JP3194356B2 - (ハロアルキル)ジベンゾオニウムスルホナートの製造方法 - Google Patents

(ハロアルキル)ジベンゾオニウムスルホナートの製造方法

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JP3194356B2 JP34160796A JP34160796A JP3194356B2 JP 3194356 B2 JP3194356 B2 JP 3194356B2 JP 34160796 A JP34160796 A JP 34160796A JP 34160796 A JP34160796 A JP 34160796A JP 3194356 B2 JP3194356 B2 JP 3194356B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハロアルキル化剤
として有用な(ハロアルキル)ジベンゾオニウムスルホ
ナートの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機化合物の有用なハロアルキル化剤と
して(ハロアルキル)ジベンゾオニウム塩及びその置換
化合物が知られている〔Tetrahedron Lett.,31巻, 3
579ページ(1990年)、特開平3−197479
号公報、特開平5−339260号公報、J. Am. Chem.
Soc., 115巻, 2156ページ(1993年)参
照〕。
【0003】しかしながら、従来既知の(ハロアルキ
ル)ジベンゾオニウム塩及びその置換化合物をハロアル
キル化剤として用いると、後処理工程で甚だ不都合が生
じることが判明した。
【0004】例えば、(ハロアルキル)ジベンゾチオフ
ェニウムトリフルオロメタンスルホナートを用いて、2
−メチル−1,3−シクロペンタンジオンのナトリウム
塩をハロアルキル化すると、次式の如く、2−(ハロア
ルキル)−2−メチル−1,3−シクロペンタンジオン
の他に、ジベンゾチオフェンとナトリウムトリフルオロ
メタンスルホナートとが同時に当量ほど生成する。
【化3】
【0005】上記生成物のうち、後者のナトリウムトリ
フルオロメタンスルホナートは、水溶性なので反応混合
液を水洗することによって容易に除去できるが、前者の
ジベンゾチオフェンは、所望の2−(ハロアルキル)−
2−メチル−1,3−シクロペンタンジオンと同じく非
水溶性であるので、水洗工程によって両者を別々に分離
することができない。
【0006】従って、その分離には、非常に煩雑な工程
を必要としたので、従来技術には重大な欠陥があったと
言わざるを得ない。
【0007】そこで本発明者は、特願平5−11109
9号、特願平5−142648号及び特願平6−522
969号において既に提示したように、ジベンゾヘテロ
環に水溶性の官能基を組み込むという着想で、ジベンゾ
ヘテロ環に水溶性のスルホン酸陰イオン基を導入(結
合)することに成功した。
【0008】即ち、下記の一般式の如く、ハロアルキル
化剤として使用したとき、生成するジベンゾヘテロ環ス
ルホン酸又はその金属塩は水溶性であるので、水洗工程
によって容易に分離される。またジベンゾヘテロ環スル
ホン酸又はその金属塩は通常の有機溶媒に不溶であるの
で、単なる濾別工程によっても目的物と分離することが
できる。
【0009】
【化4】 (但し、この一般式中、Rf、A、R1 及びR2 は本発
明による一般式(II)中で定義したものと同じであり、
Mは水素原子又は金属原子である。)
【0010】このような、前記一般式の(ハロアルキ
ル)ジベンゾオニウムスルホナートが、ハロアルキル化
剤、例えばペルフルオロアルキル化剤として有用である
ことは、ジャーナル・オブ・フルオリン・ケミストリー
(J.Fluorine Chem.)、74巻、77〜82ページ(1
995年)にも示されている。
【0011】こうした(ハロアルキル)ジベンゾオニウ
ムスルホナートの製造方法としては、これまで、(ハロ
アルキル)ビフェニルカルコゲニドをトリフルオロメタ
