KR860001546B1 - 플루오로벤조페논유도체 제조방법 - Google Patents

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Description

플루오로벤조페논유도체 제조방법

본 발명은 플루오로벤조페논, 특히 4-플루오로벤조페논유도체 및 4,4'-플루오로벤조페논 제조방법에 관한 것이다.

4,4'-디플루오로벤조페논 같은 플루오로벤조페논유도체를 방향족 폴리케톤중합체와 4-플루오로벤조페논유도체 제조원료로 사용하기도하고 농약 및 의약용 제조원료로 사용하기도 하며 염료합성중간체로 사용하기도 한다.

4,4'-디플루오벤조페논을 제조함에 있어서 공지의 방법으로서는, ① 무수염화알루미늄 존재하에 사염화탄소와 플루오로벤젠을 반응시킨 후 가수분해하는 방법 [제이. 피. 피카이드(J.P. Picard)등, 캔. 제이. 레이어치(Can. J. Research), 28B, 56(1950); 케미칼 어브스트랙트(Chemical Abstract), 44, 4442a(1950); 후나사카(Funasaka)등, 유키고세이카가쿠교카이시(Yukigosei Kagaku Kyokaisi), 17, 334(1959)], ② 무수염화알루미늄 존재하에 P-플루오로벤조일클로리드와 플루오로벤젠과의 사이에프리텔크라프츠반응을 시켜 합성하는 방법[알. 씨. 아이리스(R.C. Iris)등 Rev. inst 새루브리다드 와이 엔퍼메데드 (Salubridad Y en-ferveded). trop., 8, 63(1947); 케미칼 어브스트랙(Chemical Abstract), 42, 1921a (1948)], ③ 2,2'-비스(4-플루오로페닐-1,1-디클로로에틸렌올 크롬산으로 산화시키는 방법 [에이치. 엘. 브래드로우(H. L. Bradlow)등, 제이. 앰. 켐(J. Am. Chem). Soc., 69, 662(1947)] 및 ④ 무수플루오르화수소 또는 플루오르화수소의 진한 수용액중에서 4,4'-디아미노디페닐메탄을 아질산나트륨으로 처리하는 방법(일본 특허공개공보 제54-132,558호)등이있다.

또한, 4-플루오로벤조페는 유도체를 제조함에 있어서, 공지의 방법으로서는, ⑤ 무수염화알루미늄 존재하에 치환된 염화벤조일과 플루오로벤젠과의 사이에 프리델크라프츠반응을 시켜 합성하는 방법[알. 디. 던롭(R. D. Dunlop) 등, 제이. 앰. 켐(J. Am. Chem). Soc., 55,1665(1933); 케이. 씨. 조시(K. C. Joshi)등, 제이. 인디안 켐(J. Indian Chem). Soc., 40,42(1963); 알. 지. 퓨우즈(R. G. Pews) 등, 제이. 앰. 캠(J. Am. Chem). Soc., 89, 2392(1967)]과 ⑥ 무수 염화알루미늄 존재하에방향족 탄화수소와 P-플루오로벤조일클로리드를 반응시키는 방법[제드. 에크스타인(Z. Eckstein) 등, Bull. acad. polon. sci., Ser. sci., chim., geol. et geograph., 7, 803(1959); 케미칼 어브스트랙(Chemical Abstract). 54, 21005b (1960)]이있다.

그러나, ①의 방법과 ②의 방법에서 플루오로 벤젠이 값비싼 원료이고 플루오로벤젠에 대하여 같은 몰 이상의 무수염화 알루미늄을 사용해야 한다. 또한, 촉매를 분리하기가 극히 복잡하기 때문에 재사용할 수가 없고 내식성이 있는 장치를 사용해야 한다. ③의 방법에 있어서는 플루오로벤젠을 출발물질로 사용하며 다량의 아세트산을 사용해야할 뿐만 아니라 크롬산을 과잉량 사용하기 때문에 생성된 폐액을 비오염물질로 처리하는데 소요되는 경비부담이 커진다.

④이 방법에 있어서는 출발물질의 가격은 비교적 싼편이지만 무수 플루오르화수소 및 진한 플루오르화수소 수용액을 과잉량으로 사용하기 때문에 플루오르화수소를 회수해야 한다는 점이 있다.

⑤의 방법과 ⑥의 방법에 있어서는 플루오로벤젠과 P-플루오로벤조일클로리드는 공업적으로 값이 비싸고 무수염화알루미늄을 같은 몰 이상으로 사용해야 한다는 점이 있다. 또한 촉매의 분리가 극히 복잡하기 때문에 이 촉매를 재사용할 수가 없고 생성된 폐핵처리에 소요되는 경비부담이 크므로 해서 이들방법을 상업적인 규모로 실시함에 있어서 여러가지 애로에 직면하게 된다.

