JPH069489A - 選択的水素化脱フッ素法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 次の式（Ｉ）のテトラフルオロフタルイミド
の選択的水素化脱フッ素法であって、 【化１】 （ここで、Ｘは１でＲは１価の有機基であるか；または
Ｘは２でＲは２価の有機基である）、（Ｉ）のテトラフ
ルオロフタルイミドをアルカリ金属水酸化物の水溶液中
で亜鉛と反応させることを含む、当該選択的水素化脱フ
ッ素法を開示する。３，４，６−トリフルオロフタル酸
を生成するために、この生成物を加水分解することがで
きる。 【効果】 本発明によりテトラフルオロフタルイミド、
特にＮ−置換３，４，５，６−テトラフルオロフタルイ
ミドの選択的水素化脱フッ素を効果的に行い、３，４，
６，−トリフルオロフタル酸を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｎ−置換３，４，５，
６−テトラフルオロフタルイミドの選択的水素化脱フッ
素法に関する。生成物を加水分解して３，４，６−トリ
フルオロフタル酸を形成することができ、これは、ひき
続き、２，４，５−トリフルオロ安息香酸の合成のため
の有用な化学中間体である。２，４，５−トリフルオロ
安息香酸は、さらにキノロン抗菌物質を製造するために
重要である。

【０００２】

【従来の技術】文献には、２，４，５−トリフルオロ安
息香酸またはその前駆体を製造するための種々の方法が
開示されている。Ｎ．Ｊ．Ｏ’Ｒｅｉｌｌｙ；Ｗ．Ｓ．
Ｄｅｒｗｉｎ；Ｈ．Ｃ．Ｌｉｎ（ＳＹＮＬＥＴＴ、１９
９０年６月、３３９）は、水酸化ナトリウム水溶液中で
亜鉛末を用いた、３，４，５，６−テトラクロロフタル
酸の水素化脱塩素反応による３，４，６−トリクロロフ
タル酸の製造法を開示している。Ｏ’Ｒｅｉｌｌｙ，Ｄ
ｅｒｗｉｎおよびＬｉｎの米国特許第４９８１０００号
は、水素化脱塩素金属（例えば亜鉛）を用いて塩基（例
えば水酸化ナトリウム）の存在下で、３，４，５，６−
テトラクロロフタル酸または酸無水物の水素化脱塩素に
よる３，４，６−トリクロロフタル酸の製造法を開示し
ている。このトリクロロフタル酸は、その後対応するト
リフルオロ安息香酸に変換できる。該特許の主題であ
る、亜鉛末および水酸化ナトリウムを用いる選択的脱ハ
ロゲン法により３，４，６−トリハロフタル酸が製造さ
れ、テトラクロロフタル酸無水物の３，４，６−トリク
ロロフタル酸への変換については効率が良く（収量９
７.８％）、テトラフルオロフタル酸の３，４，６−ト
リフルオロフタル酸への変換は実質的には効果が無い
（所望の生成物の収量はおよそ３％でヒドロキシトリフ
ルオロフタル酸および同安息香酸はおよそ９６％）こと
を示す比較データを、該特許権者は示している。Ｎｏｗ
ａｋとＬｉｎの米国特許第４９３５５４１号は、アルキ
ルまたはアリールトリクロロフタルイミドを製造し、か
つフッ素添加し、続いて、加水分解を行って、トリフル
オロフタル酸を製造する方法を開示している。

【０００３】Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ、Ｓｈｉｍｉｚｕお
よびＩｓｈｉｋａｗａの米国特許第４７６９４９３号
は、オルガノ−Ｎ−テトラクロロフタルイミドをフッ素
添加して、対応するＮ−テトラフルオロフタルイミドを
形成し、テトラフルオロフタル酸に加水分解することを
含む同様な方法を開示している。米国特許第４９２５９
６６号は、テトラフルオロイソフタロニトリルと金属水
素化物（例えば水素化ホウ素ナトリウム）とを反応させ
２，４，５−トリフルオロイソフタロニトリルを得る方
法を開示している。

【０００４】Ｈ₂ ＳＯ₄ 中でテトラフルオロフタロニト
リルを亜鉛で処理すると、３，４，６−トリフルオロフ
タロニトリル（収量８８％）となる（ＪＰ０１１６０９
４４（１９８８）；ＣＡ１１２：５５２４３ｔ）。同様
な方法で、２，４，５，６−テトラフルオロイソフタロ
ニトリルを硫酸水溶液中で亜鉛で処理し、２，４，５−
トリフルオロイソフタロニトリルを生じた（ＪＰ０１２
５８６３９（１９８９）；ＣＡ１１２：１７８３５０
ｈ）。同じ変換が酢酸溶媒中で亜鉛を用いた場合に、報
告された（ＪＰ０２１１７６４３（１９９０）；ＣＡ１
１３：１３１７６９ｇ）。また、３−クロロ−２，４，
６−トリフルオロイソフタロニトリルが、酢酸溶媒中で
亜鉛を用いて３−クロロ−２，６−ジフルオロイソフタ
ロニトリルに変換された（ＪＰ０２１６９５４２；ＣＡ
１１３：１９０９３２ｃ）。

