JP4884982B2 - ビニルシランの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はビニルシランの製造方法に関する。
有機ケイ素化合物は反応試剤として有機合成分野、あるいは高分子分野において有用である。アルキルシラン類である、(トリフルオロメチル)トリメチルシランの合成法は文献に公知である(非特許文献1参照)。一方、アルケンにケイ素基の置換したビニルシラン類は通常のアルケンにない多様な反応性を示す。ビニルシラン類は、求電子試薬との反応、ビニル基へのカルボアニオンの付加、ビニル基の官能基変換等の合成化学的利用法があり、利用価値は高い。
一般式(1)
Figure 0004884982
(式中、Rは炭素数1〜4の含フッ素有機基を表し、A,A,Aはそれぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有してもよい直鎖状若しくは分岐した炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で示されるビニルシランの製造方法に関しては、アセチレン系化合物を少なくとも1個の水素原子を含むシラン化合物と反応させるヒドロシリル化反応により合成する方法が公知である。その製造方法として、UV光照射下で3,3,3−トリフルオロプロピンとトリメチルシランを反応させて(E)−3,3,3−トリフルオロプロペニル−1−トリメチルシラン、(Z)−3,3,3−トリフルオロプロペニル−1−トリメチルシラン、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの混合物、又は(E)−3,3,3−トリフルオロプロペニル−1−トリメチルシラン、1,1,1−トリフルオロ−3,3−ビストリメチルシリルプロパン、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの混合物を合成した例があるのみである(非特許文献2参照)。
当該文献では混合物中の主生成物は共に(E)−3,3,3−トリフルオロプロペニル−1−トリメチルシランである。副生成物として得られる(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの割合は低く、収率は原料である3,3,3−トリフルオロプロピン基準で2.0〜6.3%と極めて低い。さらに混合物を精製して単離するまでには至っていない。ヒドロシリル化反応は異性体との混合物として得られるため収率が低い上に、分離が困難で工業的には利用価値が低いという課題がある。またガス状アセチレン系化合物を取り扱う際は危険性を伴い、使用できる容器の材質にも制限があるといった問題がある。
上記一般式(1)で示されるビニルシラン以外の化合物として、ケイ素上にフェニル基を有するビニルシランである(1−トリフルオロメチルビニル)ジメチルフェニルシランをテトラヒドロフラン溶媒中、2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペンとクロロジメチルフェニルシランからGrignard合成する方法が知られている(非特許文献3)。その手法においては、テトラヒドロフラン溶媒中にマグネシウムとクロロジメチルフェニルシランを加え、−10℃の冷却条件下において8時間で2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペンを滴下している。反応終了後、反応液にリン酸緩衝液(pH7)を加えた後にジエチルエーテルにて抽出し、減圧下(30kPa)で溶媒留去して、残渣をカラムクロマトグラフ法により精製して(1−トリフルオロメチルビニル)ジメチルフェニルシランを得ている。
その手法においては長時間かけて−10℃の冷却条件下で2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペンを滴下している。しかしながら、激しい発熱反応となるために工業スケールで製造した場合は極めて長時間を要し、また温度制御が困難である。さらに引火性が高く爆発性ガスを形成しやすいジエチルエーテルを使用している点、およびカラムクロマトグラフ法により精製を行う点から工業規模での製造において有意ではない。
また反応溶媒は収率よく目的物である上記一般式(1)のビニルシランを生成し、さらに反応生成物との分離が容易なことが望まれる。一般式(1)に示されるビニルシランは、反応溶媒としてテトラヒドロフラン等の低沸点溶媒を使用した場合は反応生成物と溶媒との分離が困難となり望ましくない。
従って、安全かつ容易に、収率良く高選択的に主生成物として一般式(1)で示されるビニルシランが得られる製造方法が望まれていた。
Synlett.,641(1995) J.Chem.Soc.Perkin Trans.1,20,2293(1974) Tetrahedron Lett.,44,707(2003)
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、安全かつ容易に、収率良く高選択的に主生成物として製造することが可能な上記一般式(1)で示されるビニルシランの製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、ビニルハロゲン化合物とハロゲン化ケイ素化合物を非プロトン性溶媒中でアルミニウム存在下に反応させることで一般式(1)に示されるビニルシランを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
(1) 一般式(1)
Figure 0004884982
(式中、Rは炭素数1〜4の含フッ素有機基を表し、A,A,Aはそれぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有してもよい直鎖状若しくは分岐した炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
で示されるビニルシランの製造方法であり、非プロトン性溶媒中、アルミニウム存在下、一般式(2)
Figure 0004884982
(式中、X1はハロゲン原子を表し、Rは前記定義に同じ。)
で示されるビニルハロゲン化合物と、一般式(3)
Figure 0004884982
