氟化劑及使用其的含氟化合物的製造方法

2023-08-08 22:51:16 2

專利名稱：氟化劑及使用其的含氟化合物的製造方法
技術領域：
本發明涉及作為以醫農藥化合物和電子材料為主的各種化學製品及其合成中間體等重要的含氟化合物的製造方法以及氟化劑。

背景技術：
已知，使作為氟化劑的氟化鉀與滷化合物或磺酸酯類等能夠發生親核取代反應的化合物反應，將滷原子或磺醯氧基取代成氟原子的方法(例如，專利文獻1、專利文獻2、非專利文獻1、非專利文獻2、非專利文獻3)。
此外，已知使用季銨氟化物作為氟化劑的方法(例如，參照非專利文獻4)以及並用季銨氟化物和氟化銫的方法(例如，參照非專利文獻5。)等。進一步，已知使用包含了氟化氫的腐蝕性和毒性較高的氫氟酸所合成的季銨二氟化物或季膦二氟化物的方法(參照非專利文獻6、專利文獻3和專利文獻4)等。
專利文獻1國際公開專利WO02/092608號公報 專利文獻2國際公開專利WO03/076366號公報 專利文獻3日本特開昭61-161224號公報 專利文獻4日本特開平4-124146號公報 非專利文獻1J.Amer.Chem.Soc.，78，6034(1956) 非專利文獻2Chemistry Lett.，761(1981) 非專利文獻3Synthsis，920(1987) 非專利文獻4J.Org.Chem.，49，3216(1984) 非專利文獻5Synthetic Commun.，18，1661(1988) 非專利文獻6Tetrahedron Lett.，28，4733(1987) 此外，已知使對應的咪唑鎓碳酸鹽的甲醇溶液與氟化銨反應或在水溶劑中與氟化鉀反應來得到作為電解質原料的氟化1-乙基-3-甲基咪唑鎓(參照非專利文獻8和專利文獻5)，進一步，已知使氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓與氟化氫反應，得到作為氟化氫加成物的方法(參照非專利文獻7)。還已知通過將氟化1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽熱分解來製造氟化1-丁基-3-甲基咪唑鎓的水合物(參照非專利文獻9)。
專利文獻5日本特開2003-335734號公報 非專利文獻7J.Fluorine.Chem.，99，1(1999) 非專利文獻8Electrochemical and Solid-State Letters，5(6)A119-A121(2002) 非專利文獻9Green Chemistry，2003，5，361-363

發明內容
根據本申請發明，可以容易地製造含氟化合物。
本發明的第一方式是式(7)所示的含氟有機化合物的製造方法，其特徵在於，使式(1)所示的咪唑鎓鹽與式(6)的有機化合物反應；
式(1)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基， R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基， 且0＜x≤1， Y-表示除了氟化物離子之外的1價陰離子； R-Ln (6) 式(6)中，R表示取代或未取代的飽和烴基，或表示取代或未取代的芳香基，L表示離去基團，n表示大於等於1的整數； R-Fm (7) 式(7)中，R如上所述，m表示滿足不等式1≤m≤n的整數。
本發明的第二方式涉及式(1)所示的咪唑鎓鹽無水物，其如下述式(1)所示；
式(1)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基， R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，且0＜x≤1， Y-表示除了氟化物離子之外的1價陰離子； 但是當x＝1時，R1和R3中的任意一個表示甲基，另一個表示乙基的情況除外。
本發明的第三方式涉及式(1)的咪唑鎓鹽，其如下述式(1)所示；
式(1)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基， R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，且0＜x＜1， Y-表示除了氟化物離子之外的1價陰離子。
本發明的第四方式涉及式(3)所示的咪唑鎓鹽的製造方法，其特徵在於，使式(2)所示的烷基取代咪唑鎓氯化物和氟化銀反應；
式(2)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基， R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，
式(3)中，R1、R2、R3、R4和R5表示與上述相同的意義，且0＜x≤1。
本發明第五方式涉及式(5)所示的含有氟化物離子的烷基取代咪唑鎓鹽的製造方法，其特徵在於，使式(4)的咪唑鎓鹽與氟化鉀在甲醇中反應，
式(4)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基， R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基， Z-表示氯化物離子或溴化物離子，
式(5)中，R1、R2、R3、R4、R5和Z表示與上述相同的意義，且0＜x≤1。

具體實施例方式 首先，對式(1)所示的含有氟化物離子的烷基取代咪唑鎓鹽(下文簡稱為氟化劑(1))進行說明。
作為R1、R2、R3、R4和R5所示的烷基，可以舉出例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、己基、庚基、辛基、壬基、正癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、環丙基、2，2-二甲基環丙基、環戊基、環己基、

