JP2005060337A - 芳香族ケトン類の製造方法及びその製造用触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境を汚染する化学物質の副生及び排出を削減し、より安全で安価に芳香族ケトン類を高収率で製造する方法及びその方法に用いるアシル化用触媒を提供する。
【解決手段】 芳香族化合物とカルボン酸を、一般式（Ｉ）
ＨＥ（ＳＯ_２Ｒ_ｆ）_ｍ （Ｉ）
（式中、Ｅは窒素原子または炭素原子を示し、Ｒ_ｆはパーフルオロアルキル基を示す。ｍはＥが窒素原子の場合は２であり、Ｅが炭素原子の場合は３である。）
で表されるブレンステッド酸触媒の触媒量の存在下に反応させることカルボン酸をアシル化剤として用いる芳香族ケトン類の製造方法及びその方法に使用する芳香族アシル化触媒である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、広範な分野に利用される化学物質またはその原料として使用される芳香族ケトン類の簡易な製造方法及びその方法に用いるアシル化反応用触媒に関する。

芳香族ケトン類は、医薬、農薬、香料及び化粧剤等の多様な用途分野において、主に製造原料として用いられる化学物質であり、その製法としては、塩化アルミニウム、塩化スズ等のルイス酸の存在下に、酸塩化物もしくは酸無水物と芳香族化合物とを反応させるフリーデル・クラフツアシル化反応が広く利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
ところが、これらの方法では、まず１当量以上という過剰量のルイス酸を用いる必要があり、反応後にはそのまま廃棄物となるため、大量の廃ルイス酸が発生するという欠点があった。また、アシル化剤として酸塩化物を用いた場合、有毒でかつ腐食性のある塩化水素が副生すること、さらにアシル化剤として酸無水物を用いた場合にはカルボン酸が１当量副生することなどの問題点もあった。

近年、上記した課題を解決する方法として、アシル化剤に酸塩化物や酸無水物の原料であるカルボン酸を直接利用し、かつ触媒量の酸で反応を達成させる技術が注目を集めている。これまでに、ゼオライト（例えば、特許文献１、非特許文献２〜５参照）、ヘテロポリ酸（例えば、非特許文献６〜７参照）、金属のパーフルオロアルカンスルホン酸塩（例えば、特許文献２〜４参照）を触媒として用いる方法が報告されている。しかし、これらの触媒は、いずれも触媒効率が低いうえに、適用範囲が制限されている等の問題を抱えている。また、トリフルオロメタンスルホン酸を触媒とした例も報告されているが、反応基質がナフトールと酢酸の反応に限られている（非特許文献８参照）。

特開平１１−３１９５６８号公報 特開平９−２２７４４２号公報 特開平１０−８７５４９号公報 米国特許第６３６２３７５号明細書 Ｇ．Ａ．Ｏｌａｈ，"Ｆｒｉｅｄｅｌ−Ｃｒａｆｔｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ"， Ｗｉｌｅｙ−ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９７３） Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．５１，ｐ２１２８（１９８６） Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．ｐ２３０７（１９９５） Ｊ．Ｍｏｌ．Ｃａｔａｌ．Ａ，Ｃｈｅｍ．１２３，ｐ１４１（１９９７） Ｃａｔａｌ．Ｌｅｔｔ．４４，ｐ１２９（１９９７） Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．ｐ１９８７（１９９２） Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．ｐ２５０８（２００２） Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． ３７，ｐ４１８３（１９９６）

本発明は、従来の技術における上記した実状に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、環境を汚染する化学物質の副生及び排出を削減し、より安全でかつ安価に芳香族ケトン類を高収率で製造する方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、カルボン酸を用いて芳香環に直接カルボニル基を容易に結合させるアシル化用触媒を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ある種のブレンステッド酸（プロトン酸）を触媒量添加することにより、芳香族化合物とカルボン酸との脱水縮合反応が速やかに進行し芳香族ケトン類が高収率で得られることを見出し、これらの事実に基づいて本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明のカルボン酸をアシル化剤として用いる芳香族ケトン類の製造方法は、芳香族化合物とカルボン酸を、一般式（Ｉ）
ＨＥ（ＳＯ_２Ｒ_ｆ）_ｍ （Ｉ）
（式中、Ｅは窒素原子または炭素原子を示し、Ｒ_ｆはパーフルオロアルキル基を示す。ｍはＥが窒素原子の場合は２であり、Ｅが炭素原子の場合は３である。）
で表されるブレンステッド酸触媒の触媒量の存在下に反応させることを特徴とするものである。その芳香族化合物としては、少なくとも１個の置換可能な水素原子を有する単環或いは縮合多環の芳香族化合物、または少なくとも１個の置換可能な水素原子を有する複素芳香環化合物が好ましい。

