JP2007191466A - ２，４−ジフルオロニトロベンゼンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２，４−ジフルオロニトロベンゼンの工業的に有利な製造方法を提供すること。
【解決手段】式（１）
ＲＳＯ_２Ｒ’ （１）
（式中、ＲおよびＲ’は、それぞれ同一または相異なって炭素数１〜３のアルキル基を表す。）
で示されるジアルキルスルホン化合物の存在下、２，４−ジクロロニトロベンゼンとフッ化カリウムとを反応させる２，４−ジフルオロニトロベンゼンの製造方法。式（１）におけるＲがメチル基であるジアルキルスルホン化合物を用いることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、２，４−ジフルオロニトロベンゼンの製造方法に関する。

２，４−ジフルオロニトロベンゼンは、医農薬等の合成中間体として重要な化合物である。２，４−ジフルオロニトロベンゼンの製造方法としては、スルホランまたはジメチルスルホキシドの存在下、２，４−ジクロロニトロベンゼンとフッ化カリウムとを反応させる方法が知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。しかしながら、これらの方法は反応収率の点において、工業的に満足できる方法とはいえなかった。

また、種々の相間移動触媒を用いる反応も知られている（例えば、特許文献２〜６および非特許文献２参照。）。しかしながら、用いる相間移動触媒のコスト面や、反応収率の点において、未だ工業的に満足できる方法といえるものではなく、さらに工業的に有利な製造方法の開発が求められていた。

米国特許第４１６４５１７号公報 特表平５−５０７６８９号公報 特開平３−７７８５０号公報 特表２００３−５０３４６７号公報 特開平７−１４５１１１号公報 特表２００２−５１５８７６号公報 J. Amer. Chem. Soc., 78, 6034 (1956) Tetrahedron, 51, 6363 (1995)

このような状況の下、本発明者は、２，４−ジクロロニトロベンゼンとフッ化カリウムとの反応を工業的により有利に実施できる方法を開発すべく鋭意検討したところ、特定の非環状ジアルキルスルホンの存在下に該反応を実施すれば、収率よく２，４−ジフルオロニトロベンゼンが得られることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、式（１）
ＲＳＯ_２Ｒ’ （１）
（式中、ＲおよびＲ’は、それぞれ同一または相異なって炭素数１〜３のアルキル基を表す。）
で示されるジアルキルスルホン化合物の存在下、２，４−ジクロロニトロベンゼンとフッ化カリウムとを反応させる２，４−ジフルオロニトロベンゼンの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、高価な触媒を用いることなく、医農薬原料等として利用可能な２，４−ジフルオロニトロベンゼンを収率よく製造することができるため、工業的に有利である。

以下、本発明を詳細に説明する。

２，４−ジクロロニトロベンゼンは、市販のものを用いてもよいし、例えばメタジクロロベンゼンをニトロ化する等の公知の方法により製造したものを用いてもよい。

フッ化カリウムは、市販のものを用いてもよいし、例えば水酸化カリウムとフッ化水素とを反応させて得られるものを用いてもよい。粒径は小さい方が好ましく、含水量は少ない方が好ましい。かかる好ましいフッ化カリウムとしては、例えばスプレイドライ法で得たフッ化カリウムが挙げられる。

フッ化カリウムの使用量は、２，４−ジクロロニトロベンゼンに対して、通常２モル倍以上であれば本発明の目的を達することができ、その上限は特にないが、経済的な観点から好ましくは２〜５モル倍の範囲である。

上記式（１）で示されるジアルキルスルホン化合物（以下、ジアルキルスルホン（１）と略記する。）において、ＲおよびＲ’で示される炭素数１〜３のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。Ｒがメチル基であるジアルキルスルホン（１）が好ましく、Ｒがメチル基であり、Ｒ’がメチル基またはエチル基であるジアルキルスルホン（１）がより好ましく、Ｒがメチル基であり、Ｒ’がメチル基であるジアルキルスルホン（１）がさらに好ましい。

かかるジアルキルスルホン（１）としては、ジメチルスルホン、メチルエチルスルホン、メチルプロピルスルホン、メチルイソプロピルスルホン、ジエチルスルホン、ジプロピルスルホン等が挙げられ、好ましくはジメチルスルホンまたはメチルエチルスルホンである。入手性の点において、より好ましくはジメチルスルホンである。

ジアルキルスルホン（１）は、市販のものを用いてもよいし、例えば、対応するジアルキルスルフィドあるいはジアルキルスルホキシドを過酸化水素等の酸化剤を用いて酸化する等の任意の方法により製造したものを用いてもよい。

