(57)【要約】【課題】  フッ化カリウムなどのフッ素のアルカリ金属塩から、有機溶媒としてのアセトニトリル中での固体酸とのカチオン交換反応を利用し、温和な条件下で、かつ短時間で、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法を提供すること。【解決手段】  アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおいてから、そこにフッ素のアルカリ金属塩を加え、両者のカチオン交換反応を行った後、固体成分を分離することによる。固体酸としては、官能基としてスルホ基を有する担体が例示され、フッ素のアルカリ金属塩としては、フッ化カリウムが例示される。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおいてから、そこにフッ素のアルカリ金属塩を加え、両者のカチオン交換反応を行った後、固体成分を分離することによる、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法。
【請求項２】
固体酸が官能基としてスルホ基を有する担体である請求項１記載の方法。
【請求項３】
フッ素のアルカリ金属塩がフッ化カリウムである請求項１記載の方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法によって調製したフッ化水素のアセトニトリル溶液に、塩基を加えることによる、フッ化水素と塩基の錯体のアセトニトリル溶液を調製する方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法によって調製したフッ化水素と塩基の錯体のアセトニトリル溶液を、フッ素化剤のアセトニトリル溶液として用いることによる、有機化合物にフッ素原子を導入する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子内にフッ素原子を有する有機化合物（含フッ素有機化合物）が、医薬品や農薬の有効成分として有用であることは、当業者によく知られた事実であるが、含フッ素有機化合物は、天然にほとんど存在しないため、その取得には、フッ素化剤を利用して、有機化合物にフッ素原子を導入する方法が採用されることが一般的である。フッ素化剤として用いることができる物質は、フッ化水素（ＨＦ）をはじめとして数多く知られているが、中でもフッ化カリウム（ＫＦ）は、安全かつ安価なフッ素化剤として知られている。しかしながら、フッ化カリウムは、有機溶媒に対する溶解性が非常に低いという難点がある。そこで、本発明者らの研究グループは、フッ化カリウムの有機溶媒中での解離（ＫＦ→Ｋ＋＋Ｆ−）を促進させる方法の探索をこれまで精力的に行ってきており、その研究成果として、有機溶媒としてのアセトニトリルにフッ化カリウムを加えた後、そこに固体酸を加え、両者のカチオン交換反応を行うことで、フッ化カリウムの解離を促進させる方法を見出している（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｔａｊｉｍａ，Ｔ．ｅｔ  ａｌ．，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，４６：３５５０−３５５２．２００７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らの研究グループが非特許文献１において報告した方法によれば、アセトニトリル中におけるフッ化カリウムと固体酸のカチオン交換反応によってフッ化水素が生成し、ここに塩基と有機化合物を共存させることにより、系内において形成されるフッ化水素と塩基の錯体がフッ素化剤として機能することで、有機化合物にフッ素原子を導入することができる。しかしながら、非特許文献１では、それ自体を例えばフッ化水素と塩基の錯体からなるフッ素化剤を調製するために利用することができる、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製することはできておらず、また、加熱還流下で数時間かけなければ、フッ化カリウムと固体酸のカチオン交換反応を効果的に進行させることができない。
そこで本発明は、フッ化カリウムなどのフッ素のアルカリ金属塩から、有機溶媒としてのアセトニトリル中での固体酸とのカチオン交換反応を利用し、温和な条件下で、かつ短時間で、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記の点に鑑みて鋭意研究を行った結果、アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおいてから、そこにフッ化カリウムを加え、両者のカチオン交換反応を行うと、室温下においても短時間のうちに反応が進行し、フッ化カリウムから定量的にフッ化水素のアセトニトリル溶液を調製することができることを見出した。
【０００６】
以上の知見に基づいてなされた本発明のフッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法は、請求項１記載の通り、アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおいてから、そこにフッ素のアルカリ金属塩を加え、両者のカチオン交換反応を行った後、固体成分を分離することによる。
請求項２記載の方法は、請求項１記載の方法において、固体酸が官能基としてスルホ基を有する担体である。
請求項３記載の方法は、請求項１記載の方法において、フッ素のアルカリ金属塩がフッ化カリウムである。
また、本発明のフッ化水素と塩基の錯体のアセトニトリル溶液を調製する方法は、請求項４記載の通り、請求項１記載の方法によって調製したフッ化水素のアセトニトリル溶液に、塩基を加えることによる。