基等直鏈狀、支鏈狀或環狀的C1-20的烷基。
所述烷基，可以被選自下述A～I的取代基組中的至少一種取代基取代。
AC1-20的烷氧基以及氟取代的C1-20的烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、三氟甲氧基等) BC6-20的芳基(例如，苯基)以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C6-20的芳基(具體地說，4-甲基苯基、4-甲氧基苯基等)。
CC6-20的芳氧基(例如，苯氧基等)、以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C6-20的芳氧基(例如，2-甲基苯氧基、4-甲基苯氧基、4-甲氧基苯氧基、3-苯氧基苯氧基等)。
DC7-20的芳烷基氧基，以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C7-20的芳烷基氧基(例如，苄氧基、4-甲基苄氧基、4-甲氧基苄氧基、3-苯氧基苄氧基等)。
E氟原子。
FC2-20的烷基羰基(例如，乙醯基、乙基羰基等)。
GC7-20的芳基羰基(例如，苯甲醯基等)，以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C7-20的芳基羰基(例如，苯甲醯基、2-甲基苯甲醯基、4-甲基苯甲醯基、4-甲氧基苯甲醯基等)。
HC8-20的芳烷基羰基(例如，苄基羰基等)，以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C8-20的芳烷基羰基(例如，4-甲基苄基羰基、4-甲氧基苄基羰基等)。
I羧基 作為被取代的烷基的例子，可以舉出例如，氟甲基、三氟甲基、甲氧基甲基、乙氧基乙基、甲氧基乙基、苄基、4-氟苄基、4-甲基苄基、苯氧基甲基、2-氧代丙基、2-氧代丁基、苯甲醯甲基、2-羧乙基等。
作為0＜x＜1時的Y-，可以舉出例如，氯化物離子、溴化物離子、碘化物離子等氟化物離子之外的滷化物離子；四氟硼酸陰離子等硼酸離子；六氟磷酸陰離子等磷酸離子；六氟銻酸陰離子等銻酸離子；三氟甲烷磺酸陰離子等磺酸離子；硝酸離子；碳酸離子、甲基碳酸離子等碳酸離子；乙酸離子、三氟乙酸離子等羧酸離子；二(三氟甲基磺醯基)醯胺陰離子等醯胺離子等。
x可在0＜x≤1的範圍中任意選擇。若x接近於0，則氟化效果降低，若x接近於1，則熔點有升高的趨勢，為了在更低的溫度下效率較高地進行氟化，優選為0.4＜x＜0.9左右的範圍。
作為所述氟化劑，x＝1時，可以舉出例如，氟化1，3-二甲基咪唑鎓、氟化1，2，3-三甲基咪唑鎓、氟化1，2，3，4-四甲基咪唑鎓、氟化1，2，3，4，5-五甲基咪唑鎓、氟化1-甲基-3-乙基咪唑鎓、氟化1，2-二甲基-3-乙基咪唑鎓、氟化1，3-二乙基咪唑鎓、氟化1-甲基-3-(正丙基)咪唑鎓、氟化1-甲基-3-(正丁基)咪唑鎓、氟化1，2-二甲基-3-(正丁基)咪唑鎓、氟化1-甲基-3-(正戊基)咪唑鎓、氟化1-甲基-3-(正己基)咪唑鎓、氟化1-甲基-3-(正辛基)咪唑鎓、氟化1，3-二甲基-2-乙基咪唑鎓、氟化1，3-二甲基-2-(正丙基)咪唑鎓、氟化1，3-二甲基-2-(正丁基)咪唑鎓、氟化1-十二烷基-2-甲基-3-十二烷基咪唑鎓、氟化1-十二烷基-2-甲基-3-苄基咪唑鎓、氟化1-乙氧基甲基-3-甲基咪唑鎓、氟化1-甲基-3-(甲氧基乙氧基甲基)咪唑鎓、氟化1-三氟甲基-3-甲基咪唑鎓等烷基取代咪唑鎓氟化物。
此外，作為在式(1)中，0＜x＜1時的咪唑鎓鹽的具體例子，可以舉出例如，1，3-二甲基咪唑鎓陽離子、1，2，3-三甲基咪唑鎓陽離子、1，2，3，4-四甲基咪唑鎓陽離子、1，2，3，4，5-五甲基咪唑鎓陽離子、1-甲基-3-乙基咪唑鎓陽離子、1，2-二甲基-3-乙基咪唑鎓陽離子、1，3-二乙基咪唑鎓陽離子、1-甲基-3-(正丙基)咪唑鎓陽離子、1-甲基-3-(正丁基)咪唑鎓陽離子、1，2-二甲基-3-(正丁基)咪唑鎓陽離子、1-甲基-3-(正戊基)咪唑鎓陽離子、1-甲基-3-(正己基)咪唑鎓陽離子、氟化1-甲基-3-(正辛基)咪唑鎓、1，3-二甲基-2-乙基咪唑鎓陽離子、1，3-二甲基-2-(正丙基)咪唑鎓陽離子、1，3-二甲基-2-(正丁基)咪唑鎓陽離子、1-十二烷基-2-甲基-3-十二烷基咪唑鎓陽離子、1-乙氧基甲基-3-甲基咪唑鎓陽離子、1-甲基-3-(甲氧基乙氧基甲基)咪唑鎓陽離子、1-三氟甲基-3-甲基咪唑鎓陽離子、1-正十二烷基-2-甲基-3-苄基咪唑鎓陽離子等咪唑鎓陽離子以及含有氟化物離子和氯化物離子二者的咪唑鎓鹽，進一步可以舉出，上述咪唑鎓鹽的氯化物離子分別被溴化物離子、碘化物離子、四氟硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子、六氟銻酸陰離子、三氟甲烷磺酸陰離子、硝酸陰離子、碳酸陰離子、乙酸陰離子、雙(三氟甲基磺醯基)醯胺陰離子等取代的咪唑鎓鹽等。
本發明的作為氟化劑的咪唑鎓鹽(1)中，只要不特別記載，還包括形成了無水鹽或與在水、極性溶劑或二者等中對親核取代氟化反應呈現惰性的化合物形成了絡合物的氟化劑的咪唑鎓鹽(1)。
所述氟化劑(1)，例如可以使用使氟化銀、氟化鉀等氟化物與式(1)中0≤x＜1時的咪唑鎓鹽進行鹽交換反應等方法來製造。此外，例如，可以通過將式(1)中0≤x＜1時的咪唑鎓鹽與x＝1時的氟化咪唑鎓鹽混合來將x調整為任意值。
所述氟化咪唑鎓(1)，例如，可以根據取代咪唑化合物和烷基氯化物的反應(例如，參照Tetrahedron，59，2253(2003)。)等公知的方法來製造。
