JP6620142B2 - 2,2,2−トリフルオロエタンチオールの合成 - Google Patents

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Description

本発明は、2,2,2−トリフルオロエタンチオール(CF3CH2SH)を合成するための方法に関するが、これは、エレクトロニクス用途のための有用なエッチング剤である。
フルオロチオール化合物である2,2,2−トリフルオロエタンチオールは、CF3CH2SHの化学構造を有し、各種のエレクトロニクス製品の生産におけるエッチング剤として、および各種の有機化合物の合成における中間体としての用途がある。それは、電極表面上の自己組織化単分子層などを形成させる場合にも有用である。
しかしながら、今日までのところ、容易に入手可能な出発物質を使用して2,2,2−トリフルオロエタンチオールを合成するための商業的に実現可能なプロセスは、文献にもなく、また開発もされていない。
本発明の一つの態様は、CF3CH2SHを作成する方法を提供するが、それには、CF3CH2X(ここでXは、ハライドおよびトシレートからなる群から選択される脱離基である)をMSH(ここでMは、アルカリ金属である)と反応させる工程が含まれる。たとえば、XはClであってよく、および/またはMはNaであってよい。
その反応は、少なくとも1種の有機溶媒中、具体的には、少なくとも1種の極性有機溶媒たとえば、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミドおよび/またはエチレングリコールの中で実施することができる。その反応は、少なくとも1種の相間移動触媒、具体的にはテトラアルキルアンモニウム塩、たとえばテトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、メチルトリオクチルアンモニウムクロリド(Aliquat(登録商標))およびそれらの混合物の存在下で実施することができる。
反応剤のMSHは、過剰モル状態で、CF3CH2Xを反応させるのがよい。たとえば、CF3CH2Xの1モルあたり、少なくとも2モルのMSHを反応させるのがよい。一つの実施態様においては、その反応を、約70℃〜約110℃の範囲内の温度で実施させるのがよい。CF3CH2XとMSHとは、たとえば約1時間〜約5時間をかけて反応させるのがよい。
その反応は、たとえば加圧容器の中で、大気圧以上の圧力で実施してもよい。CF3CH2XとMSHとを反応させる際に、硫化水素(H2S)を追加的に存在させてもよい。
CF3CH2XとMSHを反応させると、CF3CH2SHならびに、(CF3CH222および(CF3CH22Sからなる群から選択される少なくとも1種の副生物とからなる、反応生成物の混合物が得られる。本発明のこの実施態様においては、その方法には、その反応生成物の混合物からCF3CH2Xを分離するさらなる工程が、追加的に含まれていてもよいし、および/または、反応生成物の混合物から少なくとも1種の副生物を分離するさらなる工程がさらに含まれていてもよい。その反応生成物の混合物から分離された少なくとも1種の副生物を水素化剤と反応させて、CF3CH2SHを形成させてもよい。
本発明の一つの具体的な実施態様は、CF3CH2SHを作成する方法を提供するが、それには、1種または複数の極性有機溶媒からなる反応媒体中、約70℃〜約110℃の温度で、約1〜約5時間の時間をかけて、CF3CH2Clを過剰モルのNaSHと反応させる工程が含まれる。本発明の一つの具体的な実施態様は、CF3CH2SHを作成する方法を提供するが、それには、相間移動触媒の存在下に、約70℃〜約110℃の温度で、約1〜約5時間の時間をかけて、CF3CH2Clを過剰モルのNaSHと反応させる工程が含まれる。
化学式CF3CH2X(ここで、Xはハライドまたはトシレートである)に対応する一つの化合物または化合物の混合物を、本発明のプロセスにおける出発物質の一つとして使用する。好ましくは、XがBr(臭素)またはCl(塩素)である。そのような化合物は当業者には周知であり、慣用される方法で合成することもできるし、あるいは商業的供給源から入手することもできる。たとえば、化合物CF3CH2Clは、HCFC−133aの名称で販売されている。
