JP2004189655A

JP2004189655A - マイクロ波によるフッ素化方法

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Publication number: JP2004189655A
Application number: JP2002358249A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Hara; 正治原; Tsutomu Fukuhara; 彊福原
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】基質に対するフッ素化反応を、穏やかな条件下に短時間で安全かつ効率的に進行させる方法を提供する。
【解決手段】基質と例えばＨＦ−塩基錯体のようなフッ素化剤を、必要に応じて反応剤を共存させ、マイクロ波及び／又はマイクロ波近傍の電磁波照射下に反応させる。
【選択図】無し

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフッ素化方法、特にマイクロ波（マイクロ波及び／又はマイクロ波近傍の電磁波で０．３から３００ＧＨｚの範囲の電磁波を指す）照射下に、ＨＦ−塩基からなるフッ素化剤と基質、或いは必要に応じて反応剤の共存下に、基質をフッ素化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
含フッ素化合物は、フッ素原子に由来する特異な性質が有用な機能発現に繋がる事から医薬、電子材料分野を始めとする様々な分野に於いて注目を集めており、応用例には枚挙の遑が無い。この為、効果的にフッ素原子を基質に導入する方法が種々検討されている。良く知られたフッ素化技術としては、フッ素ガスによる直接フッ素化法（例えば、特許文献１参照）、ハロゲン原子を持つ化合物にＨＦ、或いはＫＦ等のフッ素のアルカリ金属塩を用いてハロゲン−フッ素交換を行う、所謂、ハロゲン交換法（例えば、非特許文献１参照）、フッ化水素とピリジンやトリエチルアミン等の塩基類を用いる方法、超原子価ヨウ素、例えばＩＦ_５等を用いる方法、ＳＦ_４、ＤＡＳＴ、或いはＹａｒｏｖｅｎｋｏ試薬の様なフルオロアルキルアミン等の特定のフッ素化剤を用いる方法や電解フッ素化法等が挙げられる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
従来技術のフッ素ガスやＳＦ_４、或いはＤＡＳＴ等を用いるフッ素化法は反応の安全性の点で大きな問題がある事から（例えば、非特許文献２参照）、簡便にかつ安全にフッ素原子を導入できる求核フッ素化剤、例えば、ＨＦ−塩基類は、塩基に配位するＨＦ分子の数が変わると蒸留可能となり、腐食の恐れが無く、ガラス容器を用い得る事等から、研究開発の初期段階で良く使われており、その応用について詳述された文献もある（例えば、非特許文献３、及び４参照）。例えば、α位のカルボニル基によって活性化されたハロゲン含有化合物に対するハロゲン−フッ素交換、トリクロロピリミジン類のハロゲン−フッ素交換、及び糖トリフレートのハロゲン−フッ素交換による糖のフッ素化、オキシラン化合物の開環フッ素化（フルオロヒドリン化）によるフルオロエタノール類の合成、不飽和化合物のハロフルオロ化、或いはフルオロスルフェニル化、脱ジアゾフッ素化によるフルオロベンゼン合成、１，３−ジチオランやヒドラゾン類のｇｅｍ−ジフッ素化、或いはシリルエーテル類の脱保護反応等が実施出来る。
【０００４】
しかし、ＨＦ−塩基類は、ＨＦを容易に放出しない様に安全性を高める事が出来る反面、求核性を持ったフッ素アニオンが放出し難くなり、反応性も低いと言う欠点を併せ持つものであった。従って、反応成績を上げる為には過酷な条件を必要とし、所望の反応を進行させる事が困難である事も多い。その他にも、工業的な観点から、より低温、短時間で反応を完結し、エネルギーコストを改善する余地が残されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５３−１８２７号公報
【非特許文献１】
有機合成化学、４７巻、有機合成化学協会発行、１９９９年、ｐ．２５８
【非特許文献２】
ＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＯｒｇａｎｉｃＦｌｕｏｒｉｎｅＣｏｍｐｏｕｎｄｓＩＩ，Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ，ＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍ．Ｓｏｃｉｅｔｙ，１９９５，ｐ．１８７
【非特許文献３】
ＪｏｕｒｎａｌｆｕｒｐｒａｃｔｉｓｃｈｅＣｈｅｍｉｅＣｈｅｍｉｋｅｒ−Ｚｅｉｔｕｎｇ，３３８（１９９６）ｐ．９９−１１３
【非特許文献４】
Ｇ．Ａ．Ｏｌａｈ，ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＦｌｕｏｒｉｎｅＣｈｅｍｓｔｒｙｃｈａｐｔｅｒ８，１９９２ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ．
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、例えば、α位，β位，またはγ位の置換基によって活性化された水素原子を有する化合物、シリルエーテル化合物、若しくは官能基として、不飽和基、水酸基、ハロゲノ基、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基を有する化合物、或いはヘテロ原子を持つ事のある３員環以上の多員環化合物等の種々の基質に対するフッ素化反応、即ちハロゲン化合物類のハロゲン−フッ素交換、オレフィンやアルキン等の不飽和基のハロフルオロ化、或いはフルオロスルフェニル化、ニトロフルオロ化、アルコールや糖類の水酸基のフッ素化、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基の脱ジアゾフッ素化等に代表される該官能基のフッ素への変換、環状化合物類の開環フッ素化、１，３−ジチオランやヒドラゾン等のｇｅｍ−ジフッ素化、オルソチオエステル類のｇｅｍ−トリフッ素化、酸化的フッ素化、還元的フッ素化反応やシリルエーテル類の脱保護反応に於いて取り扱いの容易なＨＦ−塩基錯体を用いてフッ素化反応を熱反応に比べてより短時間で効率的に進行させる方法を提供する事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決する為に、従来、フッ素化反応への応用が殆ど省みられていなかったマイクロ波によるフッ素化反応の促進を試みた。その結果、トリエチルアミン−３ＨＦ等の腐食性の無い、安定で反応性の低い、ＨＦ−塩基類を用いても、穏和な条件で、短時間、効率的にフッ素化が可能である事を見出し、本発明に到達した。
【０００８】
即ち、本発明は、基質とフッ素化剤、或いは必要に応じて反応剤の共存下に、マイクロ波、及び／又はマイクロ波近傍の電磁波照射下に該基質をフッ素化する方法であり、フッ素化剤がＨＦと塩基からなる錯化合物である事を特徴とする、α位，β位，またはγ位の置換基によって活性化された水素原子を有する化合物、シリルエーテル化合物、若しくは官能基として、不飽和基、水酸基、ハロゲノ基、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基を有する化合物、或いはヘテロ原子を持つ事のある３員環以上の多員環化合物等の基質をフッ素化する（１）から（６）に示す方法である。
（１）基質とフッ素化剤、或いは必要に応じて反応剤の共存下に、マイクロ波、及び／又はマイクロ波近傍の電磁波照射下に該基質をフッ素化する方法。
（２）フッ素化剤が、ＨＦと塩基からなる錯化合物である（１）に記載の方法。
（３）基質が、α位，β位，またはγ位の置換基によって活性化された水素原子を有する化合物、シリルエーテル化合物、若しくは官能基として、不飽和基、水酸基、ハロゲノ基、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基を有する化合物、或いはヘテロ原子を持つ事のある３員環以上の多員環化合物である（１）、及び（２）に記載の方法。
（４）基質が、糖類、シクロプロパン環、オキシラン環、アジリジン環、アジリン環、または１，３−ジチアン環を含有する事のある（１）から（３）に記載の方法。
（５）フッ素化剤がトリアルキルアミン−ＨＦ錯体である、（１）から（４）に記載の方法。
