JP5236246B2 - スルホニルハライド誘導体の製造方法 - Google Patents

スルホニルハライド誘導体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、下記一般式(III)
Figure 0005236246
(式中、R1およびR4はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表すか、または両者が結合して任意の位置に酸素原子または硫黄原子を含んでもよいアルキレン基、−O−、もしくは−S−を表し、R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表し、X2は、フッ素原子、塩素原子、または臭素原子を表す。)で示されるスルホニルハライド誘導体(以下、スルホニルハライド誘導体(III)と称する。)の製造方法に関する。本発明により得られるスルホニルハライド誘導体(III)は、塗料や機能性高分子の原料、医薬、農薬その他の精密化学品の原料などとして有用である。
従来、スルホニルハライド誘導体(III)の製造方法として、2−ハロエタンスルホニルハライドに塩基を作用させて中間体としてビニルスルホニルハライドを得(特許文献1、非特許文献1、2、3)、続いて該ビニルスルホニルハライドとジエン化合物とをDiels−Alder反応する方法(特許文献2、3、非特許文献4参照)が知られている。
特表2006−515601号公報 米国特許第3,136,787号明細書 特表2003−525311号公報 ジャーナル オブ ゼ アメリカン ケミカル ソサイエティー (Journal of the American Chemical Society)、1954年、第76巻、1926〜1929頁 ケミストリー オブ マテリアルズ ( Chemistry of Materials)、2003年、第15巻、1512〜1517頁 ザ ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー (The Journal of Organic Chemistry)、1979年、第44巻、22号、3847〜3858頁 ジャーナル オブ ゼ アメリカン ケミカル ソサイエティー (Journal of the American Chemical Society)、1951年、第73巻、3258〜3260頁
しかしながら、上記の方法で得られる収率は必ずしも、満足いくものではなく、特に、ジエン化合物としてシクロペンタジエンのような環状ジエン化合物を用いる場合は、収率が低い。また、上記方法の内、ビニルスルホニルクロリドを中間体として用いる場合、該ビニルスルホニルクロリドの製法において−50〜−60℃という極低温を必要とし、工業的に製造するには不利であり、加えて該ビニルスルホニクロリドは自己重合しやすいため、保存時や反応系内での安定性が悪く、スルホニルハライド誘導体(III)の収率低下の原因となる。したがって、これらの方法はいずれもスルホニルハライド誘導体(III)を工業的に有利に製造し得る方法とは言い難い。
しかして、本発明の目的は、スルホニルハライド誘導体(III)を好収率で、工業的に有利に製造し得る方法を提供することにある。
本発明者らは、上記した背景技術の問題点を解決するために鋭意検討を行った結果2−ハロエタンスルホニルハライドとジエン化合物とを塩基の存在下に反応させることにより、生成する自己重合しやすいビニルスルホニルハライドが速やかに目的の反応に消費され、自己重合が抑制されることによって、極低温不要の温和な条件で収率よくスルホニルハライド誘導体(III)を製造し得ることを見出した。
本発明によれば、上記目的は、下記一般式(I)
Figure 0005236246
(式中、R1、R2、R3、およびR4は前記定義の通りである。)で示されるジエン化合物(以下、ジエン化合物(I)と称する。)と、下記一般式(II)
Figure 0005236246
(式中、X2は前記定義のとおりである。X1はフッ素原子、塩素原子、または臭素原子を表す。)で示される2−ハロエタンスルホニルハライド(以下、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)と称する。)を、塩基の存在下、反応させることによるスルホニルハライド誘導体(III)の製造方法を提供することにより達成される。
本発明によれば、塗料や機能性高分子の原料、医薬、農薬その他の精密化学品の原料などとして有用であるスルホニルハライド誘導体(III)を好収率で、工業的に有利に製造することができる。
R1およびR4が表すアルキル基は、直鎖、分岐、または環状のアルキル基のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。例えばメチル基、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、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。置換基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などの低級アルキル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などのアルコキシ基;アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基などのアシルオキシ基などが挙げられる。
R1およびR4が表すアルコキシ基は、直鎖、分岐、または環状のアルコキシ基のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。置換基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などの低級アルキル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などのアルコキシ基;アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基などのアシルオキシ基などが挙げられる。