下文，對通過使用氟化銀和氟化鉀的鹽交換反應來製造氟化咪唑鎓的方法進行詳細的說明。
首先對以使式(2)的氯化咪唑鎓和氟化銀相互作用為特徵的式(3)的含有氯化物陰離子和氟化物陰離子的咪唑鎓鹽的製造方法(下文，簡稱為咪唑鎓鹽(3))進行說明。
氟化銀中有1價和2價的氟化銀，雖然可以使用任意一種氟化銀，但是優選使用1價的氟化銀。此外，作為1價的氟化銀，可以舉出氟化銀(I)和氟化亞銀2種，但是考慮到成本時，優選使用氟化銀(I)。
可以適當地調整氟化銀的使用量，使得x達到在式(3)中0＜x≤1的範圍內所需的數值。例如，期望得到作為咪唑鎓鹽(3)的x＝1的氟化咪唑鎓時，若相對於1摩爾的氯化咪唑鎓(2)，使用大於等於1摩爾的氟化銀，則可以達成目的，通常為1～2摩爾的範圍，優選為1.0～1.1摩爾左右的範圍。
本反應，通常在有機溶劑、水或它們的混合溶劑的存在下實施，也可以不使用溶劑來實施。
作為有機溶劑，可以舉出例如，甲基叔丁基醚、四氫呋喃等醚溶劑；乙腈、丙腈等腈溶劑；二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等醯胺溶劑；環丁碸、二甲基亞碸等含硫溶劑等。
雖然對溶劑的使用量不特別限定，但是若考慮到容積效率，則相對於1重量份的烷基取代咪唑鎓氯化物(2)，通常小於等於100重量份。
反應溫度通常為-20℃～200℃左右的範圍。
對反應試劑的混合順序不特別限定，例如，可以在反應溫度條件下的含有氯化咪唑鎓(2)的溶液中添加氟化銀，也可以與此相反。此外，還可以將兩試劑和溶劑同時混合後再調整反應溫度。
本發應，可以在常壓條件下實施，也可以在加壓條件下實施。
反應結束後，通常，由於利用離子交換生成的氯化銀在體系中沉澱，所以對此沉澱進行過濾或傾析等，使用通常的方法來除去沉澱後，將得到的溶液進行濃縮處理，據此，可以得到含有氟化物離子的烷基取代咪唑鎓鹽(3)。對得到的含有氟化物離子的烷基取代咪唑鎓鹽(3)，可以通過諸如結晶、柱色譜等方法來進行進一步純化。
雖然對於反應的終點，例如可以通過離子色譜等通常的分析方法來確認，但是在氯化銀沉澱時，將未見其沉澱的增加作為終點。
通過使咪唑鎓鹽(4)和氟化鉀在甲醇中相互作用，可以得到咪唑鎓鹽(5)。
可以直接使用市售的氟化鉀，雖然對其使用量不特別限定，但是相對於1摩爾的咪唑鎓鹽(4)，通常使用0.4～2摩爾左右，如此可以達成本發明的目的。
本發明中所使用的甲醇可以含有少量的水或其他有機溶劑，通常使用甲醇的含量大於等於90％作用的溶劑。雖然對其使用量不特別限定，但是相對於1重量份的咪唑鎓鹽(4)，通常小於等於100重量份左右。
反應溫度通常為-20℃～200℃左右的範圍。
咪唑鎓鹽(5)中的x為0＜x≤1的範圍的值根據所需x的值，可主要對氟化鉀和甲醇的使用量、含水量以及反應溫度等進行適當選擇來進行反應。
對反應試劑的混合順序不特別限定，例如，可以在反應溫度條件下的含有咪唑鎓鹽(4)的溶液中添加氟化鉀，也可以與此相反。此外，還可以將兩試劑和溶劑同時混合後再來調整反應溫度。
本發應，可以在常壓條件下實施，也可以在加壓條件下實施。此外，反應的進行，例如可以通過離子色譜、NMR、IR等通常的分析方法來確認。
反應結束後，通常，由於利用離子交換生成的氯化鉀或溴化鉀在體系中析出，所以使用諸如過濾或傾析等通常的方法來除去此沉澱後，將得到的溶液進行濃縮處理，據此，可以得到烷基取代咪唑鎓鹽(5)。濃縮處理過程中，氯化鉀或溴化鉀以及殘存的氟化鉀析出時，可以通過上述通常的方法除去這些無機鹽後，再次進行濃縮處理。對得到的咪唑鎓鹽(5)，根據必要，可以通過諸如結晶、柱色譜等方法進行進一步的純化。
對以與式(6)的有機化合物進行反應為特徵的式(7)所示的含氟有機化合物的製造方法進行說明； R-Ln (6) 式(6)中，R表示取代或未取代的飽和烴基，或表示取代或未取代的芳香基，L表示離去基團，n表示大於等於1的整數(典型地表示1、2或3； R-Fm (7) 式(7)中，R如上所述，m表示滿足1≤m≤n的整數。
作為R表示的飽和烴基，可以舉出例如，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、正戊基、己基、庚基、辛基、壬基、正癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基直鏈狀或支鏈狀的C1-20的烷基。
作為取代飽和烴基的取代基，可以舉出下述取代基。
例如，C5-20的芳基(例如，2-吡啶基、苯基、1-萘基、2-萘基等)以及被選自烷基(例如，C1-3的烷基)、烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)、烷氧基烷基(例如，C1-3的烷氧基取代的C1-3的烷基)和氟原子中的至少1種取代的C5-20的芳基(具體地說，4-甲基苯基、4-甲氧基苯基、3-苯氧基苯基、2，3，5，6-四氟苯基、2，3，5，6-四氟-4-甲基苯基、2，3，5，6-四氟-4-甲氧基苯基、2，3，5，6四氟-4-甲氧基甲基苯基等)； C1-20的烷氧基以及氟取代的C1-20的烷氧基(例如，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、三氟甲氧基等)； C6-20的芳氧基(例如，苯氧基等)以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C6-20的芳氧基(例如，2-甲基苯氧基、4-甲基苯氧基、4-甲氧基苯氧基、3-苯氧基苯氧基等) C7-20的芳烷基氧基以及被選自烷基(例如，C1-3的烷基)、烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)、烷氧基烷基(例如，C1-3的烷氧基取代的C1-3烷基)、苯氧基和氟原子中的至少一種取代的C7-20的芳烷基氧基(例如，苄氧基、4-甲基苄氧基、4-甲氧基苄氧基、3-苯氧基苄氧基、2，3，5，6-四氟苄氧基、2，3，5，6-四氟-4-甲基苄氧基、2，3，5，6-四氟-4-甲氧基苄氧基、2，3，5，6-四氟-4-甲氧基甲基苄氧基)； 