JP3891501B2 - Method for producing 3-fluorophenol - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医農薬中間体や機能性材料中間体として有用な３−フルオロフェノールの工業的な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３−フルオロフェノールは、（Ａ）３−フルオロアニリンをジアゾ化し、水の存在下でジアゾニウム塩を加水分解する方法〔Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．８１，９４（１９５９）〕、（Ｂ）３−アミノフェノールとフッ化水素酸ＨＦとの、光分解を利用したバルツ−シーマン反応（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，１９９４，１０１１）による方法、（Ｃ）３−ブロモフルオロベンゼンの銅触媒存在下での水酸化バリウムによる加水分解反応（ドイツ特許第３４３０５５４号）、（Ｄ）３−クロロフルオロベンゼンの銅触媒存在下での加水分解反応（特開平３−２１３４号公報）、（Ｅ）４−フルオロ安息香酸を銅触媒存在下で酸素及び水と反応させる方法（特開昭６１−１７６５４３号公報）、（Ｆ）フルオロベンゼンをゼオライト触媒存在下で亜酸化窒素と反応させる方法（特開平２−８５２２３号公報）等によって製造されていた。
【０００３】
しかしながら、前記の各製造方法は次に述べるような欠点を有していた。即ち、（Ａ）の方法は、硫酸等の酸を大量に必要とし、その上、収率が低く、原料の３−フルオロアニリンの入手も困難であり、又、（Ｂ）の方法は、工業的な使用には危険なフッ化水素酸ＨＦを使用し、しかも、光分解を利用したバルツ−シーマン反応であるため、特殊な反応装置や反応条件が必要であるという欠点があった。
【０００４】
又、（Ｃ）の方法も高圧反応であるため、特殊な反応装置が必要であるばかりか、原料の３−ブロモフルオロベンゼンの入手も困難であり、（Ｄ）の方法は、脱クロル化反応が起きるために収率が低く、やはり原料の３−クロロフルオロベンゼンの入手が困難という難点があった。
【０００５】
そして、（Ｅ）の方法は、特殊な反応条件を必要とし、収率も低く、（Ｆ）の方法は、４００℃近い高温での反応が必要であり、しかも２位、３位、４位にフッ素が置換したフルオロフェノールの混合物が生成し、３−フルオロフェノールの分離が困難であるという難点が指摘されていた。
【０００６】
以上のように、従来法はいずれも、工業的規模でしかも安全に３−フルオロフェノールを製造する方法としては不適当であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、フッ化水素酸ＨＦによるフッ素原子の危険な導入法を採用しない点で安全であり、工業的に入手が容易な原料から簡便にしかも高収率で３−フルオロフェノールを製造することのできる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、（１）４−フルオロサリチル酸を塩基の存在下、無溶媒、或いは、非プロトン性極性溶媒、芳香族炭化水素又は芳香族ハロゲン化炭化水素から選択される１種以上の溶媒中で脱炭酸反応させることを特徴とする３−フルオロフェノールの製造方法、及び、（２）一般式（１）
【化３】
〔式中、Ａは基−ＣＨ2−又は基−ＮＲ’−（式中、Ｒ’は低級アルキル基を示す。）を示し、Ｒは低級アルキル基を示し、Ｗは低級アルキル基を示し、ＸはＡが基−ＣＨ2−の時は水素原子又は低級アルキル基を、Ａが基−ＮＲ’−の時は低級アルキル基を示す（但し、Ｗ及びＸは互いに結合して低級アルキレン基を形成し、−Ｎ−Ｃ−Ａ−と共に５〜７員環となっても良い。）。〕で表される化合物、及び、一般式（２）
【化４】
〔式中、Ｑは基−ＳＯ−又は基−ＳＯ2−を示し、Ｙ及びＺはそれぞれ独立に低級アルキル基を示す（但し、Ｙ及びＺは互いに結合して低級アルキレン基を形成し、基−ＳＯ−又は基−ＳＯ2−と共に４〜６員環となってもい。）。〕で表される化合物の中から選ばれた少なくとも１種を溶媒として、２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物とを反応させることにより、４−フルオロサリチル酸を製造し、この４−フルオロサリチル酸を塩基の存在下で脱炭酸反応させることを特徴とする３−フルオロフェノールの製造方法を提供する。
【０００９】
即ち、本発明者らは、従来法の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、意外にも、４−フルオロサリチル酸を塩基の存在下に脱炭酸反応にすることにより、高収率で３−フルオロフェノールが得られること、及び、前記４−フルオロサリチル酸は、特定の非プロトン性極性溶媒中で、２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物とを反応させ、２位のフッ素原子を選択的にヒドロキシル化することにより製造し得ることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明方法について詳細に説明する。
【００１１】
本発明の第一の方法は、４−フルオロサリチル酸を無溶媒又は溶媒の存在下、塩基の存在下で加熱することにより、３−フルオロフェノールを生成させるものである。
【００１２】
上記塩基としては、有機塩基又は無機塩基を用いることができ、有機塩基としては、例えば第三級アミン（［Ｎ］−Ｈを有しない含窒素有機塩基であり、広義の第三級アミンを意味する。）、具体的にはピリジン類〔例えばピリジン、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ピリジン（ＤＭＡＰ）等〕、キノリン類（例えばキノリン等）、トリアルキルアミン類（例えばトリエチルアミン、トリオクチルアミン）、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアニリン類（例えばＮ，Ｎ−ジメチルアニリン）等を挙げることができる。
【００１３】
尚、有機塩基の使用量としては、４−フルオロサリチル酸１モルを基準として、０．０１〜５０モル、好ましくは０．１〜２０モルである。
【００１４】