また、R1とR4の両者が結合して表す、任意の位置に酸素原子または硫黄原子を含んでもよいアルキレン基は直鎖、分岐、または環状のアルキレン基のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。例えば−CH2−、−(CH2)2−、−(CH2)3−、−(CH2)4−、−(CH2)5−、−(CH2)6−、−C(CH3)2−、−CH2−O−CH2−、−CH2−O−(CH2)2−、−CH2−O−(CH2)3−、−CH2−O−(CH2)4−、−CH2−O−(CH2)5−、−(CH2)2−O−(CH2)2−、−(CH2)2−O−(CH2)3−、−(CH2)2−O−(CH2)4−、−(CH2)3−O−(CH2)3−、−CH2−S−CH2−、−CH2−S−(CH2)2−、−CH2−S−(CH2)3−、−CH2−S−(CH2)4−、−CH2−S−(CH2)5−、−(CH2)2−S−(CH2)2−、−(CH2)2−S−(CH2)3−、−(CH2)2−S−(CH2)4−、−(CH2)3−S−(CH2)3−、シクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロペンタン−1,2−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基などが挙げられる。置換基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などの低級アルキル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などのアルコキシ基;アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基などのアシルオキシ基などが挙げられる。
R2およびR3が表すアルキル基は、直鎖、分岐、または環状のアルキル基のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。例えばメチル基、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、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。置換基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などの低級アルキル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などのアルコキシ基;アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基などのアシルオキシ基などが挙げられる。
R2およびR3が表すアルコキシ基は、直鎖、分岐、または環状のアルコキシ基のいずれであってもよく、置換基を有していてもよい。例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。置換基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などの低級アルキル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などのアルコキシ基;アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基などのアシルオキシ基などが挙げられる。
ジエン化合物(I)の具体例としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,4−ヘキサジエン、シクロペンタジエン、2−アセチルオキシシクロペンタジエン、1,3−シクロヘキサジエン,1−メトキシ−1,3−ブタジエン、1−メトキシ−1,3−シクロヘキサジエン、フラン、チオフェンなどが挙げられる。
2−ハロエタンスルホニルハライド(II)は具体的には、2−フルオロエタンスルホニルフルオリド、2−フルオロエタンスルホニルクロリド、2−フルオロエタンスルホニルブロミド、2−クロロエタンスルホニルフルオリド、2−クロロエタンスルホニルクロリド、2−クロロエタンスルホニルブロミド、2−ブロモエタンスルホニルフルオリド、2−ブロモエタンスルホニルクロリド、2−ブロモエタンスルホニルブロミドであり、このうち、工業的入手の容易さから、2−クロロエタンスルホニルフルオリド、2−クロロエタンスルホニルクロリド、2−クロロエタンスルホニルブロミドが好ましい。
本発明で使用するジエン化合物(I)の量は、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)1モルに対して、0.8モル〜50モルの範囲が好ましく、0.9モル〜20モルの範囲がより好ましく、1.0モル〜10モルの範囲がさらに好ましい。
本発明で使用する塩基としては、水素化ナトリウム、水素化カリウムなどのアルカリ金属水素化物;水素化マグネシウム、水素化カルシウムなどのアルカリ土類金属水素化物;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩;;酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどのアルカリ土類金属酸化物;トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミンなどの三級アミン;ピリジン、2−ピコリン、2,6−ルチジン、2,4,6−コリジン、キノリンなどの含窒素芳香環化合物が挙げられる。
本発明における塩基の使用量は、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)1モルに対して0.8モル〜5モルの範囲であることが好ましく、経済性および後処理の容易さの観点から0.8モル〜3モルの範囲であることがより好ましい。
本発明は、重合禁止剤の存在下または非存在下に実施できる。重合禁止剤としては、例えばヒドロキノン、メトキシフェノール、ベンゾキノン、トルキノン、4−tert−ブチルカテコール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2,4−ジ−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチル−4,6−ジメチルフェノール、フェノチアジンなどが挙げられる。重合禁止剤は、1種類を用いても、2種類以上を併用しても良い。重合禁止剤を使用する場合、その使用量は、反応混合物全体の質量に対して5質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下がさらに好ましい。
