KR20190071738A - 함질소 화합물의 제조 방법 - Google Patents

함질소 화합물의 제조 방법 Download PDF

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KR20190071738A
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Abstract

효율적이고 경제적인 함질소 화합물의 제조 방법을 제공한다. 하기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 식 NR1R2C(O)H 로 나타내는 화합물의 6 배몰 초과를 반응시켜, 그 식 (4) 로 나타내는 화합물 및 그 식 NR1R2C(O)H 로 나타내는 화합물의 반응 혼합물을 얻고, 그 반응 혼합물과 식 R3C(O)CH3 으로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시키는, 식 R3C(O)CH=CHNR1R2 로 나타내는 화합물의 제조 방법
Figure pct00015

(식 중, X 는, 할로겐 원자를 나타내고, R1, R2 및 R3 은, 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타낸다)

Description

함질소 화합물의 제조 방법
본 발명은, 광학 재료나 의농약 원료로서 유용한 함질소 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.
-C(O)CH=CHN＜ 구조를 갖는 함질소 화합물은, 광학 재료나 의농약 원료로서 유용한 화합물이다. 예를 들어, CH3C(O)CH=CHN(CH3)2 는, 피라졸릴카르복사닐라이드 살균제에 사용되는 3-디플루오로메틸-1-메틸-1H-피라졸-4-카르복실산의 원료로서 유용하다 (특허문헌 1 참조).
CH3C(O)CH=CHN(CH3)2 의 제조 방법으로서, 비특허문헌 1 에는, [N(CH3)2CH=NCHN(CH3)2]＋·Cl- 와 나트륨메톡사이드의 메탄올 용액을 반응시켜 얻어지는 N(CH3)2CH=NCH(OCH3)(N(CH3)2) 와, CH3C(O)CH3 을 반응시키는 방법이 기재되어 있다.
국제 공개 2016/152886호 팜플렛
Bull. Soc. Chim. Belg, 1994, 697 페이지 ∼ 703 페이지
그러나, 비특허문헌 1 에 기재된 방법과 조건에서는, CH3C(O)CH=CHN(CH3)2 는, 저수율로 밖에 얻어지지 않는다.
본 발명은, 입수가 용이하고 저렴한 화합물로부터, 공업적으로 효율적이고, 광학 재료나 의농약 원료로서 유용한 함질소 화합물을 제조할 수 있는, 함질소 화합물의 제조 방법의 제공을 과제로 한다.
본 발명자들은, 효율적이고 경제적으로 함질소 화합물을 제조하는 방법에 관해서, 예의 검토한 결과, 후술하는 식 (4) 로 나타내는 화합물, 알킬케톤 (후술하는 식 (2) 로 나타내는 화합물), N,N-디알킬포름아미드 (후술하는 식 (3) 으로 나타내는 화합물) 라는, 모두 입수가 용이하고 저렴한 화합물을, 특정한 조건에서 반응시킨 경우에, 효율적이고 경제적으로 함질소 화합물을 제조할 수 있는 것을 지견하였다. 또한, 반응물을 특정한 조건에서 정제한 경우에는, 효율적이고 경제적으로, 고순도의 함질소 화합물을 제조할 수 있는 것을 지견하였다.
요컨대, 본 발명자들은, 입수가 용이하고 저렴한 화합물을 사용한, 효율적이고 경제적인 함질소 화합물의 제조 방법을 지견하였다.
즉, 본 발명은 이하의 발명을 포함하는 것이다.
[1] 하기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 하기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 6 배몰 초과를 반응시켜, 하기 식 (4) 로 나타내는 화합물과 하기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 반응 혼합물을 얻고, 그 반응 혼합물과 하기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시켜 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 얻는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 제조 방법.
[화학식 1]
Figure pct00001
식 (3) NR1R2C(O)H
식 (2) R3C(O)CH3
식 (1) R3C(O)CH=CHNR1R2
식 중, X 는, 할로겐 원자를 나타내고, R1, R2 및 R3 은, 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타낸다.
[2] 상기 반응 혼합물을, 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 상기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 8 ∼ 40 배몰을 반응시켜 얻는, [1] 에 기재된 제조 방법.
[3] 상기 반응 혼합물과 염기성 화합물을 혼합하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 혼합하여, 상기 반응 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 반응시키는, [1] 또는 [2] 에 기재된 제조 방법.
[4] 에테르의 존재 하에서, 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물과 상기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 반응 혼합물을 얻는, [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
[5] 상기 염기성 화합물이 알칼리 금속의 알콕사이드인, [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
[6] 상기 알칼리 금속의 알콕사이드가, 고체상의 알칼리 금속의 알콕사이드인, [5] 에 기재된 제조 방법.
