JP2007204409A - アルキルベンゼン化合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油、医薬品、界面活性化剤分野等で有用な式（３）

（式中、Ｒ_１は水素原子、またはメチル基を表わし、R_２は水素原子、直鎖状アルキル基、またはアリール基を表わす。）で示されるアルキルベンゼン化合物の製造方法を提供すること。
【解決手段】
式（１）

で示されるベンジルマグネシウムクロリドをテトラヒドロフラン溶媒中で式（２）

（式中、Ｘは臭素原子、またはヨウ素原子を表わし、Ｒ_１は水素原子、またはメチル基を表わし、R_２は水素原子、直鎖状アルキル基、またはアリール基を表わす。）
で示されるハロゲン化アルキルと反応させることを特徴とする式（３）

（式中、Ｒ_１およびR_２は前記のとおり。）
で示されるアルキルベンゼン化合物の製造する方法。
【選択図】なし。

Description

潤滑油、医薬品原料、アニオン系界面活性剤原料として有用なアルキルベンゼン化合物の製造方法に関する。

アルキルベンゼン化合物は、潤滑油、医薬品原料、アニオン系界面活性剤原料として広範に用いられており、化学産業の中で重要な化合物群として位置付けられている。例えば、アルキルベンゼン化合物そのもの自体、または接触還元を経たナフテン系化合物が潤滑油として使用されている。また、アルキルベンゼン化合物をスルホン化した後、アルキルベンゼンスルホン酸塩としてアニオン系界面活性剤に用いられることもある。更に、アルキルベンゼン化合物の代表的な化合物として挙げられるイソブチルベンゼンは、医薬品であるイブプロフェンの出発原料として用いられている。

アルキルベンゼン化合物の合成方法としてベンゼンとハロゲン化アルキルとのフリーデル・クラフツ反応が知られている。しかし、式（Ｉ）で示すようにハロゲン化アルキルとAlCl₃で生じる活性種のカルボカチオン安定性より、ベンジル位が枝分かれしたアルキルベンゼン化合物が副生されてしまうという問題点がある（非特許文献１）。

そのためかかる副生物を抑えるべく様々な固体触媒等が開発されているが、まだまだ選択性の面で満足の行くものではなかった。従って、ベンジル位に置換基を有さない直鎖型のアルキルベンゼン化合物を選択的に合成するためには、現在のところ、式（ＩＩ）に示すようにフリーデル・クラフツ型アシル化反応でアシル化した後に、還元を行うといった２段階の工程を経る製造法が知られている（非特許文献１）。

一方、p−メトキシベンジルマグネシウムクロリドと１−ブロモ−２−ヘプチンの反応（非特許文献２）や、ベンジルマグネシウムクロリド化合物と１−ブロモ−３−クロロプロパンの反応（特許文献１）のようなアルキルベンゼン以外の特殊な化合物の反応例は知られているものの、アルキルベンゼン化合物を選択的に合成する方法としては、ベンジルマグネシウムクロリドとｐ−トルエンスルホン酸ｎ−ブチルエステルを反応させてｎ−プロピルベンゼンを得る方法（非特許文献４）や、エーテル溶媒中ベンジルマグネシウムクロリドと２−ブロモプロパンを反応させてイソブチルベンゼンを得る方法（非特許文献３）しか知られていない。しかし、どちらの場合も収率は１０%から５０％程度であり、工業的には必ずしも満足の行くものとは言えないものであった。

マクマリー 有機化学 中 第３版 ６０６ページ バイオサイエンス・バイオテクノロジー・バイオケミストリー（Biosciense, Biotechnology, Biochemistry）, 65(3)巻, 732-735頁（2001） ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティー（Journal of American Chemical Society） 65巻, 2470頁 (1943) ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティー（Journal of American Chemical Society） 47巻, 523頁 (1925) 特開２００２−２６５３９９公報