(式中XはXとは互いに独立し、同一又は異なるハロゲン原子を表し、A,A及びAは前記定義に同じ)
で示されるハロゲン化ケイ素化合物を反応させて、上記一般式(1)で示されるビニルシランを生成することを特徴とするビニルシランの製造方法。
(2) 前記一般式(2)において、X1は臭素原子、Rは炭素数1〜4の含フッ素有機基を表すビニルハロゲン化合物であり、
前記一般式(3)において、A,A及びAはメチル基を表し、Xは塩素原子を表すハロゲン化ケイ素化合物であることを特徴とする前記一般式(1)のRが炭素数1〜4の含フッ素有機基、A,AおよびAがメチル基を表すビニルシランである(1)に記載のビニルシランの製造方法。
(3) 前記一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物が2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペンであり、前記一般式(3)で示されるハロゲン化ケイ素化合物がクロロトリメチルシランであることを特徴とする前記一般式(1)で示される化合物が(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランである(1)又は(2)に記載のビニルシランの製造方法。
(4) 前記非プロトン性溶媒が、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチル−2−ピロリドンおよびN,N−ジメチルホルムアミドからなる群より選ばれる少なくとも1種である(1)ないし(3)のいずれか1項に記載のビニルシランの製造方法。
(5) 反応温度が0〜60℃である(1)ないし(3)のいずれか1項に記載のビニルシランの製造方法。
(6) 反応圧力が0〜0.20MPa(ゲージ圧力)である(1)ないし(3)のいずれか1項に記載のビニルシランの製造方法。
一般式(1)で示されるビニルシランに関しては、従来技術としてアセチレン系化合物のヒドロシリル化が挙げられる。しかしながら、ヒドロシリル化法は異性体との混合物として得られるため収率が低い上に、分離が難しく、工業的には利用価値が低いという課題がある。またガス状アセチレン系化合物を取り扱う際は危険性を伴い、使用できる容器の材質にも制限があるといった問題がある。
従来法と比較して、本発明におけるビニルシランの製造方法は原料をアセチレン系化合物に替えてビニルハロゲン化合物を用いるため、安全かつ容易に、収率良く主生成物としてビニルシランを得ることが可能であり、工業的に利用価値は高い。
以下、本発明を詳細に説明する。本発明は前記一般式(1)に示されたビニルシランの製造方法に関するものであり、非プロトン性溶媒中、アルミニウム存在下、一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物と、一般式(3)で示されるハロゲン化ケイ素化合物を反応させてビニルシランを生成することを特徴とする製造方法である。
前記一般式(1)で示されるビニルシランにおいて、Rで示される炭素数1〜4の含フッ素有機基としては、例えば炭素数1〜2の低級含フッ素有機基であることが好ましく、炭素数1の含フッ素有機基がさらに好ましい。で示される含フッ素有機基の例としては、特に制限するわけではないが、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基等が挙げられる。A,A,Aにおける炭素数1〜4のアルキル基としては、炭素数1〜2の低級アルキル基であることが好ましく、炭素数1がさらに好ましい。アルキル基の例としては、特に制限するわけではないが、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。
前記一般式(1)で示されるビニルシランとしては、例えば(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシラン、(1−ペンタフルオロエチルビニル)トリメチルシラン、[1−(2,2,2−トリフルオロエチル)ビニル]トリメチルシランであることが好ましく、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランがさらに好ましい。
前記一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物において、Rは前記一般式(1)に同じである。また、Xで表されるハロゲン原子は塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、さらに臭素が好ましい。
前記一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物としては、例えば2−クロロ−3,3,3−トリフルオロプロペン、2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン、2−ヨード−3,3,3−トリフルオロプロペンであることが好ましく、2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペンがさらに好ましい。
前記一般式(3)で示されるハロゲン化ケイ素化合物において、X1及びA,A
は前記一般式(1)に同じである。またXで表されるハロゲン原子は塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、さらに塩素が好ましい。
前記一般式(3)で示されるハロゲン化ケイ素化合物としては、例えばクロロトリメチルシラン、ブロモトリメチルシラン、ヨードトリメチルシランであることが好ましく、クロロトリメチルシランがさらに好ましい。
本発明の反応は、アルミニウムもしくはアルミニウムを含有する金属のいずれも使用可能である。通常に市販のアルミニウムを直接用いることができる。アルミニウムの形状としては、粒状品、粉末品のいずれも使用することができるが、有機溶媒への分散性の面から粉末品が好ましい。
