説明

ペルフルオロ環状エーテルの製造方法

【課題】ペルフルオロ環状エーテルを高選択率で高収率に製造する方法を提供する。
【解決手段】R−XとCY=CY−Q−OHをラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて化合物(2)を得て、つぎに該化合物(2)を液相フッ素化反応させる化合物(1)の製造方法。ただし、Rはポリフルオロ1価有機基を、Xは塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を、Y、Y、およびYはそれぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素原子に結合した水素原子を必須とする1価有機基を、Qは炭素原子に結合した水素原子を必須とする2価有機基を、RはRと同一のペルフルオロ化された1価飽和有機基等を、YF1〜YF3はY〜Yと同一またはY〜Yがペルフルオロ化された基でありフッ素原子等を、QはQがペルフルオロ化された2価有機基を、示す。
【化1】

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ペルフルオロ環状エーテルの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ペルフルオロ環状エーテル(たとえば、3M社製、商品名FC−77)は、半導体用の洗浄剤、熱媒、溶媒等に用いられる有用な化合物である。
【0003】
ペルフルオロ環状エーテルの製造方法としては、フルオロオレフィンと環状アルコールを遊離基付加反応させて得た環状エーテルを3フッ化コバルトによりフッ素化する方法(特許文献1参照)、オクタン酸やオクタン酸フロリド等の直鎖状のカルボン酸類縁体を電解フッ素化法によりフッ素化する方法(特許文献2参照)、およびフッ素原子を含まない環状エーテルを液相フッ素化法によりフッ素化する方法(特許文献3参照)が知られている。
【0004】
【特許文献1】特表昭60−500498号公報
【特許文献2】英国特許第718318号公報
【特許文献3】米国特許第5322903号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の3フッ化コバルトによる方法は、200℃以上の高温で気固反応を行う必要がある点、および3フッ化コバルトを反応の都度、調製する必要がある点から、工業的なペルフロオロ環状エーテルの製造方法には適さない。
【0006】
特許文献2に記載の電解フッ素化法による方法は、得られる主生成物がペルフルオロカルボン酸フロリドであり、ペルフルオロ環状エーテルは主生成物として得られない。また電解フッ素化法は種々の副反応(たとえば異性化反応、分解反応等の反応。)を伴いペルフルオロ環状エーテルを高選択率に製造する方法には適さない。
【0007】
特許文献3に記載の液相フッ素化による方法は、反応の制御が困難であり対応するペルフルオロ環状エーテルを高選択率に得ることができない。
したがって、任意の構造を有するペルフルオロ環状エーテルの高選択率で工業的な製造方法の開発が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、入手容易な化合物から得られる部分フッ素化された特定の環状エーテルを液相フッ素化反応させるペルフルオロ環状エーテルの製造方法の提供を目的とする。
【0009】
すなわち、本発明は以下の発明を提供する。
<1>下式(4)で表される化合物と下式(3)で表される化合物をラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて下式(2)で表される化合物を得て、つぎに該化合物を液相フッ素化反応させる下式(1)で表されるペルフルオロ環状エーテルの製造方法。
R−X (4)
CY=CY−Q−OH (3)
【0010】
【化1】

【0011】
ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
Rは、ポリフルオロ1価有機基を示す。
Xは、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を示す。
、Y、およびYは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素原子に結合した水素原子を必須とする1価有機基を示す。
Qは、炭素原子に結合した水素原子を必須とする2価有機基を示す。
は、Rがフッ素化される基である場合はRがペルフルオロ化された1価飽和有機基を、Rがペルフルオロ化された1価飽和有機基である場合はRと同一の基を、示す。
F1はYに、YF2はYに、YF3はYに、それぞれ対応する基であり、Y〜Yが水素原子である場合のYF1〜YF3はフッ素原子を、Y〜Yがフッ素原子である場合のYF1〜YF3はフッ素原子を、Y〜Yが炭素原子に結合した水素原子を必須とする1価有機基である場合のYF1〜YF3はペルフルオロ化された1価飽和有機基を、示す。
は、Qがペルフルオロ化された2価飽和有機基を示す。
【0012】
<2>下式(4)で表される化合物と下式(3−11)で表される化合物をラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて下式(2−11)で表される化合物を得て、つぎに該化合物を液相フッ素化反応させる下式(1−11)で表される化合物の製造方法(ただし、式中の記号は前記と同じ意味を示す。)。
R−X (4)
CH=CH(CHOH (3−11)
【0013】
【化2】