[7] 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물의 사용량이 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 3 배몰 초과 20 배몰 이하이고, 상기 반응 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시킬 때의 반응 온도가 40 ℃ 초과인, [5] 또는 [6] 에 기재된 제조 방법.
[8] 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물의 사용량이 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해, 12 배몰 초과이고, 상기 반응 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시킬 때의 반응 온도가 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물의 비점 이하인, [5] 또는 [6] 에 기재된 제조 방법.
[9] [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 함유하는 반응물을 얻고, 다음으로 그 반응물로부터, 증류 제거 조작에 의해, 그 반응물에 함유되는 저비점 화합물을 저감 또는 제거하여 조 (粗) 정제물을 얻고, 다음으로 그 조정제물을 증류하여 정제된 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 얻는, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 제조 방법.
[10] 상기 반응물로부터, 70 ℃ 미만에서 증류 제거 조작에 의해, 상기 반응물에 함유되는 저비점 화합물을 저감 또는 제거하여 조정제물을 얻는, [9] 에 기재된 제조 방법.
[11] [1] ∼ [10] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 얻고, 그 식 (1) 로 나타내는 화합물과 하기 식 (5) 으로 나타내는 화합물을 반응시켜 하기 식 (6) 으로 나타내는 화합물을 얻고, 그 식 (6) 으로 나타내는 화합물과 하기 식 (7) 로 나타내는 화합물을 반응시키는 하기 식 (8) 로 나타내는 화합물의 제조 방법.
식 (5) RFC(O)Z
식 (7) R4NHNH2
[화학식 2]
Figure pct00002
[화학식 3]
Figure pct00003
식 중, Z 는 불소 원자 또는 염소 원자를 나타내고, RF 는 탄소수 1 ∼ 3 의 할로알킬기를 나타내고, R1, R2 및 R3 은, 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타내고, R4 는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타낸다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 입수가 용이하고 저렴한 화합물로부터, 공업적으로 효율적이고, 광학 재료나 의농약 원료로서 유용한 함질소 화합물을 제조할 수 있다.
본 명세서에 있어서는, 식 (x) 로 나타내는 화합물을 화합물 (x) 라고 기재한다. 본 명세서에 있어서 「∼」를 사용하여 나타난 수치 범위는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 각각 최소치 및 최대치로서 포함하는 범위를 나타낸다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명은, 하기 화합물 (4) 에 대해 하기 화합물 (3) 의 6 배몰 초과를 반응시켜, 하기 화합물 (4) 와 하기 화합물 (3) 의 반응 혼합물을 얻고, 그 반응 혼합물과 하기 화합물 (2) 를 염기성 화합물을 사용하여 반응시키는 하기 화합물 (1) 의 제조 방법을 제공한다. 본 명세서에 있어서, 화합물 (1) 은 「함질소 화합물」이고, 케토에나민이라고도 칭해지는 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pct00004
식 (3) NR1R2C(O)H
식 (2) R3C(O)CH3
식 (1) R3C(O)CH=CHNR1R2
X 는, 할로겐 원자를 나타내고, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자가 바람직하고, 염소 원자가 보다 바람직하다.
3 개의 X 는, 동일해도 되고, 상이해도 되며, 동일한 것이 바람직하고, 동일하고 또한 염소 원자인 것이 보다 바람직하다. 요컨대, 화합물 (4) 는, 염화시아누르가 바람직하다.
R1 및 R2 는, 각각 독립적으로, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타낸다.
R1 및 R2 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기는, 직사슬형이어도 되고, 분기상이어도 되며, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기가 바람직하고, 메틸기가 보다 바람직하다.
R1 및 R2 는, 동일해도 되고, 상이해도 되며, 동일한 것이 바람직하고, 동일하고 메틸기인 것이 보다 바람직하다. 요컨대, 화합물 (3) 은, 디메틸포름아미드가 바람직하다.
R3 은, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타낸다.
R3 에 있어서의 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기는, 직사슬형이어도 되고, 분기상이어도 되며, n-프로필기, iso-프로필기, 에틸기 또는 메틸기가 바람직하고, 메틸기가 보다 바람직하다. 요컨대, 화합물 (2) 는, 아세톤이 바람직하다.
또한, 화합물 (1) 에 있어서, -CH=CH- 에 결합하는, R3C(O)- 와 NR1R2- 의 입체 배치는, cis 여도 되고, trans 여도 된다.