MSH出発物質は、求核基のHS−の供給源として機能して、それがCF3CH2Xと反応して、ハライドまたはトシレートであるXに置き換わり、それによって、ハライドまたはトシレートをチオール官能基(−SH)に置換する。MSHは、好ましくはアルカリ金属ヒドロスルフィドであり、その場合Mがアルカリ金属である。MがK(カリウム)であれば好ましく、Na(ナトリウム)であればさらにより好ましい。各種適切なMSHの供給源を、出発物質として使用することができる。たとえば、多くの商業的供給源から低コストで容易に入手することが可能な硫化水素ナトリウム水和物を、使用してもよい。そのように望むならば、初期反応混合物の中で、MSHをin situで発生させてもよい。一般的に言って、CF3CH2Xの1モルあたり少なくとも1モルのMSHを反応させるのが有利となるであろう。少なくともある種の反応条件下では、CF3CH2Xに対して顕著に過剰モルのMSHを使用することによって、所望の反応生成物である2,2,2−トリフルオロエタンチオールの収率を改良するのに役立たせることもできる。CF3CH2Xの1モルあたり、たとえば少なくとも2モル、少なくとも3モル、少なくとも4モルまたは少なくとも5モルのMSHを使用するのがよい。
CF3CH2XとMSH出発物質との反応は、1種または複数の溶媒、特には1種または複数の有機溶媒の存在下に実施させるのがよい。その溶媒は、出発物質の一方または両方をその中に溶解させる反応媒体として機能させることができる。出発物質に対する溶媒の量は、あまり決定的なものではないと考えられ、標準的な実験手順に従って最適化させればよい。一つの実施態様においては、その溶媒が、単独の極性有機溶媒であるか、または複数の極性有機溶媒の組合せである。その溶媒が非プロトン性であってもよいが、本発明の別な実施態様においては、プロトン性溶媒を使用してもよい。好適な溶媒の例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定される訳ではない:スルホキシドたとえば、ジメチルスルホキシド、アミドたとえば、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、およびジメチルホルムアミド、およびグリコールたとえば、エチレングリコール、ならびにそれらの組合せ。CF3CH2XとMSHとの間の反応が完了したら、その反応生成物の混合物から溶媒を、蒸留またはその他の適切な方法により回収し、所望の2,2,2−トリフルオロエタンチオールを作成するための反応で使用するためにリサイクルさせることができる。回収した溶媒を、各種公知の、または慣用される精製法にかけてから、そのような再使用に用いるのがよい。
CF3CH2XとMSH出発物質との反応は、1種または複数の移動触媒、具体的にはテトラアルキルアンモニウム塩、たとえばテトラ−n−ブチルアンモニウムブロミドおよびメチルトリオクチルアンモニウムクロリド(Aliquat(登録商標))およびそれらの混合物の存在下に実施するのがよい。
本発明の一つの実施態様においては、MSHとCF3CH2Xとの反応の際に、追加的に硫化水素(H2S)を存在させる。硫化水素を存在させると、ビス−スルフィド副生物に比較して、2,2,2−トリフルオロエタンチオールの生成に有利になることが見出された。所望の反応生成物であるCF3CH2SHの生成は、次の式(1)に従って起きる。
副生物であるビス−スルフィド、(CF3CH22Sの生成は、目標の反応生成物であるCF3CH2SHがNaSHと、次の式(a)および(b)に従ってさらに反応して、起きる。
したがって、H2Sを存在させておくと、式(a)で示される平衡を左辺にシフトさせて、副生物の生成を抑制するのに役立つ。本発明の一つの実施態様においては、密閉した反応器の中に十分な量のH2Sを存在させて、液状反応媒体の上でのH2Sの分圧が、飽和分圧よりも高くなるようにする。そのようにすると、密閉された反応器系の中では、H2Sの「頭部圧力(head pressure)」が好適に維持されて、その反応液体が、最低限でも、H2Sで完全に飽和され、溶液中でH2Sの最大濃度が可能となる。そのようにして、平衡(a)に関して最大の(可能な)影響が実現されることになるであろう。
