JP7454430B2 - 含フッ素ホスホン酸の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、含フッ素ホスホン酸の製造方法に関する。
含フッ素ホスホン酸は、例えば表面改質剤、離型剤、撥水撥油剤、界面活性剤、防汚材、剥離剤、自己組織化単分子膜材料等の機能性材料として用いられている。
従来、含フッ素ホスホン酸の製造方法としては、含フッ素ホスホン酸ジアルキルエステルを、塩酸で加水分解する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしこの方法では、大過剰量の塩酸を必要とし、高温で長時間反応させる必要がある。
特許文献２及び特許文献３には、ジクロロメタン中で含フッ素ホスホン酸アルキルエステルとブロモトリメチルシランを反応させ、含フッ素ホスホン酸を得る方法が開示されている。しかし、この方法では高価なブロモトリメチルシランと、毒性及び環境負荷の高いジクロロメタンを使用する上、長い反応時間を要するという課題があった。
従来、含フッ素ホスホン酸の製造方法としては、含フッ素ホスホン酸ジアルキルエステルを、塩酸で加水分解する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしこの方法では、大過剰量の塩酸を必要とし、高温で長時間反応させる必要がある。
特許文献２及び特許文献３には、ジクロロメタン中で含フッ素ホスホン酸アルキルエステルとブロモトリメチルシランを反応させ、含フッ素ホスホン酸を得る方法が開示されている。しかし、この方法では高価なブロモトリメチルシランと、毒性及び環境負荷の高いジクロロメタンを使用する上、長い反応時間を要するという課題があった。
本発明の目的は、温和な条件下、短時間で反応が実施でき、経済的かつ工業的に実施可能な含フッ素ホスホン酸の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、含フッ素ホスホン酸アルキルエステルと、クロロトリメチルシラン及びハロゲン化物塩を、溶媒中で反応させ、加溶媒分解することで、効率よく含フッ素ホスホン酸を得る製造方法を見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、下記一般式（１）で示される含フッ素ホスホン酸の製造方法であって、下記一般式（２）で示される含フッ素ホスホン酸アルキルエステルと、クロロトリメチルシラン及びハロゲン化物塩を、溶媒中で反応させ、加溶媒分解する工程を含む、含フッ素ホスホン酸の製造方法に係る。
（式（１）中、Ｒｆは、炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基であり、ｎは１～１０の整数である。）
（式（２）中、Ｒｆは、炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基であり、ｎは１～１０の整数であり、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して、炭素数１～１０のアルキル基または水素原子である。ただし、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つは炭素数１～１０のアルキル基であり、Ｒ１及びＲ２は同時に水素原子でない。）
また本発明は、上記の製造方法における一般式（１）において、Ｒｆが、水素原子数の１０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基である、含フッ素ホスホン酸の製造方法に係る。
また本発明は、上記の製造方法における一般式（１）において、Ｒｆが、炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基または下記一般式（３）で示されるフッ素化脂肪族炭化水素基である、請含フッ素ホスホン酸の製造方法に係る。
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。）
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。）
また本発明は、上記の製造方法において、ハロゲン化物塩が、ヨウ化物塩である、含フッ素ホスホン酸の製造方法に係る。
また本発明は、上記の製造方法において、溶媒が有機溶媒である、含フッ素ホスホン酸の製造方法に係る。
また本発明は、上記の製造方法において、反応を０℃～６０℃で行う、含フッ素ホスホン酸の製造方法に係る。
本発明によれば、温和な条件下、短時間で反応が実施でき、工業生産に適した含フッ素ホスホン酸の製造方法が提供できる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、Ｒｆは直鎖、分岐または環状構造を含んでいてもよい炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに直鎖または分岐の炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基が好ましく、特に直鎖の炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基が好ましい。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、ｎは１～１０の整数であり、１～４が好ましく、２がより好ましい。
また好ましくは、本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、Ｒｆは水素原子数の１０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは水素原子数の５０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、特に好ましくは水素原子数の７０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基である。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、Ｒｆは直鎖、分岐または環状構造を含んでいてもよい炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに直鎖または分岐の炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基が好ましく、特に直鎖の炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基が好ましい。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、ｎは１～１０の整数であり、１～４が好ましく、２がより好ましい。
また好ましくは、本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、Ｒｆは水素原子数の１０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは水素原子数の５０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、特に好ましくは水素原子数の７０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基である。
