JP5716483B2

JP5716483B2 - １，３−ジフルオロアセトンの製造方法

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Publication number: JP5716483B2
Application number: JP2011070389A
Authority: JP
Inventors: 井村　英明; 英明井村; 正宗岡本; 高田　直門; 直門高田
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: WO2012132900A1; JP2012201668A

Description

本発明は、多環式化合物を触媒とする１，３−ジフルオロイソプロパノール（明細書において、「１，３−ＤＦＩＰ」ということがある。）の酸化による１，３−ジフルオロアセトン（明細書において、「１，３−ＤＦＡ」ということがある。）の製造方法に関する。

１，３−ジフルオロアセトンは医農薬原料として有用な化合物である。１，３−ジフルオロアセトンは、１，３−ジフルオロイソプロパノールを酸化して製造することができ、ＫＭｎＯ_４／ＣｕＳＯ_４（非特許文献１）や、Ｎａ_２Ｃｒ_２Ｏ_７・２Ｈ_２Ｏ／Ｈ_２Ｏ，Ｈ_２ＳＯ_４（非特許文献２）による方法が知られている。

アルコールのケトン、アルデヒドなどへの酸化にこれらの重金属を使用する方法は環境への影響が懸念され、最近、触媒として２，２，６，６−テトラメチルピペリジンＮ−オキシル（明細書において、「ＴＥＭＰＯ」ということがある。）（非特許文献３）や、２−アザアダマンタンＮ−オキシル（明細書において、「ＡＺＡＤＯ」ということがある。）または１−メチル−ＡＺＡＤＯ（明細書において、「１−ｍｅｔｈｙｌ−ＡＺＡＤＯ」ということがある。）などのヘテロ環式化合物を用いる酸化が提案されている。

特許文献１、２には、ＡＺＡＤＯまたは１−Ｍｅ−ＡＺＡＤＯなどのヘテロ環多環式化合物を触媒として、アルコール類を酸化する方法が記載されているが、１，３−ＤＦＩＰなどの含フッ素イソプロパノールの酸化に関する記述はない。

国際公開第２００６／００１３８７号パンフレット国際公開第２００９／１４５３２３号パンフレット

Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（１９９４）（７），７０１−２ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，ＰｅｒｋｉｎＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ１：ＯｒｇａｎｉｃａｎｄＢｉｏ−ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ（１９９５），（７），８８９−９３Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．１２，１９８７，ｐ．２５５９−２５６２

前記のＴＥＭＰＯを触媒として用いる方法（特開平９−１６９６８５）は、反応が十分には速くなく、触媒量を多く必要とする上に、満足しうる収量を得るには実質的に等モル以上のトリクロロイソシアヌル酸を必要とする。

そこで、選択率のよい、効率的のよい１，３−ＤＦＡの製造方法を提供する。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、分子構造理論からはイソプロパノールのメチル基の水素原子をフッ素原子で置き換えると、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯのエネルギーレベルが低下するので酸化しにくくなると予想されたが、１，３−ＤＦＩＰをＡＺＡＤＯ触媒上で酸化すると、簡便かつ効率的に、１，３−ＤＦＡを合成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は次の通りである。

［発明１］下記式（１）

（式中、Ｒ^１は互いに同一でも異なっていてもよい電子供与基を表し、Ｎ−ＯはＮ−Ｏ・を表すか、Ｎ−ＯＨを表すか、またはＮ^＋（＝Ｏ）Ｘ⁻を表し、Ｘ⁻はＦ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、ＣｌＯ_２ ⁻、ＣｌＯ_４ ⁻、ＩＯ_４ ⁻、ＮＯ_２ ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＳｂＣｌ_５ ⁻、ＳｂＦ_６ ⁻、ＸｅＦ_２ ⁻、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻、ＣＨ_３ＣＯ_２ ⁻、ＣＦ_３ＣＯ_２ ⁻、４−ＣＨ_３Ｃ_６Ｈ_４ＳＯ_２Ｏ⁻またはＣＦ_３ＳＯ_２Ｏ⁻を表す。）で表される多環式化合物の存在下、１，３−ジフルオロイソプロパノールを酸化剤で酸化する工程を含む１，３−ジフルオロアセトンの製造方法。

［発明２］多環式化合物が、２−アザアダマンタンＮ−オキシルまたは１−メチル−２−アザアダマンタンＮ−オキシルである発明１の１，３−ジフルオロアセトンの製造方法。

［発明３］前記酸化剤が、トリクロロイソシアヌル酸、Ｎ−クロロスクシンイミド、トリクロロメラミン、ヘキサクロロメラミン、次亜塩素酸またはその塩、および過硫酸カリウムまたはその複塩から選ばれた１種以上の化合物である発明１または２の１，３−ジフルオロアセトンの製造方法。

