JP3850460B2 - 含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、下記一般式（ＩＩ）で表される含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法に関するものである。
【０００２】
一般式（ＩＩ）：
【０００３】
【化３】

【０００４】
（式中、ｎは１または２、ｍは１または２である。）
本発明によって提供される含フッ素芳香族アミノ化合物は、高分子材料、農薬、医薬等の出発原料として有用であり、特に医薬品合成における出発原料として有用なものである。
【０００５】
【従来の技術】
本発明における含フッ素芳香族アミノ化合物の中で、たとえば４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリルの製造方法について、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（Ｃ），ｐ．１３４５（１９７１）にＪ．Ｍ．Ｂｉｒｃｈａｌｌらが、ペンタフルオロベンゾニトリルとアンモニア水溶液を封管中で６０℃に加熱し、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリルを得る方法が記載されている。しかしこの方法では、収率が７０％と低く工業的に行う場合に十分ではない。
【０００６】
また、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリルの製造方法について、有機合成化学協会誌、第２９巻、第８号、第７９４頁（１９７１年）に石川らが、テトラフルオロフタロニトリルをアンモニア水とアセトニトリルの混合溶媒中０℃で反応し、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリルを得る方法が記載されており、またジャーナル・オブ・ケミカル・ソサャティ［Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．（Ｃ）］，ｐ．４５６（１９７０）にＪ．Ｍ．Ｂｉｒｃｈａｌｌらが、テトラフルオロフタロニトリルをアンモニア水とジオキサンの混合溶媒中、還流温度で反応し、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリルを得る方法が記載されている。しかし、Ｊ．Ｍ．Ｂｉｒｃｈａｌｌらの方法では、収率が低く工業的規模で実施する方法としては採用し難い問題があった。
【０００７】
また、前記の方法に共通した問題点として、副生成物のフッ化アンモニウムを除去しようとした場合、生成物を一旦水に難溶性の有機溶媒に溶解した後、水洗する等の操作が必要となり、精製方法が非常に煩雑になる問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
本発明の目的は従来技術が有していた、低収率、精製方法が煩雑になる等の問題点を解決すべくなされたものであり、工業的で簡便な前記一般式（ＩＩ）で表される含フッ素芳香族アミノ化合物の製法を提供するものである。
【０００９】
本発明の他の目的は、含フッ素芳香族アミノ化合物中にフッ化アンモニウムがある一定以上に残存したまま各種の用途に用いる場合、目的によってはフッ酸が発生し腐食の原因になり得るのでフッ化アンモニウムを簡便かつ容易に除去する必要があり、その除去方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記一般式（Ｉ）：
【００１１】
【化４】

【００１２】
（式中、ｎは１または２である。）
で表される含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ下記一般式（ＩＩ）：
【００１３】
【化５】