MSHおよびCF3CH2Xの反応剤は、溶媒および場合によってはH2Sまたは相間移動触媒、および場合によってはH2Sと共に組み合わせて、MSHとCF3CH2Xとの間の反応を達成させるのに有効な温度と時間をかけて加熱すると、それにより、所望の反応生成物であるCF3CH2SHが生成する。一つの実施態様においては、最初にMSHを、溶媒または相間移動触媒と組み合わせて反応混合物を形成させ、次いで、その反応混合物の中にCF3CH2Xを各種適切な方法(たとえば、CF3CH2Xをガスとして、その反応混合物の表面下にバブリングさせる方法)により導入する。また別の実施態様においては、溶媒または相間移動触媒を、容器またはその他の装置の中に導入し、冷却して室温よりも低温とし、CF3CH2X、次いでMSHを順に導入してから、その反応混合物を加熱して、MSHとCF3CH2Xとの間の反応を開始させるのに十分な温度にまで昇温させる。典型的には、十分な反応速度を得るためには、室温よりも高い反応温度を使用する。たとえば、その反応混合物を約70℃〜約110℃の温度に加熱してもよいが、反応剤、溶媒、相間移動触媒、圧力、およびその他の反応パラメーターの選択に応じて、それよりも低い温度、またはそれよりも高い温度を使用することもまた可能である。CF3CH2SHの有用な収率を得るためには、典型的には、約1〜5時間の反応(加熱)時間で十分であるが、他の反応パラメーターの選択によって、最適な反応時間が影響される可能性がある。室温よりも高い反応温度を採用した場合には、CF3CH2X反応剤(ここでXはハライドである)と任意成分のH2S成分の相対揮発度の観点から、一般的には、加圧することが可能な容器またはその他の装置の中で反応を実施するのが有利である。本発明のそのような実施態様においては、容器またはその他の装置の中の最大圧力を、約1〜約400psigの範囲とするのがよい。本発明の方法は、バッチ式、半バッチ式、または連続式のいずれで実施してもよい。そのプロセスの一つの実施態様においては、第一の工程においてMSHの第一の部分をCF3CH2Xと反応させ、次いで第二の工程において、MSHの第二の部分を添加してさらなる反応をさせる(すなわち、MSHを、CF3CH2Xと、少しずつ(portion−wise)または工程ごとに(step−wise)組み合わせることができる)。MSHとCF3CH2Xとを接触させる際には、反応混合物を撹拌するか、またはその他のかき混ぜをしてもよい。
MSHとCF3CH2Xとの間の上述の反応を行った結果として得られた反応生成物の混合物を、各種所望の精製、中和、分離、分別および/または回収工程にかけて、CF3CH2SH反応生成物を精製された形で単離することができる。反応生成物の混合物の中のその他の成分は、望みに合わせて、リサイクルさせても、廃棄しても、あるいはさらに反応させてもよい。たとえば、溶媒は、分離してから再使用することができるし、未反応のCF3CH2Xについても同様である。少なくともある種の反応条件下においては、所望のCF3CH2SHと組み合わさって、たとえば(CF3CH222および/または(CF3CH22Sのようなスルフィド含有副生物が生成する。ある種の末端用途では、そのような副生物が望ましいという場合もあり得るが、本発明の一つの実施態様においては、適切な水素化剤を用いてそれらを処理して、追加量のCF3CH2SHに転換させる。そのようなスルフィド副生物を転換させて相当するチオール化合物とするのに好適な水素化剤および条件は、当業者には周知である。たとえば、米国特許第2,894,991号明細書に記載されているZn/HCl水素化条件を使用してもよい(参考として引用し、そのすべてをすべての目的のために本明細書に組み入れたものとする)。たとえば米国特許第5,728,887号明細書に記載されているような接触水素化方法を採用してもよい(参考として引用し、そのすべてをすべての目的のために本明細書に組み入れたものとする)。
本発明には以下が含まれる:
請求項1:CF3CH2SHを作成する方法であって、CF3CH2X(ここで、Xは、ハライドおよびトシレートからなる群から選択される脱離基である)をMSH(ここで、Mは、アルカリ金属である)と反応させる工程を含む、方法。
請求項2:XがClである、請求項1の方法。
請求項3:MがNaである、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項4:前記反応が、少なくとも1種の有機溶媒の中で実施される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項5:前記反応が、少なくとも1種の極性有機溶媒の中で実施される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項6:前記反応が、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒の中で実施される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項7:前記反応が、相間移動触媒の存在下に実施される、請求項1の方法。
