JPH0615485B2 - 多フッ化エーテルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ハロゲン化エーテル化合物をフッ素化する方
法に関し、さらに詳しくはエーテル結合酸素に対してア
ルファ位置の１またはそれ以上の塩素原子をフッ素原子
で置換する方法に関する。この方法は価値ある吸人麻酔
薬の合成に特に有用である。

〔従来の技術〕

フッ素含有有機化合物を製造するためのほとんどの直接
ルートは、有機化合物中の水素の置換であるが、そのよ
うな反応には問題がある。元素状フッ素と有機化合物と
を、水素をフッ素で置換するために反応させることには
問題があることは、周知である。フッ素原子を所望の位
置に導入するように有機化合物を部分的にフッ素化する
ことは、満足すべき収率で行なうことは普通不可能であ
る。フッ素以外のある種のハロゲン、例えば塩素及び臭
素は、一般に緩和な条件下で多様な有機化合物と良好に
反応して高収率を与えるけれども、フッ素の反応は普通
激しく、そして望ましくない、そして再循環使用できな
い副生物の生成を伴なう。

元素状フッ素以外に、その他の試薬が、水素をフッ素で
選択的に置換するために試用されてきている。試用され
たフッ素化試薬の中で特記すべきものは、フッ化水素、
三フッ化コバルト、二フッ化銀等であった。しかし、弗
素で水素を選択的に置換するための試行において、成功
したことはほとんど報告されてきていない。

上記の理由のために、まず対応する塩素化化合物を送
り、次いでその塩素原子をフッ素原子で置換するのが一
般に好ましい。従来、金属フッ化物は、有機化合物中の
塩素をフッ素で置換するために提案されてきている。例
えば、英国特許第727768号明細書には、アセトアミド及
び／またはＮ−メチルアセトアミドを含む溶剤の存在下
にフッ化カリウムを用いてフッ化エステル、フッ化エー
テル及びフッ化アセタール類を製造することが開示され
ている。

エスクーラ(Escoyla)等は「テトラヘドロン・レター(Te
trahedron Lett.)」２７（１３）、１４９９−１５００
（１９８６）において、水の代りにホルムアミドの存在
下でアンモニウム塩を触媒とし、フッ化カリウムを用い
ての弗素−塩素交換反応を開示している。モノクロルオ
クタンは、出発物質の一例である。

マソン(Mason)等は、「ジャーナル・オブ・アメリカン
・ケミカル・ソサイエティー(J.Amer.Chem.Soc.,)」、７
８、１６８２（１９５６）においてCCl₃CHClORとの交換
反応のために金属フッ化物を用いてCCl₃CHFOR型の化合
物を製造することを開示している。そのフッ化エーテル
の収率を改善するために、マソン等は、１４０℃におい
てヌジョール(Nujol)中のフッ化カリウム中へ塩素化エ
ーテルを滴下することを教示している。しかし、そのよ
うな条件下でさえも、フッ化カリウムの試用に伴なって
重合が起る。フッ化第二水銀は好ましい試薬であった。

Ｍ．ハドリッキィ(Hudlicky)は、「ケミストリィ・オブ
・オーガニック・フルオリン・コンパウンヅ」（ニュー
ヨーク、ジョン・ウイリー・アンド・サンズ社１９７６
年発行）において、非活性化ハロゲン原子をフッ素で置
換するためには、従来からフッ化カリウムは回避されて
きたこと、そして極く最近になって弱い反応性のハロゲ
ン原子の置換に応用されるようになってきたにすぎない
ことを記載している。この問題についての従来の解決策
は、適当な溶剤の応用であった。ハドリッキィはさら
に、脂肪族ハロゲン誘導体とフッ化カリウムとの反応の
収率は溶媒なしではほとんど２０〜３０％を越えない
が、溶剤の使用によって収率を著しく向上できるとも記
載している。またハドリッキィは収率を最大にするため
には、高純度の完全に乾燥された薬剤を使用すべきこ
と、そして反応は１モルのハロゲン誘導体を１００％過
剰のフッ化カリウム及び７００ｇのジエチレングリコー
ルと共に１２５±５℃の温度で激しく攪拌して加熱する
ことにより最も良く実施されるとも述べている。ハドリ
ッキィはさらにフッ化カリウムと比較して、フッ化ナト
リウムの応用の程度は極めて狭いとも述べている。

