(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の５つの工程を含む、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンの製造方法。
第１工程：キシレンを塩素（Ｃｌ2）によって塩素化し、ビス（トリクロロメチル）ベンゼンとジクロロメチルトリクロロメチルベンゼンの混合物を得る工程。
第２工程：第１工程で得られた混合物に対しフッ化水素を作用させ、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンとジクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンの混合物を得る工程。
第３工程：第２工程で得られた混合物から、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンを分離する工程。
第４工程：第３工程で得られたジクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンを塩素（Ｃｌ2）によって塩素化し、トリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンを得る工程。
第５工程：第４工程で得られたトリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンに対しフッ化水素を作用させ、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンを得る工程。
【請求項２】
請求項１において、キシレンがｐ−キシレンであり、得られるビス（トリフルオロメチル）ベンゼンが１，４−ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、第３工程の、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンの分離が、蒸留によって行われることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３において、ジクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンの塩素（Ｃｌ2）による塩素化が、ラジカル開始剤または光照射下、反応温度０〜１２０℃、ジクロロメチルトリフルオロメチルベンゼン１モルに対し１モル以上の塩素を供給し反応させることからなる、請求項１乃至請求項３に記載の、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、ラジカル開始剤が２，２’−アゾイソブチロニトリルであることを特徴とする、請求項４に記載の、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５において、トリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンに対しフッ化水素を作用させ、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンを得る工程が、金属ハロゲン化物から選ばれる触媒存在下または無触媒下において、反応温度０〜１５０℃、圧力１〜１００ｋｇ／ｃｍ2において、トリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼン１モルとフッ化水素３〜５０モルを反応させることからなる、請求項１乃至請求項５に記載のビストリフルオロメチルベンゼンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医農薬中間体、機能性物質原料、反応溶剤、洗浄溶剤などとして有用なビストリフルオロメチルベンゼンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
ビストリフルオロメチルベンゼンの製造方法には、例えば１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンの製造方法として、パラキシレンを塩素化して得られる１，４−ビストリクロロメチルベンゼンをフッ化水素でフッ素化する方法が知られており、その際、無触媒で１５０〜２００℃（Ind. eng. Chem. 39 [1947] 302)、五塩化アンチモン触媒存在下室温(J. Am. Chem. Soc. 71[1949] 1490)などの反応条件が提案されている。
【０００３】
また、テレフタル酸を１２０℃で四フッ化硫黄によりフッ素化する方法（USP2,859,245)も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上に挙げた１，４−ビストリクロロメチルベンゼンをフッ化水素でフッ素化する方法は、反応率、選択率ともに優れた方法であるが、１，４−ビストリクロロメチルベンゼンの融点が１１１℃と高いため常温で固体で取り扱いがたいため、高温で溶融したり溶媒に溶解して液体として取り扱うことが一般的である。
【０００５】
本発明では、常温または比較的低温で液体として取り扱える化合物を原料とすることで、製造操作を簡便なものにする。
【０００６】
【課題を解決するための具体的手段】
