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JP3569788B2 - 含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法 - Google Patents
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JP3569788B2 - 含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法 - Google Patents

含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法 Download PDF

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フッ素系第4級アンモニウム化合物は、強い吸着性、荷電制御性などの性質を有するため注目されており、電子材料などの分野で応用されている。このフッ素系第4級アンモニウム塩の1種である下記式(H):
【0003】
【化7】
Figure 0003569788
【0004】
のフッ素系第4級アンモニウム塩の製造方法としては、パーフルオロノネンとp−ヒドロキシ安息香酸とを非プロトン性極性溶媒中、塩基性触媒の存在下で反応させ、対応するパーフルオロノネニルオキシ安息香酸を得たのち、酸ハロゲン化物として、アミンまたはアルコールと反応させ、末端をヨウ化メチルで4級化させる方法が知られている(特開昭51−11084号公報)。しかしながら、この方法は、以下の問題点を有する。
【0005】
1.酸ハロゲン化物を得るために毒性の強い塩化チオニルなどを用いるため危険性が高い。
【0006】
2.有害物(HCl、SOなど)を副次的に生成するため、廃水処理工程がさらに必要になる。
【0007】
3.最初の工程で高価なパーフルオロノネンを使用するため経済的ではない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、安全にかつ経済的に含フッ素第4級アンモニウム塩を製造する方法を提供することを主な目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、より安全で廃水処理の必要のない含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法を見い出した。
【0010】
すなわち、本発明は、
(工程(1))一般式(A):
【0011】
【化8】
Figure 0003569788
【0012】
〔式中、Rは、炭素数1〜5のアルキル基である〕で表されるp−ヒドロキシ安息香酸エステルと一般式(B):
【0013】
【化9】
Figure 0003569788
【0014】
〔式中、Yは、OまたはNR(Rは、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である)であり、RおよびRは、同一または相異なって、炭素数1〜4のアルキル基を表し、mは、2〜6の整数である〕で表されるアルコールまたはアミンとを溶媒の存在下または非存在下に反応させて一般式(C):
【0015】
【化10】
Figure 0003569788
【0016】
のエステルまたはアミドを合成し、
(工程(2))次いで生成した該エステルまたはアミドと一般式(D):RX〔式中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基を示し、Xは、脱離基を示す〕で表される化合物とを反応させて一般式(E):
【0017】
【化11】
Figure 0003569788
【0018】
で表される第4級アンモニウム塩としたのち、
(工程(3))該第4級アンモニウム塩を塩基性触媒の存在下で、一般式(F):
【0019】
【化12】
Figure 0003569788
【0020】
〔式中、R、RおよびRは、同一または相異なって、炭素数1〜4のフッ化炭化水素基である〕で表されるフルオロアルケンを反応させることを特徴とする一般式(G):
【0021】
【化13】
Figure 0003569788
【0022】
〔式中、X、Y、m、R、R、R、R、RおよびRは、上記に同じ〕で表される含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法を提供するものである。
【0023】
としては、炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられる。
【0024】
炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示され、より好ましくは、エチル基およびイソプロピル基が例示される。
【0025】
Yとしては、OおよびNRが挙げられる。
【0026】
としては、水素原子および炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられる。
【0027】
アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示される。
