JPS6072851A - フツ化ベンゾニトリル類の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フッ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ッ素
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、フッ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
ペンゾニ）　ＩＪル化合物と記す）とフッ素化剤、特に
フッ化カリウムとを加熱下で反応させることによって製
造しうることか知られている。この場合の非プロトン性
極性溶媒としては、反応速廣の点で有利なこと、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
等の面カラ特に、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、２００−２１ＩＯ℃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
るフッ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ッ素
置換して、複数個のフッ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ったところ原料の
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
まれることが分った。このようが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シテ使う場合、
該溶媒は沸点（２ｇ７℃）が高く、高温でも比較的安定
なために、反応後、にＦやにＣｔ等の無機物全濾過、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１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ｍ−ることが出来る。また、場合によっては
反応中に常時あるいは時々、反広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７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、あるいはあ
る程度以上になった段階で減圧蒸留、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。従って、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っ
た。このような副生物の抑制は、反応温度を低く維持す
ることによって可能であるが、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
ッ素置換する反応について詳細に研究を行った結果、反
応温度を反応の進行に従っ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ッ化ベン
ゾニトリル類が効率よく得られることを見出し、本発明
全完成するに至った。

即ち、本発明は核塩素化ベンゾニトリル類をフッ化カリ
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ヲ用い、置換率が少なくとも３
０Ｔｏに達するまでは１ｇθ℃以下に保持し、その後／
ｇθ℃よりも高温で反応を完結せしめることを特徴とす
るフッ化ベンゾニトリル類の製造方法である。

伺、本明細書で言うフッ素置換率とは、置換すべき全塩
素原子のうち、フッ素で置換されたものの割合（係）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）　ＩＪル化合物）、中
間のフッ素化合物、及び目的のフッ素化物のモル比を知
れば大体の値をめることが出来る。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、フル葆ロベンゾニトリルのモル比ｆＡ　
：　Ｂ　：　Ｃとすれば、置換率は次式の様になる。

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λ−クロルベンゾニトリル、クークロルベンゾニト
リル等、塩素原子がシアノ基に対してオルト又はノ４う
位に結合したもの、或いは１．２．ｌＩ−ジクロルベン
ゾニトリル、；ｔ、ｔ−ジクロルヘンソ＝）ＩＪル、２
．ゲ、乙−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。シアン基の数は、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、／、３−ジシアノークーク
ロルベンゼン、／、、２−ジシアノ−３，’ｌ。

５１６−テトラクロルベンゼン、／、＋−ジシアノ−２
，３，、！ｔ、乙−チーテトラクロルベンゼン挙けられ
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、或いはシアン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．グージクロルベンゾニトリル、１１１　、乙
−ジクロルベンゾニトリルに対して本発明を適用すると
特に好捷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、反応速度が運込し、また副生物の生成量が増加し生
成物の収率が低下する。脱水は粒状水酸化す）　ＩＪウ
ム上より蒸留する方法、五酸化リンで処理する方法、モ
レキュ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Ｈ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。

本発明のフッ素化剤としてはフッ化カリウムが用いられ
る。一般にフッ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Ｋは湿式合成法で得たフッ化
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って得たフッ化カリウムを用
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ッ化カリウムとは異なる微粒状
無水フッ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って得たフッ化カリウムを用いた
場合、好ましい結果が得られる。

フッ化カリウムの使用量は、原料クロルベンゾニトリル
化合物をフッ累置換するのに理論的に必要な当量数の／
−，２倍でよく、通常／−／、、！！−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ッ化カリ
ウム分用いる場合、それより少なく、通常７．０〜７０
．２倍で用いられる。

なお、フッ化カリウムによる置換反応を促進する目的で
、反応系にフッ化セシウム、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、こ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ってコントロール
することが特徴である。即ち、反応開始後から置換率が
少ガくとも３０％に達するまでの反応温度を１ｇ０℃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／ｇＯ℃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７ｇ０℃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、■フッ素で置換された目的物より、一部のみフ
ッ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１ｇθ℃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
ッ化カリウムが存在するため、反応温度を７３０〜７ｇ
０℃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ｇθチ
以下で実施される。

本発明に従わすに１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１１０℃以下の温度で実施した場合
、九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、７ｇ０℃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Ｏ 本発明において、反応温度をλ段階にフントロールする
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１前記した温
度条件を満足する範囲内で決定すれはよい。この場合、
反応開始後からフッ素置換率が３０％好ましくは３θ〜
７θチになるまでの反応温度が１ｇ０℃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／Ｓθ〜
ｌざ０℃の範囲で行うことが好ましい。一方、フッ素置
換率が３０％以上になった後の反応温度がｉｇｏ℃より
低い場合、反応速度が遅く、反応が児結しないこともあ
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コθ０〜．２ダＯ℃が好ま
しい。