また、本発明の有機化合物にフッ素原子を導入する方法は、請求項５記載の通り、請求項４記載の方法によって調製したフッ化水素と塩基の錯体のアセトニトリル溶液を、フッ素化剤のアセトニトリル溶液として用いることによる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フッ化カリウムなどのフッ素のアルカリ金属塩から、有機溶媒としてのアセトニトリル中での固体酸とのカチオン交換反応を利用し、温和な条件下で、かつ短時間で、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のフッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法は、アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおいてから、そこにフッ素のアルカリ金属塩を加え、両者のカチオン交換反応を行った後、固体成分を分離することによるものである。
【０００９】
本発明の方法においては、まず、アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおく。アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおくことで、フッ素のアルカリ金属塩を加える段階で、固体酸がアセトニトリルに馴染んでいるので、両者のカチオン交換反応を円滑に進行させることができる。固体酸は、フッ素のアルカリ金属塩とカチオン交換反応が起こるものであれば特段の制限はなく、例えば官能基としてスルホ基（−ＳＯ３Ｈ）を有する担体を挙げることができる。この場合、担体は、ポリスチレン系樹脂やポリテトラフルオロエチレン系樹脂などの、フッ化物イオンとの親和性が低い合成樹脂からなるものが望ましい。固体酸に含まれる水は、少ない方が望ましい（例えば含水率３％未満）。固体酸に水が多く含まれていると、フッ化水素が生成したアセトニトリル中に水が多く含まれることになり、アセトニトリル中のフッ化水素をフッ素化剤として用いる際に悪影響を及ぼすおそれがある。以上の点に鑑みれば、本発明の方法において好適な固体酸としては、ダウ・ケミカル社から触媒用イオン交換樹脂として製造販売されている、官能基としてスルホ基を有し、担体がポリスチレン系樹脂からなる、多孔質構造のアンバーリスト（Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ：商標）１５Ｄｒｙ（含水率１．６％以下）を挙げることができる。なお、上記と同様の理由から、有機溶媒として用いるアセトニトリルに含まれる水もまた、少ない方が望ましい（無水アセトニトリルが好適である）。
【００１０】
アセトニトリル中に固体酸を漬け込んでおく時間は、２時間以上が望ましく、４時間以上がより望ましい。アセトニトリル中に固体酸を漬け込んでおく時間が短いと、固体酸がアセトニトリルに馴染むまでに至らないことで、フッ素のアルカリ金属塩とのカチオン交換反応が円滑に進行しない。なお、アセトニトリル中への固体酸の漬け込み時間の上限は特に制限されず、例えば２４時間であってよい。また、アセトニトリル中に固体酸を漬け込んでおく温度は、室温（例えば１０〜３０℃）であってよい。
【００１１】
次に、予め固体酸を漬け込んでおいたアセトニトリル中に、フッ素のアルカリ金属塩を加える。フッ素のアルカリ金属塩は、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウムなどであってよいが、中でも安全かつ安価なフッ化カリウムが好適である。フッ素のアルカリ金属塩は、例えば官能基としてスルホ基を有する担体を固体酸として用いる場合、固体酸が有するスルホ基のモル数に対して０．１〜０．７倍のモル数で加えることが望ましい。固体酸に対するフッ素のアルカリ金属塩の添加量が少なすぎると、１回のカチオン交換反応によるフッ化水素の生成量が少なすぎる一方、固体酸に対するフッ素のアルカリ金属塩の添加量を必要以上に多くしても、フッ化水素の生成量は、固体酸とカチオン交換反応できるフッ素のアルカリ金属塩の量に限られる。
【００１２】
フッ素のアルカリ金属塩と固体酸のカチオン交換反応を行う温度は、室温（例えば１０〜３０℃）であってよい。上述したように、本発明の方法によれば、アセトニトリル中に予め固体酸を漬け込んでおくことで、フッ素のアルカリ金属塩を加える段階で、固体酸がアセトニトリルに馴染んでいるので、室温であっても、両者のカチオン交換反応は円滑に進行する。なお、反応時間は、例えば５分間〜３時間であってよい。
【００１３】
フッ素のアルカリ金属塩と固体酸のカチオン交換反応を行った後、未反応の固体酸、官能基がアルカリ金属塩にカチオン交換された固体酸、存在する場合には未反応のフッ素のアルカリ金属塩などの固体成分を濾別するなどして分離することで、フッ化水素のアセトニトリル溶液を得ることができる（得られた溶液は吸湿性が高いことに配慮することが望ましい）。固体成分に含まれる、未反応の固体酸と官能基がアルカリ金属塩にカチオン交換された固体酸の混合物は、例えばメタノールで洗浄した後、塩酸で洗浄することで官能基がアルカリ金属塩にカチオン交換された固体酸の官能基を再生し、さらにアセトニトリルで洗浄してから乾燥させることで、本発明の方法に再利用することができる。
【００１４】
本発明の方法によって調製されたフッ化水素のアセトニトリル溶液は、例えばフッ化水素と塩基の錯体からなるフッ素化剤を調製するために利用することができる。その利用方法は簡単であり、調製されたフッ化水素のアセトニトリル溶液に塩基を所定の量論比で室温（例えば１０〜３０℃）で加えるだけでよい。こうして得られるフッ化水素と塩基の錯体のアセトニトリル溶液は、フッ素化剤のアセトニトリル溶液として用いることができる（必要に応じてアセトニトリルを留去してもよい）。塩基は、フッ化水素と錯体を形成することができるものであれば特段の制限はなく、例えば、モノアルキルアミン（アルキル基は例えば炭素数が１〜１０のもの、以下同じ）、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルキル基などの置換基を有していてもよい芳香族アミン（ピリジンや２，６−ルチジンなど）、含窒素複素環式化合物（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エンや１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デカ−５−エンなど）であってよい。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。
