(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるフッ素化ラクトンと、下記一般式（２）で表されるフッ素化シクロヘミアセタールとの少なくとも一方を、下記一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールの電解酸化を経て製造する、フッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法。
【化１】
一般式（１）：
0003824157.tif 000013
（ｎは１から４の整数を表す。）
【化２】
一般式（２）：
0003824157.tif 000014
（ｎは１から４の整数を表す。）
一般式（３）：
ＨＯＣＨ２（ＣＦ２）ｎＣＨ２ＯＨ
（ｎは１から４の整数を表す。）
【請求項２】
前記電解酸化時に支持電解質として有機アンモニウム塩を使用する、請求項１に記載したフッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法。
【請求項３】
前記支持電解質がテトラアルキルアンモニウム塩である、請求項２に記載したフッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法。
【請求項４】
前記電解酸化を塩基の添加下で行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載したフッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法。
【請求項５】
前記塩基が第３級のアミンである、請求項４に記載したフッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フッ素原子を導入した有機化合物は医薬品、農薬、機能性材料等に広く用いられており、フッ素原子導入法としてはさまざまな有機化学的方法が報告されている。
【０００３】
【化３】
一般式（１）：
0003824157.tif 000002
（ｎは１から４の整数を表す。）
で表されるフッ素化ラクトン、及び
【化４】
一般式（２）：
0003824157.tif 000003
（ｎは１から４の整数を表す。）
で表されるフッ素化シクロヘミアセタールのうち、ｎが２または３の化合物の合成については、すでに報告されている（ Thomas S.Croft and John J.McBrady,“J. Org. Chem.”(1976), 41, 2256-2258、及び US Patent 3,816,468.）。
【０００４】
Thomas S.Croftらの方法は、対応する酸フルオリドをオルガノシリコンハライド、白金触媒存在下、１６０〜２１０℃で還元するというものであり、収率は１０〜３０％と低い。US Patent 3,816,468の合成法も、対応する酸ハライドに１６０〜１７０℃でパラジウム触媒を用いて水素ガスを添加する方法である。
【０００５】
これらの方法は高価な白金やパラジウムを使用することや高温を要すること等から、工業的な製造方法として適しているとは言えない。
【０００６】
一方、電解酸化による製造方法は、極めて簡便で少量の支持電解質存在下に電気を通電するだけで目的物質が得られる優れた方法である。また、単離精製も極めて容易であり、通電後の反応液をそのまま蒸留するだけで、他の物質から分離して純粋な目的の酸化生成物を回収することができる。
【０００７】
含フッ素アルコールの電解酸化によりヘミアセタールを合成する方法としては、２，２，２−トリフルオロエタノールからトリフルオロアセトアルデヒドの等価体である２，２，２−トリフルオロエチルヘミアセタールへの変換が報告されている（ K.Shirai, O.Onomura, T.Maki and Y.Matsumura,“Tetrahedron Letters”,(2000), 41, 5873-5876）。
【０００８】
しかしながら、一般式（３）に示すような、分子内にヒドロキシル基を２つ有するフッ素化合物について、電解酸化を行った例はこれまで報告されていない。
一般式（３）：
ＨＯＣＨ２（ＣＦ２）ｎＣＨ２ＯＨ
（ｎは１から４の整数を表す。）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、例えば医薬品、農薬、機能性材料等の中間体あるいは電池電解液のような機能性材料となり得る一般式（１）で表されるフッ素化ラクトンと一般式（２）で表されるシクロヘミアセタールを極力簡便、安価に製造できる、フッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記一般式（１）で表されるフッ素化ラクトンと、下記一般式（２）で表されるフッ素化シクロヘミアセタールとの少なくとも一方を、下記一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールの電解酸化を経て製造する、フッ素化ラクトン及び／又はフッ素化シクロヘミアセタールの製造方法に係るものである。
