(57)【要約】  【課題】フルオロベンゼンを原料として用い、これに直接アルデヒド基を導入してｐ−フルオロベンズアルデヒドを工業的に有利な方法で製造する方法を提案する。  【解決手段】フッ化水素および三フッ化ホウ素の存在下、フルオロベンゼンと一酸化炭素を反応させることを特徴とする、ｐ−フルオロベンズアルデヒドの製造方法。  【選択図】      無【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化水素および三フッ化ホウ素の存在下、フルオロベンゼンと一酸化炭素を反応させることを特徴とする、ｐ−フルオロベンズアルデヒドの製造方法。
【請求項２】
使用するフッ化水素および三フッ化ホウ素の量が、フルオロベンゼン１モルに対しフッ化水素５．０モル以上３０．０モル以下、かつ三フッ化ホウ素１．３モル以上５．０モル以下であることを特徴とする、請求項１記載のｐ−フルオロベンズアルデヒドの製造方法。
【請求項３】
反応温度が０℃以下であることを特徴とする、請求項１または請求項２記載のｐ−フルオロベンズアルデヒドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医薬、農薬原料中間体として有用なｐ−フルオロベンズアルデヒドの製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塩化水素−塩化アルミニウム等を触媒として使用する、芳香族炭化水素の一酸化炭素によるホルミル化による芳香族アルデヒドの製造は、ガッターマン・コッホ反応としてよく知られている。しかしながらこの反応は、アルキル基等の電子供与性の置換基が結合した芳香族炭化水素の場合にはスムーズに進行するが、電子吸引性の置換基が結合している場合には、反応の進行が遅く、工業的に実施することは困難とされていた。
例えば、塩化アルミニウムに対して極少量の塩化水素を添加する触媒系において、フルオロベンゼンと一酸化炭素を反応させることによりｐ−フルオロベンズアルデヒドが得られることが開示されている（特許文献１参照）が、１８時間反応させても、使用した触媒の塩化アルミニウムベースの収率で約２４．１％、原料フルオロベンゼンベースの収率では３．４％と低く（実施例４参照）、また反応を促進すると記載されている４−メチルアニソールを添加しても、反応時間８９時間で、塩化アルミニウムのモル数から添加した４−メチルアニソールのモル数を差し引いたモル数ベース（４−メチルアニソールと塩化アルミニウムが１：１で錯体を形成すると考えて計算していると思われる）の収率で６４．３％、４−メチルアニソール分を差し引かない塩化アルミニウムベースで２９．７％、原料フルオロベンゼンベースでの収率では９．４％となっている。なお、特許文献１の実施例中では副生物については何も示されておらず、どのような副生物がどの位生成するかは不明である。
【０００３】
また、同じく塩化アルミニウム−塩化水素触媒系にて、フルオロベンゼンと一酸化炭素とを反応温度４５℃から１００℃で反応させることにより、ｐ−フルオロベンズアルデヒドが得られることが開示されている（特許文献２参照）。この場合、収率は具体的な数値では示されていないが、図５から、最も原単位的に良好とされている塩化アルミニウムとフルオロベンゼン重量比５０：５０の場合、塩化アルミニウムベースの収率で約７４％、フルオロベンゼンベースで転化率約５８％、選択率９１．１％、収率約５３％であることが読みとれる。なお、特許文献２には、主な副生物としてｏ−フルオロベンズアルデヒド、ｍ−フルオロベンズアルデヒド、クロロ−ビス（フルオロフェニル）メタン、およびオリゴマーが生成し、また、フルオロベンズアルデヒド３異性体間の生成比として、ｏ−：ｍ−：ｐ−＝１．８：０．２：９８．３であると記載されている。
これらのように、塩化水素−塩化アルミニウム系を触媒として用いる場合、ホルミル化反応終了後に生成物と触媒を分離するために、通常、反応混合物を水で処理するので、触媒の再生が非常に困難である。また廃棄する場合にも加水分解により大量の廃棄物が発生し、処理費用が嵩むという課題もある。その観点も含めて考えると、上記２件とも不十分な反応成績である。
【０００４】
また、ガッターマン・コッホ反応以外の方法として、フッ化水素、三フッ化ホウ素触媒にてフルオロベンゼンとギ酸メチルを反応させることにより、ｐ−フルオロベンズアルデヒドが得られることが開示されている（特許文献３参照）が、この場合、反応副生物としてメタノールが生成すると考えられ、このものとフッ化水素、三フッ化ホウ素との分離が困難であるという問題が残っている。
また、フッ化水素の存在下でウロトロピンとフルオロベンゼンを反応させることにより、ｐ−フルオロベンズアルデヒドが得られることが開示されている（特許文献４参照）が、同時にｏ−フルオロベンズアルデヒドも相当量副生し、また収率もフルオロベンズアルデヒド２異性体合計で約３０％程度でありかなり低い。
