JP6818321B2 - ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体とモノヒドロペルフルオロアルカンとを出発原料とするペルフルオロアルキル化合物の製造方法 - Google Patents

ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体とモノヒドロペルフルオロアルカンとを出発原料とするペルフルオロアルキル化合物の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、カルボニル基に対してベンゼン環のパラ位にハロゲン原子を有するフェニルケトン又はベンズアルデヒドの誘導体（以下、ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体ということがある）とモノヒドロペルフルオロアルカンとを出発原料とした、有機電子材料、医薬、農薬、高分子機能材料等の重要な中間体となるペルフルオロアルキル化合物の簡便な製造方法に関する。
ペルフルオロアルキル基を有する有機化合物は、有機電子材料、医薬、農薬、高分子機能材料等の重要な中間体である。その中でも、トリフルオロメチル化合物は合成例が多く報告されている。
有機化合物のトリフルオロメチル化反応に用いられるトリフルオロメチル源としては、ルッパート−プラカッシュ試薬（トリフルオロメチルトリメチルシラン、ＣＦ３ＳｉＭｅ３）が知られており、アルデヒド（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５）、ケトン（非特許文献１，非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４，非特許文献５）、エステル（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献５）、ラクトン（非特許文献２）、酸ハライド（非特許文献２）、アミド（非特許文献２、非特許文献３）、イミド（非特許文献２）、アジリジン（非特許文献２）、アルキルハライド（非特許文献２）、アリールハライド(非特許文献２)、硫黄化合物(非特許文献２)、有機金属化合物(非特許文献２)、ニトロソ化合物(非特許文献２)、リン化合物(非特許文献２、非特許文献３)、イミン（非特許文献３）、ポルフィリン（非特許文献３）、アリールスルホニルフルオリド（非特許文献６）等との反応により、相当するトリフルオロメチル化合物を与えることが報告されている。しかし、トリフルオロメチルトリメチルシランが高価であることが大量生産への障害となっていることが否めない。
一方で、トリフルオロメタンは、テフロン（登録商標）製造過程の副産物として工業的に大量に産出され、安価に大量入手が可能であるためにトリフルオロメチル源としての可能性を秘めている材料である。これまでにトリフルオロメタンを用い、アルデヒド（非特許文献７、非特許文献８、非特許文献１０、非特許文献１１、非特許文献１２、非特許文献１３、非特許文献１４、特許文献３、特許文献４）、ケトン（非特許文献７、非特許文献９、非特許文献１１、非特許文献１３、非特許文献１４、非特許文献１５、特許文献１、特許文献２、特許文献４）、エステル（非特許文献７、非特許文献１３、特許文献４）、酸ハライド（非特許文献７、非特許文献１３）、ホウ素化合物（非特許文献７、特許文献４）、ケイ素化合物（非特許文献７、特許文献４）、単体硫黄（非特許文献７、特許文献４）、ジスルフィド（非特許文献１４）、エポキシド（非特許文献１３）、二酸化炭素（非特許文献１３、特許文献４）、アルキルハライド（特許文献４）、アリールハライド（特許文献４）、アリールスルホニルフルオリド（非特許文献１５）等と反応させることにより、対応するトリフルオロメチル化合物の合成を行なった例が報告されているが、トリフルオロメタンは低い沸点（−８３℃）を有し、低い酸性度（ｐＫａ＝２７）のため反応性が低く、トリフルオロメタンの活性化には、強塩基、例えば電気化学的手法によって発生させた塩基（非特許文献１１、非特許文献１２）、ホスファゼン塩基（非特許文献１３、非特許文献１４、非特許文献１５、特許文献３）、ターシャリーブトキシカリウム（非特許文献９）、カリウムヘキサメチルジシラザン（非特許文献８、非特許文献９、特許文献１、特許文献２、特許文献４）、水素化ナトリウム（非特許文献９）、カリウムジムシレート（非特許文献８、非特許文献１０）等が必用であった。これらの強塩基は高価であり、工業的大量生産への適用に対しては必ずしも有効とはいえないのが現状である。また、塩基の使用量は触媒量の使用（非特許文献１５）で反応が進行するという報告もなされているが、反応基質が限定されており汎用性が高いとはいえない。
一方、トリフルオロメタン以外の一般式［３］で示される、ＲＦＨ（モノヒドロペルフルオロアルカン）を用いた合成例はこれまでに報告されていない。
