CN109195953A - 二环式含氮杂环化合物的制造方法 - Google Patents

二环式含氮杂环化合物的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明构建一种不使用昂贵的试剂类、合成需要工夫、时间的起始物质，能够以较少的工序数且短时间由含氮杂环化合物直接制造二环式含氮杂环化合物的技术。二环式含氮杂环化合物的制造方法具备如下合成工序：通过使含氮杂环化合物和含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而合成联嘧啶、联吡嗪和联喹啉等二环式含氮杂环化合物。

Description

二环式含氮杂环化合物的制造方法
技术领域
本发明涉及一种由联嘧啶化合物等构成的二环式含氮杂环化合物的制造方法。
背景技术
作为二环式含氮杂环化合物，例如可举出具有将含有2个以上的氮原子作为杂原子的含氮芳香环彼此连接而得的结构的联嘧啶化合物、联吡嗪化合物等、具有与苯环缩合的含氮杂环彼此连接而得的结构的联喹啉化合物等。已知它们在有机电致发光(有机EL)材料、医药、农药等的中间体、原料、用于开发有机EL材料、医药、农药的基础研究以及二氧化碳的还原反应中有用。
以往，作为二环式含氮杂环化合物的制造方法，例如报告了如下方法(参照专利文献1)：在含有金和钯的纳米团簇催化剂的存在下，将含氮杂环化合物卤化后使其偶联。具体而言，记载了在该纳米团簇催化剂的存在下能够以收率97％由2-氯喹啉合成2,2’-联喹啉。关于联嘧啶化合物的合成，报告了使用钯催化剂(乙酸钯(II))使4(3H)-嘧啶酮偶联，能够以收率72％合成4,4’-联嘧啶(参照非专利文献1)。关于联吡嗪化合物的制造，报告了使用铜酸盐配合物(LiCu(TMP)2)和氧化剂(杜醌等)使吡嗪偶联，能够以收率76％合成2,2’-联吡嗪(参照非专利文献2)。在非专利文献2中还确认了在放大(scale-up)的实验中收率为65％，另外在氧化剂不存在时收率明显较低。进而，报告了使用钯催化剂(乙酸钯(II))使作为吡嗪的卤化物的2-碘吡嗪偶联，能够以收率70％合成2,2’-联吡嗪(参照非专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-184947号公报
非专利文献
非专利文献1：Abhishek Sharma等著，“Direct Heteroarylation ofTautomerizable Heterocycles into Unsymmetrical and Symmetrical Biheterocyclesvia Pd/Cu-Catalyzed Phosphonium Coupling”，Org.Lett.,2012,14(7),pp1854-1857
非专利文献2：Matthew D.Graaf等著，“Photoredox Catalysts：Synthesis ofthe Bipyrazine Ligand”，J.Org.Chem.,2015,80(3),pp2032-2035
非专利文献3：Benjamin J.Coe等著，“Syntheses and electronic andopticalproperties of complexes of the bis(2,2’-bipyrazyl)ruthenium unit”，Polyhedron,2015,96,pp57-65
发明内容
然而，专利文献1、非专利文献3的方法需要用于使含氮杂环化合物卤化的工序。另外，专利文献1的方法利用非常昂贵的金和钯催化剂作为纳米团簇，非专利文献1和非专利文献3的方法也利用钯催化剂，因此，成本增加。而且，为了在工业上利用该方法，需要用于催化剂的回收和再生等的繁琐的工序，在工序数增加的同时工序复杂化。特别是，金、钯即便在贵金属中稀有性也较高，因此在可持续性方面也存在问题。没有报告过可以以单体得到非专利文献1的方法的作为起始物质的4(3H)-嘧啶酮的工艺，该化合物不过是在其它化合物合成时产生的副产物，因此存在利用上有限制的问题。非专利文献2的方法中使用的LiCu(TMP)2是热不稳定的，升温时迅速分解，因此，需要在使用时制备，需要添加氧化剂，因而存在工序数增加并且工序复杂化的问题。
因此，期望构建一种不使用昂贵的试剂类、合成需要工夫、时间的起始物质，能够以较少的工序数且短时间由含氮杂环化合物直接制造二环式含氮杂环化合物的技术。
本发明人等为了解决上述课题而反复研究，结果发现通过使含氮杂环化合物与使碱金属分散于分散溶剂的分散体等含有碱金属的液体反应，即便不使用金、钯催化剂等也能够将两者直接偶联而合成二环式含氮杂环化合物。在该合成反应中，不需要金、钯催化剂等昂贵的试剂类，在经济上有利，并且不需要繁琐的化学方法，能够以较少的工序数在短时间制造二环式含氮杂环化合物。本发明人等基于这些见解而完成了本发明。
本发明是一种二环式含氮杂环化合物的制造方法，具备如下工序：通过使下述通式(I)表示的含氮杂环化合物和下述通式(II)表示的含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而合成下述通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物。
(在此，通式(I)中的Y1、Y2和Y3独立地为氮原子或碳原子，至少2个为氮原子)
(在此，通式(II)中的Y4、Y5和Y6独立地为氮原子或碳原子，至少1个为氮原子)
(在此，通式(III)中的Y1、Y2和Y3独立地为氮原子或碳原子，至少2个为氮原子，且与通式(I)中的Y1、Y2和Y3相同，以及通式(III)中的Y4、Y5和Y6独立地为氮原子或碳原子，至少1个为氮原子，且与通式(II)中的Y4、Y5和Y6相同)
