JP4147809B2 - ハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農薬、医薬などの製造中間体として有用なハロゲン化芳香族メチルアミン類の新規な製造方法に関する。特に２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミン及び２，３，４，６−テトラフルオロキシリレンジアミンは優れた殺虫作用を有するシクロプロパンカルボン酸エステル類の製造中間体として、有用である。
【０００２】
【従来の技術】
芳香族ニトリルを水素化して芳香族メチルアミン類を製造する方法は数多く知られている。例えば、英国特許８１０５３０号公報、８５２９７２号公報、１１４９２５１号公報にはテレフタロニトリルをアンモニアの存在下で水素化し、キシリレンジアミンを製造する方法が開示されている。しかしながら、このような条件は、２級アミンの副生はある程度防ぐことができるものの、ハロゲン化芳香族メチルアミンのように、アミノ基によるハロゲン原子の求核置換反応が副反応として生じる化合物の製造に対しては適当ではない。
【０００３】
ハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法としては、例えば特公平４−１４０９６号公報にはハロゲン化テレフタロニトリルを無機酸性条件下で水素化触媒の存在下で反応させるハロゲン化キシリレンジアミンの製造方法が記載されている。しかしながら、この方法では、使用する酸が硫酸等の強酸であるため酸性条件下で溶解しやすいニッケル、コバルト等の金属が触媒として使用できず、高価なパラジウムを使用するという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、農薬、医薬などの製造中間体として有用なハロゲン化芳香族メチルアミンを工業的に有利な方法で製造する手段を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、式（１）で表されるハロゲン化芳香族ニトリル類を溶媒中有機酸の存在下で還元することにより、
【化６】
（式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。）式（２）で表されるハロゲン化芳香族メチルアミン類を収率よく製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【化７】
（式中Ｘ及びｍ，ｎは前記定義の通りであり、ａは１以上ｍ以下の整数を表す。）
【０００６】
有機酸を用いることにより、ニッケル、コバルトのような強酸に溶解しやすい金属を触媒として使用することが可能となった。また、本反応により生成するアミン類のアミノ基を有機酸塩とすることにより、アミノ基のニトリル基との付加反応やハロゲンとの置換反応等の副反応の抑制が可能である。
【０００７】
本発明は以下の事項に関する。
【０００８】
［１］式（１）
【化８】
（式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。）で表される、ハロゲン化芳香族ニトリル類を、溶媒中有機酸の存在下で水素化触媒を用いて水素還元することを特徴とする、式（２）
【化９】
（式中Ｘ及びｍ，ｎは前記定義の通りであり、ａは１以上ｍ以下の整数を示す。）で表されるハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【０００９】
［２］上記式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類が、テトラフルオロテレフタロニトリルまたはテトラフルオロイソフタロニトリルであり、式（２）で示されるハロゲン化芳香族メチルアミン類が、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンまたは２，３，４，６−テトラフルオロキシリレンジアミンであることを特徴とする［１］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１０】
［３］溶媒が芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、アルコール類、エーテル類、エステル類及び水から選ばれる少なくとも一種を含む単独または混合溶媒であることを特徴とする［１］または［２］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１１】
［４］溶媒がベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサン、メタノール、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、酢酸エチル及び水から選ばれる少なくとも１種を含む単独または混合溶媒であることを特徴とする［１］または［２］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１２】
［５］溶媒が水及び水と任意の割合では溶解しない有機溶媒との混合溶媒であることを特徴とする［３］または［４］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１３】
［６］水と任意の割合では溶解しない有機溶媒が芳香族炭化水素であることを特徴とする［５］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１４】
［７］芳香族炭化水素がトルエン、キシレン、エチルベンゼンであることを特徴とする［６］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１５】
［８］溶媒が水であることを特徴とする［１］または［２］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１６】
［９］有機酸がギ酸、酢酸及びプロピオン酸から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする［１］乃至［８］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１７】
