JP5479697B2 - フッ化ジスルフィド化合物の製造方法 - Google Patents
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CCl3SCl等のスルフェニルハライド化合物を溶媒中で光照射することによりCCl3SSCCl3等のハロゲン化ジスルフィド化合物を製造し、次いで、NaF、KF等のアルカリ金属フッ化物と反応させてCF3SSCF3等のフッ化ジスルフィド化合物を製造し、その後、酸化、加水分解を経てCF3SO3H等のハロゲン化スルホン酸を製造する。
ここで、CCl3SSCCl3とアルカリ金属フッ化物との反応は、従来、スルホランのような非プロトン性極性溶媒中で行われており、フッ化ジスルフィド化合物の収率は高くはなかった(非特許文献1)。そのため、フッ化ジスルフィド化合物の収率の向上のための改善手段が望まれていた。
Synthesis、1972年、310頁
式(I)
(式中、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bは、夫々独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−C6アルキル基又はC6−C10アリール基を示し、na及びnbは、夫々独立して、1〜20のいずれかの整数を示す。na及びnbが、夫々2以上の場合、R2a同士、R2b同士、R3a同士及びR3b同士は同一でも相異なっていてもよい。但し、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bのうち、少なくとも1つはフッ素原子以外のハロゲン原子を示す)で表されるハロゲン化ジスルフィド化合物を、イオン性液体中、アルカリ金属フッ化物又はアルカリ土類金属フッ化物と反応させることを特徴とする、式(II)
(式中、R1a’、R2a’、R3a’、R1b’、R2b’及びR3b’は、夫々独立して、水素原子、フッ素原子、C1−C6アルキル基又はC6−C10アリール基を示し、na’及びnb’は、夫々独立して、1〜20のいずれかの整数を示す。na’及びnb’が、夫々2以上の場合、R2a’同士、R2b’同士、R3a’同士及びR3b’同士は同一でも相異なっていてもよい。但し、R1a’、R2a’、R3a’、R1b’、R2b’及びR3b’のうち、少なくとも1つはフッ素原子を示す)で表されるフッ化ジスルフィド化合物の製造方法に関する。
(式中、R1、R2及びR3は、夫々独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−C6アルキル基又はC6−C10アリール基を示し、Xはハロゲン原子を示し、nは1〜20のいずれかの整数を示す。nが2以上の場合、R2同士、R3同士は同一でも相異なっていてもよい。但し、R1、R2及びR3のうち、少なくとも1つはフッ素以外のハロゲン原子を示す)で表される化合物の少なくとも1種を光照射することにより製造する方法を包含する。
また、本発明は、式(I)で表される化合物中、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bがハロゲン原子であって、これらのうちの少なくとも1つがフッ素原子以外のハロゲン原子であるものが好適に使用される。さらに、本発明はイオン性液体として、イミダゾリウム塩又は第4級アンモニウム塩が好適に使用される。
本発明の詳細は以下のとおりである。
ここで、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bは、夫々独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−C6アルキル基又はC6−C10アリール基を示す。
「ハロゲン原子」は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
「C1−C6アルキル基」は、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等が挙げられる。
「C6−C10アリール基」は、単環又は多環のアリール基を意味する。ここで、多環アリール基の場合は、完全不飽和に加え、部分飽和の基も包含する。例えばフェニル基、ナフチル基、アズレニル基、インデニル基、インダニル基、テトラリニル基等が挙げられる。
上記「C1−C6アルキル基」及び「C6−C10アリール基」は、置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、
フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;
メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基等のアルキル基;
シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、
