JP3610413B2 - 芳香族フッ素化合物の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、芳香族フッ素化合物の製造方法、より特定すれば、芳香族ジアゾニウム塩を光分解することにより対応するフッ化物とする芳香族フッ素化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
芳香族フッ素化合物は、医薬品、農薬、液晶などの中間体として有用である。かかる芳香族フッ素化合物の製造方法としては、下記式に示すように、アミノ基を有する芳香族化合物（ＩＩ）をジアゾ化し、テトラフルオロボレート塩（ＩＩＩ） として単離し、しかる後に熱分解により窒素を脱離させてフッ化物（ＩＶ）とする方法 （シーマン反応：下記式に示す。なお、式中Ｒはアリール基などの芳香族化合物残基を表わす。）が古くから知られている。
【０００３】
【化１】

【０００４】
しかし、熱分解では、芳香族骨格（上記式中のＲ部分）がアミノ基以外の置換基を有すると複雑な副反応を伴ない、複数の置換基を有する化合物では目的化合物が得られないか、得られても収率・純度がともに低い場合が多い。また、上記の熱分解反応は過激な発熱反応であるため暴発のおそれがあり、安全な操業を行なうためには反応制御に多大なコストがかかる。
【０００５】
熱分解反応の問題点を回避するため、熱分解に代えて光分解を行なう方法も提案されている。例えば、特開昭６４−７１８２４号公報には、ジアゾニウム塩の光分解をＨＦまたはＨＦとピリジンとの存在下で行なう方法が記載されており、特開平５−３９２３３ 号公報には、実施例中、ジアゾニウムイオンのＰＦ_６ ⁻塩をボロントリフルオライド・ジエチルエーテラート（ＢＦ_３−ＯＥｔ_２）の存在下で光分解する方法が記載されている。
【０００６】
上記光分解法のうち、ＨＦの存在下で行なう方法は収率が低い。ＨＦ／ピリジン系では収率の改善は見られるが多量のピリジン、ＨＦを使用するため経済性に問題がある。また、ＢＦ_３−ＯＥｔ_２中で光分解する方法では、ジエチルエーテルからの水素の引き抜き反応が起こり、１０％程度の水素置換体が副生し、収率も必ずしも高くない。特に、副生した水素置換体はフッ素置換体と沸点が極めて近く蒸留等による除去が困難であるため、目的とするフッ素置換体を高純度で得ることが困難であるという問題がある。
【０００７】
【解決しようとする課題】
本発明は、従来の製造方法における上記問題を解決したものであって、芳香族フッ素化合物を安全かつ低コストで、高収量かつ高純度で製造する方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題解決のための手段】
本発明者らは、Ｒ^２Ｒ^３ＯまたはＢＦ_３−ＯＲ^２Ｒ^３（式中、Ｒ^２およびＲ^３は同一もしくは異なるアルキル基を表わす。）で表わされるエーテルまたはそのＢＦ_３アダクト中にＨＦを添加した溶媒中で、含フッ素ジアゾニウム塩の光分解を行なうことにより、副生物（水素置換体）の生成を抑制し良好な収率でフッ素化合物が得られることを見出し本発明に至った。
【０００９】
（１） 一般式(I)：Ｒ¹Ｎ₂ ⁺Ｘ^-（式中、Ｒ¹は芳香族化合物、Ｘ^-はＦ^-またはＦ^-とフッ素系ルイス酸との結合体であるフッ化物陰イオンを表わす。）で表わされる芳香族ジアゾニウム塩から光照射によりＲ¹Ｆ（式中、Ｒ¹は前記と同じ。）で表わされるフッ化物を製造する方法において、光照射を、ＢＦ ₃ −ＯＲ ² Ｒ ³ （式中、Ｒ ² およびＲ ³ は同一もしくは異なるアルキル基を表わす）とＨＦとの混合液であって、ＢＦ ₃ −ＯＲ ² Ｒ ³ １モルに対してＨＦ２モル以上の混合液中で行なうことを特徴とする芳香族フッ素化合物の製造方法。
（２） 前記混合液中のＲ¹Ｎ₂ ⁺Ｘ^-の濃度が１〜５０重量％である上記(1)に記載の芳香族フッ素化合物の製造方法。
（３） 前記Ｒ²およびＲ³がともにエチル基である上記(1)または(2)に記載の芳香族フッ素化合物の製造方法。
（４） 前記フッ素系ルイス酸のフッ化物陰イオンがＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＡｓＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、ＳｉＦ₆ ^2-から選択される上記(1)〜(3)のいずれかに記載の芳香族フッ素化合物の製造方法。
