JP5269031B2 - トリブロモメチルスルホニルピリジンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、メチルチオピリジンを中間体としてトリブロモメチルスルホニルピリジンを製造する新規な製造方法に関する。また、ハロゲン化ピリジンを原料とするメチルチオピリジンの新規な製造方法に関する。

トリブロモメチルスルホニルピリジンは、感光性樹脂組成物の構成成分として用いると、可視光線、紫外光線、レーザー光線等の活性線の照射により、ハロゲンラジカルを発生させ、ハロゲン化水素を生成し、感光性樹脂と基材との密着性を向上させるなどの機能が期待される有用な化合物である。

トリブロモメチルスルホニルピリジンを製造する方法としては、例えば、下記式のようにピリジンチオールを原料とし、ハロゲン化メチル等をメチル化剤として用いて、チオメチル化することによりメチルチオピリジンとし、さらに酸化してメチルスルホニルピリジンとした後、臭素化してトリブロモメチルスルホニルピリジンを得る方法が挙げられる。

ここで原料であるピリジンチオールは、一般にハライド化合物とチオウレアとをアルコール中で反応させて得られるが、反応収率が低いという問題がある。また、メチルチオ化合物を酸化してメチルスルホンを合成する方法としては、酸触媒の存在下で過酸化水素等の各種酸化剤を用いる方法や、酢酸溶媒中、酸触媒の存在下で各種酸化物を用いる方法等が知られているが、ピリジン誘導体を前記酸触媒の存在下で酸化した場合、ピリジン環の窒素原子まで酸化され、Ｎ−オキサイドが副生する。このＮ−オキサイドは爆発等の危険性があり、工業的にスルホンを製造する上で大きな問題となる。

また、メチルスルホニルピリジンを臭素化し、トリブロモメチルスルホニルピリジンを得る方法としては、J.Org.Chem.（51巻、3369頁、1986年）に記載の方法が知られている。この方法においては、臭素化剤として次亜臭素酸ナトリウムを用い、ジオキサン−水の混合溶媒中でメチルスルホニルピリジンを均一に溶解し、強アルカリ性の下、室温にて２４時間を要して反応を行い、トリブロモメチルスルホニルピリジンを得ている。しかしながら、この方法においては、アルカリおよび次亜臭素酸ナトリウムの使用量が、原料のメチルスルホニルピリジンに対し、それぞれ、２１．５倍モルおよび６倍モルと非常に多く、特に次亜臭素酸ナトリウムは理論量（３倍モル）の２倍量を使用しなければならない。さらに、反応時間も２４時間という長時間を要し、しかも、得られたトリブロモメチルスルホニルピリジンは純度が悪く、使用に際しては再結晶を要するなど、工業的に優れた方法とはいい難い。

本発明の一つの目的は、短時間で容易に、しかも高収率、高純度で工業的に有利にトリブロモメチルスルホニルピリジンを製造する方法を提供することにある。

本発明の他の一つの目的は、トリブロモメチルスルホニルピリジンの製造の中間体であるメチルチオピリジンの新規な製造方法を提供することにある。

本発明者らは、前記の目的を達成するために鋭意研究を行った結果、メチルチオピリジンと次亜臭素酸塩とを、塩基と水の存在下、不均一系で反応させることにより、酸化と臭素化が同時に行われ、一段の反応でトリブロモメチルスルホニルピリジンが得られることを見出した。

さらに、本発明者らは、ハロゲン化ピリジンとメタンチオールのアルカリ金属塩とを、塩基と水の存在下、不均一系で反応させることにより、メチルチオピリジンが容易に得られることを見出した。

そして、上記反応により生成するメチルチオピリジンに、引き続いて、次亜臭素酸塩を、塩基と水の存在下、不均一系で反応させることにより、ハロゲン化ピリジンを原料としてトリブロモメチルスルホニルピリジンを製造する一連の反応をワンポットで行うことができることを見出した。

すなわち、本発明は、下記に示すとおりのメチルチオピリジンの製造方法を提供するものである。

１． ハロゲン化ピリジンとメタンチオールのアルカリ金属塩とを、塩基と水の存在下、不均一系で反応させることを特徴とするメチルチオピリジンの製造方法。

２． メタンチオールのアルカリ金属塩が、ナトリウムメタンチオレートである上記項１に記載のメチルチオピリジンの製造方法。

３． 相間移動触媒の存在下で反応を行うことを特徴とする上記項１または２に記載のメチルチオピリジンの製造方法。

４． 相間移動触媒が、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩である上記項３に記載のメチルチオピリジンの製造方法。

［メチルチオピリジンの製造］
本発明のメチルチオピリジンの製造方法の特徴は、ハロゲン化ピリジンとメタンチオールのアルカリ金属塩とを、塩基と水の存在下、不均一系で反応させる点にある。

