本发明涉及包含使卤化芳香族化合物与氮系亲核剂反应的含氮五氟硫基苯化合物的制造方法。
背景技术：
苯胺等芳香族胺化合物是作为医农药或染料的基础原料等有用的化合物。
作为五氟硫基苯胺化合物的制造方法，已知有使二硫化物化合物与氟气反应的方法(专利文献1)。该方法除了必须使用处理上有问题的氟气这点以外，还存在进行苯核的氟化、且该核氟化合物难以除去的问题。因此，该化合物的制造困难，难以作为工业上的制造方法被采用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3964935号公报
技术实现要素：
发明所要解决的问题
本发明的课题在于提供使用容易获得的原料、并通过简便的方法来制造含氮五氟硫基苯化合物的方法。
用于解决问题的手段
上述课题通过以下的本发明而解决。
[1]式(2a)或(2b)所表示的含氮五氟硫基苯化合物的制造方法，其包含使式(1)所表示的卤代-五氟硫基苯化合物与氮系亲核剂反应的步骤，
[化学式1]
(式中，x为卤素原子，n为1～5的整数，r1为氢原子或烃基)
[化学式2]
(式中，r1如上述那样定义，z为键合在羰基上的芳基，y为式(y1)、(y2)、(y3)、或(y4)所表示的基团，r2为氢原子或烃基)
[化学式3]
[2]式(3)所表示的五氟硫基苯胺化合物的制造方法，其包含将上述[1]所述的含氮五氟硫基苯化合物进行还原或水解的步骤，
[化学式4]
[3]根据[1]或[2]所述的制造方法，其中，上述氮系亲核剂为选自由苄基胺化合物、肼化合物、胍化合物、羟基胺及邻苯二甲酰亚胺碱金属盐组成的组中的至少1种。
[4]根据[2]或[3]所述的制造方法，其中，使用pd/c或阮内镍作为催化剂并在氢存在下进行上述还原。
[5]根据[2]～[4]中任一项所述的制造方法，其中，使用酸水溶液或碱水溶液来进行上述水解。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的制造方法，其中，使用非质子性极性溶剂作为溶剂。
[7]根据[6]所述的五氟硫基苯胺的制造方法，其中，非质子性极性溶剂为二甲基亚砜或n-甲基-2-吡咯烷酮。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的制造方法，其中，在卤代-五氟硫基苯化合物与氮系亲核剂的反应中，使用碱。
发明效果
通过本发明，能够提供通过使用了容易获得的原料的简便的方法来制造含氮五氟硫基苯化合物的方法。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。本发明中“x～y”包含作为其端值的x及y。
本发明中，含氮五氟硫基苯化合物是指具有氨基或亚胺基的五氟硫基苯(pentafluorosulfanylbenzene)化合物。该化合物的制造方法包含卤代-五氟硫基苯化合物与氮系亲核剂的反应工序。以下，将该工序也称为“亲核反应工序”。
本发明中使用的卤代-五氟硫基苯化合物以下式(1)表示。
[化学式5]
式中，x为卤素原子，n表示1～5的整数。作为卤素，可列举出氟、氯、溴、碘等，优选为氟、氯，更优选为氟。
卤素的取代基数n为1～5的整数。化合物(1)也可以具有在亲核反应中反应性有差异的不同的多个卤素原子。然而，从处理性容易等方面出发，n优选为1(单取代)。
作为卤素的取代位置，可列举出邻位、间位、对位。从反应性等观点出发，卤素的取代位置相对于五氟硫基优选为间位或对位，更优选为对位。
r1为烃基或氢原子。作为该取代基，可列举出不与氮系亲核剂反应的烷基或芳基，r1优选为氢原子。
