率、かつ高選択的に得られることから、Ｒｆ^２１が炭素数４〜６のパーフルオロアルキル基であり、Ｒｆ^２２が炭素数１〜３のアルキル基である化合物が好ましい。

前記式（ｃ３）で表わされる化合物としては、入手が容易であり、生成物が高収率、かつ高選択的に得られることから、Ｒｆ^３１およびＲｆ^３２が炭素数１〜３のパーフルオロアルキル基であり、Ｒｆ^３３が水素原子である化合物が好ましい。また、Ｒｆ^３２は、ベンゼン環の３位または４位に置換することが好ましく、特に３位に置換することが好ましい。

前記含フッ素溶剤（Ｃ）の具体例としては、１，１，１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−トリデカフルオロオクタン、１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−エトキシブタン、キシレンヘキサフルオライド等が挙げられる。これらの含フッ素溶剤（Ｃ）は、単独でも使用できるが、これらのうち２種類以上の混合物を使用することもできる。

前記含フッ素溶剤（Ｃ）の使用量は、生産性、操作性に優れる等の理由から、パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）１００質量部に対して、通常５０〜５００質量部であり、好ましくは７０〜２００質量部である。

本発明の製造方法によりパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルを製造するには、例えば、五酸化リン（Ｄ）と、水（Ｅ）と、パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）とを、含フッ素溶剤（Ｃ）中に添加して、反応温度３０〜７０℃、好ましくは４０〜６０℃で、反応時間０．５〜３０時間、好ましくは１５〜２４時間、攪拌下で反応させた後に、さらに、反応温度４０〜１００℃、好ましくは６０〜８０℃で、反応時間０．５〜３０時間、好ましくは１５〜２４時間、撹拌下で反応させる方法が挙げられる。反応雰囲気は、空気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下のいずれでも良い。この場合も、五酸化リン（Ｄ）および水（Ｅ）の代わりにリン酸、ポリリン酸およびこれらの水和物からなる群から選択される少なくとも１種類の化合物を単独で、または混合して使用してもよい。

また、ジエステルやリン酸の生成量の増大がなく、より高収率で、より高選択的にパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルが製造できることから、１モルのパーフルオロアルキルアルコール（Ａ）に対して、五酸化リン（Ｄ）を０．５〜１．２モル、水（Ｅ）を０．５〜２．５モルとなる比率で用いることが好ましく、五酸化リン（Ｄ）を０．５〜１モル、水（Ｅ）を０．５〜２．０モルとなる比率で用いることがより好ましい。

本発明の製造方法で得られるパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルは、そのまま用いても良いが、使用用途によっては、さらに以下の後処理工程（洗浄工程）を加えることが好ましい。すなわち、前記反応工程において副生したリン酸を水洗浄によって除去することが好ましい。洗浄方法は、前記副生したリン酸を、前記反応工程において合成されたパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステル、リン酸および前記含フッ素溶剤（Ｃ）との相溶性が良好である有機溶剤に溶解させた後に、分液操作により水層中に溶出したリン酸を除去する方法が挙げられる。当該有機溶剤としては、前記パーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステル、前記副生したリン酸および前記含フッ素溶剤（Ｃ）を溶解させた後、水と分離する溶剤であることが好ましい。このような有機溶剤としては、酢酸エチル、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール等が挙げられる。中でも取扱いが容易であることから、酢酸エチルが好ましい。

以下に、実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

以下の実施例および比較例において、ＮＭＲにて分析される特定成分のピーク強度を用いて、反応の選択率を相対評価した。測定に用いたＮＭＲ（^１Ｈ ＮＭＲ、^３１Ｐ ＮＭＲ）および測定条件を以下に示す。

［ＮＭＲ］
型番：ＪＭＮ−ＡＬ３００ ＦＴ ＮＭＲ ＳＹＳＴＥＭ（ＪＥＯＬ社製）
周波数：３００ＭＨｚ
＜測定条件＞
・測定溶媒：重アセトン
・積算回数：３２回（^１Ｈ ＮＭＲ）、１２８回（^３１Ｐ ＮＭＲ）

