JPH0259824B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フツ化ベンゾニトリル類の製造方法
に関する。詳しくは、医薬、農薬等の中間体とし
て有用なフツ素原子を有するベンゾニトリル化合
物を工業的に有利に製造する方法に関する。

従来、フツ化ベンゾニトリル類は、非プロトン
性極性溶媒中で、核塩素化ベンゾニトリル類（以
下、単にクロルベンゾニトリル化合物と記す）と
フツ素化剤、特にフツ化カリウムとを加熱下で反
応させることによつて製造しうることが知られて
いる。この場合の非プロトン性極性溶媒として
は、反応速度の点で有利なこと、比較的高温まで
化学的に安定なこと、或いは比較的安価である等
の面から特に、テトラメチレンスルホン（スルホ
ラン）が優れている。また反応温度は、一般に出
来るだけ高温度でしかもテトラメチレンスルホン
の分解が顕著になる温度以下、通常、200〜240℃
で実施されていた。

しかしながら、上記した如き従来の方法では、
目的とするフツ化ベンゾニトリル類のほか副生物
が生成するため、収率の低下を招くばかりでな
く、反応後の分離操作が煩雑となる。

特に原料としてベンゾニトリル化合物に結合し
た複数個の塩素原子をテトラメチレンスルホンの
溶媒中でフツ素置換して、複数個のフツ素を結合
したベンゾニトリル化合物を目的として得る場合
には収率の低下が著しい。この際の副生物につい
て詳しい分析を行つたところ原料のクロルベンゾ
ニトリル（又はこれから目的物への中間体）自体
が複数個あるいはこれと溶媒のテトラメチレンス
ルホンが反応して生成した目的物より高沸点のも
のが含まれることが分つた。このような副生物の
生成はテトラメチレンスルホンを回収して再使用
する立場からも好ましくない。

即ち、テトラメチレンスルホンを溶媒として使
う場合、該溶媒は沸点（287℃）が高く、高温で
も比較的安定なために、反応後、KFやKCl等の
無機物を過、遠心分離等で除去した後、テトラ
メチレンスルホンより沸点の低い目的物を常圧蒸
留又は減圧蒸留により抜き出し、残液をそのま
ま、あるいは必要に応じて脱水処理等の操作やテ
トラメチレンスルホンの補充を行うことにより次
の反応に用いることが出来る。また、場合によつ
ては反応中に常時あるいは時々、反応系を減圧に
することにより目的物のみを抜き出すことも可能
である。

これは、例えば、ジメチルスルホキシドを溶媒
として用いる場合に比較して、大きな利点の一つ
である。この場合、上記した様な高沸点の副生物
は反応の繰り返しによりテトラメチレンスルホン
の溶媒中に蓄積していく。これを防ぐためには、
ある割合を１回毎に抜き出し、新しいテトラメチ
レンスルホンと置き換えたり、あるいは高沸点の
副生物の蓄積がある程度以上になつた段階で減圧
蒸留、あるいはその他の操作によりテトラメチレ
ンスルホンと分離して除去する必要がある。従つ
て、高沸点の副生物の生成を可及的に抑えること
は工業的な見地から非常に重要な問題であつた。
このような副生物の抑制は、反応温度を低く維持
することによつて可能であるが、反応速度が遅く
なるため反応効率が悪くなる。

本発明者等は上記問題に鑑み、テトラメチレン
スルホン溶媒中でベンゾニトリル化合物に結合し
た塩素原子をフツ素置換する反応について詳細に
研究を行つた結果、反応温度を反応の進行に従つ
てコントロールすることにより副生物の生成が良
好に抑制され目的とするフツ化ベンゾニトリル類
が効率よく得られることを見出し、本発明を完成
するに至つた。

即ち、本発明は核塩素化ベンゾニトリル類をフ
ツ化カリウムにより核ハロゲン置換を行うにあた
り、溶媒としてテトラメチレンスルホンを用い、
置換率が少なくとも30％に達するまでは180℃以
下に保持し、その後180℃よりも高温で反応を完
結せしめることを特徴とするフツ化ベンゾニトリ
ル類の製造方法である。