【００１０】
本発明の方法は、一般式（Ｉ） ：Ｒ^１Ｎ_２ ^＋Ｘ⁻（式中、Ｒ^１は芳香族化合物、Ｘ⁻はＦ⁻またはフッ素系ルイス酸のフッ化物陰イオンを表わす。）で表わされる芳香族ジアゾニウム塩を出発原料とする。かかる化合物は、対応するアミンをＨＦまたはフッ素系ルイス酸と水素原子との結合体の存在下にジアゾ化するか、これ以外の酸を用いてジアゾニウム塩を生成した後、酸をＨＦまたはフッ素系ルイス酸で置換することにより得られる。
前記式（Ｉ） 中、Ｒ^１で表わされる芳香族化合物残基は、置換または非置換の芳香族炭化水素残基または芳香族複素環残基が含まれる。これらはＲ^１ＮＨ_２で表わされるアミンがジアゾ化可能であり、光照射によってＲ^１部分に制御不能な副反応を生じることが顕著でない限りにおいて特に限定されない。
【００１１】
芳香族炭化水素の例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなどが挙げられる。複素環の例としては、ピリジン、ピリミジン、ピラゾリン、トリアジン、キノリン、フラン、ベンゾフラン、ピロール、チオフェン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、トリゾール、インドール、ナフチジンなどが挙げられる。
【００１２】
前述の如く、これらの芳香族化合物は置換されていてもよい。置換基としては、（１） メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔｅｒｔ− ブチル、ペンチル、ヘキシルなどの直鎖もしくは分枝鎖のアルキル基またはシクロアルキル基などのアルキル基；（２） メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ｔｅｒｔ− ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ等のアルコキシ基；（３） メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ｔｅｒｔ− ブトキシカルボニル、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニルなどのアルコキシカルボニル基；（４） 前記の複素環などから誘導される残基；（５） フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン；（６） 水酸基；（７） ニトロ基などが挙げられる。（１） 〜（４） の置換基は相互に、および／または（５） 〜（７） に挙げた置換基により置換されていてもよい。
【００１３】
前記式（Ｉ） 中、Ｘ⁻はＦ⁻またはＦ⁻とフッ素系ルイス酸との結合体であるフッ化物陰イオンを表わす。ここで、フッ素系ルイス酸のフッ化物陰イオンとしては、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＡｓＦ_６ ⁻、ＳｂＦ_６ ⁻、ＳｉＦ_６ ^２−などが挙げられる。経済性および安全性からはＢＦ_４ ⁻あるいはＰＦ_６ ⁻が好ましい。ＨＢＦ_４が安価に入手できるためＢＦ_４ ⁻が好ましい。
【００１４】
本発明においては、前記式(I)で表わされる芳香族ジアゾニウム塩を、ＢＦ₃ ^-ＯＲ²Ｒ³（式中、Ｒ^２およびＲ^３は同一もしくは異なるアルキル基）とＨＦの混合液中で光照射によって分解する。この混合液は後述の表１に示すように、ＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³１モルに対してＨＦ２モル以上の混合液が適当である。この混合液中で光照射による芳香族ジアゾニウム塩の分解を行うことにより、水素置換体の生成が抑制され、高収率で目的のフッ素化合物を得ることができる。なお、Ｒ²およびＲ³がいずれもエチル基であるＨＦとＢＦ₃−ＯＥｔ₂からなる系が好ましい。
【００１５】
前記混合液中のＲ^１Ｎ_２ ^＋Ｘ⁻の濃度は、好ましくは１〜５０重量％、より好ましくは２〜３０重量％である。１重量％未満では本発明の効果が十分に発揮されない。５０重量％を超えると生産性が低下する。
【００１６】
ＨＦとＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³の混合液はＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³１モルに対してＨＦ２モル以上の混合液が適当である。後述の実施例の表１に示すように、ＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³１モルに対してＨＦ２モル以上の混合液中で光照射を行うことによって、オルトジフルオロベンゼンを９６.６％以上の収率で得ることができる。ＨＦが、ＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³と等モル程度であるとオルトジフルオロベンゼンの収率が８０％台に低下する。なお、ＨＦとジエチルエーテルの混合液を用いた場合には、９６.６％以上の収率でオルトジフルオロベンゼンを得るには、表１に示すように、ジエチルエーテル１モルに対してＨＦ９モル以上の混合液を用いる必要があるが、本発明のＨＦとＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³の混合液ではＢＦ₃−ＯＲ²Ｒ³１モルに対してＨＦ２モル以上の混合液を用いれば良い。
【００１７】
光分解反応のその他の条件は、慣用に準じる。具体的には、通常、原料をフッ素樹脂などの耐ＨＦ性を有する容器に入れて、−１００℃〜１００℃、好ましくは−２０℃〜３０℃、より好ましくは−１０℃〜２０℃で、通常、２００〜４００ナノメーターの波長を含む光を、１０分間〜１０時間程度照射する。光源としての例としては高圧水銀ランプを挙げられる。反応混合物は氷水でクエンチしてから適当な有機溶媒を用いて目的化合物を抽出する。なお本発明は、例えば、導管内に原料混合物を流しつつ光照射を行なうなどの方法で行なうこともできる。
【００１８】
本発明は、常法にしたがってジアゾ化を行ない、その後、ジアゾニウム塩を単離することなく光分解反応を行ってもよい。
【００１９】
本発明においては、光分解により生成する化合物は目的とするフッ化物と窒素ガスの他は、主としてジアゾニウムイオンと含フッ素のルイス酸のみであるから、ルイス酸としてＢＦ_３を用いている場合には、基本的に反応溶媒の構成成分に変化はない。したがって、溶媒を回収して適宜組成を調整し若干の不純物を除去することにより比較的容易に溶媒の循環が可能である。
【００２０】
【実施例】
以下、参考例、実施例、比較例により本発明をより具体的に説明する。
参考例１
３５％塩酸 １９６．４ｇにオルトフルオロアニリン８６．７ｇを徐々に滴下した。この溶液に撹拌しながら−５℃〜−１０℃で亜硝酸ナトリウム５６．５ｇを添加した後、−５℃〜０℃で１時間保った。さらにこの液に４２％ホウフッ化水素酸３４２．５ ｇを加え、室温で１０時間撹拌した後、濾過し、得られたケーキを無水エタノールおよびジエチルエーテルで洗浄し、風乾後６０℃の乾燥機で一昼夜乾燥し、オルトフルオロベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレイト１４１ｇを得た。
【００２１】
参考例２
４２％ホウフッ化水素酸５９ｇ、エタノール１２０ｍｌの混合物に２，４−ジブロム−５−アミノ−６−メチル安息香酸メチル２６．５ｇを添加し、０〜５℃で撹拌しながら亜硝酸ナトリウム６．６ｇを１５ｍｌの水に溶解し滴下した。滴下終了後、５〜１０℃に１時間保ち濾過し、得られたケーキを無水エタノールおよびジエチルエーテルで洗浄し、風乾後６０℃で一昼夜乾燥し、２−メチル−３−メトキシカルボニル−４，６−ジブロムベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレイト３８ｇを得た。
【００２２】
実施例１
オルトフルオロベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレート０．６３ｇをボロントリフルオライドエーテラート（ＢＦ_３−ＯＥｔ_２）１２．２ｇと無水フッ化水素酸１４．７ｇの混合液に溶解した。
この溶液をＰＦＡ製の透明容器に入れ５００Ｗの高圧水銀ランプにより７０分間光照射した。光照射中、容器は水冷し内部で発生するガスは導管により外部に放出した。光照射終了後内容物を氷水にクエンチし、塩化メチレンで抽出、中和、乾燥してオルトフルオロベンゼン０．３３ｇを得た（収率：９６．４％）。これをガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、０．７ ｍｇのフルオロベンゼン（不純物）が副生していた。