又、無機塩基としては、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物又は炭酸塩が使用可能であり、具体的には、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等を、又アルカリ金属、アルカリ土類金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等をそれぞれ例示することができる。
【００１５】
尚、無機塩基の使用量としては、４−フルオロサリチル酸１モルを基準として、０．０１〜５モル、好ましくは０．１〜２モルである。
【００１６】
塩基としては有機塩基の使用が好ましく、中でもキノリン、トリオクチルアミン或いは４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ピリジンの使用が好ましい結果を与える。
【００１７】
又、本発明の第一の方法は、無溶媒でも差し支えなく進行するが、溶媒を使用する場合は、４−フルオロサリチル酸と副反応を起こさない等、本反応に不活性なものであればよく、例えば非プロトン性極性溶媒、具体的には、１−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、テトラメチレンスルホン等を使用できる溶媒として例示することができる。
【００１８】
又、芳香族炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素、具体的には、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等も使用できる溶媒として例示することができる。
【００１９】
更に、本発明の第一の方法にあっては、前述の有機塩基を、上記反応における塩基と溶媒とを兼ねるものとして用いても差し支えない。
【００２０】
尚、溶媒の使用量としては、４−フルオロサリチル酸１モルに対し、０．３〜３１、好ましくは０．５〜２１という範囲を例示することができる。
【００２１】
又、反応温度は、例えば１５０〜２３０℃の範囲で、反応時間は、通常１〜２０時間、好ましくは２〜１５時間である。
【００２２】
上記のような反応で生成した３−フルオロフェノールは、反応に用いた溶媒に応じて、例えば反応液を酸洗浄した後、分離した有機層を濃縮或いは精留する方法や、反応液を酸析した後、溶媒抽出して得た有機層を濃縮或いは精留する方法等によって取り出すことができる。
【００２３】
尚、本発明の第一の方法による４−フルオロサリチル酸の脱炭酸は、常圧、加圧、減圧の何れの条件下で実施しても差し支え無い。
【００２４】
本発明方法で用いる４−フルオロサリチル酸は、４−フルオロ−２−ヒドロキシトルエンの酸化（Ｃｈｅｍ．Ａｂｓｔ．，ｖｏｌ．６０，１６３８）等の種々の方法によっても製造できるが、前記一般式（１）で表される化合物及び前記一般式（２）で表される化合物の中から選ばれた少なくとも１種を溶媒として、２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物を反応させて製造することが好ましい。
【００２５】
２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物との反応に溶媒として使用し得る化合物としては、まず、一般式（１）
【化５】
〔式中、Ａは基−ＣＨ2−又は基−ＮＲ’−（式中、Ｒ’は低級アルキル基を示す。）を示し、Ｒは低級アルキル基を示し、Ｗは低級アルキル基を示し、ＸはＡが基−ＣＨ2−の時は水素原子又は低級アルキル基を、Ａが基−ＮＲ’−の時は低級アルキル基を示す（但し、Ｗ及びＸは互いに結合して低級アルキレン基を形成し、−Ｎ−Ｃ−Ａ−と共に５〜７員環となっても良い。）。〕で表されるものを挙げることができる。
【００２６】
ここで、上記一般式（１）において、置換基Ｒ、Ｒ’、Ｗ、及びＸで示される低級アルキル基とは、それぞれ独立に、炭素数１〜４のアルキル基、具体的には例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基等である。
【００２７】
又、置換基Ｗ及びＸが互いに結合して形成される低級アルキレン基とは、炭素数２〜４のアルキレン基、具体的には例えばエチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基等である。
【００２８】
２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物との反応に溶媒として使用し得る化合物としては、次に、一般式（２）
【化６】
〔式中、Ｑは基−ＳＯ−又は基−ＳＯ2−を示し、Ｙ及びＺはそれぞれ独立に低級アルキル基を示す（但し、Ｙ及びＺは互いに結合して低級アルキレン基を形成し、基−ＳＯ−又は基−ＳＯ2−と共に４〜６員環となっても良い。）。〕で表されるものを挙げることができる。
【００２９】
ここで、一般式（２）において、置換基Ｙ及びＺで示される低級アルキル基とは、それぞれ独立に、炭素数１〜４のアルキル基、具体的には例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基等である。
【００３０】
又、置換基Ｙ及びＺが互いに結合して形成される低級アルキレン基とは、炭素数３〜５のアルキレン基、具体的には例えばトリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基等である。
【００３１】
上記一般式（１）で表される化合物又は一般式（２）で表される化合物の中でも、２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物との反応の溶媒として好ましい化合物としては、例えば１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、１，１，３，３，−テトラメチルウレア、テトラメチレンスルホンやジメチルスルホン等を挙げることができ、これらの化合物は、単独で或いは適宜に混合して使用することができる。
【００３２】
溶媒としての上記化合物の使用量は、反応時の攪拌が可能な量以上あれば差し支えないが、通常は２，４−ジフルオロ安息香酸１モルに対し、０．１〜６１、好ましくは０．３〜３１という範囲を例示することができる。
