JP4154707B2

JP4154707B2 - ジフルオロジエノン化合物の製造方法

Info

Publication number: JP4154707B2
Application number: JP18531699A
Authority: JP
Inventors: 徳彦米田; 彊福原
Original assignee: 株式会社ジェムコ
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001011674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はジフルオロジエノン化合物の製造方法に関し、詳しくは４，４−ジフルオロシクロヘキサ−２，５−ジエン−１−オン誘導体を電極反応により効率良く製造する方法に関する。本発明の方法で製造されるジフルオロジエノン類は還元することにより、医薬品、農薬、電子材料などの中間体として有用なフルオロフェノール類に容易に誘導することができる。
【０００２】
【従来技術とその課題】
ジフルオロジエノン化合物を電極反応により製造する方法として、フェノールをフッ化水素酸塩(Et₃N-３HF)の存在下で長時間電解することによって4,4-ジフルオロシクロヘキサ-2,5-ジエン-1-オンが得られることが知られている（Meurs et.al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., p972, 28 (1989)）。しかし、その収量は２０％と低く、実用的ではない。しかも、原料の変換率は９０％と高く、原料を回収して再利用することもできず効率的ではない。また、電極反応を長時間連続して行うことは困難であり、工業的に不利であった。
【０００３】
本発明の目的は、電極反応を利用して効率良くジフルオロジエノン化合物を製造できる工業的に有利な製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、（１）一般式(II)で示されるフェノール化合物を、フッ化水素酸と塩基の混合溶液(ＨＦ量４〜６のフッ化水素酸塩)を溶媒として電解し、一般式(Ｉ)で示されるジフルオロジエノン化合物を製造することを特徴とするジフルオロジエノン化合物の製造方法に関する。
【化１】

（式中、Ｒ1〜Ｒ4は各々独立して水素原子、炭素数が1〜１０の直鎖または分岐のアルキル基、カルボキシル基またはこれらの誘導基）
【化２】

（式中、Ｒ1〜Ｒ4は上記に同じ）
【０００５】
本発明の上記製造方法は、好ましくは、（２）フッ化水素酸と塩基の混合溶媒が、以下の一般式(III)、(IV)または(Ｖ)に示される化合物を用いた製造方法である。
(Ｒ5)₃Ｎ−ｎＨＦ (III)
(Ｒ6)₄ＮＦ−ｍＨＦ (IV)
(Ｐry)−ｋＨＦ (V)
（式中、Ｒ5,Ｒ6は炭素数が１〜６のアルキル基を表わし、Ｒ5,Ｒ6は各々同一または異種、Ｐryはピリジン類、ｎ,ｍおよびｋは４〜６）
【０００６】
また、本発明の上記製造方法は、好ましくは、（３）一般式(I)または(II)に示される化合物が、式中のＲ1〜Ｒ4がそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシカルボニル基、シアノ基、ハロゲン、炭素数１〜８のパーフルオロアルキル基を有する化合物を用いた製造方法である。
【０００７】
さらに本発明の上記製造方法は、好ましくは、（４）低電圧による電解後、生成したカップリング化合物を高電圧に切り替えて電解することにより単量化し、ジフルオロ体を生成させる製造方法、（５）高電圧による電解によって、カップリング化合物の生成を抑制してジフルオロ体を生成させる製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の製造方法は、出発原料として一般式(II)によって示されるフェノール化合物を用いる。
【化５】

このフェノール化合物は、式中、Ｒ1〜Ｒ4は各々独立して水素原子、炭素数が1〜７の直鎖または分岐のアルキル基、カルボキシル基またはこれらの誘導基からなるものであるが、好ましくは、式中のＲ1〜Ｒ4がそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシカルボニル基、シアノ基、ハロゲン、炭素数１〜８のパーフルオロアルキル基を有する化合物が適当である。
【０００９】
このフェノール化合物をフッ化水素酸と塩基の混合溶液(ＨＦ量４〜６のフッ化水素酸塩)を溶媒として電解することによって一般式(Ｉ)によって示されるジフルオロジエノン化合物を得る。
【化２】

