JP3569788B2 - Method for producing fluorinated quaternary ammonium salt - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フッ素系第4級アンモニウム化合物は、強い吸着性、荷電制御性などの性質を有するため注目されており、電子材料などの分野で応用されている。このフッ素系第4級アンモニウム塩の1種である下記式(H):
【0003】
【化7】
【0004】
のフッ素系第4級アンモニウム塩の製造方法としては、パーフルオロノネンとp−ヒドロキシ安息香酸とを非プロトン性極性溶媒中、塩基性触媒の存在下で反応させ、対応するパーフルオロノネニルオキシ安息香酸を得たのち、酸ハロゲン化物として、アミンまたはアルコールと反応させ、末端をヨウ化メチルで4級化させる方法が知られている(特開昭51−11084号公報)。しかしながら、この方法は、以下の問題点を有する。
【0005】
1.酸ハロゲン化物を得るために毒性の強い塩化チオニルなどを用いるため危険性が高い。
【0006】
2.有害物(HCl、SO2 など)を副次的に生成するため、廃水処理工程がさらに必要になる。
【0007】
3.最初の工程で高価なパーフルオロノネンを使用するため経済的ではない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、安全にかつ経済的に含フッ素第4級アンモニウム塩を製造する方法を提供することを主な目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、より安全で廃水処理の必要のない含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法を見い出した。
【0010】
すなわち、本発明は、
(工程(1))一般式(A):
【0011】
【化8】
【0012】
〔式中、R1 は、炭素数1〜5のアルキル基である〕で表されるp−ヒドロキシ安息香酸エステルと一般式(B):
【0013】
【化9】
【0014】
〔式中、Yは、OまたはNR2 (R2 は、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である)であり、R3 およびR4 は、同一または相異なって、炭素数1〜4のアルキル基を表し、mは、2〜6の整数である〕で表されるアルコールまたはアミンとを溶媒の存在下または非存在下に反応させて一般式(C):
【0015】
【化10】
【0016】
のエステルまたはアミドを合成し、
(工程(2))次いで生成した該エステルまたはアミドと一般式(D):R5 X〔式中、R5 は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、Xは、脱離基を示す〕で表される化合物とを反応させて一般式(E):
【0017】
【化11】
【0018】
で表される第4級アンモニウム塩としたのち、
(工程(3))該第4級アンモニウム塩を塩基性触媒の存在下で、一般式(F):
【0019】
【化12】
【0020】
〔式中、R6 、R7 およびR8 は、同一または相異なって、炭素数1〜4のフッ化炭化水素基である〕で表されるフルオロアルケンを反応させることを特徴とする一般式(G):
【0021】
【化13】
【0022】
〔式中、X、Y、m、R3 、R4 、R5 、R6 、R7 およびR8 は、上記に同じ〕で表される含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法を提供するものである。
【0023】
R1 としては、炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられる。
【0024】
炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示され、より好ましくは、エチル基およびイソプロピル基が例示される。
【0025】
Yとしては、OおよびNR2 が挙げられる。
【0026】
R2 としては、水素原子および炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられる。
【0027】
アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示される。
【0028】
R3 およびR4 としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示される。
【0029】
mは、2〜6の整数であり、2〜4の整数であることがより好ましい。
【0030】
R5 としては、炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられる。
【0031】
R5 で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示される。
【0032】
Xとしては、ハロゲン原子、OMs(Msは、メタンスルホニル基)、OTs(Tsは、p−トルエンスルホニル基)などの脱離基が挙げられる。
【0033】
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが例示される。
【0034】
R6 およびR7 としては、CF3 、CF3 CF2 、(CF3 )2 CF、CF3 CF2 CF2 などが例示される。
【0035】
R8 としては、CF3 、CF3 CF2 、CF3 CF2 CF2 などが例示される。
【0036】
本発明で好適に製造される化合物としては、X=ハロゲン原子、Y=NR2 またはO、m=2〜4、R1 =エチル基またはイソプロピル基、R2 =水素原子、R3 =R4 =R5 =メチル基、R6 =(CF3 )2 CF、R7 =(CF3 )2 CF、R8 =CF3 である化合物が例示される。
【0037】
以下、工程(1)〜(3)を説明する。
【0038】
工程(1)
一般式(A)で表されるp−ヒドロキシ安息香酸エステルと一般式(B)で表されるアルコールまたはアミンとの反応により、対応する一般式(C)で表されるエステルまたはアミドを合成する。
【0039】
p−ヒドロキシ安息香酸エステルとアルコールまたはアミンとのモル比は、(p−ヒドロキシ安息香酸エステル):(アルコールまたはアミン)=1:1〜5とし、1:1〜2とすることがより好ましい。
【0040】
溶媒を使用する場合には、極性溶媒を単独または2種以上の混合物として使用することができる。
【0041】