このような状況の下、本発明者らは、ベンジル位に置換基を有さない直鎖型のアルキルベンゼン化合物を選択的に、かつ簡便に合成する新たな方法の開発を試み鋭意検討したところ、テトラヒドロフラン溶媒中、ベンジルマグネシウムクロリドを特定のハロゲン化アルキルと反応させることで、目的物であるアルキルベンゼン化合物をベンジル位に置換基を有する不純物の副生を抑えて良好な選択性で収率よく取得できることを見出し、本発明に到った。

すなわち本発明は、式（１）

で示されるベンジルマグネシウムクロリドを、テトラヒドロフラン溶媒中、式（２）

（式中、Ｘは臭素原子、またはヨウ素原子を表わす。Ｒ_１は水素原子、またはメチル基を表わし、R_２は水素原子、直鎖状アルキル基、またはアリール基を表わす。）
で示されるハロゲン化アルキルと反応させることを特徴とする式（３）

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２は上記と同一の意味を表わす。）で示されるアルキルベンゼン化合物の製造方法を提供するものである。

本発明の方法によれば、ベンジル位に置換基を有さない直鎖型のアルキルベンゼン化合物を選択的に良好な収率で、簡便に製造することが可能であり、潤滑油、医薬品原料、界面活性剤原料の分野において有用である。

以下、本発明について詳細に説明する。式（１）はベンジルマグネシウムクロリドを表す。反応に用いるベンジルマグネシウムクロリドは、ベンジルクロリドとマグネシウムを作用させることで調製したものを用いることができ、また、試薬メーカーより購入したものを用いることもできる。

式（２）においてR_２で表される直鎖状アルキル基とは、枝分かれ構造を有しないアルキル基をいい、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基等の炭素数１〜１０の直鎖状アルキル基が挙げられる。また、R_２におけるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。式（２）のハロゲン化アルキルとしては、例えば、１−ブロモエタン、１−ブロモプロパン、１−ブロモブタン、１−ブロモペンタン、１−ブロモヘキサン、１−ブロモヘプタン、１−ブロモオクタン、１−ブロモノナン、１−ブロモデカン、１−ブロモウンデカン、１−ブロモドデカン、２−ブロモプロパン、２−ブロモブタン、２−ブロモペンタン、２−ブロモヘキサン、２−ブロモヘプタン、２−ブロモオクタン、２−ブロモノナン、２−ブロモデカン、２−ブロモウンデカン、２−ブロモドデカン、２−ブロモトリデカン、１−ブロモ−２−フェニルエタン、１−ヨードエタン、１−ヨードプロパン、１−ヨードブタン、１−ヨードペンタン、１−ヨードヘキサン、１−ヨードヘプタン、１−ヨードオクタン、１−ヨードノナン、１−ヨードデカン、１−ヨードウンデカン、１−ヨードドデカン、２−ヨードプロパン、２−ヨードブタン、２−ヨードペンタン、２−ヨードヘキサン、２−ヨードヘプタン、２−ヨードオクタン、２−ヨードノナン、２−ヨードデカン、２−ヨードウンデカン、２−ヨードドデカン、２−ヨードトリデカン、１−ヨード−２−フェニルエタン等が例示される。

テトラヒドロフランは、通常、モレキュラーシーブス等の脱水剤で脱水処理されたものか、蒸留により脱水処理されたものが用いられる。テトラヒドロフランの使用量は、ベンジルマグネシウムクロリド１重量部に対して、通常、２重量部以上である。その上限は特にないが、容積効率の観点から、好ましくは２０重量部以下である。

本発明の反応は、鉄、銅、ニッケル、パラジウムなどといった遷移金属の非存在下で行っても良好な反応成績で所望の化合物が得られるが、これらの存在下に行うこともできる。

ベンジルマグネシウムクロリドとハロゲン化アルキル（２）の反応温度は、通常−７０℃から１００℃であり、好ましくは、−５℃から４０℃である。ベンジルマグネシウムクロリドをハロゲン化アルキル（２）１モルに対して１モル以上用いてもよいし、ハロゲン化アルキル（２）をベンジルマグネシウムクロリド１モルに対して、１モル以上用いてもよく、反応性、経済性を考慮して、その使用量は適宜選択すればよい。ベンジルマグネシウムクロリドにハロゲン化アルキル（２）を加えても良いし、ハロゲン化アルキル（２）にベンジルマグネシウムクロリドを加えても良い。また、どちらの化合物もあらかじめテトラヒドロフランで希釈しておいても良い。

