JP2005023052A

JP2005023052A - 新規ビスマス化合物およびそれを用いたアルコールの選択的酸化方法

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Publication number: JP2005023052A
Application number: JP2003270582A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Matano; 善博俣野; Hisatsugu Yamada; 久嗣山田; Dan Nomura; 弾野村; Hiroshi Imahori; 博今堀
Original assignee: Tokyo Kasei Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】
有機合成の属する分野および他の分野において要求されている，温和な条件下でのアルコール類のアルデヒド，ケトンへの選択的酸化法を提供すること。特に反応し難い2,2,2-トリフルオロ-1-置換エタノールを短時間で収率良く酸化すること。
【解決手段】
フェニル基の少なくともパラ位に電子吸引性基を有するトリス（p-置換フェニル）ビスマスジクロリド類，およびトリス（o,p-置換フェニル）ビスマスジクロリド類を酸化剤として用いることにより，上記課題を解決することができた。
【選択図】
なし

Description

本発明は新規ビスマス化合物，新規超原子価ビスマス化合物，および超原子価ビスマス化合物を用いたアルコールの酸化法に関するものである。この酸化法は第一級アルコールをアルデヒドに，第二級アルコールをケトンに変換するものであって，有機合成の属する分野および他の分野において要求されている温和な条件下でのアルコール類の選択的酸化に供するものである。

第一級アルコールをアルデヒドに，第二級アルコールをケトンに酸化する反応は有機合成上最も重要な反応の1つであり，Jones試薬，Sarett試薬，Collins試薬などの酸化クロムを利用する酸化剤が用いられてきた。そして，アルコールのアルデヒドあるいはケトンへの酸化反応が極めて重要であるため，より有用な酸化法の開発を意図して活発な研究が行われ，数多くの優れた方法が次々と開発されている。例えば，Coreyらはジクロロメタン中，ピリジニウムクロロクロマート（以下，PCC）を用いてアルコールを酸化し，高収率でアルデヒドを得ている[E. J. Corey, J. W. Suggs, Tetrahedron Lett., 1975, 2647]。同じくCoreyらはジクロロメタン中，ピリジニウムジクロマート（以下，PDC）を用いてデカノールを酸化し，収率98%でデカナールを得ている[E. J. Corey, G. Schmidt, Tetrahedron Lett., 1979, 399]。酸化クロムのような重金属化合物に代わる酸化剤として，超原子価ヨウ素化合物である1,1,1-トリアセトキシ-1,1-ジヒドロ-1,2-ベンゾヨードキソール-3(1H)-オン（以下，Dess-Martinペルヨージナン）が開発され，アルコールの選択的な酸化剤として用いられている[D. B. Dess, J. C. Martin, J. Org. Chem., 48, 4155 (1983)]。また，ジメチルスルホキシド（以下，DMSO）を活性化してアルコールと反応させ，アルデヒドに導く方法がある。その中でもオキザリルジクロリドを活性化剤として用いるSwern酸化は広く利用されている[K. Omura, D. Swern, Tetrahedron, 34, 1651 (1978)]。

一方，超原子価ビスマス化合物はその酸化能力とビスマス元素の低い毒性から，酸化剤として注目されている。例えば，Challengerらはトリフェニルビスマスジヒドロキシドを用いてアルコールを対応するアルデヒド，ケトンに酸化している[F. Challenger, O. V. Richards, J. Chem. Soc., 1934, 405]。また，Bartonらは(Ph₃BiCl)₂Oを，DodonovはPh₃Bi(OAc)₂を用いて中性もしくは塩基性条件下，対応するカルボニル化合物を得ている[D. H. R. Barton, J. P. Kitchin, D. J. Lester, W. B. Motherwell, M. T. B. Papoula, Tetrahedron, 37, 73 (1981) (Supplemint); V. A. Dodonov, A. V. Gushchin, T. G. Brilkina, J. Gen. Chem. USSR, 55, 63 (1985)]。

しかしながら，Jones試薬，Sarett試薬，Collins試薬，PCC，PDCは，いずれも毒性の高い重金属酸化物を酸化剤として利用している。しかも，反応終了後，重金属酸化物を目的物から完全に除去する操作が煩雑であるという問題点を有している。Dess-Martinペルヨージナンを用いる方法は，高収率で目的物を得ることができるが，Dess-MartinペルヨージナンおよびDess-Martinペルヨージナンの加水分解物に強い爆発性が報告されている[J. B. Plumb, D. J. Harper, Chem. Eng. News, July 16, 1990, 3]。そのため，この方法の使用には細心の注意が必要であり，利用し易い方法とは言い難い。Swern酸化は，毒性の強い重金属酸化物や爆発性の酸化剤を使用しない優れた方法である。しかしながら，活性化DMSOとアルコールとが反応した中間体は極めて不安定であり，そのため，厳密な温度管理下（-78℃）で反応を行わなければならない。また，副生するジメチルスルフィドの悪臭が強いため，大量合成には不向きであるなどの問題点が残されている。トリフェニルビスマスジヒドロキシドなどの超原子価ビスマス化合物を酸化剤として用いて高収率で目的物を得るためには，長い反応時間と高い反応温度が必要であり，到底満足できるものではない。これに対し，発明者らは超原子価ビスマス化合物トリ（o-トリル）ビスマスジクロリドを用いることにより，室温下，アルコールを対応するアルデヒド，ケトンに酸化できることを報告している［東京化成工業株式会社，特開2003-113130］。しかしながら，2,2,2-トリフルオロ-1-置換エタノールといった一部のアルコールをカルボニル化合物に高収率で酸化するためには長時間を必要とするなど，改善の余地が残されていた。取り扱いやすく，温和な条件下，短時間で反応を完了することができるアルコールの酸化剤およびその方法が強く求められている。

