JP5242873B2 - フッ化アルキルアミン化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２で表されるフッ化アルキルアミン化合物の製造方法に関する。
背景技術
Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２で表されるフッ化アルキルアミン化合物は、各種有機化合物の合成原料として有用な化合物である。特に、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２は、医農薬の合成中間体等として重要な化合物である。
Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３とを反応させて、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２を製造する方法としては、（１）無水のＮ−メチルピロリドンや無水のグリコール等の不活性溶媒の存在下で、ＣＦ３ＣＨ２Ｘに対して１〜３倍モルのＮＨ３を反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２とする方法（ＵＳＰ４６１８７１８号）、（２）ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌと濃アンモニア水とを反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２とする際に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して１〜３倍モルのＮＨ３を用いる方法（ＵＳＰ２３４８３２１号）、（３）ＣＦ３ＣＨ２ＣｌまたはＣＦ３ＣＨ２Ｂｒと濃アンモニア水とを反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２とする際に、ＣＦ３ＣＨ２ＣｌまたはＣＦ３ＣＨ２Ｂｒに対して６．５倍モルのＮＨ３を用いる方法（Ｄｉｃｋｅｙ ｅｔ ａｌ，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ，Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．４８，２０９，１９５６）等が知られている。
しかし（１）の方法では、工業的に不利な高い反応圧力（７〜１１ＭＰａ）で反応を実施しており、圧力を下げるとＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の収率が下がることが記載されている。また（１）の方法にならって実施した場合、生成したＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の一部と、副生するＨＸとが反応してハロゲン化物塩（ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２・ＨＸ）を形成し、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の収率が低くなる（７０〜８７％程度）問題が認められた。また、生成したＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２・ＨＸをＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２に変換して回収するためには、アルカリ水溶液を添加し、有機溶媒により抽出を行った後、蒸留精製する必要があり、実工程数が多く煩雑になる問題があった。さらに生成したＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の一部がＣＦ３ＣＨ２Ｘと反応して（ＣＦ３ＣＨ２）２ＮＨで表される第二アミン化合物や（ＣＦ３ＣＨ２）３Ｎで表される第三アミン化合物が生成し、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の収率が低くなる問題もあった。
また、（２）や（３）の方法においては、有機溶媒は用いられず、濃アンモニア水を反応溶媒としている。濃アンモニア水にはＣＦ３ＣＨ２Ｘが溶解しにくいため、ＮＨ３との反応性が低下し、収率が低くなる問題が認められた。さらに、（２）や（３）の方法を実施する場合には、反応器が腐食する問題があり、ハステロイ等の耐食性の材質からなる高価な反応器を使用する必要があった。
発明の開示
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸ（ただし、Ｘは、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を示し、ｎおよびｍは、それぞれ独立して１以上の整数を示す。）で表される化合物とＮＨ３とを反応させてＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２（ｎおよびｍは、前記と同じ意味を示す。）で表される化合物を製造する方法において、アルカンジオールを必須成分とする反応溶媒の存在下に反応を行うことを特徴とするフッ化アルキルアミン化合物の製造方法を提供する。
発明を開示するための最良の形態
本発明におけるＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸにおいて、Ｘは入手しやすさや反応性等の点から塩素原子が好ましい。また、ｎは１〜１６が好ましく、１〜８が特に好ましく、１がとりわけ好ましい。ｍは１〜１０が好ましく、１〜５が特に好ましく、１がとりわけ好ましい。Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸの具体例としては、つぎの化合物が挙げられる。
ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌ、ＣＦ３ＣＨ２Ｂｒ、ＣＦ３ＣＨ２Ｉ、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｃｌ、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｂｒ、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｉ、Ｆ（ＣＦ２）３ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）４ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）５ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）６ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）７ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）８ＣＨ２Ｃｌ。
ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｃｌ、ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｂｒ、ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｉ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｃｌ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｂｒ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｉ、Ｆ（ＣＦ２）３（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）２Ｃｌ。
ＣＦ３（ＣＨ２）３Ｃｌ、ＣＦ３（ＣＨ２）３Ｂｒ、ＣＦ３（ＣＨ２）３Ｉ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３Ｃｌ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３Ｂｒ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３Ｉ、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）３Ｃｌ。
本発明においては、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３とを反応させ際に、アルカンジオールを必須とする溶媒を用いる。アルカンジオールとしては、取り扱いの容易さと溶媒の物性の理由から炭素数２〜１０のアルカンジオールが好ましい。さらに該アルカンジオールとしては、オクタン−１，８−ジオール、プロピレングリコール、エチレングリコールが好ましく、さらに、本発明の効果が顕著に認められることから、プロピレングリコールまたはエチレングリコールが特に好ましい。
さらに反応溶媒としては、実質的にアルカンジオールのみからなるか、アルカンジオールと水のみからなるのが好ましく、プロピレングリコールおよびエチレングリコールから選ばれる１種以上のみからなる反応溶媒、または、プロピレングリコールおよびエチレングリコールから選ばれる１種以上と水のみからなる反応溶媒が特に好ましく、プロピレングリコールおよびエチレングリコールから選ばれる１種以上のみからなる反応溶媒がとりわけ好ましい。溶媒中に水が存在する場合には、アルカンジオールの総量が、水に対して１質量％以上であるのが好ましく、１０質量％以上であるのが特に好ましい。
アルカンジオールは、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸの溶解度と、ＮＨ３とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとの反応性を上げる作用を有するものと考えられる。そして、反応溶媒中のアルカンジオールの割合が多くなると、フッ化アルキルアミン化合物の収率が顕著に高くなる効果がある。また、アルカンジオールを用いることにより、反応圧力を低くしても、高収率でＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２が生成する。さらにアルカンジオールを用いることにより、反応器の腐食が防止できる。
反応溶媒の量は、多すぎると反応容器の容積効率が悪くなり生産性が低下する欠点がある。一方、反応溶媒の量が少なすぎると反応溶媒中にＮＨ３とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとが充分に溶解せず、工業的に不利な高い反応圧力になるおそれがある。したがって、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸに対する反応溶媒の量は０．５〜５０倍質量が好ましく、１〜２０倍質量が特に好ましい。
本発明においては、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３とを反応させる際に、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸに対して４倍モル以上のＮＨ３を用いるのが好ましい。これは、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３との反応における副生成物（ＨＸ）であるＨＸは、さらにＮＨ３と反応してＮＨ４Ｘを生成させうるが、ＮＨ３の量が少ない場合には、ＨＸはＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２とも反応してＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸを生成させる。しかし、ＮＨ３の量を特定の量以上にすることで、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸの生成量が顕著に少なくなる。これは、過剰に存在するＮＨ３が、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸをＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２に変換する作用を有するためであると考えられる。
一方、ＮＨ３の使用量が多すぎると、反応圧力が高くなる、未反応のＮＨ３が残存する、操作性および経済性が低下する、等の問題が起こるおそれがある。以上のことから、ＮＨ３の量は、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸに対して４〜１０倍モルが特に好ましく、とりわけ４〜６倍モルが好ましい。
また、ＮＨ３を過剰に存在させると、ＮＨ３は第二アミン化合物や第三アミン化合物が生成する副反応をも抑制すると考えられる。さらに、反応溶媒として用いるアルカンジオールは、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３との反応を優先させ、該副反応を抑制すると考えられる。
本発明の反応において、反応温度は３０〜２５０℃が好ましく、１５０〜２５０℃が特に好ましく、１７０〜２１０℃がとりわけ好ましい。反応温度は一定である必要はなく、必要に応じて変更するのが好ましい。
また、反応圧力は、反応溶媒とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸの導入比により、適宜変更するのが好ましい。通常は、０．５〜１０ＭＰａ（ゲージ圧。以下、特に記載しない限りゲージ圧で示す。）が好ましく、０．５〜５ＭＰａが特に好ましく、１〜５ＭＰａがとりわけ好ましく、１〜３ＭＰａが最も好ましい。反応溶媒が多いと反応圧力が低下し、少ないと反応圧力が上昇する。また、反応圧力が高すぎると、操作性や設備投資の点で不利であり、低すぎると充分な反応速度が得られないおそれがある。本発明においては、アルカンジオールを溶媒に用いることによって、低い圧力であっても生成物を収率よく得ることができる。