본 발명의 목적은 상응하는 4-할로게노벤조폐논유도체 또는 4,4'-디할로게노벤조페논을 출발물질로 하여 상업적인 규모로 편리하게 4-플루오로벤조페논 유도체 또는 4,4'-디플루오로벤조페논을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 방법에 따라 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논유도체 또는 일반식[II]의 4,4'-디할로게노벤조페논과 플루오르화 알칼리와의 사이에 할로겐과 플루오르의 교환반응을 일으켜 4-플루오로벤조페논유도체 또는 4,4'-디플루오로벤조페논을 제조하는 방법이 제공된다.

위의 식에서 X는 염소, 브롬 또는 요오드원자이고, R은 수소, 알킬기, 아랄킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 알콕실기, 아릴옥실기, 알킬리오기, 카르보알콕실기, 아세틸기, 트리플루오로메틸기, 니트로기 또는 4'-위치 이외의 다른위치에서 치환되는 할로겐을 공급하는 할로겐원자이며 n은 1~5까지의 정수이고, n이 2이상일때 R는 같거나 상이한 것이다.

위의 식에서 X는 염소, 브롬 또는 요오드원자이다.

본 발명에 의하여 유기용매중에서 플루오르화 알칼리와 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논유도체 또는 일반식[II]의 4,4'-디할로게노벤조페논을 가열하여 높은 수득율로 상응하는 4-플루오로벤조페논유도체 또는 4,4'-디플루오로벤조페논을 제조한다. 반응생성물의 혼합물로부터 용매를 증류하여 제거한 다음 용매로 추출하므로서 최종생성물을 쉽사리 분리한다. 또 다른 방법으로서는 최종생성물을 증류하여 분리한다. 따라서 본 발명에 의한 방법은 공업적으로 극히 장점이 많다.

본 발명에서 사용할 수 있는 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논 유도체로서는, 4-할로게노벤조폐논, -4-할로게노-3'-메틸벤조페논, 4-할로게노-4'-메틸벤조페논, 4-할로게노-4'-에틸벤조페논, 4-할로게노-4'-n-부틸벤조페논, 4-할로게노-2',4'-디메틸벤조페논, 4-할로게노-2',5'-디메틸벤조페논, 4-할로게노-4'-페닐벤조페논, 4-할로게노-4'-메톡시벤조페논, 4-할로게노-4'-에톡시벤조페논, 4-할로게노-4'-페녹시벤조페논, 4-할로게노-4'-메틸리오벤조페논, 4-할로게노-3'-카르보메톡시벤조페논, 4-할로게노-3'-아세틸벤조페논, 4-할로게노-3'-트리플루오로메틸벤조페논, 4-할로게노-3'-니트로벤조페논, 4-할로게노-4'-니트로벤조페논, 2-클로로-4'-할로게노벤조페논, 2-브로모-4'-할로겐노벤조페논 3-클로로-4'-할로게노벤조페논, 4-할로게노-3',5'-디클로로벤조페논 등이 있으며, 또한 본 발명에서 사용할 수 있는 일반식[II]의 4,4'-디할로게노벤조페논으로서는 4,4'-디클로로벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 4,4'-디브로모벤조페논 및 4,4'-디요오도벤조페논 등이 있다.

일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논 유도체들은 상업적으로 쉽사리 제조가 가능한 방향족 탄화수소와 P-클로로벤조일, P-브로모벤조일 또는 P-요오도벤조일 등의 염화물과의 사이에 무수염화철촉매 존재하에 프리델 크라프츠반응에 의하던지 치환된 염화벤조일과 클로로벤젠, 브로모벤젠 또는 요오드벤젠과의 사이에 무수염화철 촉매 존재하에 프리젤 크라프츠반응에 의하여 제조된다.

본 발명에서 사용할 수 있는 플루오르화 알킬리로서 플루오르화 세슘, 플루오르화 루비늄, 플루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨 및 플루오르화 리륨이 있다. 최종생성물의 수득율을 감안한다면 플루오르화 세슘, 플루오르화 루비듐 및 플루오르화 칼륨이 좋다. 이들을 두 가지 이상의 혼합물로 하여 사용한다. 할로겐과 플루오르와의 교환반응을 시키는데 사용되는 플루오르화 알킬리의 양은 특별히 제한되지 않으며 화학량론적인양 이상의 약간의 과잉량이 좋다. 이러한 사용량은 수득율과 경제성에 따라 결정된다.

본 발명에서 사용되는 유기용매로서는 황을 함유하는 극성용매, 즉 디메틸술폭시드, 디메틸술폰, 디페닐술폭시드, 디페닐술폰, 테트라히드로티오펜-1,1-디옥시드(술폴란)등과 질소를 함유한 극성용매, 즉 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(DMI) 및 헥사메틸인산 트리아미드(HMPA) 등과 기타 비양성 자성극성용매가 있다.