また好ましくは、本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、Ｒｆは炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基または下記一般式（３）で示されるフッ素化脂肪族炭化水素基である。
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。）
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。）
本発明に係る含フッ素ホスホン酸が示される一般式（１）において、Ｒｆの具体的構造としては、Ｃ２Ｆ５－、Ｃ４Ｆ９－、Ｃ６Ｆ１３－、Ｃ８Ｆ１７－、Ｃ１０Ｆ２１－、Ｃ２Ｆ５－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ２Ｆ４－、Ｃ２Ｆ５－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ４Ｆ８－、Ｃ２Ｆ５－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ６Ｆ１２－、Ｃ４Ｆ９－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ２Ｆ４－、Ｃ４Ｆ９－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ４Ｆ８－、Ｃ４Ｆ９－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ６Ｆ１２－、Ｃ６Ｆ１３－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ２Ｆ４－、Ｃ６Ｆ１３－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ４Ｆ８－、Ｃ６Ｆ１３－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ６Ｆ１２－、（ＣＦ３）２ＣＦ－、（ＣＦ３）２ＣＦ－（ＣＦ２）２－、（ＣＦ３）２ＣＦ－（ＣＦ２）４－などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒｆは直鎖、分岐または環状構造を含んでいてもよい炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに直鎖または分岐の炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基が好ましく、特に直鎖の炭素数１～２０のフッ素化脂肪族炭化水素基が好ましい。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、ｎは１～１０の整数であり、１～４が好ましく、２がより好ましい。
また好ましくは、本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒｆは水素原子数の１０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは水素原子数の５０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、特に好ましくは水素原子数の７０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基である。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、ｎは１～１０の整数であり、１～４が好ましく、２がより好ましい。
また好ましくは、本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒｆは水素原子数の１０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは水素原子数の５０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基であり、特に好ましくは水素原子数の７０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基である。
また好ましくは、本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒｆは炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基または下記一般式（３）で示されるフッ素化脂肪族炭化水素基である。
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。）
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。）
本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒｆの具体的構造としては、Ｃ２Ｆ５－、Ｃ４Ｆ９－、Ｃ６Ｆ１３－、Ｃ８Ｆ１７－、Ｃ１０Ｆ２１－、Ｃ２Ｆ５－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ２Ｆ４－、Ｃ２Ｆ５－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ４Ｆ８－、Ｃ２Ｆ５－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ６Ｆ１２－、Ｃ４Ｆ９－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ２Ｆ４－、Ｃ４Ｆ９－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ４Ｆ８－、Ｃ４Ｆ９－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ６Ｆ１２－、Ｃ６Ｆ１３－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ２Ｆ４－、Ｃ６Ｆ１３－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ４Ｆ８－、Ｃ６Ｆ１３－ＣＨ＝ＣＨ－Ｃ６Ｆ１２－、（ＣＦ３）２ＣＦ－、（ＣＦ３）２ＣＦ－（ＣＦ２）２－、（ＣＦ３）２ＣＦ－（ＣＦ２）４－などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して、炭素数１～１０のアルキル基または水素原子である。さらに好ましくは炭素数１～８の直鎖または分岐のアルキル基または水素原子であり、特に好ましくは炭素数１～４の直鎖または分岐のアルキル基または水素原子である。
ただし、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つは炭素数１～１０のアルキル基であり、Ｒ１及びＲ２は同時に水素原子でない。