そこで，発明者らは鋭意研究を重ねた結果，本発明を完成するに至った。

本発明は，下記一般式（IV）

（式中R¹は水素，アルキル基，アルケニル基，アルキニル基，アルコキシ基のいずれかであり，置換されていても良く，R²はハロゲン，トリハロメチル基，ニトロ基，シアノ基のごとき電子吸引性基から選択され，X¹はハロゲン，アセトキシ基，トリフルオロアセトキシ基，トシルオキシ基であり，nは0もしくは1である）で示されるビスマス化合物およびそれらを用いたアルコールの選択的酸化法である。本発明に係る文献未載の新規物質，トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドは下記反応式に従って合成することができる。

上式の中間体，トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスムチンも新規化合物である。本発明に係る酸化反応は下記反応式に従って進行する。

この反応で使用しうる塩基は，tert-ブトキシカリウム，tert-ブトキシナトリウム，炭酸カリウム，炭酸ナトリウム，炭酸水素カリウム，炭酸水素ナトリウム，DBU，テトラメチルグアニジンなどが挙げられるが，DBUがより好ましい。使用しうる溶媒は，ジクロロメタン，クロロホルム，トリクロロエタン，トルエン，ベンゼン，アセトニトリル，THF，DMF，アセトンあるいはこれらの混合溶媒などが挙げられる。反応温度は-78℃から使用する超原子価ビスマス化合物の分解温度まで適宜選択されるが，室温で十分な反応速度が得られる。反応時間はアルコール，使用する超原子価ビスマス化合物，使用する溶媒により異なり，1分から12時間の間で選択されるが，好ましくは10分から6時間である。なお，トリアリールビスムチンとハロゲン化スルフリルを反応させ，系内でトリアリールビスマスジハライドを発生させ，酸化剤として用いる手法も可能である。

tert-ブトキシカリウム，tert-ブトキシナトリウム，炭酸カリウム，炭酸ナトリウム，炭酸水素カリウム，炭酸水素ナトリウムのごとき塩基を用いる場合は，水を共存させることで高い収率が得られる。また，この時，相間移動触媒を用いることも，高い収率でアルデヒドあるいはケトンを得るためには有効な手段である。なお，DBU，テトラメチルグアニジンのごとき有機塩基を用いる場合は水の共存は不要である。

以下に本発明の代表的な例として，トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドを取り上げ，従来から知られている超原子価ビスマス化合物と反応性を比較し，本発明の有用性を更に明らかにする。下記構造式

で示されるトリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドと，下記構造式

で示されるトリ（o-トリル）ビスマスジクロリドを等モル用い，下記反応式に示すようにゲラニオールの酸化における分子間競争反応を行った。これらの結果を比較することにより，本発明化合物の有用性を示すことができた。

反応終了後，混合物の¹H NMRを測定し，副生した[DBUH]⁺[(p-Cl-o-Tol)₂BiCl₂]^-と[DBUH]⁺[(o-Tol)₂BiCl₂]^-の積分比から相対的な反応比を算出した。その結果を以下に示す。

この表からトリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドの反応性の高さが読み取れる。すなわち，トリ（o-トリル）ビスマスジクロリドの反応性を1とすると，トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドの反応性は約3.4倍である。また，下記反応式，

で示される2,2,2-トリフルオロ-1-フェニルエタノールの酸化において，トリ（o-トリル）ビスマスジクロリドを酸化剤として用いた場合，高収率でα,α,α-トリフルオロアセトフェノンを得るためには32時間を要した[Y. Matano, H. Nomura, Angew. Chem. Int. Ed., 41, 3028 (2002)]。しかしながら，トリス（ｐ-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドを用いることにより，6時間で目的物を高収率で得ることができた。

上記のごとく，本発明は新規ビスマス化合物，新規超原子価ビスマス化合物，および超原子価ビスマス化合物を用いた第一級アルコールをアルデヒドに，第二級アルコールをケトンに変換するアルコールの酸化法に関するものである。本発明は，有機合成の属する分野および他の分野において要求されている温和な条件下でのアルコール類の選択的酸化に供するものである。本発明化合物および酸化法を用いることにより，温和な条件下でアルコール類を選択的に酸化することができた。特に反応し難い2,2,2-トリフルオロ-1-置換エタノールの酸化において，従来法と比べ，収率を損なうことなく反応時間を劇的に短縮することができた。