（６）フッ素化剤がトリエチルアミン−３ＨＦ錯体である、（１）から（４）に記載の方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる基質は、α位，β位，またはγ位の置換基によって活性化された水素原子を有する化合物、シリルエーテル化合物、若しくは官能基として、不飽和基、水酸基、ハロゲノ基、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基を有する化合物、或いはヘテロ原子を持つ事のある３員環以上の多員環化合物である。
これらの基質は、例えば、ハロゲン化合物類のハロゲン−フッ素交換、オレフィンやアルキン等の不飽和基のハロフルオロ化、或いはフルオロスルフェニル化、ニトロフルオロ化、アルコールや糖類の水酸基のフッ素化、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基の脱ジアゾフッ素化等に代表される該官能基のフッ素への変換、環状化合物類の開環フッ素化、１，３−ジチオランやヒドラゾン等のｇｅｍ−ジフッ素化、オルソチオエステル類のｇｅｍ−トリフッ素化、酸化的フッ素化、還元的フッ素化反応やシリルエーテル類の脱保護反応等を起こし得る化合物である。
【００１０】
具体的には、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロデセン、シクロドデセン、ブテン、２，３−ジメチルブテン、メチレンシクロヘキセン、５α−コレスト−２−エン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、オキセタン、オキソラン、シクロヘキセンオキシド、シクロオクテンオキシド、シクロデセンオキシド、シクロドデセンオキシド、アルキルオキシラン、スチレンオキシド、ノルボルネンオキシド、アジリジン、アジリン、チイラン、アゼチジン、アゾリジン、チアゾリジン、１，３−ジチアン等のヘテロ原子を有する事のある環状化合物類、また電子吸引性基を持つ為に求核性が高まった芳香族化合物類や芳香族ジアゾニウム塩、複素環化合物類、例えば、インダノン、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、メバロノラクトン、ブロモアセトン、ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、チオ安息香酸、チオ安息香酸メチル、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチルやトリクロロピリミジン等が挙げられる。更には、官能基として水酸基を有するアルコールや糖類、グリコシド、単糖無水物、オリゴ糖や多糖類等があり、例えば、アリルアルコール、アリルベラトロール、シトロネラール、α−Ｄ−グルコピラノース、β−Ｄ−フルクトフラノース、α−Ｄ−ｘｙｌｏ−ヘキソピラノース−４−ウロース、β−Ｄ−グルコピナルロン酸等が挙げられる。その他にも、不飽和結合を有するプロピレン、ブテン、トラン、アセチレン類やフラーレン等の籠状炭化水素類等であるが、これらは他の官能基を複数持つ事があっても良い。
他の官能基とは、例えば、１級、２級、及び３級の単独、または複数の水酸基、チオール基、ホルミル基、カルボニル基、カルボニルオキシ基、アルキルオキシカルボニル基、シアノ基、スルホニル基、アルキルスルホニル基、スルフェニル基、チオカルボニル基、ニトロ基、アミノ基、ジアゾ基等であるが、有機化合物だけに限らず、無機化合物やポリマーの表面に該官能基を導入した材料、或いは同様の有機−無機ハイブリッド材料に対しても適用出来る。当然ながら、本発明はこれらの具体例にのみ限定されるものでは無い。
【００１１】
フッ素化剤は、通常、フッ素試薬として利用可能なものであり、熱暴走の恐れの無い含フッ素化合物であれば用いる事が出来るが、好ましいのは、ピリジン−ＨＦ錯体、メラミン−ＨＦ錯体、アルキルアミン−ＨＦ錯体等のＨＦ−塩基類である。中でもトリエチルアミン−ｎＨＦ錯体（ｎは通常、整数）のトリエチルアミン−３ＨＦが、蒸留可能であり、腐食性が無く、ガラス容器が使用出来る等の簡便な取り扱いが可能である事から特に好ましい。
フッ素化剤以外にも該反応を促進する目的で反応剤を共存させる事が出来る。例えば、１，３−ジチアン等のｇｅｍ−ジフッ素化ではＮＢＳ、ＤＢＨや塩化硫黄等を用い、オレフィンやアルキンのハロフルオロ化、或いはフルオロスルフェニル化ではＨＦ−塩基と共にスルフリル化合物を用いる。
【００１２】
