JPS6147465A - フツ素化含窒素複素環式化合物類の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、クロル化含窒素複素環式化合物類をベンゾニ
トリル媒体中で１９０〜４００℃の範囲の温度でフ、ツ
素化剤と自然発生圧下に反応せしめてフッ素化含窒素複
素環式化合物類を製造する方法忙関する。

芳香族ハロゲン化物にフッ化アルカリ等を作用させてハ
ロゲン原子をフッ素原子と交換させる、いわゆるハロゲ
ン交換反応は古くから知られている。その際溶媒として
一般的には、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スル
ホラン（ＴＭＳＯ，）、Ｎ−ジメチルホルムアミド（Ｄ
ＭＦ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（、ＮＭＰ）、ジ
メチルスルホン（ＤＭ８０２）など非プロトン性極性溶
媒が主に用いられ、溶媒の沸点以下の温度でノ・ロゲン
交換反応を行っている〔例えば石川、有機合成化生協会
誌、第２５巻、第８０８頁（１９６７年）、Ｍ、　Ｈｕ
ｄｌｉｅｋｙ、　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｏｒｇａ
ｎｉｃ　ＦｌｕｏｒｉｎｅＣｏｍｐｏｕｎｄｓ　、第１
１２頁（１９７６年）　Ｊｏｈｎ　Ｗｉ　ｌｅｙ＆　５
ｏｎｓ出版等〕。場合によっては、反応速度を速めるた
めにクラウン化合物のような相間移動触媒を加えている
例もある。

しかしながら、上記の方法で一般的に用いられている溶
媒は収率を向上させるために温度を高くしたり、長時間
使用すると、溶媒の分解反応あるいは溶媒と原料あるい
は生成物間に副反応が生じ結局収率を向−ヒできない。

また溶媒の回収、再使用等において工業的に使用するの
が０　　　　容易でない等の欠点を有している。これら
の溶媒が高温度で使用できない欠点を回避するために無
溶媒でオートクレーブを使用して１９０〜５００℃の高
温度で反応を行う方法も一般的である。

しかしながら溶媒を使わないため、発熱反応による温度
制御が難しく、また反応終了後容器に多量の炭化物が固
着したりして工業的実施は困難な方法といえる。

また、上記の方法でクロル化含窒素複素環式化合物類中
の塩素原子をフッ素原子に交換する場合、上記の有機合
成化生協会誌、第２５巻、第８０８頁（１９６７年）に
記載されている反応例のように、電子吸引性のある、例
えばピリジン核の窒素原子、ピＩ）　ミジン核の窒素原
子のα、γ位置は交換され易いが、例えばピリジン核の
３位、ピリミジン核の５位であるβ位置の交換は困難で
、従って収率が低い。

本発明者らは、フッ素化含窒素複素環式化合物類を製造
するに際し、上記の一般的方法では欠点が多く工業的実
施は不可能と考え、また場合によっては例えばピリジン
核の窒素原子、ピリミジン核の窒素原子のβ位置をも容
易にノ・ロゲン交換できる可能な方法を鋭意検討した結
果、当該クロル化含窒素複素環式化合物類をベンゾ９０
〜４００℃の範囲の温 度でフッ素化剤と自然発生圧下に反応せしめることによ
って、フッ素化含窒素複素環式化合物類を製造できるこ
とを見い出し本発明を完成させた。

本発明に用いられるクロル化含窒素複素環式化合物類と
しては、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン
、トリアジン、キノリン、イソキノリン、シンノリン、
キナゾリン、キノキサリ１ン、フタラジン、フエナント
リジン、アクリジン、フェナジンおよびナフチリジンか
らなる群より選ばれた１種を基本骨格とし、該骨格を構
成する炭素原子に直結する少なくとも１゛個の塩素原子
を有する化合物、あるいは該化合物にシアノ基および／
または二□トロ基が導入さく れた化合物を挙げることができる。