また、本発明の芳香族アシル化反応用触媒は、下記一般式（Ｉ）
ＨＥ（ＳＯ_２Ｒ_ｆ）_ｍ （Ｉ）
（式中、Ｅは窒素原子または炭素原子を示し、Ｒ_ｆはパーフルオロアルキル基を示す。ｍはＥが窒素原子の場合は２であり、Ｅが炭素原子の場合は３である。）
で表され、カルボン酸をアシル化剤として用いるものである。

本発明によれば、特定の酸触媒を用いるから、カルボン酸をアシル化剤とする芳香族化合物のアシル化反応が速やかに進行し、有害な副生物を発生させることなく安全にかつ容易に芳香族ケトン類を高収率で得ることができる。

本発明は、カルボン酸をアシル化剤として用い、芳香族化合物とカルボン酸とを特定のプロトン酸触媒の存在下に脱水縮合反応させることにより芳香環にカルボニル基が直結した芳香族ケトン類を製造する方法である。
本発明の製法に原料として用いられる芳香族化合物は、芳香環に置換可能な水素原子を少なくとも１個持つものであれば良く、その芳香環としては、ベンゼン環の単環、多環または縮合多環からなる芳香環化合物、芳香環を構成する原子としてカルボン酸との縮合反応に悪影響を与えない炭素以外の原子、例えば、Ｏ、Ｎ、Ｓを持つ複素芳香環またはその複素芳香環を持つ縮合多環芳香環化合物などが挙げられる。このような芳香環の具体例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ビフェニール、フラン、インドール、チオフェンなどが挙げられる。

これらの芳香族化合物は、さらにカルボン酸との縮合反応に悪影響を与えない基で置換されていてもよく、その置換基の例としては、炭素数１〜３０の直鎖あるいは分岐アルキル基、メトキシ、エトキシ、ブトキシ等のアルコキシ基、メチレンジオキシ基、ヒドロキシ基、メチルチオ、エチルチオ等のアルキルチオ基、アセトアミド基等のアシルアミド基、ベンゾイルアミド基、ハロゲン原子、トリメチルシリル、トリエチルシリル等のトリアルキルシリル基等が挙げられる。

他の原料として用いられるカルボン酸は、脂肪族または芳香族カルボン酸である。脂肪族カルボン酸の炭化水素鎖は反応に悪影響を与えない置換基で置換されていても良い。このような置換基の例としては、ハロゲン原子、アセチル、プロピオニル等のアシル基、メトキシ、エトキシ、ブトキシ等のアルコキシ基、ヒドロキシ基、メチルチオ、エチルチオ等のアルキルチオ基、トリメチルシリル、トリエチルシリル等のトリアルキルシリル基等が挙げられる。また、その芳香族カルボン酸の芳香環は反応に悪影響を与えない置換基で置換されていても良い。これらの置換基の具体例としては、炭素数１〜３０の直鎖あるいは分岐アルキル基、ハロゲン原子、アセチル、プロピオニル等のアシル基、メトキシ、エトキシ、ブトキシ等のアルコキシ基、ヒドロキシ基、メチルチオ、エチルチオ等のアルキルチオ基、トリメチルシリル、トリエチルシリル等のトリアルキルシリル基、トリフルオロメチル、ノナフルオロブチル等のパーフルオロアルキル基、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ等のジアルキルアミノ基、アセトアミド基等のアシルアミド基、ベンゾイルアミド基、ニトロ基、アセトキシ、プロピオニルオキシ等のアシロキシ基、シアノ基等が挙げられる。

次に、本発明におけるアシル化反応用触媒またはカルボン酸を用いる芳香環のアシル化反応に用いられる触媒は、一般式（Ｉ）
ＨＥ（ＳＯ_２Ｒ_ｆ）_ｍ （Ｉ）
で表されるブレンステッド酸（プロトン酸）である。
一般式（Ｉ）において、Ｅは窒素原子（Ｎ）または炭素原子（Ｏ）である。また、Ｒ_ｆは、トルフルオロメチル、ノナフルオロブチル、ヘキサデカフルオロオクチル等のパーフルオロアルキル基である。また、ｍはＥに結合しているＳＯ_２Ｒ_ｆ基の数を表し、Ｅが窒素のときは２，Ｅが炭素のときは３である。
この触媒は、本発明における芳香族ケトンの製法に用いる場合の使用量としては、いわゆる触媒量でよく、原料として用いる芳香族化合物及びカルボン酸のうち、より少量用いた原料に対し０．００１〜７０モル％の範囲で実施できるが、あまりに少ないと反応が有利な速度で進行せず、また、あまりに多いと反応の経済性が低下するので、好ましくは０．０５〜５０モル％の範囲であり、より好ましくは０．１〜３０モル％の範囲である。
また、この反応は、溶媒を必ずしも必要としないが、溶媒を使用しても良い。使用しうる溶媒としては、芳香族炭化水素系、塩素化炭化水素系、ニトロ化炭化水素系、脂肪族炭化水素系、全フッ素置換脂肪族炭化水素、全フッ素置換芳香族炭化水素、部分フッ素置換脂肪族炭化水素あるいは部分フッ素置換芳香族炭化水素などが挙げられるが、なかでも芳香族炭化水素系、塩素化炭化水素系溶媒が好ましく、具体的には、クロロベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン等が例示される。