氟原子； C2-20的烷基羰基(例如，乙醯基、乙基羰基等)； C7-20的芳基羰基(例如，苯甲醯基等)以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C7-20的芳基羰基(例如，苯甲醯基、2-甲基苯甲醯基、4-甲基苯甲醯基、4-甲氧基苯甲醯基等)； C8-20的芳烷基羰基(例如，苄基羰基)以及烷基(例如，C1-3的烷基)和/或烷氧基(例如，C1-3的烷氧基)取代的C8-20的芳烷基羰基(例如，4-甲基苄基羰基、4-甲氧基苄基羰基等)；以及羧基等。
作為被取代的飽和烴基的具體例子，可以舉出例如，氟甲基、三氟甲基、甲氧基甲基、乙氧基甲基、甲氧基乙基、甲苯基(tolyl)、4-甲氧基甲苯基(4-methoxytolyl)、3-苯氧基甲苯基、2，3，5，6-四氟甲苯基、2，3，5，6-四氟對二甲苯基、2，3，5，6-四氟-4-甲氧基甲苯基、2，3，5，6-四氟-4-甲氧基甲基甲苯基、2-丙基萘基、甲基異丁基酮、苯甲醯甲基、4-甲基苯甲醯甲基、苯乙醯基等。作為取代或未取代的飽和烴基的飽和烴基，優選為伯或仲飽和烴基，更優選為伯飽和烴基。
作為R所表示的芳香基，可以舉出例如，苯基、萘基等烴系芳香基；和吡啶、喹啉等雜芳基。
作為取代芳香基的取代基的例子，除了上述A～I或作為上述取代飽和烴基的取代基而舉出的取代基，還可以舉出磺胺基、氰基、醯氨基。
此外，這些取代基中，相鄰的取代基可以相互鍵合，與該鍵合碳原子一起形成環。可以取代這些芳香基的取代基中，考慮到反應性，優選為吸電子性取代基，作為所述吸電子性取代基，可以舉出例如，氟原子、可被取代的烷基羰基、可被取代的芳烷基羰基、可被取代的芳基羰基、羧基、磺胺基、氰基等。
作為被取代的芳香族化合物，可以舉出例如，苯甲腈、對苯二腈、間苯二腈、鄰苯二腈、氟苯、1，4-二氟苯、苯磺胺、聯苯、2-苯基萘、二苯基醚、3-甲基吡啶、4-苯基吡啶、二苯甲酮、1，2-二苯基乙酮等。
作為L，可以舉出例如，氯原子、溴原子、碘原子、硝基、磺基、能夠被取代的烷基磺醯氧基、能夠被取代的芳基磺醯氧基、能夠被取代的烷基羰基氧基或能夠被取代的芳基羰基氧基等。具有多種所述取代基時，這些基團可以相同或相異。
作為可被取代的烷基磺醯氧基，可以舉出例如，甲烷磺醯氧基、乙烷磺醯氧基、三氟甲烷磺醯氧基等。
作為可被取代的芳基磺醯氧基，可以舉出例如，對甲苯磺醯氧基、苯磺醯氧基、1-萘磺醯氧基等。
作為可被取代的烷基羰基氧基，可以舉出例如，三氟乙醯氧基、五氟乙基羰基氧基等， 作為可被取代的芳基羰基氧基，可以舉出例如四氟苯甲醯氧基、苯甲醯氧基等。
作為式(6)的化合物，可以舉出例如，1-氯丁烷、1-溴丁烷、1-碘丁烷、1-氯戊烷、1-溴戊烷、1-氯-4-溴丁烷、1-氯己烷、1-溴己烷、1，6-二溴己烷、1-氯庚烷、1-溴庚烷、2-氯庚烷、2-溴庚烷、1-氯辛烷、1-溴辛烷、2-氯辛烷、2-溴辛烷、氯化苄基、溴化苄基、氯化4-甲氧基苄基、溴化4-甲氧基苄基、溴化3，4，5-三氟苄基、對甲苯磺酸正丁酯、甲烷磺酸正丁酯、對甲苯磺酸正戊酯、甲烷磺酸正戊酯、對甲苯磺酸正己酯、甲烷磺酸正己酯、對甲苯磺酸正庚酯、甲烷磺酸正庚酯、對甲苯磺酸正辛酯、甲烷磺酸正辛酯、三氟乙酸正丁酯、四氟安息香酸正丁酯、三氟乙酸正辛酯、4-氯硝基苯、4-溴硝基苯、2-氯硝基苯、2-溴硝基苯、4-氰基氯苯、4-氰基溴苯、1-氯-2，4-二硝基苯、四氯對苯二腈、四氯間苯二腈、四氯鄰苯二腈、1，3-二氯-4，6-二硝基苯、2-氯喹啉、2-氯-5-硝基吡啶、2-氯-5-三氟甲基吡啶等。
使用具有多個取代基L的有機化合物時，它們可以是不同的取代基，通常表示下述反應性，既可以是僅反應性最高的取代基被氟原子取代，也可以是根據反應條件，相同或不同的多個取代基被氟原子取代。
R所示的可被取代的芳香基為烴系芳香基時，通常，在對位或鄰位上具有吸電子性取代基的接受親核取代氟化反應的取代基優先被氟原子取代。例如，在4-氯硝基苯的反應中，雖然氯原子和硝基都是接受親核取代氟化反應的取代基，但是在對位上具有吸電性更高的硝基的氯原子優先被氟原子取代，通常選擇地生成4-氟硝基苯。不言而喻，例如，使用極大過量的氟化劑(1)等時，若適當地選擇反應條件，則硝基也可被氟原子所取代，從而可以得到對二氟苯。
此外，R是可被取代的雜芳香族化合物時，通常對於構成雜芳香環的雜原子，2位、4位或6位的接受親核氟化反應的取代基優先被氟原子取代。例如，對於2-氯-3-硝基吡啶，通常，2位的氯代基團被取代，生成2-氟-3-硝基吡啶。不言而喻，例如使用極大過量的氟化劑(1)等時，若適當地選擇反應條件，則硝基也可被氟原子取代，從而可以得到2，3-二氟吡啶。
對於氟化劑(1)的使用量，通常，相對於1摩爾的式(6)的化合物中的欲被氟原子所取代的取代基，以氟化物離子為基準時，為大於等於1摩爾。雖然對其上限不特別限定，但是僅有1個接受親核氟化反應的取代基時，考慮到反應效率，優選為1.5～5.0摩爾左右的範圍。此外，有多個接受親核氟化反應的取代基時，基於上述反應性的優先順序，可以在不期望進行氟化反應的取代基不被氟原子所取代的範圍內，適當地設定使用量。
本反應，可以在有機溶劑、水或它們的混合溶劑的存在下實施，也可以在無溶劑下實施。
作為使用溶劑來實施時的有機溶劑，可以舉出例如，甲基叔丁基醚、四氫呋喃等醚溶劑；乙腈、丙腈等腈溶劑；甲苯、二甲苯等芳香族烴溶劑；環己烷、正庚烷等脂肪族烴溶劑；二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等醯胺溶劑；環丁碸、二甲基亞碸等含硫溶劑等。
