JP3988134B2 - β−燐化ニトロキシドラジカルの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は下記化学式(I)のβ−燐化ニトロキシド（nitroyde-β-phosphore）ラジカルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【化３】

（ここで、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴およびＲ⁵は以下で定義のものを意味する）
この化合物は特にラジカル重合調節剤として用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
この化合物は下記化学式（II）のＮ−アルキルアミノホスホネートを酸化して得られる：
【０００４】
【化４】

【０００５】
このＮ−アルキルアミノホスホネート（II）はカルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と、第一アミンＲ³ＮＨ₂と、易動な水素を有する燐化合物ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵とを下記のマンニッヒ型反応で反応させて得られる：
【０００６】
【化５】

【０００７】
【特許文献１】 国際特許出願ＷＯ９６／２４６２０号公報
上記国際特許には、第１段階でカルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と第一アミンＲ³ＮＨ₂とをカルボニル化合物／第一アミンのモル比を約１にして反応させ、第２段階で第１段階で得られた化合物に燐化合物：ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵を燐化合物／第１段階で得られた化合物のモル比を１．５〜２．５またはそれ以上にして添加する方法が開示されている。しかし、この方法にはいくつかの欠点がある。
すなわち、第１段階でカルボニル化合物と第一アミンとを反応させて下記反応式に従ってイミンを作る際に、生じた水を燐化合物の添加前に除去していないため、燐化合物が加水分解する危険がある（特に亜燐酸塩の場合）：
【０００８】
【化６】

【０００９】
さらに、第１段階で得られた化合物（イミン）に対して大過剰量の燐化合物（１５０〜２５０％またはそれ以上）を用いることは工業プロセスでは許されない。
【００１０】
さらに、過剰に用いた燐化合物の除去が難しいだけでなく、燐化合物が多くの不純物を発生させる危険がある（亜燐酸塩の場合には未変換のカルボニル化合物と反応してヒドロキシホスホネート（＞Ｃ（ＯＨ）−Ｐ（Ｏ）＜）を生じる）。過剰量の燐化合物ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵が化合物（II）およびカルボニル化合物と反応して重質化合物を生じることになる。
これらの不純物が粗生成物（II）中に存在すると、Ｎ−アルキルアミノホスホネート（II）の精製が難しくなり、次の段階で用いるのが難しくなる。
【００１１】
前記欠点を克服するために、本出願人は下記の段階（ａ）〜（e）に従ってカルボニル化合物:Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と、第一アミン:Ｒ³ＮＨ₂と、燐化合物:ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵とを反応させてアミノホスホネート(II)を合成する方法を既に提案している：
【００１２】