【００３３】
上記方法による４−フルオロサリチル酸の製造において用いるアルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を例示することができるが、中でも水酸化ナトリウム、水酸化リチウムが好ましい。
【００３４】
尚、アルカリ金属水酸化物の使用量は、２，４−ジフルオロ安息香酸１モルに対し２〜６モル、好ましくは３〜５モルの範囲であれば良い。
【００３５】
上記反応の反応温度としては、溶媒の沸点以下の温度範囲で任意に選択できるが、好ましくは８０〜２００℃、更に好ましくは１００〜１５０℃という範囲を例示することができる。
【００３６】
上記反応の反応時間は、通常２〜１２時間程度であり、又、反応時の圧力は、常圧、加圧、減圧のいずれでも差し支えないが、通常は常圧で行う。
【００３７】
４−フルオロサリチル酸は、反応終了後の反応液から一般的な取り出し方法、例えば反応終了後の反応液を酸析した後、濾過することによって、或いは、溶媒抽出した後に抽出溶媒を濃縮することによって取り出すことができ、又、反応終了時、生成している目的物のアルカリ金属塩を濾過して溶媒と分離した後、これを酸析することによって取り出すこともできる。
【００３８】
得られた４−フルオロサリチル酸は、精製することなく、或いは、アルコール−水混合溶媒などで再結晶することによって精製してから、本発明の第一の方法に従って、３−フルオロフェノールの製造原料とすることが可能であり、本発明の第二の方法は、このように、特定の溶媒中で、２，４−ジフルオロ安息香酸とアルカリ金属水酸化物とを反応させることにより、４−フルオロサリチル酸を得て、得られた、４−フルオロサリチル酸を塩基の存在下に脱炭酸反応させるものである。
【００３９】
尚、４−フルオロサリチル酸の製造原料として用いる２，４−ジフルオロ安息香酸は、例えば入手容易な２，４−ジクロロ安息香酸クロリドとフッ化カリウムとを反応させることにより得られる２，４−ジフルオロ安息香酸フロリドを加水分解する方法等により、容易且つ収率よく製造することができる。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明する。
【００４１】
（４−フルオロサリチル酸の製造）
製造例１
温度計、攪拌機、還流冷却器を備えた１ｌの四径フラスコに、２，４−ジフルオロ安息香酸３１．６ｇ（０．２モル）、粉状の９９％水酸化ナトリウム３２．３ｇ（０．８モル）、及び、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン４００ｍｌを仕込み、１３０℃で４時間攪拌し、反応させた。反応終了後、減圧下で１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを３００ｍｌを回収した後、残りの反応液を、３％塩酸２．５ｌに室温で滴下した。得られた結晶をろ過、水洗、乾燥し、４−フルオロサリチル酸２９．７ｇを得た。単離収率は９５．２％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４２】
製造例２
１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン４００ｍｌの代わりに１−メチル−２−ピロリドン４００ｍｌを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２９．４ｇを得た。単離収率は９４．２％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４３】
製造例３
１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン４００ｍｌの代わりに１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン４００ｍｌを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２６．９ｇを得た。単離収率は８６．２％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４４】
製造例４
１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン４００ｍｌの代わりにジメチルスルホキシド４００ｍｌを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２９．５ｇを得た。単離収率は９４．５％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４５】
製造例５
粉状の９９％水酸化ナトリウム３２．３ｇ（０．８モル）の代わりに、粒状の９５％水酸化ナトリウム３３．７ｇ（０．８モル）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２８．５ｇを得た。単離は収率９１．３％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４６】
製造例６
粉状の９９％水酸化ナトリウム３２．３ｇ（０．８モル）の代わりに、４８％水酸化ナトリウム水溶液６６．７ｇ（０．８モル）を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２６．５ｇを得た。単離収率は８４．９％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４７】
製造例７
粉状の９９％水酸化ナトリウム３２．３ｇ（０．８モル）の代わりに、水酸化リチウム１９．２ｇ（０．８モル）を用いた以外は、実施例２と同様の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２３．９ｇを得た。単離は収率７６．７％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４８】
製造例８
粉状の９９％水酸化ナトリウム３２．３ｇ（０．８モル）の代わりに、水酸化リチウム一水和物３３．６ｇ（０．８モル）を用い、反応温度を１４５℃にした以外は、実施例１と同機の操作を行った。その結果、４−フルオロサリチル酸２４．２ｇを得た。単離収率は７７．５％（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）であった。