作为氮系亲核剂，可列举出苄基胺化合物(苄基胺、对氯苄基胺、对甲氧基苄基胺等)、肼化合物(无水物、水合物、卤化氢盐等)、胍化合物(碳酸盐、卤化氢盐等)、羟基胺化合物(无水物、水合物、卤化氢盐等)、邻苯二甲酰亚胺碱金属盐(邻苯二甲酰亚胺钾等)。
氮系亲核剂的使用量相对于卤代-五氟硫基苯化合物1mol为0.1～100mol，优选为1.0～50mol，特别优选为1.1～10mol。
本反应也可以以无溶剂进行，但优选使用溶剂。
作为溶剂，优选非质子性极性溶剂，优选二甲基亚砜、n-甲基-2-吡咯烷酮。
此外，本反应中也可以使用有机或无机碱。
作为有机碱，可列举出三乙基胺、三丁基胺等叔胺，作为无机碱，可列举出碳酸锂、碳酸钾、碳酸铯等碳酸盐，优选为无机碱，优选碳酸钾。
碱的使用量相对于卤代-五氟硫基苯化合物1mol为0.1～100mol，优选为1.0～50mol，特别优选为1.1～10mol。
本反应的反应温度为0～200℃，优选为20～150℃。
在使用4-氟-五氟硫基苯作为卤代-五氟硫基苯化合物、使用苄基胺作为氮系亲核剂的情况下，生成n-苄基-4-五氟硫基苯(式(1a)中y为式(y1)的化合物)。y1中，r2为氢原子、或芳基或烷基等烃基。从上述亲核反应的促进、原子利用效率的观点出发，r2优选为氢原子或碳原子数为1～5的烷基。
在使用肼化合物作为氮系亲核剂的情况下，生成(4-五氟硫基苯基)肼(式(1a)中y为式(y2)的化合物)。在使用胍化合物作为氮系亲核剂的情况下，生成(4-五氟硫基苯基)胍(式(1a)中y为式(y3)的化合物)。在使用羟基胺化合物的情况下，生成n-(4-五氟硫基苯基)羟基胺(式(1a)中y为式(y4)的化合物)。
在使用邻苯二甲酰亚胺钾作为氮系亲核剂的情况下，生成n-(4-五氟硫基苯基)邻苯二甲酰亚胺(式(1b)中z为芳基(亚苯基)的化合物)。作为芳基，可列举出取代或非取代的亚苯基或亚萘基，从化合物的获得容易性等出发，优选非取代的亚苯基。
在使用2-氟-五氟硫基苯作为卤代-五氟硫基苯化合物、使用苄基胺作为氮系亲核剂的情况下，生成n-苄基-2-五氟硫基苯。在使用肼化合物作为氮系亲核剂的情况下，生成(2-五氟硫基苯基)肼。在使用胍化合物作为氮系亲核剂的情况下，生成(2-五氟硫基苯基)胍。在使用羟基胺化合物的情况下，生成n-(2-五氟硫基苯基)羟基胺。在使用邻苯二甲酰亚胺钾的情况下，生成n-(2-五氟硫基苯基)邻苯二甲酰亚胺。
同样地若使用3-氟-五氟硫基苯作为卤代-五氟硫基苯化合物，则例如能够制造(2-五氟硫基苯基)肼等。以下示出这些化合物的代表性的具体例子。
[化学式6]
所得到的产物可以在纯化或不纯化的情况下作为下一工序的还原的原料。将产物还原的工序也称为“还原工序”。
通过将上述反应中得到的n-苄基-4-五氟硫基苯还原，可以制造4-五氟硫基苯胺(式(3)所表示的化合物)。优选在还原前使包含n-苄基-4-五氟硫基苯的反应混合物在例如水-甲醇溶剂中晶析后，溶解于溶剂中进行活性炭过滤，再次在水-甲醇溶剂中晶析。此外优选通过柱色谱法进行纯化。或者，优选添加肼等氮系亲核剂。在上述反应中，有时微量地生成大大阻碍在下一工序中使用的pd/c的还原的副产物，但通过添加氮系亲核剂，能够将该副产物在反应体系内分解或除去。
可以使前工序中得到的产物溶解到溶剂中，添加催化剂，在氢存在下进行还原。
通过将上述反应中得到的(4-五氟硫基苯基)肼进行还原，可以制造4-五氟硫基苯胺。优选在还原前使包含(4-五氟硫基苯基)肼的反应混合物在例如水溶剂中晶析，或溶解到有机溶剂中，以酸、碱、水进行洗涤。也可以通过柱色谱法而生成。可以使前工序中得到的产物溶解到溶剂中，添加催化剂，在氢存在下进行还原。