カーク・オスマー(Kirk-Othmer)のエンサイクロヘディ
ア・オブ・ケミカル・テクノロジィ（１９８０年）に
は、有機塩化物との反応からの塩化カリウム副生物は、
フッ化カリウム結晶表面上に析出して、反応を著しく妨
害すると述べられている。ジメチルスルホキシドまたは
ホルムアミドのような極性溶媒及び迅速攪拌は、この欠
点を克服するのに有効である。

〔解決すべき課題〕

かくして、ある種類のフッ素含有有機化合物の製造のた
めの新規かつ改善された方法が必要とされていることは
明かである。

従って本発明の一目的は、フッ素含有有機化合物の製造
方法を提供することである。本発明のさらに別の一目的
は、部分的に塩素化、臭素化またはヨウ素化された化合
物からフッ素含有有機化合物を製造することができる方
法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、
望ましくない分解生成物または副生物の生成が実質的に
回避されるフッ素含有有機化合物の製法を提供すること
である。本発明のさらに別の目的は、前述の如き欠点の
ないフッ素化法を提供することである。

本発明のさらに別の一目的は、フルオロまたはフルオロ
−クロロ置換有機エーテル化合物の新規かつ改善された
製法を提供することである。本発明のさらに別の目的
は、そのような化合物をアルカリ金属フッ化物、殊にフ
ッ化ナトリウムまたはフッ化カリウムによってフッ素化
する新規かつ改善された方法を提供することである。

その他の目的は以下の記載から明かとなろう。

〔課題を解決する手段〕 本発明によれば前記の目的及び関連した目的は、フッ化
ナトリウムまたはフッ化カリウムを下記一般式（Ｉ）で
表わされる化合物と接触させることにより容易にかつ経
済的に達成される： ここにＸ¹、Ｘ²及びＸ³はＨ、ＣｌまたはＦであるが、
少なくとも１つがＣｌであることを条件とし、そしてＲ
¹及びＲ²は水素またはハロ低級アルキルであるが、少な
くとも１つがハロ低級アルキルであることを条件とす
る。

従って本発明の反応は、ハロゲン化低級アルコール基中
のエーテル酸素原子に対してアルファ位にある炭素に付
いた塩素原子に適用しうる。

ここに低級アルキルとは、１個または２個の炭素原子の
アルキル基を意味するものである。好ましくはハロ低級
アルキル（ハロゲン化低級アルキル）はトリフルオロメ
チルである。

本発明の方法は、低経費で効率的に実施することがで
き、前記式（Ｉ）の化合物のフッソ化誘導体を高収率で
生成させる。本発明方法で製造しうるフッ素含有有機化
合物の例としては、セボフルランのような吸入麻酔薬が
包含される。

フッ化ナトリウムまたはフッ化カリウムは、安価で市販
されている固体物質である。顆粒状または粗粉末状のフ
ッ化ナトリウムまたはフッ化カリウムを適切に使用する
ことができる。本発明においては、これらの物質の乾燥
または活性化は必要ではない。

反応器はフッ素化の条件下で反応剤及び反応生成物に耐
える鉄、、ニッケルまたはその他の材料から作られる。
反応器は適宜な手段によって所望の反応温度に維持され
る。加熱は、電気抵抗ヒーターにより、慎重に制御され
たガス炎により、あるいは反応器を適当な高沸点液体浴
中に浸漬することによる等の多数の方法のいずれかによ
って行なうことができる。