【００４９】
製造例９〜１２
溶媒の種類、反応温度、反応時間を変え、実施例１と同様の操作を行って４−フルオロサリチル酸を製造した。反応終了後の反応液を分析した結果を〔表１〕に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
製造例１３
温度計、攪拌機、還流冷却器を備えた１００ｍｌの四径フラスコに２，４−ジフルオロ安息香酸３．１６ｇ（０．０２モル）、４８％水酸化ナトリウム水溶液６．６７ｇ（０．０８モル）、水４０ｍｌを仕込み、加熱還流下で１０時間反応させたが、以下に示す反応終了後の反応液の高速液体クロマトグラフィーによる分析結果（全面積％値）に明らかなように、４−フルオロサリチル酸の生成は少なかった。
２，４−ジフルオロ安息香酸 ８２．１％
２−フルオロ−４−ヒドロキシ安息香酸 １２．６％
４−フルオロサリチル酸 ３．２％
【００５２】
（３−フルオロフェノールの製造）
実施例１
温度計、攪拌機、還流冷却器を備えた５０ｍｌの四径フラスコに４−フルオロサリチル酸３．１２ｇ（０．０２モル）、トリクロロベンゼン４０ｍｌ、キノリン５．１７ｇ（０．０４モル）を仕込み、２１０℃で４時間反応させた。反応終了後、高速液体クロマトグラフィーによる絶対検量線法分析を行ったところ、３−フルオロフェノールが９５．０％生成していた。（４−フルオロサリチル酸基準）。
【００５３】
実施例２〜４
４−フルオロサリチル酸を各々３．１２ｇ（０．０２モル）用い、塩基の種類及び塩基の４−フルオロサリチル酸に対するモル比、溶媒の種類（使用量４０ｍｌ；４−フルオロサリチル酸１モルに対し２ｌとなる割合）、反応温度、反応時間を以下の表２に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして４−フルオロサリチル酸の脱炭酸反応を行ない、３−フルオロフェノールを製造した。反応終了後の反応液の高速液体クロマトグラフィー分析結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
実施例５
製造例１で得られた４−フルオロサリチル酸２９．７ｇ（０．１９モル）を、塩基と溶媒を兼ねるキノリン２００ｇ（１．５５モル）と共に、温度計、攪拌機、還流冷却器を備えた５００ｍｌの四径フラスコに仕込み、２００℃で４時間反応させた。反応終了後、高速液体クロマトグラフィーによる絶対検量線法分析を行ったところ、３−フルオロフェノールが９７．１％生成していた。更に、反応液を氷浴中で冷却し、１０％塩酸水溶液１ｌを加え酸性にした後、酢酸エチル５００ｍｌで抽出した。尚、水層は再度２００ｍｌの酢酸エチルで抽出し、先の酢酸エチル抽出液と合わせた。合わせた酢酸エチル層を１０％塩酸水溶液１００ｍｌで２回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。最後に精留することにより、精製３−フルオロフェノールを１９．１ｇ得た。単離収率は、８５．２％であった（２，４−ジフルオロ安息香酸基準）。
【００５６】
比較例１
４−フルオロサリチル酸３．１２ｇ（０．０２モル）に７５％硫酸２０．０ｇ（０．１５モル）を加え、環流下で１４時間反応させたところ、反応系はタール化した。
【００５７】
【発明の効果】
本発明方法によれば、従来のような特殊な装置や反応条件を必要とせず、危険なフッ化水素酸を用いるバルツ−シーマン反応に拠らないためにフッ素原子の導入に危険がなく、工業的に安全且つ容易に３−フルオロフェノールが製造可能になった。
【００５８】
又、４−フルオロサリチル酸は、工業的に入手容易な２，４−ジフルオロ安息香酸の２位のフッ素原子の選択的なヒドロキシル化により、高収率で工業的にも安全で、工程数も短く容易に製造でき、従って、本発明方法は３−フルオロフェノールの製法として工業的に価値の高い方法である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an industrial process for producing 3-fluorophenol useful as an intermediate for medical and agricultural chemicals and an intermediate for functional materials.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, 3-fluorophenol is (A) a method of diazotizing 3-fluoroaniline and hydrolyzing a diazonium salt in the presence of water [J. Am. Chem. Soc. , Vol. 81, 94 (1959)], (B) a method based on the Balz-Siemann reaction (Chem. Lett., 1994, 1011) utilizing photolysis of 3-aminophenol and hydrofluoric acid HF, (C) 3 -Hydrolysis reaction of bromofluorobenzene with barium hydroxide in the presence of a copper catalyst (German Patent No. 3430554), (D) Hydrolysis reaction of 3-chlorofluorobenzene in the presence of a copper catalyst (JP-A-3-2134) (E), (E) a method of reacting 4-fluorobenzoic acid with oxygen and water in the presence of a copper catalyst (JP-A 61-176543), (F) nitrous oxide in the presence of a zeolite catalyst And the like (JP-A-2-85223) and the like.