本発明の反応ではＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２で表されるフッ化アルキルアミン化合物が生成する。該化合物中のｎおよびｍは、原料におけるｎおよびｍと同一である。フッ化アルキルアミン化合物の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）３ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）５ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）７ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＮＨ２。
ＣＦ３（ＣＨ２）２ＮＨ２、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）３（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）２ＮＨ２。
ＣＦ３（ＣＨ２）３ＮＨ２、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）３（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）３ＮＨ２。
本発明の反応を行う際には、反応溶媒、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸ、およびＮＨ３を、バッチ方式または連続方式で反応容器内に導入し、反応系中の化合物を反応溶媒中に溶解させて行うのが好ましい。ＮＨ３とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸを導入する時期については特に限定されず、反応前にあらかじめ全量を一括で仕込む方法、反応中に連続的に供給する方法、反応中に分割して供給する方法等が挙げられる。
また、反応の開始段階には少量のＮＨ３量で反応を行い、反応の最終段階でＮＨ３を多く供給して反応を行ってもよい。ここで、反応の開始段階で用いるＮＨ３量が少ないと（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸが生成しうるが、その場合にも反応の最終段階においてＮＨ３を多量に供給することにより、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸの生成量を減少させ、目的化合物の収率を多くできる。
本発明の反応は、反応率および選択率が高いことから、反応により得られるフッ化アルキルアミン化合物を含む反応粗生成物は、簡単な精製操作で高純度のフッ化アルキルアミン化合物とすることができる。たとえば、反応粗生成物をそのまま蒸留精製することで、高純度のＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２が回収できる。蒸留する際には、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２がＮＨ３に同伴して排出されることによって回収率が低下するのを防ぐため、コンデンサ温度をＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２の沸点より１０℃以上低く保つのが好ましい。また、蒸留時の圧力は、０．１ＭＰａ（絶対圧）以上とすることが好ましい。
フッ化アルキルアミン化合物は、各種有機化合物の合成原料として有用な化合物である。たとえば、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２は、骨粗鬆症や癌等の治療薬の合成中間体として、また農薬の合成中間体等として重要な化合物である。
実施例
以下に本発明の具体的態様を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。また、生成物の分析はガスクロマトグラフィ（ＧＣ）および１９Ｆ−ＮＭＲにより行い、表１中の成分比はモル％への換算値である。また、表１中のその他の成分比は、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌのモルファクターを用いて算出した。
［例１］
容量が２００ｍｌであるステンレス鋼製の加圧撹拌式オートクレーブ中に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌを０．１５モル、無水のアンモニアを０．４モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して２．７倍モル）、プロピレングリコールを０．８モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して５．３倍モル）入れ、１８０℃で４８時間撹拌して反応を行った。オートクレーブ内の圧力は初期には１．２ＭＰａであったが、終了時には１．０ＭＰａまで低下した。反応終了後にオートクレーブを１２０℃まで冷却し、コンデンサを通してオートクレーブ内のガス分をパージし、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２を含むガス分を冷却トラップにより捕集した。一方、オートクレーブ内には、水を１００ｇ添加して残留物を溶解させ、溶解物に内部標準を添加して１９Ｆ−ＮＭＲを測定し、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２・ＨＸを定量した。冷却トラップによる捕集物とオートクレーブの内容物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食はほとんど認められなかった。
［例２］
例１における無水のアンモニアを０．６モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して４．０倍モル）に増やして、同様に反応を行った。反応圧力は初期には２．０ＭＰａであったが、終了時には１．５ＭＰａまで低下した。生成物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食は認められなかった。
［例３］