［発明４］前記酸化剤が、トリクロロイソシアヌル酸である発明１〜３の何れかの１，３−ジフルオロアセトンの製造方法。

本発明によれば、有毒な重金属酸化物を必要とせずに、穏和な条件において効率よく酸化し、１，３−ジフルオロアセトンをほぼ選択的に高収率で製造することができる。

本発明では、多環式化合物を触媒として、１，３−ＤＦＩＰを酸化剤で酸化して１，３−ＤＦＡとすることができる。

式（１）で表される化合物は、詳細には次の通りである。

（式中、Ｒ^１は互いに同一でも異なっていてもよい電子供与基を表し、Ｎ−ＯはＮ−Ｏ・を表すか、Ｎ−ＯＨを表すか、またはＮ^＋（＝Ｏ）Ｘ⁻を表し、Ｘは一価のアニオンを表す。電子供与基としては、水素原子、フッ素原子、ヒドロキシ基、アルキル基（「Ｒ」と表すことがある。）、アルコキシ基などが挙げられる。Ｘ⁻はＦ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、ＣｌＯ_２ ⁻、ＣｌＯ_４ ⁻、ＩＯ_４ ⁻、ＮＯ_２ ⁻、ＮＯ_３ ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＳｂＣｌ_５ ⁻、ＳｂＦ_６ ⁻、ＸｅＦ_２ ⁻、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻、ＣＨ_３ＣＯ_２ ⁻、ＣＦ_３ＣＯ_２ ⁻、４−ＣＨ_３Ｃ_６Ｈ_４ＳＯ_２Ｏ⁻またはＣＦ_３ＳＯ_２Ｏ⁻を表す。）で表される多環式化合物。

アルキル基は、直鎖状、分岐状または環状のアルキル基をいい、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基、１，２−ジメチルプロピル基、２，２−ジメチルプロピル基、ｎ−ヘキシル基、１−メチルペンチル基、２−メチルペンチル基、１，１−ジメチルブチル基、１，３−ジメチルブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が具体例として挙げられ、これらのうち炭素数１〜３であるのが好ましく、メチル基であるのがより好ましい。また、環状のアルキル基としては、３員環から６員環までの単環または複合環構造を形成することができる。また、環はアルキル基によって任意に置換されていてもよい。例えば置換基としてシクロプロピル基、１−メチルシクロプロピル基、２−メチルシクロプロピル基、２，２−ジメチルシクロプロピル基、２，２，３，３−テトラメチルシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、２−メチルシクロペンチル基、３−メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、２−メチルシクロヘキシル基、３−メチルシクロヘキシル基、４−メチルシクロヘキシル基、ビシクロ［２．２．１］ヘプタン−２−イル基等が具体例として挙げられ、これらのうち、シクロペンチル環、シクロへキシル環またはノルボルネン環を有するものが好ましい。

アルコキシ基は、前記アルキル基（Ｒ）を用いてＲＯで表される。好ましいアルコキシ基としては、メトキシ基が挙げられる。

特に好ましい多環式化合物としては、２−アザアダマンタンＮ−オキシル（ＡＺＡＤＯ）または１−メチル−２−アザアダマンタンＮ−オキシル（１−メチル−２−ＡＺＡＤＯ）が挙げられる。

これらの多環式化合物の製造方法は、国際公開第２００９／１４５３２３号パンフレット等に記載され、例えば、１−Ｍｅ−ＡＺＡＤＯは、国際公開第２００６／００１３８７号パンフレット記載の方法で製造することができる。また、AZADO、１−Ｍｅ−ＡＺＡＤＯ、１，３−ジメチル−AZADOなどは市販品を入手することもできる。

酸化剤としては、トリクロロイソシアヌル酸、Ｎ−クロロスクシンイミド、トリクロロメラミン、ヘキサクロロメラミン、次亜塩素酸またはその塩、過硫酸カリウムまたはその複塩（オキソン（Oxone）デュポン社）、ジクロロジエメチルヒダントイン、または塩素などが挙げられる。これらのうち、トリクロロイソシアヌル酸、ジクロロジエメチルヒダントインが好ましい。

１，３−ジフルオロイソプロパノールは、公知の方法で製造したものが使用でき、例えば、クラウンエーテル溶媒中で、エピクロロヒドリンとＫＦ・ＨＦとを反応させて容易に合成可能である。