（式中、Ｒ1〜Ｒ4は上記に同じ）
【００１０】
本発明において用いる上記混合溶媒( フッ化水素酸塩 ) は、次式に示すように、ＨＦ量が４ , ５または６のフッ化水素酸塩であり、具体的には、例えば、一般式(III)、(IV)または(Ｖ)に示される化合物である。
(Ｒ５)₃Ｎ−ｎＨＦ (III)
(Ｒ６)₄ＮＦ−ｍＨＦ (IＶ)
(Ｐry)−ｋＨＦ (Ｖ)
（式中、Ｒ５,Ｒ６は炭素数が１〜６のアルキル基を表わし、Ｒ５,Ｒ６は各々同一または異種、Ｐryはピリジン類、ｎ,ｍおよびｋは４〜６）
【００１１】
この混合溶媒はフッ素化のためのフッ素源としての役割と、電極反応における支持電解質としての役割を併せ持つ。一般式(III)で示される化合物の具体例としては、Ｍｅ₃Ｎ-４ＨＦ、Ｍｅ₃Ｎ-５ＨＦ、Ｍｅ₃Ｎ-６ＨＦ、Ｍｅ₃Ｎ-７ＨＦ、Ｅｔ₃Ｎ-４ＨＦ、Ｅｔ₃Ｎ-５ＨＦ、Ｅｔ₃Ｎ-６ＨＦ、Ｅｔ₃Ｎ-７ＨＦ、Ｐｒ₃Ｎ-４ＨＦ、Ｐｒ₃Ｎ-５ＨＦ、Ｐｒ₃Ｎ-６ＨＦ、Ｐｒ₃Ｎ-７ＨＦ、(ｉ-Ｐｒ)₃Ｎ-４ＨＦ、(ｉ-Ｐｒ)₃Ｎ-５ＨＦ、(ｉ-Ｐｒ)₃Ｎ-６ＨＦ、(ｉ-Ｐｒ)₃Ｎ-７ＨＦ、Ｂｕ₃Ｎ-４ＨＦ、Ｂｕ₃Ｎ-５ＨＦ、Ｂｕ₃Ｎ-６ＨＦ、Ｂｕ₃Ｎ-７ＨＦ、(ｔ-Ｂｕ)₃Ｎ-４ＨＦ、(ｔ-Ｂｕ)₃Ｎ-５ＨＦ、(ｔ-Ｂｕ)₃Ｎ-６ＨＦ、(ｔ-Ｂｕ)₃Ｎ-７ＨＦなどが挙げられる。これらのうち好ましくはｎが５または６の化合物であり、さらに好ましくはｎが５の化合物である。
【００１２】
また、一般式(IV)で示される化合物の具体例としては、Ｍｅ₄ＮＦ−４ＨＦ、Ｍｅ₄ＮＦ−５ＨＦ、Ｍｅ₄ＮＦ−６ＨＦ、Ｍｅ₄ＮＦ−７ＨＦ、Ｅｔ₄ＮＦ−４ＨＦ、Ｅｔ₄ＮＦ−５ＨＦ、Ｅｔ₄ＮＦ−６ＨＦ、Ｅｔ₄ＮＦ−７ＨＦ、Ｐｒ₄ＮＦ−４ＨＦ、Ｐｒ₄ＮＦ−５ＨＦ、Ｐｒ₄ＮＦ−６ＨＦ、Ｐｒ₄ＮＦ−７ＨＦ、(ｉ−Ｐｒ)₄ＮＦ−４ＨＦ、(ｉ−Ｐｒ)₄ＮＦ−５ＨＦ、(ｉ−Ｐｒ)₄ＮＦ−６ＨＦ、(ｉ−Ｐｒ)₄ＮＦ−７ＨＦ、Ｂｕ₄ＮＦ−４ＨＦ、Ｂｕ₄ＮＦ−５ＨＦ、Ｂｕ₄ＮＦ−６ＨＦ、Ｂｕ₄ＮＦ−７ＨＦ、(ｔ−Ｂｕ)₄ＮＦ−４ＨＦ、(ｔ−Ｂｕ)₄ＮＦ−５ＨＦ、(ｔ−Ｂｕ)₄ＮＦ−６ＨＦ、(ｔ−Ｂｕ)₄ＮＦ−７ＨＦなどが挙げられ、これらのうち好ましくはｍが５または６の化合物であり、さらに好ましくはｍが５の化合物である。
【００１３】
一般式(Ｖ)で示されるピリジン類のフッ化水素酸塩としては、例えばピリジン−４〜６ＨＦ、（α、βまたはγ）ピコリン−４〜６ＨＦなどが挙げられる。
【００１４】
電極反応は上記混合溶媒と共に他の一般的な溶媒の共存下で行なうと良い。一般的な溶媒を併用することにより生成物が電極表面に付着して不動態化する現象等を抑制することができる。この溶媒としては、原料、生成物、及び添加剤等に不活性で、かつ原料および添加剤を十分に溶解するものであれば特に制限されないが、例えばジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの炭酸エステル、酢酸エチルなどのエステル類、スルホランなどの非プロトン性極性溶媒などが使用可能である。
【００１５】
本発明の製造方法において、電極反応(電解)は定電位反応でも定電流反応のいずれでも良い。電流密度は１０〜１００mA/cm²が好ましい。電解装置としては、陽極と陰極を同一セル内に設けた一室型電解槽、陽極及び陰極を異なるセル内に配設し陽極側に原料を導入する二室型電解槽のいずれもが適用可能である。電極材料も限定されず、通常用いられる白金、炭素、鉛などが使用できる。また、定電位電解の参照電極としてＡｇ/Ａｇ⁺などを利用することができる。
