JP5125707B2 - １，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶組成物を構成する液晶化合物の製造中間体として有用な１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトール及び１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレンの効率的な製造方法に関する。

液晶表示素子として、ねじれ構造を有するＴＮ方式やＳＴＮ方式が主に使用されてきた。これらの方式では正の誘電率異方性を有する液晶組成物を使用するため、正の誘電率異方性を有する多くの液晶化合物及び液晶組成物が開発されてきた。しかし上記のねじれ構造を有する表示方式は視野角の狭さや応答速度が遅く動画表示時に残像が残る等の問題があった。このためこれらを改善するために、(1)液晶分子を垂直配向させる方式(VA方式；Vertical Alignment方式)や、(2)基板とほぼ平行する電界を印加して液晶分子を基板と平行な面内で回転させる方式(IPS方式；In-Plane Switching方式)などの表示方式が提案され実用化されている。
上記のねじれ構造を有する表示方式では正の誘電率異方性を有する液晶化合物及び液晶組成物が使用されてきたが、VA方式やIPS方式ではこれに代わり、誘電率が負の液晶化合物及び液晶組成物が重要な役割を占めることとなった。これにより誘電率異方性が負の液晶化合物及び液晶組成物の開発が急務となった。

以上の目的のために、１，７，８−トリフルオロナフタレン−２，６−ジイル基を有する液晶化合物の開発が行われ、幾つかの化合物が開示されている（特許文献１及び２参照）。しかしながら、これらの引用文献に開示された１，７，８−トリフルオロナフタレン−２，６−ジイル基を有する液晶化合物の製造方法は必ずしも効率的ではなく該液晶化合物の応用の障害となっていた。

該液晶化合物製造上の問題を解決するため、該液晶化合物の製造中間体として１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールを用いることが提案されている（特許文献３参照）。更に、この化合物を用いた該液晶化合物を効率的な製造について開示されている。

当該引用文献における１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造においては、７，８−ジフルオロ−２−ナフトールを特殊なフッ素化剤を用いフッ素化し合成している。特殊なフッ素化剤としては、芳香環に求電子的に反応するフッ素化剤を用いており、当該引用文献においてはフルオロピリジニウム塩を用いている。しかし、このフッ素化剤は高価であるだけでなく、次のような問題を有している。すなわち、フルオロピリジニウム塩を用いたフッ素化反応においては、次に示すようにトリフルオロナフトールが更にフッ素化された１，１，７，８−テトラフルオロ−１，２−ジヒドロナフタレン−２−オンが主生成物となるか又は副生成物として生じることが避けられない。

そのため、当該反応を用いたフッ素化においては生じた１，１，７，８−テトラフルオロ−１，２−ジヒドロナフタレン−２−オンを還元によって目的物とする工程が必要となり反応工程が煩雑となっていた。更に、フッ素化剤由来の分解物や、フッ素化剤の種類によっては用いられる塩素系溶媒由来の副反応の発生等の問題があり、１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトール製造の障害となっていた。

また２−ナフトールのフッ素化法としてフッ素ガスを使用する方法も開示されている（特許文献４参照）。当該引用文献における２−ナフトールの製造法においては、フッ素化の対象化合物が６位のみに置換基を有する６−置換−２−ナフトールである点およびフッ素化による生成物である６−置換−１−フルオロ−２−ナフトールが反応溶液に溶解した状態で反応完結時まで系内に存在する点において本発明と異なる。ここで引用文献記載の６−置換−２−ナフトールと比較し本発明の７，８−ジフルオロ−２−ナフトールはフッ素導入位置である１位の近傍に電子吸引性の置換基を有しており１位の電子密度は大きく異なるため反応性も大きく異なる。また引用文献記載の製造法のように生成物が反応溶液に溶解した状態で反応の完結まで系内に存在させると、後述する比較例2および３に示すように上記１，１，７，８−テトラフルオロ−１，２−ジヒドロナフタレン−２−オンの生成や目的物である１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールのフッ素ガスによる分解が起こり、収率が著しく低下してしまう。

以上より、１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの効率的製造方法の開発が望まれていた。

特開２００１−３１５９７号公報 独国特許出願公開第１９５２２１９５号 国際公開２００４／２９０１５号パンフレット 特開２００２−２０１１４５号公報

本願発明が解決しようとする課題は、フルオロピリジニウム塩等の特殊なフッ素化剤を用いることなく、単一工程で純度良く１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールを製造し、さらにエーテル化し１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレン化合物を製造する方法を提供し、併せて１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造方法を提供することである。