J. Am. Chem. Soc., 1989, 111, p393-395 Chem. Rev., 1997, 97, p757-786 Tetrahedron, 2000, 56, p7613-7632 J. Fluorine Chem., 2009, 130, p762-765 J. Org. Chem., 1999, 64, p2873-2876 Synthesis, 1990, p1151-1152 Science, 2012, 338, p1324-1327 Tetrahedron Lett., 1998, 39, p2973-2976 J. Org. Chem., 2000, 65, p8848-8856 Tetrahedron, 2000, 56, p275-283 J. Org. Chem., 1991, 56, p2-4 J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1998, p1251-1252 J. Fluorine Chem., 2013, 156, p367-371 Org. Biomol. Chem., 2013, 11, p1446-1450 ChemistryOpen, 2015, 4, p581-585 J. Org. Chem. 1980, 45, p3295-3299
国際公開ＷＯ９８／２２４３５号 米国特許第６，３５５，８４９号 特開２０１４−９１６９１号公報 特開２０１４−５１９４８６号公報
これまで本発明者らは、安価で大量に入手が可能なトリフルオロメタンをトリフルオロメチル源として利用し、従来の高価な塩基の替わりに安価で汎用性の高い塩基を用いてトリフルオロメタンの活性化及びトリフルオロメチル化合物へと誘導する手法の開発を目標とし、カルボニル化合物とモノヒドロペルフルオロアルカンとを水酸化カリウムなどの水酸化物の存在下反応させてペルフルオロアルキル基を有するアルコールを容易に製造することに成功している（例えば、特願２０１６−１５４６４０号）。
しかし、本発明者らの検討によれば、ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体とモノヒドロペルフルオロアルカンとの反応は、収率が低く、更なる改善の余地が残っていることが分かっている。ベンゾフェノン、アセトフェノンに代表されるフェニルケトンは光によりラジカルを発生し、重合開始剤として働く事が知られている。パラ位にハロゲンを有するｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体はこのラジカル発生に起因してハロゲンラジカルが発生する為、複雑な反応を起こして低収率になったと考えられる。
そこで本発明の目的は、ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体とモノヒドロペルフルオロアルカンとを出発原料とした、有機電子材料、医薬、農薬、高分子機能材料等の重要な中間体となるペルフルオロアルキル化合物の高収率で簡便な製造方法を提供することにある。
本発明は、以下の態様を提供する。
（１）
一般式［１］：
［式中、Ｒは水素原子または置換されてもよい炭化水素基であり、Ｘはハロゲン原子である］
で示されるカルボニル化合物と、一般式［２］：
Ｍ（ＯＨ）ｘ ［２］
［式中、Ｍは元素周期律表におけるＩ族、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族、ＶＩＩ族、ＶＩＩＩ族、ＩＸ族、Ｘ族、ＸＩ族、ＸＩＩ族、及びＸＩＩＩ族に属する金属あるいは無置換若しくは炭素数１から１０のアルキル基を置換基として有しても良いアンモニウムであり、それらは単独であっても、複数の物質の混合物であっても良く、ｘはＭであらわされる物質の酸化数に一致する］
で示される水酸化物及び一般式［３］：
ＲＦＨ ［３］
［式中、ＲＦは炭素数１〜２の直鎖あるいは炭素数３〜１０の直鎖、分岐あるいは環状構造を有することもあるアルキル基であり、炭素上の水素が全てフッ素で置換されたペルフルオロアルキル基を表す］
で示されるモノヒドロペルフルオロアルカンを、重合禁止剤の存在下、有機溶媒中で反応させる工程を含む、一般式［４］：
［式中、ＲＦ、ＲおよびＸは前記のとおりである］
で示されるペルフルオロアルキル基を有するアルコールの製造方法。
（２）
一般式［３］で示されるＲＦＨがトリフルオロメタンであることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（３）
一般式［３］で示されるＲＦＨがペンタフルオロエタンであることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（４）
一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが水酸化カリウムであることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（５）