反応終了後、反応液と、例えば、塩酸、硫酸等の酸水溶液や水等と混合し、未反応の活性種を分解させ、その後、分液処理を行い分離してもよい。酸水溶液等を混合する前、または混合後、水に不溶の有機溶媒を加えて、抽出・分液してもよい。水に不溶の有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶媒等が挙げられ、その使用量については特に制限はない。酸水溶液等で分液処理後、得られた油層を更に水、食塩水等で洗浄、分液処理をしてもよい。かくして、式（３）のアルキルベンゼン化合物を良好な収率で取得することができ、かつ、アルキルベンゼン化合物（３）のベンジル位に枝分かれ構造を有する不純物は副生せず、選択的に目的物のアルキルベンゼン化合物（３）を得ることが可能である。アルキルベンゼン化合物（３）は、必要により、例えば、蒸留やカラムクロマトグラフィー等で更に精製することもできる。

本発明の製造方法は、式（３）において、Ｒ_１がメチル基であり、かつＲ_２が水素原子である、イソブチルベンゼンの製造もしくは、Ｒ₁が水素原子であり、かつＲ₂がフェニル基である１，３−ジフェニルプロパンの製造に好適に用いられる。

本発明の製造方法により製造することができるアルキルベンゼン化合物（３）としては、例えば、ｎ−プロピルベンゼン、ｎ−ブチルベンゼン、ｎ−ペンチルベンゼン、ｎ−ヘキシルベンゼン、ｎ−ヘプチルベンゼン、ｎ−オクチルベンゼン、ｎ−ノニルベンゼン、ｎ−デシルベンゼン、ｎ−ウンデシルベンゼン、ｎ−ドデシルベンゼン、ｎ−トリデシルベンゼン、イソブチルベンゼン、２−メチル−１−フェニルブタン、２−メチル−１−フェニルペンタン、２−メチル−１−フェニルヘキサン、２−メチル−１−フェニルヘプタン、２−メチル−１−フェニルオクタン、２−メチル−１−フェニルノナン、２−メチル−１−フェニルデカン、２−メチル−１−フェニルウンデカン、２−メチル−１−フェニルドデカン、２−メチル−１−フェニルトリデカン、１，３−ジフェニルプロパン等が挙げられる。

実施例

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例中の生成物の含量は、ガスクロマトグラフィーを用い、内部標準法により求めた。分析条件を以下に示す。
装置：島津製 ＧＣ−１４Ａ
カラム：Ｊ＆Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製 ＤＢ−５（０．５３mmφ×３０ｍ、膜圧１.５μｍ）、移動層：ヘリウム ２０ｍｌ／分、検出器：ＦＩＤ、気化器温度：２５０℃、検出器温度：２５０℃、注入量：１μｌ
カラム温度：４０℃で４分保持、その後、５℃／分で昇温し、２５０℃で２０分保持
内部標準：フタル酸ジ−ｎ−オクチル