尚、本明細書で言うフツ素置換率とは、置換す
べき全塩素原子のうち、フツ素で置換されたもの
の割合（％）である。便宜的には反応液の一部を
抜き出してガスクロマトグラフ、液体クロマトグ
ラフ等により分析し、これに含まれる原料（クロ
ルベンゾニトリル化合物）、中間のフツ素化合物、
及び目的のフツ素化物のモル比を知れば大体の値
を求めることが出来る。例えば、原料がジクロル
ベンゾニトリルの場合、ある時点における反応液
中のジクロルベンゾニトリル、モノクロルモノフ
ルオロベンゾニトリル、ジフルオロベンゾニトリ
ル、のモル比をＡ：Ｂ：Ｃとすれば、置換率は次
式の様になる。

フツ素置換率（％）＝Ｂ＋2C／２×（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）×
100 本発明によれば上記したような副生物の生成が
極めて小さくなり、目的物の収率が高くなると共
に、反応速度も十分速くなるため工業的に有利に
実施することが出来る。

本発明の原料であるクロルベンゾニトリル化合
物は、例えば２−クロルベンゾニトリル、４−ク
ロルベンゾニトリル等、塩素原子がシアノ基に対
してオルト又はパラ位に結合したもの、或いは、
２，４−ジクロルベンゾニトリル、２，６−ジク
ロルベンゾニトリル、２，４，６−トククロルベ
ンゾニトリル等複数個の塩素原子がシアノ基に対
してオルト又はパラ位に結合したものがある。シ
アノ基の数は、通常一つであるが二つでもよい。
このような化合物としては、１，３−ジシアノ−
４−クロルベンゼン、１，２−ジシアノ−３，
４，５，６−テトラクロスベンゼン、１，４−ジ
シアノ−２，３，５，６−テトラクロルベンゼン
等が挙げられる。また、これらの化合物の水素原
子がアルキル基等に置換された化合物、或いはシ
アノ基に対してメタ位がハロゲン原子で置換され
た化合物も用いられる。これらの中で２，４−ジ
クロルベンゾニトリル又は２，６−ジクロルベン
ゾニトリルに対して本発明を適用すると特に好ま
しい結果が得られる。

本発明のテトラメチレンスルホンは、十分脱水
したものを用いることが必要で、水分を有するも
のを用いた場合、反応速度が遅くし、また副生物
の生成量が増加し生成物の収率が低下する。脱水
は粒状水酸化ナトリウム上より蒸留する方法、五
酸化リンで処理する方法、モレキユラーシーブの
カラム中を通す方法、ベンゼンなどを用いた共沸
脱水法などが用いられる。上記したテトラメチレ
ンスルホンは一般に原料のクロルベンゾニトリル
に対して、重量で２〜10倍の割合で用いられる。

本発明のフツ素化剤としてはフツ化カリウムが
用いられる。一般にフツ化カリウムは潮解性を有
するが、本発明においては十分乾燥させた状態で
使用することが必要でさもないと上記のテトラメ
チレンスルホンの場合と同様な問題を生じる。そ
のためには湿式合成法で得たフツ化カリウムを使
用前に粉砕・焙焼したものを用いること、或いは
スプレー乾燥法によつて得たフツ化カリウムを用
いることが行なわれる。特に最近、スプレー乾燥
法により、従来の湿式合成のフツ化カリウムとは
異なる微粒状無水フツ化カリウムが合成し得るこ
と、又これを用いて種々の活性塩素を有する化合
物の置換反応を行うと、反応が速くなり収率も大
きく向上することが報告されている。本発明にお
いても上記したスプレー乾燥法によつて得たフツ
化カリウムを用いた場合、好ましい結果が得られ
る。

フツ化カリウムの使用量は、原料クロルベンゾ
ニトリル化合物をフツ素置換するのに理論的に必
要な当量数の１〜２倍でよく、通常１〜1.5倍の
範囲で用いられる。特にスプレー乾燥法により得
られたフツ化カリウムを用いる場合、それより少
なく、通常1.0〜1.2倍で用いられる。