本発明の反応は、溶媒として非プロトン性溶媒を用いることが好ましい。非プロトン性溶媒の具体例としてはジメトキシエタン(DME)、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DGM)、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)、テトラヒドロフラン(THF)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)等が挙げられる。中でも反応の収率が高く、また蒸留精製工程において反応生成物と溶媒の蒸留分離が容易である点から、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。これらは単独で使用し得るのみならず、2種類以上を混合して用いることも可能である。
本発明で用いられる試薬はあらゆる慣用の方法に従って導入することができ、ビニルハロゲン化合物とハロゲン化ケイ素化合物を、同時にまたは混合物として、溶媒およびアルミニウムから成る混合物に投入することができる。またビニルハロゲン化合物を溶媒、アルミニウム、ハロゲン化ケイ素化合物から成る三成分の混合物中に投入すること、あるいはハロゲン化ケイ素化合物を溶媒、アルミニウム、ビニルハロゲン化合物から成る三成分の混合物中に投入することも可能である。
本発明で使用する試薬の量は、前記一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物1molに対して前記一般式(3)で示されるハロゲン化ケイ素化合物0.1〜50molであるのが好ましく、さらに好ましくは0.5〜2molである。また前記一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物1molに対してアルミニウムは0.1〜5molであるのが好ましく、さらに好ましくは0.5〜2molである。溶媒量は特に制限するわけではないが、使用するビニルハロゲン化合物1gに対して溶媒1〜100gが好ましく、3〜20gがさらに好ましい。
本発明の反応は窒素、アルゴン等の不活性ガス気流下で行うのが好ましい。反応温度は−20℃〜120℃で可能であるが、0℃〜60℃が好ましい。温度が−20℃未満であると反応速度が遅いため、反応が充分に進行しない傾向があるために好ましくない。また120℃を超えると目的物であるビニルシランの収率が低下して、還元生成物の割合が増加する傾向があるために好ましくない。
反応器は大気開放型の反応器、またはオートクレーブ等の密閉型の反応器のいずれも可能である。反応圧力は大気圧下、または加圧下のいずれも可能であるが、0〜0.20MPa(ゲージ圧力)が好ましい。
反応生成物は直接、または水を加えた後に精製することが可能である。常圧下、または減圧下で蒸留することにより単離および精製することができ、本発明の目的化合物を得ることができる。
実施例
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた500mLフラスコに窒素気流下、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン260mL、アルミニウム6.3g(0.23mol)を加え、クロロトリメチルシラン40g(0.37mol)を添加した。2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン41g(0.23mol)を加え、反応温度30℃で43時間反応した。反応終了後、水100mLを滴下した。単蒸留して(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシラン22gを含む生成物を得た(収率57%)。
5Lオートクレーブに窒素気流下、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン3100mL、アルミニウム77g(2.9mol)を加え、クロロトリメチルシラン310g(2.9mol)を添加した。2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン500g(2.9mol)を加え、反応温度30℃で68時間反応した。反応終了時点での圧力は0.17MPa(ゲージ圧)であった。反応液を単蒸留して(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランを含む生成物374gを得た。19F−NMR内部標準法により定量分析したところ、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランおよび還元生成物である3,3,3−トリフルオロプロペンの収率がそれぞれ59%,12%であった。定量分析の際、内部標準物質として2,2,2−トリフルオロエタノールを添加して分析した。
これを常圧で精密蒸留して、沸点が88℃の(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシラン185gを得た(収率38%)。
H−NMR(CDCl,内部基準TMS)δ0.13(s,9H),5.74(d,1H,J=1.6Hz),6.25(m,1H)
19F−NMR(CDCl,内部基準CFCl)δ−62.3(s,CF
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた100mLフラスコに窒素気流下、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン25mL、アルミニウム0.62g(23mmol)を加え、20℃においてクロロトリメチルシラン2.5g(23mmol)を添加した。2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン4.0g(23mmol)を加えた後、反応温度30℃、42時間反応した。水25mLを加えて反応を停止させた後にトルエン25mLで2回抽出した。本溶液を定量分析したところ、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は59%であった。定量分析の際、内部標準物質として2,2,2−トリフルオロエタノールを添加して分析した。
実施例3において2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン4.0g(23mmol)を加えた後、反応温度50℃、41時間反応した以外は同様な反応を行った。(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は42%であった。