반응온도는 일반적으로 100°~350℃ 사이이다. 기체 크로마토그래피 또는 박막 크로마토그래피에 의해 반응진행정도를 추적하며 대부분의 출발물질이 없어지면 반응이 종결된다.

본 발명에 의한 방법은 유기용매중에서 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논유도체 또는 일반식[II]의 4,4'-디할로게노벤조페논과 플루오르화 알칼리를 교반 가열하여 진행시킨다. 이 경우에 있어서 큰 고리형 폴리에테르(크라운 에테르), 4차 암모늄염 및 4차 포스포늄염 같은 내부이동촉매를 첨가하여 알칼리금속 양이온을 안정시킨다.

본 발명에 의한 적합한 실시예를 보자면 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논유도체 또는 일반식[II]의 4,4'-디할로게노벤조페논과 플루오르화 알칼리를 함유한 유기용매에 소량의 벤젠을 첨가하고 가열하는 것이다.

반응계중의 물을 벤젠과의 공비혼합물의 형태로 제거한 다음 질소 분위기하에서 교반하면서 지시된 온도에서 가열을 계속하므로서 용매가 분해되지 않도록 한다.

일정한 반응 시간이 경과한 후 생성된 생성물을 냉각하고 최종화합물을 유기용매로 추출한다.

추출용매로서는 메탄올, 에탄올 및 이소프로판을 같은 알코올과 1,2-디클로로에탄, 클로로포름 및 사염화탄소 같은 할로겐화탄화수소 및 벤젠, 톨루엔 같은 벤젠류가 있다.

또 다른 방법으로서는 반응이 끝난후 용매를 감압증류하고 잔류물을 위에 나온 추출용매로 추출하므로서 최종생성물을 분리한다. 또한 직접 최종생성물을 감압 증류하여 분리할 수도 있다. 필요에 따라서는 종래의 용매 재결정법에 의해 순도가 높은 생성물을 얻을 수도 있다.

상술한 바와 같이, 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논유도체로 부터는 4-위치의 할로겐 치환분만이 플루오르와 교환된 상응하는 4-플루오로벤조페논유도체를 얻을 수 있으며, 일반식[II]의 4,4'-디할로게노벤조페논유도체로 부터는 4- 및 4'-위치의 할로겐원자가 함께 플루오르와 교환된 상응하는 4,4'-디플루오로벤조페논을 얻을 수 있다.

본 발명을 실시예에 따라 상술한다.

[실시예 1]

4,4'-디클로로벤조페논 10.1g(0.04몰), 플루오르화 칼륨 9.3g(0.16몰) 및 디메틸술폰 20g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가했다. 반응계중의 물을 공비증류법(共沸蒸溜法)에 의해 벤젠과 함께 제거한다. 230°~240℃에서 질소분위기하에 45시간 교반하여 반응시켰다.

냉각한 후 반응생성물을 가열조건하에서 이소프로판을 15ml을 사용하여 2회 추출했다. 이 추출물들을 모두 냉각시킨 결과 4,4'-디플루오로벤조페논(녹는점 106°~107℃) 7.0g을 얻었다(수득율 80%).

메탄올/몰(80/20) 혼합물을 사용하여 재결정하므로서 녹는 점이 106°~107℃인 순수한 생성물을 얻었다.

원소분석 C(%) H(%) F(%)

이론값 71.5 3.70 17.4

실험값 71.2 3.50 17.2

[실시예 2]

4,4'-디클로로벤조페논 10.1g(0.04몰), 플루오르화 칼륨 9.3g(0.16몰) 및 디메틸술폰 20g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다. 디벤조-18-크라운-6-에테르 0.5g을 첨가한후 230°~240℃에서 질소분위기하에 30시간 교반하여 반응시켰다. 그 다음 처리과정은 실시예 1의 경우와 같은 방법으로 했다. 4,4'-디플루오로벤조페논 7.0g을 얻었다(녹는점 106°~107℃, 수득율 80%).

[실시예 3]

4,4'-디브로모벤조페논 13.6g(0.04몰), 플루오르화 칼륨 9.3g(0.16몰) 및 디메틸술폰 20g을 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법에 따라 4,4'-디플루오로벤조페논 6.8g을 얻었다(녹는점 106°~107℃, 수득율 78%).

[실시예 4]

4,4'-디클로로벤조페논 10.1g(0.04몰), 플루오르화 칼륨 7.0g(0.12몰) 및 술폴란 25g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다.

273°~277℃에서 질소분위기하에 10시간 교반하여 반응시켰다. 냉각한 후 술폰란을 감압 증류하였다. 잔류물을 이소프로판을 20ml로 가열조건하에서 2회 추출하고 이 추출물들을 냉각하므로서 4,4'-디플루오로벤조페논 5.7g을 얻었다(녹는점 106°~107℃, 수득율 65%).

