JPH10502927A - 芳香族化合物のクロロアルキル化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 芳香族化合物をアルデヒドでクロロアルキル化する反応において、この反応を、硫酸と塩化水素の両方を存在させて濃縮した状態で撹拌しながら連続様式で実施することにより、副生成物であるジアリールアルカンの共生成量を最小限にする。

Description

【発明の詳細な説明】 芳香族化合物のクロロアルキル化発明の分野 本発明は、芳香族化合物をクロロアルキル化して１−クロロ−１−アリールア ルカン類を生じさせる方法に関する。背景 March著、Advanced Organic Chemistry，Second Edition，McGraw-Hill，New York，１９７７，５０１−５０２頁；Olah，Friedel-Crafts and Related React ion ，２巻，Interscience Publishers，New York，１９６３−１９６４，６５９ −７８４頁；米国特許第２，５１６，９７１号（Ｇａｌｉｇｚｅｎａｔｅｉｎ他 ）、カナダ特許第１，１３５，２６８号（Ｈａｒｒｉｓ）、およびそれらに引用 されている文献に開示されているように、芳香族化合物をハロゲン化水素および 適当なアルデヒドと反応させるか、或は触媒としてルイス酸またはプロトン酸を 存在させて、最も一般的には塩化亜鉛を存在させてα−ハロ−アルキルエーテル またはα−ハロアルキルアルキルエーテルと反応させることによって、芳香族化 合物をハロアルキル化することができることは公知である。 ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド誘導エーテルを用いたハロアルキル 化が成功裏に用いられてきており、１−ハロ−１−アリールアルカン類がかなり 高い収率で得られている。また、より高級なアルデヒド類またはそれらから誘導 されるエーテル類を用いたハロアルキル化でも時にはかなり高い収率で１−ハロ −１−アリールアルカン類が得られている。しかしながら、特に芳香族化合物が 低反応性の芳香族化合物の１つ、例えばモノアルキル芳香族炭化水素などの場合 には、高級アルデ ヒド類とエーテル類から１−ハロ−１−アリールアルカン類を商業的に満足され る収率で得るのは不可能であることがしばしば確認されている。副生成物である ジアリールアルカンがあまりにも多い量で共生成していた。 そのような方法で入手可能な１−ハロ−１−アリールアルカン類の収率を高く する方法を見付け出して公知方法、例えば米国特許第４，５３６，５９５号（Ｇ ａｒｄａｎｏ他）、カナダ特許第１，１９７，２５４号（Ｆｒａｎｃａｌａｎｃ ｉ他）、英国特許第１，５６０，０８２号（Ｄｙｎａｍｉｔ Ｎｏｂｅｌ）、Ｃ ｚｅｃｈｏｓｌｏｖａｋｉａｎ Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ ｏｆ Ａｕｔｈｏｒ ｓｈｉｐ ２１９，７５２（Ｐａｌｅｃｅｋ他）、特開昭４７−３９０５０号（ Ｍｉｙａｔａｋｅ他）および特開昭５１−１１１５３６号（Ｔｏｋｕｔａｋｅ） などで用いられている１−ハロ−１−（４−アルキル−フェニル）アルカン類を より経済的に製造する方法を提供することができたならば、これは望ましいこと である。