本発明の方法は、溶媒の存在下または不存在下で行うが、溶媒の存在下で行うことが好ましい。出発原料である１，３−ＤＦＩＰまたは目的化合物である１，３−ＤＦＡを溶媒として使用することもできる。溶媒は有機溶媒単独、水単独、水と有機の混合系でもよいが、１，３−ＤＦＡと溶媒との分離が容易であるので有機溶媒が好ましい。

溶媒としては、原料、触媒の適度な溶解度、生成物との分離性、酸化反応に対する安定性等があれば使用できる。水、セロソルブ類（例えばメトキシエタノール、エトキシエタノール等）、非プロトン性極性有機溶媒類（例えばジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、テトラメチルウレア、スルホラン、Ｎ−メチルピロリドン、N,N-ジメチルイミダゾリジノン等）、エーテル類（例えばジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等）、脂肪族炭化水素類（例えばペンタン、ヘキサン、ｃ−ヘキサン、オクタン、デカン、デカリン、石油エーテル等）、芳香族炭化水素類（ベンゼン、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン等）、ハロゲン化炭化水素類（例えばクロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素等）、フッ素系溶媒（例えばトリフルオロメチルベンゼンまたは（ｏ−、ｍ−またはｐ−）ビストリフルオロベンゼン等）、低級脂肪族酸エステル（例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等）、アルコキシアルカン類（例えばジメトキシエタン、ジエトキシエタン等）及びニトリル類（例えばアセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等）、カルボン酸（例えば酢酸等）等の溶媒が挙げられる。これらの内で、脂肪族炭化水素類（例えばペンタン、ヘキサン、ｃ−ヘキサン等）、芳香族炭化水素類（トルエン、キシレン、メシチレン、等）、ハロゲン化炭化水素類（例えばクロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン等）、フッ素系溶媒（例えばトリフルオロメチルベンゼンまたは（ｏ−、ｍ−またはｐ−）ビストリフルオロベンゼン等）が好ましい。また、その中でも、ジクロロメタンが好ましい。さらに、原料である１，３−ＤＦＩＰ、生成物である１，３−ＤＦＡを使用することもできる。

出発原料である１，３−ＤＦＩＰの溶媒中の濃度は、１，３−ＤＦＩＰを溶媒として用いる場合以外は、好ましくは１〜９９質量％であり、５〜５０質量％がより好ましい。

本発明の製造方法において、pＨ調整剤を添加することもできる。pＨ調整剤としては、特に限定されないが、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素カリウム、リン酸二水素カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどがあげられる。反応液は酸性から弱アルカリ性にpH制御することが好ましい。強アルカリ条件とするのは、二量体が生成し、または、分子内脱ＨＦ反応が生じてモノフルオロ化合物が副生する虞があるので好ましくない。

反応温度は、−５０℃〜＋１００℃であり、−５０℃〜＋５０℃が好ましく、０℃から２０℃がより好ましい。−５０℃未満では反応が遅くなることがあり、＋１００℃以上では、反応制御が困難となり、または副反応がおこることがあり好ましくない。反応は、常圧（大気圧）で行えるが、必要に応じて、０．００１〜１０ＭＰａでも実施できる。通常は、室温で、常圧が行なうのが好ましい。

反応時間は反応条件により必ずしも一定しないが、通常１分〜１００時間であり、好ましくは５分〜２４時間である。

本発明の製造方法では、反応試剤、副資材の添加の方法は特に限られず、非常に小さなスケールの場合、１，３−ＤＦＩＰ、酸化剤、触媒、溶媒等を同時に仕込んで反応することも可能であるが、反応の進行に応じて、逐次的または連続的に酸化剤を添加することは反応のコントロールができ、安全であるので好ましい。

反応の進行はガスクロマトグラフ、^１Ｈ−ＮＭＲまたは^１９Ｆ−ＮＭＲで出発原料の消費または生成物の増加を監視して知ることができる。反応の完了後、反応器内の反応混合物から１，３−ＤＦＡを取り出すには、一般的な有機化学の手法を用いればよく、溶媒の留去、抽出、蒸留、濾過、デカント、カラムクロマトグラフィー等の通常の精製操作により、単離することができる。

例えば、次の様な蒸留により行うことができる。反応混合物をそのまま、または反応混合物に水を添加したのち減圧条件下で蒸留する。添加する水の量に制限はない。減圧蒸留を行う際の圧力は、蒸留装置に依存するが３０００〜７００００Ｐａで行える。蒸留時の１，３−ＤＦＡ留分の留出温度（蒸留塔の塔頂温度）は前記圧力条件下では、９０℃以下である。蒸留時の圧力を調節して留出温度を３０〜７５℃とすると、１，３−ジフルオロアセトンの分解が十分抑制され、かつ工業的な操作も容易となる。