実施例１
攪拌子、冷却管を付した反応容器に、マグネシウム（アクロス社製、切削状）０.９８gとテトラヒドロフラン３ｇ仕込み、この混合物中に、窒素雰囲気下、ベンジルクロリド０.１ｇを攪拌しながら滴下し、その後、約４０から６０℃に加熱し、マグネシウムを活性化した。その後、この混合物を氷冷し、テトラヒドロフラン１７ｇで希釈した。その混合物中へ、ベンジルクロリド５．０ｇとテトラヒドロフラン５．１ｇの混合液を約２時間で滴下した。氷冷下で約２時間、保温、攪拌し、少量の未反応残存マグネシウムを含むベンジルマグネシウムクロリドのテトラヒドロフラン溶液を調製した。ベンジルマグネシウムクロリドのテトラヒドロン溶液を攪拌子、冷却管を付した別の反応容器に、残存したマグネシウムを移しこまないようにしつつ全量移送し、その溶液の中に１−ブロモブタン４．６ｇとテトラヒドロフラン１５ｇの混合液を氷冷下、約１時間で滴下した。その後、約２０℃から３０℃で約１２時間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水３３ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水１５ｇで洗浄、分液し、ｎ−ペンチルベンゼンを含む油状物を３４．６ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、ｎ−ペンチルベンゼンの含量は１１．４％であった。１−ブロモブタンに対する収率は７９％であった。

実施例２
マグネシウム（アクロス社製、切削状）１．９３g、テトラヒドロフラン計５３ｇ、ベンジルクロリド１０ｇを用い、実施例１と同様の方法にてベンジルマグネシウムクロリドのテトラヒドロン溶液を６５ｇ調製した。かかる溶液の半分量を、残存したマグネシウムを移しこまないように別の反応容器に移送し、その中に１−ブロモ−２−フェニルエタン５．８ｇとテトラヒドロフラン１０ｇの混合液を氷冷下、約１時間で滴下した。その後、約２０℃から３０℃で約１２時間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水３４ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水１９ｇで洗浄、分液し、１,３−ジフェニルプロパンを含む油状物を３３．４ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、１,３−ジフェニルプロパンの含量は１７．５％であった。１−ブロモ−２−フェニルエタンに対する収率は９４％であった。

実施例３
マグネシウム（アクロス社製、切削状）１．９２g、テトラヒドロフラン計５３ｇ、ベンジルクロリド１０ｇを用い、実施例１と同様の方法にてベンジルマグネシウムクロリドのテトラヒドロン溶液を調製した。かかる溶液の半分量を、残存したマグネシウムを移しこまないように別の反応容器に移送し、その中に２−ブロモプロパン４．０ｇとテトラヒドロフラン１０ｇの混合液を氷冷下、約１時間で滴下した。その後、約２０℃から３０℃で約２日間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水３１ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水１６ｇで洗浄、分液し、イソブチルベンゼンを含む油状物を２７．０ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、イソブチルベンゼンの含量は１１．５％であった。２−ブロモプロパンに対する収率は７１％であった。

実施例４
マグネシウム（アクロス社製、切削状）３．８４g、テトラヒドロフラン計１０６ｇ、ベンジルクロリド２０ｇを用い、実施例１と同様の方法にてベンジルマグネシウムクロリドのテトラヒドロン溶液を１３０ｇ調製した。かかる溶液のうち６０．５ｇを、残存したマグネシウムを移しこまないように別の反応容器に移送し、その中へ１−ヨードブタン６．８ｇとテトラヒドロフラン１０ｇの混合液を氷冷下、約２時間で滴下した。その後、約２０℃から３０℃で約１２時間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水４６ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水３０ｇで洗浄、分液し、ｎ−ペンチルベンゼンを含む油状物を３０．８ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、ｎ−ペンチルベンゼンの含量は１７．０％であった。１−ヨードブタンに対する収率は９５％であった。

実施例５
ベンジルマグネシウムクロリドのテトラヒドロン溶液（１６重量％、東京化成社製試薬）３１ｇを反応容器に仕込み、その中に１−ブロモ−２−フェニルエタン５．０ｇとテトラヒドロフラン５．０ｇの混合液を氷冷下、約１時間で滴下した。その後、約２０℃から３０℃で約１２時間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水１５ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水１５ｇで洗浄、分液し、１,３−ジフェニルプロパンを含む油状物を２５．３ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、１,３−ジフェニルプロパンの含量は１９．９％であった。１−ブロモ−２−フェニルエタンに対する収率は９５％であった。

上記のガスクロマトグラフィーによる分析条件では、実施例１から５で得られたアルキルベンゼン化合物（３）を含む油状物中に、目的物、原料、既知不純物以外の他のピークは特に観測されず、アルキルベンゼン化合物（３）のベンジル位が枝分かれした構造を有する不純物は混在しないと判断された。