定義 本明細書で用いる如きアルキルは、炭素原子を１から２０個有する直鎖もしく は分枝鎖アルキルを意味し、これらには例えばメチル、エチル、プロピル、イソ プロピル、ブチル、イソブチル、第二ブチル、第三ブチル、ペンチル、イソペン チル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、１−エチルヘキシル、１ ，１，３，３−テトラメチルブチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル 、ヘキサデシル、オクタデシルおよびエイコシルなどが含まれ、 置換フェニルおよび置換ナフチルは、ハロゲン（塩素、臭素、フッ素 またはヨウ素）、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、アルキル、アルコキシ（これは 炭素原子を１から１０個有する直鎖もしくは分枝鎖アルコキシを意味し、これら には例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソ ブトキシ、第二ブトキシ、第三ブトキシ、ペンチルオキシ、イソペンチルオキシ 、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシおよびデシ ルオキシなどが含まれる）、ハロアルキル（これは炭素原子を１から８個有して いて少なくとも１個のハロゲンで置換されている直鎖もしくは分枝鎖アルキルを 意味し、これらには例えばクロロメチル、ブロモメチル、フルオロメチル、ヨー ドメチル、２−クロロエチル、２−ブロモエチル、２−フルオロエチル、３−ク ロロプロピル、３−ブロモプロピル、３−フルオロプロピル、４−クロロブチル 、４−フルオロブチル、ジクロロメチル、ジブロモメチル、ジフルオロメチル、 ジヨードメチル、２，２−ジクロロエチル、２，２−ジブロモエチル、２，２− ジフルオロエチル、３，３−ジクロロプロピル、３，３−ジフルオロプロピル、 ４，４−ジクロロブチル、４，４−ジフルオロブチル、トリクロロメチル、トリ フルオロメチル、２，２，２−トリフルオロエチル、２，３，３−トリフルオロ プロピル、１，１，２，２−テトラフルオロエチルおよび２，２，３，３−テト ラフルオロプロピルなどが含まれる）から成る群から選択される少なくとも１個 の置換基で置換されているフェニルまたはナフチルを意味し、 フェニルアルキルは、アルキル部分が炭素原子を１から８個有する直鎖もしく は分枝鎖アルキルであるフェニルアルキルを意味し、そしてこれらには例えばベ ンジル、２−フェニルエチル、１−フェニルエチル、３−フェニルプロピル、４ −フェニルブチル、５−フェニルペンチル、 ６−フェニルヘキシルおよび８−フェニルオクチルなどが含まれ、そして 置換フェニルアルキルは、ハロゲン、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、アルキル 、アルコキシおよびハロアルキルから成る群から選択される少なくとも１個の置 換基でフェニル核が置換されている上記フェニルアルキルを意味する。発明 自由環位（ｆｒｅｅ ｒｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を少なくとも１つ有する 芳香族化合物を約０．１から約１．５モルのアルデヒドに対して１モルの比率で 添加して塩化水素を少なくとも１モルの比率で存在させそして硫酸を約２−１５ モルの比率で存在させて約−３５℃から約０℃の範囲の温度で撹拌すると、芳香 族反応体がモノアルキル−芳香族炭化水素であっても、ジアリールアルカン副生 成物の共生成量が最小限でありながら、１−クロロ−１−アリールアルカン類が 連続的に生じ得ることをここに見い出した。 上述した成分を添加することで反応混合物を生じさせ、それから反応流出流れ を取り出す。この流れは、未反応の出発材料（典型的には出発材料の約４０％か ら約６０％が未変換である）、所望のアリール置換エチルハライド（本明細書で は１−ハロ−１−アリールアルカンとも呼ぶ）、およびより高い分子量を有する 副生成物、例えば二量体、三量体などで構成される。最も多い量で生成する副生 成物は典型的に二量体であり、例えば塩化水素および硫酸の存在下で芳香族化合 物としてベンゼンを用いそしてアルデヒドとしてアセトアルデヒドを用いる場合 の二量体は１，１−ジフェニルエタンである。 