以往，在联嘧啶、联吡嗪和联喹啉化合物等二环式含氮杂环化合物的合成中，广泛利用金、钯等金属催化剂、锂等还原剂。然而，金、钯等催化剂非常昂贵，因此成本增加。而且，为了在工业上利用，需要设置催化剂的回收和再生等工序，存在工序数增加并且工序复杂化的问题点。
根据本方法，使用使容易处理的碱金属分散于分散溶剂的分散体等含有碱金属的液体，因而不需要使用金、钯等催化剂。因此，实现了成本的减少，并且不需要繁琐的化学方法，能够以较少的工序数且短时间使含氮杂环化合物直接偶联而合成二环式含氮杂环化合物。另外，能够在经济上且工业上也非常有利地合成二环式含氮杂环化合物。特别是，以钠为代表的碱金属在地球上极其广泛地分布，因此是可持续性也优异的技术。
其它制造方法的点在于上述Y1为碳原子、Y2和Y3为氮原子且上述Y4为碳原子、Y5和Y6为氮原子。
根据本方法，能够通过使嘧啶彼此直接偶联而制造联嘧啶化合物。其结果，能够简便且短时间而且便宜地生成可适用于有机EL材料、医药、农药、染料等的制造或基础研究以及二氧化碳的还原反应的4,4’-联嘧啶等联嘧啶化合物。
其它制造方法的点在于上述Y1和Y3为氮原子、Y2为碳原子且上述Y4和Y6为氮原子、Y5为碳原子。
根据本方法，能够通过使吡嗪彼此直接偶联而制造联吡嗪化合物。其结果，能够简便且短时间而且便宜地生成可适用于有机EL材料、医药、农药、染料等的制造、基础研究以及二氧化碳的还原反应的2,2’-联吡嗪等联吡嗪化合物。
进而，本发明是一种二环式含氮杂环化合物的制造方法，具备如下合成工序：通过使下述通式(IV)表示的含氮杂环化合物和下述通式(V)表示的含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而合成下述通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物。
(在此，通式(IV)中的Y7和Y8独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子)
(在此，通式(V)中的Y9和Y10独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子)
(在此，通式(VI)中的Y7和Y8独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，且与通式(IV)中的Y7和Y8相同，以及通式(VI)中的Y9和Y10独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，且与通式(V)中的Y9和Y10相同)
根据本方法，能够通过使喹啉彼此直接偶联而制造联喹啉化合物。其结果，能够简便且短时间而且便宜地生成可适用于有机EL材料、医药、农药、染料等的制造、基础研究以及二氧化碳的还原反应的联喹啉化合物。
其它制造方法的点在于上述含有碱金属的液体是使上述碱金属分散于分散溶剂的分散体，该方法具备如下工序：失活工序，使在含有已合成的上述二环式含氮杂环化合物的反应液中残留的上述碱金属失活；第一溶解工序，在上述碱金属失活后的上述反应液中添加正构烷烃系有机溶剂而使上述分散溶剂溶解；以及分液工序，分离成含有上述正构烷烃系有机溶剂的有机层和含有上述二环式含氮杂环化合物的水层。
根据本方法，将使碱金属失活后的反应液中含有的绝缘油等分散溶剂在第一溶解工序中溶解于正构烷烃系有机溶剂，在分液工序中从含有二环式含氮杂环化合物的水层分离。其结果，二环式含氮杂环化合物不会附着绝缘油，能够提高二环式含氮杂环化合物的纯度。
其它制造方法的在于具备如下工序：第二溶解工序，在上述水层中添加具有温度比上述二环式含氮杂环化合物的熔点低的沸点的低沸点溶剂而使上述二环式含氮杂环化合物溶解于上述低沸点溶剂；以及析出工序，使上述低沸点溶剂蒸发而使上述二环式含氮杂环化合物析出。
根据本方法，仅使低沸点溶剂蒸发，能够以固体的形式回收二环式含氮杂环化合物。因此，制造工时少，有效率。
附图说明
图1是二环式含氮杂环化合物(4,4’-联嘧啶)合成的反应机理图。
图2是二环式含氮杂环化合物(2,2’-联吡嗪)合成的反应机理图。
图3是表示二环式含氮杂环化合物的制造方法的流程图。
图4是对研究了二环式含氮杂环化合物的合成的实施例的研究条件和研究结果进行概括的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法进行详细说明。但是，本发明并不限定于后述的实施方式。
1.二环式含氮杂环化合物的合成1-1.含有以2个以上的氮原子作为杂原子的杂环结构的二环式含氮杂环化合物的合成
本发明的一个实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法通过使下述通式(I)表示的含氮杂环化合物和下述通式(II)表示的含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而合成下述通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物。在此，二环式含氮杂环化合物是指在其分子内具有键合有2个含氮杂环的结构的化合物，也包含具有进一步键合有含氮杂环以外的环结构的结构的化合物。
(在此，通式(I)中的Y1、Y2和Y3独立地为氮原子或碳原子，至少2个为氮原子)
(在此，通式(II)中的Y4、Y5和Y6独立地为氮原子或碳原子，至少1个为氮原子)
(在此，通式(III)中的Y1、Y2和Y3独立地为氮原子或碳原子，至少2个为氮原子，且与通式(I)中的Y1、Y2和Y3相同，以及通式(III)中的Y4、Y5和Y6独立地为氮原子或碳原子，至少1个为氮原子，且与通式(II)中的Y4、Y5和Y6相同)