留出物には１，３−ジフルオロアセトンの他に水を含むことがある。この水を除くためには、一般的な有機合成の精製の手法を用いればよく、特に限定されない。例えば固体の乾燥剤を添加して水分を乾燥剤に吸着させる。乾燥剤としては、無水塩化カルシウム、ゼオライト、無水硫化マグネシウムなど、汎用の乾燥剤を用いれば良い。また低沸点溶媒としては、ジエチルエーテル、ターシャリーブチルメチルエーテルなどのエーテル類を使用すると、溶媒留去を行い易く好ましい。

本発明の方法で用いる触媒（多環式化合物）の量は、１，３−ＤＦＩＰに対して好ましくは０．０１モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％である。

本発明の方法で用いる酸化剤の量としては、１，３−ＤＦＩＰに対して１モル％〜１００モル％、好ましくは、１モル％〜５０モル％である。

以下に、実施例を以て本発明を説明するが、本発明はこれらの実施態様に限られない。

［実施例１］
ドライアイスで冷却したコンデンサーと温度計を備えた３００ｍL四つ口フラスコに、１，３−ジフルオロイソプロピルアルコール（１，３−ＤＦＩＰ）９．６１ｇ（０．１ｍｏｌ）、ジクロロメタン２００ｍＬ、内部標準物質としてｐ−トリフルオロメチルベンゾトリフルオライド（ＰＴＦ−ＴＦＭ）７．１６ｇ（０．０３ｍｏｌ）を加え、氷水浴に浸して攪拌、冷却した。ＡＺＡＤＯ０．０２４ｇ（０．１６ｍｏｌ％）を加え均一溶解した時、^１９Ｆ−ＮＭＲ測定したところ、１，３−ＤＦＩＰ／ＰＴＦ−ＴＦＭ比（モル比）が０．８４８１であった。その後２．５時間に亘り、トリクロロイソシアヌル酸（ＴＣＣＡ）１７．６１ｇ（０．０７６ｍｏｌ）を１．８０〜２．０８ｇずつ９回に分けて添加した。ＴＣＣＡ添加終了後、室温で３０分熟成したのち、ガスクロマトグラフ分析したところ、１，３−ＤＦＩＰの変換率は９９．３％であった。反応液を^１９Ｆ−ＮＭＲ測定したところ、１，３−ＤＦＩＰの変換率は９９．１％であった。１，３−ジフルオロアセトン（１，３−ＤＦＡ）／ＰＴＦ−ＴＦＭ比が０．８２８９で１，３−ＤＦＡ収率が９６．８％であった。モノフルオロアセトンは認められなかった。

［^１９Ｆ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、標準物質ＣＣｌ_３Ｆ）］
１，３−ＤＦＩＰ −２３４．２ｐｐｍ（２Ｆ、ｄｔ、ＪＦ−Ｈ＝４８．８Ｈｚ、ＪＦ−Ｈ＝１８．３Ｈｚ）、１，３−ＤＦＡ −２３９．６ｐｐｍ（２Ｆ、ｔ、ＪＦ−Ｈ＝４５．８Ｈｚ）、ＰＴＦ−ＴＦＭ −６３．６ｐｐｍ（６Ｆ、ｓ）
［比較例１］
コンデンサーを備えた、５０ｍＬ二口フラスコに、１，３−ＤＦＩＰ０．４８ｇ（０．００５ｍｏｌ）、ジクロロメタン２０ｍＬ、２，２，６，６−テトラメチルピペリジンＮ−オキシル（ＴＥＭＰＯ）０．００８ｇ（１ｍｏｌ％）、ＴＣＣＡ１．２２ｇ（０．００５３ｍｏｌ）を添加し、室温下、６時間攪拌したのち、ガスクロマトグラフ分析したところ、１，３−ＤＦＡの収率は６９％であった。

本発明の製造方法は、１，３−ＤＦＡの工業的製法に適用できる。

Claims

２−アザアダマンタンＮ−オキシルの存在下、１，３−ジフルオロイソプロパノールをトリクロロイソシアヌル酸で酸化する工程を含む１，３−ジフルオロアセトンの製造方法。
２−アザアダマンタンＮ−オキシルの量が、１，３−ジフルオロイソプロパノールに対して０．０１モル％〜５０モル％である、請求項１に記載の製造方法。
トリクロロイソシアヌル酸の量が、１，３−ジフルオロイソプロパノールに対して１モル％〜１００モル％である、請求項１または２に記載の製造方法。