【０００５】リン酸二水素カリウム水溶液中で亜鉛と反
応させ、ペンタフルオロベンゾニトリルを２，３，５，
６−テトラフルオロベンゾニトリルに変換させること
が、日本国特許第０２１１５１５６号（１９９０）で報
告されている。添加酢酸とともにエタノール水中で亜鉛
を用いる同様な変換が、日本国特許第０１５６６５６号
（ＣＡ１１２：７１７８ｄ）で報告されている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００６】本発明は、テトラフルオロフタルイミドの
選択的水素化脱フッ素法、特に、Ｎ−置換３，４，５，
６−テトラフタルイミドの選択的水素化脱フッ素法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の式Ｉのテ
トラフルオロフタルイミドの選択的水素化脱フッ素法で
あって、アルカリ金属水酸化物の水溶液中で該化合物
（Ｉ）を亜鉛と反応させることを含む方法である：

【０００８】

【化６】

【０００９】ここでＸは１または２で、Ｘが１のときＲ
は１価の有機基で；Ｘが２のとき、Ｒは２価の有機基で
ある。該反応は水性溶媒中で起こるので、当然生じるト
リフルオロフタル酸および／または中間体トリフルオロ
フタルアミド酸の生成とともに、フタルイミドのある程
度の加水分解が起こり得る。該水素化脱フッ素法は４ま
たは５位で起こり、粗トリフルオロ生成物は以下の一ま
たは二種以上を含む混合物であり得る：

【００１０】

【化７】

【００１１】ここで、ＸおよびＲは上記に定義した通り
である。粗トリフルオロ生成物のその後の加水分解で、
該生成物は３，４，６−トリフルオロフタル酸に変換さ
れる。本発明の製法で反応物として用いられるフッ素添
加フタルイミド（上記式Ｉ）は、フッ化カリウムと、対
応するテトラクロロフタルイミドのハロゲン交換反応に
より、既知の方法で簡便に調製できる。このテトラクロ
ロフタルイミドは、所望の化学的組成にある適切なアミ
ンまたはジアミンを有するテトラクロロフタル酸無水物
の縮合により、既知の方法で調製することができる。該
反応は、酢酸のような溶媒または双極性中性溶媒（例え
ばジオキサンまたはスルホラン）中で簡便に行うことが
できる。本発明の根幹を成す選択的脱フッ素反応は、以
下の化学式により例証することができる：

【００１２】

【化８】

【００１３】ここでＸは１または２である。Ｘが１のと
き、Ｒは１価の有機基で、これはアルキル、シクロアル
キル、アルケニル、シクロアルケニルまたはアリール基
（未置換または反応溶媒に対して不活性な置換基で置換
されている）であってもよい。好ましい１価有機基に
は、例えばアルキル、シクロアルキル、アルケニルまた
は炭素原子が８個までのシクロアルケニルおよび６−１
４炭素原子のアリーレンが含まれる。最も好ましい１価
有機基は、炭素原子１−４個のアルキル、フェニル、ト
リルまたはキシリルである。Ｘが２のとき、Ｒは２価有
機基で、これはアルキレン、シクロアルキレン、アルケ
ニレンまたは未置換もしくは（反応溶媒に対して不活性
な置換基で）置換されていて、好ましくは炭素原子が８
個までのシクロアルケニレン、または炭素原子が好まし
くは６−１４のアリーレンであってもよい。最も好まし
い２価有機基は炭素原子２−６個のアルキレン、フェニ
レン、トルイデン、ビフェニル、またはジフェニルエー
テルである。

【００１４】該反応はアルカリ金属水酸化物の水溶液中
で実施され、この場合、アルカリ金属水酸化物の濃度は
典型的には１から５０％である。適切なアルカリ金属水
酸化物には、ＮａＯＨ、ＫＯＨおよびＬｉＯＨが含まれ
る。好ましい反応媒体は、５−２０％のＮａＯＨ水溶液
で、最も好ましくは１０％ＮａＯＨである。用いるＮａ
ＯＨの量は、少なくともＮａＯＨ：テトラフルオルフタ
ルイミド（Ｉ）のモル比が１：１とするために十分でな
ければならない。これよりも多い量を用いてもよい。