［実施例１］
撹拌装置を付した５００ｍｌの三つ口フラスコに、室温（２５℃）で、五酸化リン３２．７ｇ（２２５．７ｍｍｏｌ）、１，１，１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−トリデカフルオロオクタン１１８．７ｇおよび８５質量％リン酸２３．２ｇ（五酸化リンとして１００．５ｍｍｏｌ、水として４９５．１ｍｍｏｌ）を加えた後、１０分間撹拌を実施した後に、パーフルオロヘキシルエチルアルコール１１８．７ｇ（３２６．２ｍｍｏｌ）を加えた。オイルバスを５０℃まで昇温させ、同温度で２４時間撹拌下に反応させた。次いで、オイルバスを６０℃まで昇温させ、同温度で２４時間撹拌下に反応させた後、脱溶剤し、新たに酢酸エチル１５０ｇを加えて溶解させた。そこに同量の水を加えて撹拌下に水洗を行い、使用した水を除去する操作を計３度実施した。その後、脱溶剤し、乾燥して、白色粉末状の生成物１４５ｇを得た。

このようにして得られた生成物中のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルは９３．５モル％、パーフルオロアルキル基含有リン酸ジエステルは４．６モル％、リン酸は１．９モル％であった。これらは^３１Ｐ ＮＭＲを用いて計算した。
なお、各数値の計算方法は以下のとおりである。便宜上、パーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルをモノエステル、パーフルオロアルキル基含有リン酸ジエステルをジエスエルと略記する。
モノエステル＝モノエステル／（モノエステル＋ジエステル＋リン酸）
ジエステル＝ジエステル／（モノエステル＋ジエステル＋リン酸）
リン酸＝リン酸／（モノエステル＋ジエステル＋リン酸）

また、未反応パーフルオロヘキシルエチルアルコールは０．６モル％であった。これは^１Ｈ ＮＭＲを用いて計算した。
計算方法は以下のとおりである。便宜上、パーフルオロヘキシルエチルアルコールをＲｆアルコールと略記する。なお、他の略称は前記のとおりである。
Ｒｆアルコール＝Ｒｆアルコール／（Ｒｆアルコール＋モノエステル＋ジエステル）

なお、生成物中のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの収率は９４．７％、選択率は９５．３モル％であった。なお、各数値の計算方法は以下のとおりである。各成分の名称の略記は前記のとおりである。
選択率＝モノエステル／（モノエステル＋ジエステル）
反応率＝１００−Ｒｆアルコール
収率＝選択率×反応率

［実施例２］
撹拌装置を付した５００ｍｌの三つ口フラスコに、室温（２５℃）で、五酸化リン３２．７ｇ（２２５．７ｍｍｏｌ）、ｍ−キシレンヘキサフルオライド１１８．７ｇおよび８５質量％リン酸２３．２ｇ（五酸化リンとして１００．５ｍｍｏｌ、水として４９５．１ｍｍｏｌ）を加えた後、１０分間撹拌を実施した後に、パーフルオロヘキシルエチルアルコール１１８．７ｇ（３２６．２ｍｍｏｌ）を加えた。オイルバスを４５℃まで昇温させ、同温度で２４時間撹拌下に反応させた。次いで、オイルバスを６０℃まで昇温させ、同温度で２４時間撹拌下に反応させた後、脱溶剤し、新たに酢酸エチル１５０ｇを加えて溶解させた。そこに同量の水を加えて撹拌下に水洗を行い、使用した水を除去する操作を計３度実施した。その後、脱溶剤し、乾燥して、白色粉末状の生成物１４４ｇを得た。

このようにして得られた生成物中のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルは９３．４モル％、パーフルオロアルキル基含有リン酸ジエステルは３．２モル％、リン酸は３．５モル％であった。
また、未反応パーフルオロヘキシルエチルアルコールは０．２モル％であった。
なお、生成物中のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの収率は９６．７％、選択率は９６．５モル％であった。
なお、各数値の計算は、実施例１と同様に行った。