（ａ）カルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と第一アミン：Ｒ³ＮＨ₂とをＲ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）／Ｒ³ＮＨ₂のモル比を０．８〜１．５にして０〜１２０℃の温度で１〜１０ｂａｒの圧力で反応させ、生成した水を反応媒体から除去し、
（ｂ）（ａ）で得られた化合物を燐化合物：ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵と０〜１２０℃の温度で、ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵／化合物（ａ）のモル比を１．５以下、好ましくは１〜１．５にして反応させ、
（ｃ）（ｂ）で得られた反応媒体を酸処理した後、有機溶媒を添加し、静置分離して水相を回収し、得られた水相を塩基処理し、
（ｄ）（ｃ）と同じ有機溶媒を用いてアミノホスホネートを抽出し、
（ｅ）溶媒を完全に除去し、上記アミノホスホネート（II）を単離し、それを下記の（a¹）、（a²）、（a³）の段階で酸化してβ−燐化ニトロキシドを製造する。
【００１３】
上記の方法で従来技術の欠点の一部を解決することはできるが、段階（ｂ）の亜リン酸塩とイミンの反応時間が長く（数時間）、重質不純物を含まない場合でも、アミノホスホネートIIを得るためには時間のかかる酸/塩基による精製と溶剤中での抽出処理が必要なため、アミノホスホネート（II）の酸化でβ−燐化ニトロキシド（I）を製造する下記特許（この特許の内容は本明細書の一部を成す）に記載の方法全体に悪影響を与えることになる。
【特許文献２】
フランス国特許第2,788,270号公報
【００１４】
この特許の方法ではアミノホスホネート（II）を下記の段階（a¹）〜（c¹）を用いて酸化する：
（a¹）（ｅ）で得られたアミノホスホネート（II）を水に不溶な有機溶媒に溶解し、
（b¹）得られた媒体中に、−１０℃〜＋４０℃、好ましは−５℃〜＋３０℃の温度で、過酸／アミノホスホネート（II）のモル比は１．５〜２．５、好ましくは１〜１．５にするのに必要な量のハロゲン化されていない有機過酸と、ｐＨを５〜１２、好ましくは６〜９にするのに十分な量のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩の塩基性水溶液あるいはアンモニア水溶液とを同時に激しく攪拌しながら添加して、アミノホスホネート（II）を完全に変換し、
（c¹） 静置分離で有機相を分離回収し、有機溶媒を減圧蒸発させてβ−燐化ニトロキシドを単離する。
【００１５】
この酸化方法を用いることによって十分な純度のβ−燐化ニトロキシドを得ることができるが、この方法はアミノホスホネートIIの製造に時間がかかり、十分な純度を得るためにはコストのかかる精製および単離処理を必要とするためトータルの生産性は低くなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記の段階（ｃ）と（ｄ）の溶剤中での酸/塩基処理および抽出段階（e）を無くし、亜リン酸塩／イミンのモル比をほぼ１にし、段階（ｂ）をルイス酸の存在下で実施することによってアミノホスホネートを迅速に得ることができるということを見出した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象は、カルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と、第一アミンＲ³ＮＨ₂と、燐化合物：ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵（ここで、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵は下記定義の意味を有する）とを反応させて得られる下記化学式（II）：
【００１８】
【化７】