ただし、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つは炭素数１～１０のアルキル基であり、Ｒ１及びＲ２は同時に水素原子でない。
炭素数１～１０のアルキル基としては、具体的には例えば、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｉｓｏ－プロピル基、ｎ－ブチル基、ｉｓｏ－ブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ｎ－ペンチル基、ｉｓｏ－ペンチル基、２－メチルブチル基、１－メチルブチル基、１，２－ジメチルプロピル基、ネオペンチル基（２，２－ジメチルプロピル基）、ｔｅｒｔ－ペンチル基（１，１－ジメチルプロピル基）、ｎ－ヘキシル基、ｉｓｏ－ヘキシル基、１－メチルペンチル基、２－メチルペンチル基、３－メチルペンチル基、１－エチルブチル基、２－エチルブチル基、１，１－ジメチルブチル基、１，２－ジメチルブチル基、１，３－ジメチルブチル基、２，２－ジメチルブチル基、２，３－ジメチルブチル基、１－エチル－１－メチルプロピル基、１－エチル－２－メチルプロピル基、ｎ－ヘプチル基、ｉｓｏ－ヘプチル基、１－メチルヘキシル基、２－メチルヘキシル基、３－メチルヘキシル基、４－メチルヘキシル基、１－エチルペンチル基、２－エチルペンチル基、３－エチルペンチル基、１－プロピルブチル基、１，１－ジメチルペンチル基、１，２－ジメチルペンチル基、１，３－ジメチルペンチル基、１，４－ジメチルペンチル基、１－エチル－１－メチルブチル基、１－エチル－２－メチルブチル基、１－エチル－３－メチルブチル基、２－エチル－１－メチルブチル基、２－エチル－１－メチルブチル基、２－エチル－２－メチルブチル基、２－エチル－３－メチルブチル基、１，１－ジエチルプロピル基、ｎ－オクチル基、ｉｓｏ－オクチル基、１－メチルヘプチル基、２－メチルヘプチル基、３－メチルヘプチル基、４－メチルヘプチル基、５－メチルヘプチル基、１－エチルヘキシル基、２－エチルヘキシル基、３－エチルヘキシル基、４－エチルヘキシル基、１－プロピルヘプチル基、２－プロピルヘプチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。中でも、原料の入手性及び化合物の合成の容易性から、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｉｓｏ－プロピル基、ｎ－ブチル基、ｉｓｏ－ブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ｎ－ペンチル基、ｎ－ヘキシル基、ｎ－ヘプチル基、ｎ－オクチル基が好ましく、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｉｓｏ－プロピル基がさらに好ましい。
本発明に係る含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが示される一般式（２）において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ異なっていてもよいが、原料の入手性及び化合物の合成の容易性から、同一であることが好ましい。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応に用いられるクロロトリメチルシランの量は、反応に具する含フッ素ホスホン酸アルキルエステルに対して、好ましくは１当量～５当量、さらに好ましくは１．５当量～４当量、特に好ましくは２当量～３当量である。このように本発明では大過剰量の塩酸等を用いない点で有用である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、ハロゲン化物塩は、好ましくはヨウ化物塩であり、入手性の観点からより好ましくはアルカリ金属またはアルカリ土類金属のヨウ化物塩であり、さらに好ましくはアルカリ金属のヨウ化物塩である。具体的には例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応に用いられるハロゲン化物塩の量は、反応に具する含フッ素ホスホン酸アルキルエステルに対して、好ましくは１当量～５当量、さらに好ましくは１．５当量～４当量、特に好ましくは２当量～３当量である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応に用いられるハロゲン化物塩の量は、反応に具する含フッ素ホスホン酸アルキルエステルに対して、好ましくは１当量～５当量、さらに好ましくは１．５当量～４当量、特に好ましくは２当量～３当量である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、溶媒としては有機溶媒を用いることができる。反応に不活性なものであれば特に限定はされないが、アセトニトリル、プロピオニトリル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、ジメチルスルホキシド等の極性非プロトン性溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、アセトン、２－ブタノン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ジクロロメタン、１，２－ジクロロエタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒等が使用できる。中でも反応性が高く、環境負荷が比較的小さいことから、アセトニトリルが好ましい。これらの溶媒は単独で用いても、２種類以上を混合して用いてもよい。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応に用いられる溶媒の量は、反応に具する含フッ素ホスホン酸アルキルエステルに対して、好ましくは１重量倍量～１００重量倍量、さらに好ましくは１重量倍量～１０重量倍量、特に好ましくは１重量倍量～３重量倍量である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応に用いられる溶媒の量は、反応に具する含フッ素ホスホン酸アルキルエステルに対して、好ましくは１重量倍量～１００重量倍量、さらに好ましくは１重量倍量～１０重量倍量、特に好ましくは１重量倍量～３重量倍量である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応温度は０℃～６０℃の範囲が好ましく、０℃～４０℃の範囲がより好ましく、１０℃～３０℃の範囲がさらに好ましい。温和な条件下で反応が進行するため、熱エネルギーの消費が少ない点で有用である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応時間は１０分～６時間の範囲が好ましく、１０分～４時間の範囲がさらに好ましく、１０分～２時間の範囲が特に好ましい。短時間で反応が完結する点で有用である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、反応時間は１０分～６時間の範囲が好ましく、１０分～４時間の範囲がさらに好ましく、１０分～２時間の範囲が特に好ましい。短時間で反応が完結する点で有用である。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、加溶媒分解の操作としては、例えば、上記反応の後に水またはプロトン性溶媒を加えることで実施できる。プロトン性溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、ｉｓｏ－プロパノール等のアルコール類等が挙げられる。水またはプロトン性溶媒の中でも水を加えることが好ましい。これらは単独で用いても、２種類以上を混合して用いてもよい。