溶媒を使用しない場合には、発生するアルコールを除去するため、減圧下で反応を行なうことが好ましい。
【0042】
アルコールを使用する場合において、
反応時間は、5〜100時間程度とし、10〜50時間程度とすることがより好ましい。
【0043】
反応温度は、100〜200℃程度とし、100〜150℃程度とすることがより好ましい。
【0044】
溶媒としては、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが例示される。
【0045】
アミンを使用する場合において、
反応時間は、5〜100時間程度とし、10〜50時間程度とすることがより好ましい。
【0046】
反応温度は、100〜200℃程度とし、100〜150℃程度とすることがより好ましい。
【0047】
溶媒としては、ブタノール、ヘキサノール、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが例示される。
【0048】
工程(2)
一般式(C)エステルまたはアミドと一般式(D)の化合物(R5 X)との反応、すなわち、エステルまたはアミドの末端で第3級アミンを構成する窒素原子に対して、R5 Xが付加する反応により、一般式(E)の第4級アンモニウム塩を合成する。
【0049】
R5 Xとエステルまたはアミドとのモル比は、(R5 X):(エステルまたはアミド)=1:0.5〜2とし、1:0.8〜1.2とすることがより好ましい。
【0050】
反応時間は、1〜10時間程度とし、2〜5時間程度とすることがより好ましい。
【0051】
反応温度は、0〜100℃程度とし、10〜80℃程度とすることがより好ましい。
【0052】
工程(3)
塩基性触媒の存在下、一般式(E)の第4級アンモニウム塩と一般式(F)のフルオロアルケンとの反応、すなわち、第4級アンモニウムの構造中に存在するフェノールとフルオロアルケンとの反応により、一般式(G)の含フッ素第4級アンモニウム塩を合成する。
【0053】
フルオロアルケンとエステルまたはアミドとのモル比は、(フルオロアルケン):(エステルまたはアミド)=1:0.8〜1.3とし、1:0.9〜1.1とすることがより好ましい。
【0054】
反応時間は、2〜20時間程度とし、3〜10時間程度とすることがより好ましい。
【0055】
反応温度は、0〜50℃程度とし、10〜40℃程度とすることがより好ましい。
【0056】
反応溶媒は、非プロトン性極性溶媒を単独または2種以上の混合物として使用することがより好ましい。
【0057】
反応溶媒としては、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジン、N−メチルピロリドンなどが例示される。
【0058】
塩基性触媒としては、炭酸のアルカリ金属塩および第3級アミンが使用される。
【0059】
炭酸のアルカリ金属塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどが例示される。
【0060】
第3級アミンとしては、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリンなどが例示される。
【0061】
触媒使用量は、特に限定されないが、一般式(F)のフルオロアルケンと等モル以上で使用することが好ましい。
【0062】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、生成物の収率を低下させることなく、安全にかつ経済的に含フッ素第4級アンモニウム塩を得ることができる。また、SOCl2 を使用しないことから、廃水処理設備を必要とせず、同時に自然環境を汚染しない。
【0063】
【実施例】
以下に実施例を示す。なお、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
【0064】
実施例1
(工程(1))冷却管、撹拌装置を備えた500mlの4つ口フラスコに、p−ヒドロキシ安息香酸エチル50g(0.30モル)、N,N−ジメチルプロパンジアミン61.5g(0.60モル)を入れ、120℃で45時間反応させた。反応終点は、液体クロマトグラフィーにより反応収率95%であることを確認した。
【0065】
液体クロマトグラフィー条件
装置:Shimazu 6A system
カラム:Fluofix 120N 4.6φ×150mm(ネオス社製)
移動相:MeCN:DDS:H2 O=14:6:80
DDS=ドデカンスルホン酸およびバッファー物質 pH=3.5 イオン対クロマトグラフィー用(MERCK)
カラム温度:40℃
流速:1ml/min
検出:UV254nm
(工程(2))次に、冷却管、滴下ロート、撹拌装置を備えた500mlの4つ口フラスコに、アミド化によって得られたp−ヒドロキシ安息香酸−(N,N−ジメチルプロパン)アミド64.5g(0.29モル)をイソプロピルアルコール74mlおよびメタノール74mlの混合溶媒に溶解させ、室温下、撹拌しながら、ヨウ化メチル42.8g(0.30モル)を徐々に滴下した。その後3時間反応させ、析出した固体を濾過、乾燥させ、対応する第4級化物を95g得た。
【0066】
液体クロマトグラフィーにより純度98%であることを確認した。
【0067】
(工程(3))さらに、冷却管、滴下ロート、撹拌装置を備えた500mlの4つ口フラスコに、上記(2)の反応によって、第4級化物として得られたp−ヒドロキシ安息香酸アミド40g(0.11モル)、アセトニトリル150ml、炭酸カリウム15.2g(0.11モル)を入れ、室温下、撹拌しながらパーフルオロノネン49.6g(0.11モル)を徐々に滴下した。その後4時間反応させ、熱時濾過し、室温に戻すことによって結晶(生成物(1))を76g得た。
【0068】
実施例2〜5
表1の化合物を使用する以外は実施例と同様の操作を行なった。
【0069】
その結果、表2の生成物(1)〜(3)を得た。
【0070】
表2に生成物(1)〜(3)の物性値を示す。
【0071】
【表1】
【0072】
【表2】
【0073】
以下に表2の生成物(1)〜(3)の1 H−NMRデータの帰属位置を示す。
【0074】
(化学式中の記号a〜iは、表2の生成物にそれぞれ対応する。)
生成物(1):
【0075】
【化14】
【0076】
生成物(2):
【0077】
【化15】
【0078】
生成物(3):
【0079】
【化16】