請求項8:前記相間移動触媒がテトラアルキルアンモニウム塩である、請求項1および7のいずれか1項に記載の方法。
請求項9:前記テトラアルキルアンモニウム塩が、テトラアルキルアンモニウム塩、たとえばテトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、メチルトリオクチルアンモニウムクロリド、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1、7および8のいずれか1項に記載の方法。
請求項10:MSHが、過剰モル状態でCF3CH2Xと反応される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項11:CF3CH2Xの1モルあたり、少なくとも2モルのMSHが反応される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項12:前記反応が、約70℃〜約110℃の範囲内の温度で実施される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項13:CF3CH2XとMSHとが、約1時間〜約5時間の時間をかけて反応される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項14:前記反応が、大気圧よりも高い圧力で実施される、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項15:CF3CH2XとMSHとの反応の際に、H2Sをさらに存在させる、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項16:前記反応が、密閉された反応器の中で、液状の反応媒体の中に存在させたCF3CH2XおよびMSHを用いて実施され、かつ前記密閉された反応器の中に十分な量のH2Sを存在させて、前記液状の反応媒体の上でのH2Sの分圧が飽和分圧よりも高くなるようにする、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項17:CF3CH2XとMSHとの反応が、CF3CH2SH、ならびに(CF3CH222および(CF3CH22Sからなる群から選択される少なくとも1種の副生物とからなる、反応生成物の混合物を生成する、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項18:前記反応生成物の混合物からCF3CH2Xを分離するさらなる工程をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項19:前記反応生成物の混合物から前記少なくとも1種の副生物を分離するさらなる工程をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項20:前記反応生成物の混合物から分離された前記少なくとも1種の副生物を水素化剤と反応させてCF3CH2SHを形成させるさらなる工程をさらに含む、先行する請求項のいずれか1項に記載の方法。
請求項21:CF3CH2SHを作成する方法であって、1種または複数の極性有機溶媒からなる反応媒体中、約70℃〜約110℃の温度で、約1〜約5時間の時間をかけて、CF3CH2Clを過剰モルのNaSHと反応させる工程が含まれる、方法。
請求項22:CF3CH2ClとNaSHとの反応の際に、H2Sをさらに存在させる、請求項21に記載の方法。
本明細書においては、実施態様は、明瞭かつ簡潔な明細書を書くことを可能とするようにして記載してきたが、それらの実施態様は、本発明から外れない範囲で、各種の併合または分離をしてもよいということが意図されており、このことは認められるであろう。たとえば、本明細書に記載の「好ましい態様」は、本明細書に記載されている本発明のすべての態様にあてはめることができるということは認められるであろう。
実施例1:
この実施例では、下記の式1に従って、2,2,2−トリフルオロ−1−クロロエタン(HCFC−133a)をNaSHと反応させて2,2,2−トリフルオロエタンチオールを得る反応を示す。