加溶媒分解は、前記したように、含フッ素ホスホン酸アルキルエステルと、クロロトリメチルシラン及びハロゲン化物塩を、溶媒中で反応させ、反応後の混合物に水またはプロトン性溶媒を加えることで実施してもよく、前記反応後の混合物を空気中の水分と接触させることで実施してもよい。
加溶媒分解は、前記したように、含フッ素ホスホン酸アルキルエステルと、クロロトリメチルシラン及びハロゲン化物塩を、溶媒中で反応させ、反応後の混合物に水またはプロトン性溶媒を加えることで実施してもよく、前記反応後の混合物を空気中の水分と接触させることで実施してもよい。
本発明による含フッ素ホスホン酸の製造において、精製の操作としては、例えば、濃縮、再結晶、濾過、カラムクロマトグラフィー等の公知の精製方法を用いることにより、目的物を得ることができる。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
なお、分析に当たっては下記機器を使用した。
１Ｈ－ＮＭＲ，１９Ｆ－ＮＭＲ：ブルカー製ＡＶＡＮＣＥ ＩＩ ４００
ガスクロマトグラフィー：島津製作所製ＧＣ－２０１４
ＧＣ－ＭＳ：島津製作所製ＧＣＭＳ－ＱＰ２０１０ Ｕｌｔｒａ
１Ｈ－ＮＭＲ，１９Ｆ－ＮＭＲ：ブルカー製ＡＶＡＮＣＥ ＩＩ ４００
ガスクロマトグラフィー：島津製作所製ＧＣ－２０１４
ＧＣ－ＭＳ：島津製作所製ＧＣＭＳ－ＱＰ２０１０ Ｕｌｔｒａ
参考例１
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8 -トリデカフルオロオクタン-1-イルホスホン酸ジイソプロピル（ａ２）の合成
撹拌子を備えた１００ｍＬのナスフラスコに化合物（ａ１）２０．００ｇ（ＢＬＤ Ｐｈａｒｍａｔｅｃｈ製、４２．１９ｍｍｏｌ）及び亜リン酸トリイソプロピル３０．７５ｇ（東京化成工業製、１４７．６８ｍｍｏｌ）を仕込み、１５０℃で１０時間反応した。反応液を１００℃、１．０ｋＰａで減圧濃縮し、化合物（ａ２）１７．９０ｇを無色液体として取得した。収率は８２．８％（モル換算、以下同じ）であった。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8 -トリデカフルオロオクタン-1-イルホスホン酸ジイソプロピル（ａ２）の合成
生成物の分析結果を下記に示す。
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：４．６４（ｍ，２Ｈ，ＣＨＣＨ３），２．２７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．８４（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ），１．２３（ｄｄ，Ｊ＝６．４Ｈｚ，２．４Ｈｚ，ＣＨＣＨ ３ ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．３５（ｔ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１５．７０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．３６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．３２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．７９（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２６．６３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：４．６４（ｍ，２Ｈ，ＣＨＣＨ３），２．２７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．８４（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ），１．２３（ｄｄ，Ｊ＝６．４Ｈｚ，２．４Ｈｚ，ＣＨＣＨ ３ ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．３５（ｔ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１５．７０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．３６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．３２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．７９（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２６．６３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
参考例２
1-ヨード-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン（ａ４）の合成
撹拌子を備えた１５０ｍＬのＳＵＳ製オートクレーブに1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,14,14,14-ペンタコサフルオロ-1-ヨード-7-テトラデセン（ａ３）１００．００ｇ（東ソー・ファインケム製、０．１３０ｍｏｌ）及びジターシャリブチルペルオキシド０．１３ｇ（日油製、０．００３ｍｏｌ）を仕込み、密閉後内部を窒素置換した。その後１１５℃に昇温し、エチレン２．００ｇ（エア・ウォーター製、０．１４２ｍｏｌ）を０．５～１．０ＭＰａの圧力を保ちながら添加した。さらに１１５℃で１時間反応した後、冷却して化合物（ａ４）１０３．５０ｇを白色固体として取得した。収率は９９．９％であった。
1-ヨード-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン（ａ４）の合成
生成物の分析結果を下記に示す。