【0028】
およびRとしては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示される。
【0029】
mは、2〜6の整数であり、2〜4の整数であることがより好ましい。
【0030】
としては、炭素数1〜4の直鎖または分枝を有するアルキル基が挙げられる。
【0031】
で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基などが例示される。
【0032】
Xとしては、ハロゲン原子、OMs(Msは、メタンスルホニル基)、OTs(Tsは、p−トルエンスルホニル基)などの脱離基が挙げられる。
【0033】
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが例示される。
【0034】
およびRとしては、CF、CFCF、(CFCF、CFCFCFなどが例示される。
【0035】
としては、CF、CFCF、CFCFCFなどが例示される。
【0036】
本発明で好適に製造される化合物としては、X=ハロゲン原子、Y=NRまたはO、m=2〜4、R=エチル基またはイソプロピル基、R=水素原子、R=R=R=メチル基、R=(CFCF、R=(CFCF、R=CFである化合物が例示される。
【0037】
以下、工程(1)〜(3)を説明する。
【0038】
工程(1)
一般式(A)で表されるp−ヒドロキシ安息香酸エステルと一般式(B)で表されるアルコールまたはアミンとの反応により、対応する一般式(C)で表されるエステルまたはアミドを合成する。
【0039】
p−ヒドロキシ安息香酸エステルとアルコールまたはアミンとのモル比は、(p−ヒドロキシ安息香酸エステル):(アルコールまたはアミン)=1:1〜5とし、1:1〜2とすることがより好ましい。
【0040】
溶媒を使用する場合には、極性溶媒を単独または2種以上の混合物として使用することができる。
【0041】
溶媒を使用しない場合には、発生するアルコールを除去するため、減圧下で反応を行なうことが好ましい。
【0042】
アルコールを使用する場合において、
反応時間は、5〜100時間程度とし、10〜50時間程度とすることがより好ましい。
【0043】
反応温度は、100〜200℃程度とし、100〜150℃程度とすることがより好ましい。
【0044】
溶媒としては、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが例示される。
【0045】
アミンを使用する場合において、
反応時間は、5〜100時間程度とし、10〜50時間程度とすることがより好ましい。
【0046】
反応温度は、100〜200℃程度とし、100〜150℃程度とすることがより好ましい。
【0047】
溶媒としては、ブタノール、ヘキサノール、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどが例示される。
【0048】
工程(2)
一般式(C)エステルまたはアミドと一般式(D)の化合物(RX)との反応、すなわち、エステルまたはアミドの末端で第3級アミンを構成する窒素原子に対して、RXが付加する反応により、一般式(E)の第4級アンモニウム塩を合成する。
【0049】
Xとエステルまたはアミドとのモル比は、(RX):(エステルまたはアミド)=1:0.5〜2とし、1:0.8〜1.2とすることがより好ましい。
【0050】
反応時間は、1〜10時間程度とし、2〜5時間程度とすることがより好ましい。
【0051】
反応温度は、0〜100℃程度とし、10〜80℃程度とすることがより好ましい。
【0052】
工程(3)
塩基性触媒の存在下、一般式(E)の第4級アンモニウム塩と一般式(F)のフルオロアルケンとの反応、すなわち、第4級アンモニウムの構造中に存在するフェノールとフルオロアルケンとの反応により、一般式(G)の含フッ素第4級アンモニウム塩を合成する。
【0053】
フルオロアルケンとエステルまたはアミドとのモル比は、(フルオロアルケン):(エステルまたはアミド)=1:0.8〜1.3とし、1:0.9〜1.1とすることがより好ましい。
【0054】
反応時間は、2〜20時間程度とし、3〜10時間程度とすることがより好ましい。
【0055】
反応温度は、0〜50℃程度とし、10〜40℃程度とすることがより好ましい。
【0056】
反応溶媒は、非プロトン性極性溶媒を単独または2種以上の混合物として使用することがより好ましい。
【0057】
反応溶媒としては、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルイミダゾリジン、N−メチルピロリドンなどが例示される。
【0058】
塩基性触媒としては、炭酸のアルカリ金属塩および第3級アミンが使用される。
【0059】
炭酸のアルカリ金属塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどが例示される。
【0060】
第3級アミンとしては、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリンなどが例示される。