다음으로, 본 발명에 있어서의, 화합물 (4) 와 화합물 (3) 의 반응 혼합물 (이하, 「반응 혼합물」이라고 칭한다) 에 관해서, 상세하게 설명한다.
반응 혼합물은, 탈탄산을 수반하는 화합물 (4) 와 화합물 (3) 의 반응에 의해 형성되는, 식 [NR1R2CH=NCH=NR1R2]＋·X- 로 나타내는 염 (단, R1, R2 및 X- 는, 상기와 동일한 의미를 나타낸다. 이하 동일.) 을 포함하는 것으로 생각된다. 염의 형성 반응에 있어서의 화학량론은, 화합물 (4) 에 대해 화합물 (3) 의 6 배몰이다.
본 발명에 있어서는, 화합물 (4) 에 대해 화합물 (3) 의 6 배몰 초과, 요컨대, 화학량론을 초과하는 양의 화합물 (3) 을 사용하여 반응 혼합물을 조제한다. 따라서, 본 발명에 있어서의 반응 혼합물에는 화학량론을 초과하는 분의 화합물 (3) 이 함유된다. 본 발명자들은, 화학량론을 초과하는 분의 화합물 (3) 이 용매로서 상기 염의 용액화 (바람직하게는 균일 용액화) 를 촉진시키는 점과, 이러한 용액 상태에 있는 반응 혼합물 및 화합물 (2) 의 반응에 있어서 케토에나민이라고도 할 수 있는 질소 화합물인 화합물 (1) 이 효율적으로 얻어지는 점을 지견한 것이다.
본 발명에 있어서의 반응 혼합물은, 화합물 (4) 에 대해, 화합물 (3) 의 8 ∼ 40 배몰을 반응시켜 얻는 것이 바람직하고, 화합물 (3) 의 10 ∼ 30 배몰을 반응시켜 얻는 것이 보다 바람직하다. 이 범위에 있어서, 화합물 (1) 이, 특히 효율적이고 고수율로 얻어지기 쉽다.
또, 반응 혼합물의 용액 상태를 조정하는 관점에서, 에테르의 존재 하에서, 화합물 (4) 와 화합물 (3) 의 반응 혼합물을 얻는 것이 바람직하다. 에테르는, 용매로서 사용된다. 에테르는, 비프로톤성이고 또한 포화 화합물인 에테르가 바람직하다. 에테르는, 고리형 에테르여도 되고, 사슬형 에테르여도 된다. 에테르의 구체예로는, 디에틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 디옥산, 테트라하이드로푸란, 시클로펜틸메틸에테르를 들 수 있다. 에테르의 존재 하에 반응 혼합물을 조제하는 경우, 에테르의 사용량은, 화합물 (4) 의 용적을 기준으로 하여 1 배 용적 이상이 바람직하다. 그 상한은 특별히 한정되지 않고, 10 배 용적 이하가 바람직하고, 용적 효율의 관점에서, 2 배 용적 이하가 보다 바람직하다.
반응 혼합물의 조제에 있어서의 온도는, 0 ∼ 200 ℃ 가 바람직하고, 30 ∼ 100 ℃ 가 보다 바람직하다. 반응 혼합물의 조제에 있어서의 압력은, 특별히 한정되지 않고, 통상적으로는, 대기압 하에서 실시된다.
다음으로, 본 발명에 있어서의, 염기성 화합물을 사용한, 반응 혼합물과 화합물 (2) 의 반응에 대해, 상세하게 설명한다.
반응에 있어서, 화합물 (2) 의 사용량은, 반응 혼합물의 조제에 사용한 화합물 (4) 의 물질량을 기준으로 하여, 3 배몰 이상이 바람직하고, 3 배몰 초과가 보다 바람직하다. 사용량의 상한은 특별히 한정되지 않고, 100 배몰 이하가 바람직하고, 20 배몰 이하가 보다 바람직하다. 이 범위에 있어서, 화합물 (1) 이 효율적이고 고수율로 얻어지기 쉽다.
염기성 화합물은, 화합물 (3) 의 R1 및 R2 를 활성화하는 화합물이면, 특별히 한정되지 않고, 알칼리 금속의 알콕사이드, 3 급 아민, 또는 알칼리 금속 수소화물이 바람직하고, 알칼리 금속의 알콕사이드가 보다 바람직하다.
