JP2667022B2 - 1,1―ジヒドロペルフルオロアルコールの0―ヒドロキシアルキル化誘導体の製造方法 - Google Patents

1,1―ジヒドロペルフルオロアルコールの0―ヒドロキシアルキル化誘導体の製造方法

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JP2667022B2
JP2667022B2 JP1286015A JP28601589A JP2667022B2 JP 2667022 B2 JP2667022 B2 JP 2667022B2 JP 1286015 A JP1286015 A JP 1286015A JP 28601589 A JP28601589 A JP 28601589A JP 2667022 B2 JP2667022 B2 JP 2667022B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、1,1−ジヒドロペルフルオロアルコールの
o−ヒドロキシアルキル化誘導体を調製する新規な方法
に関する。このo−ヒドロキシアルキル化誘導体は、非
イオン界面活性剤及び消化システムに用いられる乳化性
化合物として有用である。
1,1−ジヒドロペルフルオロアルコールのo−ヒドロ
キシアルキル化は、アルキレン オキサイド薬剤を用い
て行うのが、これまで通常であった。例えば、米国特許
第3,394,115号明細書の教示するところによれば、2,2,2
−トリフルオロエタノールのo−ヒドロキシアルキル化
にはエチレン オキサイドを用いている。各反応物を1:
1の化学量で用いても、モノヒドロキシエチレン化され
た生成物の収率は、僅か50%であり、エチレンオキサイ
ド2分子の付加から生ずる同時生成物の収率が25%であ
った。ポリアルキル化の問題は、米国特許第3,532,674
号明細書においては、ある程度うまく解決された(実施
例1、方法B)。1,1−ジヒドロペルフルオロアルコー
ル当量当たりエチレン オキサイドの三分の二当量を数
時間かけてゆっくり添加することによって、モノヒドロ
キシエチレン化された生成物への選択性がある程度良好
になった。しかし、ここには、転化率(出発物質のアル
コール基準で)についての記述は存在せず、それにして
も、論理収率は、僅か67%が精々であった。アルキレン
オキサイドによる問題点は、その毒性や爆発性の可能
性は別にしても、出発物質であるアルコールと生成物で
あるアルコールとの差をアルキレン オキサイドが良く
認識せずに反応してしまうことである。
アルキレン カーボネートは、安定で、比較的安価
で、非毒性で、しかも非ガス性(常温、常圧で)の化合
物である。この化合物は、o−ヒドロキシアルキル化フ
ェノール、(吉野ら、欧文日本化学会誌、46、553(197
3))やペルフルオロアルカンスルフォンアミド(H.ニ
ーデルプルエム(Niederpruem)ら、Liebigs Ann. Ch
em.11(1973))を調製するのに用いられてきた。アル
キレン カーボネートを用いて、1,1−ジヒドロペルフ
ルオロアルコールをアルキル化することに関する報告は
存在していない。
関連するものとしては、エチレン サルフアイトが、
o−ヒドロキシアルキル化された1,1−ジヒドロペルフ
ルオロアルコールを調製するのに用いられてきた(ソ連
特許第482.433(1976)号)。薬剤のコストが高いこと
を別にしても、副生物として非常に酸性の二酸化硫黄が
排出されるので、引き続いて相当な処理を行わねばなら
ず、大気汚染問題も引き起こす可能性がある。
本発明は、1,1−ジヒドロペルフルオロアルールのモ
ノo−ヒドロキシアルキル化を行う改良法を提供する。
簡単にいえば、本発明は、触媒の存在下に1,1−ジヒ
ドロペルフルオロアルコールをアルキレン カーボネー
トと反応させることを含む。アルキレン カーボネート
は、主として1,1−ジヒドロペルフルオロアルコールと
反応して、o−ヒドロキシアルキル化された生成物とは
反応しないので、モノアルキル化への選択性が高くな
る。
本発明の方法によれば、モノエーテル生成物がほとん
ど独占的に得られるので、大量のポリエーテル副生物が