反応は、回分式、半回分式、或いは連続方式での実施が可能であり、例えば、通常の回分反応器等にマイクロ波が漏れて障害が起きない様にシールドを施し、マイクロ波を照射するだけで良い。この目的には、マイクロ波オーブンが好適であり、市販の化学合成用オーブンを用いる事も出来る。照射に用いるマイクロ波の振動数は０．３から３００ＧＨｚの範囲であれば良く、通常は１から３０ＧＨｚが好ましいが、３０から３００ＧＨｚのミリ波や０．３から１ＧＨｚ未満の領域の電磁波を使う事も出来る。照射は連続的、或いは断続的に温度を制御しながら行う等の方法を適宜選択する事が出来る。
殆どの場合、照射時間は熱反応の場合に比べて短時間で済み、０．１分から６０分で反応を行う事が好ましい。特に好ましい照射時間は１分から３０分である。しかし、必要に応じて長時間のマイクロ波照射を行う事も出来る。
反応温度は基質、フッ素化剤、及び反応生成物が安定な範囲で実施可能であり、通常２５℃前後の室温から３００℃の範囲が好ましいが、必要に応じて室温以下、或いは通常の熱反応と同様に室温から２００℃の温度範囲で温度を制御して行う事も出来る。
【００１３】
含フッ素化合物の使用量は、基質の対象となる官能基１モルに対して１モル以上を用いる事が好ましいが、過剰、或いは化学量論的に不足のまま反応させても良い。
該フッ素化反応を進行させる上で溶媒を用いる必要は無いが、攪拌を充分行う為や温度上昇を防ぐ為に溶媒を用いても良い。好ましい溶媒としては、基質、フッ素化合物や生成物に対して不活性な脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、芳香族ハロゲン化炭化水素、ニトリル、エーテル類等であり、適宜これらから選択して用いる事が出来る。
マイクロ波照射が終了した後は、通常の熱反応の場合と同様な後処理、抽出、蒸留、濾過等を施して反応生成物を分離すれば良い事は言うまでもない。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明を実施例、参考例、及び比較例によって具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
フッ素化反応は、ピラミッド型分配器による連続的な均一照射が可能なマイクロ波オーブン（幅、奥行き５５ｃｍ、高さ７０ｃｍ、出力１ＫＷ、周波数２．４６ＧＨｚ）内に、還流冷却器を備えた５ｍｌのフッ素樹脂（ＰＦＡ）製反応器を設置して行った。
【００１５】
実施例１
基質としてシクロヘキセンオキサイド（１ｍｍｏｌ：０．１ｇ）とフッ素化剤としてトリエチルアミン−３ＨＦ（０．６ｍｍｏｌ：０．１ｇ）を加え攪拌せずに、マイクロ波を２分間照射した。マイクロ波照射終了後、室温まで冷却し、反応生成液を水１５ｍｌ中に注いで、ジエチルエーテル１５ｍｌで３回抽出を行った。抽出液を炭酸水素ナトリウム水溶液で中和し、適量の無水炭酸カリウムを加えて乾燥した。溶媒を減圧除去した後、カラムクロマトグラフィー（Ｈｅｘａｎｅ：Ｅｔ_２Ｏ＝１：１）で精製した。生成物として、ｔｒａｎｓ−２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｌが収率７１％（純度９８％以上）で得られた。
【００１６】
比較例１
実施例１に於いてマイクロ波を照射せず、反応温度１１５℃、４時間の条件で実施した以外は同様に行った。生成物である、ｔｒａｎｓ−２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｌの収率は６１％であった。
【００１７】
実施例２
実施例１と同様の装置を用いて、シクロドデセンオキシド（１ｍｍｏｌ：０．１７ｇ、異性体比＝３１：６９）とＥｔ_３Ｎ−３ＨＦ（０．６ｍｍｏｌ：０．１ｇ）を入れて、マイクロ波を１０分間照射した以外は実施例１と同様にして行った。生成物として２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｄｏｄｅｃａｎｏｌが収率７６％で得られた。
【００１８】
比較例２
実施例２に於いてマイクロ波を照射せず、反応温度１５５℃、４時間の条件で実施した以外は同様に行った。生成物である、２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｄｏｄｅｃａｎｏｌの収率は５４％であった。
【００１９】
実施例３