なお、フツ化カリウムによる置換反応を促進す
る目的で、反応系にフツ化セシウム、塩化セシウ
ム、第３アミン，クラウンエーテル、ポリエチレ
ングリコール等の触媒を一部添加することがある
が、その場合も同様に本発明を実施しうる。

本発明は、反応温度を反応の進行に従つてコン
トロールすることが特徴である。即ち、反応開始
後から置換率が少なくとも30％に達するまでの反
応温度を180℃以下に維持し、反応が上記した条
件の範囲まで進行したところで、以後180℃より
高い温度で反応を完結させることである。特に反
応の初期の温度を180℃より低くすることは重要
である。

本発明の方法が著しい効果を示す理由について
は、現時点では明確でないが、本発明者等は次の
様に考えている。即ち、フツ素で置換された目
的物より、一部のみフツ素で置換された化合物、
更には原料の方が、反応系中でかなり不安定で該
化合物自体、あるいはテトラメチレンスルホンと
反応して高沸点の副生物を生成し易い。上記高
沸点の副生物を生成する反応速度は180℃以下で
は小さくなる。反応の初期では反応系中に多量
のフツ化カリウムが存在するため、反応温度を
150〜180℃と低くしても反応はかなりの速度で進
行する。

この際、置換率の上限については特に制限され
ないが、余りに高いと反応速度が遅くなるため、
一般には80％以下で実施される。

本発明に従わずに、反応開始から反応が完結す
るまで同温度で反応させた場合には、本発明の効
果は得られない。例えば、全反応を180℃以下の
温度で実施した場合、たとえ長時間反応させて
も、目的物の収率は極めて低くなる。又、180℃
よりも高い温度で反応させた場合には、前述の如
く副生物が増加するために、目的物の収率は低下
する。

本発明において、反応温度を２段階にコントロ
ールする場合の温度条件の選定は、原料の種類や
反応装置の構造等で異なるため、あらかじめ実験
を行い、前記した温度条件を満足する範囲内で決
定すればよい。この場合、反応開始後からフツ素
置換率が30％好ましくは30〜70％になるまでの反
応温度が180℃より高い場合には副生物が増加す
る。下限については特に制限されないが、余り低
いと反応が進行しないので一般には150〜180℃の
範囲で行うことが好ましい。一方、フツ素置換率
が30％以上になつた後の反応温度が180℃より低
い場合、反応速度が遅く、反応が完結しないこと
もある。上限については特に制限されるものでは
ないが、最終的な反応率を上げるために200〜240
℃が好ましい。

本発明に従つて反応の初期と後期における反応
温度を決めるに際しては、それぞれを一定として
も良いし、いずれか、或いは両方を経時的に上昇
させてもよい。原料として用いるクロルベンゾニ
トリルの種類、反応温度等により異なるが反応時
間は１〜24時間である。

本発明に従えば、高沸点の副生物の生成量を従
来の方法の場合の50％以下、好ましい条件下では
15％以下にしうる。又、目的物の収率は90％以
上、好ましい条件下では95％以上となる。

以上のように、本発明は反応温度を特定するこ
とが特徴である。従つて反応温度以外の条件、例
えば反応槽の材質、構造、或いは反応方法等につ
いては特に制限されるものではないが、反応に際
しては激しく撹拌することが好ましい。

また、目的の生成物を分離し純度を高めるため
に、反応後、必要に応じて過、遠心分離等を行
つた後、水蒸気蒸留、常圧蒸留又は減圧蒸留、抽
出等の操作を施す 通常、溶媒は分離して再使用する。高沸点の副
生物の生成が抑えられることは分離操作の面では
非常に有利である。