生成する他の既知の方法と対照的である。
o−ヒドロキシアルキル化誘導体は、非イオン界面活
性剤及び消火システムに用いられる乳化性化合物として
有用である。更に、このo−ヒドロキシアルキル化誘導
体は、エステルへの合成中間体として有用であり、出発
物質である1,1−ジヒドロペルフルオロアルコールから
誘導されるエステルよりも、加水分解に対して安定であ
り、結晶化し難く、大抵は熱にも安定である。
本明細書において、 「アルキル」及び「アルキレン」とは、炭素原子1〜
20個を有する線形もしくは分枝水炭化水素鎖から、それ
ぞれ水素原子を、1個及び2個取り去った後に残る1価
及び2価の残基を意味する。
「低級」アルキルとは、C−1〜C−4アルキルを意
味する。
「アリール」とは、5〜12員環式芳香族化合物(単
環、多環及び縮合環式)から水素原子を1個取り除いた
後に残る1価の残基を意味し、低級アルカリール及びア
ラルキル、低級アルコキシ、N,N−ジ(低級アルキル)
アミノ、ニトロ、シアノ、ハロ、及び低級アルキル カ
ルボン酸エステルのような置換芳香族を包含する。ここ
に「低級」とは、C−1〜C−4を意味する。
「シクロアルキル」とは、炭素原子3〜12個を有する
飽和環式炭化水素から水素原子を1個取り去った後に残
る1価の残基を意味する。
「本質的に純粋」とは、90重量%を超えることを意味
する。
「実質的にペルフルオロ」とは、水素原子のうち少な
くとも50%がフツ素で置換された炭化水素基を意味す
る。そして、 「クラウン エーテル」とは、18−クラウン−6−
(式A)、トリス(3,6−ジオキサヘプチル)アミン
(式B)及びHOCH2CH2(OCH2CH225OCH2CH2OHで示され
る線形ポリエチレン グライコール化合物のようなカチ
オン錯化、塩可溶化添加剤を意味する。
本発明は、本質的に純粋なモノo−ヒドロキシアルキ
ル化1,1−ジヒドロペルフルオロアルコールを提供し、
その方法は、式I: (式中、R1は水素または低級アルキル、 aは1又は2、そして RFは、aが1の時には実質的にペルフルオロアルキル、
ペルフルオロシクロアルキル、又はペルフルオロアリー
ル基で、aが2の時実質的にはペルフルオロアルキレン
基である)の1,1−ジヒドロペルフルオロアルコール
と、 式II (式中、R2は炭素原子2〜4個を有するアルキレン基で
ある)を有するアルキレンカーボネートとの反応を、有
効量の触媒の存在下に行わせ、 式III (式中、R1、R2、a、及びRFは、上記に定義したもの)
を有するo−ヒドロキシアルキル化化合物を生成させる
ことによって達成される。
本発明に有用な式Iの1,1−ジヒドロペルフルオロア
ルコール類の多くは、商業的に入手可能である。これら
の例としては、 2,2,2−トリフルオロエタノール、 2,2,3,3−テトラフルオロ−1,4−ブタンジオール、 1H、1H、3H−テトラフルオロ−1−プロパノール、 3,3,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブタノール、 1H,1H−ペンタフルオロ−1−プロパノール、 2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロ−1,5−ペンタンジオー
ル、 1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、 1H,1H−ヘプタフルオロ−1−ブタノール、 1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロ−4−オクタノー
ル、 3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロ−2−ペンタノー
ル、 3,3,4,4,5,5,6,6−オクタフルオロ−2−ヘプタノー
ル、 1H,1H,6H,6H−オクタフルオロヘキサンジオール、 1H,1H,5H−オクタフルオロ−1−ペンタノール、 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロ−1−メチルヘ