のアミノホスホネートを、５〜１２のｐＨに緩衝した水相を有する水／溶剤の２相媒体中でハロゲン化されていない有機過酸を用いて溶剤中で酸化して下記一般式(I)：
【００１９】
【化８】

【００２０】
（ここで、Ｒ¹およびＲ²は水素原子、炭素数１〜１０の直鎖、分岐鎖または環状のアルキル基、アリール基または炭素数１〜１０のアラルキル基を表し、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、Ｒ¹とＲ²とが互いに結合してＲ¹とＲ²とを含む炭素原子の環を形成し、この環はＲ¹およびＲ²の炭素原子を含めて炭素数が３〜８であり、Ｒ³は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が１〜３０の炭化水素基を表し、少なくとも１つの環を含むことができ、Ｒ⁴およびＲ⁵は炭素数１〜２０の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシル基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基、ジアルキルまたはジアリールアミノ基、アルキルアリールアミノ基またはチオアルキル基を表し、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいはＲ⁴とＲ⁵とが互いに結合して燐原子を含む環を形成し、この複素環は炭素数が２〜４で、１つ以上の酸素、硫黄または窒素原子をさらに含むことができる）
の化合物を製造する方法であって、連続した下記（ａ）および（ｂ）：
（ａ） カルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と第一アミン：Ｒ³ＮＨ₂とを、Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）／Ｒ³ＮＨ₂のモル比を０．８〜１．５、好ましくは０．９〜１．１にして０〜１２０℃の温度で、１〜１０ｂａｒの圧力で反応させ、生成した水を反応媒体から除去するの段階、
（ｂ）得られた化合物を燐化合物：ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵と反応させる段階、
を実施する方法において、
【００２１】
（ｂ）段階を、ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵／（ａ）段階で得られた化合物のモル比をほぼ１にし、１００℃以下の温度で、ルイス酸の存在下で実施し、
（ｂ）段階で得られた反応媒体を精製せずに上記条件下で直接酸化反応させる、ことを特徴とする方法にある。
【００２２】
【実施の態様】
得られたβ−燐化ニトロキシドの純度は減圧フラッシュ蒸留または低温での結晶化で高くすることができる。
本発明ではルイス酸をＢＦ₃、ＢＦ₃のエーテル（例えばジエチルエーテルまたはテトラヒドロフラン）との錯体；ランタニド（例えばイッテルビウム）のトリフルレート（例えばイッテルビウムトリフルオロメタンスルホネート：ＣＦ₃ＳＯ₃）₃Ｙｂ）；ＳｎＣｌ₄、ＳｎＣｌ₂またはＺｎＣｌ₂から選択する。
【００２３】
三フッ化ホウ素ジエチルエーテル（ＣＨ₃ＣＨ₂）₂Ｏ・ＢＦ₃を用いるのが好ましい。
ルイス酸は（ａ）段階で得られたイミンに対して２０モル％以下の量、好ましくは５〜１５モル％の量で用いる。
本発明で使用可能なカルボニル化合物Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）の例としてはトリメチルアセトアルデヒド（ピバルアルデヒド）、イソブチルアルデヒド、シクロヘキサンカルボキシアルデヒド、ジエチルケトン、ジブチルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、４−tert-ブチルシクロヘキサノンまたはα−テトラロンが挙げられる。
【００２４】
本発明で使用可能な第一アミンＲ³ＮＨ₂の例としてはメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、tert-ブチルアミン、ジフェニルメチルアミン、トリフェニルメチルアミン、アニリン、α−ナフチルアミン、ベンジルアミン、１−フェニルエチルアミン、シクロヘキシルアミンまたはシクロペンチルアミンが挙げられる。tert-ブチルアミン、イソプロピルアミン、ジフェニルメチルアミン、１−フェニルエチルアミンまたはシクロヘキシルアミンを用いるのが好ましい。
【００２５】
カルボニル化合物Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と第一アミンＲ³ＮＨ₂との反応（ａ段階）は０〜１２０℃、好ましくは０℃〜６０℃の温度で激しく攪拌しながら行う。この反応は一般に１〜１０ｂａｒの圧力、好ましくは大気圧で窒素またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行われる。反応時間は広範囲に変えることができ、用いるアミンの反応性に依存する。カルボニル化合物Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）が完全に変換されたことはクロマトグラフ（ＧＣ）分析で確認できる。
反応完了後、攪拌を止め、反応媒体を静置分離する。静置分離は一般に迅速に行われる。次いで水相を除去する。この水相の水のほぼ全量はカルボニル化合物と第一アミンとの下記反応に従ってイミンが生成する際に生じた水である：
【００２６】
【化９】