上述した成分の混合物が指示範囲で生じるように成分全部の添加速度を調整す る（そして反応体を添加する速度と実質的に等しい量で反応混合物を取り出し続 ける）と、高分子量の副生成物、典型的には二量体の量が最小限になって、所望 のクロロアルキル化生成物の量が最大量になることを見い出した。このように、 成分の混合物を指示範囲外で用いると、クロロアルキル化生成物の収率が低下し そして二量体に対するクロロアルキル化生成物の比率が低下することが分かる。 この示す範囲内にすると、上記収率および比率が実質的に一定値に到達する。こ のように、好適な範囲は、芳香族化合物１モルに対して約０．１から１．５モル のアセトアルデヒドである。この開示する範囲および好適な範囲を外れると、反 応流出流れを取り出している過程中に上記収率および比率が変動する。 更に、反応流出流れの連続的取り出しを行わないと、即ち反応をバッチ式で行 うと、生成物の収率および副生成物に対する生成物の比率が劇的に低下する。 本発明の実施で用いる芳香族化合物は炭素環状芳香族化合物であってもよく、 例えば未置換の芳香族炭化水素、例えばベンゼン、ナフタレン、アントラセン、 フェナントレンなど、多アルキル芳香族炭化水素、例えばキシレン、プソイドク メン、メシチレンなど、および置換基、例えばハロ、シアノ、ニトロ、ヒドロキ シ、アルコキシ、フェノキシ、アルキルチオなどを有する芳香族炭化水素（例え ば２−、３−および４−クロロニトロベンゼン類、２−、３−および４−フルオ ロニトロベンゼン類、４−クロロニトロビフェニル、６−メトキシナフタレン、 フェノキシベンゼンなど）などであってもよいか、或は複素環式芳香族化合物、 例え ばクロロカルバゾール、２−フェニル−１−イソインドリノン、６−フルオロ− ５−ニトロキノリンなどであってもよい。しかしながら、好適な芳香族化合物は 、それのハロアルキル化生成物に商業的な興味が持たれておりそして所望の１− ハロ−１−アリールアルカン類の調製で以前に困難さに直面していたことから、 モノアルキル芳香族炭化水素、例えば置換フェニルまたは置換ナフチル（これは １−メチルナフタレン、２−メチルナフタレン、２−メトキシナフタレンで例示 される）など、および種々のモノアルキルベンゼン類、例えばメチル−、エチル −、プロピル−、イソブチル−、ｓ−ブチル−、ｔ−ブチル−、イソペンチル− 、ｔ−ペンチル−およびヘキシル−ベンゼン類などである。最も好適な芳香族化 合物は、アルキル基の炭素数が１−５のモノアルキルベンゼン類である。 本明細書で用いるアルデヒド類は、式 ［式中、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は、同一もしくは異なり、水素、アルキル、フェニルアルキ ルまたは置換フェニルアルキルである］ で表される。好適には、Ｒ₁は炭素原子数が１から１０の直鎖もしくは分枝アル キルであり、そしてＲ₂およびＲ₃は、Ｒ₁と同じであるか或は水素である。最も 好適には、Ｒ₁は炭素原子を１から６個有し、そしてＲ₂およびＲ₃は水素である 。特に好適なものは、Ｒ₁が炭素原子数が１から３のアルキルであるアルデヒド である。本発明の方法ではアセトア ルデヒドが非常に有用な反応体である。 このクロロアルキル化反応で用いるアルデヒド量は化学量論的量であってもよ い、即ち芳香族炭化水素１分子に対してＲ₁基を１個与える量であってもよい。 ある場合には、この量より少ない量で用いることも可能である。しかしながら、 芳香族化合物１分子に対してＲ₁基を少なくとも１個与える量で用いるのが一般 に好適である。最も好適な量は、ハロアルキル化生成物１モルに対して約１モル の上記アルデヒドである。