本発明に従っ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７〜２９時間である。

本発明に従えは、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７３％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９３チ以上となる１、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。従って反応温度以
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
しては激しく攪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、必要に応じて濾過、遠心分離等を行った後、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、本発明の詳細な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／ ２．６−シフルオロベンゾニトリルを得る目的で、２．
６−シクロルペンゾニトリル４ｔｇｆ、スプレー乾燥法
により得られた無水フッ化カリウム３７１、テトラメチ
レンスルホン１ａｑｔ’ｅフラスコに入れ攪拌下で７７
０℃で３θ分、／７！；℃でコ時間、更に２２０℃で９
時間加熱して反応を行った。７７３℃における反応を行
った後での反応液に含まれる＠２．６−シクロルペンゾ
ニトＩＪル、コークロル−６−フルオロペンゾニトリル
、２゜６−シフルオロペンゾニトリルはモル比でワ：、
！−，２：　３９であった。これはフッ素置換率Ａ、ｔ
％に相当する。反応終了後、濾過により塩化カリウム、
フッ化カリウムを分離した。Ｆ液の減圧蒸留を行い沸点
９ｇ〜／θコ℃（３０■Ｈｇ　）の２．６＝ジフルオロ
ベンゾニトリル３７゜／ｆ（収７Ｍ。

９Ｓ、６チ）、沸点７０３〜１０Ｓ℃（／／鰭Ｈｇ）ノ
コ−クロル−６−フルオロベンゾニトリル０゜９Ｖ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０．２！；を得られた。これ
のチッ素の元素分析値は／θ、／チで、これに含まれる
チッ素の量（θ、０コ、５−ｒ）ＦｉＮ料２　、Ａ−ジ
クロルベンゾニトリル０．３／１（用いたもののＯ：ｂ
ｓ％）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ってい
なかった。

比較例／ 反応温度を２２０℃、反応時間をＳ時間とした以外は実
施例／の場合と全く同様に反応と分離操作を行った。こ
れにより、２．６−シフルオロベンゾニトリルＪ２．ｌ
、？（収率ｇダ％）、コークロル−６−フルオロペンゾ
ニトリル／、２ｔｔｍｆｃ。

高沸点の副生物（チッ素の元素分析値は１０．２チ）の
生成量は／、Ｏｋ？であった。原料の２゜６−ジクロル
ベンゾニトリルは残っていなかった。

なお反応時間を５時間より短かくするとフッ素化カ不十
分トナリλ−クロル−６−フルオロベンゾニトリルの残
存量が多くなった。

比較例コ ア７０℃で４０分、続いて２．２０℃でｑ時間グ０分加
熱して反応を行った以外は実施例／の場合と全く同様に
反応と分離操作を行った。ｉ’ｙｏｃにおける反応を行
った後でのフッ素置換率は１０チであった。これにより
、２．Ａ−ジクロルベンゾニトリル、３３．グＶ（収率
ｇ６％）、−一クロル−６−フルオロペンゾニトリル／
。ａｙ＊得た。

高沸点の副生物（チッ素の元素分析値は９．９％）の生
成量はθ。ワ７１であった。原料のコ、６−シクロルペ
ンゾニトリルは残っていなかった。なお反応時間をｑ時
間ｑＯ分より短かくするとフッ素化反応が不十分とな９
コークロル−６−フルオロベンゾニトリルの残存量が多
くなった。

比較例３ ｊ　反応温度を１７ｓｃ、反応時間を／グ時間とした以
外は実施例／の場合と全く同様に反応を行った。反応液
を分析してこれに含まれるコ、６−シクロルペンゾニト
リル、コークロル−６−フルオロヘンソニトリル、２．
Ａ−ジフルオロベンゾニトリルのモル比をめたところ３
：３１．：ｌ、／であった。

実施例コ ユークロルヘンソニトリル４ｔｏｙ、スプレー乾燥法に
より得られた無水フッ化カリウムコθ１及びテトラメチ
レンスルホン／グＯｆｆフラスコに入れ攪拌下で７７０
℃で７時間、／７．！ｒ℃で２時間、更に、２／＆−，
２，２＆℃でｑ時間加熱して反応を行った。／　７！Ｓ
Ｃで反応を行った後でのフッ累置換率１．ｉ　６２％で
あった。反応終了後、実施例／の場合と同様の操作を行
い端一フルオロペンゾニトリル３／、ｇ？を得た（収率
９０．ダチ）。なお、沸点の高い副生物（チツ累の元素
分析値は９、ｇ％）の生成量は０．３左ｔであった。

特許出願人 徳山１達株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１１核塩素化ベンゾニトリル類をフッ化カリウムによ
   り核）・ログ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／ｇＯ″Ｃ以下に保持し、その後１ｇθ℃
   よりも高温で反応を完結せしめることを特徴とするフッ
   化ベンゾニトリル類の製造方法