JP2008069122A - 含窒素多環複素環化合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性が高く、高収率で得られる含窒素多環複素環化合物の製造方法の提供。
【解決手段】下記一般式［３］（式中、Ｘは臭素原子、Ｒ_１は置換基、Ｚ_１及びＺ_２は複素環、Ｚ_３は結合手又は２価の連結基）で表される化合物を原料として、下記一般式［４］で表される含窒素多環複素環化合物を得る製造方法。

【選択図】なし

Description

本発明は、有機合成化合物の中間体及び有機エレクトロルミネッセンス用材料として有用な含窒素多環複素環化合物（特にアザカルバゾール誘導体）の製造方法に関する。

アザカルバゾール誘導体の合成法として、ベンジジン誘導体とジハロビピリジン誘導体を反応しビスアザカルバゾリルビフェニール誘導体を合成する方法が知られている（特許文献１）。しかしながら、ベンジジン誘導体は変異原性が強陽性であり、安全性の点で好ましくない。

又、下記アザカルバゾール誘導体のベンゼン環の４位をハロゲン化する方法として、以下のようなジアゾニウム塩を経由するＳａｎｄｍｙｅｒ法が用いられていた。しかしながら、工程数が長いこと、４工程目のハロゲン化の収率が低いという問題があった。

特開２００５−３４０１２２号公報

本発明は上記問題を解決すべく為されたものであり、その目的は、安全性が高く、高収率で得られる含窒素多環複素環化合物の製造方法を提供することにある。

上記課題は、以下の構成により解決することができた。
１．
下記一般式［１］で表される化合物とブロム化剤を硫酸溶媒中で反応することを特徴とする下記一般式［２］で表される含窒素多環複素環化合物の製造方法。

〔式中、Ｒ₁は置換基を表し、ｎ１は０〜４の整数を表す。Ｚ₁及びＺ₂は各々、含窒素芳香族複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。Ｚ₃は単なる結合手又は２価の連結基を表す。〕
２．
下記一般式［３］で表される化合物を用いることを特徴とする下記一般式［４］で表される含窒素多環複素環化合物の製造方法。

〔式中、Ｒ₁は置換基を表し、ｎ１は０〜４の整数を表す。Ｚ₄及びＺ₅は各々、芳香族炭化水素環又は含窒素芳香族複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。Ｚ₃は単なる結合手又は２価の連結基を表す。Ｘはハロゲン原子を表す。〕

本発明の製造方法により、有機合成化合物の中間体及び有機エレクトロルミネッセンス用材料として有用な含窒素多環複素環化合物を、安全性上問題のある化合物を用いることなく高収率で得ることが出来る。

以下、本発明を更に詳細に述べる。

前記一般式［１］、一般式［２］、一般式［３］及び一般式［４］において、Ｒ₁で表される置換基として、例えばアルキル、シクロアルキル、アルケニル、アリール、アシルアミノ、スルホンアミド、アルキルチオ、アリールチオ、ハロゲン原子、複素環、スルホニル、スルフィニル、ホスホニル、アシル、カルバモイル、スルファモイル、シアノ、アルコキシ、アリールオキシ、複素環オキシ、シロキシ、アシルオキシ、カルバモイルオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミド、ウレイド、スルファモイルアミノ、アルコキシカルボニルアミノ、アルコキシカルボニルアミノ、アリールオキシカルボニルアミノ、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、カルボキシル等の各基が挙げられる。ｎ１が２〜４の場合、複数のＲ₁は同じでも異なってもよい。

Ｘで表されるハロゲン原子としては、弗素、塩素、臭素及び沃素原子が挙げられる。Ｘで表される基の内で好ましいものは臭素原子である。

ｎ１で表される整数の内で好ましいものは０又は１である。

Ｚ₁及びＺ₂は各々、含窒素芳香族複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表すが、例えばフラン、チオフェン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、ベンゾイミダゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ピラゾール、チアゾール、インドール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン等の各環が挙げられる。これらの内で特に好ましいものはピリジン環である。