ンスルホン酸の存在下にフッ素ガスで処理して(ハロア
ルキル)ジベンゾオニウムトリフルオロメタンスルホナ
ートとし、これに発煙硫酸を反応させる方法、(ハロア
ルキル)ビフェニルカルコゲニドをジメチルスルホキシ
ドの存在下にトリフルオロメタンスルホン酸無水物を反
応させて得られる(ハロアルキル)ジベンゾオニウムト
リフルオロメタンスルホナートに発煙硫酸を反応させる
方法、または、(ハロアルキル)ビフェニルカルコゲニ
ドを酸化して得られる(ハロアルキル)ビフェニルカル
コゲンオキシドにトリフルオロメタンスルホン酸無水物
を反応させて(ハロアルキル)ジベンゾオニウムトリフ
ルオロメタンスルホナートとし、これに発煙硫酸を反応
させる方法があった(前出のジャーナル・オブ・フルオ
リン・ケミストリー、74巻、77〜82ページ(19
95年)及びジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル
・ソシアティ(J.Am.Chem.Soc.)、115巻、2156
〜2164ページ(1993年)参照)。
【0012】しかしながら、これらの従来の製造方法
は、多段階工程である上に、高価なトリフルオロメタン
スルホン酸やトリフルオロメタンスルホン酸無水物を使
用し、また、取扱いに高度の技術が要求されるフッ素ガ
スを使用する工程も含まれていた。従って、従来の製造
方法は、(ハロアルキル)ジベンゾオニウムスルホナー
トを工業的に製造するには、満足のいく製造方法とは言
い難い。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ハロ
アルキル化剤として有用な(ハロアルキル)ジベンゾオ
ニウムスルホナートの効率的な製造方法を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した課
題に対して鋭意検討を重ねた結果、(ハロアルキル)ビ
フェニルカルコゲンオキシドと安価なスルホン化剤であ
る発煙硫酸とを用いて、一段階工程で目的とする化合物
を製造する方法を見い出し、本発明を完成した。
【0015】即ち、本発明は、
【化5】 (但し、この一般式中、Rfはハロアルキル基(特に炭
素原子数1〜10個のペルフルオロアルキル基等のハロ
アルキル基)であり、Aはイオウ原子、セレン原子又は
テルル原子であり、R1 及びR2 はそれぞれ独立に水素
原子又はアルキル基(特に炭素原子数1〜4個の低級ア
ルキル基)である。)で表される(ハロアルキル)ビフ
ェニルカルコゲンオキシドとスルホン化剤(特に発煙硫
酸)とを反応させることからなる、
【化6】 (但し、この一般式中、Rf、A、R1 及びR2 は前記
したものと同じである。)で表される(ハロアルキル)
ジベンゾオニウムスルホナートの製造方法(以下、本発
明の製造方法と称する。)に係るものである。
【0016】本発明の製造方法によれば、入手が容易な
工業的原料である上記一般式(I)で表される(ハロア
ルキル)ビフェニルカルコゲンオキシドと安価なスルホ
ン化剤(特に発煙硫酸)とから、ハロアルキル化剤とし
て有用な上記一般式(II)で表される(ハロアルキル)
ジベンゾオニウムスルホナートを一段階工程で効率よく
安価に、しかもフッ素ガスを使用しないで安全に得るこ
とができる。
【0017】
【発明の実施の形態】一般式(I)及び一般式(II)に
おける「R1 」及び「R2 」はそれぞれ独立に水素原子
又はアルキル基、特に炭素原子数1〜4個の低級アルキ
ル基であるのがよいが、この炭素原子数1〜4個の低級
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル
基、イソプロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、イソブ
チル基、t-ブチル基等が挙げられる。
【0018】また、一般式(I)及び一般式(II)にお
ける「Rf」はハロアルキル基、特に炭素原子数1〜1
0個のハロアルキル基であるが、トリフルオロメチル基