作为本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法的起始物质之一的通式(I)表示的含氮杂环化合物是具有在其环结构中含有氮原子作为杂原子的杂环结构的化合物。在此，杂环结构是指作为环构成原子不仅包含碳原子还包含碳原子以外的原子(杂原子)并且这些原子键合成环状的结构。而且，通式(I)表示的含氮杂环化合物具有含有2个以上的氮原子作为碳原子以外的杂原子而构成的杂环结构。优选具有6个原子键合成环状的六元环结构，由4个碳原子和2个氮原子构成。此时，氮原子的位置没有特别限制。因此，作为通式(I)表示的含氮杂环化合物，可以例示具有2个氮原子在邻位(Y1和Y2为氮原子，Y3为碳原子)的位置的哒嗪环、在间位的位置(Y1为碳原子，Y2和Y3为氮原子)的嘧啶环和在对位的位置(Y1和Y3为氮原子，Y2为碳原子)的吡嗪环的化合物。
通式(I)表示的含氮杂环化合物可以进一步利用取代基取代其含氮杂环上的任意位置的氢原子。取代基的有无以及具有取代基时的取代基的位置、数量和种类没有特别限制。可以根据作为目标化合物的通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物而适当设定。
作为取代基，例如可例示烃基。烃基只要碳原子数优选为1～10、特别优选为1～5就没有特别限制。优选烃基为饱和型的直链或支链型的烷基，具体而言，可举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、仲戊基、2-甲基丁基、1-乙基丙基、2-乙基丙基、正己基、异己基、新己基、叔己基、2,2-二甲基丁基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1-丙基丙基、正庚基、异庚基、仲庚基、叔庚基、2,2-二甲基戊基、3,3-二甲基戊基、1-甲基己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、1-乙基戊基、2-乙基戊基、3-乙基戊基、1-丙基丁基、2-丙基丁基、正辛基、异辛基、叔辛基、新辛基、2,2-二甲基己基、3,3-二甲基己基、4,4-二甲基己基、1-甲基庚基、2-甲基庚基、3-甲基庚基、4-甲基庚基、5-甲基庚基、1-乙基己基、2-乙基己基、3-乙基己基、4-乙基己基、1-丙基戊基、2-丙基戊基、3-丙基戊基、正壬基、异壬基、叔壬基、1-甲基辛基、2-甲基辛基、3-甲基辛基、4-甲基辛基、5-甲基辛基、6-甲基辛基、正癸基、异癸基、叔癸基、1-甲基壬基、2-甲基壬基、3-甲基壬基、4-甲基壬基、5-甲基壬基、6-甲基壬基、7-甲基壬基等。
作为通式(I)表示的含氮杂环化合物的具体例，可例示在其环结构上具有2个氮原子的6元含氮杂环化合物的并且键合于构成环结构的碳原子的氢原子未被任一取代基取代的哒嗪、嘧啶和吡嗪等。
通式(I)表示的含氮杂环化合物可以使用市售的含氮杂环化合物，也可以使用通过该技术领域中公知的方法制造的含氮杂环化合物。
作为本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法的另一起始物质的通式(II)表示的含氮杂环化合物是具有在其环结构中含有氮原子作为杂原子的杂环结构的化合物。而且，通式(II)表示的含氮杂环化合物具有含有1个以上的氮原子作为碳以外的杂原子而构成的杂环结构。优选具有6个原子键合成环状的六元环结构，由4个碳原子和2个氮原子或者由5个碳原子和1个氮原子构成。此时，氮原子的位置没有特别限制。因此，作为通式(II)表示的含氮杂环化合物，可以例示具有2个氮原子在邻位的位置(Y4和Y5为氮原子，Y6为碳原子)的哒嗪环、在间位的位置(Y4为碳原子，Y5和Y6为氮原子)的嘧啶环和在对位的位置(Y4和Y6为氮原子，Y5为碳原子)的吡嗪环的化合物、具有在任意位置(Y4、Y5和Y6中的任一者为氮原子，其它为碳原子)具有1个氮原子的吡啶环的化合物。
通式(II)表示的含氮杂环化合物可以进一步利用取代基取代其含氮杂环上的任意位置的氢原子。取代基的有无以及具有取代基时的取代基的位置、数量和种类没有特别限制。可以根据作为目标化合物的二环式含氮杂环化合物而适当设定。
作为取代基，可例示烃基。烃基只要碳原子数优选为1～10、特别优选为1～5就没有特别限制。关于烃基的具体例，可以举出上述的烃基。
作为通式(II)表示的含氮杂环化合物的具体例，可例示在其环结构中具有2个氮原子的6元含氮杂环化合物的且键合于环结构的碳原子的氢原子未被任一取代基取代的哒嗪、嘧啶和吡嗪等以及在其环结构中具有1个氮原子的6元含氮杂环化合物且键合于环结构的碳原子的氢原子未被任一取代基取代的吡啶等。
通式(II)表示的含氮杂环化合物可以使用市售的含氮杂环化合物，也可以使用通过该技术领域中公知的方法制造的含氮杂环化合物。
应予说明，通式(I)表示的含氮杂环化合物和通式(II)表示的含氮杂环化合物只要具有含氮杂环，则可以相同，也可以不同。因此，本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法包括基于使具有相同结构的二个分子键合而形成一个分子的自偶联的方法以及基于使具有不同结构的二个分子键合而形成一个分子的交叉偶联的方法这两者。
通过本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法得到的目标化合物为通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物。该通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物是2个含氮杂环连接而成的，一个含氮杂环的任意位置的碳原子与另一个含氮杂环上的任意位置的碳原子键合。