以下、本発明に詳細を説明するため実施例を示
すが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。

実施例 １ ２，６−ジフルオロベンゾニトリルを得る目的
で、２，６−ジクロルベンゾニトリル48g、スプ
レー乾燥法により得られた無水フツ化カリウム
37g、テトラメチレンスルホン147gをフラスコに
入れ撹拌下で170℃で30分、175℃で２時間、更に
220℃で４時間加熱して反応を行つた。175℃にお
ける反応を行つた後での反応液に含まれる２，６
−ジクロルベンゾニトリル、２−クロル−６−フ
ルオロベンゾニトリル、２，６−ジフルオロベン
ゾニトリルはモル比で９：52：39であつた。これ
はフツ素置換率65％に相当する。反応終了後、
過により塩化カリウム、フツ化カリウムを分離し
た。液の減圧蒸留を行い沸点98〜102℃（30mm
Hg）の２，６−ジフルオロベンゾニトリル37.1g
（収率95.6％）、沸点103〜105℃（11mmHg）の２
−クロル−６−フルオロベンゾニトリル0.9gを得
た。テトラメチレンスルホンを溜出した後に茶色
の沸点の高い副生物が固体として0.25g得られた。
これのチツ素の元素分析値は10.1％で、これに含
まれるチツ素の量（0.025g）は原料２，６−ジク
ロルベンゾニトリル0.31g（用いたものの0.65％）
のそれと同じである。

なお原料の２，６−ジクロルベンゾニトリルは
残つていなかつた。

比較例 １ 反応温度を220℃、反応時間を５時間とした以
外は実施例１の場合と全く同様に反応と分離操作
を行つた。これにより２，６−ジフルオロベンゾ
ニトリル32.6g（収率84％）、２−クロル−６−フ
ルオロベンゾニトリル1.2gを得た。高沸点の副生
物（チツ素の元素分析値は10.2％）の生成量は
1.05gであつた。原料の２，６−ジクロルベンゾ
ニトリルは残つていなかつた。なお反応時間を５
時間より短かくするとフツ素化が不十分となり２
−クロル−６−フルオロベンゾニトリルの残存量
が多くなつた。

比較例 ２ 170℃で40分、続いて220℃で４時間40分加熱し
て反応を行つた以外は実施例１の場合と全く同様
に反応と分離操作を行つた。170℃における反応
を行つた後でのフツ素置換率は10％であつた。こ
れにより２，６−ジフルオロベンゾニトリル化合
物、33.4g（収率86％）、２−クロル−６−フルオ
ロベンゾニトリル1.4gを得た。高沸点の副生物
（チツ素の元素分析値は9.9％）の生成量は0.97g
であつた。原料の２，６−ジクロルベンゾニトリ
ルは残つていなかつた。なお反応時間を４時間40
分より短かくするとフツ素化反応が不十分となり
２−クロル−６−フルオロベンゾニトリルの残存
量が多くなつた。

比較例 ３ 反応温度を175℃、反応時間を14時間とした以
外は実施例１の場合と全く同様に反応を行つた。
反応液を分析してこれに含まれる２，６−ジクロ
ルベンゾニトリル、２−クロル−６−フルオロベ
ンゾニトリル、２，６−ジフルオロベンゾニトリ
ルのモル比を求めたところ３：36：61であつた。

実施例 ２ ２−クロルベンゾニトリル40g、スプレー乾燥
法により得られた無水フツ化カリウム20g及びテ
トラメチレンスルホン140gをフラスコに入れ撹
拌下で170℃で１時間、175℃で２時間、更に215
〜225℃で４時間加熱して反応を行つた。175℃で
反応を行つた後でのフツ素置換率は62％であつ
た。反応終了後、実施例１の場合と同様の操作を
行い２−フルオロベンゾニトリル31.8gを得た
（収率90.4％）。なお、沸点の高い副生物（チツ素
分析値は9.8％）の生成量は0.35gであつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 核塩素化ベンゾニトリル類をフツ化カリウム
   により核ハロゲン置換を行うにあたり、溶媒とし
   てテトラメチレンスルホンを用い、置換率が少な
   くとも30％に達するまでは180℃以下に保持し、
   その後180℃よりも高温で反応を完結せしめるこ
   とを特徴とするフツ化ベンゾニトリル類の製造方
   法。