JP2004292338A - 含フッ素アクリル酸誘導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便で工業的に有利な、α位がペルフルオロアルキル化されたβ−オキシプロピオン酸誘導体を原料化合物とするα位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸誘導体の新規製造法を提供する。
【解決手段】一般式［Ｉ］
【化１】

［式中、Ｒｆは炭素数１〜１０個のペルフルオロアルキル基、Ｒ^１、Ｒ^２は同一または相異なって、水素原子、無置換もしくは置換された芳香環、または、無置換もしくは１以上の置換基（ハロゲン原子、水酸基、環状部分を有してもよい炭素数１〜１０個の直鎖および分岐したアルコキシ基、無置換もしくは置換された芳香環）で置換された環状部分を有してもよい炭素数１〜２０個の直鎖および分岐したアルキル基を示す］で示されるオキシプロピオン酸誘導体を、無触媒もしくは、触媒存在下、反応することを特徴とする一般式［ＩＩ］
【化２】

［式中、ＲｆおよびＲ^２は前記同様］で示される含フッ素アクリル酸誘導体の製造方法。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、医農薬中間体ならびに機能性高分子材料として有用なペルフルオロアルキルアクリル酸誘導体の工業的に有利な新規製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開昭５８−１５４５２９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１２９２４２号公報
【特許文献３】特開２００１−２８８１３８公報
【特許文献４】特公平３−８３２９号公報
【特許文献５】特開昭６０−４２３５２号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．１，ｐ．２８０（１９６８年）
【非特許文献２】Ｊ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ．Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．２９，ｐ．４３１（１９８５年）
【非特許文献３】Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｐ．３６６（１９５４年）
【０００３】
α位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸の合成法はこれまでにいくつか報告されている。例として、１−ペルフルオロアルキル−１−ハロゲノエチレンを塩基およびパラジウム触媒存在下カルボニル化する合成法（特許文献１）、１−ペルフルオロアルキル−１−ハロゲノエチレンをｎ−ブチルリチウムでリチオ化し二酸化炭素と反応させる合成法（非特許文献１）、１−ペルフルオロアルキル−１−ハロゲノエチレンからグリニャール試薬を合成し二酸化炭素と反応させる合成法（非特許文献２）、亜鉛と１−ペルフルオロアルキル−１−ハロゲノエチレンと二酸化炭素を反応させる合成法（特許文献２、特許文献３）をあげる事ができる。
【０００４】
しかし、リチオ化する方法では、取り扱いに注意が必要なリチウム試薬を用いており、グリニャール試薬や亜鉛を用いる方法では反応後の金属由来残渣の処理が問題である。加えて、α位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸は、容易にＭｉｃｈａｅｌ付加反応するため、反応系中や後処理中に、α位がペルフルオロアルキル化されβ位がヒドロキシ基で置換されたプロピオン酸を副生する問題点が有った。
【０００５】
一方、α位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸誘導体の合成方法はこれまでいくつか報告されている。例として、α−トリフルオロメチルアクリル酸を、塩化チオニルと反応させて、α−トリフルオロメチルアクリル酸塩化物とし、この酸塩化物を塩基の存在下にアルコールと反応させてα−トリフルオロメチルアクリル酸エステルを合成する方法（特許文献４）、α−トリフルオロメチルアクリル酸とアルコールを混合し、発煙硫酸による脱水反応で、α−トリフルオロメチルアクリル酸エステルを合成する方法（特許文献５）、２−ブロモ−３，３，３−トリフルオロプロペンをパラジウム触媒、一酸化炭素および塩基の存在下、エタノールと反応させる方法（特開昭５８−１５４５２９）などをあげることができる。しかし、塩化物を経由する方法では、酸塩化物を合成する反応の収率が低く、酸無水物を副生するという問題点がある。脱水反応による方法では、取り扱いが容易でない発煙硫酸を多量に使用しなければならないという問題点が有る。さらに、パラジウム触媒を用いる方法では、３−エトキシ−２−（トリフルオロメチル）プロパン酸エチルエステルが主生成物として生成し、目的とするα−トリフルオロメチルアクリル酸エステルの収率が低いという問題点が有る。
【０００６】
α位がペルフルオロアルキル化されβ位がヒドロキシ基で置換されたプロピオン酸からのα位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸の合成法としては、α−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシプロピオン酸と五酸化リンを反応させて脱水し、α−トリフルオロメチルアクリル酸を合成する方法（非特許文献３）をあげることができるが、取扱に注意を要する五酸化リンを理論等量用いる必要が有り、問題である。一方、α位がペルフルオロアルキル化されβ位がアルコキシ基で置換されたプロピオン酸のエステルからα位の水素とベータ位のアルコキシ基をアルコールとして脱離させることによって、アクリル酸エステルを合成する方法は、これまで知られていなかった。さらに、α−ペルフルオロアルキルアクリル酸同様に、α−ペルフルオロアルキルアクリル酸エステルも、容易にＭｉｃｈａｅｌ付加反応する。そのため、先に示したとおり、アクリル酸同様、反応系中や後処理中に、α位がペルフルオロアルキル化されβ位がアルコキシ基で置換されたプロピオン酸のエステルが副生することが問題であった。
【０００７】
すなわち、簡便で工業的に有利な、α位がペルフルオロアルキル化されβ位がヒドロキシ基で置換されたプロピオン酸およびα位がペルフルオロアルキル化されβ位がアルコキシ基で置換されたプロピオン酸のエステルから、α位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸およびα位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸のエステルを合成する方法の開発は、すでに知られている合成方法の問題点の解決手段にもなりうる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の技術上の問題点に鑑みてなされたものである。その課題は、簡便で工業的に有利な、α位がペルフルオロアルキル化されたβ−オキシプロピオン酸誘導体を原料化合物とするα位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸誘導体の新規製造法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、α位がペルフルオロアルキル化されたアクリル酸誘導体製造法を見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、一般式［Ｉ］
【００１１】
【化３】