【００１５】市販の種々の形態の（例えば亜鉛メッシュ
または亜鉛末として）亜鉛金属反応物を反応媒体に加え
てもよい。反応に用いる亜鉛の比率は、フッ素添加フタ
ルイミド反応物のモル当たり１から６またはそれ以上の
当量としてもよい。亜鉛を高い比率で用いてもよいが、
付加される利点は無い。好ましい比率は、テトラフルオ
ロフタルイミドの当量当たりまたはモル当たり、 およそ
２からおよそ４当量の亜鉛である。反応温度はかなり変
動できるが、典型的にはおよそ室温（２０℃）から８０
℃の範囲である。それより高い温度も低い温度も用いる
ことができるが、一般には効率が落ちる。好ましい実施
温度はおよそ６０℃から７０℃である。反応は液相で、
好ましくは大気圧下で実施されるが、大気圧以上も用い
ることができる。水性溶媒に加えて、共存する反応物に
対して化学的に不活性な種々の補助溶剤も用いることが
できる。適切な補助溶剤は、水に混和性で、フッ素添加
フタルイミド反応物用溶媒で、さらに反応媒体に対して
不活性でなければならない。用いることができる典型的
な補助溶剤は、テトラヒドロフラン、ジオキサン等であ
る。

【００１６】選択的水素化脱フッ素反応の反応生成物
は、塩基の水溶液または鉱酸とさらに反応させることに
より、簡便に加水分解して３，４，６−トリフルオロフ
タル酸を生成することができる。好ましくは加水分解
は、鉱酸、例えばリン酸、塩酸または最も好ましくは硫
酸と反応させることにより実施できる。下記の具体例は
本発明およびそれを実施する方法をさらに詳述するため
に提示されるものである。当該具体例で示される詳細な
事柄は説明を目的として選ばれたものであって、本発明
を限定するものとして解釈されるべきではない。特に示
されない限り、実施例では、すべての温度は摂氏であ
る。

【００１７】

【実施例】

実施例１ テトラフルオロ−Ｎ−メチルフタルイミド（６６．９３
ｇ，０．２９ｍｏｌ）、亜鉛末（７５．１３ｇ，１．１
５ｍｏｌ）および５００ｍｌの１０％水酸化ナトリウム
の混合物を、７０℃で２時間加熱した。このとき、分析
（ＧＣ）により出発材料は完全に消費されていることが
示された。反応物を冷し、亜鉛塩を濾過して除いた。濾
液を濃ＨＣｌでｐＨ１にし、０．５時間撹拌した。有機
物を酢酸エチル中に抽出し、この酢酸エチル層を水で洗
浄してＭｇＳＯ₄ 上で乾燥させた。溶媒の除去により５
８．５６ｇの固形物が得られ、ＧＣおよび19Ｆ ＮＭＲ
により、これは、７６％のトリフルオロフタルアミド酸
および１５％の３，４，６−トリフルオロフタル酸を含
むことが分かった。該混合物を１５０ｍｌの５０％硫酸
と混合し、１６０℃で６時間加熱することにより加水分
解し、その後、水で洗浄し酢酸エチルで抽出して乾燥さ
せ、５４．９ｇの３，４，６−トリフルオロフタル酸を
得た。このものの同定は、既知サンプルとのＧＣ保持時
間および19ＦＮＭＲ化学シフトの比較により確認され
た。

【００１８】実施例２ 反応変数の影響：水酸化ナトリ
ウム 水酸化ナトリウム水溶液の濃度を下に示したように変え
た点を除き、実施例１の一般的な手順に従い一連の実験
を行った。すべての実験において、１.０ｇのテトラフ
ルオロ−Ｎ−メチルフタルイミド、５ｍｌのＮａＯＨ溶
液および２当量の亜鉛を用いた。反応はおよそ６０℃で
実施した。

【００１９】実施例 ＮａＯＨ濃度 生成物への変換 ２Ａ ５％ ３０％ ２Ｂ ２０％ ９１％ ２Ｃ １５％ ６９％ ２Ｄ ２０％ ７７％ 表では、生成物への変換は、トリフルオロフタルアミド
酸およびトリフルオロフタル酸を含むＧＣ上の面積％で
表されている。

【００２０】実施例３ 反応変数の影響：亜鉛 この実験シリーズでは、亜鉛の量を変えたという点を除
き、実施例２Ｂの一般的手順に従った。すべての実験
で、２.５ｍｌの１０％ＮａＯＨおよび０.５ｇのテトラ
フルオロ−Ｎ−メチルフタルイミドを用いた。反応はす
べて室温で行った。実施例 添加亜鉛の当量 生成物への変換 ３Ａ １ ２２％ ３Ｂ ２ ３８％ ３Ｃ ３ ７２％ ３Ｄ ４ ９１％