本発明に用いられるハロゲン化ピリジンとしては、特に限定されるものではないが、例えば、２−ハロゲン化ピリジン、３−ハロゲン化ピリジン、４−ハロゲン化ピリジン等が挙げられる。それらの具体例としては、２−クロロピリジン、３−クロロピリジン、４−クロロピリジン、２−ブロモピリジン、３−ブロモピリジン、４−ブロモピリジン等が挙げられる。これらの中でも、２−クロロピリジンが好ましく用いられる。

本発明に用いられるメタンチオールのアルカリ金属塩としては、特に限定されるものではないが、メタンチオールのカリウム塩（カリウムメタンチオレート）、メタンチオールのナトリウム塩（ナトリウムメタンチオレート）等が挙げられ、中でも経済的見地からナトリウムメタンチオレートが好ましく用いられる。その使用量は、ハロゲン化ピリジン１モルに対し、通常１〜３モル、好ましくは１〜２モルの範囲である。メタンチオールのアルカリ金属塩の使用量が１モル未満の場合には、未反応のハロゲン化ピリジンが多くなり、一方、３モルを超えて用いても、それに見合う効果が得られず経済的に不利である。

本発明で使用される塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物が挙げられる。中でも、経済的見地から、水酸化ナトリウムが好ましく用いられる。その使用量は、ハロゲン化ピリジン１モルに対し、通常０．０５〜２モル、好ましくは０．１〜１モルの範囲である。塩基の使用量が０．０５モル未満の場合には、未反応のハロゲン化ピリジンが多くなり、一方、２モルを超えて用いても、それに見合う効果が得られず経済的に不利である。

本発明のメチルチオピリジンの製造方法においては、ハロゲン化ピリジンとメタンチオールのアルカリ金属塩との反応は、反応原料であるハロゲン化ピリジンが水不溶性であるために２相系で行われる。この反応系に相間移動触媒を添加すると、反応が円滑に進行することが多く、好適である。ここで使用する相間移動触媒としては、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の第４級アンモニウム塩、テトラブチルホスホニウムクロライド、テトラブチルホスホニウムブロマイド等の第４級ホスホニウム塩等が好適に用いられる。その使用量は、ハロゲン化ピリジンに対し、通常０．１〜５０重量％、好ましくは１〜２０重量％の範囲である。相間移動触媒の使用量が０．１重量％未満では、触媒効果が十分にあらわれず、一方、５０重量％を超えて用いても、それに見合う効果が得られず経済的に不利である。

反応に用いる水の量は特に限定されるものではないが、ハロゲン化ピリジン１モルに対して１５０〜１０００ｇが適量である。

反応温度は、通常５０〜１１０℃、好ましくは８０〜１０５℃の範囲である。反応温度が５０℃未満では、反応速度が遅く、反応に長時間を要する。一方、１１０℃を超えると、反応速度は速くなるが、副反応生成物も増加する。

反応時間は、通常２〜１０時間の範囲である。

この反応は、液−液の不均一２相系で行われるため、反応終了後に、通常の分液操作のみで容易にメチルチオピリジンを分離することができる。分液により得られたメチルチオピリジンは、そのままトリブロモメチルスルホニルピリジンの製造に使用することができる。

［トリブロモメチルスルホニルピリジンの製造］
本発明のトリブロモメチルスルホニルピリジンの製造方法の特徴は、メチルチオピリジンと次亜臭素酸塩とを、塩基と水の存在下、不均一系で反応させる点にある。本発明において、次亜臭素酸塩は酸化剤と臭素化剤の両方の役目を果たすため、チオ基の酸化とメチル基の臭素化が同時に一段の反応で行われ、目的とするトリブロモメチルスルホニルピリジンを工業的により有利に得ることができる。

本発明に用いられるメチルチオピリジンとしては、例えば、２−（メチルチオ）ピリジン、３−（メチルチオ）ピリジン、４−（メチルチオ）ピリジン等が挙げられる。また、本発明において用いられるメチルチオピリジンとしては、いかなる方法によって得られたものでもよいが、前述した本発明の方法によると、より有利に得ることができる。

本発明において用いられる次亜臭素酸塩としては、特に限定されるものではないが、次亜臭素酸ナトリウム、次亜臭素酸カリウムなどの次亜臭素酸のアルカリ金属塩が挙げられる。中でも次亜臭素酸ナトリウムが好適に用いられる。