Ｚ₄及びＺ₅は各々、含窒素芳香族複素環又は芳香族炭化水素環を形成する原子群を表す。

含窒素芳香族複素環としては、前記Ｚ₁及びＺ₂と同様の基を挙げることができる。

芳香族炭化水素環としては、例えばベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アズレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ｏ−テルフェニル、ｍ−テルフェニル、ｐ−テルフェニル、アセナフテン、コロネン、フルオレン、フルオラントレン、ナフタセン、ペンタセン、ペリレン、ペンタフェン、ピセン、ピレン、ピラントレン、アンスラアントレン等の各環が挙げられる。

これら芳香族炭化水素環、含窒素芳香族複素環の内で好ましいものは含窒素芳香族複素環であり、更に好ましいものはピリジン環である。

Ｚ₃が表す２価の連結基としては、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、アリーレン等の炭化水素基の他、ヘテロ原子を含むものでもよく、又、チオフェン−２，５−ジイル基やピラジン−２，３−ジイル基のような芳香族複素環を有する化合物（ヘテロ芳香族化合物とも言う）に由来する２価の連結基であってもよいし、酸素や硫黄などのカルコゲン原子であってもよい。又、アルキルイミノ基、ジアルキルシランジイル基やジアリールゲルマンジイル基のようなヘテロ原子を介して連結する基でもよい。単なる結合手とは、連結する置換基同士を直接結合する単なる結合手である。

これらの内で好ましいものは単なる結合手である。

上記の基は、何れも更に置換基によって置換されてもよく、該置換基として、例えば、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アリール、アシルアミノ、スルホンアミド、アルキルチオ、アリールチオ、ハロゲン原子、複素環、スルホニル、スルフィニル、ホスホニル、アシル、カルバモイル、スルファモイル、シアノ、アルコキシ、アリールオキシ、複素環オキシ、シロキシ、アシルオキシ、カルバモイルオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミド、ウレイド、スルファモイルアミノ、アルコキシカルボニルアミノ、アルコキシカルボニルアミノ、アリールオキシカルボニルアミノ、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、カルボキシル等の各基が挙げられる。

以下に、本発明の一般式［１］で表される化合物の代表的具体例を示すが、本発明はこれらに限定されものではない。

以下に、本発明の一般式［２］及び一般式［３］で表される化合物の代表的具体例を示すが、本発明はこれらに限定されものではない。

以下に、本発明の一般式［４］で表される化合物の代表的具体例を示すが、本発明はこれらに限定されものではない。

一般式［１］の化合物を用いる反応において、溶媒として用いる硫酸は他の溶媒（水、アルコール等）と混合して用いてもよい。又、硫酸と他の溶媒は任意の割合で混合することが可能であり、好ましい体積比としては１０：１〜１：１０であり、特に好ましくは５：１〜１：５である。

本発明で用いられる芳香族系溶媒の使用量は、一般式［３］の化合物に対して質量比で１〜２０倍が好ましく、特に好ましくは１〜１０倍である。

ブロム化剤としては、例えば臭素、臭素酸塩、過臭素酸塩、三臭化燐、過臭化臭化ピリジニウム、Ｎ−ブロモスクシンイミド、１，３−ジブロモ−５，５−ジメチルヒダントイン等が挙げられる。これらの内で好ましいものは、臭素、臭素酸塩であり、更に好ましくは臭素である。

又、ブロム化の反応を行う際、ルイス酸を添加してもよい。ルイス酸として特に制限はないが、例えばメタンスルホン酸、酸塩化第二鉄、塩化亜鉛、酸化亜鉛、塩化第二銅、硫酸銀などが挙げられる。これらの内で好ましいものは硫酸銀である。

一般式［３］で表される化合物から一般式［４］で表される化合物を得る反応においては金属触媒が用いられる。金属触媒としては、例えばパラジウム錯体（ＰｄＣｌ₂，Ｐｄ（ＯＡｃ）₂，Ｐｄ（Ｐｐｈ₃）₄，ＰｄＣｌ₂ｄｐｐｆ，Ｐｄ（ｄｂａ）₂，Ｐｄ／Ｃ）、ニッケル錯体（ＮｉＢｒ₂，ＮｉＢｒ₂（Ｐｐｈ₃）₂，Ｎｉ（ａｃａｃ）₂，ｂｉｓ（１，５−ｃｙｃｌｏｏｃｔａｄｉｅｎｅ）Ｎｉ（０））、亜鉛等が挙げられる。これらの内で好ましいものはパラジウム錯体である。尚、パラジウム錯体の配位子略号は以下の構造を示す。