一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが水酸化ナトリウムであることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（６）
一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが水酸化テトラメチルアンモニウムまたはその水和物であることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（７）
一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが、粉末状で反応系に添加されることを特徴とする、（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）
有機溶媒がジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、ジグライム、アセトニトリル、スルホラン、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法。
（９）
モノヒドロペルフルオロアルカンが気体の状態で反応液と接触することを特徴とする、（１）〜（８）のいずれかに記載の製造方法。
（１０）
モノヒドロペルフルオロアルカンを液体あるいは固体の状態で反応液と混合させることを特徴とする、（１）〜（８）のいずれかに記載の製造方法。
（１１）
重合禁止剤がキノン類及びアミン類から成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、（１）〜（１０）のいずれかに記載の製造方法。
（１２）
アミン類が第３級アミン及びヒドロキシルアミンから成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、（１１）に記載の製造方法。
（１３）
重合禁止剤がヒドロキノン、１，４−ベンゾキノン、アントラキノン、トリエチルアミン、トリ（ｎ−プロピル）アミン、トリ（ｎ−ブチル）アミン、トリイソブチルアミン、トリ（ｎ−ペンチル）アミン、トリ（ｎ−ヘキシル）アミン、トリ（ｎ−ヘプチル）アミン、トリ（ｎ−オクチル）アミン、エチルジイソプロピルアミン、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−メチルピロリジン、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン、４−ジメチルアミノピリジン、Ｎ，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ヒドロキシピペリジン、ヒドロキシルアミン、２−ヒドロキシ−２−アザアダマンタン、及びジエチルヒドロキシルアミンから成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、（１）〜（１０）のいずれかに記載の製造方法。
本発明により、ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体とモノヒドロペルフルオロアルカンとを出発原料とした場合でも、ｐ−ハロゲノフェニル基及びペルフルオロアルキル基を有するアルコールを高収率で製造できる。モノヒドロペルフルオロアルカンの中でも、特にトリフルオロメタンは産出量が多くかつ地球温暖化効果の高いガスであるために、その処理方法、廃棄方法が課題として挙げられている。本発明では、地球温暖化効果の高いトリフルオロメタンの有効活用法と同時に、その処理方法を併せて提供することが可能であるために、経済面及び環境面で実利貢献することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、一般式［３］で表されるモノヒロドペルフルオロアルカンの中でも、特に工業的に大量に産出されるトリフルオロメタンを出発原料に、一般式［１］で表されるカルボニル化合物を、一般式［２］で示される水酸化物及び重合禁止剤の存在下で反応させて、有機電子材料、医薬、農薬及び高分子機能材料等の重要な中間体となるｐ−ハロゲノフェニル基及びペルフルオロアルキル基を有する化合物の簡便な製造方法を提供するものである。
本発明の範囲は、これらの説明に限定されることなく、以下の表記以外にも本発明の趣旨を外れない範囲で適宜修正して実施することができる。
［作用］