これらの化合物の基本骨格を以下に示す。

（ピリジン）　　　　（ピリダジン）　　　（ピリミジ
ン）（ピラジン）　　　　　　　（１，３，５−トリア
ジン）ｑｕｉｎａｚｏｌｉｎｅ　　　ｑｕｉｎｏｘａｌ
ｉｎｅ　　　ｐｈｔｈａｌａｚｉｎｅ（キナゾリン）　
　　　（キノキサリン）　　（フタラジン）ｐｈｅｎａ
ｎｔｈｒｉｄｉｎｅ　　　　　　　　　　　　　ａｃｒ
ｉｄｉｎｅ（フエナントリジン）　　　　　　　（アク
リジン）ｐｈｅｎａｚｉｎｅ　　　　　　１，８−ｎａ
ｐｈｔｈｙｒｉｄｉｎｅ（フェナジン）　　　　　　（
１，Ｒ−ナフチリジン）本発明におけるクロル化含窒素
複素環式化合物類をさらに具体的に例示すれば以下の化
合物等があげられる。２−クロロピリジン、３−クロロ
ピリジン、４−クロロピリジン、２，３−ジクロロピリ
ジン、３−クロロ−２−フルオロピリジン、３，４−ジ
クロロピリジン、３−クロロ−４−フルオロピリジン、
２，５−ジクロロピリジン、５−クロロ−２−フルオロ
ピリジン、２゜３．５−）ＩＪジクロロピリジン３，５
−ジクロロ−２−フルオロピリジン、２．３．５．６−
チトラクロロビリジン、３，５−ジクロロ−２，６−ジ
フルオロピリジン、２−クロロ−３−ニトロピリジン、
２−クロロ−５−ニトロピリジン、２−クロロ−３−シ
アノピリジン、２−クロロ−４−シアノピリジン、２−
クロロ−５−シアノピリジン、２−クロロ−６−シアノ
ピリジン、２．４．６−ドリクロロー１，３，５−　）
リアジン、パークロロキノリン、４．ｒ−ジクロロキノ
リン、パークロロイソキノリン、テトラクロロピラジン
、２，４．６−トリクロロピリミジン、テトラクロロピ
リミジン、テトラクロロピリダジン、３，４．５−　）
リクロロビリダジン、ヘキサクロロシンノリン１、ヘキ
サクロロキナゾリン、２，３．６−　）ジクロロキノキ
サリン、ヘキサクロロキノキサリン、ヘキサクロロフタ
ラジン、１，４−ジクロロフタラジン、パークロロアク
リジン、パークロロフエナントリジン、パークロロフェ
ナジン、パークロロ−１，８−ナフチリジン。

また、本発明によって製造されるフッ素化含窒素複素環
式化合物類を具体的に例示すれば以下の化合物等があげ
られる。２−フルオロピリジン、３−フルオロピリジン
、４−フルオロピリジン、２，３−ジフルオロビリジ７
．３．４−ジフルオロピリジン、３−クロロ−２−フル
オロピリジン、３−クロロ−４−フルオロピリジン、２
．５−ジフルオロピリジン、５−クロロ−２−フルオロ
ピリジン、２，３．５−トリフルオロピリジン、３，５
−ジクロロ−２−フルオロピリジン、２、３．５．６−
チトラフルオロピリジン、３，５−ジクロロ−２，６−
ジフルオロピリジン、２−フルＱ　　− オー−３−ニトロピリジン、２−フルオロ−５−二トロ
ピリジン、２−フルオロ−３−シアノピリジン、２−フ
ルオロ−４−シアノピリジン、２−フルオロ−５−シア
ノピリジン、２−フルオロ−６−シアノピリジン、２，
４．６−　）リフルオロ−１，３，５−）リアジン、パ
ーフルオロキノリン、４，７−ジクロロキノリン、パー
フルオロイソキノリン、テトラフルオロピラジン、２，
４゜ロートリフルオロピリミジン、テトラフルオロピリ
ミジン、５−クロロ−２，４，ロートリフルオロピリミ
ジン、テトラフルオロピリダジン、３゜４．５−）リフ
ルオロピリダジン、ヘキサフルオロシンノリン、ヘキサ
フルオロキナゾリン、２゜３．６−）リフルオロキノキ
サリン、ヘキサフルオロキノキサリン、ヘキサフルオロ
フタラジン、１．４−ジフルオロフタラジン、パーフル
オロアクリジン、パーフルオロフエナントリジン、パー
フルオロフェナジン、パーフルオロ−１，８−ナフチリ
ジン。