作为通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物，可例示具有2个氮原子在间位的位置的嘧啶环彼此在2位、4位或5位的任意位置键合的结构的联嘧啶化合物或者具有2个氮原子在对位的位置的吡嗪环彼此在2位的位置键合的结构的联吡嗪化合物。此外，也可以例示具有在哒嗪环的3位或4位的任意位置和吡啶环的2～6位中的任一任意位置、嘧啶环的2位、4位或5位的任意位置和吡啶环的2～6位中任一任意位置、吡嗪环的2位的位置和吡啶环的2～6位中的任一任意位置键合的结构的化合物、具有在哒嗪环的3位或4位的任意位置和嘧啶环的2位、4位或5位的任意位置、哒嗪环的3位或4位的任意位置和吡嗪环的2位的位置、或者嘧啶环的2位、4位或5位的任意位置和吡嗪环的2位的位置键合的结构的化合物。应予说明，对于上述环结构的位置，以作为杂原子的氮原子的位置编号为最小的方式标记编号。
通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物可以进一步利用取代基取代已连接的含氮杂环上的任意位置的氢原子。具有取代基时，可以仅一个含氮杂环具有取代基，另外，也可以两个含氮杂环具有取代基。取代基的位置、数量也没有特别限制，来自作为起始物质的上述通式(I)表示的含氮杂环化合物和通式(II)表示的含氮杂环化合物的取代基。
因此，作为取代基，可例示烃基。烃基只要碳原子数优选为1～10、特别优选为1～5就没有特别限制。对于烃基的具体例，可以举出上述的烃基。
作为通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物的具体例，可举出2,2’-联嘧啶、2,4’-联嘧啶、2,5’-联嘧啶、4,4’-联嘧啶、4,5’-联嘧啶、5,5’-联嘧啶、2,2’-联吡嗪。进而，可举出3-(2-吡啶基)哒嗪、3-(3-吡啶基)哒嗪、3-(4-吡啶基)哒嗪、3-(5-吡啶基)哒嗪、3-(6-吡啶基)哒嗪、4-(2-吡啶基)哒嗪、4-(3-吡啶基)哒嗪、4-(4-吡啶基)哒嗪、4-(5-吡啶基)哒嗪、4-(6-吡啶基)哒嗪、2-(2-吡啶基)嘧啶、2-(3-吡啶基)嘧啶、2-(4-吡啶基)嘧啶、2-(5-吡啶基)嘧啶、2-(6-吡啶基)嘧啶、4-(2-吡啶基)嘧啶、4-(3-吡啶基)嘧啶、4-(4-吡啶基)嘧啶、4-(5-吡啶基)嘧啶、4-(6-吡啶基)嘧啶、5-(2-吡啶基)嘧啶、5-(3-吡啶基)嘧啶、5-(4-吡啶基)嘧啶、5-(5-吡啶基)嘧啶、5-(6-吡啶基)嘧啶、2-(2-吡啶基)吡嗪、2-(3-吡啶基)吡嗪、2-(4-吡啶基)吡嗪、2-(5-吡啶基)吡嗪、2-(6-吡啶基)吡嗪、3-(2-嘧啶基)哒嗪、3-(4-嘧啶基)哒嗪、3-(5-嘧啶基)哒嗪、4-(2-嘧啶基)哒嗪、4-(4-嘧啶基)哒嗪、4-(5-嘧啶基)哒嗪、3-(2-吡嗪基)哒嗪、4-(2-吡嗪基)哒嗪、2-(2-吡嗪基)嘧啶、4-(2-吡嗪基)嘧啶、5-(2-吡嗪基)嘧啶。
作为本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中的含有碱金属的液体，例如可举出使碱金属分散于分散溶剂的分散体或碱金属的熔融物。该使碱金属分散于分散溶剂的分散体为使碱金属以微粒的形式分散于不溶性溶剂的分散体，或者使碱金属以液体的状态分散于不溶性溶剂的分散体。作为碱金属，可举出钠、钾、锂、它们的合金等。作为微粒的平均粒径，可以使用优选小于10μm、特别优选小于5μm的平均粒径。平均粒径用具有与通过显微镜照片的图像解析而得到的投影面积等同的投影面积的球的直径表示。
作为分散溶剂，只要能够将碱金属以微粒的形式，或者将碱金属以液体的状态分散于不溶性溶剂且不阻碍偶联对象化合物与碱金属的分散体的反应就可以使用该技术领域中公知的溶剂。例如可举出二甲苯、甲苯等芳香族系溶剂、癸烷等正构烷烃系溶剂、四氢噻吩等杂环化合物溶剂或它们的混合溶剂等。
在本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中，除了使碱金属分散于分散溶剂的分散体以外，也可以同样地使用使碱金属熔融的熔融物。熔融物可以通过利用该技术领域中公知的手段将碱金属加热至其熔融温度而获得。
以下，对于使碱金属分散于分散溶剂的分散体和使碱金属熔融的熔融物，有时略为“SD”。SD是钠分散体(Sodium Dispersion)的缩写，在下述说明的实施例中使用利用钠作为碱金属的分散体，因此，标注SD的符号。然而，SD的符号并不排除钠以外的碱金属，并非意图仅为分散体，理解为也包括熔融物。
作为本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中的反应溶剂，只要不阻碍起始物质与SD的反应就可以使用该技术领域中公知的溶剂。例如可以使用醚系溶剂、正构烷烃系溶剂、芳香族系溶剂、胺系溶剂、杂环化合物溶剂。作为醚系溶剂，优选环状醚溶剂。特别优选便宜且在该技术领域中通用的溶剂即四氢呋喃(以下，有时称为“THF”)。THF由于具有优异的物质溶解性，因此，具有能够提高起始物质与SD的接触效率，实现二环式含氮杂环化合物的制造效率的提高，能够以高纯度获得该二环式含氮杂环化合物的优点。作为正构烷烃系溶剂，特别优选正癸烷等。作为芳香族系溶剂，优选二甲苯、甲苯和苯等，可以利用氯苯、氟苯等卤代芳香族系溶剂。作为胺系溶剂，可以优选使用乙二胺等。作为杂环化合物溶剂，可以利用四氢噻吩等。另外，它们可以仅使用1种，也可以并用2种以上而作为混合溶剂使用。在此，上述的分散溶剂和反应溶剂可以使用相同种类的溶剂，也可以使用不同种类的溶剂。
本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法以通式(I)表示的含氮杂环化合物和通式(II)表示的含氮杂环化合物为起始物质(以下，有时称为“单体”)，使该单体与SD在反应溶剂中反应，制造通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物。以下对反应条件进行详细说明。