【００２３】
比較例１
無水フッ化水素酸を加えないほかは実施例１と同一条件で反応を行なった。
オルトフルオロベンゼンの収量は０．２７７ ｇであった（収量：８１％）。また、１７ｍｇのフルオロベンゼン（不純物）の副生が確認され、その他、ジフェニル化合物と思われる副生物が８ｍｇ生成していた。
【００２４】
参考例３
オルトフルオロベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレート０.６３ｇを無水フッ化水素酸２２.６ｇとジエチルエーテル９.８ｇの混合液に加え、実施例１と同様の装置で８０分間光照射を行なった。その後、実施例１と同様に反応混合物をクエンチし、抽出、中和、乾燥して、オルトフルオロベンゼン０.３２ｇを得た（収率：９４％）。これをガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、７mgのフルオロベンゼン（不純物）が副生していた。
【００２５】
比較例２
無水フッ化水素酸の量を２．５ ｇとしたほかは実施例２と同一条件で反応を行なった。
オルトフルオロベンゼンの収量は２４ｍｇであった（収量：７％）。また、フルオロベンゼンが０．１６ｇ副生していた。
【００２６】
実施例２
ＢＦ₃ ^-ＯＥｔ₂とＨＦとの混合比を変えたほかは上記各実施例・比較例と同様にして、オルトジフルオロベンゼンの製造を行なった。結果を表１に示す。なお、参考例としてＨＦとジエチルエーテル(Ｅｔ₂)との混合液を用いた場合を本例と対比して表１に示した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例３
２−メチル−３−メトキシカルボニル−４，６−ジブロムベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレイト１.３ｇを無水フッ化水素酸１７.６ｇとボロントリフルオライドテトラフルオロエーテラート１２.２ｇの混合液に加え、実施例１と同様の装置で８時間光照射を行なった。その後、実施例１と同様に反応混合物をクエンチし、抽出、中和、乾燥して、２，４−ジブロム−５−フルオロ−６−メチル安息香酸メチル０.９８ｇを得た（収率：９７％）。これをガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、水素置換体である２，４−ジブロム−６−メチル安息香酸メチルは実質的に副生していなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、芳香族ジアゾニウム塩が高効率で芳香族フッ化物に転化される。反応の進行は光照射のみによるので、安全でかつ経済的であり連続的に操業可能である。しかも、本発明の方法では、不純物の副生が最小限に抑えられるので、純度の高い製品を容易に得ることができる。なおかつ、反応溶媒を回収し再利用することが容易である。したがって、工業的生産方法としての有用性が高い。

Claims (4)

1. 一般式(I)：Ｒ¹Ｎ₂ ⁺Ｘ^-（式中、Ｒ¹は芳香族化合物、Ｘ^-はＦ^-またはＦ^-とフッ素系ルイス酸との結合体であるフッ化物陰イオンを表わす。）で表わされる芳香族ジアゾニウム塩から光照射によりＲ¹Ｆ（式中、Ｒ¹は前記と同じ。）で表わされるフッ化物を製造する方法において、光照射を、ＢＦ ₃ −ＯＲ ² Ｒ ³ （式中、Ｒ ² およびＲ ³ は同一もしくは異なるアルキル基を表わす）とＨＦとの混合液であって、ＢＦ ₃ −ＯＲ ² Ｒ ³ １モルに対してＨＦ２モル以上の混合液中で行なうことを特徴とする芳香族フッ素化合物の製造方法。
2. 前記混合液中のＲ¹Ｎ₂ ⁺Ｘ^-の濃度が１〜５０重量％である請求項１に記載の芳香族フッ素化合物の製造方法。
3. 前記Ｒ²およびＲ³がともにエチル基である請求項１または２に記載の芳香族フッ素化合物の製造方法。
4. 前記フッ素系ルイス酸のフッ化物陰イオンがＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＡｓＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-、ＳｉＦ₆ ^2-から選択される請求項１〜３のいずれかに記載の芳香族フッ素化合物の製造方法。