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for producing a fluorinated quaternary ammonium salt.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Fluorine-based quaternary ammonium compounds have attracted attention because they have properties such as strong adsorptivity and charge control, and have been applied in fields such as electronic materials. The following formula (H) which is one kind of this fluorine-based quaternary ammonium salt:
[0003]
Embedded image
[0004]
Is produced by reacting perfluorononene with p-hydroxybenzoic acid in an aprotic polar solvent in the presence of a basic catalyst to obtain a corresponding perfluorononenyloxybenzoate. There is known a method of obtaining an acid, reacting it with an amine or an alcohol as an acid halide, and quaternizing the terminal with methyl iodide (JP-A-51-110884). However, this method has the following problems.
[0005]
1. The use of highly toxic thionyl chloride to obtain the acid halide is dangerous.
[0006]
2. Hazardous materials (HCl, SO 2, etc.) to secondarily generate wastewater treatment process is further required.
[0007]
3. It is not economical because expensive perfluorononene is used in the first step.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The main object of the present invention is to provide a method for safely and economically producing a fluorinated quaternary ammonium salt.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies in view of the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, has found a method for producing a fluorinated quaternary ammonium salt which is safer and does not require wastewater treatment.
[0010]
That is, the present invention
(Step (1)) General formula (A):
[0011]
Embedded image
[0012]
[Wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms] and a general formula (B):
[0013]
Embedded image
[0014]
[In the formula, Y is O or NR 2 (R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and R 3 and R 4 are the same or different and have 1 to 1 carbon atoms. And m is an integer of 2 to 6] with an alcohol or an amine represented by the formula (C):
[0015]
Embedded image
[0016]
To synthesize an ester or amide of
(Step (2)) Then, the ester or amide produced is combined with the general formula (D): R 5 X wherein R 5 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a leaving group. And a compound represented by the general formula (E):
[0017]
Embedded image
[0018]
After the quaternary ammonium salt represented by
(Step (3)) The quaternary ammonium salt is reacted with a compound of the general formula (F) in the presence of a basic catalyst:
[0019]
Embedded image
[0020]
Wherein R 6 , R 7 and R 8 are the same or different and each is a fluorocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and a fluoroalkene represented by the general formula: (G):
[0021]
Embedded image
[0022]
[Wherein X, Y, m, R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same as above], and a method for producing a fluorinated quaternary ammonium salt represented by the formula: Things.