[0003]
However, each of the above production methods has the following drawbacks. That is, the method (A) requires a large amount of acid such as sulfuric acid, and in addition, the yield is low, and it is difficult to obtain 3-fluoroaniline as a raw material. The use of dangerous hydrofluoric acid HF for practical use and the Balz-Seaman reaction utilizing photolysis has the disadvantage that special reaction equipment and reaction conditions are required.
[0004]
In addition, since the method (C) is a high-pressure reaction, not only a special reaction apparatus is required, but it is also difficult to obtain 3-bromofluorobenzene as a raw material. The method (D) is a dechlorination reaction. As a result, the yield was low, and it was difficult to obtain the starting material 3-chlorofluorobenzene.
[0005]
The method (E) requires special reaction conditions and the yield is low, and the method (F) requires a reaction at a high temperature close to 400 ° C., and is in the second, third, fourth position. It was pointed out that a mixture of fluorophenols substituted with fluorine was formed, and it was difficult to separate 3-fluorophenol.
[0006]
As described above, any of the conventional methods is unsuitable as a method for producing 3-fluorophenol safely on an industrial scale.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to produce 3-fluorophenol in a simple and high yield from a raw material that is safe and industrially available because it does not employ a dangerous method of introducing fluorine atoms with hydrofluoric acid HF. It is to provide a method that can do this.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides (1) 4-fluorosalicylic acid selected from a solvent-free or aprotic polar solvent, an aromatic hydrocarbon or an aromatic halogenated hydrocarbon in the presence of a base. A method for producing 3-fluorophenol , which comprises decarboxylation reaction in one or more solvents , and (2) a general formula (1)
[Chemical 3]
[Wherein A represents a group —CH 2 — or a group —NR′— (wherein R ′ represents a lower alkyl group), R represents a lower alkyl group, W represents a lower alkyl group, X represents a hydrogen atom or a lower alkyl group when A is a group —CH 2 —, and a lower alkyl group when A is a group —NR′— (W and X are bonded to each other to form a lower alkylene group. And may be a 5- to 7-membered ring together with -N-C-A-). And a compound represented by the general formula (2)
[Formula 4]
[In the formula, Q represents a group —SO— or a group —SO 2 —, and Y and Z each independently represent a lower alkyl group (provided that Y and Z are bonded to each other to form a lower alkylene group, It may be a 4- to 6-membered ring together with —SO— or a group —SO 2 —.) 4-fluorosalicylic acid is produced by reacting 2,4-difluorobenzoic acid with an alkali metal hydroxide using at least one selected from the compounds represented by Provided is a method for producing 3-fluorophenol, which comprises decarboxylation of fluorosalicylic acid in the presence of a base.
[0009]
That is, as a result of intensive studies to solve the problems of the conventional methods, the present inventors surprisingly achieved a high yield by converting 4-fluorosalicylic acid into a decarboxylation reaction in the presence of a base. And 3-fluorophenol is obtained by reacting 2,4-difluorobenzoic acid with an alkali metal hydroxide in a specific aprotic polar solvent. The present invention has been completed by finding that it can be produced by selectively hydroxylating a fluorine atom.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.
[0011]
The first method of the present invention is to produce 3-fluorophenol by heating 4-fluorosalicylic acid in the absence of a solvent or in the presence of a base in the presence of a base.