【化５】
一般式（１）：
0003824157.tif 000004
（ｎは１から４の整数を表す。）
【化６】
一般式（２）：
0003824157.tif 000005
（ｎは１から４の整数を表す。）
一般式（３）：
ＨＯＣＨ２（ＣＦ２）ｎＣＨ２ＯＨ
（ｎは１から４の整数を表す。）
【００１１】
本発明者は鋭意研究の結果、前記一般式（１）で表されるフッ素化ラクトンおよび前記一般式（２）で表されるフッ素化シクロヘミアセタールが前記一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールを前記電解酸化することによって簡便、容易に高収率で合成できることを見出した。
【００１２】
前記一般式（２）で表されるフッ素化シクロヘミアセタールは、前記一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールの一方の−ＣＨ2ＯＨ基が酸化されてアルデヒド基となり、もう一方の−ＣＨ2ＯＨ基がこのアルデヒド基と分子内でヘミアセタールを形成することにより生成する。
【００１３】
前記一般式（１）で表されるフッ素化ラクトンはこのフッ素化シクロヘミアセタールがさらに前記電解酸化を受けることにより生成すると考えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記電解酸化時に支持電解質として有機アンモニウム塩、特にテトラアルキルアンモニウム塩を使用するのが望ましい。
【００１５】
また、フッ素化ラクトンを優先的に得るには、前記電解酸化を塩基、例えば２，４，６−コリジン、２，６−ルチジン、オクタヒドロアクリジン、６−クロロ−２−メチルピリジン等のピリジン誘導体等の第３級アミンの存在下で行うのが望ましい。
【００１６】
また、前記フッ素化シクロヘミアセタールを酸化することによって、前記フッ素化ラクトンを製造するのがよい。この場合、前記フッ素化シクロヘミアセタールを前記電解酸化又は前記電解酸化とは異なる方法、例えば有機化学的な酸化によって酸化して、前記フッ素化ラクトンを製造するのがよい。
【００１７】
以下、本発明を好ましい実施の形態に基づいてより具体的に説明する。
【００１８】
電解酸化の条件
前記電解酸化の条件は以下に示すとおりである。
【００１９】
陽極は、通常陽極として用いることのできる材料、たとえば白金、金、炭素等を用いる。陰極は、通常陰極として用いることのできる材料、たとえば白金、金、炭素、亜鉛、銅、鉛、チタン等を用いる。
【００２０】
前記支持電解質としては、有機アンモニウム塩であることが好ましく、テトラアルキルアンモニウム塩であることが特に好ましい。有機アンモニウム塩に結合している有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ベンジル基、シクロヘキシル基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基などが挙げられ、これらを２つ以上組み合わせたアンモニウム塩でもよい。
【００２１】
前記支持電解質の対アニオンは、無機酸あるいは有機酸の共役塩基である。例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、テトラフルオロボレート、ペンタフルオロホスフェート、ペンタフルオロアンチモネート、パークロレート、メタンスルホネート、ベンゼンスルホネート、トルエンスルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、パーフルオロブタンスルホネート、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルアニオンなどである。
【００２２】
電流密度は、通常１０ｍＡ／ｃｍ2から１Ａ／ｃｍ2、好ましくは５０ｍＡ／ｃｍ2から５００ｍＡ／ｃｍ2である。
【００２３】
通電する電気量は、原料となる前記フッ素化ジアルコール１ｍｏｌにつき、通常０．５〜１０．０Ｆ（４．８×１０4〜９．６×１０5Ｃ）、好ましくは１．０〜５．０Ｆ（９．６×１０4〜４．８×１０5Ｃ）である。
【００２４】
反応温度は使用する原料の反応性や用いる溶媒に合わせて適宜設定するが、−５０℃〜８０℃であり、好ましくは−２０℃〜３０℃である。
【００２５】
溶媒は、前記支持電解質を加えた、前記一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールの単独溶媒でもよいが、前記電解酸化反応に対して不活性な溶媒、例えばアセトニトリル、プロピオニトリル、パーフルオロヘキサン、トリフルオロ酢酸などを混合して用いてもよい。
【００２６】
生成物の選択性
前記電解酸化の条件を調節することにより、前記フッ素化ラクトンまたは前記フッ素化シクロヘミアセタールのいずれかを優先的に合成することが可能である。