有機反応剤は、液体の状態で反応器中へ導入されるのが
好ましい。有機反応剤及びアルカリ金属塩は、適宜な方
法で一緒に混合することができ、例えば単に有機反応剤
を所望の温度で容器中で攪拌し、アルカリ金属塩を次第
にその中へ添加してもよい。フッ素化反応は、溶剤を添
加せずに実施され、かくして廃溶剤の処分の問題がな
い。

反応剤は攪拌される必要がなく、また化学量論過剰のア
ルカリ金属フッ化物を使用する必要がない。アルカリ金
属塩と有機反応剤とのモル比は、0.3：１ないし３：１
であるのが適当である。約１：１（アルカリ金属塩をわ
ずかに過剰とする）の比が好ましい。

活性フッ素化剤としてアルカリ金属フッ化物を用いて
の、水素及びハロゲンを含有する有機物質のフッ素化
は、普通約１００〜約３００℃、好ましくは約１５０〜
約２５０℃の範囲内の温度で実施される。多量の望まし
くない副生物の生成を起こすような高い温度は使用され
るべきでない。

フッ素化は高圧、適当には1.０５〜７7.３３kg／cm²ゲ
ージ圧（１５〜１１００psig)、好ましくは2.８１〜４
2.１８kg／cm²ゲージ圧（４０〜６００psig)で実施され
る。

回分式または連続式操作のいずれも適当である。連続式
操作における有機反応剤のフッ素化の満足すべき完結を
なすには、反応容器内を通過する反応剤の流量を制限す
る必要があることがある。この理由のために、有機反応
剤を再循環させるのが好ましいことがある。反応容器及
び補助設備、例えば蒸留塔の適当な配置、配列によっ
て、本発明方法は効率的に実施しうる。

反応生成物は、所望の生成物を高純度品の形で回収する
ために慣用法で処理することができる。本発明方法では
溶剤を添加して使用しないので、分離は著しく迅速化さ
れる。液体を分別蒸留し、目的製品を捕集することがで
きる。未反応の出発物質は、所望によりフッ素化反応容
器へ再循環することができる。反応混合物から目的生成
物を回収するその他の方法は、当業者には明らかであろ
う。本発明はそのような回収方法に限定されるものでは
ない。例えば、反応混合物をデカンテーションまたはそ
の他の方法で処理して、反応混合物の有機部分と無機部
分とを分離することができる。

すべての場合に反応の後に、炭素質物質が反応器中に見
出され、そして最初白色のアルカリ金属塩固体は褐色と
なり、フッ化カリウムで効果は一層強調される。さらに
追加の生成物を回収するために、反応器中に残留してい
る褐色固体を氷水で処理すると、エマルジョンが得ら
れ、このエマルジョンを蒸留すると反応生成物が得られ
る。

以下の実施例は例示の目的のためだけに記載されている
ものであり、これに本発明は限定されるものではない。

ガスクロマトグラフ（ＧＣ）分析は、熱伝導度検知器及
びＨＰ３３９２Ａ積分器を有するＧＯＷ−ＭＡＣモデル
ＨＰ５７９０（ＧＯＷ−ＭＡＣ社の登録商標）で実施し
た。カラムは直径１／８インチ×２０フィートの、60／
80「カーボパック(Carbopack)B(スペルコ社の登録商
標）」上の１％ＳＰ１０００であった。２１４℃のＴＣ
Ｄ（熱伝導度検出器）温度、１８２℃の注入器温度、１
９０℃のカラム温度、及び６０cc／分の流量を設定し
た。すべてのＧＣ結果は「面積％」で報告されている。