【特許文献１】米国特許第６３００５２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６４５５７３９号明細書
【特許文献３】特公平５−３２３７５号公報
【特許文献４】米国特許第４５８８８４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、これまでに知られている方法では、フルオロベンゼンに直接アルデヒド基を導入してｐ−フルオロベンズアルデヒドを工業的に製造するには、収率が低い問題や、または触媒との分離が困難であるために触媒の再使用ができない等、コスト的に不利になる等の問題が存在していた。
本発明の目的は、フルオロベンゼンを原料として用い、これに直接アルデヒド基を導入してｐ−フルオロベンズアルデヒドを工業的に有利な方法で製造する方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、フルオロベンゼンに直接アルデヒド基を導入してｐ−フルオロベンズアルデヒドを製造する方法を鋭意検討した結果、触媒としてフッ化水素、三フッ化ホウ素を用いてフルオロベンゼンと一酸化炭素を反応させることにより、極めて高い選択率、および高い原料フルオロベンゼン転化率で高純度のｐ−フルオロベンズアルデヒドが得られ、しかも、触媒の回収・再使用が可能であることから、工業的に非常に有利であることを見い出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、フッ化水素および三フッ化ホウ素の存在下、フルオロベンゼンと一酸化炭素を反応させることを特徴とする、ｐ−フルオロベンズアルデヒドの製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の方法により、フルオロベンゼンを原料として一段の反応で、高純度のｐ−フルオロベンズアルデヒドを、収率良く、安価に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明で原料として用いられるフルオロベンゼンは、ベンゼンの水素原子の１つをフッ素で置換したモノフルオロベンゼンであり、通常入手できるものであれば特に問題はない。
【０００９】
本発明において、フルオロベンゼンと一酸化炭素を反応（ホルミル化反応）させる際に触媒としてフッ化水素および三フッ化ホウ素を使用することが重要である。この触媒を用いて反応を行うことにより、常温よりも低い反応温度下においてもｐ−フルオロベンズアルデヒドが得られ、生成するｐ−フルオロベンズアルデヒドがさらに反応して生成する副生物の生成が極めて少なくなる。また、フッ化水素および三フッ化ホウ素を触媒として使用することにより、ｐ−フルオロベンズアルデヒド異性体のｏ−フルオロベンズアルデヒドは極めて微量しか生成せず、またもう一つの異性体であるｍ−フルオロベンズアルデヒドにおいては全く生成が認められなくなる。
【００１０】
本発明において使用するフッ化水素の量は、原料のフルオロベンゼン１モルに対して、５．０モル以上が好ましく、７．０モル以上がより好ましい。フッ化水素の使用量が多い方が原料転化率が高くなるが、あまり多量に使用すると装置の容積効率が低下し、かつ回収するべきフッ化水素の量が増加するため、その上限は適宜選択され、通常３０．０モル以下を使用する。
【００１１】
一方、三フッ化ホウ素の使用量は、原料のフルオロベンゼン１モルに対して１．３モル以上５．０モル以下が好ましく、より好ましくは１．５モル以上３．５モル以下である。使用する三フッ化ホウ素の量が１．３モルより少ない場合には、ホルミル化反応速度が極端に遅くなり、工業的に不利となる。また、三フッ化ホウ素の量を、５．０モルを超えて使用することも可能ではあるが、その場合、一酸化炭素を供給する前でかなり圧力が上昇してしまい、さらに一酸化炭素で加圧するため、かなり高圧の反応器が必要になるため好ましくない。
【００１２】
反応の温度は、望ましくない副反応を抑えるための重要な因子であり、本発明においては好ましくは０℃以下、より好ましくは−１０℃以下で実施される。前述したように、触媒としてフッ化水素と三フッ化ホウ素を用いることにより、このような低温下でもフルオロベンゼンのホルミル化反応が十分進行し、結果として副生物の生成を極端に少なくすることができる。なお、極端な低温は必要ではなく、フルオロベンゼンの融点である−４２℃以上が選択される。
【００１３】
ホルミル化反応における一酸化炭素分圧としては好ましくは０．５ＭＰａ以上、より好ましくは０．７ＭＰａ以上の圧力が収率の面で好ましいが、３ＭＰａを超える圧力は経済的にも得策ではなく、不必要である。
【００１４】