NMP(N−メチルピロリドン)溶媒中で、NaSHの量を変化させて、複数の実験を行った。これらの実験は、マグネチックスターラーバーを含み、圧力計および圧力逃し弁を備えた150mLのChemglassガラス製加圧反応器の中で実施した。IKAデジタルホットプレート/スターラーの上で、オイルバスを用いて、反応物の加熱と撹拌を行った。反応混合物の液面下にCF3CH2Clをガスとしてバブリングさせた。反応は、典型的には、3〜5グラム(HCFC−133a)のスケールで実施し、転化率は、HCFC−133a(表1のSM)の1H NMR信号を測定し、溶媒の1H NMR信号と比較することにより求めた。反応生成物の分布は、所望のチオール反応生成物であるCF3CH2SH(I)、ならびに副生物のビス−スルフィド(CF3CH22S(II)およびビス−ジスルフィド(CF3CH222(III)に独特の19F NMR信号を比較することにより求めた。これらの実験からの結果を、次の表1にまとめた。
この実施例から、HCFC−133aに対するNaSHの比率を上げると、他の反応生成物に対して所望のチオールの量を増やすことができるということがわかる。
実施例2:
実施例1に記載したのと同様の方法を使用し、目標化合物(I)であるCF3CH2SHを調製するための以下の式2に従った経路として、CF3CH2OTsから、(NaSHからの)求核性のSH-を使用して、トシレート(OTs=p−トルエンスルホネート)基の求核的置換を検討した。
実験はNMP溶媒中で実施し、結果を次の表2にまとめた。
実施例3:
実施例1に記載したのと同様の方法を使用し、各種の極性溶媒の中で、(NaSHからの)求核性のSH−を使用した、HCFC−133a、CF3CH2Clからの塩素原子の求核的置換を検討した。すべての反応は、マグネチックスターラーを備えた150mLのChemglass反応器の中で90℃に加熱し、3時間かけて実施した。HCFC−133aは、溶媒の液面下に導入した。すべての実験において、NaSH−H2Oを1モル過剰で使用した。それらの結果を次の表3にまとめた。生成物分布は、19F NMR分光光度法で求め、mol%として表示した。
実施例4:
この実施例では、H2Sを添加した過圧(over−pressure)下での、ガスとして添加したHCFC−133aとNaSHとの溶媒中での反応を示す。
300mLのHastelloy「C」製撹拌加圧反応器(Parr Instrument Company)を使用し、H2Sを添加した過圧を使用して、溶媒中でのHCFC−133aとNaSHとを反応させた。H2Sを添加するのは、副生物のビス−スルフィドおよびビス−ジスルフィドの生成を抑制するためである。
硫化水素ナトリウム水和物NaSH・H2Oの9.38g(126.6mmol)をN−メチルピロリドン(NMP)溶媒(135.25g)の中に溶解させ、その混合物に、トリフルオロトルエン(TFT)、2.45g(16.8mmol)を内部標準として添加した。反応器を密閉し、HCFC−133a、16.24g(137mmol)をガスとして、10分かけて添加した。その添加の間に、温度が18℃から23℃にまで上がった。次いで、硫化水素H2S、7.47g(219.2mmol)を7分かけて添加したが、その間、温度を23℃に保持したが、圧力が上昇して10psigとなった。反応器を加熱して90℃とし、その温度で6時間保持したが、その間にも圧力が上昇して65psigとなった。所定の時間の後、加熱を停止し、反応器の内容物を一夜撹拌すると、反応器が冷却されて周囲温度となった。次の日に、反応器からガス抜きをし、19F NMR分析のためのサンプリングをした。19F NMRの結果は、42%の(I)生成物の収率と、23%の(II)副生物を示した。11%の未反応のHCFC133aも存在していた。
追加の2.33g(31.5mmol)のNaSH・H2Oを11.89gのNMPの中に溶解させ、反応器に加えた。反応器を密閉し、H2S、9.06g(265.9mmol)を添加した。その反応器を加熱すると、最高温度138℃および圧力350psigに達した。さらに5時間、130℃で反応器を加熱し、一夜かけて放冷した。次の日に、反応器からガス抜きをし、19F NMR分析のためのサンプリングをした。19F NMRの結果は、45%の(I)生成物の収率と、23%の(II)副生物を示した。未反応のHCFC133aは存在せず、完全な転化を示していた。