反应温度没有特别限定，可以根据单体、SD和反应溶剂的种类、量以及反应压力等而适当设定。具体而言，反应温度优选设定为不超过反应溶剂的沸点的温度。在加压下，变得比大气压下的沸点高，因此，可以以较高的温度设定反应温度。反应也可以在室温下进行，优选为0～100℃，特别优选为20～80℃，进一步优选为室温～50℃。不需要设置用于特别的加热、冷却等的温度控制机构，但也可以根据需要设置温度控制机构。
对反应时间也没有特别限定，只要根据单体、SD和反应溶剂的种类、量以及反应压力、反应温度等适当设定即可。通常以1～24小时、优选1～6小时进行。
另外，本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中需要的单体、SD和反应溶剂等所有的试剂类能够在大气下稳定地进行处理，因此，反应能够在大气下的常压条件下进行。然而，也可以在填充有氩气、氮气等的非活性气体气氛下进行，没有特别限定。
SD的使用量可以根据单体和反应溶剂的种类、量而适当设定。优选与作为单体的通式(I)表示的含氮杂环化合物和通式(II)表示的含氮杂环化合物、SD的反应优选相对于单体的总物质量1mmol，在1～4ml的反应溶剂中，使单体与相对于该单体为1：1～1：3的量的SD反应。在单体不同的情况下，优选以通式(I)表示的含氮杂环化合物：通式(II)表示的含氮杂环化合物：SD以摩尔当量比计为1：1：1～1：1：3的方式进行制备。在此，SD的物质量是指以SD中含有的碱金属换算的物质量。
在本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中，推测通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物合成的反应机理如下：在反应溶剂中使作为起始物质的通式(I)表示的含氮杂环化合物和通式(II)表示的含氮杂环化合物与SD反应时，由构成SD的金属钠释放出电子。由金属钠释放出的电子进入到含氮杂环中，产生自由基阴离子。通过自由基阴离子的偶联反应使含氮杂环彼此键合，与键合部位邻接的氮原子接受氢原子。将其氧化而得到通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物。在此，将利用下述实施例1和实施例2进行了研究的4,4’-联嘧啶合成和2,2’-联吡嗪合成的反应机理图例示于图1和图2。
在本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中，通过在作为起始物质的含氮杂环化合物的偶联反应时使用SD，从而即便相对于起始物质的摩尔当量比小，也能够稳定且有效地使反应进行。另外，反应可以以一阶段的简便的工序进行。由此，能够实现反应时间的缩短，并且能够将反应试剂类的使用抑制到最小限度，能够特别实现成本削减。
1-2.本发明的其它实施方式的含有喹啉环或异喹啉环的二环式含氮复合环化合物的合成
本发明的其它实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法通过使下述通式(IV)表示的含氮杂环化合物和下述通式(V)表示的含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而得到下述通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物。
(在此，通式(IV)中的Y7和Y8独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子)
(在此，通式(V)中的Y9和Y10独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子)
(在此，通式(VI)中的Y7和Y8独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，且与通式(IV)中的Y7和Y8相同，以及通式(VI)中的Y9和Y10独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，且与通式(V)中的Y9和Y10相同)
作为本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法的起始物质之一的通式(IV)表示的含氮杂环化合物是具有在5个碳原子和1个氮原子键合成环状的吡啶环上缩合有苯环的喹啉环(Y7为氮原子，Y8为碳原子)或异喹啉环结构(Y7为碳原子，Y8为氮原子)的化合物。应予说明，以下，有时将喹啉环和异喹啉环统称为“喹啉环系”。
通式(IV)表示的含氮杂环化合物可以进一步对喹啉环系上的任意位置的氢原子导入取代基。取代基的有无以及具有取代基时的取代基的位置、数量和种类没有特别限制。可以根据作为目标化合物的二环式含氮杂环化合物而适当设定。
作为取代基，例如可例示烃基。烃基只要碳原子数优选为1～10、特别优选为1～5就没有特别限制。对于烃基的具体例，可以举出1-1的项中说明过的烃基。
通式(IV)表示的含氮杂环化合物的具体例可例示具有喹啉环的含氮杂环化合物并且键合与构成喹啉环的碳原子的氢原子未被任一取代基取代的喹啉等。
通式(IV)表示的含氮杂环化合物可以使用市售的含氮杂环化合物，也可以使用通过该技术领域中公知的方法制造的含氮杂环化合物。
作为本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法的另一起始物质的通式(V)表示的含氮杂环化合物是与上述的通式(IV)表示的含氮杂环化合物同样地具有在5个碳原子和1个氮原子键合成环状的吡啶环上缩合有苯环的喹啉环(Y9为氮原子，Y10为碳原子)或异喹啉环(Y9为碳原子，Y10为氮原子)结构的化合物。