作为亲核反应工序及还原工序中的溶剂，可列举出甲醇、乙醇、异丙基醇、丁基醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇等醇类；丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮等酮类；n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮等酰胺类；n,n’-二甲基咪唑啉酮等尿素类；二甲基亚砜等亚砜类；乙腈、丙腈、苯甲腈等腈类；二乙基醚、二异丙基醚、甲基叔丁基醚(mtbe)、四氢呋喃、二噁烷等醚类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；醋酸、丙酸等羧酸类。优选醇类、醚类、腈类、羧酸类，更优选醇类、醚类，进一步优选甲醇、乙醇、异丙醇、二噁烷、二甲氧基乙烷、四氢呋喃。这些有机溶剂可以单独或将两种以上混合使用。
溶剂的使用量例如相对于n-苄基-4-五氟硫基苯或(4-五氟硫基苯基)肼1g为0.1～100ml，优选为1～50ml。
作为还原工序中使用的催化剂，可列举出pd、pt、rh、ru、阮内镍等铂族金属等，优选担载于活性炭上的pd/c、阮内镍。
催化剂的使用量例如相对于n-苄基-4-五氟硫基苯或(4-五氟硫基苯基)肼1g为0.01～100g，优选为0.1～5g。
反应温度为0～200℃，优选为10～180℃，进一步优选为20～150℃。
氢从树脂制气球或配管被供给，但也可以在反应体系内产生而使用。
反应压力为1～10个大气压(atm)，优选为1～5个大气压。
在反应结束后，通过中和、萃取、过滤、浓缩、蒸馏、柱色谱法等一般的方法进行纯化，能够获得目标五氟硫基苯胺化合物。
通过将在上述亲核反应工序中得到的产物即((4-五氟硫基苯基)胍、或n-(4-五氟硫基苯基)邻苯二甲酰亚胺)进行水解，可以制造五氟硫基苯胺。将该工序也称为“水解工序”。
在水解中，使用酸水溶液或碱水溶液。作为酸水溶液，可列举出氯化氢、溴化氢、碘化氢、硫酸、硝酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、醋酸、三氟醋酸、甲酸的水溶液。
作为碱水溶液，可列举出碱金属(钠、钾等)或碱土类金属(钙)的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐等的水溶液。作为碱金属的氢氧化物，例如可列举出氢氧化钠、氢氧化钾。作为碱金属的碳酸盐，例如可列举出碳酸钠、碳酸钾。作为碱金属的碳酸氢盐，例如可列举出碳酸氢钠、碳酸氢钾。
作为碱土类金属的氢氧化物，例如可列举出氢氧化钙。作为碱土类金属的碳酸盐，例如可列举出碳酸钙。作为碱土类金属的碳酸氢盐，例如可列举出碳酸氢钙。
酸水溶液或碱水溶液的使用量相对于上述亲核反应的反应混合物、或纯化而得到的上述产物1g为0.0001～100ml，优选为0.001～50ml。在将亲核反应工序中得到的反应液直接使用的情况下，也可以包含有机溶剂。
水解的反应温度为0～200℃，优选为10～150℃。
在反应结束后，通过中和、萃取、过滤、浓缩、蒸馏、柱色谱法等一般的方法进行纯化，可以获得目标五氟硫基苯胺化合物。
实施例
[实施例1]
在具备搅拌装置和冷却管的500ml玻璃制容器中，加入4-氟-五氟硫基苯20g、二甲基亚砜100ml、苄基胺30ml、碳酸钾38g，一边加热至130℃一边搅拌30小时而反应(反应液a)。加入甲苯，将无机盐过滤，将滤液进行水洗涤。使所得到的母液浓缩干固，得到粗体32g。由粗体的nmr定量，确认生成24g的n-苄基-4-五氟硫基苯(收率为88％)。