【0014】
<3>下式(4)で表される化合物と下式(3−12)で表される化合物をラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて下式(2−12)で表される化合物を得て、つぎに該化合物を液相フッ素化反応させる下式(1−12)で表される化合物の製造方法(ただし、式中の記号は前記と同じ意味を示す。)。
R−X (4)
CH=CH(CHOH (3−12)
【0015】
【化3】

【発明の効果】
【0016】
本発明の製造方法によれば、入手容易な化合物から高選択率でペルフルオロ環状エーテルを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本明細書において、式(1)で表される化合物を化合物(1)と記す。他の式で表される化合物も同様に記す。
【0018】
本発明において、「有機基」とは炭素原子を1つ以上含む基をいい、該基中に炭素−炭素結合が存在する場合、該結合は単結合であっても不飽和結合であってもよい。「飽和有機基」とは炭素−炭素結合が単結合のみからなる有機基をいう。
「ポリフルオロ化された有機基」とは、炭素原子に結合したフッ素原子を必須とする有機基をいう。
「ペルフルオロ化された飽和有機基」とは、炭素原子に結合した水素原子がフッ素原子で置換され、かつ炭素−炭素不飽和結合の実質的に全てにフッ素原子が付加した基、すなわち炭素原子に結合した水素原子を含まず、かつ炭素−炭素不飽和結合を含まない有機基をいう。
【0019】
まず本発明における化合物(4)、化合物(3)、化合物(2)、および化合物(1)の好ましい態様を説明する。
Rは、フッ素化される基であっても、フッ素化されない基であってもよく、後者の基が好ましい。
Rがフッ素化される基である場合、炭素原子に結合した水素原子(以下、C−Hと記す。)および/または炭素−炭素不飽和結合を有するポリフルオロ1価有機基が好ましい。フッ素化される基としては、アルキル基、シクロアルキル基、およびシクロアルキルアルキル基から選ばれる基、ならびに該選ばれる基の炭素−炭素結合間にエーテル性酸素原子の1個以上が挿入された基におけるC−Hの一部がフッ素化された基であるのが好ましい。
【0020】
Rがフッ素化されない基である場合には、ペルフルオロ1価飽和有機基が好ましく、ペルフルオロアルキル基、ペルフルオロシクロアルキル基、およびペルフルオロ(シクロアルキルアルキル)基から選ばれる基、ならびに該選ばれる基の炭素−炭素結合間にエーテル性酸素原子の1個以上が挿入された基が特に好ましい。
またRの炭素数は、1〜10が好ましく、3〜8が特に好ましい。Rの構造は、直鎖状、分岐状、および環状が挙げられる。
【0021】
Rがフッ素化されない基である場合の例としては、つぎの基が挙げられる。
直鎖状のペルフルオロアルキル基であるRの例。
CF−、CFCF−、CFCFCF−、CFCFCFCF−、CFCFCFCFCF−、CFCFCFCFCFCF−。
【0022】
分岐状のペルフルオロアルキル基であるRの例。
(CFCF−、(CFCFCF−、(CFCFCFCF−、(CFCFCF(CF)−、(CFCFCF(CF)CF−、(CFCFCFCF(CF)−、CFCFCF(CF)−、CFCFCF(CF)CFCF−、CFCFCF(CFCF)−、(CFC−、(CFCCF−、(CFC(CFCF)−、CFC(CFCF−。
【0023】
ペルフルオロシクロアルキル基またはペルフルオロ(シクロアルキルアルキル)基であるRの例。
【0024】
【化4】

