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JP4364545B2 - 新規なジフルオロテトラヒドロチオフェン1,1−ジオキシド及びその製造方法 - Google Patents

新規なジフルオロテトラヒドロチオフェン1,1−ジオキシド及びその製造方法 Download PDF

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tetrahydrothiophene
difluoro
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公敬 大久保
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン二次電池またはリチウムポリマー二次電池用の溶媒や添加剤の原料として、さらには医薬、農薬、高分子機能材料等の各種化合物の合成原料として多方面の用途に期待される、極めて有用且つ重要な化合物である、3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(別名、3,3−ジフルオロスルホラン)及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
含フッ素テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(別名、含フッ素スルホラン)の製造は、2,5−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(7)(尚、括弧付きの化合物の番号は、下記のスキーム1〜5中のものと対応する。以下同様)(別名、スルホレン)とフッ素ガスを反応させる方法(非特許文献1)(下記、スキーム1)、テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(8)(別名、スルホラン)とフッ素ガスを反応させる方法(特許文献1及び特許文献2)(下記、スキーム2)が報告されている。前者の方法では、生成物としてシス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(3)(別名、シス−3,4−ジフルオロスルホラン)、トランス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(4)(別名、トランス−3,4−ジフルオロスルホラン)、3−フルオロ−2,3−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(5)、及び3,4−エポキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(6)(別名、3,4−エポキシスルホラン)が得られるものの選択性は乏しかった。後者の方法の場合は、2−フルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(9)及び3−フルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(10)の混合物が得られる。
【0003】
しかし、これら両者の反応においては、本願の対象とする3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(1)は得られていなかった。さらに、これらの製造方法では、非常に高い反応性のために反応の制御が困難となるフッ素ガスを使用しており、危険な方法でもあった。
【0004】
そこで、フッ素ガス以外のフッ素化剤を使用する検討もなされており、その反応例としては、3,4−エポキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(6)と4フッ化硫黄との反応(非特許文献2)(下記、スキーム3)、ならびに3,4−エポキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(6)と3フッ化ジエチルアミノ硫黄との反応(非特許文献3)(下記、スキーム4)でシス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(3)が得られたという報告がなされている。しかしながら、前者の手法では4日間という長い反応時間を必要とし、後者の手法では用いるフッ素化剤が非常に高価であった。なお、いずれの反応においても本願発明の3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(1)は得られていなかった。
【0005】
【化3】
Figure 0004364545
【0006】
【非特許文献1】
J.Fluorine Chem. 93 (1999) 27
【非特許文献2】
Zh. Org. Khim. 9[11] p2428-2429 (1973)
【非特許文献3】
J. Fluorine Chem. 36 (1987) 373
【特許文献1】
特開2002−47286号公報
【特許文献2】
特開2002−155074号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の製造方法による問題点を解決し、簡便な装置ないしは設備で、新規な3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(1)を製造する方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(2)(別名、3,4−ジヒドロキシスルホラン)のフッ素化反応を鋭意検討していたところ、予期せずして3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(1)が、シス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(3)、トランス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(4)、3−フルオロ−2,3−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(5)、及び3,4−エポキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(6)とともに生成することを発見した。
【0009】
即ち、上記の3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを原料に、4フッ化硫黄をフッ素化剤とするとともに、好ましくはフッ化水素存在下で反応させることにより、3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドが効率良く得られることを見出した。
【0010】
本発明の反応を下記スキーム5に示す。
【0011】
【化4】
Figure 0004364545
【0012】
即ち、本発明は、下式[1]:
【0013】
【化5】
Figure 0004364545
【0014】
で表される3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド、および
下式[2]:
【0015】
【化6】
Figure 0004364545
【0016】
で表される3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを4フッ化硫黄と、好ましくはフッ化水素の存在下に反応させることにより、上記3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを製造する方法である。
【0017】