本発明の方法は、実験的に見出されたものであり、一般式［２］で示される水酸化物が、一般式［３］で示されるモノヒドロペルフルオロアルカンから水素原子（プロトン）を引き抜き、その結果生じたペルフルオロアルキルアニオンが一般式［１］で示されるカルボニル化合物のカルボニル基の炭素に求核的に攻撃し、カルボニル基が水酸基となり、一般式［４］で示されるペルフルオロアルキルアルコールが形成されるものと考えられる。しかし、本発明者らのこれまでの検討によれば、上記式［１］で表されるｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体とモノヒドロペルフルオロアルカンとの反応は、収率が低く、更なる改善の余地が残っていることが分かった。ベンゾフェノン、アセトフェノンに代表されるフェニルケトンは光によりラジカルを発生し、重合開始剤として働く事が知られている。パラ位にハロゲンを有するｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体はこのラジカル発生に起因してハロゲンラジカルが発生する為、複雑な反応を起こして低収率になったと考えられる。本発明者らは、反応系に重合禁止剤を存在させることにより、この低収率が改善することを見出した。重合禁止剤は、光や熱の影響によって重合反応を起こしやすい物質に添加して、それを阻害する試薬である。重合禁止剤は、モノマーに発生したラジカルと相互作用し安定ラジカルを形成する性質を有しており、この安定ラジカルが重合反応を停止させる。本発明における収率の改善は、反応系に存在する重合禁止剤が上記式［１］で表されるｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体と相互作用し、ｐ−ハロゲノフェニルケトン誘導体又はｐ−ハロゲノベンズアルデヒド誘導体のラジカルによる副反応を阻害したことに起因すると考えられる。重合禁止剤は反応の抑制に用いられることや、重合禁止剤自体が反応性の置換基を有しているので副反応を起こす危険があることを考えると、重合禁止剤の存在が本発明の製造方法の収率の向上をもたらすことは驚くべきことであった。
［一般式［１］で示されるカルボニル化合物］
本発明の一般式［１］で示されるカルボニル化合物は、特に限定されず、Ｘはフッ素、塩素、臭素及びヨウ素から選ばれるハロゲン原子であり、Ｒで表される置換基としては、水素原子の他に、炭素数１〜２の直鎖あるいは炭素数３〜２６、特に炭素数３〜１０の直鎖、分岐あるいは環状構造を有することもあるアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アラルキル基、アルケニル基またはアルキニル基をあらわし、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、ナフタセニル基、ペンタセニル基、ヘキサセニル基、コロニル基、ピロリル基、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリミジル基、ピラジル基、ピリダジル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、インドリル基、ベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリル基、フタラジル基、キナゾリル基、ナフチリジル基、シンノリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンジル基、フェネチル基、ビニル基、アリル基、プレニル基、プロパギル基などであり、それらの炭素原子上には水素原子以外の原子、例えば窒素、酸素、ケイ素、リン、硫黄、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が置換された状態でも良く、また、水素原子以外の置換基、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ヒドロキシ基、ヒドロペルオキシ基、ジオキシ基、カルボキシル基、チオカルボキシ基、ジチオカルボキシ基、カルボニル基、チオカルボニル基、オキシカルボニル基、ハロホルミル基、カルバモイル基、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、ジメチルアミノ基、アセトアミノ基（ＡｃＨＮ−）等のアミノ基、イミノ基、ヒドラジノ基、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリクロロメチル等のハロゲン置換アルキル基、スルファニル基、アルキルスルフィニル基、アルキルスルホニル基、スルホ基、スルフィノ基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、ニトロ基、ニトロソ基、ジアゾ基、アジド基、アミジノ基、ホルミル基、チオホルミル基等が置換された状態でもよい。具体的には、４’−ブロモアセトフェノン、４’−フルオロアセトフェノン、４’−クロロアセトフェノン、４’−ヨードアセトフェノン、４’−ブロモプロピオフェノン、４’−フルオロプロピオフェノン、４’−クロロプロピオフェノン、４’−ヨードプロピオフェノン、４’−ブロモブチロフェノン、４’−フルオロブチロフェノン、４’−クロロブチロフェノン、４’−ヨードブチロフェノン、４’−ブロモバレロフェノン、４’−フルオロバレロフェノン、４’−クロロバレロフェノン、４’−ヨードバレロフェノン、４−ブロモベンゾフェノン、４−フルオロベンゾフェノン、４−クロロベンゾフェノン、４−ヨードベンゾフェノン、４，４’−ジブロモベンゾフェノン、４，４’−ジフルオロベンゾフェノン、４，４’−ジクロロベンゾフェノン、４，４’−ジヨードベンゾフェノン、４−ブロモベンズアルデヒド、４−フルオロベンズアルデヒド、４−クロロベンズアルデヒド、４’−ヨードベンズアルデヒドなどが挙げられる。