【００１６】
反応温度としては−４５〜１００℃が適当であり、−１０〜５０℃が好ましい。また、基質の濃度としては、０.０１〜０.５モル／Ｌ、好ましくは０.０５〜０.１モル／Ｌの範囲である。上記範囲より濃度が低いと反応に時間がかかり、濃度が高いとカップリングなどの副反応が起こり、極板が不動態化し易い。
上記混合溶媒の使用量は、２モル／Ｌ以上で、これより濃度が低いと反応が遅くなる。
【００１７】
また、定電位電解として周期的に電極極性を切り替えながら行なうこともできる。この方法によれば電極表面の不動態被膜の付着を抑制することができ、長時間、安定して電極反応を行なうことができる。切り替え周期は２〜３０秒が適当である。
【００１８】
本発明の製造方法は、低電圧(低電位)によって電解を行った後、生成したカップリング化合物を高電圧(高電位)に切り替えて電解することにより単量化し、目的のジフルオロ体を得ることができる。また、高電圧による電解を行うことによって、カップリング化合物の生成を抑制し、効率良く一段階で目的のジフルオロ体を生成させることができる。
【００１９】
具体的には、一般式(II)の原料化合物を上記混合溶媒と共に、当初から１.９〜２.３Ｖの高電位で電解を行うと、図１の反応経路Ａに示すように、カップリング化合物が殆ど生成せずに一段階で目的のジフルオロジエノン化合物が高収率で得られる。なお、通電量は原料１モルに対して３〜８Ｆが適当であり、好ましくは３.５〜７.５Ｆの範囲が良い。通電量が上記範囲より少ないと反応が十分に進行せず、また多すぎても収率向上の効果はない。
【００２０】
反応経路Ａでは、シクロヘキサンジエニルカチオンを経由してモノフルオロ化合物(a)が生成し、これがジフルオロ化合物(Ｉ)に変換される。なお、高電位による電解では、経路Ａの反応の他に経路Ｂの反応もみられるが、両者の反応生成物量(経路Ａ：経路Ｂ)は約４：１(モル比)であり、従って、高電位による電解反応は主に経路Ａに従った反応である。
【００２１】
経路Ａの反応について、一例として、２,６-ジ-ｔ-ブチルフェノールを５フッ化水素酸塩(EtN₃-5HF)と共に、電位２.１Ｖで電解した場合の通電量に対する生成化合物の組成をガスクロマトグラフィにより測定した結果を図２のグラフに示す(実施例１参照)。このグラフに示すように、原料化合物(1)は約４F/mol程度の通電量でほぼ消費され、反応の進行に伴い目的生成物(2)である２,６-ジ-ｔ-ブチル-４,４-ジフルオロシクロヘキサ-２,５-ジエン-１-オンの生成量が次第に増加し、最終的に約８０モル％で生成する。一方、モノフルオロ化合物(3)は約２F/mol程度の通電量で生成量がピークとなり(約３０モル％)、またジフェノキノン化合物(4)の生成量は少なく、約２.７F/mol程度の通電量で生成量がピークとなり(約１０モル％)、その後、これらは何れも目的生成物(2)の増加に伴って減少しており、該化合物(2)に順次変換されたことが分かる。
【００２２】
一方、一般式(II)の原料化合物を上記混合溶媒と共に、０.８〜０.９５Ｖの低電位で電解すると、図１の反応経路Ｂに示すように、一電子酸化を生じてカップリング化合物が生成する。これを更に１.９Ｖ程度の高電位に切り替えて電解すると、カップリングの結合が切断して単量化され、ジフルオロセミキノン体が得られる。具体的には、反応経路Ｂでは、低電位電解によって４位に置換基を持たないフェノール化合物が一電子酸化を生じてカップリングし、ジヒドロキノン化合物(b1)を経て４，４'−ジフェノキノン化合物(b2)が生成する。この二量体化合物が高電位反応によって、その１-１'間の結合が切断されて単量化し、目的のジフルオロ化合物(Ｉ)に変換される。