ジアルキルスルホン（１）の使用量は、特に制限されないが、実用的には、２，４−ジクロロニトロベンゼンに対して０．１〜２０重量倍の範囲である。

反応温度は、通常１２０〜２００℃、好ましくは１５０℃〜２００℃の範囲である。

本反応は、ジアルキルスルホン（１）以外の有機溶媒を用いることなく実施することもできるし、反応に不活性な有機溶媒の存在下に実施することもできる。ジアルキルスルホン（１）としてジメチルスルホンを用いる場合は、反応に不活性な有機溶媒の存在下に本反応を実施することが好ましい。反応に不活性な有機溶媒としては、例えば、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル溶媒；Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のＮ，Ｎ−ジアルキルアミド溶媒；トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ベンゾニトリル等の芳香族炭化水素溶媒；オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素溶媒；等が挙げられ、芳香族炭化水素溶媒、脂肪族炭化水素溶媒が好ましい。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なかでも、沸点が１００〜２００℃である有機溶媒が好ましい。かかる反応に不活性な有機溶媒の使用量は、ジアルキルスルホン（１）に対し、通常０．００１〜０．５重量倍、好ましくは０．００１〜０．２重量倍の範囲である。

本反応は、２，４−ジクロロニトロベンゼン、フッ化カリウム、ジアルキルスルホン（１）および必要により反応に不活性な有機溶媒とを混合し、所定の温度で攪拌することにより実施される。混合順序は特に限定されないが、予め反応系内を脱水処理した後に反応を実施することが好ましい。脱水処理の方法としては、例えば、フッ化カリウムとジアルキルスルホン（１）とを混合し、加熱する方法；トルエン、キシレン等の水と共沸する有機溶媒を用いて、フッ化カリウムとジアルキルスルホン（１）との混合物を共沸脱水する方法；等が挙げられる。かかる脱水処理を施した後の混合物と２，４−ジクロロニトロベンゼンとを混合すればよい。

本反応は、通常、常圧条件下で実施されるが、加圧条件下に実施してもよい。反応の進行は、例えばガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィー等の通常の分析手段により確認することができる。

反応混合物中には、通常、塩化カリウム等の無機塩が析出する。したがって、反応終了後、必要により水との相溶性が低い溶媒と反応混合物とを混合し、例えばろ過処理等により無機塩を除去した後、得られた反応混合物と水とを混合し、分液処理を施すことにより、２，４−ジフルオロニトロベンゼンを有機層として取り出すことができる。もちろん、無機塩を除去することなく反応混合物と水とを混合し、分液処理することもできるが、後述するようにジメチルスルホンをリサイクル使用する場合は、この段階で無機塩を除去しておくことが好ましい。かくして得られた有機層を濃縮処理することにより、２，４−ジフルオロニトロベンゼンを単離することができる。得られた２，４−ジフルオロニトロベンゼンは、例えば晶析、カラムクロマトグラフィ等の通常の精製手段により、さらに精製してもよい。

ここで、水との相溶性が低い有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素溶媒；ジエチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル等のエーテル溶媒；酢酸エチル等のエステル溶媒；などが挙げられ、その使用量は特に限定されない。

本反応に用いたジアルキルスルホン（１）は、上記単離処理において、通常、水層として回収され、蒸留処理等を施して水を除去することにより、本発明の反応にリサイクル使用することができる。また、回収されたジアルキルスルホン（１）を含む水層が無機塩を含む場合には、脱塩処理やろ過処理等による無機塩の除去および蒸留処理等による水の除去を実施すれば、本発明の反応にリサイクル使用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

実施例１
還流冷却管を付した５０ｍｌフラスコに、フッ化カリウム（スプレイドライ品）７３０ｍｇ、ジメチルスルホン５．０ｇおよびトルエン１０ｇを仕込んだ。得られた混合物を、内温１３０℃に加熱し、該混合物中の水分をトルエンとの共沸混合物として除去した。その後、内温１４０℃でトルエンのほぼ全量を留去し、得られた混合物を内温１００℃まで冷却した。該混合物に、２，４−ジクロロニトロベンゼン９６０ｍｇとキシレン３００ｍｇを仕込み、１７０℃に昇温し、同温度で攪拌しながら１２時間保温・攪拌した。反応中、フラスコ上部や冷却管にジメチルスルホンの固体の付着は見られなかった。反応後、１００℃まで冷却し、キシレン１０ｇと水１０ｇを加え、分液することにより、２，４−ジフルオロニトロベンゼンを含む有機層を得た。ガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、２，４−ジフルオロニトロベンゼンの収率は、９４％であった。モノフルオロクロロニトロベンゼンが異性体合計で５％副生していた。