容量が２００ｍｌであるステンレス鋼製の加圧撹拌式オートクレーブ中に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌを０．１５モル、無水のアンモニアを０．６モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して４倍モル）、プロピレングリコールを１．２モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して８倍モル）入れ、２００℃で４８時間撹拌して反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、反応初期には２．２ＭＰａであったが、反応終了時には１．７ＭＰａまで低下した。反応終了後にオートクレーブを１２０℃まで冷却し、コンデンサを通してオートクレーブ内のガス分をパージし、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２を含むガス分を冷却トラップにより捕集した。冷却トラップによる捕集物とオートクレーブの内容物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食はほとんど認められなかった。
［例４］
容量が２０００ｍｌであるステンレス鋼製の加圧撹拌式オートクレーブ中に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌを１．５モル、無水のアンモニアを６モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して４倍モル）、プロピレングリコールを１２モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して８倍モル）入れ、２００℃で４８時間撹拌して反応を行った。反応圧力は初期には２．２ＭＰａであったが、終了時には１．７ＭＰａまで低下した。反応終了後にオートクレーブを１０℃まで冷却した。オートクレーブから回収した反応粗生成物を分析した結果、転化率は９７．５％、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の選択率は９７．８％であった。さらに反応粗生成物を、常圧下に、−２０℃（コンデンサ温度）で蒸留精製を行って留分を得た。留分の分析結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食はほとんど認められなかった。
［例５］
例３におけるプロピレングリコール１．２モルをエチレングリコール１．２モルに変更して、同様に反応を行った。反応圧力は初期には２．１ＭＰａであったが、終了時には１．６ＭＰａまで低下した。生成物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食は認められなかった。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、アルカンジオールを必須成分とする反応溶媒を用いることにより、生成物中の副生成物量を少なくし、かつ、反応器の腐食を防止しつつ、高い収率で目的とするフッ化アルキルアミン化合物を製造できる。また、反応の圧力を低くしても、充分な収率で目的とするフッ化アルキルアミン化合物が得られる。
本発明は、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２で表されるフッ化アルキルアミン化合物の製造方法に関する。
背景技術
Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２で表されるフッ化アルキルアミン化合物は、各種有機化合物の合成原料として有用な化合物である。特に、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２は、医農薬の合成中間体等として重要な化合物である。
Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３とを反応させて、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２を製造する方法としては、（１）無水のＮ−メチルピロリドンや無水のグリコール等の不活性溶媒の存在下で、ＣＦ３ＣＨ２Ｘに対して１〜３倍モルのＮＨ３を反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２とする方法（ＵＳＰ４６１８７１８号）、（２）ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌと濃アンモニア水とを反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２とする際に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して１〜３倍モルのＮＨ３を用いる方法（ＵＳＰ２３４８３２１号）、（３）ＣＦ３ＣＨ２ＣｌまたはＣＦ３ＣＨ２Ｂｒと濃アンモニア水とを反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２とする際に、ＣＦ３ＣＨ２ＣｌまたはＣＦ３ＣＨ２Ｂｒに対して６．５倍モルのＮＨ３を用いる方法（Ｄｉｃｋｅｙ ｅｔ ａｌ，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ，Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．４８，２０９，１９５６）等が知られている。
しかし（１）の方法では、工業的に不利な高い反応圧力（７〜１１ＭＰａ）で反応を実施しており、圧力を下げるとＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の収率が下がることが記載されている。また（１）の方法にならって実施した場合、生成したＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の一部と、副生するＨＸとが反応してハロゲン化物塩（ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２・ＨＸ）を形成し、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の収率が低くなる（７０〜８７％程度）問題が認められた。また、生成したＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２・ＨＸをＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２に変換して回収するためには、アルカリ水溶液を添加し、有機溶媒により抽出を行った後、蒸留精製する必要があり、実工程数が多く煩雑になる問題があった。さらに生成したＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の一部がＣＦ３ＣＨ２Ｘと反応して（ＣＦ３ＣＨ２）２ＮＨで表される第二アミン化合物や（ＣＦ３ＣＨ２）３Ｎで表される第三アミン化合物が生成し、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の収率が低くなる問題もあった。
