JP2024067565A - 含フッ素スチレン化合物の精製方法 - Google Patents
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
【課題】含フッ素スチレン化合物および含フッ素スチレン２量体を含有する組成物から、高純度の含フッ素スチレン化合物を得る方法を提供する。【解決手段】含フッ素スチレン化合物および含フッ素スチレン２量体を含有する組成物を、カルボン酸溶剤の存在下に蒸留し、含フッ素スチレン化合物とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得て、その後、塩基水洗浄しカルボン酸溶剤を除去することで高純度な含フッ素スチレン化合物を得る。【選択図】なし
Description
本発明は含フッ素スチレン化合物の精製方法に関する。
含フッ素スチレン化合物は、燃料電池用電解質膜や化学増幅レジスト材料、有機半導体材料等の機能性材料、医農薬の製造中間体として工業的に有用な化合物である。
しかしながら、α，β，β－トリフルオロスチレン等の含フッ素スチレン化合物は、熱により容易に２量化が進行することが知られており（例えば非特許文献１参照）、製造後の保管中に純度低下が起こり、精製が困難となるという課題があった。
しかしながら、α，β，β－トリフルオロスチレン等の含フッ素スチレン化合物は、熱により容易に２量化が進行することが知られており（例えば非特許文献１参照）、製造後の保管中に純度低下が起こり、精製が困難となるという課題があった。
特許文献１では、α，β，β－トリフルオロスチレンの２量化という課題に対し、α－アリール－α，β，β，β－テトラフルオロエタン類をアルカリ金属ビス（トリメチルシリル）アミドと反応させ、次いでα，β，β－トリフルオロスチレン類と副生物のビス（トリメチルシリル）アミンとを含む混合物をフッ化水素、または、有機塩基とフッ化水素とからなる塩もしくは錯体と反応させて、目的物のα，β，β－トリフルオロスチレン類を精製するという工程を経る提案をしている。この手法は蒸留精製だけで後処理と精製を素早く効率的に行えるという利点があるものの、α，β，β－トリフルオロスチレン類が２量化した場合に対し、２量体を除去するという課題にはまだ改善すべき点があった。
Ｖ．Ｂ．Ｒｕｄａｋ ｅｔ．ａｌ．， Ｚｈｕｒｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｃｈｅｓｋｏｉ Ｋｈｉｍｉｉ， １９７４， １０， １０１９－１０２４．
本発明の目的は、上記従来の技術において改善すべき点を鑑み、含フッ素スチレン化合物の単量体を精製する新たな方法を提供することにある。詳しくは、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレン２量体を含有する組成物から、高純度の含フッ素スチレン化合物を得る方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、含フッ素スチレン化合物の単量体の精製方法について鋭意検討した結果、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体とを含有する混合物を、カルボン酸溶剤の存在下に蒸留し、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得て、その後、塩基水洗浄しカルボン酸溶剤を除去することで高純度な含フッ素スチレン化合物の単量体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は下記の要旨に係る。
［１］下記一般式（１）
（式（１）中、において、Ｘ１～Ｘ５は、以下のいずれかを示す。
Ｘ１～Ｘ５の全てがフッ素原子である、
Ｘ１～Ｘ５の全てが水素原子である、または
Ｘ１～Ｘ５において、Ｘ１およびＸ５が水素原子であり、Ｘ２～Ｘ４のいずれか１つがハロゲン原子、アルキル基、アミノ基、シアノ基、メトキシ基もしくはニトロ基であり、残りが全て水素原子である）
で表される含フッ素スチレン化合物および下記一般式（２）
（式（２）中、Ｘ１～Ｘ５は、前記一般式（１）におけるＸ１～Ｘ５と同じである。）
で表される含フッ素スチレン２量体を、カルボン酸溶剤の存在下に蒸留し、含フッ素スチレン化合物と溶剤の共沸混合物を得て、その後塩基水洗浄によりカルボン酸溶剤を除去することで高純度な含フッ素スチレン化合物を得ることを特徴とする含フッ素スチレン化合物の精製方法。
[２]前記カルボン酸溶剤が、下記一般式（３）
Ｒ－ＣＯＯＨ （３）
（式（３）中、Ｒは炭素数１～１０のアルキル基を示す。）
で表されるカルボン酸溶剤である項[１]に記載の方法。