알칼리 금속의 알콕사이드에 있어서, 알칼리 금속은 나트륨 또는 칼륨이 바람직하고, 알콕사이드는 메톡사이드, 에톡사이드 또는 이소프로폭사이드가 바람직하다. 알칼리 금속의 알콕사이드는, 나트륨메톡사이드가 바람직하다. 또, 알칼리 금속의 알콕사이드의 사용 형태도, 특별히 한정되지 않고, 알칼리 금속의 알콕사이드를 그대로 (고체상의 알칼리 금속의 알콕사이드 그것만으로) 사용해도 되고, 알칼리 금속의 알콕사이드의 알코올 용액으로서 사용해도 되며, 알칼리 금속의 알콕사이드를 그대로 사용하는 것이 바람직하다.
3 급 아민으로는, 예를 들어, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 갖는 트리알킬아민, 이미다졸, 피리딘, 2,6-루티딘, s-코리딘, N-메틸피롤리딘, N-메틸피페리딘을 들 수 있다. 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 갖는 트리알킬아민이 바람직하고, 트리에틸아민, 트리부틸아민 또는 에틸디이소프로필아민이 보다 바람직하며, 트리에틸아민이 더욱 바람직하다.
알칼리 금속 수소 화물은, LiAlH4, NaBH4, NaH, 또는 LiN(CH(CH3)2)2 가 바람직하다.
반응에 있어서의 염기성 화합물의 사용량은, 반응 혼합물의 조제에 사용한 화합물 (4) 를 기준으로 하여, 3 배몰 이상이 바람직하고, 3 배몰 초과가 보다 바람직하다. 사용량의 상한은 특별히 한정되지 않고, 6 배몰 이하가 바람직하다. 이 범위에 있어서, 화합물 (1) 이 효율적이고 고수율로 얻어진다.
반응에 있어서는, 상기한 바와 같이, 반응 혼합물의 조제에 있어서 사용된 화학량론을 초과하는 분의 화합물 (3) 이 용매로서 존재하지만, 추가로 다른 유기 용매의 존재 하에 실시해도 된다. 다른 유기 용매는, 특별히 한정되지 않고, 염기성 화합물의 종류에 따라 적절히 결정되고, 염기성 화합물이 알칼리 금속의 알콕사이드인 경우에는, 상기한 에테르 또는 알코올을 들 수 있다. 알코올의 구체예로는, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, iso-프로판올, n-부탄올, iso-부탄올을 들 수 있다. 또, 염기성 화합물이, 3 급 아민 또는 알칼리 금속 수소화물인 경우에는, 방향족 탄화수소 또는 포화 지방족 탄화수소가 바람직하다. 방향족 탄화수소의 구체예로는, 톨루엔, 자일렌을 들 수 있다. 포화 지방족 탄화수소의 구체예로는, 헵탄, 헥산을 들 수 있다.
반응에 있어서의 용매의 총 사용량은, 반응 혼합물의 조제에 사용한 화합물 (4) 를 기준으로 하여 1 배 용적 이상이 바람직하다. 상한은 특별히 한정되지 않고, 20 배 용적 이하가 바람직하다. 이 범위에 있어서, 화합물 (1) 이 효율적이고 고수율로 얻어지기 쉽다. 또한, 상기 용매의 총 사용량은, 화학량론을 초과하는 분의 화합물 (3) 및 다른 유기 용매를 함유한 총량이다.
반응에 있어서의 온도는, ―78 ∼ ＋200 ℃ 가 바람직하고, ―60 ∼ ＋100 ℃ 가 보다 바람직하고, ―30 ℃ 이상 60 ℃ 미만이 더욱 바람직하며, ―30 ∼ ＋40 ℃ 가 특히 바람직하다. 반응물의 조제에 있어서의 압력은, 특별히 한정되지 않고, 통상적으로는, 대기압 하에서 실시된다. 또, 반응 시간은, 특별히 한정되지 않고, 반응 종점에 도달한 시점에서 반응을 종료하면 된다.
본 발명의 제조 방법의 구체적인 양태로는, 화합물 (4) 에 대해 화합물 (3) 의 6 배몰 초과를 반응시켜 화합물 (4) 와 화합물 (3) 의 반응 혼합물을 얻고, 그 반응 혼합물에 함유되는 화합물 (3) 을 본질적으로 제거하지 않고, 그 반응 혼합물과 화합물 (2) 를 염기성 화합물을 사용하여 반응시키는 양태를 들 수 있다. 그 양태에 있어서, 염기성 화합물은, 식 RA-OH 로 나타내는 알코올 (단, RA 는 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기이다) 의 알칼리 금속의 알콕사이드이고, 반응 혼합물로부터, 식 NR1R2CH=NCH(ORA)(N(R1R2)) 로 나타내는 아미노아세탈이 형성되는 것이 바람직하다.