本発明者らは、上記課題を解決するためにパラキシレンから１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンを製造する方法について検討したところ、パラキシレンを塩素で塩素化すると１，４−ビストリクロロメチルベンゼンとともに１−トリクロロメチル−４−ジクロロメチルベンゼンが得られこれらの混合物の融点が比較的低い（６０℃以下）ことを知り、これをフッ化水素でフッ素化したところ１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンと１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンを主とする混合物が得られた。この反応で得られた１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンは目的生成物ではないのでその処分は重要な問題であるが、１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンは容易に塩素化を受け１−トリクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンとなり、さらにこれは容易にフッ化水素によりフッ素化され１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンとなることを見いだし本発明に到達した。
【０００７】
すなわち本発明は、次の５つの工程を含む、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンの製造方法である。
第１工程：キシレンを塩素（Ｃｌ2）によって塩素化し、ビス（トリクロロメチル）ベンゼンとジクロロメチルトリクロロメチルベンゼンの混合物を得る工程。
第２工程：第１工程で得られた混合物に対しフッ化水素を作用させ、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンと、式（１）で表されるジクロロメチルトリフルオロメチルベンゼン
【化１】
0003638790.tif 000002
の混合物を得る工程。
第３工程：第２工程で得られた混合物から、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンを分離する工程。
第４工程：第３工程で得られたジクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンを塩素（Ｃｌ2）によって塩素化し、式（２）で表されるトリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼン
【化２】
0003638790.tif 000003
を得る工程。
第５工程：第４工程で得られたトリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンに対しフッ化水素を作用させ、ビス（トリフルオロメチル）ベンゼンを得る工程。
【００１０】
本発明の方法を適用する場合において、一般式（１）で表される化合物が式（３）、
【００１１】
【化３】
0003638790.tif 000004
【００１２】
で表される置換基が互いにパラ位にある化合物であり、トリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンが式（４）で表される１−トリクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン
【化４】
0003638790.tif 000005
であり、ビストリフルオロメチルベンゼンが１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンであるのは好ましい例である。
【００１３】
キシレンを塩素で塩素化すると二つのメチル基の水素が任意の数だけ塩素化された化合物が得られるが、１５０〜１７０℃程度の十分に高い温度と光触媒やベンズアミドなどの触媒を用いると、例えば、パラキシレンからは１，４−ビストリクロロメチルベンゼンを主生成物として得ることができる。このような生成物から１，４−ビストリクロロメチルベンゼンを分離し、低塩素化物を再度塩素化反応工程に戻すことで１，４−ビストリクロロメチルベンゼンを製造することができ、これをフッ化水素によりフッ素化することで１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンとすることができる。
【００１４】
しかしながら、この方法では既に上で述べたように融点の高い常温で固体である化合物をフッ素化することになり、製造操作上好ましくない。本発明の方法をパラキシレンに適用すると、パラキシレンの塩素化で得られた１，４−ビストリクロロメチルベンゼンと１−ジクロロメチル−４−トリクロロメチルベンゼンの混合物を分離することなく液体としてフッ素化し生成した１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンと１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンの混合物として取得し、その混合物を蒸留などの方法で分離することで１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンと１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンのそれぞれを得ることができる。
【００１５】
