JP2007297308A

JP2007297308A - シクロヘキシルメタノール誘導体及びその製造方法

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Publication number: JP2007297308A
Application number: JP2006125365A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iwakubo; 昌幸岩窪; Yutaka Nagashima; 豊長島; Tetsuo Kusumoto; 哲生楠本
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP5051418B2

Abstract

【課題】側鎖にアルケニル基を有する2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する化合物の製造に有用な製造中間体を提供し、併せて当該化合物の効率的な製造方法を提供する。
【解決手段】一般式(２)
【化２】

で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノール誘導体を提供し、併せてトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキサンカルボン酸エステル誘導体のアルコキシカルボニル基を還元することによるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノール誘導体の効率的な製造方法を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、誘電率異方性が負の液晶材料を製造する上で有用な中間体及びその製造方法に関する。

液晶表示素子は、低電圧作動、薄型表示等の優れた特徴から現在広く用いられている。液晶表示素子の表示方式として近年、垂直配向方式が新たに実用化されてきた。垂直配向方式は液晶分子の垂直配向を利用して視野角の改善を図った方式であり、誘電異方性値が負の液晶組成物が使用される。既に、誘電率異方性が負の液晶組成物はいくつか報告されているが、その１つとして、2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する式（３）

で表される化合物が報告されている（特許文献１参照）。しかし、当該引用文献においては側鎖が飽和アルキル基を有する化合物のみが開示されており、式（４）

で表される化合物に代表される側鎖にアルケニル基を有する化合物に関しては開示されていなかった。そのため、アルケニル基を側鎖に有する化合物の物性及び液晶化合物として用いた場合の有用性については未知のままであった。更に、アルケニル基を有する化合物については効率的に製造する方法がないため、当該化合物の応用は、液晶材料としての応用を含めて全く行われていなかった。

以上より、側鎖にアルケニル基を有する2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する化合物の効率的な製造方法及び製造中間体の開発が求められていた。

国際公開O８９／０８６３７号パンフレット

本発明が解決しようとする課題は、側鎖にアルケニル基を有する2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する化合物の製造に有用な製造中間体を提供し、併せて当該化合物の効率的な製造方法を提供することにある。

本願発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、トランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノール誘導体が側鎖にアルケニル基を有する2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する化合物の製造に有用であることを見出し本願発明の完成に至った。
本願は、一般式(２)

(式中、R¹及びR²はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜15のアルキル基又はアルケニル基を表し、R¹及びR²はまた、R¹及びR²が環状構造を形成し-CH₂CH₂-又は-CH₂CH₂CH₂-を表しても良く、R³は炭素数1〜15のアルキル基を表し、nは1又は2を表す。)で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノール誘導体及び一般式(１)

(式中、R¹及びR²はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜15のアルキル基又はアルケニル基を表し、R¹及びR²はまた、R¹及びR²が環状構造を形成し-CH₂CH₂-又は-CH₂CH₂CH₂-を表しても良く、R³は炭素数1〜15のアルキル基を表し、nは1又は2を表す。)で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキサンカルボン酸エステル誘導体のアルコキシカルボニル基を還元することを特徴とする、一般式(２)で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノールの製造方法を提供する。

本願発明の製造中間体を用い、以下の合成経路を用いることにより側鎖にアルケニル基を有する2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する化合物を効率的に製造することが可能となる。

本願発明の中間体により製造可能な2,3-ジフルオロヒドロキノン骨格を有する化合物は垂直配向方式の液晶表示素子の構成部材として有用である。更に、本願発明の製造中間体は、トランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキサンカルボン酸エステルを出発物質とする本願発明の製造方法により効率的に製造することが可能である。

以下に本発明について詳細に説明する。

一般式（１）及び一般式（２）においてR¹及びR²は同時に炭素数1〜12のアルキル基であることが好ましく、具体的には−CH₃、−CH₂CH₃、−(CH₂)₂CH₃、又は−(CH₂)₃CH₃を表すことが好ましく、R¹及びR²が-CH₂CH₂-又は-CH₂CH₂CH₂-を表すことにより環状構造を有することが好ましい。

R³は炭素数1〜12のアルキル基を表すことが好ましく、具体的には−CH₃、−CH₂CH₃、−(CH₂)₂CH₃、−(CH₂)₃CH₃、−(CH₂)₄CH₃、−(CH₂)₅CH₃、−(CH₂)₆CH₃又は−(CH₂)₇CH₃が好ましい。

エステルを還元する方法としては、金属を用いる方法、金属ヒドリドを用いる方法、水素添加反応などが挙げられるが、金属ヒドリドを用いることが好ましく、さらに水素化リチウムアルミニウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化ビス（2-メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウムが好ましい。