또, 반응 혼합물과 화합물 (2) 의 반응에 있어서는, 반응 혼합물에 염기성 화합물을 첨가하고, 다음으로, 화합물 (2) 를 첨가하여, 그 반응 혼합물과 화합물 (2) 를 반응시키는 양태가 바람직하다. 요컨대, 반응 혼합물과 염기성 화합물을 혼합하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물과 화합물 (2) 를 혼합하여, 그 반응 혼합물과 화합물 (2) 를 반응시키는 양태가 바람직하다.
그 양태에 있어서, 염기성 화합물은, 상기한 알칼리 금속의 알콕사이드가 바람직하다.
상기한 바와 같이, 반응 혼합물과 화합물 (2) 의 반응은, 여러 가지의 바람직한 조건을 선택하여 실시할 수 있다.
염기성 화합물이 알칼리 금속의 알콕사이드인 경우, 화합물 (2) 의 사용량은, 반응 혼합물의 조제에 사용한 화합물 (4) 의 물질량을 기준으로 하여, 3 배몰 초과 20 배몰 이하 (바람직하게는 4 ∼ 12 배몰) 로 하거나, 또는, 12 배몰 초과 (바람직하게는 16 ∼ 100 배몰, 보다 바람직하게는 24 ∼ 72 배몰) 로 하는 것이 바람직하다.
화합물 (2) 의 사용량이 전자의 범위에 있는 경우, 반응 혼합물에 함유되는 상기 화합물 (4) 와 화합물 (3) 의 반응에 의해 형성되는 염에 대해 화합물 (2) 가 과잉이며, 또한 상기 염, 화합물 (2) 및 알콕사이드가 고도로 상용되기 때문에, 반응 활성이 높아져, 화합물 (1) 이 효율적이고 고수율로 얻어지기 쉽다. 이 범위에 있는 경우, 반응 혼합물과 화합물 (2) 의 반응에 있어서의 반응 온도는, 40 ℃ 초과가 바람직하고, 60 ℃ 이상이 보다 바람직하다. 상기 반응 온도는, 200 ℃ 이하가 바람직하고, 100 ℃ 이하가 보다 바람직하다.
화합물 (2) 의 사용량이 후자의 범위에 있는 경우, 대과잉으로 함유되는 화합물 (2) 가, 극성 용매로서, 상기 염과 알칼리 금속의 알콕사이드의 상용을 촉진하여, 반응 활성을 높이기 때문에, 화합물 (1) 이 효율적이고 고수율로 얻어지기 쉽다. 반응 혼합물과 화합물 (2) 의 반응에 있어서의 반응 온도는, 화합물 (2) 의 비점 이하가 바람직하고, ―30 ℃ 이상 60 ℃ 미만이 보다 바람직하며, ―30 ∼ ＋40 ℃ 가 더욱 바람직하다.
또한, 상기한 바와 같이, 알칼리 금속의 알콕사이드는, 고체상의 알칼리 금속의 알콕사이드 그 자체를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 반드시 명확하지 않지만, 고체상의 알칼리 금속의 알콕사이드 그 자체를 사용하는 경우, 그 알코올 용액을 사용하는 경우와 비교하여, 알코올의 존재에 의해 유인되는, 반응 혼합물과 알칼리 금속의 알콕사이드로 형성되는 상기한 아미노아세탈의 분해가 억제되기 때문인 것으로 생각된다.
본 발명에 있어서의 반응 혼합물과 화합물 (2) 의 반응에 있어서는, 화합물 (1) 과 동시에, 식 NR1R2CH=NH 로 나타내는 화합물 (이하, 「알디민」이라고 칭한다. 식 중의 R1 과 R2 는, 상기와 동일한 의미를 나타낸다.) 이 생성되기 때문에, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 반응물에는, 화합물 (1) 과 알디민이 병존해서 함유된다. 본 발명에 있어서의 알디민은, 화합물 (1) 과 비교하여 저비점의 화합물이다.
또한, 알디민은, 본 제조 방법에 있어서 부생하는 물과 반응하여, 화합물 (3) 으로 변환되어 있어도 된다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 화합물 (1) 을 함유하는 반응물로부터, 증류 제거 조작에 의해, 그 반응물에 함유되는, 알디민, 용매 등의 화합물 (1) 과 비교하여 저비점의 화합물 (이하, 「저비점 화합물」이라고 칭한다) 을 저감 또는 제거하여, 고순도의 화합물 (1) 을 제조하는 것이 바람직하다.