前述のように、すべての反応剤は市販源から容易に入手
することができ、特記しない限り入手したままのものを
使用しうる。

実施例においては下記の用語定義を用いる。

ＧＣ＝ガスクロマトグラフ ｔｒ＝注入時点からのＧＣ保持時間（分） 実施例１ 高温・高圧でのイソフルランとＫＦとの反応 １のオートクレーブ（３１６ＳＳ鋼製「Parr」に１７１
ｇ(0.９３モル）のイソフラン及び116ｇ(2.０モル）の
フッ化カリウムを仕込んだ。この反応混合物を攪拌しつ
つ２７８℃に加熱した。２７８℃で１８時間後、圧力は
３5.１５kg／cm²（５００psi)であった。次いでオート
クレーブを室温まで冷却した。オートクレーブをホット
プレート上で加熱することにより、反応生成物を蒸留
し、留分をドライアイス冷却トラップに捕集した。この
トラップ内容物（１３４ｇ）を、ガラスビースを充填し
た４フィートの真空ジャケット付きカラムを通して蒸留
して、２0.８ｇのCHF₂OCHFCF₃（沸点２3.５℃）を得
た。蒸留フラスコ中に残留していた物質（１０4.０ｇ）
は、９８％のイソフルランであった。単離された物質に
基く、転化率は１３％であった（収率３３％）。

蒸留の詳細を下に示す。

CF₃CHFOCF₂CHの構造は下記の機器分析データにより確認
できる。¹ ＨＮＭＲ：δ＝5.9ppmにおけるカルテットの二重線^J ＯＣＨＦ＝５4.３Hz^J ＣＨＦ−ＣＦ₃＝2.8Hz δ＝＋6.5における三重線^J ＣＦ₂Ｈ＝７0.4Hz¹⁹ ＦＮＭＲ：φCF₂H＝−８6.1ppm φCHF＝−１４6.5ppm φCF₃＝−８4.5ppm⁴ JF-F(CF₂HOCHF)＝5.8Hz JF-F(CF₂) ＝１６0.3Hz JF-H(CF₂H) ＝７0.0Hz JF-H(CHF) ＝５5.3Hz 質量スペクトル（電子衝撃） 表示様式：ｍ／ｅ（強度）、断片id １４９(1) C₃H₂F₅O、M-F １０１(17) C₂HF₄ ６９(9) CF₃ ５１(100) CF₂H ３２(9) CHF ３１(18) CF 実施例２ 高温、高圧でのイソフルランとNaFとの反応 １のオートクレーブ（３１６ＳＳ製、「Parr」)に３９
９ｇ(2.2モル）のイソフラン及び84ｇ(2.0モル）のフッ
化カリウムを仕込んだ。反応混合物を撹拌せずに２８３
℃に加熱した。２８３℃で２４時間後、圧力は８1.５４
kg／cm²（１１６０psi)であった。次にオートクレーブ
を約１０℃にまで冷却し、粗生成物（２２８ｇ）を蒸留
フラスコに注入移行させた。ガラスビースを充填した４
フィートの真空ジャケット付きカラムを通しての蒸留に
より７3.８ｇのCHF₂OCHFCF₃を得た。蒸留フラスコ中に
残留していた物質は、ＧＣ分析により９9.６％のイソフ
ルランであることが判明した。単離された物質を基準に
しての転化率は２０％であった（収率３１％）。蒸留の
詳細を下に示す。

実施例３ CHF₂OCHFCH₃の製造 溶剤の不存在下に、イソフルラン（１７１ｇ）とフッ化
カリウム（１１６ｇ）とを混合し、この混合物をオート
クレーブ中で２８℃、３5.１５kg／cm²（５００psi)に
おいて１８時間加熱し、次いで冷却させた。冷却された
混合物をガスクロマトグラフ分析したところ、６８％CH
F₂OCHFCF₃及び３０％の未反応イソフルランの存在が示
された。この混合物をガラス容器中で１５℃において過
剰の三フッ化臭素で処理し、次いで希水酸化ナトリウム
溶液で洗浄し、そして乾燥したところ、５０ｇの９８％
純度の製品が得られた（収率３０％）。

実施例４ (CF₃)₂CHOCHCl₂の(CF₃)₂CHOCHF₂への転化 １００mlの「parr」反応器に、4.6ｇのNaF及び１2.６ｇの
(CF₃)₂CHOCHCl₂を攪拌せずに導入した。反応器を約１９
０℃へ加熱すると、発熱により温度が２１９℃になっ
た。この温度を保持しつつ、１1.８８kg／cm²（１６９p
si)の初期圧力を１3.３６kg／cm²（１９０psi)まで増加
した。１７時間後、反応器を室温にまで冷却した。ＧＣ
により、(CF₃)₂CHOCHF₂への転化率は８７％であること
が判明した。