本願発明者らは、前述の課題を解決するために種々のフッ素化反応及びその反応条件を検討した結果、ジフルオロナフトール誘導体を低温で特定の溶媒に溶解した状態で、フッ素ガスを反応させ、生成するトリフルオロナフトール誘導体を析出させることにより、ジフルオロナフトール誘導体の１位を選択的にフッ素化できることを見出し本願発明の完成に至った。

本願発明は、(I)

で表される７，８−ジフルオロ−２−ナフトールをプロトン性極性溶媒に溶解し、−１００℃から−２０℃でフッ素ガスを反応させて、生成する式（II）

で表される１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールを析出させることによって該化合物を製造し、エーテル化することによる一般式（III）

（式中、Ｒは炭素原子数１から１０のアルキル基を表す。）で表される１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレン化合物の製造方法を提供し、併せて式（II）で表される化合物の製造方法を提供する。

本発明の製造方法により、フルオロピリジニウム塩等の高価格でフッ素化剤由来の不純物が発生し易いフッ素化剤を用いることなく、工程の短い効率的な１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造が可能となる。本願発明によって製造される１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトール及び１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレン化合物は、トリフルオロナフタレン系液晶化合物の製造中間体の効率的な製造に有用となる。

以下に本発明について詳細に説明する。

本願発明はフッ素ガスを用いてナフトール誘導体をフッ素化することに特徴を有する。フッ素ガスは、単体で用いることもできるが、反応性が高いことから単体で用いるよりも、不活性ガスに希釈して混合気として用いることが好ましい。

不活性ガスとしては、窒素、希ガス等が挙げられる。又、希釈する場合の濃度としては、３０％以下が好ましい。

本願発明においては、フッ素化されたトリフルオロナフトールの溶解性がジフルオロナフトールより低いことを利用し、溶解度の低い反応生成物が析出させることを特徴とする。析出した結晶は副反応の影響を受けにくいことから、フッ素ガスによる副反応が進行せず収率良く目的物を得ることができる。この観点から、プロトン性極性溶媒としては、アルコール系溶媒又はカルボン酸系溶媒を用いることが好ましい。使用するアルコール系溶媒としては種々のものが使用可能であるが、直鎖状又は分岐状の脂肪族アルコールが好ましく、中でも炭素原子数１から４の脂肪族アルコールが好ましく、炭素原子数１から３の直鎖状脂肪族アルコールがより好ましい。カルボン酸系溶媒としては、直鎖状又は分岐状の脂肪族カルボン酸が好ましく、中でも炭素原子数１から５の脂肪族カルボン酸が好ましい。更に、炭素原子数１から３の直鎖状脂肪族アルコールがさらに好ましく、メタノールが特に好ましい。

これらの溶媒は、単独で使用しても混合して用いても良いが、出発物質である７，８−ジフルオロ−２−ナフトールに対する溶解性が低いと反応時間が延びるため好ましくない。又、これら溶媒に対する目的物である１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの溶解度が高すぎると、十分な析出が起こらず副反応の進行を抑えることが困難となるため好ましくない。

フッ素ガスは反応性が高いことから反応は低温で行うことが好ましく、反応温度が−１００℃から−２０℃であることが好ましく、−１００℃から−６０℃であることがより好ましい。

１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールのエーテル化は、塩基性条件下、ハロゲン化アルキルを反応させることが好ましい。使用する塩基としては金属水素化物、金属炭酸塩、金属リン酸塩、金属水酸化物、金属カルボン酸塩、金属アミドおよび金属等を挙げることができ、中でもアルカリ金属水素化物、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アミド、アルカリ金属が好ましく、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属炭酸塩は更に好ましい。アルカリ金属水素化物としては水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムがさらに好ましく、アルカリ金属リン酸塩としてはリン酸三カリウムを、アルカリ金属炭酸塩としては炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムがさらに好ましく、、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウムが特に好ましい。
（応用例）
本願発明で製造される１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレン化合物はトリフルオロナフタレン系液晶化合物の製造中間体として好適に使用できる。

例えば、１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレン化合物の６位をリチオ化した後一般式（IV）

（式中、Ｒ^１は炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基を表し、Ｙは単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２-または−ＣＨ２Ｏ−を表し、Ａはトランス−１,４−シクロヘキシレン基又は１,４−フェニレン基を表し、ｎは０または１を表す。）で表されるシクロヘキシルアセトアルデヒド誘導体を反応させて、一般式（Ｖ）