(-CF3)、ペルフルオロエチル基(-C2F5 )、ペルフル
オロプロピル基(-C3F7 )、ペルフルオロイソプロピル
基(-CF(CF3)2 )、ペルフルオロブチル基(-C4F9 )、
ペルフルオロイソブチル基(-CF2CF(CF3)2)、ペルフル
オロ-sec- ブチル基(-CF(CF3)CF2CF3)、ペルフルオロ
-t- ブチル基(-C(CF3)3)、ペルフルオロペンチル基
(-C5F11)、ペルフルオロヘキシル基(-C6F13)、ペル
フルオロヘプチル基(-C7F15)、ペルフルオロ-5- メチ
ルヘキシル基(-(CF2)4CF(CF3)CF3)、ペルフルオロオク
チル基(-C8F17)、ペルフルオロノニル基(-C9F19)、
ペルフルオロ-7- メチルオクチル基(-(CF2)6CF(CF3)CF
3)、ペルフルオロデシル基(-C10F21 )等のペルフルオ
ロアルキル基が特に好ましい。このように、前記「R
f」がペルフルオロアルキル基であることにより、前記
一般式(I)の化合物は特に有用なペルフルオロアルキ
ル化剤となる。
【0019】また、「Rf」としては上記ペルフルオロ
アルキル基の他にも、-CHF2 、-C2HF4、-C3HF6、-C4H
F8、-C5HF10 、-C6HF12 、-C7HF14 、-C8HF16 、-C9HF
18 、-C10HF20、-CH2F 、-C2H2F3 、-C3H2F5 、-C4H2F7
、-C5H2F9 、-C6H2F11、-C7H2F13、-C8H2F15、-C9H2F
17、-C10H2F19 、-C2H3F、-C3H3F4 、-C4H3F6 、-C5H3F
8、-C6H3F10、-C7H3F12、-C8H3F14、-C9H3F17、-C10H3F
18 、-CClF2、-C2ClF4 、-C3ClF6 、-C4ClF8 、-C5ClF
10、-C6ClF12、-C7ClF14、-C8ClF16、-C9ClF18、-C10Cl
F20 、-CBrF2、-C2BrF4 、-C3BrF6 、-C4BrF8 、-C5BrF
10、-C6BrF12、-C7BrF14、-C8BrF16、-C9BrF18、-C10Br
F20 、-CF2I 、-C2F4I、-C3F6I、-C4F8I、-C5F10I 、-C
6F12I 、-C7F14I 、-C8F16I 、-C9F18I 、-C10F20I等の
如く、炭素原子数1〜10個の直鎖状又は分岐状のハロ
アルキル基(好ましくはフルオロアルキル基)を示すこ
とができる。
【0020】本発明の製造方法において、出発原料であ
り、前記一般式(I)で表される(ハロアルキル)ビフ
ェニルカルコゲンオキシドは既知の化合物で入手容易な
化合物であるか、又は、公知の方法と同様の方法によっ
て容易に製造される化合物である〔ジャーナル・オブ・
アメリカン・ケミカル・ソシアティ(J.Am.Chem.So
c.)、115巻、2156〜2164ページ(1993
年)参照〕。
【0021】また、本発明の製造方法で使用されるスル
ホン化剤としては、発煙硫酸(SO3−H2SO4)が入手容易性
及び経済性から好適に用いられる。この場合、SO3
濃度は通常、5%〜80%であり、さらに好ましくは1
0%〜70%の発煙硫酸が用いられる。
【0022】スルホン化剤としての発煙硫酸は入手容易
で安価な工業原料であり、一般式(I)の化合物1モル
に対して、発煙硫酸中の有効な三酸化イオウを2モル以
上とすることが好ましく、更に経済性及び収率の点か
ら、2モル〜20モルの範囲内であることが好ましい。
【0023】本発明の製造方法において、反応は溶媒を
用いなくてもよいが、用いることもできる。用いること
のできる好ましい溶媒としては、例えば、硫酸;クロロ
硫酸、フルオロ硫酸等のハロ硫酸;塩化メチレン、クロ
ロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエ
タン等のハロゲン化炭化水素;ヘキサン、ヘプタン、オ
クタン、石油エーテル等の炭化水素等、又はこれらの混
合物等である。