【００２７】
例えば、後述する実施例１および３のように通電電圧が低く（８〜１２Ｖ）、電流密度が小さい（１００ｍＡ／ｃｍ2）条件の下では、酸化はフッ素化ヘミアセタール２の生成が優先する。フッ素化ラクトン３の生成は抑えられ、その生成量は少量である（表１）。しかし、後述する実施例４のように通電電圧が高く（２５Ｖ）、電流密度が大きい（２００ｍＡ／ｃｍ2）条件の下では、フッ素化ラクトン３が生成するところまで酸化を進めることができる。また、実施例２のようにジアルコール１ｍｏｌあたりの電気量を増やすと、ラクトンの生成が多くなる。
【００２８】
また、前記電解酸化を塩基の存在下で行うと、前記フッ素化ラクトンを優先的に生成させることができる。例えば、後述する実施例５では、反応系に２，４，６−コリジンを添加して前記電解酸化を行い、フッ素化ヘミアセタール２をほとんど生成させず、フッ素化ラクトン３のみを生成させることができた。
【００２９】
前記フッ素化ラクトンを優先的に合成するために加える塩基の種類としては、反応系に溶解し得る有機塩基であれば何でもよいが、酸化を受けにくい第３級アミン、例えば２，４，６−コリジン、２，６−ルチジン、オクタヒドロアクリジン、６−クロロ−２−メチルピリジン等のピリジン誘導体が挙げられる。添加する量としては、触媒量から過剰量まで実施する前記電解酸化に合わせて選択すればよく、好ましくは前記フッ素化ジアルコールに対して０．０１当量から２当量の範囲である。
【００３０】
前記フッ素化ラクトンのみを選択的に合成する別の方法は、電解酸化後、前記フッ素化シクロヘミアセタール含む反応液を通常の有機合成化学的方法を用いて酸化する方法である。有機合成化学的酸化法としては、例えば、空気酸化や、過マンガン酸、クロム酸、過ヨウ素酸、過酸化水素、酸化ルテニウム、酸化オスミウムなどの無機酸化剤による酸化や、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）、ｍＣＰＢＡ（ｍ−クロロペルオキシ安息香酸）などの有機酸化剤による酸化等が挙げられる。
【００３１】
生成物の利用
前記フッ素化ラクトンおよび前記フッ素化シクロヘミアセタールは、医薬品、農薬、機能性材料等あるいはその中間体として有用なものであり、例えば様々な有機化合物の合成における中間体となり得るものである。
【００３２】
前記フッ素化シクロヘミアセタールは、プラスチックの透明性を改善する添加剤となり得るものである（ US Patent 3,816,468.）。
【００３３】
前記フッ素化ラクトンは、例えば電池の電解液としてよく用いられているγ−ブチロラクトンのフッ素化体として、電池の電解液の構成材料として使用され得る。近年電解液に安全性、難燃性を求める立場から、電解液の構成材料にフッ素原子を導入することが盛んに行われており、本発明によって製造される前記フッ素化ラクトンは、電池の安全性を高める得る電解液の構成材料となり得るものである。
【００３４】
また、フッ素が導入されて耐酸化性、安全性がより向上していることから、種々の溶媒や洗浄剤としての応用も可能である。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はそれよって何ら限定されるものではない。
【００３６】
実施例１〜３  ２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオール１の電解酸化（１）
【化７】
0003824157.tif 000006
【表１】
（表１）
0003824157.tif 000007
【００３７】
２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオール１（１．６２ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）とアセトニトリル（１０ｍｌ）と表１に記載した各支持電解質（３．０ｍｍｏｌ）との混合溶液に、陽極と陰極としてそれぞれ白金電極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）を用い、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2、電圧８〜１２Ｖで表１に記載した所定の電気量を０℃で通電した。
【００３８】
通電後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分析し、酸化生成物としてフッ素化ヘミアセタール２とフッ素化ラクトン３が表１の収率で生成していることを確認した。フッ素化ヘミアセタール２は、通電後の反応液をそのまま１５ｍｍＨｇ、５１℃で蒸留することにより単離できる。
【００３９】
フッ素化ヘミアセタール２の同定スペクトルデータ：
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm) 4.08-4.40(m, 2H), 5.32-5.40(m, 1H).