将粗体32g以甲醇96ml进行50℃加热溶解，缓慢地加入水27ml而进行晶析，得到粗结晶26g。将粗结晶溶解到甲醇125ml中，加入活性炭6.3g进行30分钟加热回流。冷却至室温后进行硅藻土过滤而滤出活性炭，将滤液浓缩，得到白色固体。对白色固体以甲醇75ml进行60℃加热溶解，缓慢地加入水20ml而进行晶析，得到白色粉末22g。
n-苄基-4-五氟硫基苯的物性值如下所述。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))4.36～4.37(m、2h)、4.46(brs，1h)、6.54～6.56(m、2h)、7.25～7.39(m、5h)、7.51～7.53(m、2h)
ei-ms；309(m)
[实施例2]
除了将二甲基亚砜变更为n-甲基-2-吡咯烷酮以外，与实施例1同样地进行。收率为92％。
[实施例3]
除了将碳酸钾变更为二异丙基乙基胺以外，与实施例1同样地进行。收率为76％。
[实施例4]
除了将苄基胺变更为对甲氧基苄基胺以外，与实施例1同样地进行，以收率86％得到n-(4-甲氧基苄基)-4-五氟硫基苯。
n-(4-甲氧基苄基)-4-五氟硫基苯的物性值如下所述。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))3.81(s、3h)，4.28～4.29(m、2h)、4.38(brs，1h)、6.53～6.56(m、2h)、6.88～6.90(m、2h)、7.25～7.27(m、2h)、7.51～7.53(m、2h)
ei-ms；339(m)
[实施例1a]
在实施例1的反应液a中加入肼4g(80mmol)，在50℃下进行5小时加热搅拌。冷却至室温后加入甲苯，将无机盐过滤，将滤液以饱和食盐水(200ml且5次)、1当量盐酸(200ml且5次)进行洗涤。使所得到的母液浓缩干固，作为黄色固体得到27g。由nmr定量确认，生成26g的n-苄基-4-五氟硫基苯(收率为92％)。
[实施例5(4-苄基体的还原反应)]
在实施例1中获得的n-苄基-4-五氟硫基苯1g中，加入乙醇10ml、0.40g干燥品的10％pd/c，在氢气氛下50℃下进行4小时加热搅拌。滤出pd/c，将滤液进行浓缩干固，作为白色固体以收率92％得到0.65g的4-五氟硫基苯胺。
4-五氟硫基苯胺的物性值如下所述。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))4.00(brs，2h)、6.61～6.63(m、2h)、7.51～7.53(m、2h)
ei-ms；219(m)
[实施例6]
在实施例1a中得到的n-苄基-4-五氟硫基苯1.0g中加入乙醇5ml、0.4g干燥品的10％pd/c，在氢气氛下室温下搅拌1小时。通过hplc进行分析，结果以面积百分率100％生成4-五氟硫基苯胺。
[实施例7]
在具备搅拌装置和冷却管的100ml玻璃制容器中，加入2-氟-五氟硫基苯5g、二甲基亚砜25ml、苄基胺7.23g、碳酸钾9.33g，一边加热至130℃一边整夜搅拌而反应。在反应液中加入肼0.5g(10mmol)在50℃下进行2小时加热搅拌。冷却至室温后加入甲苯，将无机盐过滤，将滤液以饱和食盐水(50ml且5次)、1当量盐酸(50ml且5次)进行洗涤。使所得到的母液浓缩干固，作为黄色固体得到1.41g。由nmr定量，以离析收率20％得到n-苄基-2-五氟硫基苯。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))4.44～4.45(m、2h)、5.29(brs，1h)、6.66～6.75(m、2h)、7.23～7.39(m、6h)、7.62～7.64(m、1h)
ei-ms；309(m)
[实施例8]