ＯＡｃ：ＯＣＯＣＨ₃
Ｐｐｈ₃：ｔｒｉｐｈｅｎｙｌ−ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ
ｄｐｐｆ：（ｄｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｏ）ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ
ｄｂａ：ｄｉｂｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅａｃｅｔｏｎｅ
ａｃａｃ：ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎｅ
更に、金属触媒と共に以下の化合物を添加してもよい。例えば、４級アンモニウム塩（ＴＢＡＦ：弗化テトラブチルアンモニウム，沃化テトラエチルアンモニウム）、セシウム塩（炭酸セシウム、弗化セシウム）、アルカリ金属塩（炭酸ナトリウム、炭酸カリウム）、２，２′−ビピリジン、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン、グリニア試薬、ボロン酸誘導体（Ｂｉｓ（ｐｉｎａｃｏｌａｔｏ）ｄｉｂｏｒｏｎ、Ｐｉｎａｃｏｌｂｏｒａｎｅ）等が挙げられる。

これらの内で好ましいものは、パラジウム錯体とボロン酸誘導体であり、更に好ましくはＰｄＣｌ₂ｄｐｐｆとＢｉｓ（ｐｉｎａｃｏｌａｔｏ）ｄｉｂｏｒｏｎの併用である。

反応温度は、通常、７０〜１３０℃で行われるのが好ましく、８０〜１００℃が特に好ましい。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。

実施例１（比較例）
《例示化合物Ａ−３の合成》

例示化合物１−３の９．７ｇと硫酸２０ｍｌを混合し、硝酸（比重１．４１）２．５ｍｌを徐々に滴下し、更に１時間攪拌した。冷水２００ｍｌを徐々に加え、炭酸カリウムで中和した。析出した結晶を濾取、乾燥した。

次に、得られた化合物Ｂを酢酸１００ｍｌに溶解し、接触還元（触媒Ｐｄ／Ｃ）した。酢酸を減圧除去した後、酢酸エチル／ヘキサンで再結晶し、更に濾取、乾燥し、化合物Ｃを１３ｇ得た。次に、４８％臭化水素酸１００ｍｌに溶解し、氷水冷下、亜硝酸ナトリウム２．８ｇを溶解した水溶液１４ｍｌを１０分で滴下し、更に室温で２０分攪拌した。臭化第一銅３．０ｇを溶解した水溶液６０ｍｌを別途調製し、これに前述の溶液を１０分で滴下し、更に１時間攪拌した。炭酸ナトリウムで中和した後、酢酸エチル１００ｍｌを加えて減圧濾過した。テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）抽出、水洗後、溶媒を除去した。更に、アセトニトリル／メタノールで加熱・還流した後、結晶を濾取、乾燥することにより、例示化合物Ａ−３を３．２ｇ得た（収率３５％）。

実施例２（本発明）
《例示化合物Ａ−３の合成》

窒素雰囲気下、Ｐｄ（ｄｂａ）₂２．１ｇ、化合物Ｅ１．７ｇ、エチレングリコールジメチルエーテル４０ｍｌを混合し、約４０℃で２０分攪拌した。この混合液に、ジクロロビピリジン２７ｇ、ｍ−トルイジン１３ｇ、ナトリウム−ｔ−ブトキサイド３０ｇ及びエチレングリコールジメチルエーテル３５０ｍｌを混合し、４時間加熱・還流した。不溶分を除去後、ＴＨＦ抽出、水洗を行った。次に、溶媒を減圧溜去後、酢酸エチル６０ｍｌに溶解し、ヘキサン１３０ｍｌを徐々に加えた。析出した結晶を濾取、乾燥し、例示化合物１−３を３０ｇ得た（収率９５％）。

例示化合物１−３を２６ｇ、硫酸１０４ｍｌ、臭素１０．３ｍｌを混合し、６０〜６５℃で３０時間加熱・還流した。過剰の臭素を除去後、水８００ｍｌ、ＴＨＦ４００ｍｌを加え、炭酸ナトリウム２２０ｇを徐々に加えて中和した。ＴＨＦ抽出後、減圧蒸溜によりＴＨＦを除去した。メタノール／ＴＨＦ混合液に溶解し、フラッシュカラムを行った後、溶媒を除去した。アセトニトリル／メタノールで加熱・還流した後、結晶を濾取、乾燥することにより、例示化合物Ａ−３を２５ｇ得た（収率７４％）。