【0025】
直鎖状のエーテル性酸素原子を含むペルフルオロアルキル基であるRの例。
CFOCF−、CFCFOCF−、CFOCFCF−、CFCFOCFCF−、CFCFOCFCFOCF−、CFCFOCFCFOCFCF−、CFCFOCFCFOCFCFOCF−、CFCFOCFCFOCFCFOCFCF−、CFCFOCFCFOCFCFOCFCFOCF−、CFCFOCFCFOCFCFOCFCFOCFCF−、CFCFCFOCF−、CFCFCFCFOCF−、CFCFCFCFCFCFOCF−、CFCFCFOCFCF−、CFCFCFCFOCFCF−、CFCFCFCFCFCFOCFCF−、CFCFCFCFOCFCFOCF−、CFCFCFCFOCFCFOCFCF−、CFCFCFCFCFCFOCFCFOCF−、CFCFCFCFCFCFOCFCFOCFCF−、CFCFCFCFOCFCFOCFCFOCF−、CFCFCFCFOCFCFOCFCFOCFCF−、CFCFCFCFCFCFOCFCFOCFCFOCF−、CFCFCFCFCFCFOCFCFOCFCFOCFCF−。
【0026】
分岐状のエーテル性酸素原子を含むペルフルオロアルキル基であるRの例。
CFCFCFOCF(CF)−、CFCFCFOCF(CF)CF−、CFCFCFOCF(CF)CFOCFCF−、CFCFCFOCF(CF)CFOCF(CF)−、CFCFCFOCF(CF)CFOCF(CF)CF−。
【0027】
エーテル性酸素原子を含むペルフルオロシクロアルキル基またはエーテル性酸素原子を含むペルフルオロ(シクロアルキルアルキル)基であるRの例。
【0028】
【化5】

【0029】
Rがフッ素化される基である場合の例としては、前記Rの具体例において、フッ素原子の1個以上を水素原子に置換した基が挙げられる。
【0030】
Xは、臭素原子またはヨウ素原子が好ましく、ヨウ素原子が特に好ましい。
【0031】
、Y、およびYは、水素原子が好ましい。Y〜YがC−Hを必須とする1価有機基である場合、Y〜Yはアルキル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基が特に好ましく、メチル基またはエチル基がとりわけ好ましい。
【0032】
Qは、アルキレン基または炭素−炭素結合間にエーテル性酸素原子が挿入されたアルキレン基が好ましく、アルキレン基が特に好ましく、炭素数2〜8のアルキレン基がとりわけ好ましい。Qの構造は、直鎖状、分岐状、および環状が挙げられ、直鎖状が好ましい。
【0033】
は、Rがペルフルオロ化された基、またはRと同一の基であるペルフルオロ化された1価飽和有機基であり、後者の基が好ましい。Rがペルフルオロ化された1価飽和有機基である場合のRとRは同一の基であり、Rの具体例としてはRがフッ素化されない基である場合の例と同じである。またRの炭素数は、1〜10が好ましく、3〜8が特に好ましい。Rの構造は、直鎖状、分岐状、環状が挙げられる。
【0034】
は、Qがペルフルオロ化された基であり、ペルフルオロアルキレン基または炭素−炭素結合間にエーテル性酸素原子が挿入されたペルフルオロアルキレン基が好ましく、ペルフルオロアルキレン基が特に好ましく、炭素数2〜8のペルフルオロアルキレン基がとりわけ好ましい。Qの構造は、直鎖状、分岐状、および環状が挙げられ、直鎖状が好ましい。
【0035】
化合物(4)としては、Rが炭素数3〜8のペルフルオロアルキル基であり、Xがヨウ素原子である化合物が好ましい。
【0036】
化合物(3)としては、下記化合物(3−1)が好ましく、下記化合物(3−11)および下記化合物(3−12)が特に好ましい。ただし、nは2〜8の整数を示す。
CH=CH(CHOH (3−1)
CH=CH(CHOH (3−11)
CH=CH(CHOH (3−12)。
【0037】
化合物(2)としては、下記化合物(2−1)が好ましく、下記化合物(2−11)および下記化合物(2−12)が特に好ましい。ただし、Rおよびnは、前記と同じ意味を示す。
【0038】
【化6】

【0039】
化合物(1)としては、下記化合物(1−1)が好ましく、下記化合物(1−11)および下記化合物(1−12)が特に好ましい。ただし、Rおよびnは、前記と同じ意味を示す。
【0040】
【化7】