実施例１と同様の装置を用いて、シクロオクテンオキシド（１ｍｍｏｌ）とＥｔ_３Ｎ−３ＨＦ（１ｍｍｏｌ）を入れて、マイクロ波を１０分間照射した以外は実施例１と同様にして行った。生成物としてｔｒａｎｓ−２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｏｃｔａｎｏｌが収率６８％で得られた。
【００２０】
比較例３
実施例３に於いてマイクロ波を照射せず、反応温度１５５℃、４時間の条件で実施した以外は同様に行った。生成物である、ｔｒａｎｓ−２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｏｃｔａｎｏｌの収率は５４％であった。
【００２１】
実施例４
基質としてシクロドデカン−１，４，８−トリエンモノオキシド（１ｍｍｏｌ）とＥｔ_３Ｎ−３ＨＦ（１ｍｍｏｌ）を入れて、マイクロ波を２分間照射した以外は実施例１と同様にして行った。生成物として２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｄｏｄｅｃａｎｅ−６，１０−ｄｉｅｎｅ−１−ｏｌが収率７８％で得られた。
【００２２】
比較例４
実施例４に於いてマイクロ波を照射せず、反応温度１５５℃、４時間の条件で実施した以外は同様に行った。生成物である、２−Ｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｄｏｄｅｃａｎｅ−６，１０−ｄｉｅｎｅ−１−ｏｌの収率は５１％であった。
【００２３】
実施例５−１２、及び比較例５−１２
表１に、マイクロ波照射下のフッ素化反応（実施例）と熱反応の比較例を纏めて記載した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例１３
実施例１に於いて１０ｍｌのＰＦＡ製反応容器を用いて、３−フェニルプロピルメチルスルホネート（１ｍｍｏｌ）とＥｔ_３Ｎ−３ＨＦ（１．２ｍｍｏｌ）を入れて、マイクロ波を２分間照射した以外は実同様にして行った。生成物として１−Ｆｌｕｏｒｏ−３−ｐｈｅｎｉｒｕｐｒｏｐａｎｅが収率８０％で得られた。
【００２６】
比較例１３
実施例１３に於いて、３−フェニルプロピルメチルスルホネート（１ｍｍｏｌ）とＥｔ_３Ｎ−３ＨＦ（１０ｍｍｏｌ）を、アセトニトリル溶媒（１ｍｌ）中、８０℃で１００時間反応を行い、生成物の収率を調べた。１−Ｆｌｕｏｒｏ−３−ｐｈｅｎｉｒｕｐｒｏｐａｎｅの収率は其々次の通りであった。
１０時間後の収率１２％２０時間後の収率２０％
３８時間後の収率４４％５４時間後の収率７４％
７９時間後の収率８０％１００時間後の収率８０％
【００２７】
【発明の効果】
上記の詳細な説明、及び実施例による具体的な例示によって明らかな様に、本発明によればトリエチルアミン−３ＨＦの様に安定で、実用上、腐食性の無いＨＦ−塩基錯体を用いて、種々の基質、若しくは種々のフッ素化反応、例えば、α位、β位、またはγ位の置換基によって活性化された水素原子を有する化合物、シリルエーテル化合物、或いは官能基として、不飽和基、水酸基、ハロゲノ基、アミノ基、またはジアゾニウム基を有する化合物、若しくはヘテロ原子を持つ事のある３員環以上の多員環化合物等の種々の基質に対する開環フッ素化、不飽和化合物のハロフルオロ化、或いはフルオロスルフェニル化、ハロゲン−フッ素交換、脱ジアゾフッ素化、１，３−ジチオランやヒドラゾン類のｇｅｍ−ジフッ素化、或いはシリルエーテル類の脱保護反応等を、熱反応の場合に比べて穏やかな条件下に短時間で効率的に進行させる事が出来る
。

Claims

基質とフッ素化剤、或いは必要に応じて反応剤の共存下に、マイクロ波、及び／又はマイクロ波近傍の電磁波照射下に該基質をフッ素化する方法。
フッ素化剤が、ＨＦと塩基からなる錯化合物である請求項１に記載の方法。
基質が、α位，β位，またはγ位の置換基によって活性化された水素原子を有する化合物、シリルエーテル化合物、若しくは官能基として、不飽和基、水酸基、ハロゲノ基、アミノ基、ジアゾ基、トリアゼノ基、またはイソシアノ基を有する化合物、或いはヘテロ原子を持つ事のある３員環以上の多員環化合物である請求項１、及び２に記載の方法。
基質が、糖類、シクロプロパン環、オキシラン環、アジリジン環、アジリン環、または１，３−ジチアン環を含有する事のある請求項１から３に記載の方法。
フッ素化剤がトリアルキルアミン−ＨＦ錯体である、請求項１から４に記載の方法。
フッ素化剤がトリエチルアミン−３ＨＦ錯体である、請求項１から４に記載の方法。