［重合禁止剤］
本発明における重合禁止剤は、反応物質と相互作用してラジカル発生時に反応物質を安定化させる作用を有する化合物である。この重合禁止剤が、一般式［１］の化合物において、ラジカルによる副反応を阻害すると考えられる。重合禁止剤としては、例えば、キノン類、アミン類などが挙げられる。キノン類としては、例えば、ヒドロキノン、１，４−ベンゾキノン、アントラキノンなどが挙げられる。アミン類としては、例えば、炭化水素基が結合した第１級〜第３級アミン、ヒドロキシルアミンなどが好ましく、特に第３級アミンが好ましい。第３級アミンとしては、例えば、トリエチルアミン、トリ（ｎ−プロピル）アミン、トリ（ｎ−ブチル）アミン、トリイソブチルアミン、トリ（ｎ−ペンチル）アミン、トリ（ｎ−ヘキシル）アミン、トリ（ｎ−ヘプチル）アミン、トリ（ｎ−オクチル）アミン、エチルジイソプロピルアミン、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−メチルピロリジン、ジアザビシクロウンデセン（ＤＢＵ：１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセ−７−エン）、ジアザビシクロノネン（ＤＢＮ：１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］−５−ノネン）、４−ジメチルアミノピリジン、Ｎ，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ヒドロキシピペリジン、などが挙げられる。ヒドロキシルアミンとしては、例えば、ヒドロキシルアミン、２−ヒドロキシ−２−アザアダマンタン（ＡＺＡＤＯＬ（登録商標））、ジエチルヒドロキシルアミンなどが挙げられる。
［一般式［２］で表される水酸化物］
本発明における一般式［２］で表される水酸化物は、特に限定されず、Ｍで表される物質としては、主にＩ族、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族、ＶＩＩ族、ＶＩＩＩ族、ＩＸ族、Ｘ族、ＸＩ族、ＸＩＩ族、及びＸＩＩＩ族の金属あるいは無置換若しくは炭素数１から１０のアルキル基を置換基として有しても良いアンモニウムの水酸化物をあらわし、具体的には水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、オキシ水酸化鉄（ＩＩＩ）、水酸化銅（Ｉ）、水酸化銅（ＩＩ）水酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラペンチルアンモニウム、水酸化テトラヘキシルアンモニウム、水酸化テトラヘプチルアンモニウム、水酸化テトラオクチルアンモニウム、水酸化テトラノニルアンモニウム、水酸化テトラデシルアンモニウムなどである。なお、アンモニウム塩を形成している窒素原子上の４つのアルキル基は全て同じであっても良く、全てが異なっていても良く、あるいはアルキル基の１〜４つが水素で置換されていても良く、無水物あるいは水和物（１水和物から２０水和物）が使用できる。一般式［２］で表される水酸化物は、好ましくは１価の陽イオンと１個の水酸化物イオンの組み合わせ、より好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムまたはその水和物（特に、５水和物）が挙げられるが、より好ましくは水酸化カリウムである。
水中でのトリフルオロメタン及び水のｐＫａはそれぞれ３２及び１５．７であることから、トリフルオロメチルアニオンの方が水酸化物イオンよりもはるかに強い塩基である。そのため、水中では水酸化物イオンによるトリフルオロメタンの水素引き抜き反応は通常起こらない。しかしながら、ＤＭＳＯ中においては水のｐＫａは３１．４と大きく変化する（非特許文献１６）。トリフルオロメタンのＤＭＳＯ中におけるｐＫａ値の報告例が無いので正確な比較はできないものの、ＤＭＳＯ中ではトリフルオロメタンと水のｐＫａが近接しており、水酸化物イオンによるトリフルオロメタンの水素引き抜き反応が進行するものと考えられる。同様に、本発明で使用したＤＭＳＯ以外の溶媒の場合も本反応機構で反応が進行するものと考えられる。
［一般式［３］で示されるモノヒドロペルフルオロアルカン］