【００１２】
［式中、Ｒｆは炭素数１〜１０個のペルフルオロアルキル基、Ｒ^１、Ｒ^２は同一または相異なって、水素原子、無置換もしくは置換された芳香環、または、無置換もしくは１以上の置換基（ハロゲン原子、水酸基、環状部分を有してもよい炭素数１〜１０個の直鎖および分岐したアルコキシ基、無置換もしくは置換された芳香環）で置換された環状部分を有してもよい炭素数１〜２０個の直鎖および分岐したアルキル基を示す］
で表されるオキシプロピオン酸誘導体を、無触媒もしくは触媒存在下、反応させることを特徴とする一般式［ＩＩ］
【００１３】
【化４】

【００１４】
［式中、ＲｆおよびＲ^２は前記同様］
で表される含フッ素アクリル酸誘導体の製造方法に関するものである。
【００１５】
【発明実施の形態】
以下に、さらに詳細に本発明を説明する。
【００１６】
本発明の一般式［Ｉ］および一般式［ＩＩ］において、炭素数１〜１０個のペルフルオロアルキル基としては、例えばトリフルオロメチル基、ペルフルオロエチル基、ペルフルオロプロピル基、ペルフルオロイソプロピル基、ペルフルオロブチル基、ペルフルオロ−ｓｅｃ−ブチル基、ペルフルオロ−ｔｅｒｔ−ブチル基、ペルフルオロイソペンチル基、ペルフルオロヘキシル基、ペルフルオロオクチル基、ペルフルオロデシル基などをあげる事ができ、好ましくは、炭素数１〜４個のペルフルオロアルキル基であり、さらに好ましくは、トリフルオロメチル基である。
【００１７】
前記一般式［Ｉ］およびに一般式［ＩＩ］おいて、無置換もしくは置換された芳香環として、無置換の芳香環としては、例えばフェニル基、ナフチル基、フリル基、チエニル基、ピロリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、イソキサゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、１，２，５−チアジアゾリル基、１，２，４−チアジアゾリル基、ピリジル基、をあげることができ、好ましくは、フェニル基、ナフチル基をあげることができる。置換された芳香環とは、先にあげた無置換の芳香環が、同一または相異なる１以上の置換基で置換された芳香環であり、置換基としては、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基などの炭素数１〜５の低級アルキル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子、水酸基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロピルオキシ基、ｔ−ブトキシ基などの炭素数１〜５の低級アルコキシ基をあげることができ、好ましくは、トリル基、メシチル基、アニシル基をあげることができる。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素をあげることができる。
【００１８】
環状部分を有してもよい炭素数１〜１０個の直鎖および分岐したアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｔ−ブトキシ基、シクロプロピルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基などをあげることができる。環状部分を有してもよい炭素数１〜２０個の直鎖および分岐したアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｔ−ブチル基、１−メチルプロピル基、２−メチルプロピル基、ペンチル基、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、１−メチルブチル基、２−メチルブチル基、３−メチルブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、ジメチルシクロプロピル基、メチルシクロブチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、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、ヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、ノルボニル基、アダマンチル基、ビシクロ［２，２，２］オクチル基、ビシクロ［３，２，１］オクチル基などをあげることができる。
【００１９】
本発明の反応は無触媒で行ってもよいが、触媒の存在下に行ってもよい。
【００２０】