[３]前記一般式（１）および一般式（２）におけるＸ１～Ｘ５の全てが水素原子である項［１］または項[２]に記載の方法。
[４] 前記一般式（１）および一般式（２）におけるＸ１～Ｘ５の全てが水素原子であり、かつ、前記カルボン酸溶剤が酢酸である項［１］に記載の方法。
［１］下記一般式（１）
Ｘ１～Ｘ５の全てがフッ素原子である、
Ｘ１～Ｘ５の全てが水素原子である、または
Ｘ１～Ｘ５において、Ｘ１およびＸ５が水素原子であり、Ｘ２～Ｘ４のいずれか１つがハロゲン原子、アルキル基、アミノ基、シアノ基、メトキシ基もしくはニトロ基であり、残りが全て水素原子である）
で表される含フッ素スチレン化合物および下記一般式（２）
で表される含フッ素スチレン２量体を、カルボン酸溶剤の存在下に蒸留し、含フッ素スチレン化合物と溶剤の共沸混合物を得て、その後塩基水洗浄によりカルボン酸溶剤を除去することで高純度な含フッ素スチレン化合物を得ることを特徴とする含フッ素スチレン化合物の精製方法。
[２]前記カルボン酸溶剤が、下記一般式（３）
Ｒ－ＣＯＯＨ （３）
（式（３）中、Ｒは炭素数１～１０のアルキル基を示す。）
で表されるカルボン酸溶剤である項[１]に記載の方法。
[３]前記一般式（１）および一般式（２）におけるＸ１～Ｘ５の全てが水素原子である項［１］または項[２]に記載の方法。
[４] 前記一般式（１）および一般式（２）におけるＸ１～Ｘ５の全てが水素原子であり、かつ、前記カルボン酸溶剤が酢酸である項［１］に記載の方法。
本発明により高純度の含フッ素スチレン化合物の単量体を得ることができる。
本発明の一態様は、含フッ素スチレン化合物の精製方法に関する。より詳しくは、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体とを含有する混合物を、カルボン酸溶剤の存在下に蒸留し、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得て、その後、塩基水洗浄しカルボン酸溶剤を除去することで高純度な含フッ素スチレン化合物の単量体を得る、含フッ素スチレン化合物の精製方法に係る。
＜含フッ素スチレン化合物＞
本発明において精製の対象となる含フッ素スチレン化合物としては、前記一般式（１）で表される化合物である。例えば、α，β，β－トリフルオロスチレン、１－メチル－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－メトキシ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－フルオロ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－クロロ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－ブロモ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－（１，２，２－トリフルオロエテニル）－４－（トリフルオロメチル）ベンゼン、４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゾニトリル、３－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゾニトリル、１－ニトロ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－ニトロ－３－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、３－（１，２，２－トリフルオロエテニル）アニリン、パーフルオロスチレンなどで表されるトリフルオロビニル基を有する含フッ素スチレン化合物が挙げられ、これらの内でも、α，β，β－トリフルオロスチレン、パーフルオロスチレンが前記の製造中間体として有用である点で好ましい。
本発明において精製の対象となる含フッ素スチレン化合物としては、前記一般式（１）で表される化合物である。例えば、α，β，β－トリフルオロスチレン、１－メチル－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－メトキシ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－フルオロ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－クロロ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－ブロモ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－（１