在具备搅拌装置和冷却管的100ml玻璃制容器中，加入4-氟-五氟硫基苯5g(22.5mmol)、二甲基亚砜15ml、肼1水合物3.3ml(67.5mmol)，在75℃下反应1小时、95℃下反应2小时。冷却至室温后，添加到1当量氢氧化钠水溶液50ml中，冷却至0℃，将析出的固体减压滤取，用水洗涤后，在室温下进行真空干燥，作为白色固体得到(4-五氟硫基苯基)肼4.5g。(离析收率为85％)
(4-五氟硫基苯基)肼的物性如下所述。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))3.63(brs，2h)、5.50(brs、1h)、6.78～6.80(m、2h)、7.56～7.60(m、2h)
ei-ms；234(m)
[实施例9]
在具备搅拌装置和冷却管的30ml玻璃制容器中加入4-氟-五氟硫基苯1g(4.5mmol)、二甲基亚砜1ml、肼1水合物0.7ml(13.5mmol)，在95℃下反应6小时后，通过hplc进行定量，结果生成0.86g的(4-五氟硫基苯基)肼(反应收率为81％)。
[实施例10～16]
除了采用下述所示的条件以外，与实施例9同样地操作，得到(4-五氟硫基苯基)肼。
表1
[实施例17]
在具备搅拌装置和冷却管的30ml玻璃制容器中加入4-氟-五氟硫基苯1g(4.5mmol)、二甲基亚砜15ml、胍碳酸盐1.22g(6.8mmol)、碳酸钾1.86g(13.5mmol)，在130℃下反应17小时。对反应液进行分析，结果以hplc面积百分率计生成87％的(4-五氟硫基苯基)胍，以hplc面积百分率计生成13％的4-五氟硫基苯胺。
(4-五氟硫基苯基)胍的物性如下所述。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))6.96～6.98(m、2h)、7.59～7.61(m、2h)
ei-ms；261(m)
进而，在130℃下反应48小时后进行分析，结果以hplc面积百分率计生成59％的(4-五氟硫基苯基)胍，以hplc面积百分率计生成41％的4-五氟硫基苯胺。
[实施例18]
在具备搅拌装置和冷却管的30ml玻璃制容器中加入4-氟-五氟硫基苯1g(4.5mmol)、二甲基亚砜5ml、邻苯二甲酰亚胺钾1.0g(5.4mmol)，在100℃下反应1小时，在130℃下反应18小时后，加入邻苯二甲酰亚胺钾2.0g(10.8mmol)和二甲基亚砜5ml，在130℃下反应3小时。冷却至室温后，加入到1当量氢氧化钠水溶液50ml中，将析出的沉淀滤出并进行干燥，结果作为白色固体得到n-(4-五氟硫基苯基)邻苯二甲酰亚胺)0.1g(离析收率为6％)。
n-(4-五氟硫基苯基)邻苯二甲酰亚胺)的物性如下所述。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))7.64～7.66(m、2h)、7.82～7.86(m、2h)、7.89～7.93(m、2h)、7.97～8.01(m、2h)
ei-ms；349(m)
[实施例19]
在具备搅拌装置和冷却管的30ml玻璃制容器中加入(4-五氟硫基苯基)肼0.25g(1.1mmol)、阮内镍0.05g、及乙醇5ml，一边以氢气球供给氢，一边在室温下反应1小时，接着在70℃下反应2小时。滤出阮内镍，将溶液进行浓缩干固，结果作为白色固体得到4-五氟硫基苯胺0.19g(离析收率为83％)。
[实施例20]