[0012]
As the base, an organic base or an inorganic base can be used. As the organic base, for example, a tertiary amine (a nitrogen-containing organic base having no [N] -H, which means a tertiary amine in a broad sense). Specifically, pyridines [eg pyridine, 4- (N, N-dimethylamino) pyridine (DMAP) etc.], quinolines (eg quinoline etc.), trialkylamines (eg triethylamine, trioctylamine) ), N, N-dialkylanilines (for example, N, N-dimethylaniline) and the like.
[0013]
The amount of the organic base used is 0.01 to 50 mol, preferably 0.1 to 20 mol, based on 1 mol of 4-fluorosalicylic acid.
[0014]
Further, as the inorganic base, alkali metal and alkaline earth metal hydroxides or carbonates can be used. Specifically, as the alkali metal and alkaline earth metal hydroxide, sodium hydroxide, Examples of potassium hydroxide, calcium hydroxide, and alkali metal and alkaline earth metal carbonates include sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, calcium carbonate, and barium carbonate. it can.
[0015]
The amount of the inorganic base used is 0.01 to 5 mol, preferably 0.1 to 2 mol, based on 1 mol of 4-fluorosalicylic acid.
[0016]
As the base, use of an organic base is preferable, and among them, use of quinoline, trioctylamine or 4- (N, N-dimethylamino) pyridine gives preferable results.
[0017]
In addition, the first method of the present invention can be carried out without a solvent, but when a solvent is used, it is sufficient if it is inert to this reaction, such as not causing a side reaction with 4-fluorosalicylic acid. For example, aprotic polar solvents, such as 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI), N, N-dimethylacetamide (DMAC), tetra Examples of solvents that can be used include methylene sulfone.
[0018]
Aromatic hydrocarbons, aromatic halogenated hydrocarbons, specifically, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene and the like can be exemplified as solvents that can be used.
[0019]
Furthermore, in the first method of the present invention, the organic base described above may be used as a base and a solvent in the above reaction.
[0020]
In addition, as usage-amount of a solvent, the range of 0.3-31 with respect to 1 mol of 4-fluoro salicylic acid, Preferably 0.5-21 can be illustrated.
[0021]
Moreover, reaction temperature is the range of 150-230 degreeC, for example, and reaction time is 1 to 20 hours normally, Preferably it is 2 to 15 hours.
[0022]
Depending on the solvent used in the reaction, 3-fluorophenol produced by the reaction as described above may be, for example, a method of acid-washing the reaction solution and then concentrating or rectifying the separated organic layer, or acidifying the reaction solution. Then, the organic layer obtained by solvent extraction can be taken out by a method of concentrating or rectifying.
[0023]
Incidentally, the decarboxylation of 4-fluorosalicylic acid by the first method of the present invention may be carried out under any conditions of normal pressure, pressurization and reduced pressure.
[0024]
The 4-fluorosalicylic acid used in the method of the present invention can be produced by various methods such as oxidation of 4-fluoro-2-hydroxytoluene (Chem. Abst., Vol. 60, 1638). And reacting 2,4-difluorobenzoic acid with an alkali metal hydroxide using at least one selected from the compound represented by formula (1) and the compound represented by the general formula (2) as a solvent. Is preferred.
[0025]
As a compound that can be used as a solvent in the reaction between 2,4-difluorobenzoic acid and an alkali metal hydroxide, first, the general formula (1)
[Chemical formula 5]
[Wherein A represents a group —CH 2 — or a group —NR′— (wherein R ′ represents a lower alkyl group), R represents a lower alkyl group, W represents a lower alkyl group, X represents a hydrogen atom or a lower alkyl group when A is a group —CH 2 —, and a lower alkyl group when A is a group —NR′— (W and X are bonded to each other to form a lower alkylene group. And may be a 5- to 7-membered ring together with -N-C-A-). ] Can be mentioned.
[0026]
Here, in the general formula (1), the lower alkyl group represented by the substituents R, R ′, W, and X is each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, specifically, for example, methyl Group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group and the like.
[0027]
The lower alkylene group formed by bonding the substituents W and X to each other is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, specifically, for example, an ethylene group, trimethylene group, tetramethylene group or the like.
[0028]
As a compound that can be used as a solvent in the reaction of 2,4-difluorobenzoic acid and an alkali metal hydroxide, the following general formula (2)
[Chemical 6]
[In the formula, Q represents a group —SO— or a group —SO 2 —, and Y and Z each independently represent a lower alkyl group (provided that Y and Z are bonded to each other to form a lower alkylene group, It may be a 4- to 6-membered ring together with —SO— or a group —SO 2 —. ] Can be mentioned.
[0029]
Here, in the general formula (2), the lower alkyl group represented by the substituents Y and Z are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, specifically, for example, a methyl group, an ethyl group, n- A propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and the like.