［１０］触媒が、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、コバルト及び銅から選ばれる少なくとも１種の金属を含むことを特徴とする［１］乃至［９］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１８】
［１１］触媒がスポンジニッケル、またはスポンジコバルトであることを特徴とする［１］乃至［９］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００１９】
［１２］触媒がスポンジニッケルであることを特徴とする［１１］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２０】
［１３］接触が異種金属としてモリブデンを添加したスポンジニッケルであることを特徴とする［１２］に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２１】
［１４］触媒を溶媒中で水素ガスの雰囲気下４０℃以下で前処理した後に使用することを特徴とする［１］乃至［１３］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２２】
［１５］触媒が担持型パラジウムであることを特徴とする［１］乃至［９］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２３】
［１６］溶媒使用量がハロゲン化芳香族ニトリル類に対して１〜２０質量倍であることを特徴とする［１］乃至［１５］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２４】
［１７］有機酸の使用量がハロゲン化芳香族ニトリル類のニトリル基に対して５０〜５００モル％であることを特徴とする［１］乃至［１６］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２５】
［１８］触媒の使用量がハロゲン化芳香族ニトリル類に対して０．０１〜１質量倍であることを特徴とする［１］乃至［１７］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
【００２６】
［１９］水素還元を、反応温度を室温〜１００℃、水素分圧を０．１〜５ＭＰａで行う、［１］乃至［１７］のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
［２０］［１］乃至［１９］のいずれかの製造方法で得られた式（２）
【化１０】
（式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。ａは１以上ｍ以下の整数を示す）で表されるハロゲン化芳香族メチルアミン類。
［２１］式（１）
【化１１】
（式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。）で表されるハロゲン化芳香族ニトリル類から、式（２）
【化１２】
（式中Ｘ及びｍ，ｎは前記定義の通りであり、ａは１以上ｍ以下の整数を示す。）で表されるハロゲン化芳香族メチルアミン類を製造するために用いられる触媒。
【００２７】
【発明の実施の形態】
さらに本発明を詳しく説明する。本発明の原料として用いられるハロゲン化芳香族ニトリル類は市販されており容易に入手可能である。式（１）においてニトリル基及びハロゲンの結合数及び結合位置は限定されない。ハロゲンの種類としては塩素及びフッ素があげられる。
【化１３】
（式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。）
【化１４】
（式中Ｘ及びｍ，ｎは前記定義の通りであり、ａは１以上ｍ以下の整数を表す。）
【００２８】
式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類の具体例としては、例えば、テトラフルオロフタロニトリル、テトラフルオロイソフタロニトリル、テトラフルオロテレフタロニトリル、ペンタフルオロベンゾニトリル、２，３，５，６−テトラフルオロベンゾニトリル、２，３，４，６−テトラフルオロベンゾニトリル、２，３，４，５−テトラフルオロベンゾニトリル、２，４，６−トリフルオロ−５−クロロイソフタロニトリル、テトラクロロフタロニトリル、テトラクロロイソフタロニトリル、テトラクロロテレフタロニトリル等があげられる。
【００２９】
本発明では式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類を、溶媒中有機酸の存在下で水素化触媒を用いて還元することにより、式（２）で示されるハロゲン化芳香族メチルアミン類が得られる。
【化１５】
（式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。ａは１以上ｍ以下の整数を示す）
【００３０】
本発明において使用される有機酸とはカルボン酸類であり、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、クエン酸、グリコール酸、安息香酸等があげられ、特に好ましくはギ酸、酢酸、プロピオン酸である。これらの有機酸は単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して用いても良い。有機酸の使用量は式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類のニトリル基に対して５０〜５００モル％、特に好ましくは１００〜３００モル％である。有機酸は反応開始時に一括して添加しても良いし、反応の進行にあわせて連続的あるいは間欠的に添加しても良い。
【００３１】
本発明において使用される触媒はコバルト、鉄、ニッケル、白金、パラジウムのうち少なくとも１種を含む金属触媒である。触媒は金属そのままでも、担持触媒の形でも使用することができる。担持用の担体としては活性炭、シリカ、アルミナ等が使用できる。好ましい触媒としては例えばスポンジニッケル、スポンジコバルトなどが挙げられる。また、本発明ではニッケルまたはコバルトがニッケルまたはコバルト以外の金属または金属酸化物の存在により改質された、変性スポンジ触媒も用いることができる。例えば、モリブデンにより改質された変性スポンジニッケル触媒が挙げられる。
