JP6643719B2 - 3,3,3−トリフルオロプロパノールの製造方法 - Google Patents
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Description
非特許文献1、非特許文献2及び非特許文献3に記載の方法はグリニャール試薬を用いており、工業的に実施できる安価な製造法とは言い難い。非特許文献4に記載の方法では水銀、そして非特許文献5に記載の方法ではホウ素をそれぞれ使用しており、環境面を考慮した場合、排水規制の兼ね合いから工業化には難しい製法である。
また、非特許文献6に記載の方法では原料の一つとなるヨウ化トリフルオロメチルが高価であるという問題点がある。さらに、前述した非特許文献1−6に記載の方法では、反応終了後、水溶液中から親水性の3,3,3−トリフルオロプロパノールを抽出する操作が必要であり、回収率の向上には多量の抽出溶媒が必要であった。
また、3,3,3−トリフルオロプロピオンアルデヒド自身が自己縮合した該アルデヒドの類縁体の生成も避けられず、式[5]で表されるヘミアセタールと共に副生成物の除去も課題として挙げられる。
さらに、特許文献3、特許文献4、特許文献5、及び特許文献6に記載の方法は、水素化分解反応に5.0MPa(絶対圧)と、高い圧力を必要とする。また、この反応における副生成物はメタンであり、環境負荷の大きく、工業的に採用するには難があった。
本発明は、3,3,3−トリフルオロプロパノールを安価で工業的に製造する方法を提供することを課題とする。
で表されるベンジルビニルエーテルを、パラジウム触媒の存在下、水素(H2)と反応させることで、穏和に反応が進行し、3,3,3−トリフルオロプロパノールを効率的に製造できる知見を見出し、本発明を完成した。
そこで、本発明者らは、少なくとも2つの温度範囲で段階的に水素化反応を行う条件を採用することで、副生物を低減でき、かつ、高い選択率で目的物を得るという、好ましい知見を得た。
以上、本発明を図示すると、以下のようになる。
[発明1]
式[1]で表されるベンジルビニルエーテルを、パラジウム触媒の存在下、水素と反応させる工程を含む、3,3,3−トリフルオロプロパノールの製造方法。
[発明2]
3,3,3−トリフルオロプロパノールが、ベンジルビニルエーテルを、パラジウム触媒の存在下、水素と反応させることで、式[4]:
で表されるベンジルエーテルを得る工程、続いて、該ベンジルエーテルをパラジウム触媒の存在下、水素と反応させる工程により製造される、発明1に記載の製造方法。
[発明3]
パラジウム触媒の存在下、少なくとも2つの温度範囲で段階的に水素と反応させる、発明1または2に記載の製造方法。
[発明4]
0℃〜40℃で反応させた後、40℃〜100℃で反応させる、少なくとも2つの温度範囲で段階的に行われる、発明1乃至3の何れかに記載の製造方法。
[発明5]
パラジウム触媒が、パラジウム金属またはパラジウム化合物を担体に担持したものである、発明1乃至4の何れかに記載の製造方法。
[発明6]
担体が活性炭、アルミナまたはシリカである、発明5に記載の製造方法。
R1におけるアルキル基、アルコキシ基としては、炭素数1〜4のものが好ましく、具体的にはメチル基、エチル基、i−プロピル基、n−プロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基が挙げられる。
R1におけるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素である。
なお、R1で表される置換基は、同一のものまたは異なるものが複数個存在していてもよい。
R1で表される置換基を有するフェニル基の具体例としては、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、2−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2−エチルフェニル基、3−エチルフェニル基、4−エチルフェニル基、2−エトキシフェニル基、3−エトキシフェニル基、4−エトキシフェニル基、2−i−プロピルフェニル基、3−i−プロピルフェニル基、4−i−プロピルフェニル基、2−i−プロポキシフェニル基、3−i−プロポキシフェニル基、4−i−プロポキシフェニル基、2−t−ブチルフェニル基、3−t−ブチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、2−t−ブトキシフェニル基、3−t−ブトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基、2−クロロフェニル基、3−クロロフェニル基、4−クロロフェニル基、2−ブロモフェニル基、3−ブロモフェニル基、4−ブロモフェニル基、2−ヨードフェニル基、3−ヨードフェニル基、4−ヨードフェニル基、2−ニトロフェニル基、3−ニトロフェニル基、4−ニトロフェニル基等が挙げられる。
ここで言う「逐次的」とは、水素を、次々と間欠的(一定の時間を隔てることを指す)に反応系に試剤を加えることを意味する。
また、反応の速度を上げる目的、及び水素の反応効率を高める目的でオートクレーブ等の耐圧反応器を用いて反応させるのが好ましい。
パラジウム化合物担持触媒におけるパラジウム化合物はパラジウムの酢酸塩、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化物、酸化物、水酸化物等の各種無機化合物が挙げられる。
パラジウム化合物担持触媒は、含浸法等の従来公知の方法により各種調製することもできるが、各種のものが市販されているので、それらを用いるのが好適である。
前述したパラジウム化合物担持触媒のうち、入手容易性や経済性、反応性及び選択性の点から、パラジウム−カーボンまたはパラジウム−アルミナが好ましい。
例えば、エヌ・イ−ケムキャット社製の5%パラジウム−カーボン粉末(50%含水品)であるAER−Type、STD−Type、KER−Type、PE−Type、そしてE−Type等の不均一系触媒を利用するのが便利である。
これらのうち、原料のベンジルビニルエーテルに対する相溶性も良く、また、パラジウム触媒の分散性が高い、エステル類またはエーテル類が好ましく、中でもエーテル類が特に好ましい。