【0041】
つぎに、本発明の製造方法における各反応を説明する。
化合物(4)と化合物(3)の反応は、Journal of Fluorine Chemistry,56(1992),285〜293に記載の方法にしたがって実施するのが好ましい。
【0042】
反応は、ラジカル発生剤および塩基性化合物の存在下に行うのが好ましい。
ラジカル発生剤は化合物(4)に対して、0.005〜0.05倍モルを用いるのが好ましい。ラジカル発生剤としては、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ベンゾイルパーオキシド等の有機過酸化物、およびアゾビスイソブチロニトリル等の有機アゾ化合物が好ましい。
塩基性化合物は化合物(4)に対して、0.2〜0.6倍モルを用いるのが好ましい。塩基性化合物としては、トリエチルアミン、ピリジン、2,6−ジメチルピリジン等の液状の塩基性化合物、および炭酸カリウム等の固体状の塩基性化合物が好ましい。
【0043】
化合物(3)は化合物(4)に対して、1〜10倍モルを用いるのが好ましく、反応収率の観点から2〜6倍モルを用いるのが特に好ましい。
【0044】
反応の温度は、特に限定されず、ラジカル発生剤を用いる場合、ラジカル発生剤の10時間半減期の温度を下限とし、該温度から30℃高い温度(好ましくは10℃高い温度)を上限とするのが好ましい。反応の圧力は、特に限定されない。反応の時間は、1時間〜24時間が好ましい。
【0045】
また反応は、反応収率の観点から、溶媒の存在下に行うのが好ましい。溶媒としては、化合物(4)と化合物(3)の反応において不活性な溶媒から選択され、化合物(4)および化合物(3)の溶解性に優れた溶媒が好ましい。
【0046】
化合物(2)の液相フッ素化反応は、本出願人らによる国際公開00/56694号パンフレット等に記載の方法にしたがって実施するのが好ましい。化合物(2)のフッ素原子含有量は、40〜75質量%が好ましく、該フッ素含有量となるようにRの構造を選択するのが好ましい。また化合物(2)の分子量は、200〜1000が好ましく、250〜500が特に好ましい。化合物(2)のフッ素原子含有量と分子量が、前記範囲である場合、後述の液相フッ素化反応の選択率と収率が特に高くなる。
【0047】
本発明の製造方法により得られる化合物(1)は、半導体用の洗浄剤、熱媒、溶媒等にとして有用な化合物である。
【実施例】
【0048】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
また、ジクロロペンタフルオロプロパンをR−225、1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタンをR−113、テトラメチルシランをTMSと記す。圧力は特に記載しない限りゲージ圧で記す。ガスクロマトグラフィをGC、ガスクロマトグラフィ質量分析をGC−MSと記す。また、GCのピーク面積比より求めた純度をGC純度、収率をGC収率と記す。
【0049】
[例1]化合物(2−11a)の製造例
撹拌機、ジムロート冷却器の備えた反応器(内容積200mL、ガラス製)に、CFCFCFCFI(108.4g)、CH=CH(CHOH(9.0g)、2,6−ジメチルピリジン(13.4g)、および2,2−アゾビスイソブチロニトリル(0.5g)を投入して撹拌した。続いて反応器の内温を80℃に加熱して3時間、還流させた。
【0050】
つぎに反応器を25℃に冷却しR−225(100g)を加えて得た反応器内溶液を、蒸留水(100g)、5質量%の酢酸水溶液(100g)、8質量%の重曹水溶液(100mL)で順次、洗浄した。さらに反応器内溶液を蒸留水(100g)で2回洗浄してから、硫酸マグネシウム(5g)で脱水し、R−225と未反応のCFCFCFCFIを留去して反応粗液を得た。
【0051】
反応粗液を大気圧下で蒸留して、留分(16.9g、162℃)を得た。留分をGC、19F−NMR、およびH−NMRによる分析した結果、化合物(2−11a)の生成を確認した(GC純度99.7%、GC収率53.2%)。
【0052】
【化8】