【００３２】
触媒の使用量は式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類に対して０．０１〜１質量倍、特に好ましくは０．０２〜０．５質量倍である。
【００３３】
触媒を溶媒中で水素ガスの雰囲気下で前処理することで触媒の活性を向上することができる。前処理時の温度は１００℃以下、好ましくは４０℃以下である。圧力は水素分圧で０．１ＭＰａ〜５ＭＰａ、好ましくは０．２ＭＰａ〜３ＭＰａである。
【００３４】
本発明において使用される溶媒は還元反応に影響しない溶媒であれば特に限定されない。例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、エチレングリコールメチルエーテル等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類及び水から選ばれる少なくとも１種を含む単独あるいは混合溶媒である。特に水単独あるいは水と水と任意の割合では溶解しない溶媒との混合溶媒が好ましく使用される。水と任意の割合では溶解しない溶媒とは、少なくともある比率では水と混合したとき２層に分離する溶媒であり、例えば、芳香族炭化水素であるトルエン、キシレン、エチルベンゼン、エステル類として酢酸エチル、酢酸ブチルがあげられる。この様な混合溶媒系は、反応基質の水に対する溶解度が低い場合には有機溶剤によって基質を有機溶剤側に溶解させ、反応速度が速くなる効果が期待できる。また、この時に同時に水を使用することにより生成物のアミン類を有機酸塩として水層に移すことで副反応（アミンとニトリルが反応して高分子化する反応。アミンとハロゲンの置換反応。）を防ぐ効果が期待できる。
【００３５】
溶媒の使用量は特に限定されないが、式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類に対して２〜２０質量倍が望ましい。
【００３６】
本発明における反応温度は室温〜１００℃、好ましくは室温〜６０℃である。圧力は水素分圧で０．１〜５ＭＰａ、好ましくは０．２〜３ＭＰａである。本反応に使用される水素ガスは必ずしも高純度である必要はなく、還元反応に格別の影響を与えない不活性ガスを含有していても良い。
【００３７】
反応形式は特に限定されるものではないが、触媒懸濁流通式、固定床流通式、トリクルヘッド、あるいは回分式等の方法が採用される。
【００３８】
本発明の製造方法により得られた式（２）で示されるハロゲン化芳香族メチルアミン類は反応後の液から触媒を濾過等により分離し、中和後に濃縮、抽出、蒸留等の通常の単離方法を用いて単離することができる。
【００３９】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を説明する。
【００４０】
本実施例の分析で用いたガスクロマトグラフィーの分析条件は下記の通りである。
＜ガスクロマトグラフィー分析条件＞
装置 ヒューレットパッカード社製 ＨＰ６８５０
カラム ＤＢ１７０１ ０．３２ｍｍ×３０ｍ 膜厚０．２５μｍ
キャリアガス Ｈｅ
流量 １．２ｍｌ／min.（コンスタントフロー)スプリット比５０
検出器 FID
ｉｎｊ． ｔｅｍｐ． ３００℃
ｄｅｔ． ｔｅｍｐ． ３００℃
分析温度 １００℃（５min.）−１０℃／ｍｉn.→１５０℃（１０min.）
−１５℃／min.→２８０℃（５min.）
内標 １，４−ブタンジオール
【００４１】
＜実施例１＞
容積１００ｃｃのオートクレーブに水２０ｇ、トルエン１０ｇ、スポンジニッケル触媒２．０ｇ、酢酸３．０ｇ、テトラフルオロテレフタロニトリル４．０ｇを仕込み、窒素置換の後、水素ガスにより充分置換し０．８５ＭＰａ（ゲージ圧力）に加圧した。オートクレーブの攪拌、加熱を開始し、圧力を０．８５Ｍｐａに維持しながら水素供給を続け、４０℃で攪拌を継続した。水素の吸収量をマスフローメーターによりモニターし、水素吸収が停止した時点で反応を終了した。反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は９９％以上であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は８３％であった。
尚、生成物はガスクロマトグラフィー質量分析法により確認した。
【００４２】
＜実施例２＞
トルエンをキシレンに変えた以外は実施例１と同様の操作を行った。反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は９９％以上であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は８０％であった。
【００４３】
＜実施例３＞
容積１００ｃｃのオートクレーブに水３０ｇ、スポンジニッケル触媒２．０ｇ、酢酸３．０ｇ、テトラフルオロテレフタロニトリル４．０ｇを仕込んだ以外は実施例１と同様の操作を行った。反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は９９％以上であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は９０％であった。
【００４４】
＜実施例４＞
容積５００ｃｃのオートクレーブに水２００ｇ、スポンジニッケル触媒１２．５ｇ、酢酸３７．５ｇ、テトラフルオロテレフタロニトリル５０．０ｇを仕込んだ以外は実施例１と同様の操作を行った。反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は９９％以上であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は９５％であった。
反応液に３０重量％の水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨを１２．３に調整した。不溶分をろ別した後、トルエン３０ｇで水層を洗浄した。トルエン層を分離後、水槽を酢酸エチル３００ｇで３回抽出した。酢酸エチル層をあつめて減圧下蒸留し、５ｍｍＨｇで１２０℃の留分としてＴＦＸＤＡ４２．８ｇを得た。回収率は８６．８％であった。
【００４５】
<実施例５>