使用溶劑時，雖然對溶劑的使用量不限定，但是若考慮到容積效率，則實際上，相對於1重量份的氟化劑(1)，通常小於等於100重量份。
反應溫度太低，則反應難以進行，此外反應溫度太高則由於可能進行原料或產物的分解等副反應，所以實際上，反應溫度通常為-20℃～200℃左右的範圍。
對反應試劑的混合順序不特別限定，例如，可以在反應溫度條件下的式(6)的接受親核取代氟化反應的有機化合物中添加氟化劑(1)，也可以與此相反。此外，還可以同時混合兩試劑後再調整反應溫度。
本發應，可以在常壓條件下實施，也可以在加壓條件下實施。此外，可以通過諸如氣相色譜、高效液相色譜、薄層色譜、NMR、IR等通常的分析方法來確認反應的進行。
反應結束後，進行結晶或蒸餾等，根據需要，添加水和/或不溶於水的有機溶劑，進行提取處理，通過對所得有機層進行濃縮處理，可以得到作為反應產物的含氟化合物。對所得含氟化合物，可以通過諸如蒸餾、柱色譜等方法進行進一步精製。
其中，作為不溶於水的有機溶劑，可以舉出例如，甲苯、二甲苯、氯苯等芳香族烴溶劑；苯、己烷、庚烷等脂肪族烴溶劑；二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿等滷化烴溶劑；乙基醚、甲基叔丁基醚、四氫呋喃等醚溶劑；乙酸乙酯等酯溶劑等。
作為如此得到的氟化合物，可以舉出例如，1-氟丁烷、1-氟戊烷、1，4-二氟丁烷、1-氯-4-氟丁烷、1-氟己烷、1，6-二氟己烷、1-氟庚烷、2-氟庚烷、1-氟辛烷、2-氟辛烷、氟化苄基、氟化4-甲氧基苄基、氟化4-甲基苄基、氟化3，4，5-三氟苄基、4-氟硝基苯、2-氟硝基苯、4-氰基氟苯、1-氟-2，4-二硝基苯、四氟對苯二腈、四氟間苯二腈、四氟鄰苯二腈、1，3-二氟-4，6-二硝基苯、2-氟喹啉、2-氟-5-硝基吡啶、2-氟-5-三氟甲基吡啶等。
反應後，作為含有接受親核取代氟化反應的取代基的混合烷基取代咪唑鎓鹽，可以回收烷基取代咪唑鎓陽離子。通過過濾處理、分液處理等從反應液回收混合烷基取代咪唑鎓鹽，將該混合烷基取代咪唑鎓鹽再次離子交換成氟化物離子，由此可以作為氟化劑(1)再次使用。
實施例 雖然下文通過實施例對本發明進行進一步的詳細說明，但是本發明不限於這些實施例。
實施例1(氟化劑(1)(x＝1)的製造例) 在3角燒瓶中加入22g的氯化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和200g的水，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入16.1g的氟化銀(I)和120g的水，進行溶解後，將2種水溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用水洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮，得到24.5g的氟化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓.2水合物。收率100％。
元素分析值C49.5，H9.9、N14.5、F9.2 計算值C49.5，H9.9、N14.5、F9.8 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.90(t、3H)、1.25(m、2H)、1.72(m、2H)、3.88(s、3H)、4.19(t、2H)、7.79(d、2H)、10.1(bs、1H) 實施例2(氟化劑(1)(x＝1)的製造例) 在3角燒瓶中加入5g的氯化1-甲基-3-正己基咪唑鎓和50g的水，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入3.1g的氟化銀(I)和50g的水，進行溶解後，將2種水溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用水洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮，得到5.4g的無色油。通過元素分析可知，得到的油為氟化1-甲基-3-正己基咪唑鎓的2水合物。收率99％。
元素分析值C54.4，H11.0、N12.7、F8.3 計算值C54.0，H10.4、N12.6、F8.5 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.90(m、3H)、1.29(m、6H)、1.78(m、2H)、3.89(s、3H)、4.18(q、2H)、7.82(d、2H)、10(bs、1H) 實施例3(氟化劑(1)(x＝1)的製造例) 在3角燒瓶中加入5.0g的氯化1-甲基-3-正辛基咪唑鎓和50g的水，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入2.74g的氟化銀(I)和50g的水，進行溶解後，將2種水溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用水洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮，得到5.8g的無色油。通過元素分析可知，得到的油為氟化1-甲基-3-正辛基咪唑鎓的3水合物。收率100％。