実施例５ (CF₃)₂CHOCH₂F（セボフルラン）の製造 １のステンレス鋼オートクレーブ８（「parr」）に、
１２7.３ｇ(2.１９モル）のフッ化カリウム及び４３4.
６ｇ(2.０１モル）の(CF₃)₂CHOCH₂Clを仕込んだ。オー
トクレーブを密閉し、反応混合物を１９時間１８５℃に
加熱した。この間に１9.６８kg／cm²（２８０pai)の圧
力が発生した。次で反応器を冷却し、内容物を水で処理
した。有機相を蒸留して、２４１ｇ（1.２１モル）の(C
F₃)₂CHOCH₂F及び８０ｇ（0.４モル）の(CF₃)₂CHOCH₂Cl
を得た。この結果は６０％の転化率（７５％の収率）に
相当する。(CF₃)₂CHOCH₂F（セボフルラン：沸点５６
℃）の構造は下記の機器分析データで確認できる。¹ ＨＮＭＲ：δ＝＋4.4ppmにおける七重線 ＪH-CF₃＝5.9Hz δ＝＋5.4ppmにおける二重線 ＪCH₂-F＝５3.5Hz¹⁹ ＦＮＭＲ：三重線、φ＝−74.6ppm、ＪCH₂-F＝５3.5H
z 二重線、φ＝−155.1ppm、Ｊ
HCF₃＝5.9Hz 質量スペクトル（電子衝撃） 表示様式：ｍ／ｅ（強度）、断片id １９９(1)、 C₄H₂F₇O、M-H １８１(11)、 C₄H₃F₆O、M-F １５１(5)、 C₃HF₆、(CF₃)₂CH １３１(53)、 C₃F₅ ７９(20)、 C₂HF₂O ６９(33)、 CF₃ ５１(20)、 CF₂H ３３(100)、CH₂F 上記において本発明を好ましい態様を参照して説明した
が、本発明を上記の特定の態様に限定する意図はなく、
反対に、本発明の精神及び範囲内には種々の改変及び均
等な態様が包含されるものである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】つぎの一般式 （ここにＸ¹、Ｘ²及びＸ³は水素、塩素またはフッ素で
   あり、但しそれらの少なくとも一つは塩素であり、そし
   てＲ¹及びＲ²は水素またはハロゲン化低級アルキル基で
   あり、但しそれらの少なくとも一つはハロゲン化低級ア
   ルキル基である。） で表わされる化合物をフッ素化する方法であって、フッ
   化ナトリウムまたはフッ化カリウムを上記一般式の化合
   物と、添加した溶剤を存在させないで昇温及び昇圧にお
   いて反応させることからなる上記方法。
2. 【請求項２】一般式で表される化合物が、、２−（ジフ
   ルオロメトキシ）−１，１，１，２−テトラフルオロエ
   タンに転化されるイソフルランである請求項(1)記載の
   方法。
3. 【請求項３】フッ化ナトリウムまたはフッ化カリウムは
   反応に使用する前に乾燥も活性化もされない請求項(1)
   記載の方法。
4. 【請求項４】一般式で表される化合物が(CF₃)₂CHOCHCl₂
   または(CF₃)₂CHOCH₂Clである請求項(1)記載の方法。
5. 【請求項５】フッ化ナトリウムまたはフッ化カリウム対
   一般式で表される化合物のモル比が約１：１である請求
   項(1)記載の方法。
6. 【請求項６】化合物(CF₃)₂CHOCHCl₂が(CF₃)₂CHOCHF₂に
   転化され、また化合物(CF₃)₂CHOCH₂Clがセボフルランに
   転化される請求項(4)記載の方法。