実施例２
還流冷却管を付した５０ｍｌフラスコに、実施例１で用いたものと同じフッ化カリウム７３０ｍｇ、メチルエチルスルホン５．０ｇおよびトルエン１０ｇを仕込んだ。得られた混合物を、内温１３０℃に加熱し、該混合物中の水分をトルエンとの共沸混合物として除去した。その後、内温１４０℃でトルエンのほぼ全量を留去し、得られた混合物を内温１００℃まで冷却した。該混合物に、２，４−ジクロロニトロベンゼン９６０ｍｇを仕込み、１７０℃に昇温し、同温度で攪拌しながら１２時間保温・攪拌した。反応後、６０℃まで冷却し、トルエン１０ｇと水１０ｇを加え、分液することにより、２，４−ジフルオロニトロベンゼンを含む有機層を得た。ガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、２，４−ジフルオロニトロベンゼンの収率は９０％であった。モノフルオロクロロニトロベンゼンが異性体合計で９％副生していた。

実施例３
還流冷却管を付した５０ｍｌフラスコに、フッ化カリウム（粉末品）７３０ｍｇ、ジメチルスルホン５．０ｇおよびトルエン１０ｇを仕込んだ。得られた混合物を、内温１３０℃に加熱し、該混合物中の水分をトルエンとの共沸混合物として除去した。その後、内温１４０℃でトルエンのほぼ全量を留去し、得られた混合物を内温１００℃まで冷却した。該混合物に、２，４−ジクロロニトロベンゼン９６０ｍｇとキシレン３００ｍｇを仕込み、１７０℃に昇温し、同温度で攪拌しながら８時間保温・攪拌した。反応中、フラスコ上部や冷却管にジメチルスルホンの固体の付着は見られなかった。反応後、１００℃まで冷却し、キシレン１０ｇと水１０ｇを加え、分液することにより、２，４−ジフルオロニトロベンゼンを含む有機層を得た。ガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、２，４−ジフルオロニトロベンゼンの収率は８９％であった。モノフルオロクロロニトロベンゼンが異性体合計で９％副生していた。

実施例４
還流冷却管を付した５０ｍｌフラスコに、実施例１で用いたものと同じフッ化カリウム７３０ｍｇ、ジメチルスルホン５．０ｇおよびトルエン１０ｇを仕込んだ。得られた混合物を、内温１３０℃に加熱し、該混合物中の水分をトルエンとの共沸混合物として除去した。その後、内温１４０℃でトルエンのほぼ全量を留去し、得られた混合物を内温１００℃まで冷却した。該混合物に、２，４−ジクロロニトロベンゼン９６０ｍｇを仕込み、１７０℃に昇温し、同温度で攪拌しながら１２時間保温・攪拌した。反応中、フラスコ上部や冷却管にジメチルスルホンの固体の付着が見られた。反応後、６０℃まで冷却し、トルエン１０ｇと水１０ｇを加え、分液することにより、２，４−ジフルオロニトロベンゼンを含む有機層を得た。ガスクロマトグラフィー内部標準法により分析したところ、２，４−ジフルオロニトロベンゼンの収率は８８％であった。モノフルオロクロロニトロベンゼンが異性体合計で５％副生していた。

２，４−ジフルオロニトロベンゼンは、医農薬等の合成中間体として有用な化合物である。例えば、抗炎症剤である２’，４’−ジフルオロ−４−ヒドロキシ−（１，１’−ビフェニル）−３−カルボン酸（一般名：ジフルニサル）の合成中間体（例えば、米国特許第４１６４５１７号公報参照。）等の用途を有しており、かかる化合物を工業的に有利に製造することができる点において、本発明は産業上の利用可能性を有する。

Claims (8)

1. 式（１）
   ＲＳＯ_２Ｒ’ （１）
   （式中、ＲおよびＲ’は、それぞれ同一または相異なって炭素数１〜３のアルキル基を表す。）
   で示されるジアルキルスルホン化合物の存在下、２，４−ジクロロニトロベンゼンとフッ化カリウムとを反応させる２，４−ジフルオロニトロベンゼンの製造方法。
2. 式（１）におけるＲがメチル基である請求項１に記載の製造方法。
3. 式（１）におけるＲがメチル基であり、Ｒ’がメチル基である請求項１に記載の製造方法。
4. 式（１）におけるＲがメチル基であり、Ｒ’がエチル基である請求項１に記載の製造方法。
5. 反応に不活性な有機溶媒の存在下に反応を実施する請求項３に記載の製造方法。
6. 反応に不活性な有機溶媒が、エーテル溶媒、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミド溶媒、芳香族炭化水素溶媒および脂肪族炭化水素溶媒からなる群から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒である請求項５に記載の製造方法。
7. 反応に不活性な有機溶媒の沸点が１００〜２００℃の範囲である請求項６に記載の製造方法。
8. 反応に不活性な有機溶媒の使用量がジメチルスルホンに対して０．００１〜０．５重量倍である請求項５〜７のいずれかに記載の製造方法。