本発明における一般式［３］で示されるモノヒドロペルフルオロアルカンは、特に限定されず、ＲＦで表される物質としては炭素数１〜２の直鎖あるいは３〜２６、特に炭素数３〜１０の直鎖、分岐あるいは環状構造を有することもあるアルキル基であり、炭素上の水素が全てフッ素で置換されたペルフルオロアルキル基を表し、具体的にはトリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ペンタフルオロシクロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ノナフルオロイソブチル基、ノナフルオロターシャリーブチル基、ヘプタフルオロシクロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、ノナフルオロシクロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ウンデカフルオロシクロヘキシル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、トリデカフルオロシクロヘプチル基、ヘプタデカフルオロオクチル基、ペンタデカシクロオクチル基、ノナデカフルオロノニル基、ヘプタデカフルオロシクロノニル基、ヘンイコサフルオロデセニル基、ノナデカフルオロシクロデセニル基などを表す。安価で大量に入手できる点から、一般式［３］で示されるモノヒドロペルフルオロアルカンとしては、好ましくはトリフルオロメタン、ペンタフルオロエタンであり、より好ましくはトリフルオロメタンである。
［一般式［４］で示されるペルフルオロアルキルアルコール］
本発明における一般式［４］で示されるペルフルオロアルキルアルコールは、それぞれ一般式［１］のＸ及びＲと同じ置換基Ｘ及びＲを持つ、対応するペルフルオロアルキルアルコールである。
［反応条件］
次に、本発明における反応方法について詳細に説明する。
本発明において使用する反応容器の材質は、ガラス、ポリエチレン及びポリプロピレン等のプラスチック、テフロン（登録商標）及びＰＦＡ等のフッ素樹脂、ステンレススチール、ハステロイ、及びインコネルといった金属が使用できるが、その中でもガラスが好ましい。反応温度は−４０℃から２００℃の範囲で行うことが出来るが、好ましくは０℃から６０℃である。反応時間は１時間から１００時間の間で行なうことが出来るが、好ましくは３時間から６時間である。
モノヒドロペルフルオロアルカンの使用量は、本発明で使用する一般式［１］で表されるカルボニル化合物に対して０．１モル当量から１００モル当量程度、好ましくは１モル当量から１０モル当量である。
また、重合開始剤の使用量は、本発明で使用する一般式［１］で表されるカルボニル化合物に対して好ましくは０．００１モル当量から１０モル当量、より好ましくは０．０１モル当量から５モル当量である。特にキノン類は少量でも効果があり、一般式［１］で表されるカルボニル化合物に対して０．００１モル当量から１モル当量でも使用でき、特に０．００１モル当量から０．１モル当量でも使用できる。アミン類の好適な使用量は、一般式［１］で表されるカルボニル化合物に対して０．０１モル当量から５モル当量が好ましく、特に０．１モル当量から３モル当量が好ましい。上限値を超える量使用しても目的物を製造できるが、重合開始剤が浪費されることになる。従って、反応後、重合開始剤を回収して再利用することが望ましい。
反応圧力は、大気圧以下（１．０×１０−７ＭＰａ〜０．０９ＭＰａ）、常圧（約０．１ＭＰａ）あるいは加圧状態（０．１１〜４．８７ＭＰａ）の範囲で反応を行うことが出来るが、ガラス製反応器を用いて反応を行う場合は、好ましくは１．０×１０−７ＭＰａから０．１１ＭＰａであり、より好ましくは０．０１ＭＰａから０．１１ＭＰａである。一方、オートクレーブのような金属製反応器を用いて反応を行う場合は、好ましくは０．０９×１０−７ＭＰａから４．８７ＭＰａであり、より好ましくは０．２ＭＰａから１ＭＰａである。
モノヒドロペルフルオロアルカンの導入法については、モノヒドロペルフルオロアルカンがトリフルオロメタンである場合について説明するが、標準状態でガス状態であるその他のモノヒドロペルフルオロアルカンの場合も同様の手法を用いて反応に使用することができる。反応に使用する前に反応容器の内部を減圧状態とし、その後トリフルオロメタンを導入して反応容器内をトリフルオロメタン雰囲気においても良いが、窒素、ヘリウムあるいはアルゴン等の不活性ガスで反応容器内を置換した後で、トリフルオロメタンを導入して不活性ガスとのトリフルオロメタン混合ガスの状態で反応を行っても良い。この際、トリフルオロメタンは減圧弁を装着したボンベあるいはシリンダーから配管を通して直接反応器に導入する方法、トリフルオロメタンをあらかじめ充填させたサンプリングバックあるいはゴム風船から反応器に導入する方法が挙げられる。小スケールではゴム風船から反応器に導入する方法が好ましいが、工業的には配管を用いてトリフルオロメタンを反応器の中に導入する方がより好ましい。トリフルオロメタンと反応溶液との接触方式は、気−液界面において接触混合させる方法或いはコンデンサを使用してトリフルオロメタンを液化させて反応溶液に混合させる方法が挙げられるが、気−液界面において接触混合させる方法が好ましい。