この様にして副生成物として得られる１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンを本発明の方法により塩素化し、次いでフッ素化することで１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンとすることができるが、どの反応工程においても固体を取り扱う必要がなく工業的生産において極めて有利な方法である。
【００１６】
本発明の第４工程の塩素化反応は、反応領域において一般式（１）で表される化合物と塩素を接触させることで行われる。反応領域としてはガラス、ステンレス鋼、鉄、またはガラス、フッ素樹脂などでライニングされた反応容器が採用される。一般式（１）で表される化合物と塩素の接触方法は特に限定されず、流通系またはバッチ式あるいは半バッチ式で行うことができる。例を挙げれば、予め反応容器に仕込まれた一般式（１）で表される化合物に塩素ガスを吹き込むことで行うのが一般的であり、好適に採用される。反応を進行させるためには触媒、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスバレロニトリルなどのアゾ化合物、過酸化ベンゾイル、過酸化ドデカノイル、過酸化ジラウロイル、ｔ−ブチルパーオキシピバレートなどの過酸化物などのラジカル開始剤、赤燐、五塩化燐、三塩化燐、トリフェニルフォスフィン、亜リン酸トリフェニルなどの燐化合物などが使用され、また、光を照射することが行われる。反応温度は使用する触媒の種類により異なるが、０〜１２０℃程度であり、４０〜１００℃が好ましく、５０〜８０℃がより好ましい。また、同様に一般式（１）で表される化合物が有する塩素数によっても異なるが、０℃未満では反応は殆ど進まず、１２０℃を超えると反応収率が低下するので好ましくない。塩素化反応は発熱を伴うので反応温度は外部から加熱または冷却するとともに塩素導入速度を変化させたりまたは塩素ガスを不活性ガスで希釈することで調節することができる。反応圧力は反応に殆ど影響を及ぼさないので特に加圧することは必要がなく、通常０．５〜１０ｋｇ／ｃｍ2であり、１〜３ｋｇ／ｃｍ2で行うことができる。
【００１７】
反応に使用する塩素量は、一般式（１）で表される化合物１モルに対し１モル以上であればよいが、おおよそ１〜２モル程度であり、反応装置あるいは反応操作を最適化することで１モル程度とすることができる。具体的には、例えば、１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン１モルに対し塩素は１〜２モルの使用量であり、最適化によりほぼ１モル程度の使用量とすることができる。最適化は反応条件を設定するとともに、塩素化反応が気−液接触反応であることから、接触効率を高めるための慣用の手段、例えば、撹拌装置、ガス吹き込み装置、スパージャーなどの使用、または多段塩素化反応装置による方法を適宜採用することは有効である。
【００１８】
また、本発明の第４工程は溶媒の存在下で行うこともできる。使用される溶媒としては原料および生成物を溶解することができ、塩素化反応で不活性な溶媒であり、さらに生成物と充分な沸点差を有することが好ましく、例えば、四塩化炭素、クロロホルム、テトラクロロエタン、モノクロロベンゼン、ｏ−、ｍ−、ｐ−ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、モノブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、２，３−、２，４−、２，５−、２，６−、３，４−、３，５−ジクロロベンゾトリフルリド、３，４，５−トリクロロベンゾトリフルオリドまたはビストリフルオロメチルベンゼンなどが挙げられる。
【００１９】
本発明にかかる塩素化反応により得られたトリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンは蒸留などの通常の精製処理により高純度の製品とすることもできるが、本発明にかかるフッ素化反応の原料に供する場合にはその様な製品でも良いが敢えて精製したものを使用する必要はない。
【００２０】
本発明の第５工程のフッ素化反応は、トリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼンとフッ化水素を接触させることで行い、液相フッ素化反応で慣用される金属ハロゲン化物、例えば、五塩化アンチモン、四塩化スズなどを触媒として使用することもできるが、無触媒でもよい。触媒を用いると０℃以上の温度で反応し、反応が早くなるので例えば室温以下でおこなうことが必要となることがある等、却て反応操作が困難となるなど好ましくない場合がある。無触媒の場合、反応温度は４０〜１５０℃であり、５０〜１００℃が好ましい。４０℃未満では反応が遅く生産効率が悪く、１５０℃を超えると重合性物質の生成などによりビストリフルオロメチルベンゼンの収率を下げるので好ましくない。フッ素化反応では、トリクロロメチルトリフルオロメチルベンゼン１モルに対しフッ化水素を３〜５０モル、好ましくは３〜２０モルを使用する。
【００２１】
フッ素化反応は、モネル、ハステロイ、ニッケルまたはこれらの金属やポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロポリエーテル樹脂などのフッ素樹脂でライニングされた耐圧容器中で攪拌機を使用して行われ、バッチ式反応、連続式反応または半連続式反応の形式が採られる。反応圧力は、１〜１００ｋｇ／ｃｍ2であり、装置上の制約から通常は３０ｋｇ／ｃｍ2以下である。１ｋｇ／ｃｍ2未満では上記した好ましい反応温度でフッ化水素が液化せず反応が進まないことがあり、特にメリットはない。