【００１４】
（式中、ｎは１または２、ｍは１または２である。）
で表される含フッ素芳香族アミノ化合物を製造するに際して、水と、水と二相状態になる有機溶媒を用いて二相状態で反応を行うことを特徴とする含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法に関するものである。
【００１５】
すなわち本発明の方法によれば、含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ含フッ素芳香族アミノ化合物を製造するに際して、水と、水と二相状態になる有機溶媒を用いて二相状態で反応を行うことにより、反応終了後、有機溶媒層を水層から分離し、簡便に含フッ素芳香族アミノ化合物を得ることができる。また、水層から分離した有機溶媒層に新たに水を加えて水洗する一連の分離操作を行うことで容易に副生するフッ化アンモニウムの除去を行うことができる。
【００１６】
含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ含フッ素芳香族アミノ化合物を製造する方法において、例えば含フッ素芳香族ニトリル化合物が液体の場合は、アンモニア水溶液と反応する際、新たに水と二相状態になる有機溶媒を加えなくとも二相反応の形態となる。しかし、液体の含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニア水溶液の反応で得られる含フッ素芳香族アミノ化合物は、通常室温では固体であるため、反応終了後、水洗により副生するフッ化アンモニウムの除去を行なうためには生成する含フッ素芳香族アミノ化合物を溶解し得るだけの有機溶媒を用いる必要がある。水と二相状態になる有機溶媒として含フッ素芳香族ニトリル化合物を用いることは生成物を溶解する点からは可能であるが、アンモニアに対して大過剰の原料が反応系中に存在することになり、反応の選択率が低下してしまうといった欠点がある。そのため本発明の方法のように、含フッ素芳香族ニトリル化合物が液体の場合にも、アンモニアに対して不活性で水と二相状態になる有機溶媒を反応溶媒として用いる必要がある。
【００１７】
本発明で用いる含フッ素芳香族ニトリル化合物としては、ペンタフルオロベンゾニトリル、３，４，５，６−テトラフルオロフタロニトリル、２，４，５，６−テトラフルオロイソフタロニトリルなどがあげられ、アンモニアと反応させることで、含フッ素芳香族アミノ化合物で表される、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル、２−アミノ−３，４，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリル、４−アミノ−２，５，６−トリフルオロイソフタロニトリル、２，４−ジアミノ−３，５，６−トリフルオロベンゾニトリルなどが得られる。
【００１８】
本発明で用いるアンモニアとしては、アンモニア水溶液、アンモニアが挙げられる。
【００１９】
本発明で用いる水としては、水、アンモニア水溶液が挙げられる。
【００２０】
本発明の反応に用いる水と二相状態になる有機溶媒は、含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ、含フッ素芳香族アミノ化合物を製造するに際して、水と二相状態になるものである。
【００２１】
本発明の反応に用いる水と二相状態になる有機溶媒は、アンモニア、含フッ素芳香族ニトリル化合物および含フッ素芳香族アミノ化合物に対して不活性で水と二相状態になる有機溶媒であれば特に限定されるものではないが、好ましくは２０℃で水が１５重量％以下の溶解度である有機溶媒であり、特に好ましくは２０℃で水が１０重量％以下の溶解度である有機溶媒である。好ましくは脂肪酸エステル類、ケトン類およびベンゾニトリル類からなる群から選ばれた少なくとも一種を用いるのがよい。脂肪酸エステル類としては例えば酢酸エチル、酢酸イソプロピルを用いるのがよい。ケトン類としては例えばメチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトンを用いるのがよい。ベンゾニトリル類としては例えばベンゾニトリルを用いるのがよい。そしてこれらは１種類のみで用いてもよいが、２種類以上を混合しても用いることができる。
【００２２】
本発明において、水と二相状態になる有機溶媒に対する含フッ素芳香族ニトリル化合物の濃度は、使用する有機溶媒および種類により異なるが、通常１〜７０重量％の濃度で反応を行うことができ、特に３〜５０重量％の濃度で反応を行うことが好ましい。濃度が低い場合は生産性が低下し、濃度が高い場合には反応の制御が困難になる。
【００２３】
本発明において含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアの比率は、
下記一般式（ＩＩ）：
【００２４】
【化６】