一般式（２）で表される化合物はより具体的には、好ましい化合物として次に示す化合物を挙げることができる。

特に好ましい化合物として次に示す化合物を挙げることができる。

（応用例）
一般式(２)
で表されるシクロヘキシルメタノールを、一般式（７）

（式中、R¹及びR²は一般式（１）と同じ意味を表し、X¹は塩素、臭素、よう素、ベンゼンスルホニルオキシ基、p-トルエンスルホニルオキシ基、メタンスルホニルオキシ基又はトリフルオロメタンスルホニルオキシ基を表す。）で表される化合物に変換する。これと2,3-ジフルオロフェノールと反応させて一般式（８）

（式中、R¹及びR²は一般式（１）と同じ意味を表す。）で表される化合物を得る。水酸基を導入し一般式（９）

（式中、R¹及びR²は一般式（１）と同じ意味を表す。）で表されるフェノールに誘導し、これと一般式（１０）

（式中、R⁴は炭素数1〜15のアルキル基又はアルケニル基を表し、X²は一般式（７）と同じ意味を表す。）で表される化合物と反応させて、一般式（１１）

（式中、R¹及びR²は一般式（１）と同じ意味を表し、R⁴は一般式（１０）と同じ意味を表す。）で表される化合物を得る。酸性条件下でアセタールを脱保護し、一般式（１２）

（式中、R⁴は一般式（１０）と同じ意味を表す。）で表されるアルデヒドに導き、メチルトリフェニルホスフィンブロミドより調製されるイリドを反応させることにより一般式(１３)

（式中、R⁴は一般式（１０）と同じ意味を表す。）で表される化合物を得ることができる。
一般式(１３)で表される化合物は、誘電率異方性は負の液晶組成物の構成部材として有用である。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。化合物の構造は、核磁気共鳴スペクトル(NMR)、質量スペクトル(MS)等により確認した。
（実施例１）トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメタノールの合成。

トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキサンカルボン酸メチル（161g）のトルエン（540ｍL）溶液に、5℃で水素化ビス（2-メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム（70％wtトルエン溶液、259g）を滴下した。1時間25℃で攪拌した後、20％水酸化ナトリウム水溶液（700ｍL）に5℃で滴下した。有機層を分取し、水層をTHFで抽出した。
有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメタノール（128g）を無色透明の液体として得た。
MS m/z : 186 (M+)
¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃)
δ: 0.96 (dq, J = 3.8 Hz, 13.4 Hz, 2 H), 1.15 (dq, J = 3.8 Hz, 13.4 Hz, 2 H), 1.33 (bs, 1 H), 1.40 1.58 (m, 2 H), 1.80 1.91 (m, 4 H), 3.46 (t, J = 5.4 Hz, 2 H), 3.83 3.89 (m, 2 H), 3.90 3.96 (m, 2 H), 4.62 (d, J = 5.2 Hz, 1 H).

（実施例２）トランス-4-（1,3-ジオキサン-2-イル）シクロヘキシルメタノールの合成。
トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキサンカルボン酸メチルに替えてトランス-4-（1,3-ジオキサン-2-イル）シクロヘキサンカルボン酸メチルを用いる以外は、実施例１と同様な方法によりトランス-4-（1,3-ジオキサン-2-イル）シクロヘキシルメタノールを得た。
¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃)
δ: 0.89 (dq, J = 3.4 Hz, 13.2 Hz, 2 H), 1.09 (dq, J = 3.4 Hz, 13.2 Hz, 2 H), 1.30 1.36 (m, 1 H), 1.37 1.53 (m, 3 H), 1.80 1.90 (m, 4 H), 2.06 (tq, J = 5.0 Hz, 12.8 Hz, 1 H), 3.44 (bs, 2 H), 3.74 (dt, J = 2.4 Hz, 12.4 Hz, 2 H), 4.10 (dd, J = 5.2 Hz, 12.0 Hz, 2 H), 4.26 (d, J = 5.2 Hz, 1 H).

（実施例３）トランス-4'-（1,3-ジオキソラン-2-イル）ビシクロヘキシル-4-イルメタノールの合成。
トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキサンカルボン酸メチルに替えてトランス-4'-（1,3-ジオキサン-2-イル）ビシクロヘキシル-4-イルカルボン酸メチルを用いる以外は、実施例１と同様な方法によりトランス-4'-（1,3-ジオキサン-2-イル）シクロヘキシル-4-イルメタノールを得た。
（応用例）2,3-ジフルオロ-1-(トランス-4-エチルシクロヘキシル)メトキシ-4-(トランス-4-ビニルシクロヘキシル)メトキシベンゼンの合成。

トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメタノール（128g）、ピリジン（90ｍL）のジクロロメタン（420 mL）溶液中に、25℃でメタンスルホニルクロリド（87ｍL）を滴下した。35℃で5時間攪拌したのちに、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液にあけた。有機層を分取し、水層をジクロロメタンで抽出した。有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。カラムクロマトグラフィーと再結晶にて精製し、メタンスルホン酸トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメチル（145g）を無色結晶として得た。
メタンスルホン酸トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメチル（84g）、2,3−ジフルオロフェノール（44g）およびリン酸三カリウム（85g）のジメチルホルムアミド（600ｍL）溶液を100℃で５時間攪拌した。室温に放冷後、水を加えた。水層をトジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメトキシ)ベンゼン（86 g）を無色結晶として得た。