反応溶媒の具体的な例は、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、メチルシクロヘキサン、イソオクタン、n−デカン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、アセトニトリル、プロピオニトリル、イソブチルニトリル、ベンゾニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、ホルムアミド、N−メチルピロリドン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、ジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシキシエタン、1,4−ジオキサンまたは置換テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらのうち、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、ジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシキシエタンまたは1,4−ジオキサンが好ましく、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテルまたはジブチルエーテルが特に好ましい。これらの反応溶媒は、単独または組み合わせのどちらでも用いることができる。
本発明は、この温度範囲を採用することにより水素化反応自体は進行し得るが、式[1]で表されるベンジルビニルエーテルは、前述したように、この化合物は水素化反応が生じやすい部位が2ヶ所(ビニル部位、ベンジル部位)存在するため、上記温度範囲のうち、比較的高い温度範囲で水素化反応を行うと、目的物以外にも副生物も生成し、選択率に影響を与えることがあった。
そこで、位置選択的に水素化反応を行い、反応中間体として式[4]で表されるベンジルエーテル体を経由し、目的とする3,3,3−トリフルオロプロパノールを得るには、少なくとも2種類の温度範囲を用いて段階的に反応させることが好ましい知見を得た。
本発明者らは、式[1]で表されるベンジルビニルエーテルのビニル部位とベンジル部位の水素化反応に対する反応性が異なることを見出した。すなわち、水素化反応を低温(少なくとも2種類の温度範囲のうち、低い温度範囲のことを指す)で進行させることにより、ビニル部位の水素化反応が優先的に進行し、その結果、式[4]で表されるベンジルエーテルを選択的に得、続いて、高温(少なくとも2種類の温度範囲のうち、高い温度範囲のことを指す)で水素化反応を行うことにより、ベンジル部位が優先的に反応を起こし、3,3,3−トリフルオロプロパノールを高い選択性で製造できる知見を得た。このことは、ビニル部位、ベンジル部位、それぞれの反応性を制御した位置選択的な反応を、連続的な水素化反応を採用することにより達成できたことを意味し、本発明における特に好ましい態様の一つである。
なお、水素化反応を行うにあたり、前述した温度範囲(−50℃〜150℃)であって、かつ、ビニル部位、ベンジル部位の反応性を考慮しながら2種類以上の温度範囲を設定して反応を行っても良い。反応の進行状況をガスクロマトグラフィー、NMR等の分析手段を用いて追跡しながら行えばよく、当業者が適宜調整することができる。
次に、前述した「高温」の温度範囲について説明する。通常、本発明で採用できる温度範囲(−50℃〜150℃)のうち、式[4]で表されるベンジルエーテルの水素化反応を行うには40℃以上が好ましく、更に好ましくは80℃以上である。
なお、ベンジルエーテルを、一旦反応系外へ取り出すことなく、そのまま連続的にベンジル部位の水素化を行い、目的とする3,3,3−トリフルオロプロパノールを得る方が、操作性の煩雑さがなく、より好ましい。
ところで、水素化反応を2つの温度範囲で連続的に反応を行うことなく、初めから40℃以上の温度範囲で、ベンジルビニルエーテルの水素化反応を行うこともできるが、この場合は、反応の位置選択性はいくぶん低く、ベンジル部位の水素化が優先し(ベンジル部位が脱離する;脱ベンジル化)、更に反応が進行し、その結果、3,3,3−トリフルオロプロピオンアルデヒドが生成しやすい。前述した通り、3,3,3−トリフルオロプロピオンアルデヒドは、目的物である3,3,3−トリフルオロプロパノールとの付加反応により、式[5]で表すヘミアセタール体を形成することがあり、収率が低下する。さらに、ヘミアセタールは蒸留精製を行っても、目的物である3,3,3−トリフルオロプロパノールとの分離も難しい化合物である。その為、本発明は少なくとも2種類の温度範囲を用いて段階的に反応させることが好ましい。
反応後の処理は特に限定されないが、濾過にて触媒除去後、反応液をそのまま蒸留等の通常の手段に付して、3,3,3−トリフルオロプロパノールを得ることができる。
[実施例]
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、これらの実施態様に限られない。ここで、組成分析値の「%」とは、生成ガスを直接ガスクロマトグラフィーによって測定して得られた組成の「面積%」を表す。
[調製例1]
減圧下、得られた濾液はそのままステンレス製ヘリパックNo.2を充填した15段蒸留塔にて分留(45.5℃〜38.3℃/15.0〜6.6kPa)を行い、留分を303g得た。この留分をガスクロマトグラフィーにより測定したところ、3,3,3−トリフルオロプロピオンアルデヒド0.01%、3,3,3−トリフルオロプロパノール23.57%、トルエン76.38%、t−ブチルメチルエーテル0.02%であった。得られた留分(混合物)に対し、ビス−1,4−トリフルオロベンゼンを内部標準に用い、19F−NMRによる3,3,3−トリフルオロプロパノールの定量値を算出したところ、157gの3,3,3−トリフルオロプロパノールが含有していることを確認した。この際の反応からの3,3,3−トリフルオロプロパノールの定量収率は69.5%であった(調製例1から算出した総収率は59.5%)。
[物性データ]
(1E)−1−ベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):4.81 (2H, s), 5.06 (1H, dq, J=12.8, 6.4Hz), 7.11 (1H, dq, J=12.8, 2.0 Hz), 7.35 (5H, m).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−59.81 (3F, d, J=6.3 Hz).