また、（２）や（３）の方法においては、有機溶媒は用いられず、濃アンモニア水を反応溶媒としている。濃アンモニア水にはＣＦ３ＣＨ２Ｘが溶解しにくいため、ＮＨ３との反応性が低下し、収率が低くなる問題が認められた。さらに、（２）や（３）の方法を実施する場合には、反応器が腐食する問題があり、ハステロイ等の耐食性の材質からなる高価な反応器を使用する必要があった。
発明の開示
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸ（ただし、Ｘは、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を示し、ｎおよびｍは、それぞれ独立して１以上の整数を示す。）で表される化合物とＮＨ３とを反応させてＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２（ｎおよびｍは、前記と同じ意味を示す。）で表される化合物を製造する方法において、アルカンジオールを必須成分とする反応溶媒の存在下に反応を行うことを特徴とするフッ化アルキルアミン化合物の製造方法を提供する。
発明を開示するための最良の形態
本発明におけるＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸにおいて、Ｘは入手しやすさや反応性等の点から塩素原子が好ましい。また、ｎは１〜１６が好ましく、１〜８が特に好ましく、１がとりわけ好ましい。ｍは１〜１０が好ましく、１〜５が特に好ましく、１がとりわけ好ましい。Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸの具体例としては、つぎの化合物が挙げられる。
ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌ、ＣＦ３ＣＨ２Ｂｒ、ＣＦ３ＣＨ２Ｉ、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｃｌ、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｂｒ、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｉ、Ｆ（ＣＦ２）３ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）４ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）５ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）６ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）７ＣＨ２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）８ＣＨ２Ｃｌ。
ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｃｌ、ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｂｒ、ＣＦ３（ＣＨ２）２Ｉ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｃｌ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｂｒ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｉ、Ｆ（ＣＦ２）３（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）２Ｃｌ。
ＣＦ３（ＣＨ２）３Ｃｌ、ＣＦ３（ＣＨ２）３Ｂｒ、ＣＦ３（ＣＨ２）３Ｉ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３Ｃｌ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３Ｂｒ、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３Ｉ、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）３Ｃｌ、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）３Ｃｌ。
本発明においては、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３とを反応させ際に、アルカンジオールを必須とする溶媒を用いる。アルカンジオールとしては、取り扱いの容易さと溶媒の物性の理由から炭素数２〜１０のアルカンジオールが好ましい。さらに該アルカンジオールとしては、オクタン−１，８−ジオール、プロピレングリコール、エチレングリコールが好ましく、さらに、本発明の効果が顕著に認められることから、プロピレングリコールまたはエチレングリコールが特に好ましい。
さらに反応溶媒としては、実質的にアルカンジオールのみからなるか、アルカンジオールと水のみからなるのが好ましく、プロピレングリコールおよびエチレングリコールから選ばれる１種以上のみからなる反応溶媒、または、プロピレングリコールおよびエチレングリコールから選ばれる１種以上と水のみからなる反応溶媒が特に好ましく、プロピレングリコールおよびエチレングリコールから選ばれる１種以上のみからなる反応溶媒がとりわけ好ましい。溶媒中に水が存在する場合には、アルカンジオールの総量が、水に対して１質量％以上であるのが好ましく、１０質量％以上であるのが特に好ましい。
アルカンジオールは、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸの溶解度と、ＮＨ３とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとの反応性を上げる作用を有するものと考えられる。そして、反応溶媒中のアルカンジオールの割合が多くなると、フッ化アルキルアミン化合物の収率が顕著に高くなる効果がある。また、アルカンジオールを用いることにより、反応圧力を低くしても、高収率でＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２が生成する。さらにアルカンジオールを用いることにより、反応器の腐食が防止できる。
反応溶媒の量は、多すぎると反応容器の容積効率が悪くなり生産性が低下する欠点がある。一方、反応溶媒の量が少なすぎると反応溶媒中にＮＨ３とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとが充分に溶解せず、工業的に不利な高い反応圧力になるおそれがある。したがって、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸに対する反応溶媒の量は０．５〜５０倍質量が好ましく、１〜２０倍質量が特に好ましい。