［比較例１］
撹拌装置を付した３００ｍｌの三つ口フラスコに、室温（２５℃）で、五酸化リン１．８９ｇ（１３．１ｍｍｏｌ）、メチルエチルケトン１０ｇ、および８５質量％リン酸０．８ｇ（五酸化リンとして３．３ｍｍｏｌ、水として１６．２ｍｍｏｌ）を加えた後、１０分間撹拌を実施した後に、パーフルオロヘキシルエチルアルコール５．９ｇ（１６．２ｍｍｏｌ）を加えた。オイルバスを８０℃まで昇温させ、同温度で２４時間撹拌下に反応させた。その後、脱溶剤し、乾燥して、茶褐色ペースト状の生成物６．８ｇを得た。

このようにして得られた生成物中のパーフルオロアルキルエチル基含有リン酸モノエステルは４１．０モル％、パーフルオロアルキル基含有リン酸ジエステルは０．０モル％、リン酸は５９．０モル％であった。
また、未反応パーフルオロヘキシルエチルアルコールは５８．８モル％であった。
なお、生成物中のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの収率は４１．２％、選択率は１００．０モル％であった。
なお、各数値の計算は、実施例１と同様に行った。

以上のことから、本発明の製造方法は、着色が無く、白色の、粉末状のパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルを、高収率かつ高選択的に製造できることがわかった。

Claims (10)

1. パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）と、リン酸化剤（Ｂ）とを、含フッ素溶剤（Ｃ）中で反応させる反応工程を備えるパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステルの製造方法。
2. 前記リン酸化剤（Ｂ）が五酸化リン（Ｄ）および水（Ｅ）からなるリン酸化剤である、請求項１に記載の製造方法。
3. １モルのパーフルオロアルキルアルコール（Ａ）に対して、五酸化リン（Ｄ）を０．５〜１．２モル、水（Ｅ）を０．５〜２．５モルとなる比率で用いる、請求項１または請求項２に記載の製造方法。
4. 前記含フッ素溶剤（Ｃ）が、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系溶剤およびハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）系溶剤からなる群から選ばれる少なくとも１種類の含フッ素溶剤である、請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記含フッ素溶剤（Ｃ）が下記式（ｃ１）で表わされる化合物、下記式（ｃ２）で表わされる化合物および下記式（ｃ３）で表わされる化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種類の化合物である、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
   
   （式中の記号は以下の意味を示す。
   Ｒｆ^１：炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
   Ｒ^１：炭素数１〜１０のアルキル基。
   Ｒｆ^２１：炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
   Ｒｆ^２２：炭素数１〜１０のアルキル基、または炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
   Ｒｆ^３１：フッ素原子または炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
   Ｒｆ^３２およびＲｆ^３３：相互に独立して、水素原子、フッ素原子または炭素数１〜１０のポリフルオロアルキル基。
   なお、Ｒｆ^３２およびＲｆ^３３は、ベンゼン環の２〜６位のいずれの位置に置換していても構わない。）
6. 前記含フッ素溶剤（Ｃ）が１，１，１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−トリデカフルオロオクタン、１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−エトキシブタン、ｍ−キシレンヘキサフルオライド、またはこれらのうち２種類以上の混合物である、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
7. 前記パーフルオロアルキルアルコール（Ａ）が、下記式（ａ）で表わされる化合物である、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
   Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１−（ＣＨ_２）_ｍ−ＯＨ （ａ）
   （式中のｎおよびｍは、相互に独立して１〜６の整数である。）
8. 前記反応工程において反応温度１００℃以下で反応させる、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
9. 前記反応工程において副生したリン酸を水洗浄によって除去する洗浄工程をさらに備える、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
10. 前記水洗浄の際に、前記副生したリン酸を、前記反応工程において合成されたパーフルオロアルキル基含有リン酸モノエステル、リン酸および前記含フッ素溶剤（Ｃ）との相溶性が良好である有機溶剤に溶解させて水洗浄する、請求項９に記載の製造方法。