ホルミル化反応後には、ｐ−フルオロベンズアルデヒド・フッ化水素・三フッ化ホウ素錯体溶液が得られる。得られたｐ−フルオロベンズアルデヒド・フッ化水素・三フッ化ホウ素錯体溶液は、例えば適当な分解助剤の存在下で加熱分解することにより、生成物であるｐ−フルオロベンズアルデヒドの分解助剤溶液（未反応のフルオロベンゼンを含む）と触媒のフッ化水素、三フッ化ホウ素に分離することができる。分離されたフッ化水素、三フッ化ホウ素は廃棄する必要がなく、触媒として反応に再使用することができる。また、ｐ−フルオロベンズアルデヒドの分解助剤溶液は未反応のフルオロベンゼン以外の副生物（特にｐ−フルオロベンズアルデヒドの異性体）をほとんど含んでいないため、簡単な蒸留等により精製され、目的とするｐ−フルオロベンズアルデヒドを高純度で得ることができる。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００１６】
＜実施例１＞
攪拌機と上部に３個の入口ノズル、底部に１個の出口ノズルを備え、ジャケットにより内部温度を制御できる５００ｍｌのオートクレーブをホルミル化反応器として使用した。
ジャケットに冷媒を流し、−２０℃以下に冷却したオートクレーブにフッ化水素１５０ｇ（７．５モル）およびフルオロベンゼン７２．１ｇ（０．７５モル）を仕込んだ。その後、撹拌させながら、温度が−２０℃を超えないように調整しながら、三フッ化ホウ素１０１．７ｇ（１．５モル）を加えた。
三フッ化ホウ素を加えた後、オートクレーブ内の温度を−２５℃に冷却し、その温度を保ったまま一酸化炭素により２ＭＰａまで昇圧した。温度−２５℃、圧力２ＭＰａを保ちながら１時間撹拌した後、オートクレーブ内の反応混合液を氷水中に抜液した。抜液したものにトルエンを加え、良く振り混ぜた後、油層を分液した。得られた油層部を水洗した後、ガスクロマトグラフィーにより分析したところ、フルオロベンゼン転化率３７．１モル％、ｐ−フルオロベンズアルデヒド選択率９９．８モル％の結果であった。なお、ｐ−フルオロベンズアルデヒドとｏ−フルオロベンズアルデヒドの生成比は９９．９６：０．０４であり、ｍ−フルオロベンズアルデヒドは検出されなかった。
【００１７】
＜実施例２＞
フッ化水素の仕込量を１００ｇ（５．０モル）、フルオロベンゼンの仕込量を９６．１ｇ（１．０モル）に、三フッ化ホウ素の仕込量を１３５．６ｇ（２．０モル）に変えた以外は実施例１と同様の方法で反応と反応混合液の処理を行った。得られた油層部のガスクロマトグラフィー分析の結果、フルオロベンゼン転化率２０．３モル％、ｐ−フルオロベンズアルデヒド選択率９９．８モル％の結果であった。なお、ｐ−フルオロベンズアルデヒドとｏ−フルオロベンズアルデヒドの生成比は９９．９６：０．０４であり、ｍ−フルオロベンズアルデヒドは検出されなかった。
【００１８】
＜実施例３＞
三フッ化ホウ素の仕込量を１５２．６ｇ（２．２５モル）に、反応温度を−３０℃に、反応時間を３時間にした以外は実施例１と同じ方法で反応と反応混合液の処理を行った。得られた油層部のガスクロマトグラフィー分析の結果、フルオロベンゼン転化率７１．６モル％、ｐ−フルオロベンズアルデヒド選択率９９．９モル％の結果であった。なお、ｐ−フルオロベンズアルデヒドとｏ−フルオロベンズアルデヒドの生成比は９９．９７：０．０３であり、ｍ−フルオロベンズアルデヒドは検出されなかった。
【００１９】
＜実施例４＞
フッ化水素の仕込量を２００ｇ（１０．０モル）、フルオロベンゼンの仕込量を４８．１ｇ（０．５モル）、三フッ化ホウ素の仕込量を１０１．７ｇ（１．５モル）にし、−３０℃にて実施例１と同様の操作にて５時間反応させた。実施例１と同様の操作にて反応混合液の処理を行い、得られた油層部をガスクロマトグラフィーで分析したところ、フルオロベンゼンの転化率９０．６モル％、ｐ−フルオロベンズアルデヒド選択率９９．９モル％の結果であった。なお、ｐ−フルオロベンズアルデヒドとｏ−フルオロベンズアルデヒドの生成比は９９．９７：０．０３であり、ｍ−フルオロベンズアルデヒドは検出されなかった。
【００２０】
＜実施例５＞
フッ化水素の仕込量を２００ｇ（１０．０モル）、フルオロベンゼンの仕込量を４８．１ｇ（０．５モル）、三フッ化ホウ素の仕込量を６７．８ｇ（１．０モル）にし、２０℃の反応温度にて実施例１と同様の操作にて３時間反応を行った。実施例１と同様の操作にて反応混合液の処理を行い、得られた油層部のガスクロマトグラフィー分析の結果、フルオロベンゼン転化率は３０モル％であった。なおｐ−フルオロベンズアルデヒド選択率は９７．０モル％であり、ｐ−フルオロベンズアルデヒドと原料のフルオロベンゼンが反応して生成したと考えられる高沸分が生成していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明により得られる高純度のｐ−フルオロベンズアルデヒドは、医薬および農薬の原料や中間体として極めて有用である。