【００１６】
実施例１：
固体酸として２０ｍｍｏｌのアンバーリスト（商標）１５Ｄｒｙ（ダウ・ケミカル社製）を、１０ｍＬの無水アセトニトリル中に室温で一晩（約１２時間）漬け込み、固体酸をアセトニトリルに馴染ませた後、１０ｍｍｏｌのフッ化カリウム（固体酸が有するスルホ基のモル数に対して０．５倍のモル数）を加え、スターラーで３０分間撹拌し、固体酸とフッ化カリウムのカチオン交換反応を行い、上澄み液を採取して濾紙で濾過することで、フッ化水素のアセトニトリル溶液を濾液として回収した。回収した濾液に含まれるフッ素イオン量を、１９Ｆ−ＮＭＲのピーク面積に基づいて調べたところ、６．８ｍｍｏｌであり、フッ化カリウムの約７０％が解離してフッ化水素が生成したことがわかった。また、スターラーを用いた撹拌を開始してから１０分後と６０分後に上記と同様の方法で得た濾液に含まれるフッ素イオン量を、上記と同様の方法で調べたところ、いずれも６．９ｍｍｏｌであったことから、撹拌を開始してからわずか１０分間で、フッ化カリウムと固体酸のカチオン交換反応が平衡に達することがわかった。
【００１７】
上澄み液を採取した後のビーカーの内容物（未反応のフッ化カリウムと固体酸、スルホ基がカリウム塩にカチオン交換された固体酸）に、１０ｍＬの無水アセトニトリルを加え、スターラーを用いて３分間撹拌した後、上澄み液を採取して濾紙で濾過することで濾液を回収した。先に回収された濾液と合わせ（総量２０ｍＬ）、そこに含まれるフッ素イオン量を上記と同様の方法で調べた。さらに、上澄み液を採取した後のビーカーの内容物に、１０ｍＬの無水アセトニトリルを加え、スターラーを用いて３分間撹拌した後、上澄み液を採取して濾紙で濾過することで濾液を回収する操作を、あと７回繰り返し、それぞれの操作によって回収された濾液を先に回収された濾液と合わせ、そこに含まれるフッ素イオン量を上記と同様の方法で調べた。濾液の総量が３０，５０，７０，９０ｍＬのそれぞれの結果を以下に示す。
濾液の総量（ｍＬ）  Ｆ−量（ｍｍｏｌ）
３０                ８．１
５０                ９．２
７０                ９．６
９０              １０
以上の結果から明らかなように、先の操作を行った時点において未反応のフッ化カリウムと固体酸に無水アセトニトリルを加える操作を繰り返すことで、フッ化カリウムの全量からフッ化水素を生成できることがわかった。
【００１８】
実施例２：
無水アセトニトリル中に固体酸を漬け込んでおく時間を４時間にすること以外は、実施例１と同様にしてカチオン交換反応を行ったところ、フッ化カリウムが解離してフッ化水素が７．０ｍｍｏｌ生成することがわかった（この結果と実施例１の結果をあわせ考えると、フッ化カリウムからのフッ化水素の生成量は、アセトニトリル中への固体酸の漬け込み時間が少なくとも４時間で、プラトーに達すると思われる）。
【００１９】
比較例１：
１０ｍＬの無水アセトニトリルに、２０ｍｍｏｌのアンバーリスト（商標）１５Ｄｒｙと１０ｍｍｏｌのフッ化カリウムを室温で同時に加え、スターラーで１０分間撹拌した後、上澄み液を採取して濾紙で濾過することで回収した濾液に含まれるフッ素イオン量を、実施例１と同様の方法で調べたところ、フッ素イオンの存在はほとんど認められなかった（０．１８ｍｍｏｌ）。
【００２０】
実施例３：
実施例１で得た、フッ化水素を１０ｍｍｏｌ含むアセトニトリル溶液に、フッ化水素に対して１／３等量の各種の塩基を室温で加え、スターラーを用いて撹拌することで、各種のフッ化水素と塩基の錯体（塩基−３ＨＦ錯体）を１０ｍｍｏｌ含むアセトニトリル溶液を得た。得られた各種のフッ化水素と塩基の錯体を含むアセトニトリル溶液を、フッ素化剤のアセトニトリル溶液として用い、有機化合物の電解フッ素化（ＰｈＳＣＨ２ＣＯ２Ｅｔ→ＰｈＳＣＨＦＣＯ２Ｅｔ）を非特許文献１に記載の方法で行ったところ（必要に応じてアセトニトリルを留去）、反応温度が室温でも５０％以上の収率を達成することができた。
（塩基の具体例）
・  モノアルキルアミン：ｎ−ブチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ｎ−オクチルアミン
・  ジアルキルアミン：ジ−ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ−ｎ−オクチルアミン
・  トリアルキルアミン：トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン
・  芳香族アミン：２，６−ルチジン
・  含窒素複素環式化合物：１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン、１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デカ−５−エン
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、フッ化カリウムなどのフッ素のアルカリ金属塩から、有機溶媒としてのアセトニトリル中での固体酸とのカチオン交換反応を利用し、温和な条件下で、かつ短時間で、フッ化水素のアセトニトリル溶液を調製する方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。