【００２２】
フッ素化反応を行う際には、不活性な溶媒を使用することができる。その様な溶媒としては、例えば、１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンなどの目的反応生成物が挙げられる。
【００２３】
以下、実施例をもって本発明を詳細に説明するが、本発明の実施態様はこれに限られない。実施例中の％は別途注記がない限りガスクロマトグラフの面積％を表す。
【００２４】
【実施例】
〔実施例１〕
攪拌機と還流冷却器を備えた１リットルのガラス製四つ口フラスコに１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン６２０ｇを仕込み、撹拌しながら緩く窒素ガスを吹き込み昇温を始めた。反応液の温度が７０℃に達した時、窒素ガスの導入を停止し２，２'−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）４．５ｇを投入し、その１５分後に塩素ガスを３８ｇ／ｈｒの速度で供給を始めた。この時を反応開始時とする。反応器から流出するガスは水トラップ次いで苛性ソーダ水溶液トラップを通して排出した。その後反応温度を７５〜８０℃に保ち、２時間毎にＡＩＢＮを２．２ｇ添加し７時間反応を継続し、塩素ガスの導入を停止し、窒素ガスを導入し反応器を室温まで冷却した。
【００２５】
反応器内容物は、６８７ｇであり、ガスクロマトグラフで分析したところ、１−トリクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンが９６．３％と１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンが１．６％含まれていた。
【００２６】
〔実施例２〕
攪拌機と還流冷却器を備えた１００ミリリットルの二個のガラス製四つ口フラスコを用意し、第一のフラスコには塩素ボンベから塩素ガスが吹き込めるように挿入管を設け、第二のフラスコには第一のフラスコの還流冷却器を流出したガスが吹き込めるように挿入管を設けた。第一および第二のフラスコに１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンをそれぞれ１２１ｇ仕込んだ。撹拌しながら、塩素を吹き込むために用意した第一のフラスコの挿入管から緩く窒素ガスを吹き込み昇温を始めた。反応液の温度が６５℃に達した時、窒素ガスの導入を停止し２，２'−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）０．１７４ｇをそれぞれのフラスコに投入し、その１５分後に塩素ガスの供給を始めた。この時を反応開始時とする。反応器から流出するガスは水トラップ次いで苛性ソーダ水溶液トラップを通して排出した。その後反応温度を６５〜７０℃に保ち、２時間毎にＡＩＢＮをそれぞれの反応器に０．１７４ｇ添加し８．５時間反応を継続し、塩素ガスの導入を停止し、その後１時間に亘り窒素ガスを導入し反応器を室温まで冷却した。塩素ガスの導入量は平均６ｇ／ｈｒであった。
【００２７】
第一と第二のフラスコの内容物は、それぞれ１３９ｇと１３０ｇであり、ガスクロマトグラフで分析したところ、第一のフラスコには１−トリクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン９８．４％と１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン０．７％が含まれていた。第二のフラスコには１−トリクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン４４．８％と未反応の１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンが含まれていた。
【００２８】
〔実施例３〕
還流冷却器を備えた５０ミリリットルのステンレス製オートクレーブに実施例２で得られた純度９８．４％の１−トリクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼン１５ｇと無水フッ化水素１０ｇを仕込み、密閉後反応を開始し６０℃まで徐々に加熱した。昇温にともなって内圧が上昇したが１１ｋｇ／ｃｍ2に達したところで還流冷却器の出口側に設けたニードルバルブをゆっくりと開き９ｋｇ／ｃｍ2とした。その後徐々に昇温し７時間で８５℃になるまで同じ圧力調製操作を繰り返した。反応開始後７時間で圧力の上昇がなくなった時点でオートクレーブを冷却し、圧力を解放したあとで内部の反応液を氷の入った容器に取り出し、分液して有機物を得た。有機物は１０．５４ｇあり、これをガスクロマトグラフで分析したところ、１，４−ビストリフルオロメチルベンゼンは９７．６％であり、他に１−ジクロロメチル−４−トリフルオロメチルベンゼンが０．０５％含まれていた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の方法は、キシレンから対応するビストリフルオロメチルベンゼンを製造する際に、主な反応試剤として何れの反応工程においても固体を取り扱う必要がなく、塩素化工程が比較的低温で行えるため工業的生産において有利である。