【0024】また、反応温度は0〜100℃の範囲内と
することができ、室温〜60℃の範囲が更に好ましい。
【0025】更に、本発明の製造方法において、反応時
間を十分に取ることで、十分に反応を進行させ、一般式
(II)で表される(ハロアルキル)ジベンゾオニウムス
ルホナートを収率よく製造することができる。
【0026】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例により説明す
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。
【0027】実施例1
【化7】 トリフルオロメチル(2−ビフェニルイル)スルホキシ
ド15g(55.5mmol)の塩化メチレン溶液56
mlに、氷冷下に攪拌しながら、18.5mlの60%
発煙硫酸(60%SO3 /40%H2 SO4 :SO3
量=275mmol)を約10分間かけて滴下した。そ
の後、反応混合物を室温で1.5時間、更に41℃で1
9時間攪拌を続けた。
【0028】攪拌終了後、反応液を氷冷して、ジイソプ
ロピルエーテル200mlを少しずつ加えた。生じた粘
性油状体から溶媒を取り除き、この粘性油状体に50m
lのエタノールを加えて攪拌した。
【0029】生じた結晶を濾別し、アセトンで洗浄し
た。得られた結晶を50〜65℃で減圧乾燥して、1
5.8g(収率75%)のS−(トリフルオロメチル)
ジベンゾチオフェニウム−3−スルホナートを得た。N
MRスペクトルによる解析から、得られた結晶にはS−
(トリフルオロメチル)ジベンゾチオフェニウム−3−
スルホナート1分子に対し、1分子のエタノールが含ま
れていた。
【0030】この生成物の分析データ(物性値及びスペ
クトル)は次の通りであった。
【0031】融点:142−147℃(分解を伴う)。19 F−NMR(CD3 OD中、CFCl3 内部標準):
−53.9ppm(s,CF3)。1 H−NMR(CD3 OD中、TMS内部標準):1.17p
pm(3H, t, J=7 Hz, CH 3 CH2OH)、3.60ppm(2H, q, J=7 H
z, CH 3CH 2 OH) 、7.92ppm(1H, t, d., J=8, 1 Hz, 7-
H)、8.10ppm(1H, t, d., J=8, 1 Hz, 8-H)、8.42ppm(1
H, d, d., J=8, 1 Hz, 2-H)、8.46〜8.57ppm(3H, m, 1-
H, 6-H, 9-H) 、8.90ppm(1H, d, J=1 Hz, 4-H) 。
【0032】実施例2
【化8】 トリフルオロメチル(2−ビフェニルイル)セレノオキ
シド2g(6.3mmol)の塩化メチレン溶液7ml
に、氷冷下に攪拌しながら、2.1mlの60%発煙硫
酸(60%SO3 /40%H2 SO4 :SO3 の量=3
1.2mmol)を少しづつ滴下した。その後、反応混
合物を室温で1時間、更に40℃で2時間攪拌を続け
た。
【0033】攪拌終了後、反応液を氷冷して、ジエチル
エーテルを十分に加え、生じた粘性油状体から溶媒を取
り除き、この粘性油状体に1mlのメタノールを加えた
後、多量のジエチルエーテルを加えて再び粘性油状体を
析出させた。溶媒を取り除いた後、この粘性油状体に多
量のアセトンを加えて攪拌した。
【0034】生じた結晶を濾別し、アセトンで洗浄し、
白色結晶として2.3g(収率92%)のSe−(トリ
フルオロメチル)ジベンゾセレノフェニウム−3−スル
ホナートを得た。精製はメタノールから再結晶すること
によって行った。得られた精製結晶は1水和物であり、
標準サンプルと一致した。
【0035】生成物の分析データ(物性値及びスペクト
ル)は次の通りであった。
【0036】融点:175−178℃(分解を伴う)。19 F−NMR(DMSO−d6 中、CFCl3 内部標
準):−46.5ppm(s,CF3)。1 H−NMR(DMSO−d6 中、TMS内部標準):
7.77ppm(1H, t. d., J=8, 1Hz, 7-H) 、7.92ppm(1H, t.