[0023]
Examples of R 1 include a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
[0024]
Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a t-butyl group. , An ethyl group and an isopropyl group.
[0025]
The Y, O and NR 2 and the like.
[0026]
Examples of R 2 include a hydrogen atom and a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
[0027]
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group and a t-butyl group.
[0028]
Examples of R 3 and R 4 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, and a t-butyl group.
[0029]
m is an integer of 2 to 6, and more preferably an integer of 2 to 4.
[0030]
Examples of R 5 include a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
[0031]
The alkyl group represented by R 5, a methyl group, an ethyl group, n- propyl group, an isopropyl group, n- butyl group, isobutyl group, sec- butyl group, a t- butyl group.
[0032]
X includes a leaving group such as a halogen atom, OMs (Ms is a methanesulfonyl group), and OTs (Ts is a p-toluenesulfonyl group).
[0033]
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
[0034]
Examples of R 6 and R 7 include CF 3 , CF 3 CF 2 , (CF 3 ) 2 CF, and CF 3 CF 2 CF 2 .
[0035]
Examples of R 8 include CF 3 , CF 3 CF 2 , CF 3 CF 2 CF 2, and the like.
[0036]
The compound is suitably produced in the present invention, X = a halogen atom, Y = NR 2 or O, m = 2~4, R 1 = ethyl group or an isopropyl group, R 2 = hydrogen atom, R 3 = R 4 Compounds in which = R 5 = methyl group, R 6 ((CF 3 ) 2 CF, R 7 ((CF 3 ) 2 CF, and R 8 CFCF 3 are exemplified.
[0037]
Hereinafter, steps (1) to (3) will be described.
[0038]
Process (1)
The corresponding ester or amide represented by the general formula (C) is synthesized by reacting the p-hydroxybenzoic ester represented by the general formula (A) with an alcohol or amine represented by the general formula (B). .
[0039]
The molar ratio of p-hydroxybenzoate to alcohol or amine is (p-hydroxybenzoate) :( alcohol or amine) = 1: 1 to 5, more preferably 1: 1 to 2.
[0040]
When a solvent is used, the polar solvent can be used alone or as a mixture of two or more.
[0041]
When a solvent is not used, the reaction is preferably performed under reduced pressure in order to remove the generated alcohol.
[0042]
When using alcohol,
The reaction time is about 5 to 100 hours, more preferably about 10 to 50 hours.
[0043]
The reaction temperature is about 100 to 200 ° C, more preferably about 100 to 150 ° C.
[0044]
Examples of the solvent include dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like.
[0045]
When using an amine,
The reaction time is about 5 to 100 hours, more preferably about 10 to 50 hours.
[0046]
The reaction temperature is about 100 to 200 ° C, more preferably about 100 to 150 ° C.
[0047]
Examples of the solvent include butanol, hexanol, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like.
[0048]
Step (2)
Compounds of general formula (C) an ester or amide with the general formula (D) (R 5 X) and reaction, i.e., to the nitrogen atom constituting the tertiary amine at the end of the ester or amide, R 5 X is By the addition reaction, a quaternary ammonium salt of the general formula (E) is synthesized.
[0049]
The molar ratio of R 5 X to the ester or amide is (R 5 X) :( ester or amide) = 1: 0.5 to 2, more preferably 1: 0.8 to 1.2.
[0050]
The reaction time is about 1 to 10 hours, more preferably about 2 to 5 hours.
[0051]
The reaction temperature is about 0 to 100 ° C, and more preferably about 10 to 80 ° C.
[0052]
Step (3)
Reaction of a quaternary ammonium salt of general formula (E) with a fluoroalkene of general formula (F) in the presence of a basic catalyst, ie, reaction of a phenol present in the structure of a quaternary ammonium with a fluoroalkene Thus, a fluorinated quaternary ammonium salt of the general formula (G) is synthesized.
[0053]
The molar ratio between the fluoroalkene and the ester or amide is (fluoroalkene) :( ester or amide) = 1: 0.8 to 1.3, and more preferably 1: 0.9 to 1.1.
[0054]
The reaction time is about 2 to 20 hours, more preferably about 3 to 10 hours.
[0055]
The reaction temperature is about 0 to 50 ° C, more preferably about 10 to 40 ° C.
[0056]
As the reaction solvent, it is more preferable to use an aprotic polar solvent alone or as a mixture of two or more.