，２，２－トリフルオロエテニル）－４－（トリフルオロメチル）ベンゼン、４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゾニトリル、３－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゾニトリル、１－ニトロ－４－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、１－ニトロ－３－（１，２，２－トリフルオロエテニル）ベンゼン、３－（１，２，２－トリフルオロエテニル）アニリン、パーフルオロスチレンなどで表されるトリフルオロビニル基を有する含フッ素スチレン化合物が挙げられ、これらの内でも、α，β，β－トリフルオロスチレン、パーフルオロスチレンが前記の製造中間体として有用である点で好ましい。
本発明において、前記一般式（２）で表される含フッ素スチレン化合物の２量体は、前記一般式（１）で表される含フッ素スチレン化合物の単量体の２分子から生成する化合物である。一般式（２）で表される含フッ素スチレン化合物の２量体構造において、２つのベンゼン環の間での立体構造はシス型であってもトランス型であってもよい。
＜カルボン酸溶剤＞
本発明においては、カルボン酸溶剤を含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体を含有する混合物に添加し、その後蒸留を行うことで、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得ることができ、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体との分離が可能となる。
本発明において使用されるカルボン酸溶剤としては特に種類は限定されないが、含フッ素スチレン化合物と共沸混合物を形成でき、さらに、塩基水洗浄で容易に除去できる化合物であることが望ましい。また、含フッ素スチレン化合物と共沸混合物を形成する可能性が高いため、カルボン酸溶剤は含フッ素スチレン化合物の沸点に対して±３０℃以内程度の沸点であるものが好ましい。カルボン酸溶剤は例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ヘキサン酸、吉草酸、ノナン酸、オクタン酸、デカン酸などが挙げられる。これらの内でも、入手性の良さ、塩基水への溶解性の良さ、および含フッ素スチレン化合物と沸点が近いことから酢酸、プロピオン酸、酪酸が好ましく、中でも、悪臭懸念が小さいことから酢酸がより望ましい。
本発明においては、カルボン酸溶剤を含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体を含有する混合物に添加し、その後蒸留を行うことで、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得ることができ、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体との分離が可能となる。
本発明において使用されるカルボン酸溶剤としては特に種類は限定されないが、含フッ素スチレン化合物と共沸混合物を形成でき、さらに、塩基水洗浄で容易に除去できる化合物であることが望ましい。また、含フッ素スチレン化合物と共沸混合物を形成する可能性が高いため、カルボン酸溶剤は含フッ素スチレン化合物の沸点に対して±３０℃以内程度の沸点であるものが好ましい。カルボン酸溶剤は例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ヘキサン酸、吉草酸、ノナン酸、オクタン酸、デカン酸などが挙げられる。これらの内でも、入手性の良さ、塩基水への溶解性の良さ、および含フッ素スチレン化合物と沸点が近いことから酢酸、プロピオン酸、酪酸が好ましく、中でも、悪臭懸念が小さいことから酢酸がより望ましい。
使用するカルボン酸溶剤の好ましい添加量は、含フッ素スチレン化合物１ｍｏｌ当量に対して、０．５ｍｏｌ当量～１０ｍｏｌ当量、より好ましくは１．０ｍｏｌ当量～５．０ｍｏｌ当量、より好ましくは２．０ｍｏｌ当量～４．０ｍｏｌ当量である。カルボン酸溶剤が少なすぎると共沸混合物を得ることが困難となることがあり、蒸留収率が低下する可能性がある。また、カルボン酸溶剤が多すぎると塩基水洗浄での中和操作が煩雑となることがあり、さらに水層へ含フッ素スチレン化合物が一部抽出され収率が低下する可能性がある。
＜蒸留＞
本発明においては、蒸留を行うことで、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得ることができ、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体とを分離できる。