d., J=8, 1Hz, 8-H) 、8.07ppm(1H, d. d., J=8, 1Hz,
2-H) 、8.36ppm(1H, d. J=8 Hz, 1-H) 、8.38ppm(1H,
d. d., J=8, 1Hz, 6-H) 、8.47ppm(1H, d. d., J=8, 1H
z, 9-H) 、8.78ppm(1H, d., J=1 Hz, 4-H)。
【0037】応用例1
【化9】 アルゴン雰囲気下、溶媒としてジメチルホルムアミド5
mlを用いて、氷冷下で2.6mmolの2−メチル−
1,3−シクロペンタンジオンと2.6mmolの水素
化ナトリウムとを反応させて、2−メチル−1,3−シ
クロペンタンジオンのナトリウム塩の溶液を調製した。
【0038】その溶液を−45℃に冷却後、攪拌しなが
ら、実施例1で作製したS−(トリフルオロメチル)ジ
ベンゾチオフェニウム−3−スルホナート664mg
(2mmol)を加えた。その後、約1時間かけて室温
まで昇温し、さらに室温で1時間攪拌を続けた。
【0039】反応液に標準物質として2mmolのベン
ゾトリフロリドを加えて19F−NMRによって定量した
ところ、目的の生成物である2−(トリフルオロメチ
ル)−2−メチル−1,3−シクロペンタンジオンが8
6%の収率で生成していた。
【0040】後処理として、反応液に水とエーテルを加
えてセライト濾過後、濾過液をエーテルで抽出した。得
られたエーテル抽出液を水洗、さらに飽和食塩水で洗浄
後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。
【0041】乾燥剤を濾別し、濾過液の溶媒を留去して
得られた油状の生成物には、当反応において共成するナ
トリウムジベンゾチオフェン−3−スルホナートは含ま
れていなかった。
【0042】この油状の生成物の分析データは次の通り
であって、標準サンプルの2−(トリフルオロメチル)
−2−メチル−1,3−シクロペンタンジオンのデータ
と一致した。
【0043】19F−NMR(CDCl3 中、CFCl3
内部標準):69.8ppm(s)。1 H−NMR(CDCl3 中):1.38(3H, s, CH3)、2.6
8〜3.15ppm(4H, m, CH2CH2)。 IR(neat):1740(CO)cm-1。 Mass(m/e):180(M+ ), 124, 111, 69 (C
F3 + ) 。
【0044】応用例2
【化10】 アルゴン雰囲気下、溶媒としてジメチルホルムアミド4
mlを用いて、氷冷下で1.3mmolの2−メチル−
1,3−シクロペンタンジオンと1.3mmolの水素
化ナトリウムを反応させて2−メチル−1,3−シクロ
ペンタンジオンのナトリウム塩の溶液を調製した。
【0045】その溶液を−45℃に冷却した後、攪拌し
ながら、実施例2で作製したSe−(トリフルオロメチ
ル)ジベンゾセレノフェニウム−3−スルホナート33
2mg(1mmol)を加えた。
【0046】その後、約1時間かけて室温まで昇温し、
さらに室温で2.5時間攪拌を続けた。
【0047】反応液に標準物質として1mmolのベン
ゾトリフロリドを加えて19F−NMRによって定量した
ところ、目的の生成物である2−(トリフルオロメチ
ル)−2−メチル−1,3−シクロペンタンジオンが7
1%の収率で生成していた。
【0048】後処理として、反応液に水とエーテルを加
えてセライト濾過後、濾過液をエーテルで抽出した。得
られたエーテル抽出液を水、続いて飽和食塩水で洗浄
後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。
【0049】乾燥剤を濾別後、濾過液の溶媒を留去して
得られた油状の生成物には、当反応において共成するナ
トリウムジベンゾセレノフェン−3−スルホナートは含
まれていなかった。
【0050】この油状の生成物の分析データは、応用例
1で得られたものと同一であった。
【0051】応用例3
【化11】 アルゴン雰囲気下、溶媒としてジメチルホルムアミド
3.2mlを用いて、氷冷下で1.04mmolの2−
メチル−1,3−シクロペンタンジオンと1.04mm