通式(V)表示的含氮杂环化合物可以进一步对喹啉环系上的任意位置的氢原子导入取代基。取代基的有无以及具有取代基时的取代基的位置、数量和种类没有特别限制。可以根据作为目标化合物的二环式含氮杂环化合物而适当设定。
作为取代基，例如可例示烃基。烃基只要碳原子数优选为1～10、特别优选为1～5就没有特别限制。对于烃基的具体例，可以举出1-1的项中说明过的烃基。
通式(V)表示的含氮杂环化合物的具体例可例示具有喹啉环的含氮杂环化合物的并且键合于环结构的碳原子的氢原子未被任一取代基取代的喹啉等。
通式(V)表示的含氮杂环化合物可以使用市售的含氮杂环化合物，也可以使用通过该技术领域中公知的方法制造的含氮杂环化合物。
应予说明，通式(IV)表示的含氮杂环化合物和通式(V)表示的含氮杂环化合物在具有喹啉环系结构的方面是共同的，但在取代基的有无以及具有取代基时的数量、种类和位置的方面可以相同，也可以不同。
本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中得到的目标化合物为通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物。该通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物是2个喹啉环系键合而成的，一个喹啉环系上的任意位置的碳原子与另一个喹啉环系上的任意位置的碳原子键合。喹啉环系的键合包括喹啉环彼此的键合、异喹啉环彼此的键合、喹啉环与异喹啉环的键合，键合部位在喹啉环的情况下为2～4位中的任一位置，在异喹啉环的情况下为1或3～4位中的任一位置。应予说明，对于上述结构的位置编号，在喹啉环系的环构成原子中，将已缩合的原子相邻的原子中的氮原子的位置编号为最小的氮原子的位置编号为1位。
通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物可以进一步利用取代基取代2个喹啉环上的任意位置的氢原子。具有取代基时，可以仅一个喹啉环系具有取代基，另外，也可以两个喹啉环系具有取代基。取代基的位置、数量也没有特别限制，但来自作为起始物质的通式(IV)表示的含氮杂环化合物和通式(V)表示的含氮杂环化合物的取代基。
因此，作为取代基，可例示烃基。烃基只要碳原子数优选为1～10、特别优选为1～5就没有特别限制。对于烃基的具体例，可以举出上述1-1的项中说明过的烃基。
作为通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物的具体例，可举出2,2-联喹啉、2,3-联喹啉、2,4-联喹啉、3,3-联喹啉、3,4-联喹啉、4,4-联喹啉、1,1-联异喹啉、1,3-联异喹啉、1,4-联异喹啉、3,3-联异喹啉、3,4-联异喹啉、4,4-联异喹啉、2-(1-异喹啉基)喹啉、2-(3-异喹啉基)喹啉、2-(4-异喹啉基)喹啉、3-(1-异喹啉基)喹啉、3-(3-异喹啉基)喹啉、3-(4-异喹啉基)喹啉、4-(1-异喹啉基)喹啉、4-(3-异喹啉基)喹啉、4-(4-异喹啉基)喹啉等。
对于本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法中使用的含有碱金属的液体和反应溶剂等，可以使用与上述1-1的项中说明过的含有碱金属的液体和反应溶剂同样的含有碱金属的液体和反应溶剂。
本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法以通式(IV)表示的含氮杂环化合物和通式(V)表示的含氮杂环化合物为起始物质(以下，有时称为“单体”)，使该单体与SD在反应溶剂中反应，制造通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物。对于反应温度、反应时间和反应气氛等反应条件，也可以与上述1-1的项说明过的反应条件同样地进行。
SD的使用量可以根据单体和反应溶剂的种类、量而适当设定。优选与作为单体的通式(IV)表示的含氮杂环化合物和通式(V)表示的含氮杂环化合物、SD的反应优选相对于单体的总物质量1mmol，在1～4ml的反应溶剂中，使单体与相对于该单体为1：1～1：3的量的SD反应。在单体不同的情况下，优选以通式(IV)表示的含氮杂环化合物：通式(V)表示的含氮杂环化合物：SD以摩尔当量比计为1：1：1～1：1：3的方式进行制备。
2.二环式含氮杂环化合物的精制
如图3所示，本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法进一步具备如下工序：失活工序，使在含有已合成的二环式含氮杂环化合物的反应液中残留的碱金属失活；第一溶解工序，在碱金属失活后的反应液中添加正构烷烃系有机溶剂而使分散溶剂溶解；以及分液工序，分离成含有正构烷烃系有机溶剂的有机层和含有二环式含氮杂环化合物的水层。上述的合成工序和失活工序在搅拌下在同一反应槽10中进行。应予说明，合成工序和失活工序可以在不同的槽中进行，也可以省略反应槽10的搅拌，没有特别限定。
使反应后残留的碱金属失活的失活工序中使用的失活液可使用醇或水。作为可使用的醇，优选异丙醇、甲醇、乙醇等低级醇，也可以为高级醇，没有特别限定。另一方面，使用水时，优选在填充有氩气、氮气等的非活性气体气氛下进行。应予说明，在二环式含氮杂环化合物的合成中使用SD时，钠被氢化而稳定，因此，在使用水时可以在空气环境下进行失活工序。另外，在使用醇时，可以在非活性气体气氛下进行失活工序，没有特别限定。
作为第一溶解工序中使用的正构烷烃系有机溶剂，可使用己烷、庚烷、辛烷等。该正构烷烃系有机溶剂只要为溶解分散溶剂而几乎不溶解二环式含氮杂环化合物的正构烷烃系有机溶剂即可。其结果，在分液工序中分散溶剂含有于有机层，二环式含氮杂环化合物含有于水层。因此，二环式含氮杂环化合物不会附着绝缘油，能够提高二环式含氮杂环化合物的纯度。