実施例5:
この実施例では、H2Sを添加した過圧下での、液として添加したHCFC−133aとNaSHとの溶媒中での反応を示す。
この実施例では、実施例4に記載したのと同様の方法を使用した。したがって、硫化水素ナトリウム水和物、NaSH・H2O、11.28g(152.3mmol)を、N−メチルピロリドン(NMP)溶媒(136.3g)の中に溶解させ、その混合物に内部標準としてトリフルオロトルエン(TFT)、2.54g(17.4mmol)を添加した。反応器を密閉し、次いでH2S、13.36g(392.0mmol)を7分かけて添加したが、その間に圧力が上昇して25psigとなった。次いで反応器を加熱して90℃とすると、その間に圧力が上昇して120psigとなった。その後で、HCFC−133a、15.0g(126.6mmol)を液体として、高圧液体注入ポンプを用いて15分かけて添加した。HCFC−133aを添加した後での圧力は、120psig@90℃であった。その反応混合物を90℃でさらに2時間撹拌してから、撹拌しながら一夜かけて放冷した。その翌日に、反応器からガス抜きをし、反応混合物の19F NMR分析するためにサンプリングをした。F−19 NMRの結果は、31%の反応生成物(I)収率と、5%の副生物(II)収率を示した。
実施例6:
この実施例では、H2Sを添加した過圧下での、液として添加したHCFC−133aとNaSHとの溶媒中での反応を示す。
この実施例では、圧力計、熱電対および圧力逃し弁を備えた75mLのParr Reactor(Hastelloy C)を使用した。その反応器にエチレングリコール(45.08g)を仕込んだ。ドライアイス中でその反応器の底部を冷却し、その冷却した溶媒の中に5.60g(47.3mmol)のHCFC−133aをバブリング注入した。硫化水素ナトリウム水和物、11.28g(152.3mmol)を、トリフルオロトルエン、1.0802g(7.4mmol)と共にその反応器に添加した。その反応器の中にマグネチックスターラーバーを入れ、密閉した。その反応混合物を撹拌し、3時間かけて165℃にまで加熱すると、その時間の間に、2時間後には、圧力がその最大値の290psigに達した。所定の時間が経過した後に加熱を停止し、反応器の内容物を一夜撹拌すると、それらは冷却されて周囲温度となった。次の日に、反応器からガス抜きをし、19F NMR分析のためのサンプリングをした。トリフルオロトルエンを内部標準として使用して、反応収率を求めた。所望の反応生成物(I)の収率は18mol%であったが、それに対して副生物(II)および(III)の収率は、それぞれ、4.9mol%および3.4mol%であった。
実施例7
この実施例では、相間移動触媒(PTC)系におけるCF3CH2OTsとNaSHとの反応について示す。
実施例7A:150mLガラス反応器中で実施した反応
150mLのChemglass加圧反応器に、8.53gのCF3CH2OTs(33.6mmol)、46.29gのトルエン(0.503mmol)、および0.8525gのトリフルオロトルエン(5.8mmol)を仕込んだ。トリフルオロトルエンは、19F NMR分析のための内部標準として使用した。次いでその反応器に、0.97gのテトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、(n−Bu)4NBr(3.0mmol)および1.19gのAliquat(登録商標)336、メチルトリオクチルアンモニウムクロリド(2.9mol)相間移動触媒を仕込んだ。硫化水素ナトリウム水和物、NaHS・H2O(5.72g/77.2mmol)を、マグネチックスターラーバー入りの50mLビーカーに入れ、水(12.70g/705.6mmol)を用いて溶解させた。溶解したら、その混合物に撹拌しながら、濃HCl(5.79g@36%=2.08g/57.2mmol)を徐々に添加した。その添加により、pHが10から7.8まで低下した。次いで、そのNaSH/H2O溶液を、150mLガラス反応器に仕込んだ。マグネチックスターラーバーを投入し、反応器を密閉した。その反応器の頂部には、圧力計および圧力逃し弁を取り付けた。そのガラス反応器を、温度90℃のオイルバスの中に漬けた。そのバスの中で混合物を、90℃で4時間加熱すると、その加熱時間の最後には36psigの最終圧力に達した。その翌日に、19F NMR分光光度法により反応混合物を分析した。