(1Z)−1−ベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):4.69 (1H, m), 4.95 (2H, s), 6.36 (1H, d, J=6.8 Hz), 7.34 (5H, m).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−57.81 (3F, d, J=5.6 Hz).
1,1−ジベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロパン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):2.57(2H, dq, J= 5.6Hz, 10.8Hz),4.60 (4H, dd, J=11.6Hz, 11.6Hz), 5.06 (1H, t, J=5.6Hz), 7.31 (1 0H, m).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−63.74 (3F, t, J=11.5 Hz).
3,3,3−トリフルオロプロパノール:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):2.35 (2H, tq, 6.0Hz, 11.2Hz), 3.55 (1H, br), 3.85 (2H, t, J=6.0Hz).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−65.16 (3F, t, J=11.5 Hz).
[調製例3]
[物性データ]
(1E)−1−パラ−メチルベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロペン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):2.35(3H,s),4.76 (2H, s), 5.04 (1H, dq, J=12.8, 6.4Hz), 7.10 (1H, dq, J=12.8, 2.0 Hz), 7.21 (4H, m).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−59.75 (3F, d, J=6.0 Hz).
[調製例4]
[物性データ]
(1E)−1−(パラ−メトキシベンジルオキシ)−3,3,3−トリフルオロプロペン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):3.80(3H,s)4.74 (2H, s), 5.04 (1H, dq, J=12.8, 6.4Hz), 6.90(2H, m), 7.10 (1H, dq, J=13.2, 2.0 Hz), 7.20 (2H, m).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−59.74 (3F, d, J=5.6 Hz)
[物性データ]
1−ベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロパン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):2.42 (2H, tq, J=6.8,10.8Hz), 3.67 (2H, t, J=6.8Hz), 4.52(2H, s), 7.33 (5H, m).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−65.22 (3F, t, J=11.5 Hz)
[物性データ]
1−パラ−メチルベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロパン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):2.33 (3H, s)2.40 (2H, tq, J=6.8, 10.8Hz), 3.65 (2H, t, J=6.8Hz), 4.47(2H, s), 7.15 (2H, d, J=8.0Hz ), 7.20Hz(2H, d, 8.4Hz).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−65.23 (3F, t, J=11.5 Hz).
[物性データ]
1−パラ−メトキシベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロパン:
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):2.41(2H, tq, J=6.8, 10.8Hz), 3.64 (2H, t, J=6.8Hz), 3.79 (3H, s),4.45(2H, s), 6.88 (2H, dt, J=9.2,2.8Hz ), 7.24Hz(2H, dt, 8.8, 2.0Hz).
19F−NMR(400MHz,CDCl3,CFCl3)δ(ppm):−65.22 (3F, t, J=11.5 Hz).
[比較例1]
このように、触媒としてルテニウムカーボンを用いて水素化反応を行っても、1−ベンジルオキシ−3,3,3−トリフルオロプロパンの生成が主であり、目的物の3,3,3−トリフルオロプロパノールは殆ど得られなかった。
Claims (6)
- パラジウム触媒の存在下、少なくとも2つの温度範囲で段階的に水素と反応させる、請求項1または2に記載の製造方法。
- 0℃〜40℃で反応させた後、40℃〜100℃で反応させる、少なくとも2つの温度範囲で段階的に行われる、請求項1乃至3の何れかに記載の製造方法。
- パラジウム触媒が、パラジウム金属またはパラジウム化合物を担体に担持したものである、請求項1乃至4の何れかに記載の製造方法。
- 担体が活性炭、アルミナまたはシリカである、請求項5に記載の製造方法。
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