室温で液体あるいは固体であるモノヒドロペルフルオロアルカンは、通常の液体原料あるいは固体原料と同様な導入方法で反応に使用できる。
重合開始剤も室温で液体あるいは固体であるため、通常の液体原料あるいは固体原料と同様な導入方法で反応に使用できる。
一般式［１］で表されるカルボニル化合物は、反応に使用する前に蒸留といった精製操作を行うなどして不純物を除去しても良いが、工業的に入手できる状態において混入している程度の不純物は、本製造方法の実施において特に問題にならず、そのまま使用できる。
一般式［２］で表される水酸化物の量は、モノヒドロペルフルオロアルカンに対し、０．１モル当量から１００モル当量程度、好ましくは１モル当量から２０モル当量である。水酸化物は、水和物を使用した場合や無水物であっても水分が吸着していることが想定される場合は、反応に使用する前に乾燥するなどして水分を除去するかあるいは反応系中に脱水剤、例えばモレキュラーシーブスを添加することが好ましいが、必ずしも完全に除く必要はない。水和数が５以下の水和物、あるいは無水和物であっても工業的に入手可能な状態において混入している程度の水分、すなわち水酸化物に対して５重量％以下、好ましくは１重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下の水分は、本製造方法の実施において特に問題にならず、そのまま使用できる。水酸化物は、フレーク状、粒状、粉状での使用が可能であるが、好ましくは粉状であり、反応に使用する前に粒状のものを粉砕して使用する方法がより好ましい。
溶媒は非プロトン性極性溶媒が使用でき、具体的には、アセトニトリル、プロピオニトリル、フェニルアセトニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、ホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、１、３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、１，２−エポキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ジメチルスルホキシド、スルホラン等などが使用出来るが、好ましくはジメチルスルホキシド、スルホランであり、これらを組み合わせて使用することもできる。また、上述の非プロトン性極性溶媒と、非極性溶媒、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等とを組み合わせて使用することもできる。
溶媒の量は、一般式［１］で表されるカルボニル化合物の１重量部に対して１〜１００重量部程度、好ましくは１〜１０重量部である。使用する溶媒は反応に使用する前に水分を除去するか、あるいは反応中に脱水剤、例えばモレキュラーシーブスを添加しても良いが、水分は必ずしも完全に除く必要はない。工業的に入手可能な状態において通常混入している程度、すなわち溶媒に対して５重量％以下、好ましくは１重量％未満、より好ましくは０．１重量％以下の水分は、本製造方法の実施において特に問題にならず、そのまま使用できる。
反応後は、通常の有機化学的処法に基づいた精製処理を施すことで、一般式［４］で表されるペルフルオロアルキルアルコールを得ることが出来る。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明における化合物の合成方法はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、化合物の同定は、１Ｈ 核磁気共鳴スペクトル分析法（ＮＭＲ）、１９Ｆ ＮＭＲ、質量スペクトル分析法（ＧＳ−ＭＳ）により行った。
［実施例１］
（式中、ＤＭＳＯはジメチルスルホキシド、ｒ．ｔ．は室温、６ｈは６時間の反応時間を示す。）
窒素雰囲気下、水酸化カリウム（窒素グローブボックス中において乳鉢ですりつぶして粉末状にしたもの １．１２ｇ、２０ｍｍｏｌ）、ジメチルスルホキシド（５ｍＬ）及びトリエチルアミン（０．１４ｍＬ、１ｍｍｏｌ）が入った１０ｍＬ二口フラスコに、４’−ブロモアセトフェノン（１ａ：１ｍｍｏｌ）を加えた後、過剰量のトリフルオロメタンの入った風船を取り付けた。室温で６時間撹拌したのち、内部標準として１，４−ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンを加えて１Ｈ 核磁気共鳴スペクトル分析法（ＮＭＲ）、１９Ｆ ＮＭＲにて１ａおよび２ａを定量した。その結果、目的のトリフルオロメチル化体２ａを収率４４％（原料ケトン基準）、選択率４４％で得た。
［比較例１］
実施例１におけるトリエチルアミンを加えずに同条件で反応を行ったところ、目的物２ａを収率６％（原料ケトン基準）、選択率６％で得た。
実施例１および比較例１と同条件で、原料および重合禁止剤を変更して反応を行った結果を下表に示す。
以上の試験結果から、反応系に重合禁止剤を存在させた場合には、一般式［１］の化合物を原料に使用した場合でも収率が顕著に向上することがわかる。