本発明で用いられる触媒としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、塩素酸、亜塩素酸、次亜塩素酸、臭化水素酸、過臭素酸、臭素酸、亜臭素酸、次亜臭素酸などの無機酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、陽イオン交換樹脂、ヘテロポリ酸などの固体酸、塩化アルミニウム、塩化チタン、塩化鉄、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラオクチルオキシチタン、チタンエチルアセトアセテート、オクチレングリコールチタネート、モノブチル錫モノ（２−エチルヘキサノエート）、モノブチル錫トリス（２−エチルヘキサノエート）、ジブチル錫ビス（２−エチルヘキサノエート）、第一錫ビス（２−エチルヘキサノエート）、ジブチル錫ジアセテート、モノブチル錫オキシド、ジブチル錫オキシド、トリエトキシアンチモン、トリブトキシアンチモン、三酸化アンチモン、塩化亜鉛、酢酸亜鉛、炭酸亜鉛、セレン化ゲルマニウム、二酸化ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウム、テトラ−ｎ−ブトキシゲルマニウム、テトラメトキシジルコニウム、テトラエトキシジルコニウム、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、テトラ−ｔ−ブトキシジルコニウム、硫酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、タングステン酸ジルコニウム、テトラメトキシハフニウム、テトラエトキシハフニウム、テトラ−ｔ−ブトキシハフニウム、テトラ−２−エチルヘキシルオキシハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、四塩化ハフニウム、四フッ化ハフニウム、酸化ハフニウムなどのルイス酸触媒、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ金属水素化物、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウムなどのアルカリ土類金属水素化物、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド、カリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシドなどのアルカリ金属のアルコキシド、トリエチルアミン、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、４−ジメチルアミノピリジンなどの有機塩基、陰イオン交換樹脂、上記酸および塩基の任意の組み合わせからなる塩などをあげる事ができ、これら触媒は単独でも複数混合して用いても良い。触媒の添加量は任意に選択できるが、好ましくは一般式［Ｉ］（式中、Ｒｆ、Ｒ^１、Ｒ^２は前記同様）のオキシプロピオン酸誘導体に対するモル比０．０００１〜０．５であり、さらに好ましくはモル比０．００１〜０．１である。
【００２１】
本発明では、本発明の脱水反応や脱アルコール反応を促進する目的で酸無水物の存在下に反応を行うことができる。
【００２２】
本発明で用いられる酸無水物としては、例えば無水ギ酸、ギ酸酢酸無水物、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水ブタン酸、無水イソブタン酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、をあげることができる。酸無水物の添加量は任意に選択できるが、好ましくは一般式［Ｉ］（式中、Ｒｆ、Ｒ^１、Ｒ^２は前記同様）のペルフルオロアルキルアクリル酸に対するモル比０．５〜大過剰であり、さらに好ましくはモル比１〜１０である。
【００２３】
本発明の製造法は、無溶媒もしくは溶媒存在下に実施する。使用する溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、メタノール、エタノール、２−プロパノール、ｔ−ブチルアルコールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、アセトニトリル、リン酸ヘキサメチルトリアミドなどの極性溶媒をあげることができる。
【００２４】
本発明の製造法を実施する温度範囲は、５０〜４００℃、好ましくは、１００℃から３００℃である。５０℃未満では、充分な反応速度が得られず、反応時間が長時間となるか、または、完結しない。４００℃を超えると、高温により一層の注意が必要となるし、加熱に要するコストもかさむため、工業的に不利であり好ましくない。
【００２５】
【実施例】
次に本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