另外，本实施方式的二环式含氮杂环化合物的制造方法进一步具备如下工序：第二溶解工序，在经分液工序分液而得的水层中添加具有温度比二环式含氮杂环化合物的熔点低的沸点的低沸点溶剂而使二环式含氮杂环化合物溶解于低沸点溶剂；以及析出工序，使低沸点溶剂蒸发而使上述二环式含氮杂环化合物析出。
第二溶解工序中使用的低沸点溶剂只要是使二环式含氮杂环化合物溶解且具有温度比二环式含氮杂环化合物的熔点(例如，联嘧啶的熔点约112～116℃)低的沸点的溶剂就没有特别限定。作为该低沸点溶剂，可使用乙醚(沸点约35℃)、乙酸乙酯(沸点约77℃)、己烷(沸点约68℃)等，特别优选乙醚。在本实施方式中，在析出工序中仅使低沸点溶剂蒸发，能够以固体的形式回收二环式含氮杂环化合物。
以下，对二环式含氮杂环化合物的精制方法进行详细说明。反应槽10中含有经过合成工序和失活工序而合成的二环式含氮杂环化合物的反应液由泵等被送至第一溶解槽20。在此，使用正构烷烃油(normal paraffin oil)(以下，称为“SD溶剂”)作为分散溶剂、使用THF作为反应溶剂以及使用乙醇作为失活液时，反应液主要含有SD溶剂、THF、乙醇、金属醇盐、氢氧化钠、未反应的单体、所合成的二环式含氮杂环化合物。
利用加热部22对被送至第一溶解槽20的反应液在减压下加热(例如80℃)规定时间(例如10～20分钟)，使THF(沸点约66℃)和乙醇(沸点约78℃)蒸发。即，在本实施方式中，可以在第一溶解工序之前具备对碱金属失活后的反应液进行加热而使反应溶剂蒸发的蒸发工序。应予说明，在蒸发工序中可以不进行减压而直接在大气压下进行加热，没有特别限定。
接下来，将所蒸发的THF和乙醇用冷却器21冷却成液体后，利用两者的沸点差进行蒸馏处理，将THF作为合成工序的反应溶剂进行再利用。由此，不会浪费较大量地使用的反应溶剂，能够削减制造成本。应予说明，也可以废弃所蒸发的THF和乙醇，还可以利用分子筛等仅吸附除去醇。另外，作为失活液使用的醇，优选使用与THF的沸点差大的醇以容易对THF进行蒸馏处理，，如果进行吸附处理，则优选选择如乙醇或甲醇那样能够容易地获得对应的分子筛的醇。
接下来，向第一溶解槽20中在搅拌下添加水，冲洗附着于第一溶解槽20的壁面的二环式含氮杂环化合物、金属醇盐等。即，在本实施方式中，可以在第一溶解工序之前具备向第一溶解槽20中添加水而进行清洗的清洗工序。应予说明，也可以在上述的蒸发工序之前进行清洗工序，没有特别限定。此时，在清洗工序中一部分金属醇盐与水反应，分解成微量的醇和氢氧化钠，因此能够在蒸发工序中将微量的醇蒸发。
接着，在搅拌下向反应液中添加正构烷烃系有机溶剂，利用加热部22加热到该有机溶剂不蒸发的程度使SD溶剂溶解。作为该有机溶剂，可使用己烷(沸点约69℃)，只要使用沸点比SD溶剂低的正构烷烃系有机溶剂即可。这是因为在使正构烷烃系有机溶剂蒸发而再利用时不会混入SD溶剂。应予说明，也可以利用吹出喷嘴喷射第一溶解工序中使用的有机溶剂来代替清洗工序中使用的水，对壁面进行清洗。
这些蒸发工序、清洗工序、第一溶解工序虽然在同一第一溶解槽20中进行，但也可以每个适当组合的工序或单独工序在不同的槽中进行。另外，使用水作为失活液时，可以在反应槽10中进行清洗工序。应予说明，使用水作为失活液时，会生成氢氧化钠代替金属醇盐。
在经过第一溶解工序的反应液中含有水、SD溶剂、金属醇盐、氢氧化钠、未反应的单体、己烷和二环式含氮杂环化合物。
接下来，向第一溶解槽20中添加水，液液分离成有机层和水层。即，在本实施方式中，在第一溶解工序之后具有分液处理成有机层和水层的分液工序。其结果，金属醇盐被分解成醇和氢氧化钠，液液分离成由水、氢氧化钠、未反应的单体、二环式含氮杂环化合物和微量的醇构成的水层以及由SD溶剂、微量的醇和己烷构成的有机层。在该分液处理时，可以对第一溶解槽20进行搅拌，也可以对第一溶解槽20进行振荡。另外，为了除去水层中含有的微量的醇，可以使用吸附除去水和醇的分子筛。应予说明，使用水作为失活液时，不产生醇，因此有机层由SD溶剂和己烷构成。应予说明，也可以与第一溶解槽20分开设置分液槽而液液分离成有机层和水层。
在分液工序时，有时在有机层中混入未反应的单体、二环式含氮杂环化合物。因此，在本实施方式中，可以利用泵等将第一溶解槽20中的有机层送至分液槽30中。向该分液槽30中添加水，进一步液液分离成有机层和水层。由此，将未反应的单体、二环式含氮杂环化合物分离到水层中，利用泵等将该水层送至第一溶解槽20，进行再利用。即，在本实施方式中，可以具备在经分液工序分液的有机层中进一步添加水，将二环式含氮杂环化合物返回到第一溶解槽20的再分液工序。
接下来，将该有机层利用加热部32在减压下加热(例如60℃)规定时间，使微量的醇和己烷蒸发，排出SD溶剂进行废弃处理。然后，可以将所蒸发的己烷用冷却器31冷却成液体后，作为第一溶解工序中所使用的正构烷烃系有机溶剂进行再利用。由此，能够节约较大量需要的有机溶剂，降低制造成本。应予说明，也可以对己烷进行废弃处理，没有特别限定。
另一方面，分液工序后的水层利用泵等被送至第二溶解槽40。向该第二溶解槽40中添加作为低沸点溶剂的乙醚而使二环式含氮杂环化合物、未反应的单体溶解(第二溶解工序)。该第二溶解工序优选一边在搅拌下使水层流动一边进行。特别是如果使用具有不连续的多级倾斜桨叶的PV混合器进行搅拌，则二环式含氮杂环化合物的浓度被均等化，因而优选。然后，进行静置分离，对水、氢氧化钠进行排水处理。
接下来，将溶解于乙醚的二环式含氮杂环化合物、未反应的单体利用泵等送至析出槽50中。在该析出槽50中，在未反应的单体的沸点(例如，嘧啶的沸点约123℃)以上的温度条件下，利用加热部52对反应液进行加热。其结果，二环式含氮杂环化合物析出，乙醚和未反应的单体蒸发。该析出的二环式含氮杂环化合物作为产品进行回收。