【００２１】実施例４ 反応変数の影響：温度 反応温度を６０℃に維持したという点を除き、実験３Ａ
−Ｄと同一の条件下で一連の反応を行った。

【００２２】実施例 添加亜鉛の当量 生成物への変換 ４Ａ １ ６３％ ４Ｂ ２ ８８％ ４Ｃ ３ ９３％ ４Ｄ ４ ９４％ ４Ｅ ６ ９７％

【００２３】実施例５ 補助溶剤の使用 テトラフルオロ−Ｎ−メチルフタルイミド（１．０
ｇ）、亜鉛末（１．１ｇ）、テトラヒドロフラン（５ｍ
ｌ）および２０％水酸化ナトリウム水溶液（２ｍｌ）の
混合物を６０℃で２４時間加熱した。このとき反応分析
により、実施例１で述べたように、主たる生成物はトリ
フルオロフタルアミド酸およびトリフルオロフタル酸で
あることが示された。 実施例６ テトラフルオロ−Ｎ−フェニルフタルイミド（２２．１
５ｇ）および亜鉛末（２９ｇ）を、１０％水酸化ナトリ
ウム水溶液中で（１６５ｍｌ）６９℃に加熱し、撹拌し
ながらそのまま５時間維持した。ＧＣによる分析によ
り、反応生成物は、３，４，６−トリフルオロフタル酸
および３，４，６−トリフルオロ−Ｎ−フェニルフタル
イミドの混合物をであることが示された。

【００２４】実施例７ Ａ）Ｎ, Ｎ' −ジメチレンビス（テトラフルオロフタル
イミド）の調製 ４５０ｍｌの乾燥スルホレーン中のＮ,Ｎ'−ジメチレン
ビス（テトラクロロフタルイミド）（５０ｇ）（エチレ
ンジアミンおよびフタル酸無水物の反応により調製）お
よび無水フッ化カリウム（４８.５ｇ）の混合物を２０
０℃に加熱し、撹拌しながらそのまま４時間維持した。
この反応混合物をその後冷まし、濾過により塩を除去
し、濾液を１．５リットルの水に注いだ。生成物を濾過
し、蒸散させ（０．０２５ｍｍＨｇ、２２５℃）、１
７．６５ｇのＮ, Ｎ' −ジメチレンビス（テトラフルオ
ロフタルイミド）を黄色固体として得た。この物質をジ
クロロメタン中でスラリーとし、濾過しさらに乾燥させ
て１５.５ｇの純粋な生成物を得た。

【００２５】Ｂ）水素化脱フッ素反応 １０％水酸化ナトリウム水溶液（５ｍｌ）中のＮ, Ｎ'
−ジメチレンビス（テトラフルオロフタルイミド）
（１．０ｇ）および亜鉛末（１．１２ｇ）の混合物を６
５℃に加熱し、９時間そのまま維持し、それから室温ま
で冷まし、濾過して亜鉛塩を除去した。ＧＣＭＳによる
濾液の分析により、Ｎ, Ｎ' −ジメチレンビス（３，
４，６−トリフルオロフタルイミド）の構造と同じであ
ることが示された。この濾液を直接濃硫酸の添加（１
２．８ｇ）により酸性化し、１５０℃で３時間加熱し
た。最終反応混合物のＧＣおよび19Ｆ ＮＭＲによる分
析で、５５％の３，４，６−トリフルオロフタル酸の存
在が示された。以下の８Ｃ−１１Ｃの実施例は、種々の
先行技術による方法と比較するために提示する。

【００２６】実施例８Ｃ テトラフルオロ−Ｎ−メチルフタルイミド（１．０
ｇ）、亜鉛末（１．０ｇ）および氷酢酸（１０ｍｌ）を
合わせ、室温で撹拌した。１０時間後の反応混合物の分
析により、生成物はＮ−メチル−３−ヒドロキシ−３，
４，５，６−テトラフルオロ−ｉ−イソインドリノンで
あることが示された。 実施例９Ｃ テトラフルオロ−Ｎ−メチルフタルイミド（１．０
ｇ）、水素化ホウ素ナトリウム（０．１ｇ）、イソプロ
ピルアルコール（１００ｍｌ）を合わせ、室温で８時間
撹拌した。生成物の分析により、実施例８Ｃのものと同
一であることが示された。 実施例１０Ｃ テトラフルオロフタル酸（０．５ｇ）、亜鉛末（０．３
６ｇ）および５ｍｌの２０％水酸化ナトリウム水溶液を
合わせ、１００℃で２４時間加熱した。このときの混合
物の分析で、主たる生成物は３−ヒドロキシ−２，４，
５−トリフルオロ安息香酸であることが示された。