実施例3において2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン4.0g(23mmol)を加えた後、反応温度5℃、120時間反応した以外は同様な反応を行った。(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は50%であった。
実施例3においてアルミニウム1.2g(44mmol)を加えた以外は同様な反応を行った。(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は56%であった。
実施例3においてアルミニウム0.41g(15mmol)を加えた後、反応温度30℃、46時間反応した以外は同様な反応を行った。(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は41%であった。
実施例3において1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン28mL、アルミニウム0.23g(8.6mmol)、クロロトリメチルシラン0.93g(8.6mmol)、2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン1.5g(8.6mmol)を用いた以外は同様な反応を行った。(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は59%であった。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた100mLフラスコに窒素気流下、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)25mL、アルミニウム0.62g(23mmol)を加え、20℃においてクロロトリメチルシラン2.5g(23mmol)を添加した。2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン4.0g(23mmol)を加えた後、反応温度50℃、65時間反応した。水25mLを加えて反応を停止させた後にトルエン25mLで2回抽出した。本溶液を定量分析したところ、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は21%であった。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた100mLフラスコに窒素気流下、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)25mL、アルミニウム0.62g(23mmol)を加え、20℃においてクロロトリメチルシラン2.5g(23mmol)を添加した。2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペン4.0g(23mmol)を加えた後、反応温度50℃、65時間反応した。水25mLを加えて反応を停止させた後にトルエン25mLで2回抽出した。本溶液を定量分析したところ、(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランの19F−NMR内部標準収率は3%であった。
本発明のビニルシランの製造方法は、原料としてビニルハロゲン化合物を用いるため、安全かつ容易に、収率良く主生成物としてビニルシランを得ることが可能であり、工業的に利用価値は高い。

Claims (6)

  1. 一般式(1)
    Figure 0004884982
    (式中、Rは炭素数1〜4の含フッ素有機基を表し、A,A,Aはそれぞれ互いに独立し、同一又は異なって、水素原子又は置換基を有してもよい直鎖状若しくは分岐した炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
    で示されるビニルシランの製造方法であり、非プロトン性溶媒中、アルミニウム存在下、一般式(2)
    Figure 0004884982
    (式中、X1はハロゲン原子を表し、Rは前記定義に同じ。)
    で示されるビニルハロゲン化合物と、
    一般式(3)
    Figure 0004884982
    (式中XはXとは互いに独立し、同一又は異なるハロゲン原子を表し、A,A及びAは前記定義に同じ)
    で示されるハロゲン化ケイ素化合物を反応させて、上記一般式(1)で示されるビニルシランを生成することを特徴とするビニルシランの製造方法。
  2. 前記一般式(2)において、X1は臭素原子、Rは炭素数1〜4の含フッ素有機基を表すビニルハロゲン化合物であり、
    前記一般式(3)において、A,AおよびAはメチル基を表し、Xは塩素原子を表すハロゲン化ケイ素化合物であることを特徴とする前記一般式(1)のRが炭素数1〜4の含フッ素有機基、A,A及びAがメチル基を表すビニルシランである請求項1に記載のビニルシランの製造方法。
  3. 前記一般式(2)で示されるビニルハロゲン化合物が2−ブロモ−3,3,3−トリフルオロプロペンであり、前記一般式(3)で示されるハロゲン化ケイ素化合物がクロロトリメチルシランであることを特徴とする前記一般式(1)で示される化合物が(1−トリフルオロメチルビニル)トリメチルシランである請求項1又は2に記載のビニルシランの製造方法。
  4. 前記非プロトン性溶媒が、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチル−2−ピロリドンおよびN,N−ジメチルホルムアミドからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のビニルシランの製造方法。
  5. 反応温度が0〜60℃である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のビニルシランの製造方法。
  6. 反応圧力が0〜0.20MPa(ゲージ圧力)である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のビニルシランの製造方法。
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