実施例３（本発明）
《例示化合物Ａ−３の合成》

例示化合物１−３を１．０ｇ、硫酸１．０ｍｌ、水４．１ｍ及び硫酸銀１．４ｇを混合し、この混合物に、臭素０．２７ｍｌを５分で加え２時間攪拌した。ＴＨＦ３０ｍｌ、水１５ｍｌを投入し、４０％水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ８〜９とした。不溶分を除去後、濾液をＴＨＦ抽出、水洗した。溶媒を除去し、アセトニトリル／メタノールで加熱・還流した後、結晶を濾取、乾燥することにより、例示化合物Ａ−３を０．６５ｇ得た（収率４８％）。

実施例４（本発明）

例示化合物１−３を１．０ｇ、硫酸２．０ｍｌ、水２．１ｍを混合し、氷水冷下、この混合物に臭素酸ナトリウム０．６１ｇを１５分で加え６時間攪拌した。ＴＨＦ１５ｍｌ、水１５ｍｌを投入し、炭酸ナトリウムでｐＨ８〜９とした。不溶分を除去後、濾液をＴＨＦ抽出、水洗した。溶媒を除去し、アセトニトリル／メタノールで加熱・還流した後、結晶を濾取、乾燥することにより、例示化合物Ａ−３を０．５７ｇ得た（収率４７％）。

実施例５（比較例）
《例示化合物４−３の合成》

窒素雰囲気下、化合物Ｅ１．０ｇ、化合物Ｆ２．３ｇ、化合物Ｇ０．２４ｇ、Ｐｄ（ｄｂａ）₂０．２８ｇ、ナトリウム−ｔ−ブトキサイド２．４ｇ及びエチレングリコールジメチルエーテル１００ｍｌを混合し、８時間加熱・還流した。減圧で溶媒溜去後、ＣＨ₂Ｃｌ₂（メチレンクロライド）で抽出、水洗した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。ＣＨ₂Ｃｌ₂溜去後、カラム精製（ＳｉＯ₂、ＣＨ₂Ｃｌ₂／ＭｅＯＨ）し、例示化合物４−３を１．０ｇ得た（収率４１％）。

実施例６（本発明）
《例示化合物４−３の合成》

窒素雰囲気下、例示化合物Ａ−３を４．０ｇ、Ｂｉｓ（ｐｉｎａｃｏｌａｔｏ）ｄｉｂｏｒｏｎ１．８ｇ、炭酸カリウム４．９ｇ、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）８０ｍｌを混合した。１０分後、この混合液にＰｄＣｌ₂ｄｐｐｆ０．３９ｇを加え、８０〜９０℃で４時間加熱・攪拌した。水１４０ｍｌを加え析出した固体を濾取、乾燥した。更に、カラム精製（ＳｉＯ₂、ＣＨ₂Ｃｌ₂／ＭｅＯＨ）し、例示化合物４−３を２．１ｇ得た（収率６９％）。

実施例中の各化合物の同定は、ＭＡＳＳ及びＮＭＲスペクトルで行い、それぞれ、目的化合物であることを確認した。その他の例示化合物も上記の方法に準じて合成することができる。

Claims (2)

1. 下記一般式［１］で表される化合物とブロム化剤を硫酸溶媒中で反応することを特徴とする下記一般式［２］で表される含窒素多環複素環化合物の製造方法。
   

   

   〔式中、Ｒ₁は置換基を表し、ｎ１は０〜４の整数を表す。Ｚ₁及びＺ₂は各々、含窒素芳香族複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。Ｚ₃は単なる結合手又は２価の連結基を表す。〕
2. 下記一般式［３］で表される化合物を用いることを特徴とする下記一般式［４］で表される含窒素多環複素環化合物の製造方法。
   

   

   〔式中、Ｒ₁は置換基を表し、ｎ１は０〜４の整数を表す。Ｚ₄及びＺ₅は各々、芳香族炭化水素環又は含窒素芳香族複素環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。Ｚ₃は単なる結合手又は２価の連結基を表す。Ｘはハロゲン原子を表す。〕