Claims (12)

  1. 一般式［１］：
    ［式中、Ｒは水素原子または置換されてもよい炭化水素基であり、Ｘはハロゲン原子である］
    で示されるカルボニル化合物と、一般式［２］：
    Ｍ（ＯＨ）ｘ ［２］
    ［式中、Ｍは元素周期律表におけるＩ族、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族、ＶＩＩ族、ＶＩＩＩ族、ＩＸ族、Ｘ族、ＸＩ族、ＸＩＩ族、及びＸＩＩＩ族に属する金属あるいは無置換若しくは炭素数１から１０のアルキル基を置換基として有しても良いアンモニウムであり、それらは単独であっても、複数の物質の混合物であっても良く、ｘはＭであらわされる物質の酸化数に一致する］
    で示される水酸化物及び一般式［３］：
    ＲＦＨ ［３］
    ［式中、ＲＦは炭素数１〜２の直鎖あるいは炭素数３〜１０の直鎖、分岐あるいは環状構造を有することもあるアルキル基であり、炭素上の水素が全てフッ素で置換されたペルフルオロアルキル基を表す］
    で示されるモノヒドロペルフルオロアルカンを、重合禁止剤の存在下、有機溶媒中で反応させる工程を含む、一般式［４］：
    ［式中、ＲＦ、ＲおよびＸは前記のとおりである］
    で示されるペルフルオロアルキル基を有するアルコールの製造方法であって、一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ） ｘ が水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、または、水酸化テトラメチルアンモニウムまたはその水和物から選ばれる化合物であり、重合禁止剤がキノン類及びアミン類から成る群から選択される少なくとも１種である、前記方法。
  2. 一般式［３］で示されるＲＦＨがトリフルオロメタンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 一般式［３］で示されるＲＦＨがペンタフルオロエタンであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが水酸化カリウムであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが水酸化ナトリウムであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが水酸化テトラメチルアンモニウムまたはその水和物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  7. 一般式［２］で示されるＭ（ＯＨ）ｘが、粉末状で反応系に添加されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 有機溶媒がジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、ジグライム、アセトニトリル、スルホラン、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
  9. モノヒドロペルフルオロアルカンが気体の状態で反応液と接触することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
  10. モノヒドロペルフルオロアルカンを液体あるいは固体の状態で反応液と混合させることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
  11. アミン類が第３級アミン及びヒドロキシルアミンから成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
  12. 重合禁止剤がヒドロキノン、１，４−ベンゾキノン、アントラキノン、トリエチルアミン、トリ（ｎ−プロピル）アミン、トリ（ｎ−ブチル）アミン、トリイソブチルアミン、トリ（ｎ−ペンチル）アミン、トリ（ｎ−ヘキシル）アミン、トリ（ｎ−ヘプチル）アミン、トリ（ｎ−オクチル）アミン、エチルジイソプロピルアミン、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−メチルピロリジン、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン、４−ジメチルアミノピリジン、Ｎ，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ヒドロキシピペリジン、ヒドロキシルアミン、２−ヒドロキシ−２−アザアダマンタン、及びジエチルヒドロキシルアミンから成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の製造方法。
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