本反応の反応温度としては、あまりに低温では反応が有利な速度では進行せず、一方、あまりに高温では副反応が起こるとともに経済性も劣ることから、一般的には２０〜４００℃の範囲から選ばれ、好ましくは５０〜２５０℃の範囲で実施される。また、反応生成混合物から所望の目的生成物を分離するには、溶媒抽出、再結晶、蒸留、クロマトグラフィー及び昇華などの通常の分離精製法を用いることにより容易に達成される。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１

１−（２，５−ジメチルフェニル）−１−ヘプタノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４．１ mg（０．０５０mmol）、ヘプタン酸６５．１mg（０．５０mmol）、ｐ−キシレン３．０６mｌ（２５mmol）及びドコサン２５．０ｍｇ（ＧＣ分析の内部標準）の混合物を、封管中、２２０ ℃で１５時間反応させた。得られた反応混合物をガスクロマトグラフィーで分析することにより、１−（２，５−ジメチルフェニル）−１−ヘプタノンが８２％の収率で生成していることを確認した。次いで、水を加えて有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した。その有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下に濃縮した後、薄層クロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝２２／１）による精製を行い、１−（２，５−ジメチルフェニル）−１−ヘプタノン８７．５mgを得た（収率８２％）。
実施例２〜４

実施例１におけるヘプタン酸とｐ−キシレンとの反応による１−（２，５−ジメチルフェニル）−１−ヘプタノンの合成において、使用するブレンステッド酸（プロトン酸）の種類、触媒量、反応温度及び反応時間を、それぞれ表１に示すものに代えたこと以外は、実施例１と同様にして反応させ、得られた生成物の確認を行った。実施例１〜４で得られた結果を表１に示す。なお、表中の収率はガスクロマトグラフィーで分析し決定した値である。

実施例５

２’,５’−ジメチルアセトフェノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４．１ mg（０．０５００ ｍｍｏｌ）、酢酸２８．６μｌ（０．５００ｍｍｏｌ）及びｐ−キシレン３．０６ｍｌ（２５．０ｍｍｏｌ）の混合物を、封管中、２００℃で２２時間反応させた。次いで、水を加えて有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下に濃縮した後、薄層クロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝２２／１）による精製を行い、２’,５’−ジメチルアセトフェノン１５．２ｍｇを得た（収率２１％）。
実施例６

１−（２，５−ジメチルフェニル）−１−ドデカノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４．１ mg（０．０５００ ｍｍｏｌ）、ドデカン酸１００ｍｇ（０．５００ｍｍｏｌ）及びｐ−キシレン３．０６ｍｌ（２５．０ｍｍｏｌ）の混合物を、封管中、２００℃で２２時間反応させた。次いで、水を加えて有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下に濃縮した後、薄層クロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝３０／１）による精製を行い、１−（２，５−ジメチルフェニル）−１−ドデカノン１２１ｍｇを得た（収率８４％）。
実施例７

２，５−ジメチルベンゾフェノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４．１ mg（０．０５００ ｍｍｏｌ）、安息香酸６１．１ｍｇ（０．５００ｍｍｏｌ）及びｐ−キシレン３．０６ｍｌ（２５．０ｍｍｏｌ）の混合物を、封管中、２００℃で２８時間反応させた。次いで、水を加えて有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下に濃縮した後、薄層クロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝２２／１）による精製を行い、２，５−ジメチルベンゾフェノン６０．８ｍｇを得た（収率５８％）。
実施例８

２−アセチル−１−ナフトールの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４．１ mg（０．０５００ ｍｍｏｌ）、１−ナフトール７２．１ｍｇ（０．５００ｍｍｏｌ）、酢酸４２．９ μｌ（０．７５０ｍｍｏｌ）及びトルエン１．００ｍｌの混合物を、封管中、１５０℃で６時間反応させた。次いで水を加え、有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下に濃縮した後、薄層クロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝７／１）による精製を行い、２−アセチル−１−ナフトール７９．１ｍｇを得た（収率８５％）。
実施例９