接着，将所蒸发的乙醚和未反应的单体用冷却器51冷却成液体后，利用两者的沸点差进行蒸馏处理，将未反应的单体作为合成工序的单体进行再利用。由此，能够不浪费未反应的单体而削减制造成本。应予说明，可以将所蒸发的乙醚和未反应的单体废弃，也可以将乙醚在第二溶解槽40中进行再利用。
另外，在析出槽50中，可以将反应液在乙醚的沸点(约35℃)以上且未反应的单体的沸点(例如，嘧啶的沸点约123℃)以下的温度条件下加热。此时，为了回收二环式含氮杂环化合物，优选将以液体状态存在的未反应的单体通过清洗处理除去。
[其它实施方式]
(1)在上述的二环式含氮杂环化合物的精制中，可以在析出工序中使低沸点溶剂蒸发后，具备再结晶工序。此时，具有如下工序：浓缩工序，在二环式含氮杂环化合物中添加乙醇等再结晶溶剂进行浓缩；冷却工序，在浓缩工序之后对含有二环式含氮杂环化合物的再结晶溶剂进行冷却；以及过滤工序，在冷却工序之后过滤并回收二环式含氮杂环化合物。经过该浓缩工序而含有在溶剂中的二环式含氮杂环化合物仅超过饱和溶解度的分量进行再结晶。另一方面，未反应的单体为溶解于再结晶溶剂的状态。因此，在过滤工序中，能够高效地仅回收不含其它杂质的二环式含氮杂环化合物。
(2)上述的二环式含氮杂环化合物的精制中的各工序可以在不脱离主旨的范围适当地切换顺序，或者省略。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行具体说明，但本发明不限定于这些实施例。将以下的实施例中的研究条件和研究结果概括于图4。而且，对于产物的存在比率，用百分率(％)表示相对于总产物的比例。应予说明，作为以下的实施例中的SD，使用将金属钠以微粒形式分散于正构烷烃油的分散体，SD的物质量为以SD中含有的金属钠换算的数值。
(实施例1)基于嘧啶的偶联的4,4’-联嘧啶的生成
使嘧啶1mmol溶解于THF 1ml中，接着，在50℃添加SD 2mmol使其反应3小时。反应在大气下进行。其结果，如下述的反应式(1)所示，得到4,4’-联嘧啶作为主产物。
(实施例2)基于吡嗪的偶联的2,2’-联吡嗪的生成
使吡嗪1mmol溶解于THF 1ml中，接着，在50℃添加SD 2mmol使其反应3小时。反应在大气下进行。其结果，如下述的反应式(2)所示，得到2,2’-联吡嗪作为主产物。
产业上的可利用性
本发明能够用于利用联嘧啶化合物、联吡嗪化合物和联喹啉化合物等二环式含氮杂环化合物的所有技术领域，特别是有机EL材料、医药、农药、染料等的制造、基础研究以及二氧化碳的还原反应。

Claims (6)

1.一种二环式含氮杂环化合物的制造方法，具备如下合成工序：通过使下述通式(I)表示的含氮杂环化合物和下述通式(II)表示的含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而合成下述通式(III)表示的二环式含氮杂环化合物，
在此，通式(I)中的Y1、Y2和Y3独立地为氮原子或碳原子，至少2个为氮原子，
在此，通式(II)中的Y4、Y5和Y6独立地为氮原子或碳原子，至少1个为氮原子，
在此，通式(III)中的Y1、Y2和Y3独立地为氮原子或碳原子，至少2个为氮原子，且与通式(I)中的Y1、Y2和Y3相同，以及通式(III)中的Y4、Y5和Y6独立地为氮原子或碳原子，至少1个为氮原子，且与通式(II)中的Y4、Y5和Y6相同。
2.根据权利要求1所述的二环式含氮杂环化合物的制造方法，其中，所述Y1为碳原子、Y2和Y3为氮原子且所述Y4为碳原子、Y5和Y6为氮原子。
3.根据权利要求1所述的二环式含氮杂环化合物的制造方法，其中，所述Y1和Y3为氮原子、Y2为碳原子且所述Y4和Y6为氮原子、Y5为碳原子。
4.一种二环式含氮杂环化合物的制造方法，具备如下合成工序：通过使下述通式(IV)表示的含氮杂环化合物和下述通式(V)表示的含氮杂环化合物与含有碱金属的液体在反应溶剂中反应而合成下述通式(VI)表示的二环式含氮杂环化合物，
在此，通式(IV)中的Y7和Y8独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，
在此，通式(V)中的Y9和Y10独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，
在此，通式(VI)中的Y7和Y8独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，且与通式(IV)中的Y7和Y8相同，以及通式(VI)中的Y9和Y10独立地为氮原子或碳原子，任一者为氮原子，另一者为碳原子，且与通式(V)中的Y9和Y10相同。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的二环式含氮杂环化合物的制造方法，其中，所述含有碱金属的液体为使所述碱金属分散于分散溶剂而得的分散体，
所述制备方法具备如下工序：
失活工序，使在含有已合成的所述二环式含氮杂环化合物的反应液中残留的所述碱金属失活，
第一溶解工序，在所述碱金属失活后的所述反应液中添加正构烷烃系有机溶剂而使所述分散溶剂溶解，以及
分液工序，分离成含有所述正构烷烃系有机溶剂的有机层和含有所述二环式含氮杂环化合物的水层。
6.根据权利要求5所述的二环式含氮杂环化合物的制造方法，其中，具备如下工序：
第二溶解工序，在所述水层中添加具有温度比所述二环式含氮杂环化合物的熔点低的沸点的低沸点溶剂而使所述二环式含氮杂环化合物溶解于所述低沸点溶剂，以及
析出工序，使所述低沸点溶剂蒸发而使所述二环式含氮杂环化合物析出。
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