【００２７】
水の除去は静置分離した層にモレキュラーシーブ等の脱水剤を添加するか、共沸蒸留で行うことができる。
【００２８】
次に、（ａ）段階で得られたイミン（III）を化合物ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵と反応させる（ｂ段階）。
本発明で使用可能な燐化合物ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵の例としては亜燐酸ジメチル、亜燐酸ジエチル、亜燐酸ｎ−プロピル、亜燐酸ジベンジルまたは亜燐酸ジイソプロピル、亜燐酸ジ（ｎ−ドデシル）、ジフェニルホスフィンオキシドまたはジベンジルホスフィンオキシドが挙げられる。
１００℃以下、好ましくは４０℃〜８０℃の温度で激しく攪拌しながら、燐化合物ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵を（ａ）段階で得られたイミン（III）に添加する。（ａ）段階と同様に、この反応は不活性ガス雰囲気下で好ましくは大気圧下で行われる。添加完了後にルイス酸をゆっくりと添加する。
【００２９】
ルイス酸を添加すると発熱し、温度は１００℃以下、一般には４０℃〜８０℃に上昇する。添加終了後、ルイス酸添加終了時の温度で反応媒体を１時間以下の時間攪拌し続ける。
燐化合物ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵は、（ａ）段階で得られたイミンに対して燐化合物／イミン（III）のモル比がほぼ１となるように用いる。
次に、（ｂ）段階で得られた反応媒体を上記の（ａ¹）〜（ｃ¹）の段階に記載の方法で直接酸化する。
（ａ¹）〜（ｃ¹）の段階で使用可能な有機溶媒の例としては脂肪族炭化水素、例えばペンタン、ヘプタンまたはシクロヘキサン、塩素化溶媒、例えばＣＨ₂Ｃｌ₂、脂肪酸エステル、例えば酢酸エチルまたはプロピロン酸エチルまたは少なくとも上記の溶媒の２つの混合物が挙げられる。
【００３０】
本発明で使用可能なハロゲン化されていない有機過酸の例としては過酢酸、過プロピオン酸または過ブタン酸が挙げられる。
化合物（Ｉ）は元素分析、ＨＰＬＣ、ＩＲおよびＥＰＲで同定できる。
本発明で得られる化合物（II）はプロトン、¹³Ｃおよび³¹Ｐ ＮＭＲ、ＩＲおよび元素分析で同定できる。
本発明方法で得られる化合物はラジカル重合の調節剤として用いるのに十分な純度を有する。
【００３１】
本発明方法は迅速に進み、アミノホスホネート合成時に溶剤を用いる必要がなく、アミノホスホネートを精製する必要がなく、従って、廃液量が少なくなり、その結果、処理操作が少なくなり、生産性が向上するという利点がある。
さらに、本発明方法にはβ−燐化ニトロキシドラジカルを高い収率で得られるという利点がある。
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００３２】
実施例
ジエチル２，２−ジメチル−１−（１，１−ジメチルエチルアミノ）プロピルホスホネート（以下、アミノホスホネート）の酸化によるＮ− tert- ブチル−１−ジエチルホスホノ−２，２−ジメチルプロピルニトロキシドの製造
均圧滴下漏斗、バブラーに流入する還流凝縮器、窒素注入口、馬蹄形攪拌器および温度計を備えた２ｌ容のジャケット付反応器ＳＶＬ中で窒素雰囲気下に反応を実行した。
【００３３】
窒素でパージした反応器中に１００ｇ（１．１６モル）のピバルデヒドを入れる。８４．９ｇ（１．１６モル）のtert-ブチルアミンを滴下漏斗に入れる。tert-ブチルアミンを周囲温度で１滴ずつ添加する。tert-ブチルアミンの添加後、混合物を３５℃に加熱し、２時間反応させる。混合物を冷却し、生成した水相を除去する。
【００３４】
次いで、１７６．２ｇ（１．２８モル）の亜燐酸ジエチルを４０℃で１滴ずつ添加し、１６．５ｇ（０．１１６モル）の（ＣＨ₃ＣＨ₂）₂Ｏ・ＢＦ₃錯体を１滴ずつ添加した。温度を６０℃に上昇させる。この錯体の添加終了後、混合物を６０℃で１時間反応させる。
３５６ｇの無色で液体状の粗アミノホスホネートが得られる。ＨＰＬＣ法によって測定した純度は８０％（収率＝９０％）である。この粗反応生成物をそのまま酸化反応に用いる。
【００３５】
上記反応器に３９５．５ｇ（２．０８モル）の４０％過酸を入れ、３５０ｇのジクロロメタンと３５０ｇの水とを添加する。３５％のＫ₂ＣＯ₃を添加して反応媒体をｐＨ＝７．２に中和する。温度を２０〜２５℃に維持し、Ｋ₂ＣＯ₃を添加してｐＨを７．２に保ったまま、３５６ｇ(１．０４モル)の８０％粗アミノホスホネートを一滴ずつ添加する。アミノホスホネートを添加してから、ｐＨを７．２に保ったまま混合物を周囲温度で１時間反応させる。反応終了後、３５％のＫ₂ＣＯ₃を添加してｐＨを８にする。静置分離し、水相を除去する。有機相を水で洗浄する。溶剤を真空下で蒸発させると、橙色で液状の２６３ｇのニトロキシドが生じる。ＨＰＬＣで測定される純度は８５％（０．７６モル）、全体の収率は６６％である。

Claims (12)

1. カルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と、第一アミンＲ³ＮＨ₂と、燐化合物：ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵（ここで、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵は下記定義の意味を有する）とを反応させて得られる下記化学式（II）：
   

   

   のアミノホスホネートを、５〜１２のｐＨに緩衝した水相を有する水／溶剤の２相媒体中でハロゲン化されていない有機過酸を用いて溶剤中で酸化して下記一般式(I)：
   

   

   （ここで、Ｒ¹およびＲ²は水素原子、炭素数１〜１０の直鎖、分岐鎖または環状のアルキル基、アリール基または炭素数１〜１０のアラルキル基を表し、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいは、Ｒ¹とＲ²とが互いに結合してＲ¹とＲ²とを含む炭素原子の環を形成し、この環はＲ¹およびＲ²の炭素原子を含めて炭素数が３〜８であり、Ｒ³は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が１〜３０の炭化水素基を表し、少なくとも１つの環を含むことができ、Ｒ⁴およびＲ⁵は炭素数１〜２０の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシル基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基、ジアルキルまたはジアリールアミノ基、アルキルアリールアミノ基またはチオアルキル基を表し、互いに同一でも異なっていてもよく、あるいはＲ⁴とＲ⁵とが互いに結合して燐原子を含む環を形成し、この複素環は炭素数が２〜４で、１つ以上の酸素、硫黄または窒素原子をさらに含むことができる）
   の化合物を製造する方法であって、連続した下記（ａ）および（ｂ）：
   （ａ） カルボニル化合物：Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）と第一アミン：Ｒ³ＮＨ₂とを、Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）／Ｒ³ＮＨ₂のモル比を０．８〜１．５にして０〜１２０℃の温度で、１〜１０ｂａｒの圧力で反応させ、生成した水を反応媒体から除去するの段階、
   （ｂ）得られた化合物を燐化合物：ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵と反応させる段階、
   を実施する方法において、
   （ｂ）段階を、ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵／（ａ）段階で得られた化合物のモル比をほぼ１にし、１００℃以下の温度で、ルイス酸の存在下で実施し、
   （ｂ）段階で得られた反応媒体を精製せずに上記条件下で直接酸化反応させる、
   ことを特徴とする方法。
2. ルイス酸をＢＦ₃、ＢＦ₃とジエチルエーテルまたはテトラヒドロフランとの錯体、ランタニドのトリフルレート、ＳｎＣｌ₄、ＳｎＣｌ₂およびＺｎＣｌ₂の中から選択する請求項１に記載の方法。
3. ルイス酸が三フッ化ホウ素ジエチルエーテル（ＣＨ₃ＣＨ₂）₂Ｏ・ＢＦ₃である請求項２に記載の方法。
4. ルイス酸を（ａ）段階で得たイミンに対して２０モル％以下の量で用いる請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ルイス酸を（ａ）段階で得たイミンに対して５〜１５モル％の量で用いる請求項４に記載の方法。
6. アミンＲ³ＮＨ₂がtert-ブチルアミン、イソプロピルアミン、ジフェニルメチルアミン、１−フェニルエチルアミンまたはシクロヘキシルアミンである請求項１に記載の方法。
7. アミンＲ³ＮＨ₂がtert-ブチルアミンである請求項６に記載の方法。
8. 燐の誘導体ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵が亜燐酸ジメチル、亜燐酸ジエチル、亜燐酸ｎ−プロピル、亜燐酸ジイソプロピルまたは亜燐酸ジベンジルである請求項１に記載の方法。
9. 燐の誘導体ＨＰ（Ｏ）Ｒ⁴Ｒ⁵が亜燐酸ジエチルである請求項８に記載の方法。
10. カルボニル化合物Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）がピバルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、シクロヘキサンカルボキシアルデヒドまたはシクロヘキサノンである請求項１に記載の方法。
11. カルボニル化合物Ｒ¹Ｒ²Ｃ（Ｏ）がピバルアルデヒドである請求項１０に記載の方法。
12. ハロゲン化されていない有機過酸が過酢酸または過プロピオン酸である請求項１に記載の方法。