なお、本発明が出発物質とする上記のクロル化含窒素複
素環式化合物類中、パークロル含窒素複素環式化合物類
は、一般的には活性炭触媒上に３００〜３５０℃の温度
範囲で塩素ガスとともに原料を供給することによってえ
ることができる。例えばテトラクロロピリミジンは、容
易に手に入る２、４．６−）リクロロピリミジンを塩素
ガスとともに活性炭上に３００〜３２０’Ｃの温度範囲
で供給することによってえることができる。

本発明を以下更に詳細に説明する。

本発明における溶媒ベンゾニトリルは、熱的に安定なた
め、クロル化含窒素複素環式化合物類をハロゲン交換し
てフッ素化含窒素複素環式化合物類にするのに必要な温
度と考えられる１９０〜４００℃の温度範囲でも使用で
き、また他の溶媒にみられるような溶媒と原料あるいは
生成物間との副反応がない利点がある。また。　　　　
この溶媒を使用することによって無溶媒での製法と異な
り、温度制御が容易で多量の炭化物が生成するのを防止
できる利点があり、工業的実施に際し高収率で目的物か
えられる有利性を持つＯ ハロゲン交換反応に使用されるフッ素化剤は一般にはフ
ッ化セシウム、フッ化カリウム、フッ化ナトリウムなど
のフッ化アルカリやフッ化バリウム、フッ化カルシウム
などアルカリ土類金属のフッ化物塩を用いる例が多い。

また場合によっては、フッ化アンチモン等の遷移金属の
フッ化物もｍ５られる。本発明においても一般に用いら
れているフッ素化剤ならばあらゆるものが使用できる。

この中でも取り扱いが容易で実用上商業的に容易に入手
できるフッ化カリウムが特に好ましい。またフッ化カリ
ウム１モル１’ｌｔｔ、て０．３モル以下の比率でフッ
化セシウムを加えるのも特に好ましい。

フッ素化剤は、原料のクロル化含窒素複素環式化合物類
中のフッ素原子に置換されるクロル原子に対し少なくと
も当量以上必要であり、フッ化カリウムの場合クロル化
含窒素複素環式化合物類中のフッ素原子に置換されるク
ロル原子に対しフッ化カリウム１〜２モルの範囲が適当
である。

本発明の反応温度は１９０〜４００℃の範囲が好ましい
。特に窒素原子のα、１位のクロル原子を置換する場合
は、２１０〜３５０℃、窒素原子のβ位のクロル原子を
置換する場合は、３００〜３８０℃の温度範囲が好まし
い。

低温度で反応させた場合塩素がフッ素に安全に置換され
ていない化合物が生成し易くなり、高温度では炭化物が
生成し、ｈずれもフッ素化含窒素複素環式化合物類の収
率が低下する。

本発明では自然発生圧力下で反応させるために２１０℃
から３８０℃の温度範囲で約２　ｋｇ／ｆｆｌから２０
　ｋｇ／ＣＩ！ゲージ圧を示すが、窒素のような不活性
ガスで更に加圧しても良い。

反応時間は、反応温度姉よって異なるが、約２時間から
４８時間の範囲が適当である。

原料のクロル化含窒素複素環式化合物類は、溶媒１００
重量部に対して約５部から５０部の範囲で反応系に加え
られるとよい。

一般にハロゲン交換反応は、できるだけ無水条件下で行
うのが反応速度を高めまた副反応をさけるため好ましい
と云われている。

一般に使用されるＤＭ８０．ＴＭ８０．、ＤＭＦ。

ＮＭＰ、ＤＭ８０．などの非プロトン性極性溶媒は吸湿
性が高く、かなりの水分が含有されている。

そのため反応に先だってベンゼン、トルエンなどを加え
て水分を共沸混合物としてあらかじめ蒸留除去する必要
がある。本発明においては、ベンゾニトリルは吸湿性が
ないためその操作を原則的には必要としない。しかしな
がら、フッ素化剤として使用するフッ化カリウムたどけ
吸湿性が高いため場合によってはベンゼン、トルエンな
どを加えて水分をあらかじめ共沸混合物として蒸留除去
するのが良い。