[0057]
Examples of the reaction solvent include acetonitrile, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylimidazolidine, N-methylpyrrolidone, and the like.
[0058]
Alkali metal carbonates and tertiary amines are used as basic catalysts.
[0059]
Examples of the alkali metal salt of carbonic acid include sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium carbonate, potassium hydrogencarbonate and the like.
[0060]
Examples of the tertiary amine include triethylamine, tripropylamine, tributylamine, N, N-dimethylaniline and the like.
[0061]
The amount of the catalyst used is not particularly limited, but is preferably at least equimolar to the fluoroalkene of the general formula (F).
[0062]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, a fluorinated quaternary ammonium salt can be obtained safely and economically without lowering the yield of the product. Further, since SOCl 2 is not used, no wastewater treatment facility is required, and at the same time, the natural environment is not polluted.
[0063]
【Example】
Examples will be described below. Note that the present invention is not limited to only the following examples.
[0064]
Example 1
(Step (1)) In a 500 ml four-necked flask equipped with a cooling tube and a stirring device, 50 g (0.30 mol) of ethyl p-hydroxybenzoate and 61.5 g (0.60 mol) of N, N-dimethylpropanediamine were added. Mol) and reacted at 120 ° C. for 45 hours. The end point of the reaction was confirmed by liquid chromatography to be a reaction yield of 95%.
[0065]
Liquid chromatography condition device: Shimazu 6A system
Column: Fluofix 120N 4.6φ × 150mm (manufactured by Neos)
Mobile phase: MeCN: DDS: H 2 O = 14: 6: 80
DDS = dodecanesulfonic acid and buffer substance pH = 3.5 for ion-pair chromatography (MERCK)
Column temperature: 40 ° C
Flow rate: 1 ml / min
Detection: UV 254 nm
(Step (2)) Next, p-hydroxybenzoic acid- (N, N-dimethylpropane) amide 64 obtained by amidation was placed in a 500 ml four-necked flask equipped with a condenser, a dropping funnel, and a stirrer. 0.5 g (0.29 mol) was dissolved in a mixed solvent of 74 ml of isopropyl alcohol and 74 ml of methanol, and 42.8 g (0.30 mol) of methyl iodide was gradually added dropwise with stirring at room temperature. Thereafter, the mixture was reacted for 3 hours, and the precipitated solid was filtered and dried to obtain 95 g of the corresponding quaternized product.
[0066]
The purity was confirmed to be 98% by liquid chromatography.
[0067]
(Step (3)) Further, 40 g of p-hydroxybenzoic acid amide obtained as a quaternized product by the reaction of the above (2) was placed in a 500 ml four-necked flask equipped with a condenser, a dropping funnel, and a stirrer. (0.11 mol), 150 ml of acetonitrile and 15.2 g (0.11 mol) of potassium carbonate were added, and 49.6 g (0.11 mol) of perfluorononene was gradually added dropwise at room temperature with stirring. Thereafter, the mixture was reacted for 4 hours, filtered while hot, and returned to room temperature to obtain 76 g of a crystal (product (1)).
[0068]
Examples 2 to 5
The same operation as in the example was performed except that the compounds shown in Table 1 were used.
[0069]
As a result, products (1) to (3) in Table 2 were obtained.
[0070]
Table 2 shows the physical property values of the products (1) to (3).
[0071]
[Table 1]
[0072]
[Table 2]
[0073]
The assignment positions of 1 H-NMR data of the products (1) to (3) in Table 2 are shown below.
[0074]
(The symbols ai in the chemical formula correspond to the products in Table 2, respectively.)
Product (1):
[0075]
Embedded image
[0076]
Product (2):
[0077]
Embedded image
[0078]
Product (3):
[0079]
Embedded image
Claims (1)
(工程(2))次いで生成した該エステルまたはアミドと一般式(D):R5 X〔式中、R5 は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、Xは、脱離基を示す〕で表される化合物とを反応させて一般式(E):
(工程(3))該第4級アンモニウム塩を塩基性触媒の存在下で、一般式(F):
(Step (2)) Then, the ester or amide produced is combined with the general formula (D): R 5 X wherein R 5 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a leaving group. And a compound represented by the general formula (E):
(Step (3)) The quaternary ammonium salt is reacted with a compound of the general formula (F) in the presence of a basic catalyst:
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