증류 제거 조작에 있어서의 온도는, 70 ℃ 미만이 바람직하고, 60 ℃ 미만이 보다 바람직하며, 30 ℃ 이하가 더욱 바람직하다. 이 온도의 상한 범위에 있어서, 화합물 (1) 의 고순도화를, 효율적이고 고수율로 실시하기 쉽다. 그 이유는 반드시 명확하지 않지만, 상기 온도의 상한 범위에 있어서, 반응물에 병존하는 알디민과, 화합물 (1) 의 부반응물의 부생이 억제되기 때문인 것으로 생각된다. 상기 부반응의 구체예로는, 하기 식 (py) 또는 하기 식 (ap) 로 나타내는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pct00005
증류 제거 조작에 있어서의 온도의 하한은, 특별히 한정되지 않고, 통상적으로는 0 ℃ 이상이고, 0 ∼ 30 ℃ 의 범위이면, 화합물 (1) 의 고순도화를, 효율적이고 고수율로 실시하기 쉽다.
증류 제거 조작에 있어서의 압력은, 특별히 한정되지 않고, 효율적으로 증류 제거를 진행시키는 관점에서, 통상적으로는 감압 조건에서 실시된다.
또한, 반응물의 증류 제거 조작에 의해 얻어지는, 저비점 화합물이 저감 또는 제거된 조정제물을, 추가로 증류에 의해 정제하여, 그 유분 (留分) 으로서 정제된 고순도의 화합물 (1) 을 얻는 것이 바람직하다.
증류 조작에 있어서의 온도는, 특별히 한정되지 않고, 180 ℃ 이하가 바람직하고, 140 ℃ 이하가 보다 바람직하다. 그 하한은, 특별히 한정되지 않고, 통상적으로는 40 ℃ 이상이다. 증류 조작에 있어서의 압력은, 특별히 한정되지 않고, 효율의 관점에서, 통상적으로는 감압 조건에서 실시된다.
본 발명의 제조 방법에서 얻어지는 화합물 (1) 을 사용하여, 광학 재료나 의농약 중간체로서 유용한 화합물을 제조할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명의 제조 방법에 의해 화합물 (1) 을 얻고, 그 화합물 (1) 과 하기 화합물 (5) 를 반응시켜 하기 화합물 (6) 을 얻고, 그 화합물 (6) 과 하기 화합물 (7) 을 반응시킴으로써, 하기 화합물 (8) 을 제조할 수 있다.
식 (5) RFC(O)Z
식 (7) R4NHNH2
[화학식 6]
Figure pct00006
[화학식 7]
Figure pct00007
Z 는, 불소 원자 또는 염소 원자를 나타내고, 불소 원자가 바람직하다.
RF 는, 탄소수 1 ∼ 3 의 할로알킬기를 나타내고, 디플루오로메틸기, 클로로디플루오로메틸기, 디클로로메틸기, 트리플루오로메틸기 또는 트리클로로메틸기가 바람직하고, 디플루오로메틸기가 보다 바람직하다.
R1 ∼ R3 은, 상기와 동일한 의미를 나타내고, 그 바람직한 범위도 동일하다.
R4 는, 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타내고, n-프로필기, iso-프로필기, 에틸기 또는 메틸기가 바람직하고, 메틸기가 보다 바람직하다.
화합물 (8) 을 산화함으로써, 의농약 원료로서 유용한 고순도의, 3-할로알킬-1-알킬-1H-피라졸-4-카르복실산 (특히, 3-디플루오로메틸-1-메틸-1H-피라졸-4-카르복실산) 을 용이하게 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 입수가 용이하고 저렴한 화합물을 원료로 하여, 함질소 화합물을 효율적이고 고수율로 제조할 수 있다. 요컨대, 본 발명의 제조 방법은, 광학 재료나 의농약 원료로서 유용한 함질소 화합물의 경제적인 제조 방법이다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
[예 1]
공기 분위기 하, 플라스크에, 염화시아누르 (38.4 g), 디메틸포름아미드 (198 g) 를 넣고, 플라스크 내온 60 ℃ 에서 플라스크 내를 2 시간 교반하여, 반응 혼합물이 얻어진다. 다음으로, 플라스크 내온을 40 ℃ 로 유지하고, 플라스크 내를 교반하면서, 플라스크에 나트륨메톡사이드 (33.8 g) 와 메탄올 (276 g) 을 혼합한 나트륨메톡사이드의 메탄올 용액을 첨가하고, 그대로 1 시간 유지한다. 다음으로, 플라스크 내온을 25 ℃ 로 유지하고, 플라스크 내를 교반하면서, 플라스크에 아세톤 (36.3 g) 을 넣고, 그대로 18 시간 반응시킨다.