本発明に用いられる次亜臭素酸塩の濃度は、特に限定されるものではないが、工業的には１０〜３０重量％のものが有利に使用できる。次亜臭素酸塩は、通常、有機溶媒−水系で用いると、有機溶媒と反応して消費されてしまうため、大過剰に添加する必要がある。しかしながら、本発明においては、反応に有機溶媒を使用しないため、次亜臭素酸塩の使用量は、メチルチオピリジンに対する理論量の１．０１〜１．５倍量、すなわちメチルチオピリジン１モルに対して５．０５〜７．５モルの範囲でよい。

本発明に用いられる塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物が挙げられる。中でも、経済的見地から水酸化ナトリウムが好ましく用いられる。その使用量は、メチルチオピリジン１モルに対し、通常０．２〜４モル、好ましくは０．５〜２モルの範囲である。塩基の使用量が０．２モル未満の場合には、未反応のメチルチオピリジンが多くなり。一方、４モルを超えて用いても、それに見合う効果が得られず経済的に不利である。

この反応は、液体のメチルチオピリジンと水との液−液不均一２相系で行われるが、反応が進行するに従い、生成したトリブロモメチルスルホニルピリジンが固体として析出するため、最終的には固−液系で反応は終了する。反応終了後に、トリブロモメチルスルホニルピリジンの析出結晶を濾過するのみで、高純度の製品を高収率で得ることができる。

反応に用いる水の量は特に限定されるものではないが、前述したように反応生成物であるトリブロモメチルスルホニルピリジンが水に難溶であり、反応の途中より析出してくるため、スラリー濃度および容積効率を考慮して決定する必要がある。水の量は、メチルチオピリジン１モルに対して５００〜４０００ｇが適量である。

反応温度は、通常−５〜５０℃、好ましくは−５〜３０℃、さらに好ましくは０〜１０℃の範囲である。反応温度が−５℃未満では、反応速度が遅く、反応に長時間を要する。一方、反応温度が５０℃を超えると、反応速度は速くなるが、副反応生成物も増加する。

反応時間は、通常２〜１０時間の範囲である。

本発明の方法では、反応の終了後、反応液を濾過し、結晶を水洗することにより、使用上問題のない程度の純度の高いトリブロモメチルスルホニルピリジンを得ることができるが、さらに高純度品を必要とする時は、モノクロロベンゼン等で再結晶することにより、純度を高めることも可能である。

なお、前述の［メチルチオピリジンの製造］における方法で製造したメチルチオピリジンを原料として用いてトリブロモメチルスルホニルピリジンを製造する場合には、メチルチオピリジンの製造反応の終了後に、２相系の反応液を分液して得たメチルチオピリジンを用いてもよいし、分液せずに２相系の反応液をそのまま用いてもよい。

メチルチオピリジンの製造反応の終了時の２相系の反応液に、引き続いて、次亜臭素酸塩を、塩基と水の存在下、不均一系で反応させることにより、ハロゲン化ピリジンを原料としてトリブロモメチルスルホニルピリジンを製造する一連の反応をワンポットで行うことができる。

本発明で得られるトリブロモメチルスルホニルピリジンとしては、例えば、２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジン、３−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジン、４−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジン等が挙げられる。

本発明の方法によれば、ハロゲン化ピリジンから、簡単かつ経済的な手段により、しかも高収率、高純度で工業的に有利にトリブロモメチルスルホニルピリジンを製造することができる。

また、本発明では有機溶媒を使用しないため、有機溶媒を回収する時間および費用が削減でき、工業的に有利に実施できる。

さらに、本発明の方法では、Ｎ−オキサイドがほとんど生成しないため、工業的にも安全に実施できる。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制約を受けるものではない。

実施例１
２−クロロピリジン２２．７ｇ（０．２０モル）、テトラブチルアンモニウムブロマイド２．３ｇおよび水２．３ｇからなる混合液に、ナトリウムメタンチオレート１１．５ｇ（０．２４モル）、９５％水酸化ナトリウム６．３ｇ（０．１５モル）および水３８．３ｇからなる水溶液を温度８０〜９０℃の間で２時間かけて滴下し、その後、９０〜１００℃で５時間攪拌した。得られた２相系の反応液を分液し、上層の２−（メチルチオ）ピリジン２３．８ｇを得た。２−クロロピリジンに対する収率は９５．０％であった。

参考例１
３０％水酸化ナトリウム水溶液に臭素を滴下して調製した２７％の次亜臭素酸ナトリウム水溶液５２２．７ｇ（１．２モル）および９５％水酸化ナトリウム５．１ｇ（０．１２モル）からなる水溶液を０℃に冷却した。これに、実施例１で得られた２−（メチルチオ）ピリジン２３．８ｇを、０〜５℃に保ちながら２時間かけて滴下し、その後、５〜１０℃で５時間攪拌した。結晶として析出した反応生成物を濾過、水洗、乾燥して６８．８ｇの２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンを得た（純度９９％）。２−（メチルチオ）ピリジンに対する収率は９１．９％であった。得られた２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンの融点は１６０〜１６１℃であった。