【００４０】
実施例４  ２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオール１の電解酸化（２）
【化８】
0003824157.tif 000008
【００４１】
２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオール１（１．６２ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）と支持電解質テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（１．０ｍｍｏｌ）との混合溶液に、陽極と陰極としてそれぞれ白金電極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）を用い、電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2、電圧２５Ｖで所定の電気量を−１０℃で通電した。作用させた電気量は、１ｍｏｌのフッ素化ジアルコール１に対して、３Ｆ（２．９×１０5Ｃ）の割合である。
【００４２】
通電後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分析し、フッ素化ヘミアセタール２が２６％、フッ素化ラクトン３が３９％で生成していることを確認した。
【００４３】
実施例５  ２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオール１の電解酸化（３）
【化９】
0003824157.tif 000009
【００４４】
２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオール１（１．６２ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）とアセトニトリル（１０ｍｌ）と支持電解質テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（０．２１７ｇ、１．０ｍｍｏｌ）とに、更に２，４，６−コリジン（０．１２１ｇ、１．０ｍｍｏｌ）を加えた混合溶液に、陽極と陰極としてそれぞれ白金電極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）を用い、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2、電圧８〜１２Ｖで所定の電気量を０℃で通電した。作用させた電気量は、１ｍｏｌのフッ素化ジアルコール１に対して、５Ｆ（４．８×１０5Ｃ）の割合である。
【００４５】
通電後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分析し、フッ素化ヘミアセタール２の生成がほとんどなく、フッ素化ラクトン３が５６％で生成していることを確認した。
【００４６】
前記電解酸化によりフッ素化ラクトン３を選択的に合成するには、実施例５では、通電電圧は８〜１２Ｖで実施例１〜３と変わりがないのにもかかわらず、フッ素化ヘミアセタール２の生成がほとんどなく、フッ素化ラクトン３が選択的に生成している。これは、反応系に添加した２，４，６−コリジン等の塩基の効果である。このように、塩基を加えることで、フッ素化ラクトンのみを選択的に合成することができる。
【００４７】
加える塩基の種類としては、反応系に溶解し得る有機塩基であれば何でもよいが、酸化を受けにくい第３級のアミンが好ましく、特にピリジン誘導体が好ましい。添加する量としては、触媒量から過剰量まで実施する前記電解酸化に合わせて選択すればよく、好ましくは前記フッ素化ジアルコールに対して０．０１当量から２当量の範囲である。
【００４８】
ラクトン３のスペクトルデータ
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm)4.74-4.92(m, 2H).
【００４９】
実施例６  ２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロヘキサン−１，６−ジオール４の電解酸化
【化１０】
0003824157.tif 000010
【００５０】
２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロヘキサン−１，６−ジオール４（２．６２ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）とアセトニトリル（１０ｍｌ）と支持電解質テトラエチルアンモニウムクロライド（０．１６５ｇ、１．０ｍｍｏｌ）との混合溶液に、陽極と陰極としてそれぞれ白金電極（１０ｍｍ×２０ｍｍ）を用い、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2、電圧８〜１２Ｖで所定の電気量を０℃で通電した。作用させた電気量は、１ｍｏｌのフッ素化ジアルコール４に対して、３Ｆ（２．９×１０5Ｃ）の割合である。
【００５１】
通電後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分析し、フッ素化ヘミアセタール５が７４％の収率で生成していることを確認した。フッ素化ヘミアセタール５は、通電後の反応液をそのまま、４ｍｍＨｇ、５８℃で蒸留することにより単離できる。
【００５２】
ヘミアセタール５のスペクトルデータ
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ(ppm) 3.90-4.10(m, 1H), 4.35-4.58(m, 2H).
【００５３】
【発明の作用効果】
本発明によれば、下記一般式（１）で表されるフッ素化ラクトン及び／又は下記一般式（２）で表されるフッ素化シクロヘミアセタールを下記一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールを電解酸化することによって製造する。
【化１１】
一般式（１）：
0003824157.tif 000011
（ｎは１から４の整数を表す。）
【化１２】
一般式（２）：
0003824157.tif 000012
（ｎは１から４の整数を表す。）
一般式（３）：
ＨＯＣＨ２（ＣＦ２）ｎＣＨ２ＯＨ
（ｎは１から４の整数を表す。）
【００５４】
一般式（２）で表されるフッ素化シクロヘミアセタールは、一般式（３）で表されるフッ素化ジアルコールの一方の−ＣＨ2ＯＨ基が電解酸化されアルデヒド基となり、もう一方の−ＣＨ2ＯＨ基がこのアルデヒド基と分子内でヘミアセタールを形成することにより生成する。
【００５５】
一般式（１）で表されるフッ素化ラクトンはこのフッ素化シクロヘミアセタールがさらに電解酸化を受けることにより生成すると考えられる。
【００５６】
この電解酸化の反応操作は非常に簡便であり、酸化生成物を容易に高収率で製造できる。その結果、医薬品、農薬、機能性材料等又はその中間体となり得る前記フッ素化ラクトン及び／又は前記フッ素化シクロヘミアセタールを安価に生産することができる。
【００５７】
その上、電解酸化の条件、並びに電解酸化時に添加する塩基の有無により、フッ素化シクロヘミアセタールとフッ素化ラクトンとの生成比率を容易に変化させることができる。