플라스크 내용물을 분석한 결과, CH3C(O)CH=CHN(CH3)2 (이하, 화합물 (11) 이라고도 기재한다) 가, 염화시아누르를 기준으로 하여 수율 68 ％ 로 생성되어 있는 것이 확인된다. 플라스크 내용물을 여과하여 여과액을 회수하여, CH3C(O)CH=CHN(CH3)2 를 함유하는 반응액이 얻어진다.
[예 2 ∼ 5]
각 성분의 주입량, 및 다른 유기 용매의 사용 유무를 변경하는 것 이외에는, 예 1 과 동일한 순서에 따라, 화합물 (11) 의 합성을 실시한 결과를, 표 1 에 정리하여 나타낸다. 표 1 에 있어서의 다른 유기 용매로는, 예 3 및 4 는 테트라하이드로란을 사용하고, 예 5 는 이소프로필알코올을 사용한다.
Figure pct00008
[예 6]
예 1 에서 얻어진 반응액으로부터, 온도 20 ∼ 30 ℃, 압력 10 ∼ 30 Pa 의 조건에서 감압 증류 제거 조작에 의해, 반응액 중의 저비점 화합물을 제거하여 조정제물을 얻는다. 조정제물을 추가로 감압 증류하여, 유분으로서 순도 99 ％ 초과의 화합물 (11) 이, 증류 수율로서 93 ％, 염화시아누르를 기준으로 한 수율로서 63 ％ 로 얻어진다.
[예 7]
예 1 에서 얻어진 반응액으로부터, 온도 70 ∼ 90 ℃, 압력 12000 ∼ 20000 Pa 의 조건에서 감압 증류 제거 조작에 의해, 반응액 중의 저비점 화합물을 제거하여 조정제물을 얻는다. 조정제물을 추가로 감압 증류하여, 유분으로서 순도 99 ％ 초과의 화합물 (11) 이, 증류 수율로서 74 ％, 염화시아누르를 기준으로 한 수율로서 수율 50 ％ 로 얻어진다.
예 1 ∼ 3 과 예 4 ∼ 5 의 대비로부터 분명한 바와 같이, 화합물 (4) 의 일 양태인 염화시아누르에 대해, 화합물 (3) 의 일 양태인 디메틸포름아미드의 6 배몰 초과를 반응시킨 반응 혼합물을 사용하는 경우에, 화합물 (1) 이 고수율로 얻어지는 것을 알 수 있다. 또, 예 6 과 예 7 의 대비로부터 분명한 바와 같이, 얻어진 반응물을, 저온 (20 ∼ 30 ℃) 에서 증류 제거 조작에 제공한 경우에는, 고온 (70 ∼ 90 ℃) 에서 증류 제거 조작에 제공한 경우와 비교하여, 화합물 (1) 이 고수율로 얻어지는 것을 알 수 있다.
[예 9]
공기 분위기 하, 플라스크에, 염화시아누르 (12.8 g), 디메틸포름아미드 (182 g) 를 넣고, 플라스크 내온 60 ℃ 에서 플라스크 내를 2 시간 교반하여, 반응 혼합물이 얻어진다. 다음으로, 플라스크 내온을 25 ℃ 로 유지하고, 플라스크 내를 교반하면서, 플라스크에 나트륨메톡사이드 (11.4 g) 를 첨가하고, 그대로 2 시간 유지한다. 다음으로, 플라스크 내온을 25 ℃ 로 유지하고, 플라스크 내를 교반하면서, 플라스크에 아세톤 (150 g) 을 넣고, 그대로 25 ℃ 에서 5 시간 반응시킨다.
플라스크 내용물을 분석한 결과, 화합물 (11) 이, 염화시아누르를 기준으로 하여 수율 99 ％ 로 생성되어 있는 것이 확인된다. 플라스크 내용물을 여과하여 여과액을 회수하여, 화합물 (11) 을 함유하는 반응액이 얻어진다.
[예 10 ∼ 14]
나트륨메톡사이드의 사용 양태 (단체 또는 메탄올 용액), 아세톤의 사용량, 및, 아세톤을 넣은 후의 반응 온도를 변경하는 것 이외에는, 예 9 와 동일한 순서에 따라, 화합물 (11) 의 합성을 실시한 결과를, 표 2 에 정리하여 나타낸다.
또한, 표 중의 「단체」란, 고체상의 나트륨메톡사이드를 그대로 플라스크에 첨가한 것을 의미한다.