【0053】
[例2]化合物(1−11a)の製造例
オートクレーブ(内容積500mL、ニッケル製)に、R−113(312g)を加えた後に撹拌して25℃に保持した。オートクレーブガス出口には、20℃に保持した冷却器、NaFペレット充填層、および−10℃に保持した冷却器を直列に設置した。また−10℃に保持した冷却器からは凝集した液をオートクレーブに戻すための液体返送ラインを設置した。オートクレーブに窒素ガスを25%で1時間吹き込んだ後、窒素ガスで20体積%に希釈したフッ素ガス(以下、20%フッ素ガスと記す。)を25℃で流速11.84L/hで1時間吹き込んだ。つぎに20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら、例1で得た留分(6g)をR−113(120g)に溶解した溶液を3.6時間かけてオートクレーブに注入した。
【0054】
つぎに、20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込み、かつ反応器圧力を0.15MPa(ゲージ圧)に保持しながら、ベンゼン濃度が0.01g/mLのR−113溶液を25℃から40℃にまで加熱しながら9mL注入し、オートクレーブのベンゼン溶液注入口を閉めた。
【0055】
さらに20%希釈フッ素ガスを同じ流速で吹き込みながら1時間、撹拌を続けた。つぎに、反応器内圧力を大気圧にして、窒素ガスを1時間吹き込んだ。オートクレーブ内容物を19F−NMRで分析した結果、下記化合物(1−11a)の生成を確認した。GC分析より選択率は79%であった。
【0056】
【化9】

【産業上の利用可能性】
【0057】
本発明により、入手容易な化合物からペルフルオロ環状エーテルを高選択率で工業的に製造方法する方法が提供される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下式(4)で表される化合物と下式(3)で表される化合物をラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて下式(2)で表される化合物を得て、つぎに該化合物を液相フッ素化反応させることを特徴とする下式(1)で表されるペルフルオロ環状エーテルの製造方法。
R−X (4)
CY=CY−Q−OH (3)
【化1】

ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
Rは、ポリフルオロ1価有機基を示す。
Xは、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を示す。
、Y、およびYは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、または炭素原子に結合した水素原子を必須とする1価有機基を示す。
Qは、炭素原子に結合した水素原子を必須とする2価有機基を示す。
は、Rがフッ素化される基である場合はRがペルフルオロ化された1価飽和有機基を、Rがペルフルオロ化された1価飽和有機基である場合はRと同一の基を、示す。
F1はYに、YF2はYに、YF3はYに、それぞれ対応する基であり、Y〜Yが水素原子である場合のYF1〜YF3はフッ素原子を、Y〜Yがフッ素原子である場合のYF1〜YF3はフッ素原子を、Y〜Yが炭素原子に結合した水素原子を必須とする1価有機基である場合のYF1〜YF3はペルフルオロ化された1価飽和有機基を、示す。
は、Qがペルフルオロ化された2価飽和有機基を示す。
【請求項2】
下式(4)で表される化合物と下式(3−11)で表される化合物をラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて下式(2−11)で表される化合物を得て、つぎに該化合物を液相フッ素化反応させることを特徴とする下式(1−11)で表される化合物の製造方法。
R−X (4)
CH=CH(CHOH (3−11)
【化2】

ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
Rは、ポリフルオロ1価有機基を示す。
Xは、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を示す。
は、Rがフッ素化される基である場合はRがペルフルオロ化された1価飽和有機基を、Rがペルフルオロ化された1価飽和有機基である場合はRと同一の基を示す。
【請求項3】
下式(4)で表される化合物と下式(3−12)で表される化合物をラジカル発生剤および/または塩基性化合物の存在下に反応させて下式(2−12)で表される化合物を得て、つぎに該化合物を液相フッ素化反応させることを特徴とする下式(1−12)で表される化合物の製造方法。
R−X (4)
CH=CH(CHOH (3−12)
【化3】

ただし、式中の記号は以下の意味を示す。
Rは、ポリフルオロ1価有機基を示す。
Xは、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を示す。
は、Rがフッ素化される基である場合はRがペルフルオロ化された1価飽和有機基を、Rがペルフルオロ化された1価飽和有機基である場合はRと同一の基を示す。