この経路Ｂの２段階反応においては、低電位による反応が終了した後に電位を上げ高電位とするワンポット的な反応とすることができ、また中間生成物をそれぞれ単離して２段階の電極反応を個別に行なってもよい。
【００２３】
電極反応が終了した後は、公知の抽出法や蒸留法により生成物を単離精製することができる。この場合、使用した反応溶媒と相分離する溶媒であって、目的生成物を優先的に溶解するものを反応槽に共存させることにより、該生成物を抽出除去しながら電極反応を行なうことが可能である。このような溶媒としてはペンタン、ヘキサン、石油エーテルなどのアルカン類や、パーフルオロトリブチルアミンなどのフッ素系不活性液体などが挙げられる。この方法を利用すれば、反応で消費されるフッ素源を供給しながら反応を行なうことにより、連続的に目的物の製造が可能となり、工業的に有利である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に示す。なお、これらの例は本発明を限定するものではない。
【００２５】
実施例１
フッ素樹脂製セル(容量30ml)に、トリエチルアミン５フッ化水素酸塩(Ｅｔ₃Ｎ−５ＨＦ)を６.０ｇ含む炭酸ジメチル溶液６mlを入れ、そこに、原料化合物(基質)として２,６−ジ−ｔ−ブチルフェノール２ミリモル(mmol)を２回に分けて加えた。セルの電極として白金電極(20mm×20mm)を用い、参照電極(Ag/Ag⁺)に対して陽極と陰極を１２秒ごとに切り替える定電位交流パルス電解法により、温度２０℃、電位２.１Ｖ、通電量５.１F/mol(基質)の条件で電解反応を行なった。
電解反応中、各通電量に対する反応液中化合物の組成をガスクロマトグラフィにより測定した。その結果を図２に示す。図２のグラフにおいて、 (1)は基質、(2)は目的のジフルオロジエノン化合物、(3)はモノフルオロ化合物、(4)は二量体化合物である。
反応終了後、反応液に氷水を加え、ジエチルエーテルで抽出し、飽和食塩水で洗浄、乾燥し、カラムクロマトグラフィーにより単離することにより、目的生成物である２，６−ジ−ｔ−ブチル−４，４−ジフルオロシクロヘキサ−２，５−ジエン−１−オンの生成を確認した。この化合物はカラムクロマトによる精製が困難であったため、室温下、塩酸溶液中で３時間、亜鉛還元してモノフルオロフェノールとしてその収率を求めたところ原料に対して８２％であった。
【００２６】
実施例２
表１に示す基質、フッ化水素酸塩溶媒、電位及び通電量の条件に従い、各々実施例１と同様に電極反応を行なった。なお、溶媒としてフッ化水素酸塩と共に(ＭｅＯ)₂ＣＯを用いた。生成したジフルオロ体の収率をモノフルオロ体に転換して求めた結果を表１にまとめて示した。一方、本発明のフッ化水素酸塩を用いないものを比較例(No.8)として示した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
実施例３
支持電解液(フッ化水素酸塩)としてＨＦ量を３〜７に変化させたものを用い、また電圧を１.９Ｖとし、共存溶媒としてジクロロメタンを加え、表２に示す通電量の条件下、実施例１と同様にして電極反応を行なった。生成物の収率を表２に示した。この結果から明らかなように、ＨＦ量が４〜６のものを用いた場合に収率がよく、特にＨＦ量が５〜６のものが優れていることが分かる。
【００２９】
【表２】