（式中、Ｘは炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基を表し、Ｒ^１は炭素数１〜１０の飽和または不飽和のアルキル基を表し、Ｙは単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−または−ＣＨ_２Ｏ−を表し、Ａはトランス−１,４−シクロヘキシレン基又は１,４−フェニレン基を表し、ｎは０または１を表す。）で表されるアルコールを得、これを脱水することによって、一般式（ＶＩ）

（式中、Ｘ、Ｒ^１、Ｙ、Ａおよびｎは化合物（Ｖ）に記載のＸ、Ｒ^１、Ｙ、Ａおよびｎと同じ意味を表す。）で表される化合物を得、さらにオレフィン部位を水素添加する製造方法をあげることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。化合物の構造は、核磁気共鳴スペクトル(ＮＭＲ)、質量スペクトル(ＭＳ)等により確認した。

（実施例１）１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造

温度計及び攪拌装置を備えた1000mlの三口反応器を窒素雰囲気下7,8-ジフルオロ-2-ナフトール50gのメタノール350ml溶液を加えた。反応系を液体窒素により-80℃に冷却し、攪拌下100分間フッ素(10％)-窒素（９０％）の混合気を吹き込んだ。混合気の導入を終了した後、冷却を終了する。反応終了後、メタノールを減圧留去し、トルエン250mlを加え溶解し、10％塩酸水溶液250ml、飽和食塩水250ml、水250mlで順に洗浄した。溶媒を減圧留去し1,7,8-トリフルオロ-2-ナフトールの結晶41g（収率75％）を得た。
¹H-NMR (CDCl₃) 5.55 (d, J = 1 Hz, 1 H), 7.18-7.23 (m, 2 H), 7.43-7.48 (m, 2 H)
MS m/z：198 (M⁺, 100)
（比較例１）Ｎ，Ｎ’−ジフルオロ−２，２’−ビピリジニウム塩を用いた１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造

7,8-ジフルオロ-2-ナフトール（26 g）のアセトニトリル（240 ml）溶液に、N,N'-ジフルオロ-2,2'-ビピリジニウムビス（テトラフルオロボラート）（53 g）を加え、3.5時間加熱還流した。反応液を水にあけ、有機層を分取し、水層を酢酸エチルで３回抽出した。有機層を合わせ、飽和食塩水で２回洗浄し、濃縮し、残渣として1,1,7,8-テトラフルオロ-1,2-ジヒドロナフタレン-2-オンの粗生成物を得た。オートクレーブに先の残渣、5%パラジウム-炭素（50%含水、5 g）、シリカゲル（5 g）および酢酸エチル（200 ml）を加え、水素圧下（4 kg/cm²）、室温で４時間攪拌した。反応液をセライトでろ別し、ろ液を濃縮した。残渣をヘキサン／トルエン混合溶媒から再結晶し、1,7,8-トリフルオロ-2-ナフトール（25 g）を淡黄色結晶として得た。
融点 91℃
¹H NMR (CDCl₃)δ 5.0-6.5 (broad, 1 H), 7.14-7.24 (m, 2 H), 7.45-7.55 (m, 2 H)
MS m/z：198 (M⁺, 100)
（比較例２）アセトニトリル溶媒下による１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造
温度計及び攪拌装置を備えた1000mlの三口反応器を窒素雰囲気下7,8-ジフルオロ-2-ナフトール50gのアセトニトリル350ml溶液を加えた。反応系を液体窒素により-20℃に冷却し、攪拌下７時間フッ素(10％)-窒素（９０％）の混合気を吹き込んだ。混合気の導入を終了した後、冷却を終了する。反応終了後、溶媒を減圧留去し、トルエン250mlを加え溶解し、10％塩酸水溶液250ml、飽和食塩水250ml、水250mlで順に洗浄した。溶媒を減圧留去しタール状の生成物を得た。副反応による不純物を除くために水蒸気蒸留を行い、1,7,8-トリフルオロ-2-ナフトールの結晶10.7g（収率19％）を得た。本反応においては、目的物以外に原料である7,8-ジフルオロ-2-ナフトール3g及びテトラフルオロナフトール誘導体1gが回収された
比較例の反応のように、アセトニトリルを溶媒として用いた場合、不純物の生成が多く目的物の収率が悪い上に、副反応が進行し目的物の精製が困難となった。