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：６．４８（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），３．１７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｉ），２．６５（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．４１（ｔ，Ｊ＝９．８Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１４．３９（ｍ，４Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．５０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．０８（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２３．３３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．８９（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．６９（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：６．４８（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），３．１７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｉ），２．６５（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．４１（ｔ，Ｊ＝９．８Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１４．３９（ｍ，４Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．５０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．０８（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２３．３３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．８９（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．６９（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
参考例３
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸ジエチル（ａ５）の合成
撹拌子を備えた１００ｍＬの３つ口フラスコに化合物（ａ４）１０．００ｇ（１２．５０ｍｍｏｌ）及び亜リン酸トリエチル３１．１５ｇ（富士フイルム和光純薬製、１８７．５ｍｍｏｌ）を仕込み、１５０℃で２０時間反応した。反応液をジイソプロピルエーテル５０ｇ（富士フイルム和光純薬製）で希釈し、水３０ｇで３回洗浄した。有機層を減圧濃縮した後、ヘプタン（富士フイルム和光純薬製）で再結晶して化合物（２）７．６１ｇを取得した。収率は７５．１％であった。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸ジエチル（ａ５）の合成
生成物の分析結果を下記に示す。
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：６．４８（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），４．１３（ｍ，４Ｈ，ＣＨ ２ ＣＨ３），２．４１（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９９（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ），１．３３（ｍ，６Ｈ，ＣＨ２ ＣＨ ３ ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．３９（ｔ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１４．３６（ｍ，４Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．７６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．０５（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２３．３０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．８３（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．６４（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：６．４８（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），４．１３（ｍ，４Ｈ，ＣＨ ２ ＣＨ３），２．４１（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９９（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ），１．３３（ｍ，６Ｈ，ＣＨ２ ＣＨ ３ ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．３９（ｔ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１４．３６（ｍ，４Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．７６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．０５（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２３．３０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．８３（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．６４（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
参考例４
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸ジイソプロピル（ａ６）の合成
撹拌子を備えた５０ｍＬの３つ口フラスコに化合物（ａ４）１０．００ｇ（１２．５０ｍｍｏｌ）及び亜リン酸トリイソプロピル９．１１ｇ（東京化成工業製、４３．７５ｍｍｏｌ）を仕込み、１５０℃で１２時間反応した。反応液を１４０℃、１．０ｋＰａで減圧濃縮し、化合物（ａ６）９．２５ｇを無色油状物として取得した。収率は８８．３％であった。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸ジイソプロピル（ａ６）の合成
生成物の分析結果を下記に示す。