[0030]
The lower alkylene group formed by bonding the substituents Y and Z to each other is an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms, specifically, for example, a trimethylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, or the like.
[0031]
Among the compound represented by the general formula (1) or the compound represented by the general formula (2), as a preferable compound as a solvent for the reaction between 2,4-difluorobenzoic acid and an alkali metal hydroxide, for example, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2 (1H) -pyrimidinone, dimethyl sulfoxide, N, N- Examples thereof include diethylacetamide, 1,1,3,3-tetramethylurea, tetramethylenesulfone, dimethylsulfone, and the like, and these compounds can be used alone or in an appropriate mixture.
[0032]
The amount of the compound used as a solvent is not limited as long as the amount can be stirred during the reaction, but is usually 0.1 to 61, preferably 0.3, per 1 mol of 2,4-difluorobenzoic acid. A range of ˜31 can be exemplified.
[0033]
Examples of the alkali metal hydroxide used in the production of 4-fluorosalicylic acid by the above method include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like, among which sodium hydroxide and lithium hydroxide are preferable.
[0034]
In addition, the usage-amount of an alkali metal hydroxide should just be the range of 2-6 mol with respect to 1 mol of 2, 4- difluoro benzoic acid, Preferably it is the range of 3-5 mol.
[0035]
The reaction temperature for the above reaction can be arbitrarily selected within the temperature range below the boiling point of the solvent, but preferably ranges from 80 to 200 ° C, more preferably from 100 to 150 ° C.
[0036]
The reaction time for the above reaction is usually about 2 to 12 hours, and the pressure at the time of reaction may be normal pressure, pressurization, or reduced pressure, but it is usually carried out at normal pressure.
[0037]
4-Fluorosalicylic acid can be extracted from a reaction solution after completion of the reaction, for example, by acidifying the reaction solution after completion of the reaction and then filtering or by concentrating the extraction solvent after solvent extraction. At the end of the reaction, the produced alkali metal salt of the target product can be filtered and separated from the solvent, and then removed by acid precipitation.
[0038]
The obtained 4-fluorosalicylic acid is purified without refining or by recrystallization with an alcohol-water mixed solvent or the like, and then, according to the first method of the present invention, Thus, the second method of the present invention thus enables 4-fluorosalicylic acid by reacting 2,4-difluorobenzoic acid with an alkali metal hydroxide in a specific solvent. And the obtained 4-fluorosalicylic acid is decarboxylated in the presence of a base.
[0039]
The 2,4-difluorobenzoic acid used as a raw material for producing 4-fluorosalicylic acid is, for example, 2,4-difluorobenzoic acid obtained by reacting readily available 2,4-dichlorobenzoic acid chloride with potassium fluoride. It can be produced easily and with good yield by a method of hydrolyzing acid fluoride.
[0040]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
[0041]
(Production of 4-fluorosalicylic acid)
Production Example 1
Into a 1 liter 4-diameter flask equipped with a thermometer, a stirrer and a reflux condenser, 31.6 g (0.2 mol) of 2,4-difluorobenzoic acid and 32.3 g (0.8 mol) of powdered 99% sodium hydroxide were added. Mol) and 400 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, and the mixture was stirred at 130 ° C. for 4 hours to be reacted. After completion of the reaction, 300 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone was collected under reduced pressure, and the remaining reaction solution was added dropwise to 2.5 l of 3% hydrochloric acid at room temperature. The obtained crystals were filtered, washed with water, and dried to obtain 29.7 g of 4-fluorosalicylic acid. The isolated yield was 95.2% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0042]
Production Example 2
The same operation as in Example 1 was performed except that 400 ml of 1-methyl-2-pyrrolidone was used instead of 400 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone. As a result, 29.4 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolated yield was 94.2% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0043]
Production Example 3
Similar to Example 1 except that 400 ml of 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2 (1H) -pyrimidinone was used instead of 400 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone. The operation was performed. As a result, 26.9 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolated yield was 86.2% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0044]
Production Example 4
The same operation as in Example 1 was performed except that 400 ml of dimethyl sulfoxide was used instead of 400 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone. As a result, 29.5 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolated yield was 94.5% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0045]
Production Example 5
The same operation as in Example 1 except that 33.7 g (0.8 mol) of granular 95% sodium hydroxide was used instead of 32.3 g (0.8 mol) of powdered 99% sodium hydroxide. Went. As a result, 28.5 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolation was 91.3% (based on 2,4-difluorobenzoic acid).