（比較例３）2,2,3,3-テトラフルオロプロパノール／アセトニトリル混合溶媒下による１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールの製造
温度計及び攪拌装置を備えた1000mlの三口反応器を窒素雰囲気下7,8-ジフルオロ-2-ナフトール50gの2,2,3,3-テトラフルオロプロパノール／アセトニトリル(１：１)混合溶媒400ml溶液を加えた。反応系を液体窒素により-20℃に冷却し、攪拌下２時間フッ素(10％)-窒素（９０％）の混合気を吹き込んだ。混合気の導入を終了した後、冷却を終了する。反応終了後、溶媒を減圧留去し、トルエン250mlを加え溶解し、10％塩酸水溶液250ml、飽和食塩水250ml、水250mlで順に洗浄した。溶媒を減圧留去しタール状の生成物を得た。タール状の反応生成物を水蒸気蒸留し黄色の結晶25gを得た。この結晶はガスクロマトグラフによる分析の結果、目的物である1,7,8-トリフルオロ-2-ナフトール40％、原料である7,8-ジフルオロ-2-ナフトール55％の混合物であった。この結果から、本反応においては反応時間が２時間であるにもかかわらず、原料の半分が分解しており、目的物は約10g程度しか得ることができなかった。

この反応の結果から、アルコール系溶媒を用いても目的物が反応温度において析出しない系では効率的に目的物を得ることはできないことが解る。

（実施例２）１，２，８−トリフルオロ−７−プロポキシナフタレンの製造

環流冷却器、温度計及び攪拌装置を備えた2000mlの三口反応器に1,7,8-トリフルオロ-2-ナフトール 230g、ヨウ化プロピル 256g、炭酸カリウム 241g及びアセトン 800mlを加え窒素雰囲気下とし、3時間環流した。1,7,8-トリフルオロ-2-ナフトールの消失をガスクロマトグラフで確認後、冷却し減圧下溶媒を留去した。残渣にヘキサン500mlを加え溶解し、不溶の塩を濾過した。有機層を500gのシリカゲルカラムにより精製しシリカゲルをヘキサンで洗浄した。減圧下溶媒を留去し、残渣を蒸留(150 ^oC/900 Pa)して、1,2,8-トリフルオロ-7-プロポキシナフタレン 258gを得た。MS m/z：240 (M⁺, 100)
¹H-NMR (CDCl₃) 1.09 (t, J = 7.3 Hz, 3 H), 1.83 (broad sextet, J = 7.0 Hz, 2 H), 4.17 (t, J = 6.6 Hz, 2 H), 7.21 (ddd, J = 12.0, 9.0, 7.1 Hz, 1 H), 7.27 (t, J = 8.3 Hz, 1 H), 7.48-7.53 (m, 1 H), 7.54 (dt, J = 9.0, 1.7 Hz, 1 H)

本願発明によって製造される１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトール及び１，２，８−トリフルオロ−７−アルコキシナフタレンは、トリフルオロナフタレン系液晶化合物の製造中間体の効率的な製造に有用である。

Claims (6)

1. 式(I)
   

   

   で表される７，８−ジフルオロ−２−ナフトールをプロトン性極性溶媒に溶解し、−１００℃から−２０℃でフッ素ガスを反応させて、生成する式（II）
   

   

   で表される１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールを析出させることによって該化合物を製造し、エーテル化することによる一般式（III）
   

   

   （式中、Ｒは炭素原子数１から１０のアルキル基または炭素数２から１０のアルケニル基を表す。）で表される１，７，８−トリフルオロ−２−アルコキシナフタレン化合物の製造方法。
2. 式(I)
   

   

   で表される７，８−ジフルオロ−２−ナフトールをプロトン性極性溶媒に溶解し、−１００℃から−２０℃でフッ素ガスを反応させて、生成する式（II）
   

   

   で表される１，７，８−トリフルオロ−２−ナフトールを析出させることによる該化合物の製造方法。
3. プロトン性極性溶媒としてアルコール系又はカルボン酸系溶媒を用いる請求項１又は２記載の製造方法。
4. フッ素ガスを不活性ガスに希釈して反応を行う請求項１から３の何れかに記載の製造方法。
5. 反応温度が−１００℃から−６０℃である請求項１から４の何れかに記載の製造方法。
6. プロトン性極性溶媒として炭素原子数１から４の脂肪族アルコールを用いる請求項１から５の何れかに記載の製造方法。