転化率(SMの消失)は49.4%であり、生成物(I)の収率は44.5%であった。その反応混合物を90℃で4時間再加熱すると、加熱の最後に達する最終圧力は39psigであった。一夜かけて冷却させてから、19F NMRによる分析のための反応混合物のサンプリングを行った。転化率が56.6%、反応生成物(I)の収率が50.6mol%であった。追加のNaHS・H2O(1.42g/19.2mol)を加え、その反応混合物を90℃でさらに1時間再加熱した。加熱時間の最後には、圧力が33psigに達した。一夜かけて冷却させた後でも、反応器の中の圧力はまだ8psigもあったので、ドライアイスを用いてその反応混合物を冷却して−10℃とすると、その結果圧力は0psigにまで低下した。19F NMRによるサンプルの分析から、転化率が77.4%、反応生成物(I)の収率が67.5mol%であることが分かった。追加のNaHS・H2O(0.5g/6.8mmol)を加え、その反応混合物を90℃でさらに4時間再加熱すると、その加熱時間の最後には、最終圧力が35psigとなった。一夜かけて冷却させた後でも、反応器の中の圧力はまだ5psigもあったので、その反応器の内圧をスクラバーに放出し、サンプリングして19F NMRによる分析にかけた。転化率が92.9%、最終の反応生成物(I)収率が75.6mol%であった。使用した反応剤の量を、表4にまとめた。結果を表5にまとめた。
実施例7Aにおいては、(NaSH:CF3CH2OTs)のモル比が(3:1)であり、相間移動触媒は、それぞれの場合において、約9mol%で使用した。
実施例7B:600ccのParr 316−SS撹拌加圧反応器中における反応
600ccの316−SS Parr反応器に、CF3CH2OTs(40.33g/158.6mmol)、トルエン(228.56g/2.48mol)およびAliquat(登録商標)336(1.33g/3.3mmol)を仕込んだ。別途に、NaHS・H2O(35.36g/477.5mmol)および(n−Bu)4NBr(1.01g/3.1mmol)を水(40.33g/2.2406mol)に溶解させておき、この水性混合物を次いでParr反応器に添加した。内部標準として使用する、トリフルオロトルエン(2.42g/16.6mmol)を添加した。その反応器を密閉し、電気加熱マントルの中に入れ、塔頂撹拌モーターを取り付けた。濃HCl(16.37g@36%=5.89g/161.7mmol)を、セプタムを通して挿入した注射器を使用して、反応器へ移し込んだ。その反応混合物を90℃で4時間加熱してから、一夜放冷して周囲温度とした。サンプリングの前に、その反応器をドライアイスの中に入れ、冷却して−4℃として、サンプリングの際の圧漏れを最小限にした。反応器の内圧をスクラバーに放出し、サンプリングして19F NMR分光光度法による分析にかけた。転化率が8.4%、反応生成物(I)の収率が8.4%であった。その反応混合物を90℃でさらに16時間再加熱してから、撹拌しながら一夜放冷して、周囲温度とした。19F NMRによる分析のためのサンプリングをする前に、その反応器をドライアイスの中に入れて冷却して−20℃とし、内圧をスクラバーに放出した。転化率が32.7%、反応生成物(I)の収率が25.6mol%であった。その反応器に、1.5gの水に溶解させた追加のn−Bu4NBr(1.50g/4.6mmol)を仕込んでから、さらに16時間加熱した。加熱時間が経過したら、その混合物をドライアイス中で冷却して−20℃とし、内圧をスクラバーに放出し、サンプリングして19F NMR分光光度法による分析にかけた。転化率が49.5%、反応生成物(I)の収率が41.8mol%であった。次いでその反応器に、5.0gの水に溶解させた追加のn−Bu4NBr(5.11g/15.8mmol)および5.0gのトルエンに溶解させたAliquat(登録商標)336(4.74g/1.17mmol)を、セプタムを通して挿入した注射器を使用して仕込んだ。その反応混合物を90℃でさらに16時間再加熱してから、撹拌しながら一夜放冷して、周囲温度とした。19F NMRによる分析のためのサンプリングをする前に、その反応器をドライアイスの中に入れて冷却して−20℃とし、内圧をスクラバーに放出した。転化率が94.6%、最終反応生成物(I)の収率が71.5mol%であった。使用した反応剤の量を、表6にまとめた。結果を表7にまとめた。