プタン−1−オール、 ウンデカフルオロシクロヘキシルメタノール、 1H,1H,7H−ドデカフルオロ−1−ヘプタノール、 1H,1H−ペンタデカフルオロオクタン−1−オール、 1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロ−1−ノナノール、及
び 1H,1H,11H−エイコサフルオロ−1−ウンデカノール が挙げられる。
式IIの好適なアルキレン カーボネートの例として
は、エチレン カーボネート、プロピレンカーボネー
ト、及び1,3−ジオキサン−2−オンが挙げられるが、
エチレン カーボネートが好ましい。
本発明の方法に好適な触媒は、カーボネート、アセテ
ート、及びプロピオネートのような塩基性アニオン又は
塩基性カーボネートを発生する力のある沃化物及び臭化
物のような求核アニオンを含有する塩である(下記参
照)。ペルフルオロアルコール−アルキレンカーボネー
ト媒体中に可溶化させるには、カチオンの性質も重要で
ある。有用な可溶化カチオンとしては、テトラアルキル
アンモニウム、テトラアルキルフォスフォニウム、及び
セシウム イオンが挙げられる。リチウム、ナトリウ
ム、及びカリウム イオンを用いる場合には、効果的な
触媒とするために、トリス(3,6−ジオキサヘプチル)
アミン、15−クラウン−5,又は18−クラウン−6のよう
なクラウン エーテル添加剤(これらの化合物は市販さ
れている)を使用することが必要となることがある。好
適な触媒の例としては、テトラメチルアンモニウムの沃
化物、テトラブチルアンモニウムの沃化物、セシウム
アセテート、及びカリウム、カーボネート(18−クラウ
ン−6−と一緒に)等が挙げられる。
反応を最も効果的に行うには、1,1−ジヒドロペルフ
ルオロアルコールに、1.25〜5.00当量(アルコール基
準)、好ましくは1.50〜2.00当量のアルキレン カーボ
ネート及び1.00〜10.0重量%(アルコール基準)、好ま
しくは2.00〜5.00重量%の触媒を混合させることによっ
てなされる。次にこの混合物を100〜190℃、より好まし
くは120〜140℃に加熱して、ガス、即ち、二酸化炭素の
発生が止むまで続ける。次にこの反応混合物を室温まで
冷却して、水で洗い、過剰のアルキレン カーボネート
及び触媒を除去し、乾燥し、最後に真空蒸留して、純粋
なo−ヒドロキシアルキル化生成物を得る。
何れの反応機構や論理説明に限定されるのは望まない
が、他のアルコールに対比して、1,1−ジヒドロペルフ
ルオロアルコールの酸性度を約1000倍も増加させると、
1,1−ジヒドロペルフルオロアルコール中における単位
ヒドロキシ基当たりのモノo−ヒドロキシアルキル化の
選択性が格段に高くなるように思われる。使用のアルキ
レン カーボネート薬剤は、以下の化学反応式に従う機
構によってアルキル化すると信じられている。この場合
には、エチレン カーボネート、2,2,2−トリフルオロ
エタノール(TFE)、及び求核沃化物触媒が用いられ
る。
上記の化学反応式において、沃化物触媒は先ずエチレ
ン カーボネートを攻撃し、塩基性カーボネート中間体
1を発生させ、更にこれはTFEの共役塩基2を発生させ
る。中間体2と3とは、沃素をTFEと置換して4を生成
し、これは熱的に不安定なので二酸化炭素を失って、モ
ノo−ヒドロキシアルキル化された最終生成物、2,2,2
−トリフルオロエチル−2′−ヒドロキシエチルエーテ
ルを生成する。
上記o−ヒドロキシアルキル化生成物が、更に反応工
程中でアルキル化される場合には、これは、恐らくアル
キレン カーボネートからアルキレンオキサイド形成反
応によって誘導される。この反応は、上記に示した反応
温度ではゆっくり進行するが、160℃以上の温度では
(好ましいエチレンカーボネートに対しては)ある程度
の速度では起こるものである。
本発明のo−ヒドロキシアルキル化された1,1−ジヒ
ドロペルフルオロアルコール生成物は、疎水部分(RF
と親水部分(O−R2−OH)との両方を有しているので、
界面活性剤の能力を有する。従って、この生成物は、数
多くの応用例において非イオン界面活性剤としての用途
を有する。特に消火システムとしての応用例があるが、
これはこの生成物がガソリンや有機液体の上層に水を浮