本発明において使用される蒸留方法には特に制限はないが、含フッ素スチレン化合物の単量体の２量化反応を抑制できることが望ましい。例えば、単蒸留、精密蒸留、薄膜蒸留などが挙げられる。熱負荷が少ない点で単蒸留が好ましい。
本発明においては、蒸留を行うことで、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物を得ることができ、含フッ素スチレン化合物の単量体と含フッ素スチレンの２量体とを分離できる。
本発明において使用される蒸留方法には特に制限はないが、含フッ素スチレン化合物の単量体の２量化反応を抑制できることが望ましい。例えば、単蒸留、精密蒸留、薄膜蒸留などが挙げられる。熱負荷が少ない点で単蒸留が好ましい。
本発明における蒸留温度は、１０℃～９０℃が好ましく、より好ましくは３０℃～７０℃である。蒸留温度が高すぎると、熱による含フッ素スチレン化合物の単量体の２量化反応が起こることがあり、蒸留収率が低下する可能性がある。また、蒸留温度が低すぎると、蒸留操作が困難となる可能性がある。
本発明における蒸留時の圧力は、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物の沸点が、前記の好ましい蒸留温度となるような圧力とすることができる。
本発明における蒸留の時間は、特に制限はないが、０．１時間～６時間が好ましく、より好ましくは０．１時間～３時間である。蒸留時間が長くなると、熱による含フッ素スチレン化合物の単量体の２量化反応により蒸留収率が低下する可能性がある。
本発明における蒸留時の圧力は、含フッ素スチレン化合物の単量体とカルボン酸溶剤の共沸混合物の沸点が、前記の好ましい蒸留温度となるような圧力とすることができる。
本発明における蒸留の時間は、特に制限はないが、０．１時間～６時間が好ましく、より好ましくは０．１時間～３時間である。蒸留時間が長くなると、熱による含フッ素スチレン化合物の単量体の２量化反応により蒸留収率が低下する可能性がある。
＜塩基水洗浄＞
本発明においては、塩基水洗浄を行うことで、含フッ素スチレン化合物とカルボン酸溶剤の共沸混合物から、カルボン酸溶剤をカルボン酸塩の形で水層へ除去することができる。
本発明において使用される塩基の種類は特に限定されないが、含フッ素スチレン化合物と反応しないものが望ましい。例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニア水などが挙げられる。入手性の点および塩の溶解性の良さ、着色懸念の少なさから炭酸水素カリウムまたは炭酸カリウムがより望ましい。
本発明においては、塩基水洗浄を行うことで、含フッ素スチレン化合物とカルボン酸溶剤の共沸混合物から、カルボン酸溶剤をカルボン酸塩の形で水層へ除去することができる。
本発明において使用される塩基の種類は特に限定されないが、含フッ素スチレン化合物と反応しないものが望ましい。例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニア水などが挙げられる。入手性の点および塩の溶解性の良さ、着色懸念の少なさから炭酸水素カリウムまたは炭酸カリウムがより望ましい。
必要に応じて、塩基水洗浄後にさらなる後処理を実施してもよい。例えば、飽和食塩水などによる洗浄、硫酸ナトリウムや硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブなどの脱水剤による脱水、ろ過やカラムクロマトグラフィーなどによる精製が挙げられる。
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のみに限定されるものではない。
なお、分析に当たっては下記機器を使用した。
ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）：島津製 ＧＣ－２０２５
ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）：島津製 ＧＣ－２０２５
［実施例１］