元素分析值C53.6，H10.8、N10.1、F6.7 計算值C53.6，H11.0、N10.4、F7.1 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.86(m、3H)、1.20(m、10H)、1.77(m、2H)、3.89(s、3H)、4.16(q、2H)、7.80(d、2H)、10(bs、1H) 實施例4(氟化劑(1)(x＝0.475)的製造例) 在3角燒瓶中加入5.0g的氯化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和50g的水，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入1.72g的氟化銀(I)和30g的水，進行溶解後，將2種水溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用水洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮，得到5.8g的無色油。該油在0℃下為液體。通過元素分析可知，得到的油為含有47.5摩爾％的氟化物離子、52.5摩爾％的氯化物離子的混合陰離子和氟化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓陽離子的鹽的2水合物。收率100％。
元素分析值C48.2，H9.5、N14.1、F4.6、Cl9.5 計算值C47.4，H9.5、N13.8、F4.5、Cl9.2 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.88(t、3H)、1.25(m、2H)、1.78(m、2H)、3.90(s、3H)、4.19(t、2H)、7.85(d、2H)、10(bs、1H) 實施例5(氟化劑(1)(x＝0.83)的製造例) 在3角燒瓶中加入5.0g的氯化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和50g的水，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入3.0g的氟化銀(I)和30g的水，進行溶解後，將2種水溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用水洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮，得到5.6g的無色油。該油在室溫下一部分結晶。通過元素分析可知，得到的油為含有83摩爾％的氟化物離子、17摩爾％的氯化物離子的混合陰離子和氟化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓陽離子的鹽的2水合物。收率99％。
元素分析值C47.3，H9.8、N13.8、F8.1、Cl3.1 計算值C48.7，H9.7、N14.2、F8.0、Cl3.1 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.88(t、3H)、1.20(m、2H)、1.75(m、2H)、3.88(s、3H)、4.19(t、2H)、7.85(d、2H)、9.85(s、1H) 實施例6(氟化劑(1)(x＝0.61)的製造例) 在3角燒瓶中加入12.0g的氯化1-甲基-3-(甲氧基乙氧基甲基)咪唑鎓和50g的水，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入5.33g的氟化銀(I)和30g的水，進行溶解後，將2種水溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用水洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮，得到12.6g的無色油。該油在室溫下一部分結晶。通過元素分析可知，得到的油為含有61摩爾％的氟化物離子、39摩爾％的氯化物離子的混合陰離子和氟化1-甲基-3-(甲氧基乙氧基甲基)咪唑鎓陽離子的鹽的1.3水合物。收率99％。
元素分析值C42.7，H8.0、N12.6、F5.8、Cl6.9 計算值C43.6，H8.0、N12.7、F5.3、Cl6.3 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)3.19(s、3H)、3.44(m、2H)、3.67(m、2H)、3.97(s、3H)、5.69(s、2H)、7.95(d、2H)、10.1(bs、1H) 實施例7(氟化劑(1)(x＝0.61)的製造例) 在3角燒瓶中，加入1.75g的氯化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和10g的甲醇(含水率1重量％)，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入460mg的氟化鉀和10g的甲醇(含水率為1重量％)，進行溶解後，將2種甲醇溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用甲醇(含水率為1重量％)洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮。利用傾析將從濃縮油中析出的白色粉末除去後，用少量的甲醇洗滌白色粉末，將濾洗液和濃縮油合併後，再度濃縮，得到2.10g無色油。若將該油在室溫下放置則發生結晶化。通過元素分析可知，得到的油為含有61摩爾％的氟化物離子、39摩爾％的氯化物離子的混合陰離子和氟化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓陽離子的鹽，且含有2/3摩爾的甲醇和4/3摩爾的水。
以咪唑鎓陽離子為基準的收率100％。