1,2-ジフルオロ-3-(トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメトキシ)ベンゼン（86g）のテトラヒドロフラン（400ｍL）溶液中に、-78℃でブチルリチウム（0.95Mヘキサン溶液、400ｍL）を滴下した。1時間攪拌したのちに、ほう酸トリメチル（42g）のTHF（84ｍL）溶液を滴下した。2時間かけて0℃まで昇温し、水（9ｍL）を加えた。さらに15％過酸化水素水（113ｍL）を滴下した後、35℃で3時間攪拌した。10％塩酸で中性にした。有機層をを分取し、水層をトルエンで抽出した。有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、1,2-ジフルオロ-3-(トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメトキシ)フェノール（81g）を無色結晶として得た。

1,2-ジフルオロ-3-(トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメトキシ)フェノール（81g）、トランス-4-エチルシクロヘキシルブロミド（70g）およびリン酸三カリウム（85g）のジメチルホルムアミド（320ｍL）溶液を100℃で５時間攪拌した。室温に放冷後、水を加えた。水層をトルエンで２回抽出した。有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。
カラムクロマトグラフィーおよび再結晶にて精製し、2,3-ジフルオロ-1-（トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメトキシ）-4-（トランス-4-エチルシクロヘキシルメトキシ）ベンゼン（86 g）を無色結晶として得た。

2,3-ジフルオロ-1-（トランス-4-（1,3-ジオキソラン-2-イル）シクロヘキシルメトキシ）-4-（トランス-4-エチルシクロヘキシルメトキシ）ベンゼン（86 g）およびギ酸（170ｍL）のトルエン（250ｍL）溶液を50℃で5時間攪拌した。水を加え、有機層を分取した。水層をトルエンで抽出した。有機層を合わせ、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、2,3-ジフルオロ-1-（トランス-4-ホルミルシクロヘキシルメトキシ）-4-（トランス-4-エチルシクロヘキシルメトキシ）ベンゼン（7ルエンで２回抽出した。有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物を得た。

カラムクロマトグラフィーおよび再結晶にて精製し、1,2-ジフルオロ-3-(トランス-4-（1,3-6 g）を得た。

メチルトリフェニルホスホニウムブロミド（78g）のTHF（250ｍL）溶液中に、5℃でtert-ブトキシカリウム（28g）を加えた。1時間攪拌したのちに、2,3-ジフルオロ-1-（トランス-4-ホルミルシクロヘキシルメトキシ）-4-（トランス-4-エチルシクロヘキシルメトキシ）ベンゼン（76 g）のTHF（220ｍL）溶液を滴下した。１時間攪拌した後に水（5ｍL）を加えた。THFを留去した後に、50％メタノール水溶液を加えた。水層をヘキサンで2回抽出した。有機層を合わせ、水、飽和食塩水の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥して溶媒を減圧留去し、粗生成物（81g）を得た。カラムクロマトグラフィーおよび再結晶で精製し、2,3-ジフルオロ-1-(トランス-4-エチルシクロヘキシル)メトキシ-4-(トランス-4-ビニルシクロヘキシル)メトキシベンゼン（66g）を無色結晶として得た。
相転移温度 C 59.2 N 77.1 I
MS m/z : 392 (M⁺), 146 (100)
¹H-NMR (400 MHz, CDCl₃)
δ: 0.88 (t, J = 7.6 Hz, 3 H), 0.90 1.30 (m, 11 H), 1.65 2.00 (m, 11 H), 3.70 3.80 (m, 4 H), 4.85 5.05 (m, 2 H), 5.79 (ddd, J = 17.2 Hz, J = 10.4 Hz, J = 6.8 Hz, 1 H), 6.60 (d, J = 5.6 Hz, 2 H).

Claims

一般式(２)

(式中、R¹及びR²はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜15のアルキル基又はアルケニル基を表し、R¹及びR²はまた、R¹及びR²が環状構造を形成し-CH₂CH₂-又は-CH₂CH₂CH₂-を表しても良く、R³は炭素数1〜15のアルキル基を表し、nは1又は2を表す。)で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノール誘導体。
R¹及びR²が環状構造を形成し-CH₂CH₂-又は-CH₂CH₂CH₂-を表す請求項１記載の化合物。
一般式(１)

(式中R¹及びR²はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜15のアルキル基又はアルケニル基を表し、R¹及びR²はまた、R¹及びR²が環状構造を形成し-CH₂CH₂-又は-CH₂CH₂CH₂-を表しても良く、R³は炭素数1〜15のアルキル基を表し、nは1又は2を表す。)で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキサンカルボン酸エステル誘導体のアルコキシカルボニル基を還元することを特徴とする、一般式(２)

(式中、R¹、R²及びnはそれぞれ独立して一般式(１)と同じ意味を表す。)で表されるトランス-4-(ジアルコキシメチル)シクロヘキシルメタノール誘導体の製造方法。
還元剤として金属ヒドリドを用いる請求項３記載の製造方法。