ビグリュー管、コンデンサー、真空ポンプを備えた３００ｍＬの４口フラスコ（反応容器として）に、α，β，β－トリフルオロスチレン（９７．２５ｇ、０．６１５ｍｏｌ相当量）とα，β，β－トリフルオロスチレン二量体（２６．０７ｇ、０．０８２ｍｏｌ、２１．０６重量％相当量）とを含有する混合物（合計１２３．７８ｇ）、および酢酸１０６．９７ｇ（１．７８ｍｏｌ）を仕込んだ。この反応容器を絶対圧力１０ｋＰａまで減圧し、オイルバスに反応容器を浸し、その内容液を６０℃に加熱して沸騰させ単蒸留を行なった。これにより、α，β，β－トリフルオロスチレン／酢酸（ｍｏｌ比１．０／３．０）の共沸混合物を１９９．６１ｇ取得した。得られた共沸混合物を１０重量％炭酸カリウム水溶液２００ｍＬで中和し、飽和食塩水２００ｍＬで洗浄し、テフロン（登録商標）製０．２２μｍメンブレンフィルターでろ過した。その結果、精製された無色透明液体のα，β，β－トリフルオロスチレンを７２．８６ｇ得た。この精製されたα，β，β－トリフルオロスチレンをＧＣ測定したところ、純度は９９．７４重量％（７２．６７ｇ、０．４６０ｍｏｌ相当量）、回収率は７４．７％であった。α，β，β－トリフルオロスチレン二量体は０．１４重量％含有していた。なお、取得したα，β，β－トリフルオロスチレン中にはＧＣ測定において酢酸は検出されなかった。
ビグリュー管、コンデンサー、真空ポンプを備えた３００ｍＬの４口フラスコ（反応容器として）に、α，β，β－トリフルオロスチレン（９７．２５ｇ、０．６１５ｍｏｌ相当量）とα，β，β－トリフルオロスチレン二量体（２６．０７ｇ、０．０８２ｍｏｌ、２１．０６重量％相当量）とを含有する混合物（合計１２３．７８ｇ）、および酢酸１０６．９７ｇ（１．７８ｍｏｌ）を仕込んだ。この反応容器を絶対圧力１０ｋＰａまで減圧し、オイルバスに反応容器を浸し、その内容液を６０℃に加熱して沸騰させ単蒸留を行なった。これにより、α，β，β－トリフルオロスチレン／酢酸（ｍｏｌ比１．０／３．０）の共沸混合物を１９９．６１ｇ取得した。得られた共沸混合物を１０重量％炭酸カリウム水溶液２００ｍＬで中和し、飽和食塩水２００ｍＬで洗浄し、テフロン（登録商標）製０．２２μｍメンブレンフィルターでろ過した。その結果、精製された無色透明液体のα，β，β－トリフルオロスチレンを７２．８６ｇ得た。この精製されたα，β，β－トリフルオロスチレンをＧＣ測定したところ、純度は９９．７４重量％（７２．６７ｇ、０．４６０ｍｏｌ相当量）、回収率は７４．７％であった。α，β，β－トリフルオロスチレン二量体は０．１４重量％含有していた。なお、取得したα，β，β－トリフルオロスチレン中にはＧＣ測定において酢酸は検出されなかった。
［比較例１］
酢酸を添加しなかったこと以外は実施例１と同様に単蒸留を実施した。反応容器を絶対圧力１０ｋＰａまで減圧し、オイルバスにて内容液を６０℃に加熱したところ、α，β，β－トリフルオロスチレンの蒸気の発生が見られなかった。その後、絶対圧力３ｋＰａまで減圧度を高めたところ、内容液が激しく発泡してしまい、単蒸留を実施することができなかった。
酢酸を添加しなかったこと以外は実施例１と同様に単蒸留を実施した。反応容器を絶対圧力１０ｋＰａまで減圧し、オイルバスにて内容液を６０℃に加熱したところ、α，β，β－トリフルオロスチレンの蒸気の発生が見られなかった。その後、絶対圧力３ｋＰａまで減圧度を高めたところ、内容液が激しく発泡してしまい、単蒸留を実施することができなかった。
本発明により得られる含フッ素スチレン化合物は、燃料電池用電解質膜や化学増幅レジスト材料、有機半導体材料等の機能性材料、医農薬の製造中間体としての利用が期待される。
Claims (4)
- 下記一般式（１）
Ｘ１～Ｘ５の全てがフッ素原子である、
Ｘ１～Ｘ５の全てが水素原子である、または
Ｘ１～Ｘ５において、Ｘ１およびＸ５が水素原子であり、Ｘ２～Ｘ４のいずれか１つがハロゲン原子、アルキル基、アミノ基、シアノ基、メトキシ基もしくはニトロ基であり、残りが全て水素原子である）
で表される含フッ素スチレン化合物および下記一般式（２）
で表される含フッ素スチレン２量体を、カルボン酸溶剤の存在下に蒸留し、含フッ素スチレン化合物と溶剤の共沸混合物を得て、その後塩基水洗浄によりカルボン酸溶剤を除去することで高純度な含フッ素スチレン化合物を得ることを特徴とする含フッ素スチレン化合物の精製方法。 - 前記カルボン酸溶剤が、下記一般式（３）
Ｒ－ＣＯＯＨ （３）
（式（３）中、Ｒは炭素数１～１０のアルキル基を示す。）
で表されるカルボン酸溶剤である請求項１に記載の方法。 - 前記一般式（１）および一般式（２）におけるＸ１～Ｘ５の全てが水素原子である請求項１または請求項２に記載の方法。
- 前記一般式（１）および一般式（２）におけるＸ１～Ｘ５の全てが水素原子であり、かつ、前記カルボン酸溶剤が酢酸である請求項１に記載の方法。
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| JP2022177751A JP2024067565A (ja) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 含フッ素スチレン化合物の精製方法 |
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