【００３０】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、電極反応を利用して効率よく一般式(Ｉ)で示されるジフルオロジエノン化合物を製造することができる。また反応条件を選択することにより連続的に目的物の製造が可能となり、工業的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反応経路を示す説明図
【図２】実施例１において、通電量に対する反応液中の化合物の組成比を示すグラフ。

Claims

一般式(II)で示されるフェノール化合物を、フッ化水素酸と塩基の混合溶液(ＨＦ量４〜６のフッ化水素酸塩)を溶媒として電解し、一般式(Ｉ)で示されるジフルオロジエノン化合物を製造することを特徴とするジフルオロジエノン化合物の製造方法。

（式中、Ｒ1〜Ｒ4は各々独立して水素原子、炭素数が1〜１０の直鎖または分岐のアルキル基、カルボキシル基またはこれらの誘導基）

（式中、Ｒ1〜Ｒ4は上記に同じ）
フッ化水素酸と塩基の混合溶媒が、以下の一般式(III)、(IＶ)または(Ｖ)に示される化合物である請求項１に記載するジフルオロジエノン化合物の製造方法。
(Ｒ５)₃Ｎ−ｎＨＦ (III)
(Ｒ６)₄ＮＦ−ｍＨＦ (IＶ)
(Ｐry)−ｋＨＦ (Ｖ)
（式中、Ｒ５,Ｒ６は炭素数が１〜６のアルキル基を表わし、Ｒ５,Ｒ６は各々同一または異種、Ｐryはピリジン類、ｎ,ｍおよびｋは４〜６）
一般式(I)または(II)に示される化合物が、式中のＲ1〜Ｒ4がそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数３〜７のシクロアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシカルボニル基、シアノ基、ハロゲン、炭素数１〜８のパーフルオロアルキル基を有する化合物である請求項１または２に記載するジフルオロジエノン化合物の製造方法。
低電圧による電解後、生成したカップリング化合物を高電圧に切り替えて電解することにより単量化し、ジフルオロ体を生成させる請求項１,２または３のいずれかに記載するジフルオロジエノン化合物の製造方法。
高電圧による電解によって、カップリング化合物の生成を抑制してジフルオロ体を生成させる請求項１,２または３のいずれかに記載するジフルオロジエノン化合物の製造方法。