元素分析值C48.5，H10.3、N13.7、F5.7、Cl6.7 計算值C49.5，H9.8、N13.3、F5.5、Cl6.6 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.90(t、3H)、1.23(m、2H)、1.78(m、2H)、3.10(s、甲醇的甲基)、3.90(s、3H)、4.22(t、2H)、7.85(d、2H)、8.5(bs、1H) 實施例8(氟化劑(1)(x＝0.47)的製造例) 在3角燒瓶中，加入8.20g的氯化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和50g的甲醇(含水率為1重量％)，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入1.4g的氟化鉀和35g的甲醇(含水率為1重量％)，進行溶解後，將2種甲醇溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用甲醇(含水率為1重量％)洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮。利用傾析將從濃縮油中析出的白色粉末除去後，用少量的甲醇洗滌白色粉末，將濾洗滌液和濃縮油合併後，再度濃縮，得到9.61g無色油。若將該油在室溫下放置則發生結晶化。通過元素分析可知，得到的油為含有47摩爾％的氟化物離子、53摩爾％的氯化物離子的混合陰離子和氟化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓陽離子的鹽，且含有2/3摩爾的甲醇和1摩爾的水。
以咪唑鎓陽離子為基準的收率100％。
元素分析值C49.5，H10.1、N14.0、F4.5、Cl9.6 計算值C50.4，H9.6、N13.6、F4.3、Cl9.1 1H-NMR(δppm，DMSO-d6，TMS基準)0.90(t、3H)、1.23(m、2H)、1.78(m、2H)、3.10(s、甲醇的甲基)、3.90(s、3H)、4.21(t、2H)、7.90(d、2H)、8.5(bs、1H) (下文為使用氟化劑(1)的氟化反應) 實施例9 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入500mg由實施例1合成的氟化劑(1)和171mg的溴化苄，在80℃下攪拌5小時。冷卻至室溫後，加入5g的乙酸乙酯，進行攪拌-靜置則分離成2層。通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為氟化苄。
收率95％。
實施例10 除了使用284mg對甲苯磺酸正辛酯來替代在實施例9中所使用的171mg的溴化苄，在150℃下攪拌3小時之外，與實施例9同樣地實施，主產物為1-氟辛烷。
收率98％。
實施例11 除了使用193mg的1-溴辛烷來替代在實施例9中所使用的171mg的溴化苄，在100℃下攪拌3小時之外，與實施例9同樣地實施，主產物為1-氟辛烷。
收率90％。
實施例12 除了使用158mg的4-氯硝基苯來替代在實施例9中所使用的171mg的溴化苄，在150℃下攪拌3小時之外，與實施例9同樣地實施，主產物為4-氟硝基苯。
收率88％。
實施例13 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入640mg的由實施例4合成的氟化劑(1)和254mg的氯化苄，在80℃下攪拌3小時。冷卻至室溫後，加入5g的乙酸乙酯，進行攪拌-靜置則分離成2層。通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為氟化苄。
收率75％(以氯化苄為基準)。回收25％的氯化苄。以氟化劑(1)的氟化物離子為基準的收率為100％。
實施例14 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入300mg的由實施例5合成的氟化劑(1)、127mg的氯化苄和500mg的乙腈，在80℃下攪拌3小時。冷卻至室溫後，加入5g的乙酸乙酯，進行攪拌-靜置則分離成2層。通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為氟化苄。
收率99％(以氯化苄為基準)。回收了1％的氯化苄。以氟化劑(1)的氟化物離子為基準的收率為79％。
實施例15 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入300mg的由實施例2合成的氟化劑(1)和149mg的1-辛基氯化物，在100℃下攪拌4小時。冷卻至室溫後，加入5g乙酸乙酯和5g水，進行攪拌-靜置則分離成2層，通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為1-辛基氟化物。
收率63％(以1-辛基氯化物為基準)。回收了32％的1-辛基氯化物。
實施例16 除了使用320mg的由實施例3合成的氟化劑(1)來替代在實施例15中的由實施例2合成的氟化劑(1)之外，與實施例15同樣地實施，得到1-辛基氟化物。
收率64％(以1-辛基氯化物為基準)。回收了32％的1-辛基氯化物。
實施例17 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入500mg的由實施例1合成的氟化劑(1)、236mg的2，6-二溴吡啶和2g的乙腈，在80℃下攪拌3小時。冷卻至室溫後，加入5g乙酸乙酯和5g水，進行攪拌-靜置則分離成2層。通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為2-氟-6-溴吡啶。
收率78％(以2，6-二溴吡啶為基準)。回收了20％的2，6-二溴吡啶。