かすことができるからである。更に、このo−ヒドロキ
シアルキル化された生成物は、カルボン酸エステル合成
用の薬剤として有用である。酸性度がより低いo−ヒド
ロキシアルキル化されたアルコール生成物は、加水分解
反応において基の遊離が弱まるので、1,1−ジヒドロペ
ルフルオロアルコールから直接誘導されたものよりも加
水分解に対して、より安定である。別の利点は、エーテ
ル基を導入すると、エステル基にいわば「回転」作用を
付与するので、これによって結晶化を抑えることにな
る。この特徴は、アクリレートあるいはアクリルアミド
アクリレート化されたエステル モノマー生成物に、更
に無溶媒下に行われるのが最も好ましいUV硬化条件下で
これを使用するのに特に有用である。
本発明の目的及び利点は、以下の実施例においてより
詳細に説明されるが、これらの実施例に用いられる特定
の物質や量、並びに他の条件及び詳細事項は、本発明を
不当に限定するものと解釈してはならない。
実施例1 1,1−ジヒドロペルフルオロオクチル−2−ヒドロキシ
エチル エーテルの調製 機械式撹拌器、温度計、及び凝縮器/ガス泡出器を備
えた、3、丸底フラスコに1,1−ジヒドロペルフルオ
ロ−1−オクタノール(DHPFO)(3M,St.Paul,NMから市
販)(2326グラム、5.815モル)、エチレン カーボネ
ート(Jefferson Chemical Co.,Bellaire,TXから市販)
768グラム、8.72モル)、及びテトラメチルアンモニウ
ム沃化物(Aldrich Chemical Co.,Milwaukee,WIから市
販)(23.3グラム、0.116モル)を仕込んだ。この固形
物混合物を約90℃に加熱して、均一な淡褐色液とした。
加熱を継続すると、110℃では反応混合物の色が明らか
に薄くなった。115℃では、ガスの発生が観察された。
温度は、次の数時間にわたって140℃まで徐々に上げた
ので、ガスの発生は暴走せずに制御された。
ガス発生は、約48時間続いたが、この時点で気液相ガ
スクロマトグラフイー(glpc)分析にかけたところ、出
発物質アルコールの5%未満が残っており、高沸点成分
一種が90%存在していることが示された。より高い沸点
の成分(恐らくジアルキル化された物質)は僅か約5%
が検出されただけであった。この反応混合物を冷却し、
エーテル2400ml及び水2400ml含有の分離漏斗に注いだ。
有機層は無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、エーテ
ルは回転式蒸発器を用いて除去した。残った物質は、真
空分別蒸留にかけた。
0.7トール下65〜66℃で蒸発する物質を集めてglpcで
分析したところ、純度は97%を超えていることが分かっ
た。標記の化合物の構造は、IR、1H−NMR、及び13C−NM
R分光分析を組み合わせて決定した。得た分画は、1761
グラムで、これは出発物質アルコールに対して68%の収
率であった。
実施例2〜9 以下の実施例においては、多くの触媒の効率及び反応
条件を検討し、並びにアルキレンカーボネート薬剤を化
学量論的に過剰に用いることの望ましさを立証するもの
である。転化率の%は、glpcを用いて決定した。
実施例10 1,1−ジヒドロペルフルオロオクチル−2−ヒドロキシ
−2−メチルエチルエーテルの調製 電磁式撹拌棒、及び凝縮器/ガス泡出器を備えた、25
0ml、丸底フラスコを加温油浴の中に入れた。このフラ
スコにDHPFO(63.83グラム、0.159モル)、プロピレン
カーボネート(Aldrich Chemical Co.,Milwaukee,WI
から市販)(24.4グラム、0.239モル)、及びテトラメ
チルアンモニウム沃化物(0.64グラム、0.0032モル)を
仕込み、この混合物を160℃に加熱したが、この前には
ガスの発生は観察されなかった。プロピレン カーボネ
ートを用いると、実施例1のエチレン カーボネートよ
りも一層激しい条件が必要であった。また、プロピレン
オキサイドへの転化が、さらに顕著な副反応であっ
た。出発物質アルコールに対し80%の転化率を得るため
には、更にプロピレン カーボネートを40.5グラム(0.