在具备搅拌装置和冷却管的100ml玻璃制容器中，加入4-氟-五氟硫基苯15g(67.5mmol)、二甲基亚砜30ml、肼1水合物9.8ml(203mmol)，在95℃下反应5.5小时。冷却至室温后，加入1当量氢氧化钠水溶液100ml和饱和食盐水100ml，以tmbe(甲基叔丁基醚)150ml进行萃取后，以饱和食盐水100ml进行3次洗涤。以硫酸镁进行干燥后，在40℃下进行减压浓缩，作为黄色固体得到(4-五氟硫基苯基)肼14.97g(离析收率为95％)。在所得到的黄色固体14.97g中加入阮内镍3g及异丙醇300ml，一边以树脂性气球供给氢一边在60℃下反应1小时，在70℃下反应3小时后，追加0.7g阮内镍，在60℃下进行1小时反应。反应结束后，将过滤除去了阮内镍的溶液进行减压浓缩，得到13.1g的4-五氟硫基苯胺(4-氟-五氟硫基苯基准的离析收率为94％)。
[实施例21]
在具备搅拌装置和冷却管的100ml玻璃制容器中，加入2-氟-五氟硫基苯15g(67.5mmol)、二甲基亚砜30ml、肼1水合物9.8ml(203mmol)，在100℃下反应3小时。加入肼1水合物9.8ml(203mmol)和二甲基亚砜15ml，进一步反应10小时。冷却至室温后，加入1当量氢氧化钠水溶液100ml和饱和食盐水100ml，以tmbe(甲基叔丁基醚)150ml萃取后，以饱和食盐水100ml洗涤3次。以硫酸镁干燥后，在40℃下进行减压浓缩，作为黄色固体得到(2-五氟硫基苯基)肼13.9g(离析收率为88％)。
(2-五氟硫基苯基)肼为具有以下的物性值的新颖的化合物。
1h-nmr(400mhz；cdcl3；δ(ppm))3.63(brs、2h)、6.25(brs、1h)、6.74～6.78(m、1h)、7.37～7.41(m、1h)、7.46～7.48(m、1h)、7.59～7.61(m、1h)
ei-ms；234(m)
使用上述(2-五氟硫基苯基)肼1g、和逐次添加且合计1.5g的阮内镍、异丙醇10ml，一边以树脂性气球供给氢，一边在70～80℃下进行6小时反应，结果确认了2-五氟硫基苯胺的生成。
2-五氟硫基苯胺的物性如下所述。
ei-ms；219(m)
[实施例22]
在内容积30ml的玻璃制反应容器中加入3-氟五氟硫基苯1.51g(6.8mmol)、肼1水合物1.01g(20.8mmol)及二甲基亚砜3ml，在80℃下反应4小时，接着在110℃下反应3小时。加入肼1水合物1.01g(20.8mmol)，在110℃下进一步反应8小时。将反应液冷却至室温后，加入1当量氢氧化钠水溶液100ml，加入叔丁基甲基醚100ml、饱和食盐水100ml并进行分液，将有机层用饱和食盐水100ml洗涤3次。将有机层用无水硫酸镁干燥后，将溶剂减压蒸馏除去，作为淡黄色油得到3-肼基五氟硫基苯1.04g(离析收率为65％)。
3-肼基五氟硫基苯为具有以下的物性值的新颖的化合物。
1h-nmr(cdcl3)：3.64(brs，2h)、5.38(brs，1h)、6.91～6.94(m，1h)、7.15～7.17(m，1h)、7.25～7.29(m，2h)
eims234(m+1)
[实施例23]
在内容积30ml的玻璃制反应容器中加入3-肼基五氟硫基苯0.52g(2.22mmol)、阮内镍(东京化成制)0.2g及乙醇20ml，在氢气球加压下，在室温下反应4小时。反应结束后，将无机物用硅藻土过滤后，将溶剂蒸馏除去，将少量的不溶物用膜滤器除去，作为薄黄色油得到3-氨基五氟硫基苯0.3g(离析收率为67％)。
3-氨基五氟硫基苯为具有以下的物性值的化合物。
1h-nmr(cdcl3)：3.81(brs，2h)，6.72～6.75(m，1h)、7.01～7.02(m，1h)、7.08～7.11(m，1h)、7.16～7.20(m，1h)
eims219(m+1)
以下示出实施例22及23的路线。
[化学式7]