本発明においては、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３とを反応させる際に、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸに対して４倍モル以上のＮＨ３を用いるのが好ましい。これは、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３との反応における副生成物（ＨＸ）であるＨＸは、さらにＮＨ３と反応してＮＨ４Ｘを生成させうるが、ＮＨ３の量が少ない場合には、ＨＸはＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２とも反応してＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸを生成させる。しかし、ＮＨ３の量を特定の量以上にすることで、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸの生成量が顕著に少なくなる。これは、過剰に存在するＮＨ３が、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸをＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２に変換する作用を有するためであると考えられる。
一方、ＮＨ３の使用量が多すぎると、反応圧力が高くなる、未反応のＮＨ３が残存する、操作性および経済性が低下する、等の問題が起こるおそれがある。以上のことから、ＮＨ３の量は、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸに対して４〜１０倍モルが特に好ましく、とりわけ４〜６倍モルが好ましい。
また、ＮＨ３を過剰に存在させると、ＮＨ３は第二アミン化合物や第三アミン化合物が生成する副反応をも抑制すると考えられる。さらに、反応溶媒として用いるアルカンジオールは、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸとＮＨ３との反応を優先させ、該副反応を抑制すると考えられる。
本発明の反応において、反応温度は３０〜２５０℃が好ましく、１５０〜２５０℃が特に好ましく、１７０〜２１０℃がとりわけ好ましい。反応温度は一定である必要はなく、必要に応じて変更するのが好ましい。
また、反応圧力は、反応溶媒とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸの導入比により、適宜変更するのが好ましい。通常は、０．５〜１０ＭＰａ（ゲージ圧。以下、特に記載しない限りゲージ圧で示す。）が好ましく、０．５〜５ＭＰａが特に好ましく、１〜５ＭＰａがとりわけ好ましく、１〜３ＭＰａが最も好ましい。反応溶媒が多いと反応圧力が低下し、少ないと反応圧力が上昇する。また、反応圧力が高すぎると、操作性や設備投資の点で不利であり、低すぎると充分な反応速度が得られないおそれがある。本発明においては、アルカンジオールを溶媒に用いることによって、低い圧力であっても生成物を収率よく得ることができる。
本発明の反応ではＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２で表されるフッ化アルキルアミン化合物が生成する。該化合物中のｎおよびｍは、原料におけるｎおよびｍと同一である。フッ化アルキルアミン化合物の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）３ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）４ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）５ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）６ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）７ＣＨ２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）８ＣＨ２ＮＨ２。
ＣＦ３（ＣＨ２）２ＮＨ２、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）３（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）２ＮＨ２。
ＣＦ３（ＣＨ２）３ＮＨ２、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）３（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）４（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）５（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）６（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）３ＮＨ２、Ｆ（ＣＦ２）８（ＣＨ２）３ＮＨ２。
本発明の反応を行う際には、反応溶媒、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸ、およびＮＨ３を、バッチ方式または連続方式で反応容器内に導入し、反応系中の化合物を反応溶媒中に溶解させて行うのが好ましい。ＮＨ３とＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＸを導入する時期については特に限定されず、反応前にあらかじめ全量を一括で仕込む方法、反応中に連続的に供給する方法、反応中に分割して供給する方法等が挙げられる。
また、反応の開始段階には少量のＮＨ３量で反応を行い、反応の最終段階でＮＨ３を多く供給して反応を行ってもよい。ここで、反応の開始段階で用いるＮＨ３量が少ないと（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸが生成しうるが、その場合にも反応の最終段階においてＮＨ３を多量に供給することにより、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２・ＨＸの生成量を減少させ、目的化合物の収率を多くできる。
本発明の反応は、反応率および選択率が高いことから、反応により得られるフッ化アルキルアミン化合物を含む反応粗生成物は、簡単な精製操作で高純度のフッ化アルキルアミン化合物とすることができる。たとえば、反応粗生成物をそのまま蒸留精製することで、高純度のＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２が回収できる。蒸留する際には、Ｆ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２がＮＨ３に同伴して排出されることによって回収率が低下するのを防ぐため、コンデンサ温度をＦ（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）ｍＮＨ２の沸点より１０℃以上低く保つのが好ましい。また、蒸留時の圧力は、０．１ＭＰａ（絶対圧）以上とすることが好ましい。