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：６．５０（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），４．７４（ｍ，２Ｈ，ＣＨＣＨ３），２．４２（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９５（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ），１．３４（ｍ，６Ｈ，ＣＨ２ ＣＨ ３ ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．３０（ｔ，Ｊ＝１０．４Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１４．４１（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．８６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．１５（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２２．４２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．４３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２３．９４（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．７２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：６．５０（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），４．７４（ｍ，２Ｈ，ＣＨＣＨ３），２．４２（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９５（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ），１．３４（ｍ，６Ｈ，ＣＨ２ ＣＨ ３ ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：重クロロホルム、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．３０（ｔ，Ｊ＝１０．４Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１４．４１（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．８６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２２．１５（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２２．４２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．４３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２３．９４（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．７２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
実施例１
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8 -トリデカフルオロオクタン-1-イルホスホン酸（１）の合成
撹拌子を備えた１０ｍｌのガラス管に化合物（ａ２）１．００ｇ（１．１９ｍｍｏｌ）、アセトニトリル（富士フイルム和光純薬製）２ｇ及びヨウ化ナトリウム０．４５ｇ（富士フイルム和光純薬製、３．０ｍｍｏｌ）を仕込み、２５℃でクロロトリメチルシラン０．３２ｇ（富士フイルム和光純薬製、３．０ｍｍｏｌ）を加えて１時間反応した。反応混合物に水０．１０ｇを加え、析出した固体をろ過し、水洗して化合物（１）０．８０ｇを白色固体として取得した。収率は９６％であった。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8 -トリデカフルオロオクタン-1-イルホスホン酸（１）の合成
生成物の分析結果を下記に示す。
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：２．４７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．４３（ｔ，Ｊ＝１２．０Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１５．３４（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２１．９２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２２．９０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．４６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２６．３６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：２．４７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９７（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．４３（ｔ，Ｊ＝１２．０Ｈｚ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１５．３４（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２１．９２（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２２．９０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．４６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２６．３６（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
実施例２
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸（２）の合成
５０ｍｌのナスフラスコに化合物（ａ５）５．００ｇ（６．１７ｍｍｏｌ）、アセトニトリル（富士フイルム和光純薬製）１０ｇ及びヨウ化ナトリウム２．３１ｇ（富士フイルム和光純薬製、１５．４ｍｍｏｌ）を仕込み、２５℃でクロロトリメチルシラン１．６８ｇ（富士フイルム和光純薬製、１５．４ｍｍｏｌ）を加えて１時間反応した。反応混合物に水０．５０ｇを加え、析出した固体をろ過し、水洗して化合物（２）４．４３ｇを白色固体として取得した。収率は９５．２％であった。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸（２）の合成
生成物の分析結果を下記に示す。