olの水素化ナトリウムとを反応させて、2−メチル−
1,3−シクロペンタンジオンのナトリウム塩の溶液を
調製した。
【0052】その溶液を−45℃に冷却後、攪拌しなが
ら、S−(ペルフルオロ−n−ブチル)ジベンゾチオフ
ェニウム−3−スルホナート386mg(0.8mmo
l)を加えた。
【0053】その後、約1時間かけて室温まで昇温し、
さらに室温で2.5時間攪拌を続けた。
【0054】反応液に標準物質として0.8mmolの
ベンゾトリフロリドを加えて19F−NMRによって定量
したところ、目的の生成物である2−(ペルフルオロ−
n−ブチル)−2−メチル−1,3−シクロペンタンジ
オンが77%の収率で生成していた。
【0055】後処理として、反応液に水とエーテルを加
えてセライト濾過後、濾過液をエーテルで抽出した。得
られたエーテル抽出液を水洗、さらに飽和食塩水で洗浄
後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。
【0056】乾燥剤を濾別し、濾過液の溶媒を留去して
得られた油状の生成物には、当反応において共成するナ
トリウムジベンゾチオフェン−3−スルホナートは含ま
れていなかった。
【0057】この油状の生成物の分析データは次の通り
であった。元素分析用試料はさらにシリカゲルのカラム
クロマトグラフィーを行って精製して得た。
【0058】19F−NMR(ppm,CDCl3 中、C
FCl3 内部標準):81.4(3F, m, CF3)、113.0(2F, m,
CF2) 、118.4(2F, m, CF2) 、126.5(2F, m, CF2) 。1 H−NMR(ppm,CDCl3 中):1.46(3H, s, C
H3)、2.77-3.06(4H, m, CH2×2)。 IR(KBr):1741(CO)cm-1。 Mass(m/e):330(M+ ) 。 元素分析:実測値:C,36.44 ;H,1.96%。 計算値(C10H7F9O2):C,36.38 ;H,2.14%。
【0059】
【発明の作用効果】本発明の製造方法によれば、入手が
容易な工業的原料である上記一般式(I)で表される
(ハロアルキル)ビフェニルカルコゲンオキシドと安価
なスルホン化剤(特に発煙硫酸)とから、ハロアルキル
化剤として有用な上記一般式(II)で表される(ハロア
ルキル)ジベンゾオニウムスルホナートを一段階工程で
効率よく安価に、しかも安全に得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07D 333/76 C07D 345/00 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 【化1】 (但し、この一般式中、Rfはハロアルキル基であり、
    Aはイオウ原子、セレン原子又はテルル原子であり、R
    1 及びR2 はそれぞれ独立に水素原子又はアルキル基で
    ある。)で表される(ハロアルキル)ビフェニルカルコ
    ゲンオキシドとスルホン化剤とを反応させることからな
    る、 【化2】 (但し、この一般式中、Rf、A、R1 及びR2 は前記
    したものと同じである。)で表される(ハロアルキル)
    ジベンゾオニウムスルホナートの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記スルホン化剤として、発煙硫酸を使
    用する、請求項1に記載した製造方法。
  3. 【請求項3】 前記一般式(I)の化合物1モルに対し
    て、前記スルホン化剤としての発煙硫酸中の三酸化イオ
    ウを2モル以上とする、請求項1に記載した製造方法。
  4. 【請求項4】 前記ハロアルキル基を炭素原子数1〜1
    0のハロアルキル基とし、前記R1 及び/又はR2 を水
    素原子又は炭素原子数1〜4の低級アルキル基とする、
    請求項1に記載した製造方法。
  5. 【請求項5】 反応温度を0〜100℃の範囲内とす
    る、請求項1に記載した製造方法。
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