以下，本発明を実施例により更に詳細に説明する。なお，本発明の範囲は，かかる実施例に限定されないことは言うまでもない。本発明の範囲内では変形が可能なことは当業者には明らかであろう。

実施例１
トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスムチンの合成
2-ブロモ-5-クロロトルエン20.5g(100mmol)，金属マグネシウム2.43g(100mmol)，THF(100ml)から定法に従いグリニャール試薬を調製した。氷冷下，塩化ビスマス9.47g(30.0mmol)のTHF溶液(80ml)を徐々に滴下した。滴下終了後，氷冷をはずし，混合物を約1〜2時間緩やかに還流した。室温まで放冷した後，反応混合物を氷冷した塩化アンモニウム水溶液に注ぎ，生じる不溶物をセライトで除去した。有機層を分離し，食塩水で洗浄した後，硫酸マグネシウムで乾燥し，濃縮した。ベンゼン／メタノールから再結晶することにより，トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスムチンの結晶13.9gを得た（収率79%）。
以下に主な物性値を示す。
融点：150〜152℃
^１H NMR (CDCl₃) d: 2.39 (s, 9H), 7.05 (dd, 3H, J=7.9,2.2Hz), 7.32 (d, 3H, J=1.8Hz), 7.38 (d, 3H, J=7.9Hz)，IR n 1570, 1543, 1458, 1435, 1411, 1374, 1264, 1196, 1098, 1080, 1034, 1013, 994, 947, 874, 862, 812, 696, 687, 540, 440 cm^-1，元素分析：理論値（％）：C=43.06，H=3.10，実測値（％）：C=43.12，H=3.15

実施例２
トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドの合成
トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスムチン11.7g(20mmol)をジクロロメタン100mlに溶解し，-78℃に冷却した。塩化スルフリル2.97g(22mmol)を滴下し，室温まで昇温した後TLCで原料の消失を確認した。溶液を濃縮し，ジクロロメタン／ヘキサンから結晶化することで目的とするトリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドの結晶13.0gを得た（収率99%）。
以下に主な物性値を示す。
融点：154〜156℃（分解）
^１H NMR (CDCl₃) d: 2.70 (s, 9H), 7.47 (dd, 3H, J=8.6,2.4Hz), 7.53 (d, 3H, J=2.4Hz), 7.94 (d, 3H, J=8.3Hz)，IR n 1578, 1548, 1460, 1372, 1281, 1266, 1198, 1103, 1069, 995, 891, 866, 799, 685, 536, 436, 421 cm^-1，元素分析：理論値（％）：C=38.41，H=2.76，実測値（％）：C=38.50，H=2.82

実施例３
トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドを用いた2,2,2-トリフルオロ-1-フェニルエタノールの酸化
トリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリド99mg(0.15mmol)と2,2,2-トリフルオロ-1-フェニルエタノール24mg(0.14mmol)のベンゼン-d₆(1.5ml)の懸濁液に室温下，DBU24mg(0.15mmol)を滴下し，反応混合物をTLCでモニターした。6時間後，沈殿をセライトで除き，ろ液に内部標準としてジヒドロアントラセン28mg(0.16mmol)を加えた。α,α,α-トリフルオロアセトフェノンの収率は¹H NMRにより94%と決定した。

実施例４
トリス（p-トリフルオロメチルフェニル）ビスマスジクロリドを用いた2,2,2-トリフルオロ-1-フェニルエタノールの酸化
実施例3のトリス（p-クロロ-o-トリル）ビスマスジクロリドの代わりに，トリス（p-トリフルオロメチルフェニル）ビスマスジクロリドを用い，同様の反応を行った結果，反応は50分で完了し，目的物をほぼ定量的に得ることができた。

Claims

下記一般式（I）

（式中R¹は水素，アルキル基，アルケニル基，アルキニル基，アルコキシ基のいずれかであり，置換されていても良く，R²はハロゲン，トリハロメチル基，ニトロ基，シアノ基のごとき電子吸引性基から選択され，X¹はハロゲン，アセトキシ基，トリフルオロアセトキシ基，トシルオキシ基であり，nは0もしくは1である）で示される新規ビスマス化合物。
一般式（I）のR¹がメチル基であり，R²，X¹がクロル基であり，nが1である下記一般式（II）で示される請求項1記載の新規超原子価ビスマス化合物。
塩基の存在下，第一級アルコールあるいは第二級アルコールと，下記一般式（III）

（式中R¹は水素，アルキル基，アルケニル基，アルキニル基，アルコキシ基のいずれかであり，置換されていても良く，R²はハロゲン，トリハロメチル基，ニトロ基，シアノ基のごとき電子吸引性基から選択され，X¹はハロゲン，アセトキシ基，トリフルオロアセトキシ基，トシルオキシ基である）で示される超原子価ビスマス化合物と反応せしめ，第一級アルコールをアルデヒドに，第二級アルコールをケトンに導くことを特徴とするアルコール類の新規酸化法。