減圧下に、反応器から気化した留分を捕集できる装置を組立て、α−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシプロピオン酸（２．６ｇ）、硫酸（０．１８ｇ）を仕込んだ。反応混合物を、２ｋＰａ、１７０℃で４時間攪拌し、留出物２．４１ｇを捕集した。留出物は、α−トリフルオロメチルアクリル酸２．１０ｇを含み、α−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシプロピオン酸基準の収率８４．１％であった。
【００２７】
参考例１
２，３−ジブロモ−１，１，１−トリフルオロプロパン（１４．１ｇ）、トリエチルアミン（１２．３ｇ）、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（ＩＩ）（０．５６９ｇ）、ベンジルアルコール（７．８ｇ）、トルエン（１００ｇ）を加圧容器に仕込み、反応温度１００℃、一酸化炭素圧０．７ＭＰａＧで４時間攪拌した。一酸化炭素は圧力調整器を用い連続的に添加した。冷却後、常圧に戻し、反応混合物中の沈殿を吸引濾過で取り除くとともに沈殿をトルエン（２０ｇ）で洗浄して有機層に加え、有機層合計で９９ｇを得た。この有機層について２，２，２−トリフルオロエタノールを内部標準として用いた^１９Ｆ−ＮＭＲ積分値による定量を実施すると、α−トリフルオロメチルアクリル酸ベンジルエステル４．９６ｇと３−ベンジルオキシ−２−（トリフルオロメチル）プロパン酸ベンジルエステル５．６９ｇを含み、２−ブロモ−３，３，３−トリフルオロプロペン基準の収率はそれぞれ、３９．１％と３０．５％であった。
【００２８】
３−ベンジルオキシ−２−（トリフルオロメチル）プロパン酸ベンジルエステル^１Ｈ−ＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３，δ，ｐｐｍ）：７．３８〜７．２０（１０Ｈ，ｍ），５．２２０（２Ｈ，ｓ），４．５０１（２Ｈ，ｓ），３．９４９（１Ｈ，ｄｄ，Ｊ＝９．２，８．４Ｈｚ），３．８４２（１Ｈ，ｄｄ，Ｊ＝９．２，４．８Ｈｚ），３．５１４（１Ｈ，ｍ）
^１９Ｆ−ＮＭＲ（９０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３，δ，ｐｐｍ）：−６６．６（３Ｆ，ｄ，９．１）
ＧＣ−ＭＳ（ＥＩ）ｍ／ｚ：３９，５１，６５，６９，７７，７９，９１，１０７，１２３，２３０
【００２９】
実施例２
３−ベンジルオキシ−２−（トリフルオロメチル）プロパン酸ベンジルエステル（１．２６ｇ）、ベンジルアルコール（３．５ｇ）の混合物を球付き蒸留装置に仕込んだ。０．７ｋＰａに減圧し、順次昇温すると、１０４℃でベンジルアルコールを主成分とする留分１．５４ｇを取得し、１４０℃でα−トリフルオロメチルアクリル酸ベンジルエステル０．５５ｇを含む留分０．７９ｇを取得した。３−ベンジルオキシ−２−（トリフルオロメチル）プロパン酸ベンジルエステル基準の収率６４％であった。
【００３０】
実施例３
α−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシプロピオン酸（２ｇ）、無水酢酸（５ｇ）を混合し、室温で５時間攪拌した。反応液をＧＣ測定するとα−トリフルオロメチルアクリル酸のピークが認められた。すなわち、無水酢酸を存在させることによりα−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシプロピオン酸からα−トリフルオロメチルアクリル酸が合成された。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、医農薬中間体ならびに機能性高分子材料として有用なペルフルオロアルキルアクリル酸誘導体の、オキシペルフルオロアルキルプロピオン酸誘導体を原料化合物とする新規な製造方法を提供できる。

Claims (3)

1. 一般式［Ｉ］
   

   

   ［式中、Ｒｆは炭素数１〜１０個のペルフルオロアルキル基、Ｒ^１、Ｒ^２は同一または相異なって、水素原子、無置換もしくは置換された芳香環、または、無置換もしくは１以上の置換基（ハロゲン原子、水酸基、環状部分を有してもよい炭素数１〜１０個の直鎖および分岐したアルコキシ基、無置換もしくは置換された芳香環）で置換された環状部分を有してもよい炭素数１〜２０個の直鎖および分岐したアルキル基を示す］
   で表されるオキシプロピオン酸誘導体を、無触媒もしくは触媒存在下、反応させることを特徴とする一般式［ＩＩ］
   

   

   ［式中、ＲｆおよびＲ^２は前記同様］
   で表される含フッ素アクリル酸誘導体の製造方法。
2. 酸無水物の存在下に反応させることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 反応を５０〜４００℃で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。