経済的に可能な最大量以外には、使用可能なアルデヒ ド量に関する最大量は存在しないように思われる。 公知方法と同様に、酸触媒、好適には硫酸の存在下でクロロアルキル化を実施 する。反応混合物中に水があまりにも多い量で存在しないようにすることに加え て商業的に入手可能な材料を利用する目的で、該硫酸を一般に８８−９８％硫酸 の形態で導入する。これの使用量は一般に芳香族化合物１モルに対して少なくと も約１モル、好適には少なくとも約２−６モルになるような量であり、通常、芳 香族化合物１モルに対して約１５モルを越えないようにすべきである。発煙硫酸 も使用可能でこれを反応混合物に直接添加することも可能であることを注目すべ きである。これは、反応で生じる水と一緒になって、所望濃度の硫酸を生じる。 この反応で用いる塩化水素の量は、芳香族化合物の量を基準にして通常少なく とも約１当量であり、一般に、塩化水素を反応混合物の中にバブリングするか或 は塩化水素で反応槽を加圧することでこれの導入を行う。 塩化水素を用いないと向上した収率で１−クロロ−１−アリールアルカンが得 られないことから、これを用いることは重要である。 本発明の利点を最大に達成する目的で、この反応を通常約−３５℃から約０℃ 、好適には約−３５℃から約−１５℃、最も好適には約−３０℃から約−２０℃ の範囲の反応温度で実施する。より高い収率を得るには一般に反応温度を高くす る方が好ましいが、反応温度をより低くした方がクロロアルキル化生成物／ジア リールアルカンの比率が高くなる傾向がある。 材料を一緒にする様式はいくらか重要であると見られる。例えば、（１）アル デヒドを芳香族化合物に溶解させた後、これを、反応混合物に塩化水素をバブリ ングしながら触媒に添加してもよいか、或は（２）塩化水素で加圧した反応槽内 で高純度または粗アルデヒドと芳香族化合物と触媒をいずれかの様式で一緒にし てもよい、等々。しかしながら、最良の添加方法は、充分に混ざり合った反応混 合物流れに反応体全部を添加する方法である。 本発明は、公知クロロアルキル化技術で１−クロロ−１−アリールアルカン生 成物を高収率で与え得ることが知られている芳香族化合物から１−クロロ−１− アリールアルカン類を製造する代替方法として用いるに有用である。しかしなが ら、これは、反応性があまり高くない芳香族炭化水素、例えばクロロメチル化方 法以外のクロロアルキル化方法を用いると上記生成物を高収率で得ることができ ないことが以前に確認されているモノアルキル−ベンゼン類などから１−クロロ −１−アリールアルカン類を製造する方法として特に有利である。 本発明の方法は連続撹拌反応で最も好適に機能することを注目すべきである。 本方法を連続プラグ流れ（ｐｌｕｇ ｆｌｏｗ）反応で実施すると、不利に、ハ ロアルキル化生成物の向上した収率が観察されないで 低下した収率が得られ、これは半バッチ式システムに相等しい。 本方法で得る生成物は、知られているように、内部標準として、そしてモノマ ー類、洗剤、薬剤などの製造用中間体として有用である。この生成物を化学中間 体として用いる場合、これらに、これらを所望生成物に変化させる目的で以前に 用いられていたのと同じ反応を受けさせてもよい。例えば、何らかの公知様式で 、１−クロロ−１−フェニルエタンに脱ヒドロハロゲン化を起こさせることでス チレン類を生じさせた後、これを公知技術で重合させることができる。 本発明の好適な態様で製造する１−クロロ−１−（４−アルキルフェニル）エ タン類の特に興味の持たれる用途は、イブプロフェンおよび関連薬剤の製造用中 間体としてである。これらをそのような用途で用いる場合、適切な何らかの様式 でそれらを所望生成物に変化させることができる。例えば、Ｇａｒｄａｎｏ他、 Ｆｒａｎｃａｌａｎｃｉ他またはＤｙｎａｍｉｔ Ｎｏｂｅｌが示しているよう に、これらをカルボニル化触媒の存在下で一酸化炭素と反応させた後、酸性にし て相当するプロピオン酸を生じさせるか、或はＰａｌｅｃｅｋ他またはＴｏｋｕ ｔａｋｅが示しているように、これらをシアン化した後、酸性にして相当するプ ロピオン酸を生じさせてもよい。