[0046]
Production Example 6
The same operation as in Example 1 was carried out except that 66.7 g (0.8 mol) of a 48% aqueous sodium hydroxide solution was used instead of 32.3 g (0.8 mol) of powdered 99% sodium hydroxide. went. As a result, 26.5 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolated yield was 84.9% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0047]
Production Example 7
The same operation as in Example 2 was performed except that 19.2 g (0.8 mol) of lithium hydroxide was used instead of 32.3 g (0.8 mol) of powdered 99% sodium hydroxide. As a result, 23.9 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolation was a yield of 76.7% (based on 2,4-difluorobenzoic acid).
[0048]
Production Example 8
Except for using 33.6 g (0.8 mol) of lithium hydroxide monohydrate instead of 32.3 g (0.8 mol) of powdered 99% sodium hydroxide, the reaction temperature was 145 ° C. The same machine as in Example 1 was operated. As a result, 24.2 g of 4-fluorosalicylic acid was obtained. The isolated yield was 77.5% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0049]
Production Examples 9-12
4-Fluorosalicylic acid was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of solvent, reaction temperature, and reaction time were changed. The results of analyzing the reaction solution after completion of the reaction are shown in [Table 1].
[0050]
[Table 1]
[0051]
Production Example 13
In a 100 ml four-diameter flask equipped with a thermometer, stirrer and reflux condenser, 3.16 g (0.02 mol) of 2,4-difluorobenzoic acid, 6.67 g (0.08 mol) of 48% aqueous sodium hydroxide solution, 40 ml of water was charged and reacted for 10 hours under reflux with heating. As is clear from the analysis result (total area% value) of the reaction solution after completion of the reaction shown below, the amount of 4-fluorosalicylic acid was There was little production.
2,4-difluorobenzoic acid 82.1%
2-Fluoro-4-hydroxybenzoic acid 12.6%
4-fluorosalicylic acid 3.2%
[0052]
(Production of 3-fluorophenol)
Example 1
In a 50 ml four-diameter flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a reflux condenser, 3.12 g (0.02 mol) of 4-fluorosalicylic acid, 40 ml of trichlorobenzene, and 5.17 g (0.04 mol) of quinoline were charged at 210 ° C. For 4 hours. After completion of the reaction, an absolute calibration curve analysis was performed by high performance liquid chromatography. As a result, 95.0% of 3-fluorophenol was produced. (4-fluorosalicylic acid standard).
[0053]
Examples 2-4
Using 4.12 g (0.02 mol) of 4-fluorosalicylic acid each, the type of base and the molar ratio of base to 4-fluorosalicylic acid, the type of solvent (amount used: 40 ml; 2 l per 1 mol of 4-fluorosalicylic acid) Proportion), reaction temperature, and reaction time were changed as shown in Table 2 below, and 4-fluorosalicylic acid was decarboxylated in the same manner as in Example 1 to produce 3-fluorophenol. Table 2 shows the results of high performance liquid chromatography analysis of the reaction solution after completion of the reaction.
[0054]
[Table 2]
[0055]
Example 5
29.7 g (0.19 mol) of 4-fluorosalicylic acid obtained in Production Example 1 was mixed with 200 g (1.55 mol) of quinoline serving as a base and a solvent, and 500 ml of a thermometer, a stirrer and a reflux condenser. A 4-diameter flask was charged and reacted at 200 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction, an absolute calibration curve analysis was performed by high performance liquid chromatography. As a result, 97.1% of 3-fluorophenol was produced. Further, the reaction solution was cooled in an ice bath, acidified with 1 l of 10% aqueous hydrochloric acid solution, and extracted with 500 ml of ethyl acetate. The aqueous layer was extracted again with 200 ml of ethyl acetate and combined with the previous ethyl acetate extract. The combined ethyl acetate layers were washed twice with 100 ml of 10% aqueous hydrochloric acid and dried over anhydrous sodium sulfate. Finally, 19.1 g of purified 3-fluorophenol was obtained by rectification. The isolated yield was 85.2% (2,4-difluorobenzoic acid basis).
[0056]
Comparative Example 1
When 20.0 g (0.15 mol) of 75% sulfuric acid was added to 3.12 g (0.02 mol) of 4-fluorosalicylic acid and reacted for 14 hours under reflux, the reaction system was tarred.
[0057]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, special equipment and reaction conditions as in the prior art are not required, and since there is no danger of introduction of fluorine atoms because it does not depend on the Balz-Seaman reaction using dangerous hydrofluoric acid, 3-fluorophenol can be produced safely and easily.
[0058]
In addition, 4-fluorosalicylic acid is industrially easy to obtain and is industrially easily available. Due to the selective hydroxylation of the 2-position fluorine atom of 2,4-difluorobenzoic acid, it is industrially safe in high yield and the number of steps is short. Therefore, the method of the present invention is an industrially valuable method for producing 3-fluorophenol.
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