【0061】
触媒使用量は、特に限定されないが、一般式(F)のフルオロアルケンと等モル以上で使用することが好ましい。
【0062】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、生成物の収率を低下させることなく、安全にかつ経済的に含フッ素第4級アンモニウム塩を得ることができる。また、SOClを使用しないことから、廃水処理設備を必要とせず、同時に自然環境を汚染しない。
【0063】
【実施例】
以下に実施例を示す。なお、本発明は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
【0064】
実施例1
(工程(1))冷却管、撹拌装置を備えた500mlの4つ口フラスコに、p−ヒドロキシ安息香酸エチル50g(0.30モル)、N,N−ジメチルプロパンジアミン61.5g(0.60モル)を入れ、120℃で45時間反応させた。反応終点は、液体クロマトグラフィーにより反応収率95%であることを確認した。
【0065】
液体クロマトグラフィー条件
装置:Shimazu 6A system
カラム:Fluofix 120N 4.6φ×150mm(ネオス社製)
移動相:MeCN:DDS:HO=14:6:80
DDS=ドデカンスルホン酸およびバッファー物質 pH=3.5 イオン対クロマトグラフィー用(MERCK)
カラム温度:40℃
流速:1ml/min
検出:UV254nm
(工程(2))次に、冷却管、滴下ロート、撹拌装置を備えた500mlの4つ口フラスコに、アミド化によって得られたp−ヒドロキシ安息香酸−(N,N−ジメチルプロパン)アミド64.5g(0.29モル)をイソプロピルアルコール74mlおよびメタノール74mlの混合溶媒に溶解させ、室温下、撹拌しながら、ヨウ化メチル42.8g(0.30モル)を徐々に滴下した。その後3時間反応させ、析出した固体を濾過、乾燥させ、対応する第4級化物を95g得た。
【0066】
液体クロマトグラフィーにより純度98%であることを確認した。
【0067】
(工程(3))さらに、冷却管、滴下ロート、撹拌装置を備えた500mlの4つ口フラスコに、上記(2)の反応によって、第4級化物として得られたp−ヒドロキシ安息香酸アミド40g(0.11モル)、アセトニトリル150ml、炭酸カリウム15.2g(0.11モル)を入れ、室温下、撹拌しながらパーフルオロノネン49.6g(0.11モル)を徐々に滴下した。その後4時間反応させ、熱時濾過し、室温に戻すことによって結晶(生成物(1))を76g得た。
【0068】
実施例2〜5
表1の化合物を使用する以外は実施例と同様の操作を行なった。
【0069】
その結果、表2の生成物(1)〜(3)を得た。
【0070】
表2に生成物(1)〜(3)の物性値を示す。
【0071】
【表1】
Figure 0003569788
【0072】
【表2】
Figure 0003569788
【0073】
以下に表2の生成物(1)〜(3)のH−NMRデータの帰属位置を示す。
【0074】
(化学式中の記号a〜iは、表2の生成物にそれぞれ対応する。)
生成物(1):
【0075】
【化14】
Figure 0003569788
【0076】
生成物(2):
【0077】
【化15】
Figure 0003569788
【0078】
生成物(3):
【0079】
【化16】
Figure 0003569788

Claims (1)

  1. (工程(1))一般式(A):
    Figure 0003569788
    〔式中、Rは、炭素数1〜5のアルキル基である〕で表されるp−ヒドロキシ安息香酸エステルと一般式(B):
    Figure 0003569788
    〔式中、Yは、OまたはNR(Rは、水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である)であり、RおよびRは、同一または相異なって、炭素数1〜4のアルキル基を表し、mは、2〜6の整数である〕で表されるアルコールまたはアミンとを溶媒の存在下または非存在下に反応させて一般式(C):
    Figure 0003569788
    のエステルまたはアミドを合成し、
    (工程(2))次いで生成した該エステルまたはアミドと一般式(D):RX〔式中、Rは、炭素数1〜4のアルキル基を示し、Xは、脱離基を示す〕で表される化合物とを反応させて一般式(E):
    Figure 0003569788
    で表される第4級アンモニウム塩としたのち、
    (工程(3))該第4級アンモニウム塩を塩基性触媒の存在下で、一般式(F):
    Figure 0003569788
    〔式中、R、RおよびRは、同一または相異なって、炭素数1〜4のフッ化炭化水素基である〕で表されるフルオロアルケンを反応させることを特徴とする一般式(G):
    Figure 0003569788
    〔式中、X、Y、m、R、R、R、R、RおよびRは、上記に同じ〕で表される含フッ素第4級アンモニウム塩の製造方法。
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