ビニル基、アリル基等のアルケニル基;
エチニル基、1−プロピニル基等のアルキニル基;
フェニル基、ナフチル基等のアリール基;、
メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基等のアルコキシ基;
2−チエニル基、2−フリル基、2−ピロール基等の複素環基;等が挙げられ、これ等のうちの少なくとも1種を少なくとも1つ置換基として有することができる。
na及びnbは、夫々独立して、1〜20の整数を示す。na及びnbは、夫々2以上の場合、R2a同士、R2b同士、R3a同士及びR3b同士は同一でも相異なっていてもよい。また、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bのうち、少なくとも1つはフッ素原子以外のハロゲン原子を示す。
CCl3SSCCl3、CCl2(F)SSCCl2(F)、CBr3SSCBr3、CI3SSCI3、CBr3SSCCl3、CCl3CH2SSCH2CF3、CH(Cl)2SSCH(Cl)2、CCl2(CH3)SSCCl2(CH3)、CCl2(Ph)SSCCl2(Ph)、CCl(Ph)2SSCl(Ph)2、CCl3C(CH3)(Ph)SSC(CH3)(Ph) CCl3、CH2(Cl)CH(Ph)SSCH(Ph)CH2(Cl)、CCl3CH2CH2CH2SSCH2CH2CH2CCl3、CCl3SSCH2CCl3、CCl3SSCH(Cl)2等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上の混合物を使用することができる。 ここでPhはPhenylを示す。
本発明においては、式(I)で表される化合物中、好ましくは、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bがハロゲン原子であって、これらのうちの少なくとも1つはフッ素原子以外のハロゲン原子であるものが挙げられ、例えば、CCl3SSCCl3、CBr3SSCBr3などが挙げられる。
式(I)で表されるハロゲン化ジスルフィド化合物は、例えば、式(III)
(式中、R1、R2及びR3は、夫々独立して、水素原子、ハロゲン原子、C1−C6アルキル基又はC6−C10アリール基を示し、Xはハロゲン原子を示し、nは1〜20のいずれかの整数を示す。nが2以上の場合、R2同士、R3同士は同一でも相異なっていてもよい。但し、R1、R2及びR3のうち、少なくとも1つはフッ素以外のハロゲン原子を示す)で表されるスルフェニルハライド化合物の少なくとも1種を溶媒中で光照射することにより得ることができる。
式(III)において、「ハロゲン原子」、「C1−C6アルキル基」及び「C6−C10アリール基」は、上記式(I)における「ハロゲン原子」、「C1−C6アルキル基」及び「C6−C10アリール基」と同様のものを例示することができる。
ここで、光照射は、水銀ランプまたはタングステンランプ等を光源として反応器内に設置し行うことができる。
また、式(I)で表されるハロゲン化ジスルフィド化合物は、式(III)で表される化合物を式:C(S)Z2(式中、Zはフッ素原子以外のハロゲン原子を示す)と反応させることによっても得ることができる。
式(III)で表されるスルフェニルハライド化合物としては、具体的には、
CCl3SCl、CCl2(F)SCl、CH(Cl)2SCl、CH(Cl)2CCl2SCl、CBr3SBr、CBr2(Cl)SCl、CF2(Cl)SCl、CH2(Cl)CCl2SCl、CCl3SF、CCl3SBr、CCl3SI、CCl2(Ph)SCl、CCl(Ph)2SCl、CCl3C(CH3)(Ph)SCl,CH2(Cl)CH(Ph)SCl、CCl3CH2CH2CH2SCl、CCl3CH2CH2CH2CH2CH2CH2SCl等が挙げられ、これらのうちの、1種又は2種以上の混合物を使用することができる。好ましくは、R1,R2及びR3がフッ素以外のハロゲン原子である化合物であり、特にCCl3SClが好ましい。
式(III)で表されるスルフェニルハライド化合物と溶媒とのモル比は、特に制限はないが、1:2.5〜3.4が好ましい。
また、反応温度は40〜70℃、反応時間は1〜9時間が好ましい。
式(I)で表される化合物のハロゲンをフッ素置換するために使用され、アルカリ金属フッ化物としてはLiF、NaF、KF、RbF、CsF等、アルカリ土類金属フッ化物としてはBaF2、CaF2、MgF2、SrF2等が挙げられる。
アルカリ金属又はアルカリ土類金属フッ化物の使用量は、式(I)で表される化合物の種類により異なるが、通常、ハロゲン原子1個に対して1〜10当量、好ましくは1.0〜1.1当量使用される。