別の有用な合成は、Ｍｉｙａｔａｋｅ他が示し ているように、該化合物をマグネシウムと反応させ、その結果として生じるグリ ニヤール試薬を二酸化炭素でカーボネート化し、そしてそのカーボネート化した 生成物を酸性にしてプロピオン酸を生じさせることを伴う。 本発明を例示する目的で下記の実施例を示し、これは本発明の制限として解釈 されるべきでない。 実施例１（比較） 半バッチ式運転様式 １． 表Ｉに示す量で硫酸および初期イソブチルベンゼン（ＩＢＢ）供給材料を 反応槽に仕込む。 ２． 塩化水素を連続スパージ（ｓｐａｒｇｅｄ）しながら、上記材料が適当な 温度に冷却されるまで、反応槽ポンプアラウンドループ（ｐｕｍｐ−ａｒｏｕｎ ｄ ｌｏｏｐ）内にそれらを循環させる。 ３． 表Ｉに示す量でアセトアルデヒド（ＡＡ）および残りのイソブチルベンゼ ン供給材料を上記反応槽に表Ｉに供給時間として示す時間で仕込む。 ４． この混合物を所望温度で上記反応槽内に表Ｉに示す時間保持することで反 応を完結させる。 ５． 過剰量のＨＣｌおよび／または不活性物を排出させることで反応槽の圧力 を５ｐｓｉｇに維持する。 ６． この反応槽からサンプルを定期的に取り出して分析して反応度合を測定す る。 出発濃度が９３％から９４．５％の硫酸を用いて全実験を行う。 表Ｉに示すアセトアルデヒドと硫酸のモル比は仕込んだＩＢＢの全モルを基準 にしたモル比である。 ＣＥＢＢは１−クロロ−１−（４−イソブチルフェニル）エタンである ＤＢＰＥは１，１−ビス（４−イソブチルフェニル）エタンである。 ＣＥＢＢおよびＤＢＰＥの収率は全部、変化したＩＢＢの量を基準にした収率で ある。 １モルのＤＢＰＥに対して２モルのＩＢＢになるようにＤＢＰＥの収率を調整す る。 実施例２ 連続運転様式 １． 反応槽の温度を所望範囲に維持しながら反応槽に表ＩＩに示す量で硫酸、 イソブチルベンゼンおよびアセトアルデヒドを連続的に仕込むことに加えて過剰 量で塩化水素を仕込む。 ２． この上に記述したように反応体を仕込むと同時に、上記反応槽内に存在さ せる材料の全体積を一定に保持するような量で、この反応槽内に存在する混合物 の一部を反応槽から連続的に取り出す。 ３． 表ＩＩに示す滞留時間を得る要求に応じて供給速度と生成物取り出し速度 を調整する。 ４． この反応槽からサンプルを定期的に取り出して分析して反応度合を測定す る。 出発濃度が９３％から９４．５％の硫酸を用いて全実験を行う。 表ＩＩに示すアセトアルデヒドと硫酸のモル比は仕込んだＩＢＢの全モルを基 準にしたモル比である。 ＣＥＢＢは１−クロロ−１−（４−イソブチルフェニル）エタンである ＤＢＰＥは１，１−ビス（４−イソブチルフェニル）エタンである。 ＣＥＢＢおよびＤＢＰＥの収率は全部、変化したＩＢＢの量を基準にした収率で ある。 １モルのＤＢＰＥに対して２モルのＩＢＢになるようにＤＢＰＥの収率を調整す る。 この上に挙げた生成物および方法において本発明の精神および範囲から逸脱し ない限り数多くの変形を成し得ることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨーンズ， カール・アール アメリカ合衆国ルイジアナ州70815バトン ルージユ・ブルツクシヤーアベニユー 12530