２−アセチル−４−ブロモフェノールの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ ２８．１ｍｇ（０．１００ ｍｍｏｌ）、４−ブロモフェノール８６．５ｍｇ（０．５００ｍｍｏｌ）、酢酸４２．９ μｌ（０．７５０ｍｍｏｌ）及びクロロベンゼン１．００ｍｌの混合物を、封管中、１６０℃で２８時間反応させた。次いで、水を加えて有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下に濃縮した後、薄層クロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝７／１）による精製を行い、２−アセチル−４−ブロモフェノール２１．１ｍｇを得た（収率１９％）。
実施例１０

１−（４−メトキシフェニル）−１−ヘプタノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４１ｍｇ（０．５００ ｍｍｏｌ）、ヘプタン酸３２５ｍｇ（２．５０ｍｍｏｌ）、アニソール１３．５g（１２５ｍｍｏｌ）及びトルエン３０ｍｌの混合物を、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップ（還流する際、溶媒と共沸する水を取り除く器具）によって生成する水を除去しながら３６時間還流撹拌した。得られた反応混合物を、減圧下に濃縮した後、シルカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝２４／１）による精製を行い、１−（４−メトキシフェニル）−１−ヘプタノン４８８ｍｇを得た（収率８９％）。
実施例１１

１−（４−メトキシフェニル）−１−ヘプタノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １．４１ｇ（５．００ ｍｍｏｌ）、ヘプタン酸３．２５ｇ（２５．０ｍｍｏｌ）、アニソール１３５g（１．２５ｍｏｌ）及びトルエン３００mｌの混合物を、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップによって生成する水を除去しながら３６時間還流撹拌した。得られた反応混合物を、減圧下に濃縮した後、シルカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝２４／１）により得られる淡黄色固体を冷ヘキサンから再沈澱させることにより１−（４−メトキシフェニル）−１−ヘプタノン４．２０ｇを得た（収率７７％）。
実施例１２

１−（４−メトキシフェニル）−１−プロパノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４１ｍｇ（０．５００ ｍｍｏｌ）、プロピオン酸１８５ｍｇ（２．５０ｍｍｏｌ）、アニソール１３．５g（１２５ｍｍｏｌ）及びトルエン３０ｍｌの混合物を、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップによって生成する水を除去しながら２４時間還流撹拌した。得られた反応混合物を、減圧下に濃縮した後、シルカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝２４／１）による精製を行い、１−（４−メトキシフェニル）−１−プロパノン２６３ｍｇを得た（収率６４％）。
実施例１３

１−（４−メトキシフェニル）−１−ドデカノンの合成
ＨＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２ １４１ｍｇ（０．５００ ｍｍｏｌ）、ドデカン酸５０１ｍｇ（２．５０ｍｍｏｌ）、アニソール１３．５g（１２５ｍｍｏｌ）及びトルエン３０ｍｌの混合物を、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋトラップによって生成する水を除去しながら３６時間還流撹拌した。得られた反応混合物を、減圧下に濃縮した後、シルカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン／酢酸エチル＝３０／１）による精製を行い、１−（４−メトキシフェニル）−１−ドデカノン６０７ｍｇを得た（収率８４％）。

本発明は、医薬、農薬等のファインケミカル分野に用いられる有用な化学物質の合成原料などとして 広範に利用される芳香族ケトン類を、環境に悪影響を及ぼす副生成物を排出することなく安全に、かつ簡易に製造できるものであるから、工業的使用に有益である。

Claims (4)

1. 芳香族化合物とカルボン酸を、一般式（Ｉ）
   ＨＥ（ＳＯ_２Ｒ_ｆ）_ｍ （Ｉ）
   （式中、Ｅは窒素原子または炭素原子を示し、Ｒ_ｆはパーフルオロアルキル基を示す。ｍはＥが窒素原子の場合は２であり、Ｅが炭素原子の場合は３である。）
   で表されるブレンステッド酸触媒の触媒量の存在下に反応させることを特徴とするカルボン酸をアシル化剤として用いる芳香族ケトン類の製造方法。
2. 芳香族化合物が、少なくとも１個の置換可能な水素原子を有する単環或いは縮合多環の芳香族化合物、または少なくとも１個の置換可能な水素原子を有する複素芳香環化合物である請求項１に記載の芳香族ケトン類の製造方法。
3. 前記反応が、５０〜２５０℃の温度範囲で行われる請求項１または２に記載の製造方法。
4. 下記一般式（Ｉ）
   ＨＥ（ＳＯ_２Ｒ_ｆ）_ｍ （Ｉ）
   （式中、Ｅは窒素原子または炭素原子を示し、Ｒ_ｆはパーフルオロアルキル基を示す。ｍはＥが窒素原子の場合は２であり、Ｅが炭素原子の場合は３である。）
   で表されるカルボン酸をアシル化剤として用いる芳香族アシル化反応用触媒。