【００２５】
（式中、ｎは１または２、ｍは１または２である。）
で表される含フッ素芳香族アミノ化合物のｍが１のモノアミノ体を得る場合には、通常含フッ素芳香族ニトリル化合物１モル部に対して、アンモニアを少なくとも２モル部使用する必要があり、含フッ素芳香族アミノ化合物のｍが２のジアミノ体を得る場合には、通常含フッ素芳香族ニトリル化合物１モル部に対して、アンモニアを少なくとも４モル部使用する必要がある。使用するアンモニアの比率の上限については、特に制限されるものではないが反応選択率、経済性などの観点から、含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアの比率は、前記モノアミノ体を得る場合には、含フッ素芳香族ニトリル化合物１モル部に対して、アンモニアを２〜２０モル部使用することが好ましく、前記ジアミノ体を得る場合には、含フッ素芳香族ニトリル化合物１モル部に対して、アンモニアを４〜４０モル部使用することが好ましい。
【００２６】
本発明の含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ含フッ素芳香族アミノ化合物を製造する方法において、反応の際に相間移動触媒を用いることができる。相間移動触媒を用いることで、反応速度を増加させ、効率よく目的物の製造を行うことができる。相間移動触媒は、特に限定されないが、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニム塩およびクラウンエーテル類などがある。例えば、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラプロピルアンモニウムクロライド、テトラプロピルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、トリオクチルメチルアンモニウムクロライド、トリエチルベンジルクロライド、ドデシルピリジニウムクロライド、テトラブチルホスホニウムクロライド、テトラブチルホスホニウムブロマイド、１２−クラウン−４、ジベンゾ−１８−クラウン−６、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６などがあげられる。好ましくは、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイドが用いられる。
【００２７】
本発明において反応に用いる相間移動触媒は、１種類のみで用いてもよいが、２種類以上を混合しても用いることができる。反応に用いる相間移動触媒の量としては、特に限定されるものではないが、含フッ素芳香族ニトリル化合物１００重量部に対して相間移動触媒０．１〜１０重量部用いるのが好ましい。
【００２８】
本発明において、反応温度は、通常反応液中のアンモニアの濃度が飽和濃度以下となるような温度であれば問題なく反応を行うことができ、７０℃以下、特に５５℃以下の範囲で行うことができる。
【００２９】
本発明において、反応時間は、反応に使用する含フッ素芳香族ニトリル化合物の化合物の種類、水と二相状態になる有機溶媒の種類および量、相間移動触媒の有無、反応温度などにより決まるが、通常１〜２４時間の範囲で行うことができる。
【００３０】
反応終了後、反応液の有機溶媒層を分液した後、洗浄工程として、有機溶媒層に水を加え水洗し、分液するといった操作を行うことで容易にフッ化アンモニウムの除去を行うことができる。洗浄回数は、反応に使用する有機溶媒の種類と量、洗浄する水の量、蒸発乾固後に含フッ素芳香族アミノ化合物中で許容されるフッ化アンモニウムの量などにより決まる。通常は含フッ素芳香族アミノ化合物が含有する有機物中に残存するフッ化アンモニウムがフッ素イオン濃度として１００ｐｐｍ以下、特に３０ｐｐｍ以下になる様に操作するのが望ましい。洗浄工程終了後、有機溶媒層を蒸発乾固することで目的とする前記一般式（ＩＩ）で表される含フッ素芳香族アミノ化合物を得ることができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
【００３２】
実施例１
攪拌装置、冷却還流管、温度計および滴下装置を備えた１００ｍｌ四ツ口フラスコに、ペンタフルオロベンゾニトリル１０ｇ（０．０５２ｍｏｌ）、テトラエチルアンモニウムブロマイド０．１ｇおよび酢酸イソプロピル［水の溶解度１．９重量％（２０℃）］７０ｇを加え、２５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水８．５ｇ（ＮＨ3 として０．１４ｍｏｌ）を滴下装置より加え、２５℃で４時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル９．５ｇを得た（対ペンタフルオロベンゾニトリル収率９６．５ｍｏｌ％、純度９７．５％）。
【００３３】
実施例２
実施例１と同様の装置を用い、ペンタフルオロベンゾニトリル１０ｇ（０．０５２ｍｏｌ）、テトラエチルアンモニウムブロマイド０．５ｇおよびメチルイソブチルケトン［水の溶解度１．８〜２．２重量％（２０℃）］５０ｇを加え、５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水８．５ｇ（ＮＨ3 として０．１４ｍｏｌ）を滴下装置より加え、５℃で６時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水１５ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル９．４ｇを得た（対ペンタフルオロベンゾニトリル収率９５．５ｍｏｌ％、純度９７．３％）。
【００３４】
実施例３
実施例１と同様の装置を用い、ペンタフルオロベンゾニトリル１０ｇ（０．０５２ｍｏｌ）、テトラブチルアンモニウムブロマイド０．３ｇおよびベンゾニトリル［水の溶解度１重量％（２０℃）］９０ｇを加え、５０℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水８．５ｇ（ＮＨ3 として０．１４ｍｏｌ）および水１００ｇを滴下装置より加え、５０℃で２時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル９．４ｇを得た（対ペンタフルオロベンゾニトリル収率９５．５ｍｏｌ％、純度９７．４％）。
【００３５】
実施例４
実施例１と同様の装置を用い、ペンタフルオロベンゾニトリル１０ｇ（０．０５２ｍｏｌ）および酢酸エチル［水の溶解度３．６重量％（室温）］７０ｇを加え、２５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水８．５ｇ（ＮＨ3 として０．１４ｍｏｌ）および水１０ｇを滴下装置より加え、２５℃で６時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル９．２ｇを得た（対ペンタフルオロベンゾニトリル収率９３．４ｍｏｌ％、純度９７．０％）。
【００３６】
実施例５
実施例１と同様の装置を用い、３，４，５，６−テトラフルオロフタロニトリル１０ｇ（０．０５０ｍｏｌ）、テトラエチルアンモニウムブロマイド０．２ｇおよび酢酸イソプロピル７０ｇを加え、１５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水６．７ｇ（ＮＨ3 として０．１１ｍｏｌ）を滴下装置より加え、１５℃で４時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリル９．７ｇを得た（対テトラフルオロフタロニトリル収率９８．５ｍｏｌ％、純度９７．４％）。
【００３７】
実施例６
実施例１と同様の装置を用い、３，４，５，６−テトラフルオロフタロニトリル１０ｇ（０．０５０ｍｏｌ）、テトラブチルアンモニウムブロマイド０．５ｇおよびメチルイソプロピルケトン７０ｇを加え、５０℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水６．７ｇ（ＮＨ3 として０．１１ｍｏｌ）および水５０ｇを滴下装置より加え、５０℃で３時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリル９．６ｇを得た（対テトラフルオロフタロニトリル収率９７．５ｍｏｌ％、純度９７．２％）。
【００３８】
実施例７
実施例１と同様の装置を用い、３，４，５，６−テトラフルオロフタロニトリル１０ｇ（０．０５０ｍｏｌ）、テトラエチルアンモニウムブロマイド０．１ｇおよびベンゾニトリル９０ｇを加え、２５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水６．７ｇ（ＮＨ3 として０．１１ｍｏｌ）を滴下装置より加え、２５℃で４時間応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリル９．５ｇを得た（対テトラフルオロフタロニトリル収率９６．４ｍｏｌ％、純度９７．３％）。
【００３９】
実施例８
実施例１と同様の装置を用い、３，４，５，６−テトラフルオロフタロニトリル１０ｇ（０．０５０ｍｏｌ）および酢酸イソプロピル９０ｇを加え、２５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水６．７ｇ（ＮＨ3 として０．１１ｍｏｌ）を滴下装置より加え、２５℃で４時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリル９．５ｇを得た（対テトラフルオロフタロニトリル収率９６．４ｍｏｌ％、純度９７．２％）。
【００４０】
実施例９
実施例１と同様の装置を用い、ペンタフルオロベンゾニトリル１０ｇ（０．０５２ｍｏｌ）、テトラエチルアンモニウムブロマイド０．１ｇおよび酢酸イソプロピル７０ｇを加え、５５℃で攪拌し、２８重量％アンモニア水１７．０ｇ（ＮＨ3 として０．２８ｍｏｌ）および水２０ｇを滴下装置より加え、５５℃で４時間反応させた。反応終了後、分液により有機層を分離した。その後、洗浄工程として、有機層に水２０ｇを加え十分攪拌し、静置後、有機層を分離した。その後、前記洗浄工程をさらに２回行った。有機層に含有するフッ素イオン濃度は、最終水洗浄液中に含有するフッ素イオンを測定した値より換算して３０ｐｐｍ以下であることが確認された。得られた有機層を蒸発乾固することにより、含フッ素芳香族アミノ化合物９．３ｇを得た。ガスクロマトグラフィーによる分析の結果、４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリルが８８重量％、２，４−ジアミノ−３，５，６−トリフルオロベンゾニトリルが１０重量％生成していた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ含フッ素芳香族アミノ化合物を製造するに際して、水と、水と二相状態になる有機溶媒を用いて二相状態で反応を行うことにより、反応終了後、有機溶媒層を水層から分離した後、新たに水を加えて水洗する一連の分離操作を行うことで容易に副生するフッ化アンモニウムの除去を行うことができ、簡便に高収率、高純度かつ効率よく含フッ素芳香族アミノ化合物を得ることができる。