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 式 ［式中、 Ｘは、ハロであり、 Ａｒは、フェニル、置換フェニル、ナフチルまたは置換ナフチルであり、 Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は、同一もしくは異なり、水素、アルキル、フェニルアルキ ルまたは置換フェニルアルキルである］ で表されるアリール置換エチルハライドを製造する方法であって、 ａ）撹拌しながら、自由環位を少なくとも１つ有する芳香族化合物を、上記芳香 族化合物１モルに対して約０．１から約２．０モルのハロ酸および上記芳香族１ モルに対して約２−１５モルの硫酸の存在下、上記芳香族化合物１モルに対して 約０．１から約２．０モルの式 で表されるアルデヒドに連続添加することで、反応混合物を生じさせ、 ｂ）上記芳香族化合物、上記アルデヒド、上記ハロ酸および上記硫酸の添加速度 の合計に実質的に等しい速度で反応流出流れを上記反応混合物から連続的に取り 出し、そして ｃ）上記アリール置換エチルハライドを上記反応流出流れから分離するが、ここ で、上記方法の副生成物濃度に対する上記アリール置換エチル ハライド濃度の比率およびアリール置換エチルハライドの濃度が一定になった時 点で上記分離を実施する、 ことを含む方法。 ２． 該芳香族化合物がモノアルキルベンゼンである請求の範囲第１項の方法 。 ３． 該モノアルキルベンゼンが、アルキル置換基が炭素を１−５個含むモノ アルキルベンゼンである請求の範囲第２項の方法。 ４． 該モノアルキルベンゼンがイソブチルベンゼンである請求の範囲第３項 の方法。 ５． 該アルデヒドが、Ｒ₁が炭素を１−１０個含むアルキル基でありそして Ｒ₂およびＲ₃がＲ₁と同じか或は水素であるアルデヒドである請求の範囲第１項 の方法。 ６． 該アルデヒドが、Ｒ₁が炭素を１−６個含むアルキル基でありそしてＲ₂ およびＲ₃が水素であるアルデヒドである請求の範囲第５項の方法。 ７． 該アルデヒドが、Ｒ₁が炭素を１から３個有するアルキル基であるアル デヒドである請求の範囲第６項の方法。 ８． Ｒ₁がメチルである請求の範囲第７項の方法。 ９． 生じさせるアリール置換エチルハライド１モルに対して約１モルの量で アルデヒドを用いる請求の範囲第１項の方法。 １０． 該反応温度が約−３５℃から約−１５℃の範囲である請求の範囲第１ 項の方法。 １１． 該反応温度が約−３０℃から約−２０℃の範囲である請求の範囲第１ ０項の方法。 １２． 該硫酸の量が芳香族化合物１モルに対して約２−６モルである請求の 範囲第１項の方法。 １３． 該硫酸を８８−９８％硫酸の形態または発煙硫酸の形態で該反応混合 物に導入する請求の範囲第１項の方法。 １４． 水を該硫酸の重量を基準にして約１５重量％より多い量で存在させな いで該反応を実施する請求の範囲第１項の方法。 １５． 塩化水素を該反応混合物の中にバブリングすることでこれを導入する 請求の範囲第１項の方法。 １６． 該反応槽を塩化水素で加圧することでこれを導入する請求の範囲第１ 項の方法。 １７． 該反応槽に塩化水素を液体として導入する請求の範囲第１項の方法。 １８． 該反応混合物の中に塩化水素をバブリングするか或は該反応槽を塩化 水素で加圧しながら、水の量が硫酸の重量を基準にして約１５重量％以下になる ように硫酸を８８−９８％硫酸の形態で導入することで硫酸を芳香族化合物１モ ル当たり約２−６モルの比率で存在させて、１モルの比率のイソブチルベンゼン と少なくとも約０．１モルの比率のアセトアルデヒドを約−３０℃から約−２０ ℃の範囲の温度で反応させることにより、イソブチルベンゼンをクロロエチル化 する請求の範囲第１項の方法。 １９． 塩化水素の水溶液を添加しながら、水の量が硫酸の重量を基準にして 約１５重量％以下になるように硫酸を８８−９８％硫酸の形態で導入することで 硫酸を芳香族化合物１モル当たり約２−６モルの比率で存在させて、１モルの比 率のイソブチルベンゼンと少なくとも約２モ ルの比率のアセトアルデヒドを約−３０℃から約−２０℃の範囲の温度で反応さ せることにより、イソブチルベンゼンをクロロエチル化する請求の範囲第１項の 方法。