フッ化アルキルアミン化合物は、各種有機化合物の合成原料として有用な化合物である。たとえば、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２は、骨粗鬆症や癌等の治療薬の合成中間体として、また農薬の合成中間体等として重要な化合物である。
実施例
以下に本発明の具体的態様を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。また、生成物の分析はガスクロマトグラフィ（ＧＣ）および１９Ｆ−ＮＭＲにより行い、表１中の成分比はモル％への換算値である。また、表１中のその他の成分比は、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌのモルファクターを用いて算出した。
［例１］
容量が２００ｍｌであるステンレス鋼製の加圧撹拌式オートクレーブ中に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌを０．１５モル、無水のアンモニアを０．４モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して２．７倍モル）、プロピレングリコールを０．８モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して５．３倍モル）入れ、１８０℃で４８時間撹拌して反応を行った。オートクレーブ内の圧力は初期には１．２ＭＰａであったが、終了時には１．０ＭＰａまで低下した。反応終了後にオートクレーブを１２０℃まで冷却し、コンデンサを通してオートクレーブ内のガス分をパージし、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２を含むガス分を冷却トラップにより捕集した。一方、オートクレーブ内には、水を１００ｇ添加して残留物を溶解させ、溶解物に内部標準を添加して１９Ｆ−ＮＭＲを測定し、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２・ＨＸを定量した。冷却トラップによる捕集物とオートクレーブの内容物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食はほとんど認められなかった。
［例２］
例１における無水のアンモニアを０．６モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して４．０倍モル）に増やして、同様に反応を行った。反応圧力は初期には２．０ＭＰａであったが、終了時には１．５ＭＰａまで低下した。生成物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食は認められなかった。
［例３］
容量が２００ｍｌであるステンレス鋼製の加圧撹拌式オートクレーブ中に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌを０．１５モル、無水のアンモニアを０．６モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して４倍モル）、プロピレングリコールを１．２モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して８倍モル）入れ、２００℃で４８時間撹拌して反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、反応初期には２．２ＭＰａであったが、反応終了時には１．７ＭＰａまで低下した。反応終了後にオートクレーブを１２０℃まで冷却し、コンデンサを通してオートクレーブ内のガス分をパージし、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２を含むガス分を冷却トラップにより捕集した。冷却トラップによる捕集物とオートクレーブの内容物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食はほとんど認められなかった。
［例４］
容量が２０００ｍｌであるステンレス鋼製の加圧撹拌式オートクレーブ中に、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌを１．５モル、無水のアンモニアを６モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して４倍モル）、プロピレングリコールを１２モル（ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌに対して８倍モル）入れ、２００℃で４８時間撹拌して反応を行った。反応圧力は初期には２．２ＭＰａであったが、終了時には１．７ＭＰａまで低下した。反応終了後にオートクレーブを１０℃まで冷却した。オートクレーブから回収した反応粗生成物を分析した結果、転化率は９７．５％、ＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２の選択率は９７．８％であった。さらに反応粗生成物を、常圧下に、−２０℃（コンデンサ温度）で蒸留精製を行って留分を得た。留分の分析結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食はほとんど認められなかった。
［例５］
例３におけるプロピレングリコール１．２モルをエチレングリコール１．２モルに変更して、同様に反応を行った。反応圧力は初期には２．１ＭＰａであったが、終了時には１．６ＭＰａまで低下した。生成物を分析した結果を表１に示す。反応後に反応容器の腐食は認められなかった。
本発明によれば、アルカンジオールを必須成分とする反応溶媒を用いることにより、生成物中の副生成物量を少なくし、かつ、反応器の腐食を防止しつつ、高い収率で目的とするフッ化アルキルアミン化合物を製造できる。また、反応の圧力を低くしても、充分な収率で目的とするフッ化アルキルアミン化合物が得られる。
Claims (4)
- ＣＦ３ＣＨ２ＣｌとＮＨ３とを反応させてＣＦ３ＣＨ２ＮＨ２を製造する方法において、プロピレングリコールからなる反応溶媒の存在下に、ＣＦ ３ ＣＨ ２ Ｃｌに対してＮＨ ３ を４倍モル以上用いて反応を行うことを特徴とするフッ化アルキルアミン化合物の製造方法。
- 反応圧力（ゲージ圧）が０．５〜１０ＭＰａである請求の範囲１に記載の製造方法。
- 反応圧力（ゲージ圧）が１〜５ＭＰａである請求の範囲１または２に記載の製造方法。
- 反応により生成した反応粗生成物を蒸留することにより精製されたフッ化アルキルアミン化合物を得る請求の範囲１〜３のいずれかに記載の製造方法。
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