イオン性液体 とは、通常、有機カチオン種とアニオン種とから構成される塩であり、その融点が100℃以下程度であり、300℃程度の高温まで安定で液体状態を保つ化合物である。イオン性液体 としては、例えばアルキル置換イミダゾリウム塩、アルキル置換ピリジニウム塩、第四級アンモニウム塩、第四級ホスフォニウム塩、第三級スルホニウム塩等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。好ましくは、アルキル置換イミダゾリウム塩、アルキル置換ピリジニウム塩および第四級アンモニウム塩からなる群から選ばれる少なくとも一種であり、なかでもアルキル置換イミダゾリウム塩又は第四級アンモニウム塩が好ましい。
また、第四級アンモニウム塩に類似するものとして、トリエチルアミントリヒドロフルオライド等のトリアルキルアミンヒドロフルオライドが挙げられる。
イオン性液体の使用量は、特に制限されないが、式(I)で表される化合物1モルに対して、通常、0.1L〜10L、好ましくは、0.4L〜2.0Lである。
ここで、R1a’、R2a’、R3a’、R1b’、R2b’及びR3b’は、夫々独立して、水素原子、フッ素原子、C1−C6アルキル基又はC6−C10アリール基を示し、「C1−C6アルキル基」及び「C6−C10アリール基」は、式(I)で表される化合物における例示と同様のものを例示することができる。
na’及びnb'は、夫々独立して、1〜20の整数を示す。na’及びnb'が、夫々2以上の場合、R2a’同士、R2b’同士、R3a’同士及びR3b’同士は同一でも相異なっていてもよい。但し、R1a’、R2a’、R3a’、R1b’、R2b’及びR3b’のうち、少なくとも1つはフッ素原子を示す
式(II)で表される化合物としては、具体的には、
CF3SSCF3、CF3CH2SSCH2CF3、CH(F)2SSCH(F)2、CF2(Ph)SSCF2(Ph)、CF(Ph)2SSF(Ph)2、CF3C(CH3)(Ph)SSC(CH3)(Ph) CF3、CH2(F)CH(Ph)SSCH(Ph)CH2(F)、CF3CH2CH2CH2SSCH2CH2CH2CF3、CF3SSCH2CF3、CF3SSCH(F)2等が挙げられる。
本発明の反応方法は、通常、以下のようにして行われる。
即ち、アルカリ金属フッ化物又はアルカリ土類金属フッ化物とイオン性液体との混合物中に、式(I)で表される化合物を滴下などの方法により添加して、加熱する。加熱は、昇温しながら行うのが好ましく、室温から所定の温度まで、あるいは100℃以上の温度から所定の温度まで昇温する。式(I)で表される化合物とイオン性液体との混合物中にアルカリ金属フッ化物又はアルカリ土類金属フッ化物を添加することも可能である。
昇温後の温度範囲は、アルカリ金属フッ化物又はアルカリ土類金属フッ化物及びイオン性液体の種類と量によって適宜選択されるが、通常、50〜250℃、好ましくは100〜200℃の範囲である。
また、反応時間は式(I)で表される化合物、アルカリ金属フッ化物又はアルカリ土類金属フッ化物及びイオン性液体の種類と量、さらに反応温度などで異なるが、通常1時間〜10時間、好ましくは2〜4時間の範囲である。
[実施例]
〔bmim〕〔BF4〕:1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate
PCMM:trichloromethanesulfenyl chloride (CCl3SCl)
PCDS:bis(trichloromethyl)disulfide (CCl3SSCCl3)
PFDS:bis(trifluoromethyl)disulfide (CF3SSCF3)
収率は以下のようにして算出した。
PCDS仕込み量(mol)=PCDS仕込み量(g)×GC分析値(a%)/100/185.89(MW)・・・(A)
捕集した全成分の量(mol)=捕集ガス量(L)/273(K)+ガス化温度(K)×273(K)/22.4(L) ・・・(B)
捕集したPFDSの量(mol)=(B)×GC分析値(a%)/100・・・(C)
PFDSの収率(%)=(C)/((A)/2)×100
反応容器内をN2ガスで置換後、室温下で、NaF(PCDSに対して6.075eq.)とEt3N・3HF(PCDSに対して0.89L/mol)を仕込み、攪拌を開始した。PCDS 0.056 molを滴下ロートから4分間滴下した。室温下で30分間攪拌後、その後、オイルバスを2℃/minの速度で160℃まで昇温し、捕集袋に生成したガスを捕集した。滴下ロートから小流量のN2ガスを導入し、捕集袋が満タンになった後、N2ガスを停止し、ガスを採取してGCにより分析した。
上記、実施例の結果を表にまとめて示す。
Claims (3)
- 式(I)
- 式(I)で表される化合物中、R1a、R2a、R3a、R1b、R2b及びR3bが、ハロゲン原子であって、これ等の総数のうちの少なくとも2つはフッ素原子以外のハロゲン原子であることを特徴とする請求項1又は2記載のフッ化ジスルフィド化合物の製造方法。
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