Figure pct00009
[예 15]
질소 분위기 하의 반응기에, 예 9 에서 얻어진 화합물 (11) 과 트리에틸아민과 염화메틸렌을 넣고 용액을 조제한다. 다음으로, 실온에서, 반응기 내를 교반하면서, 반응기에 CHF2C(O)F 를 가스상으로 도입하여 반응시킨다. 반응 후, 반응기를 빙랭하면서, 반응기에 물을 첨가하고, 하기 화합물 (61) 을 함유하는 제 1 유기상을 회수한다.
다음으로, 질소 분위기 하의 반응기에, 40 ％ 메틸하이드라진 수용액과 염화메틸렌을 넣고, 용액을 조제한다. 다음으로, ―20 ℃ 에서, 반응기 내를 교반하면서, 반응기에 제 1 유기상을 도입하여 반응시킨다. 반응 후, 반응기에 물을 첨가하고, 제 2 유기상을 회수한다. 제 2 유기상을 황산나트륨으로 건조 후, 감압 증류 제거하여 하기 화합물 (81) 이 얻어진다.
[화학식 8]
Figure pct00010
[화학식 9]
Figure pct00011
산업상 이용가능성
본 발명은, 입수가 용이하고 저렴한 화합물로부터, 공업적으로 효율적이고, 광학 재료나 의농약 원료로서 유용한 함질소 화합물을 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
본 출원은, 일본에서 출원된 일본 특허출원 2016-205020 및 일본 특허출원 2017-61391 을 기초로 하고 있고, 그것들의 내용은 본 명세서에 모두 포함되는 것이다.

Claims (11)

  1. 하기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 하기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 6 배몰 초과를 반응시켜, 하기 식 (4) 로 나타내는 화합물과 하기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 반응 혼합물을 얻고, 그 반응 혼합물과 하기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시켜 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 얻는, 하기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 제조 방법.
    Figure pct00012

    식 (3) NR1R2C(O)H
    식 (2) R3C(O)CH3
    식 (1) R3C(O)CH=CHNR1R2
    식 중, X 는, 할로겐 원자를 나타내고, R1, R2 및 R3 은, 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 혼합물을, 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 상기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 8 ∼ 40 배몰을 반응시켜 얻는, 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반응 혼합물과 염기성 화합물을 혼합하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 혼합하여, 상기 반응 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 반응시키는, 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    에테르의 존재 하에서, 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물과 상기 식 (3) 으로 나타내는 화합물의 반응 혼합물을 얻는, 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 염기성 화합물이 알칼리 금속의 알콕사이드인, 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속의 알콕사이드가, 고체상의 알칼리 금속의 알콕사이드인, 제조 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 식 (2) 로 나타내는 화합물의 사용량이 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해 3 배몰 초과 20 배몰 이하이고, 상기 반응 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시킬 때의 반응 온도가 40 ℃ 초과인, 제조 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 식 (2) 로 나타내는 화합물의 사용량이 상기 식 (4) 로 나타내는 화합물에 대해, 12 배몰 초과이고, 상기 반응 혼합물과 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물을 염기성 화합물을 사용하여 반응시킬 때의 반응 온도가 상기 식 (2) 로 나타내는 화합물의 비점 이하인, 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 함유하는 반응물을 얻고, 다음으로 그 반응물로부터, 증류 제거 조작에 의해, 그 반응물에 함유되는 저비점 화합물을 저감 또는 제거하여 조정제물을 얻고, 다음으로 그 조정제물을 증류하여 정제된 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 얻는, 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응물로부터, 70 ℃ 미만에서 증류 제거 조작에 의해, 상기 반응물에 함유되는 저비점 화합물을 저감 또는 제거하여 조정제물을 얻는, 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 상기 식 (1) 로 나타내는 화합물을 얻고, 그 식 (1) 로 나타내는 화합물과 하기 식 (5) 로 나타내는 화합물을 반응시켜 하기 식 (6) 으로 나타내는 화합물을 얻고, 그 식 (6) 으로 나타내는 화합물과 하기 식 (7) 로 나타내는 화합물을 반응시키는 하기 식 (8) 로 나타내는 화합물의 제조 방법.
    식 (5) RFC(O)Z
    식 (7) R4NHNH2
    Figure pct00013

    Figure pct00014

    식 중, Z 는 불소 원자 또는 염소 원자를 나타내고, RF 는 탄소수 1 ∼ 3 의 할로알킬기를 나타내고, R1, R2 및 R3 은, 각각 독립적으로 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 나타내고, R4 는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기를 나타낸다.
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