40モル)添加し、170〜180度の反応温度も全52時間にわ
たって必要であった。この反応混合物は、実施例1と同
様に処理した。分別蒸留を行った結果、0.4トール下、5
0℃で蒸発する標記の化合物33.1グラムが得られた。こ
の量は、総合収率45%(もしくは、添加出発アルコール
に対して57%)であった。IR、1H−NMR、及び13C−NMR
を一緒に用いて標記の化合物の構造を決定した。
本発明の特許請求の範囲及び精神に逸脱することなく
本発明に対して多くの改変や変形がなされることは、当
業者には明白であろう。従って、前記の説明的実施態様
に本発明が不当に限定されるものと理解してはならな
い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 ジェラルド ケネス ラスムセン アメリカ合衆国ミネソタ州セント ポー ル,3エム センター(番地なし)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の工程、即ち、 イ)式I (式中、R1は水素または低級アルキル、 aは1又は2、そして RFは、aが1の時には実質的にペルフルオロアルキル、
    ペルフルオロシクロアルキル、又はペルフルオロアリー
    ル基で、aが2の時はペルフルオロアルキレン基であ
    る)を有する(a)1,1−ジヒドロペルフルオロアルコ
    ールに、 式II (式中、R2は炭素原子2〜4個を有するアルキレン基で
    ある) を有する(b)アルキレン カーボネートを、有効量の
    (c)触媒(この触媒は塩基性アニオン又は求核アニオ
    ン、及び可溶化カチオンを含有する塩である)の存在下
    に反応させる工程、及び ロ)得られた、o−ヒドロキシアルキル化誘導体を分離
    する工程、を含む 式III (式中、R1、R2、a及びRFは上記に定義したもの) を有する1,1−ジヒドロペルフルオロアルコールのo−
    ヒドロキシアルキル化誘導体の製造方法。
  2. 【請求項2】前記1,1−ジヒドロペルフルオロアルコー
    ルが、 1,1−ジヒドロペルフルオロ−1−オクタノール、 2,2,2−トリフルオロエタノール、 2,2,3,3−テトラフルオロ−1,4−ブタンジオール、 1H、1H、3H−テトラフルオロ−1−プロパノール、 3,3,4,4,4−ペンタフルオロ−2−ブタノール、 1H,1H−ペンタフルオロ−1−プロパノール、 2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロ−1,5−ペンタンジオー
    ル、 1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、 1H,1H−ヘプタフルオロ−1−ブタノール、 1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロ−4−オクタノール、 3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロ−2−ペンタノール、 3,3,4,4,5,5,6,6−オクタフルオロ−2−ヘプタノー
    ル、 1H,1H,6H,6H−オクタフルオロヘキサンジオール、 1H,1H,5H−オクタフルオロ−1−ペンタノール、 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロ−1−メチルヘプ
    タン−1−オール、 ウンデカフルオロシクロヘキシルメタノール、 1H,1H,7H−ドデカフルオロ−1−ヘプタノール、 1H,1H−ペンタデカフルオロオクタン−1−オール、 1H,1H,9H−ヘキサデカフルオロ−1−ノナノール、及び 1H,1H,11H−エイコサフルオロ−1−ウンデカノール から成る群から選択される請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記アニオンが、カーボネート、アセテー
    ト、プロピオネート、沃化物、及び臭化物から成る群か
    ら選択され、前記カチオンが、テトラアルキルアンモニ
    ウム、テトラアルキルフォスフォニウム、リチウム、ナ
    トリウム、カリウム、及びセシウムイオンから成る群か
    ら選択される請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】前記反応混合物が更にクラウンエーテルを
    包含する請求項1〜3の何れか1項に記載の方法。
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