実施例２
２−クロロピリジン２２．７ｇ（０．２０モル）、テトラブチルアンモニウムブロマイド６．８ｇおよび水２．３ｇからなる混合液に、ナトリウムメタンチオレート１１．５ｇ（０．２４モル）、９５％水酸化ナトリウム１２．６ｇ（０．３モル）および水３８．３ｇからなる水溶液を温度８０〜９０℃の間で２時間かけて滴下し、その後、９０〜１００℃で５時間攪拌した。得られた２相系の反応液を分液し、上層の２−（メチルチオ）ピリジン２３．０ｇを得た。２−クロロピリジンに対する収率は９１．９％であった。

参考例２
３０％水酸化ナトリウム水溶液に臭素を滴下して調製した２７％の次亜臭素酸ナトリウム水溶液５２２．７ｇ（１．２モル）および９５％水酸化ナトリウム１１．４ｇ（０．２７モル）からなる水溶液を０℃に冷却した。これに、実施例２で得られた２−（メチルチオ）ピリジン２３．０ｇを、０〜５℃に保ちながら２時間かけて滴下し、その後、５〜１０℃で５時間攪拌した。結晶として析出した反応生成物を濾過、水洗、乾燥して６８．１ｇの２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンを得た（純度９９％）。２−（メチルチオ）ピリジンに対する収率は９４．１％であった。得られた２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンの融点は１６０〜１６１℃であった。

実施例３
２−クロロピリジン２２．７ｇ（０．２０モル）、テトラブチルアンモニウムブロマイド２．３ｇおよび水２．３ｇからなる混合液に、ナトリウムメタンチオレート１１．５ｇ（０．２４モル）、９５％水酸化ナトリウム６．３ｇ（０．１５モル）および水３８．３ｇからなる水溶液を温度８０〜９０℃の間で２時間かけて滴下し、その後、９０〜１００℃で５時間攪拌し、２−（メチルチオ）ピリジンを含む２相系の反応液を得た。

別に、３０％水酸化ナトリウム水溶液に臭素を滴下して調製した２７％の次亜臭素酸ナトリウム水溶液５５４．４ｇ（１．３モル）および９５％水酸化ナトリウム５．２ｇ（０．１３モル）からなる水溶液を調製して０℃に冷却した。この水溶液を、上記で得られた２相系の反応液に、０〜５℃に保ちながら５時間かけて滴下し、その後、５〜１０℃で３時間攪拌した。結晶として析出した反応生成物を濾過、水洗、乾燥して６７．５ｇの２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンを得た（純度９９％）。２−クロロピリジンに対する収率は８５．７％であった。得られた２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンの融点は１６０〜１６１℃であった。

実施例４
２−クロロピリジン２２．７ｇ（０．２０モル）、テトラブチルホスホニウムブロマイド２．３ｇ、ナトリウムメタンチオレート１１．５ｇ（０．２４モル）、９５％水酸化ナトリウム２．１ｇ（０．０５モル）および水３５ｇからなる２相系の混合液を、８０〜９０℃で８時間攪拌した。得られた２相系の反応液を分液し、上層の２−（メチルチオ）ピリジン２３．８ｇを得た。２−クロロピリジンに対する収率は９５．０％であった。

参考例３
３０％水酸化ナトリウム水溶液に臭素を滴下して調製した２７％の次亜臭素酸ナトリウム水溶液５２２．７ｇ（１．２モル）および９５％水酸化ナトリウム８．４ｇ（０．２モル）からなる水溶液を０℃に冷却した。これに、実施例４で得られた２−（メチルチオ）ピリジン２３．８ｇを、０〜５℃に保ちながら３時間かけて滴下し、その後、０〜５℃で７時間攪拌した。結晶として析出した反応生成物を濾過、水洗、乾燥して７１．１ｇの２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンを得た（純度９９％）。２−（メチルチオ）ピリジンに対する収率は９５．０％であった。得られた２−（トリブロモメチルスルホニル）ピリジンの融点は１６０〜１６１℃であった。

Claims (4)

1. ハロゲン化ピリジンとメタンチオールのアルカリ金属塩とを、有機溶媒の不存在下で、塩基と水の存在下、不均一系で反応させることを特徴とするメチルチオピリジンの製造方法。
2. メタンチオールのアルカリ金属塩が、ナトリウムメタンチオレートである請求項１に記載のメチルチオピリジンの製造方法。
3. 相間移動触媒の存在下で反応を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のメチルチオピリジンの製造方法。
4. 相間移動触媒が、第４級アンモニウム塩または第４級ホスホニウム塩である請求項３に記載のメチルチオピリジンの製造方法。