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：：６．９３（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），３．３１（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９５（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．４１（ｔ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１３．８５（ｍ，４Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．５０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２１．５７（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２２．９３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．４６（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．４０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
１Ｈ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：テトラメチルシラン） δ（ｐｐｍ）：：６．９３（ｍ，２Ｈ，Ｃ６Ｆ１３ ＣＨ＝ＣＨＣ６Ｆ１２），３．３１（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ ＣＦ２），１．９５（ｍ，２Ｈ，ＣＨ ２ Ｐ）
１９Ｆ－ＮＭＲ （溶媒：メタノール－ｄ４、内部標準：トリフルオロメチルベンゼン） δ（ｐｐｍ）：－８１．４１（ｔ，３Ｆ，ＣＦ３），－１１３．８５（ｍ，４Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ）， －１１５．５０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ ２ ＣＨ２），－１２１．５７（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２）， －１２２．９３（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２），－１２３．４６（ｍ，６Ｆ，ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２），－１２６．４０（ｍ，２Ｆ，ＣＦ２）
実施例３
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸（２）の合成
実施例２において、化合物（ａ５）に替えて化合物（ａ６）を用いた以外、同様の操作を実施し、化合物（２）４．２０ｇを白色固体として取得した。収率は９３．４％であった。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸（２）の合成
比較例１
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸（２）の合成
還流冷却器を備えた１００ｍｌのナスフラスコに化合物（ａ５）５．００ｇ（６．１７ｍｍｏｌ）及び３５ｗｔ％塩酸２０ｇを仕込み、１００℃で４８時間反応した。室温に冷却後吸引ろ過し、水洗して化合物（２）４．５６ｇを白色固体として取得した。収率は９８．０％であった。本方法では大過剰量の塩酸を用いて高温で長時間反応させる必要があるうえ、１Ｈ－ＮＭＲ分析から未反応の含フッ素ホスホン酸アルキルエステルが２重量％残存していることが判明した。
なお残存した未反応の含フッ素ホスホン酸アルキルエステルを目的物と分離するのは難しく、未反応分をいかに少なくするかが重要である。
3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,11,11,12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,16-ペンタコサフルオロ-9-ヘキサデセン-1-イルホスホン酸（２）の合成
なお残存した未反応の含フッ素ホスホン酸アルキルエステルを目的物と分離するのは難しく、未反応分をいかに少なくするかが重要である。
比較例２
実施例１において、クロロトリメチルシランを用いなかった場合、反応が全く進行しなかった。
実施例１において、クロロトリメチルシランを用いなかった場合、反応が全く進行しなかった。
比較例３
実施例１において、ヨウ化ナトリウムを用いなかった場合、反応が全く進行しなかった。
実施例１において、ヨウ化ナトリウムを用いなかった場合、反応が全く進行しなかった。
実施例２では、非プロトン性溶媒であるアセトニトリルの存在下で、反応原料（６．１７ｍｍｏｌ）を、クロロトリメチルシラン（１４．９ｍｍｏｌ）及びハロゲン化物塩のヨウ化ナトリウム（１４．９ｍｍｏｌ）を加えて２５℃という温和な条件で１時間反応させ、その後に水を加えて目的物を得ることができた。これに対し比較例１では、実施例２と同じ反応原料（６．１７ｍｍｏｌ）を、３５ｗｔ％塩酸（ＨＣｌとして１９２ｍｍｏｌ）を加えて１００℃という高温条件で４８時間反応させて目的物を得ることができた。このことより、本発明による方法は、温和で、かつ短時間で目的物を得る工業的に好適な方法であることが分かる。
比較例２及び比較例３から、本発明の製造方法では、クロロトリメチルシランとヨウ化ナトリウム等のハロゲン化物塩とを共存させて反応させることで反応を効率化できていることが分かる。
本発明の製造方法で得られる含フッ素ホスホン酸は、表面改質剤、離型剤、撥水撥油剤、界面活性剤、防汚材、剥離剤、自己組織化単分子膜材料等の機能性材料として有用である。
Claims (4)
- 下記一般式（１）で示される含フッ素ホスホン酸の製造方法であって、下記一般式（２）で示される含フッ素ホスホン酸アルキルエステルと、クロロトリメチルシラン及びヨウ化物塩を、溶媒中、１０℃～３０℃で反応させ、加溶媒分解する工程を含む、含フッ素ホスホン酸の製造方法。
- 前記Ｒｆが、水素原子数の１０％～１００％がフッ素原子で置換されたフッ素化脂肪族炭化水素基である、請求項１に記載の含フッ素ホスホン酸の製造方法。
- 前記Ｒｆが、炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基または下記一般式（３）で示されるフッ素化脂肪族炭化水素基である、請求項１または請求項２に記載の含フッ素ホスホン酸の製造方法。
ＣｍＦ２ｍ＋１－ＣＨ＝ＣＨ－ＣｌＦ２ｌ－ （３）
（式（３）中、ｍ及びｌはそれぞれ独立して、２～６の整数である。） - 前記溶媒が有機溶媒である、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の含フッ素ホスホン酸の製造方法。
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|---|
| Bulletin of the Chemical Society of Japan，1981年，54，267-273 |
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