以下、比較例を示す。比較例中の生成物の含量についてもガスクロマトグラフィーを用い、上記内部標準法により求めた。また、比較例中のベンジルマグネシウムクロリド、ベンジルマグネシウムブロミドの収率は、１，１０−フェナントロリンと２−ブタノールを用いた滴定分析か、ベンジルマグネシウムクロリドまたはベンジルマグネシウムブロミドを５重量％塩酸水と反応させ生じるトルエンを、ガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法により分析し、算出した。

比較例１
マグネシウム（アクロス社製、切削状）４．２７g、テトラヒドロフラン計１６０ｇ、ベンジルブロミド３０．０ｇを用いて実施例１と同様の方法にてベンジルマグネシウムブロミドのテトラヒドロン溶液を１９４ｇ調製した。ベンジルマグネシウムブロミドの収率はベンジルブロミドに対して７０％であった。かかる溶液のうち６２ｇを、残存したマグネシウムを移しこまないように別の反応容器に移送し、その中に１−ブロモ−２−フェニルエタン４．４ｇとテトラヒドロフラン１０ｇの混合液を氷冷下、約１時間で滴下した。その後、約４０℃で約１２時間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水３４ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水３０ｇで洗浄、分液し、１,３−ジフェニルプロパンを含む油状物を５１．４ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、１,３−ジフェニルプロパンの含量は３．１％であった。１−ブロモ−２−フェニルエタンに対する収率は３４％であった。尚、原料である１−ブロモ−２−フェニルエタンの回収率は５５％であった。

比較例２
マグネシウム（アクロス社製、切削状）２．８８g、ジエチルエーテル計８０ｇ、ベンジルクロリド１５ｇを用い、実施例１と同様の方法にてベンジルマグネシウムクロリドのジエチルエーテル溶液を９７ｇ調製した。このときのベンジルマグネシウムクロリドの収率は、ベンジルクロリドに対して定量的であった。かかる反応液を、残存したマグネシウムを移しこまないように別の反応容器に全量移送し、その中に１−ブロモ−２−フェニルエタン９．４ｇとジエチルエーテル１５ｇの混合液を氷冷下、約２時間で滴下した。その後、約２０℃から３０℃で約１２時間、保温、攪拌した。保温後、反応液に５重量％の塩酸水６９ｇを加え、混合攪拌後、静置し、有機層を分液した。該有機層を更に２０重量％の食塩水４６ｇで洗浄、分液し、有機層を９４．５ｇ取得した。ガスクロマトグラフィー（内部標準法）により分析したところ、１,３−ジフェニルプロパンの含量は１．０％であった。１−ブロモ−２−フェニルエタンに対する収率は９％であった。尚、原料である１−ブロモ−２−フェニルエタンの回収率は４８％であった。結果を以下の表にまとめる。

＊１ハロゲン化アルキル（２）に対する収率
＊２ベンジルクロリドとマグネシウムより調製
＊３東京化成社製試薬
＊４ベンジルブロミドとマグネシウムより調製

Claims (3)

1. 式（１）
   
   

   

   で示されるベンジルマグネシウムクロリドをテトラヒドロフラン溶媒中で式（２）
   
   

   

   （式中、Ｘは臭素原子、またはヨウ素原子を表わし、Ｒ_１は水素原子、またはメチル基を表わし、R_２は水素原子、直鎖状アルキル基、またはアリール基を表わす。）
   で示されるハロゲン化アルキルと反応させることを特徴とする式（３）
   
   

   

   （式中、Ｒ_１およびR_２は前記のとおり。）
   で示されるアルキルベンゼン化合物の製造方法。
2. Ｒ_１がメチル基であり、Ｒ_２が水素原子である請求項１に記載の製造方法。
3. Ｒ₁が水素原子であり、Ｒ₂がフェニル基である請求項１に記載の製造方法。