實施例18 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入600mg的由實施例1合成的氟化劑(1)和250mg的氯化苄，在80℃下攪拌3小時。冷卻至室溫後，加入5g正己烷和5g水，進行攪拌-靜置則分離成2層，通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為氟化苄。
收率94％(以氯化苄為基準)。回收了6％的氯化苄。
實施例19(氟化劑(1)的循環使用) 在由實施例18得到的水層中，加入將390mg氟化銀溶解於5g水而得到的水溶液，在25℃下攪拌2小時後，過濾除去析出的結晶，進行濃縮，得到605mg的淡黃色油。在該油中，加入250mg的氯化苄，在80℃下攪拌3小時。冷卻至室溫後，加入5g正己烷和5g水，進行攪拌-靜置則分離成2層，通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為氟化苄。
收率95％(以氯化苄為基準)。回收了5％的氯化苄。
實施例20 在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入430mg的由實施例7得到的氟化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和127mg的氯化苄，在80℃下攪拌3小時。冷卻至室溫後，加入5g乙酸乙酯，進行攪拌-靜置則分離成2層，通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為氟化苄。收率95％。
實施例21 在3角燒瓶中，加入5.0g氯化1-甲基-3-正丁基咪唑鎓和50g甲醇(含水率為1重量％)，進行溶解。在另一3角燒瓶中加入1.33g氟化鉀和33g甲醇(含水率為1重量％)，進行溶解後，將2種甲醇溶液在25℃下混合，在該溫度下持續攪拌30分鐘。過濾反應後析出的結晶，用甲醇(含水率為1重量％)洗滌結晶。將得到的濾液和洗滌液合併，進行濃縮。利用傾析將從濃縮油中析出的白色粉末除去後，用少量的甲醇洗滌白色粉末，將濾洗滌液和濃縮油合併後，再度濃縮，得到4.76g無色油。
在具有回流冷卻管的50mL的燒瓶中，加入400mg所合成的無色油(氟化劑(1))和284mg對甲苯磺酸正辛酯，在80℃下攪拌5小時。冷卻至室溫後，加入5g乙酸乙酯，進行攪拌-靜置則分離成2層，通過用氣相色譜(內標法)分析其上層可知，主產物為正辛基氟化物。收率98％。
產業實用性 根據本發明，可以不使用腐蝕性和毒性較高的氟化氫或其鹽，即可效率較好地容易地製造脂肪族和芳香族的含氟化合物。進一步，由於本發明的氟化劑本身具有離子性液體的性質，所以容易回收-再利用，此外，通過適當地選擇式(1)中的x，可以使熔點小於等於室溫，如此可以在範圍較寬的溫度條件下實施反應等，且在工業上的操作方面或環境方面上也是有利的。
權利要求
1.下述式(1)所示咪唑鎓鹽
式(1)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基，
R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，且x滿足0＜x＜1，
Y-表示除了氟化物離子之外的1價陰離子。
2.如權利要求1所述的咪唑鎓鹽，其中，Y-所示的1價陰離子是滷化物離子、硼酸離子、磷酸離子、銻酸離子、磺酸離子、硝酸離子、碳酸離子、羧酸離子或醯胺離子。
3.下述式(5)所示咪唑鎓鹽
式(5)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基，
R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，
Z-表示氯化物離子或溴化物離子，且x滿足0＜x＜1。
4.如權利要求1、2或3所述的咪唑鎓鹽，其中x滿足0.4＜x＜0.9。
5.下式(3)所示咪唑鎓鹽的製備方法，其特徵在於使式(2)所示氯化咪唑鎓與氟化銀反應；
式(2)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基，
R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，
式(3)中，R1、R2、R3、R4和R5表示與上述相同的意義，且x滿足0＜x≤1。
6.如權利要求5所述的製備方法，其中，所述氟化銀是1價的氟化銀。
7.式(5)所示咪唑鎓鹽的製備方法，其特徵在於使式(4)的咪唑鎓鹽與氟化鉀在甲醇中反應，
式(4)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基，
R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，
Z-表示氯化物離子或溴化物離子；
式(5)中，R1、R2、R3、R4、R5和Z-表示與上述相同的意義，且x滿足0＜x≤1。
8.權利要求1、2或3所述烷基取代的咪唑鎓鹽作為氟化劑的應用。
全文摘要
涉及式(7)所示的含氟有機化合物的製造方法以及該反應所使用的氟化劑，其特徵在於，使式(1)表示的氟化劑與式(6)的有機化合物反應；式(1)中，R1和R3各自相同或不同，表示可被取代的烷基，R2、R4和R5各自相同或不同，表示氫原子或可被取代的烷基，且0＜x≤1，Y-表示除了氟化物離子之外的1價陰離子；式(6)中，R表示取代或未取代的飽和烴基，或表示取代或未取代的芳香基，L表示離去基團，n表示大於等於1的整數；式(7)中，R如上所述，m表示滿足不等式1≤m≤n的整數。
文檔編號C07C17/20GK101298436SQ200810109830
公開日2008年11月5日 申請日期2004年12月21日 優先權日2003年12月25日
發明者萩谷弘壽 申請人:住友化學株式會社