Claims (6)

1. 一般式（Ｉ）：
   

   

   （式中、ｎは１または２である。）で表される含フッ素芳香族ニトリル化合物とアンモニアを反応させ、一般式（ＩＩ）：
   

   

   （式中、ｎは１または２、ｍは１または２である。）で表される含フッ素芳香族アミノ化合物を製造するに際して、水と、水と二相状態になる有機溶媒を用いて二相状態で反応を行い、
   該水と二相状態になる有機溶媒は、脂肪酸エステル類、ケトン類およびベンゾニトリル類からなる群から選ばれた少なくとも一種である
   ことを特徴とする含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法。
2. 相間移動触媒の存在下に反応させる請求項１に記載の含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法。
3. 反応温度が７０℃以下である請求項１又は２に記載の含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法。
4. 含フッ素芳香族ニトリル化合物がペンタフルオロベンゾニトリル、含フッ素芳香族アミノ化合物が４−アミノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリルである請求項１〜３のいずれかに記載の含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法。
5. 含フッ素芳香族ニトリル化合物が３，４，５，６−テトラフルオロフタロニトリル、含フッ素芳香族アミノ化合物が４−アミノ−３，５，６−トリフルオロフタロニトリルである請求項１〜３のいずれかに記載の含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法。
6. 反応終了後、有機溶媒層を水層から分離した後、新たに水を加えて水洗を行う請求項１〜５のいずれかに記載の含フッ素芳香族アミノ化合物の製造方法。