[실시예 5]

4,4'-디클로로벤조페논 10.1g(0.04몰), 플루오르화세슘 15.2g(0.1몰) 및 술폴란 25g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다.

200°~210℃에서 질소분위기하에 10시간 교반하여 반응시켰다. 냉각한 후 실시예 4에서와 동일한 방법으로 후처리를 하므로서 4,4'-디플루오로벤조페논 7.4g을 얻었다(녹는점 106°~107℃, 수득율 85%).

[실시예 6]

4,4'-디클로로벤조페논20.2g(0.08몰), 플루오르화 세슘 30.4g(0.2몰) 및 N-메틸피롤리돈 50g으로 된 혼합물에다 벤젠 10ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다.

200°~202℃에서 질소분위기하에 20시간 교반하여 반응시켰다. 냉각한 후 N-메틸피롤리돈을 감압증류했다. 감압증류에 의해 4,4'-디플루오로벤조페논 12g을 얻었다(녹는점 105°~106℃, 끊는점 150°~155℃/12mmHg, 수득율 70%).

이소프로판올을 사용하여 재결정하므로서 순수한 생성물(녹는점 106°~107℃)을 얻었다.

[실시예 7]

2,4'-디클로로벤조페논 10.1g(0.04몰), 플루오르화 칼륨 4.6g(0.08몰) 및 디메틸술폰 20g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다.

230°~240℃에서 질소분위기하에 11시간 교반하여 반응시켰다. 냉각한 후 반응생성물을 가열조건하에 이소프로판을 20ml로 2회 추출했다. 추출물들을 냉각하므로서 2-클로로-4'-플루오로벤조페논 7.5g을 얻었다(녹는점 60~61℃, 수득율 80%).

이소프로판올로 재결정하므로서 순수한 생성물을 얻었다(녹는점 60~61℃).

[실시예 8~13]

4-클로로벤조페논유도체 0.04몰을 사용하여 실시예 7에서와 동일한 방법으로 반응시켜 상응하는 4-플루오로벤조페논유도체를 얻었다. 결과는 표 1에 있는 바와 같다.

[표 1]

[실시예 14]

4-클로로-2',4'-디메틸벤조페논 12.2g(0.05몰), 플루오르화 세슘 12.1g (0. 08몰) 및 N-메틸피롤리돈 20g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다.

질소분위기하에서 환류시키면서 15시간 교반하여 반응시켰다. 냉각한 후 생성된 반응생성물을 물 100ml 속에 부어넣은 다음 디에틸에테르 50ml로 추출하고 다시 에테르 50ml로 추출했다. 추출물을 건조시킨 다음 증류하여 4-플루오로-2',4'-디메틸벤조페논 8.9g을 얻었다(끓는점 151~152℃/10mmHg, 수득율 78%).

[실시예 15]

4-브로모-2',5'-디메틸벤조페논 14.4g(0.05몰), 플루오르화 칼륨 5.5g(0.0 95몰), 플루오르화 세슘 0.06g(0.005몰)및 술폴란 20g으로 된 혼합물에다 벤젠 5ml을 첨가하고 반응계중의 물을 공비증류법에 의해 벤젠과 함께 제거했다.

245~250℃에서 질소분위기하에서 15시간 교반하여 반응시켰다. 냉각한 후 반응생성물을 물 100ml 속에 부어넣은 다음 디에틸에테르 50ml로 추출하고 다시 에테르 50ml로 추출했다. 추출물을 건조한 후 증류하므로서 4-플루오로-2',5'-디메틸벤조페논 7.8g을 얻었다(끓는점 164~166℃/10mmHg, 수득율 69%).

Claims (3)

100~350℃의 유기용매중에서, 일반식[ I ]의 4-할로게노벤조폐논유도체와 플루오르화 알칼리와의 사이에 할로켄-플루오르 교환반응을 일으켜서 4-플루오로벤조페논유도체를 제조하는 방법.

상기식에서, X는 염소, 브롬 또는 요오드원자이고 ; R은 수소, 알킬기, 아릴킬기, 시크로알킬기, 아릴기, 알콕시기, 트리플루오로메틸기 또는 염소, 브롬 또는 요오드 원자이며 ; n은 1~2의 정수로서, n이 2일때 R은 같거나 상이함.

제1항에 있어서, 플루오르화 알칼리로서는 플루오르화 리듐, 프루오르화 칼륨, 플루오르화 나트륨, 플루오르화 루비듐 및 플루오르화 세슘중에서 최소한 한가지를 사용하는 제조방법.

제 1항에 있어서,할로겐과 플루오르와의 교환반응을 내부이동 촉매 존재하에 실시하는 제조방법.