本発明では、反応系に相間移動触媒を存在させても良ｂ
０即ち、相間移動触媒を存在させると反応速度が速くな
り、反応時間を短縮できる利点があるからである。

相関移動触“媒としては、ジペンゾ−１８−りラウン−
６−エーテル等のクラウン化合物、分子量３００〜６０
０のポリエチレングリコール等が使用できる。

添加量としてはクロル化含窒素複素環式化合物類に対し
て０．０１モル〜０．２５モルが適当である。

本発明の溶媒であるベンジエ）　ＩＪルは、蒸留によっ
て生成物と容易に分離でき、次の反応に溶媒として再使
用できる。

また塩素がフッ素に完全に交換されていない中間化合物
および未反応原料が、生成物中に存在しても蒸留等によ
って溶媒であるベンゾニトリルと共に回収して、次回の
反応に再使用することによって中間化合物および未反応
原料も目的物如容易に変えることができる。

以下本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ ２００　ｃｃのステンレス容器のオートクレーブにベン
ゾニトリル１００７７　ｓテトラクロロピリミジン２ｓ
、ｏ、９（ｏ、］１ｓモル）、微粒子状の乾燥フッ化カ
リウム３２．０．９　（０，５５１モル）およびフッ化
セシウム１２．３１１（ｏ、ｏｓ１モル）全仕込み反応
容器内の空気を窒素ガスで置換した後、３６０℃で２４
時間加熱撹拌した。ロータＩＪ　−エバポレータを使用
して減圧下反応液を塩化カリウムおよび未反応のフッ化
カリウムから分離した。分離したベンゾニトリル溶液を
カラム充填剤；サーモン１０００．２７７Ｌ、カラム槽
温度６０℃のガスクロマトグラフで分析したところ仕込
みのテトラクロロピリミジンに対してテトラフルオロピ
リミジン５３．９モルチおよび５−クロロ−２，４，６
−）リフルオロピリミジン３１．５モルチかえられた。

各々のピークはガスクロマトグラフ−質量分析計（ＧＣ
−ＭＳ）による分析の結果、えられた質量スペクトルに
より、それぞれテトラフルオロピリミジンおよび５−ク
ロロ−２，４，６−）リフルオロピリミジンであること
を確認した。分離液を精密分留装置を使用してテトラフ
ルオロピリミジン（常圧８８°Ｃ〜８９℃）を回収でき
た。

実施例２〜１１ 実施例１と同じ容器を使って、表−１に示すように仕込
んで、反応を行い表−１に示す結果をえた。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）クロル化含窒素複素環式化合物類をベンゾニトリ
   ル媒体中で１９０〜４００℃の範囲の温度でフッ素化剤
   と自然発生圧下に反応せしめることを特徴とするフッ素
   化含窒素複素環式化合物類の製法。
2. （２）クロル化含窒素複素環式化合物類が、ピリジン、
   ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、キノ
   リン、イソキノリン、シンノリン、キナゾリン、キノキ
   サリン、フタラジン、フエナントリジン、アクリジン、
   フェナジンおよびナフチリジンからなる群より選ばれた
   １種を基本骨格とし、該骨格を構成する炭素原子に直結
   する少なくとも１個の塩素原子を有する化合物あるいは
   該化合物にシアノ基および／またはニトロ基が導入され
   た化合物である特許請求の範囲（１）記載の方法。
3. （３）フッ素化剤がアルカリ金属およびアルカリ土類金
   属のフッ化物塩からなる群から選ばれた少なくとも１種
   である特許請求の範囲（１）または（２）記載の方法。
4. （４）フッ素化剤がフッ化カリウムである特許請求の範
   囲（１）、（２）または（３）記載の方法。
5. （５）フッ素化剤がフッ化カリウムとフッ化セシウムの
   混合物である特許請求の範囲（１）、（２）または（３
   ）記載の方法。