本発明は溶媒の存在下または非存在下で実施することができる。溶媒としては、反応を阻害しなければ特に制限はないが、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレンなどの芳香族炭化水素;クロロベンゼン、フルオロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどのエーテル;ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素;アセトニトリルなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。溶媒を使用する場合、その使用量は、反応速度、経済性、環境保全等の観点から、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)1質量部に対して100質量部以下であるのが好ましく、50質量部以下であるのがより好ましく、10質量部以下であるのがさらに好ましい。
本発明の反応温度は、使用するジエン化合物(I)、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)、塩基の種類によって異なるが、通常は−30℃〜200℃の範囲である。反応温度は、反応速度の観点からは、−20℃以上が好ましく、−10℃以上がより好ましい。また、重合などの副反応の抑制の観点からは、100℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましい。
本発明の反応圧力には特に制限はないが、常圧下で実施するのが簡便で好ましい。
本発明の反応時間は、使用するジエン化合物(I)、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)、塩基、反応温度によって異なるが、通常は0.5時間〜48時間の範囲が好ましく、1時間〜24時間の範囲がより好ましい。
本発明における反応操作方法は、反応器内に、ジエン化合物(I)、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)、および塩基が共存する状態で反応が実施される限り特に制限はない。例えば、(1)回分式反応器に2−ハロエタンスルホニルハライド(II)、ジエン化合物(I)、塩基、必要に応じて重合禁止剤、および所望により溶媒を仕込み反応させる方法、(2)回分式反応器にジエン化合物(I)、塩基、必要に応じて重合禁止剤、および所望により溶媒を仕込み、この混合物に、所定温度で2−ハロエタンスルホニルハライド(II)を添加する方法、(3)回分式反応器にジエン化合物(I)、2−ハロエタンスルホニルハライド(II)、必要に応じて重合禁止剤、および所望により溶媒を仕込み、この混合物に、所定温度で塩基を添加する方法、(4)回分式反応器にジエン化合物(I)、必要に応じて重合禁止剤、及び所望により溶媒を仕込み、この混合液に、所定温度で2−ハロエタンスルホニルハライド(II)と塩基をそれぞれ別々に添加する方法などが挙げられるが、(3)および(4)の方法が好ましい。
本発明で得られた反応混合物からのスルホニルハライド誘導体(III)の単離、精製は、有機化合物の単離、精製に一般的に用いられる方法により行うことができる。例えば、反応終了後、反応混合物をろ過したのち、得られたろ液を濃縮することによりスルホニルハライド誘導体(III)を単離できる。そして、必要に応じ、再結晶、蒸留、シリカゲルクロマトグラフィーなどで精製することにより、純度の高いスルホニルハライド誘導体(III)を得ることができる。また、精製を繰り返すことにより、純度の高い単一の異性体を得ることもできる。
また、反応混合物のまま他の反応に使用することもできるし、単離・精製することもできる。
ビニルスルホニルクロリドと環状ジエン化合物のDiels−Alder反応は難しく、収率が低いが、本発明によれば、短時間、温和な条件かつ好収率でスルホニルハライド誘導体(III)を得ることができる。
本発明によって得られるスルホニルハライド誘導体(III)は、異性体の混合物であっても、単一の異性体であっても塗料や機能性高分子の原料、医薬、農薬その他の精密化学の原料に好適に使用することができる。
本発明によって得られるスルホニルハライド誘導体(III)は、1級アミンまたは2級アミンと反応させることにより、収率よくスルホンアミド誘導体を得ることができ、アルコールと反応させることにより、収率よくスルホン酸エステル誘導体を得ることができる。
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
<実施例1>
5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリドの合成
攪拌機、温度計を取り付けた内容積1リットルの四つ口フラスコに、フェノチアジン0.35g、テトラヒドロフラン480g、シクロペンタジエン72.9g(1.10mol)を仕込み、攪拌しながら0〜5℃に冷却した。次いで、別々の滴下ロートに2−クロロエタンスルホニルクロリド172.3g(1.00mol)、トリエチルアミン122.1g(1.20mol)をそれぞれ量りとり、内温0〜5℃で3時間かけて同時に滴下を行った。滴下終了後、反応混合物を0〜5℃で3時間攪拌を行った後、析出した塩をろ過し、5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリド テトラヒドロフラン溶液746.5gを得た(ネット158.0g;収率82%)。該溶液を蒸留したところ、沸点102.0〜103.0℃/0.5mmHgで5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリド 135.9g(蒸留収率 86%)を得た。
<実施例2>
3−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドと4−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドの混合物の合成
攪拌機、温度計を取り付けた内容積500ミリリットルの四つ口フラスコに、フェノチアジン0.18g、テトラヒドロフラン240g、イソプレン37.5g(0.55mol)を仕込み、攪拌しながら0〜5℃に冷却した。次いで、別々の滴下ロートに2−クロロエタンスルホニルクロリド86.2g(0.50mol)、トリエチルアミン61.1g(0.60mol)をそれぞれ量りとり、内温0〜5℃で3時間かけて同時に滴下を行った。滴下終了後、反応混合物を0〜5℃で5時間攪拌を行った後、析出した塩をろ過し、4−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリド テトラヒドロフラン溶液375.5gを得た(ネット87.6g;収率90%)。該溶液を蒸留したところ、沸点87.0〜88.0℃/0.8mmHgで3−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドと4−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドの混合物82.7g(蒸留収率 85%)を得た。