より具体的には、3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを、フッ化水素に溶解させ、これに4フッ化硫黄を反応させた後、有機溶媒に抽出し蒸留精製することで3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを製造するという方法である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。式(2)で示される3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドは、2,5−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを酢酸溶媒中で過酸化水素により酸化することで容易に得ることができる(J. Chem.Soc.,Perkin Trans.1(1972) 1335)。また、3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドは、フッ化水素溶媒に溶解して使用するのが望ましい。その使用量は、好ましくは原料1gに対し1〜20mLである。なお、無溶媒、あるいはジクロロメタンまたはクロロホルム等の塩素系溶媒を使用してもよく、その場合、溶媒の使用量は、好ましくは原料1gに対し0〜20mLである。
【0019】
また、フッ素化剤である4フッ化硫黄の使用量は、好ましくは原料に対して2.0〜15.0倍モル量である。
【0020】
この反応は常圧下でも行えるが、加熱する場合は加圧下で行うのが望ましい。反応圧力は、0〜20MPaの範囲内で行うことができるが、好ましくは、0.5〜3.0MPaである。また、反応温度は、−40〜320℃の範囲内で行うことができるが、望ましくは、0〜150℃である。反応時間は、好ましくは2〜150時間である。反応終了後は、通常の後処理、精製を行うことにより、式(1)で示される3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを得ることができる。
【0021】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の新規化合物の製造方法はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1(3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドの製造)
100mLオートクレーブに、3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(5g,32.9mmol)を仕込み、オートクレーブ容器を−40℃に冷却した。その後、フッ化水素(26g,1.3mol)をオートクレーブ容器に導入した。引き続いて、4フッ化硫黄(18.4g,170mmol)を導入した。その後、オートクレーブ容器を密封し、攪拌機で撹拌させながら80℃で5時間反応させた。反応終了後、低沸点化合物を放棄し、容器内部を充分窒素置換した後、濃褐色粘性液体状の反応混合物をジクロロメタン(40mL)で抽出し、フッ化ナトリウムを加えて残存フッ化水素を除去した。抽出液をセライト濾過し溶媒を留去し、精製することで、3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを24%の収率で得た。
【0022】
その他の化合物として、シス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド、トランス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド、及び3−フルオロ−2,3−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドをそれぞれ、40%、6%及び9%の19F−NMR収率で得た。また、3,4−エポキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを11%の収率で得た。
【0023】
3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドの構造は核磁気共鳴分析及び質量分析等で確認した。核磁気共鳴分析装置は、バリアンジャパン(株)製Varian Gemini 200 NMR Spectrometerを使用し、質量分析装置は(株)島津製作所製GCMS-QP5050Aを使用した。
【0024】
そのスペクトルデータを次に示す。
Figure 0004364545
実施例2
100mLオートクレーブに、3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(5g,32.9mmol)、引き続きジクロロメタン(30mL)を仕込み、オートクレーブ容器を−40℃に冷却した。次に、4フッ化硫黄(11.2g,104mmol)を導入した。その後、オートクレーブ容器を密封し、攪拌機で撹拌させながら55℃で3時間反応させた。反応終了後、低沸点化合物を放棄し、容器内部を充分窒素置換した後、濃褐色粘性液体状の反応混合物をジクロロメタン(40mL)で抽出し、フッ化ナトリウムを加えて残存フッ化水素を除去した。抽出液をセライト濾過し溶媒を留去し、精製することで、3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを5%の収率で得た。
【0025】
その他の化合物として、シス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド、トランス−3,4−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド、及び3−フルオロ−2,3−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドをそれぞれ、23%、15%及び16%の19F NMR収率で得た。また、3,4−エポキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを18%の収率で得た。
参考比較例1
撹拌子、温度計、ラバーセプタム、及び窒素シールを装備した100mLのガラス製三つ口フラスコに、3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド(0.76g,5mmol)を仕込み、引き続いてジクロロメタン(10mL)を加えた。その後、反応容器を−78℃まで冷却し、3フッ化ジエチルアミノ硫黄(1.6g,10mmol)を反応液の中に徐々に加えた。その後、反応温度を−78℃から室温まで昇温させながら反応を行った。反応混合物に20mLの水を加えて洗浄し、水相をジクロロメタンで抽出した。溶媒を減圧留去した後、粗生成物を精製すると、3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドの生成は確認できなかったが、3−フルオロ−2,3−ジヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを59%の収率で得た。

Claims (3)

  1. 下式[1]:
    Figure 0004364545
    で表される3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシド。
  2. 下式[2]:
    Figure 0004364545
    で表される3,4−ジヒドロキシ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを4フッ化硫黄と反応させることにより、請求項1記載の3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを製造する方法。
  3. フッ化水素の存在下で反応させることを特徴とする請求項2記載の3,3−ジフルオロ−2,3,4,5−テトラヒドロチオフェン 1,1−ジオキシドを製造する方法。
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