容積５００ｃｃのオートクレーブに水１００ｃｃ、スポンジニッケル触媒１０．０ｇを仕込み１５℃で水素圧を０．５ＭＰａとした。オートクレーブの攪拌を開始し、温度を１５℃に保って１時間攪拌を続けた。上記オートクレーブにさらに水１００ｃｃ、酢酸３７．５ｇ、テトラフルオロテレフタロニトリル５０．０ｇを仕込み実施例１と同様の操作を行った。反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は９９％以上であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は９４％であった。
実施例４と同様の単離操作を行ったところ、ＴＦＸＤＡ４２．４ｇを得た。回収率は８６．９％であった。
【００４６】
＜実施例６＞
触媒としてモリブデンを添加したスポンジニッケル触媒１２．５ｇを使用した以外は実施例４と同様の操作を行った。
反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は９９％以上であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は９６％であった。
実施例４と同様に単離したところ、ＴＦＸＤＡ４３．４ｇを得た。回収率は８７．０％であった。
【００４７】
＜比較例＞
酢酸の代わりに硫酸３７．５ｇを使用した以外は実施例４と同様の操作を行った。
反応液をガスクロマトグラフィー内部標準法で分析したところ、テトラフルオロテレフタロニトリルの転化率は２３％であり、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンの収率は１２％であった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、式（２）のハロゲン化芳香族メチルアミン類を工業的に有利な方法により、高収率に製造することができる。

Claims (15)

1. 式（１）
   （式中、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を示し、ｍは１〜５の整数を示し、ｎは１〜５の整数を示し、ｍ＋ｎ≦６であり、ｎが２以上の場合はＸはそれぞれ同一であっても異なってもよい。）で表される、ハロゲン化芳香族ニトリル類を、溶媒中有機酸の存在下で、スポンジニッケルまたはスポンジコバルトである水素化触媒を用いて水素還元することを特徴とする、式（２）
   （式中Ｘ及びｍ，ｎは前記定義の通りであり、ａは１以上ｍ以下の整数を示す。）で表されるハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
2. 上記式（１）で示されるハロゲン化芳香族ニトリル類が、テトラフルオロテレフタロニトリルまたはテトラフルオロイソフタロニトリルであり、式（２）で示されるハロゲン化芳香族メチルアミン類が、２，３，５，６−テトラフルオロキシリレンジアミンまたは２，３，４，６−テトラフルオロキシリレンジアミンであることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
3. 溶媒が芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、アルコール類、エーテル類、エステル類及び水から選ばれる少なくとも一種を含む単独または混合溶媒であることを特徴とする請求項１または２に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
4. 溶媒がベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサン、メタノール、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、酢酸エチル及び水から選ばれる少なくとも１種を含む単独または混合溶媒であることを特徴とする請求項１または２に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
5. 溶媒が水及び水と任意の割合では溶解しない有機溶媒との混合溶媒であることを特徴とする請求項３または４に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
6. 水と任意の割合では溶解しない有機溶媒が芳香族炭化水素であることを特徴とする請求項５に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
7. 芳香族炭化水素がトルエン、キシレン、エチルベンゼンであることを特徴とする請求項６に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
8. 溶媒が水であることを特徴とする請求項１または２に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
9. 有機酸がギ酸、酢酸及びプロピオン酸から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
10. 触媒が異種金属としてモリブデンを添加したスポンジニッケルであることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
11. 触媒を溶媒中で水素ガスの雰囲気下４０℃以下で前処理した後に使用することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
12. 溶媒使用量がハロゲン化芳香族ニトリル類に対して１〜２０質量倍であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
13. 有機酸の使用量がハロゲン化芳香族ニトリル類のニトリル基に対して５０〜５００モル％であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
14. 触媒の使用量がハロゲン化芳香族ニトリル類に対して０．０１〜１質量倍であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。
15. 水素還元を、反応温度を室温〜１００℃、水素分圧を０．１〜５ＭＰａで行う、請求項１乃至１４のいずれかに記載のハロゲン化芳香族メチルアミン類の製造方法。