<比較例1>
5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリドの合成
攪拌機、温度計を取り付けた内容積200mlの三つ口フラスコに、テトラヒドロフラン50g、2−クロロエタンスルホニルクロリド16.3g(0.10mol)を仕込み、攪拌しながら0〜5℃に冷却した。次いで、トリエチルアミン12.2g(0.12mol)を内温0〜5℃に保ちながら2時間かけて滴下した。滴下終了後、反応混合物を0〜5℃に保ちながら2時間攪拌した。この時、2−クロロエタンスルホニルクロリドは全て消費され、ビニルスルホニルクロリドが生成していることを反応混合物のGC分析により確認した。この反応混合物にシクロペンタジエン7.28g(0.11mol)を加え、内温0〜5℃で20時間攪拌した。反応終了を確認後、析出した塩をろ過し、5−ノルボルネン−2−スルホニルクロリド テトラヒドロフラン溶液86.8gを得た(ネット7.32g;収率38%)。
<比較例2>
3−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドと4−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドの混合物の合成
攪拌機、温度計を取り付けた内容積200mlの三つ口フラスコに、テトラヒドロフラン50g、2−クロロエタンスルホニルクロリド16.3g(0.10mol)を仕込み、攪拌しながら0〜5℃に冷却した。次いで、トリエチルアミン12.2g(0.12mol)を内温0〜5℃に保ちながら2時間かけて滴下した。滴下終了後、反応混合物を0〜5℃に保ちながら2時間攪拌した。この時、2−クロロエタンスルホニルクロリドは全て消費され、ビニルスルホニルクロリドが生成していることを反応混合物のGC分析により確認した。この反応混合物にイソプレン7.49g(0.11mol)を加え、内温0〜5℃で20時間攪拌した。反応終了を確認後、析出した塩をろ過し、3−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドと4−メチル−3−シクロヘキセン−1−スルホニルクロリドの混合物のテトラヒドロフラン溶液87.5gを得た(ネット12.1g;収率62%)。

Claims (5)

  1. 下記一般式(I)
    Figure 0005236246
    (式中、R1およびR4はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表すか、または両者が結合して任意の位置に酸素原子または硫黄原子を含んでもよいアルキレン基、−O−、もしくは−S−を表し、R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表す。)
    で示されるジエン化合物と、下記一般式(II)
    Figure 0005236246
    (式中、X1、X2は、それぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、または臭素原子を表す。)
    で示される2−ハロエタンスルホニルハライドを、塩基の存在下、反応させることを特徴とする、下記一般式(III)
    Figure 0005236246
    (式中、R1、R2、R3、R4、およびX2は前記定義の通りである。)
    で表されるスルホニルハライド誘導体の製造方法。
  2. 下記一般式(I)
    Figure 0005236246
    (式中、R1およびR4はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表すか、または両者が結合して任意の位置に酸素原子または硫黄原子を含んでもよいアルキレン基、−O−、もしくは−S−を表し、R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表す。)
    で示されるジエン化合物と、下記一般式(II)
    Figure 0005236246
    (式中、X1、X2は、それぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、または臭素原子を表す。)
    で示される2−ハロエタンスルホニルハライドに、塩基を添加して反応させることを特徴とする、下記一般式(III)
    Figure 0005236246
    (式中、R1、R2、R3、R4、およびX2は前記定義の通りである。)
    で表されるスルホニルハライド誘導体の製造方法。
  3. 下記一般式(I)
    Figure 0005236246
    (式中、R1およびR4はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表すか、または両者が結合して任意の位置に酸素原子または硫黄原子を含んでもよいアルキレン基、−O−、もしくは−S−を表し、R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基もしくはアルコキシ基を表す。)
    で示されるジエン化合物に、下記一般式(II)
    Figure 0005236246
    (式中、X1、X2は、それぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、または臭素原子を表す。)
    で示される2−ハロエタンスルホニルハライド、および、塩基を添加して反応させることを特徴とする、下記一般式(III)
    Figure 0005236246
    (式中、R1、R2、R3、R4、およびX2は前記定義の通りである。)
    で表されるスルホニルハライド誘導体の製造方法。
  4. R1およびR4が結合して−CH2−である請求項1、請求項2、または請求項3記載のスルホニルハライド誘導体の製造方法。
  5. R1およびR4が結合して−CH2−であり、X1、およびX2が塩素原子である請求項1、請求項2、または請求項3記載のスルホニルハライド誘導体の製造方法。
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