実験7Bにおいては、(NaSH:CF3CH2OTs)のモル比が(3:1)であり、相間移動触媒のPTC(n−Bu)4NBrをほぼ15mol%で使用し、Aliquat(登録商標)336を9.5mol%で使用した。
実施例8:
米国特許第2,894,991号明細書の実施例4に記載されている、CF3CH2基を含むポリスルフィドを転化させるための方法(Zn/HCl)を、副生物の(II)および(III)を所望の反応生成物(I)へと転化させるために使用することができる。すなわち、副生物IIおよび/またはIIIおよび亜鉛の水性混合物を、還流させ、還流させながら塩酸を添加することが可能であった。次いでその混合物を蒸留すれば、所望の反応生成物を回収することが可能であった。

Claims (15)

  1. CF3CH2X(ここで、Xは、ハライドおよびトシレートからなる群から選択される脱離基である)とMSH(ここで、Mは、アルカリ金属である)とを反応させる工程を含むCF3CH2SHの製造方法であって、
    前記反応を、密閉された反応器の中で、大気圧より高い圧力において、液状の反応媒体の中にCF3CH2XおよびMSHを存在させて実施し、
    その際、前記密閉された反応器の中にH2Sを、前記液状の反応媒体の上でのH2Sの分圧が飽和分圧よりも高くなるのに十分な量で存在させ、
    CF3CH2X1モル当たりMSH少なくとも3モルを反応させ、
    前記反応を70℃〜110℃の範囲内の温度において実施する、前記方法。
  2. XがClである、請求項1に記載の方法。
  3. MがNaである、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記反応が、少なくとも1種の有機溶媒の中で実施される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記反応が、少なくとも1種の極性有機溶媒の中で実施される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  6. 前記反応が、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、エチレングリコール、およびそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒の中で実施される、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  7. 前記反応が、相間移動触媒の存在下に実施される、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記相間移動触媒がテトラアルキルアンモニウム塩である、請求項7に記載の方法。
  9. 前記テトラアルキルアンモニウム塩が、テトラ−n−ブチルアンモニウムブロミド、メチルトリオクチルアンモニウムクロリド、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項8に記載の方法。
  10. CF3CH2Xの1モルあたり、少なくともモルのMSHが反応される、請求項1〜のいずれかに記載の方法。
  11. CF3CH2XとMSHとが、1時間〜5時間の時間をかけて反応される、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. CF3CH2XとMSHとの反応が、CF3CH2SHならびに、(CF3CH222および(CF3CH22Sからなる群から選択される少なくとも1種の副生物からなる、反応生成物の混合物を生成する、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記反応生成物の混合物からCF3CH2Xを分離するさらなる工程をさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記反応生成物の混合物から前記少なくとも1種の副生物を分離するさらなる工程をさらに含む、請求項12または13に記載の方法。
  15. 前記反応生成物の混合物から分離された前記少なくとも1種の副生物を水素化剤と反応させてCF3CH2SHを形成させるさらなる工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。
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