【００２７】実施例１１Ｃ テトラフルオロフタロニトリル（５．０ｇ）、亜鉛末
（６．５４ｇ）および２５ｍｌの１０％水酸化ナトリウ
ム水溶液をともに混合し、７２℃で３時間加熱した。反
応混合物の分析では、脱フッ素物質は検出できなかっ
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム エス ダーウィン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14220 バッファロー ホイッシー アベニュー 56 (72)発明者 ジェフリー エス スタルツ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14072 グランド アイランド ベースライン ロード 1042

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の式の３，４，６−トリフルオロフタ
   ル酸の製造方法であって、 【化１】 （Ａ）アルカリ金属水酸化物水溶液の存在下で、次の式
   のテトラフルオロフタルイミドを亜鉛で処理し、選択的
   脱フッ素反応生成物を得ること、 【化２】 （ここでＸは１または２で；Ｘが１のとき、Ｒは１価の
   有機基であり；Ｘが２のとき、Ｒは２価の有機基であ
   る）、（Ｂ）該反応生成物を加水分解することを含む上
   記製造方法。
2. 【請求項２】 Ｘが１である、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 Ｒがアルキルである、請求項２に記載の
   方法。
4. 【請求項４】 Ｒがメチルで、かつアルカリ金属水酸化
   物水溶液が１−５０％の水酸化ナトリウム水溶液であ
   る、請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 Ｒがアリールである、請求項２に記載の
   方法。
6. 【請求項６】 Ｒがフェニルで、かつアルカリ金属水酸
   化物水溶液が１−５０％の水酸化ナトリウム水溶液であ
   る、請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 Ｘが２である、請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 Ｒがメチレンで、かつアルカリ金属水酸
   化物水溶液が１−５０％の水酸化ナトリウム水溶液であ
   る、請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 次の式のテトラフルオロフタルイミド化
   合物の選択的水素化脱フッ素法であって、 【化３】 （ここでＸは１または２で；Ｘが１のとき、Ｒは１価の
   有機基で；Ｘが２のとき、Ｒは２価の有機基である）、
   該化合物（Ｉ）をアルカリ金属水酸化物水性媒体中で亜
   鉛と反応させることを含む選択的水素化脱フッ素法。
10. 【請求項１０】 Ｘが１である、請求項９に記載の方
    法。
11. 【請求項１１】 Ｒがアルキルである、請求項１０に記
    載の方法。
12. 【請求項１２】 Ｒがメチルで、かつアルカリ金属水酸
    化物水溶液が１−５０％の水酸化ナトリウム水溶液であ
    る、請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 該水酸化ナトリウム水性媒体が５−２
    ０％の水酸化ナトリウム水溶液である、請求項１２に記
    載の方法。
14. 【請求項１４】 水混和性補助溶剤の存在下で実施され
    る、請求項１０に記載の方法。
15. 【請求項１５】 該補助溶剤がテトラヒドロフランであ
    る、請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 Ｒがアリールである、請求項１０に記
    載の方法。
17. 【請求項１７】 Ｒがフェニルで、かつアルカリ金属水
    酸化物水溶液が１−５０％の水酸化ナトリウム水溶液で
    ある、請求項１０に記載の方法。
18. 【請求項１８】 該水酸化ナトリウム水性媒体が５−２
    ０％の水酸化ナトリウム水溶液である、請求項１７に記
    載の方法。
19. 【請求項１９】 Ｘが２である、請求項９に記載の方
    法。
20. 【請求項２０】 Ｒがメチレンである、請求項１９に記
    載の方法。
21. 【請求項２１】 アルカリ金属水酸化物水性媒体が１−
    ５０％の水酸化ナトリウム水溶液である、請求項２０に
    記載の方法。
22. 【請求項２２】 次の式の３，４，６−トリフルオロフ
    タル酸の製造方法であって、 【化４】 （Ａ）約２０から８０℃の温度で５−２０％の水酸化ナ
    トリウム水溶液の存在下で、次の式のテトラフルオロフ
    タルイミドを亜鉛で処理し、選択的脱フッ素反応生成物
    を得て、 【化５】 （ここでＲは炭素原子が１−８のアルキル、または炭素
    原子６−１４のアリールである）、（Ｂ）鉱酸で処理す
    ることにより該反応生成物を加水分解することを含む、
    上記製造方法。