JP2008264762A - 有機カルボニル化合物のシアノシリル化触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物とを反応させてシアノヒドリンシリルエーテル化合物を製造する方法であって、アルミニウムを含有したメソポーラスシリカを触媒として用いる。
【選択図】なし
Description
また、最近では、リチウム塩類が高い触媒活性を有するシアノシリル化触媒であることも報告されている(特許文献1)。
しかしながら、均一系触媒をもちいた場合、一般に、触媒の分離・回収は困難である。
〈1〉アルミニウムを含むメソポーラスシリカを主成分とする、有機カルボニル化合物のシアノシリル化触媒。
〈2〉アルミニウムを含むメソポーラスシリカが1〜20 nmの規則性細孔を有するものであることを特徴とする〈1〉に記載のシアノシリル化触媒。
〈3〉アルミニウムを含むメソポーラスシリカに含まれるケイ素とアルミニウムのモル比Si/Alが1〜100であることを特徴とする〈1〉または〈2〉に記載のシアノシリル化触媒。
〈4〉有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物とを、〈1〉〜〈3〉のいずれかに記載のシアノシリル化触媒の存在下で反応させることを特徴とするシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
〈5〉前記有機カルボニル化合物が、一般式(1)
で示される化合物であることを特徴とする〈4〉に記載のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
〈6〉シアン化トリアルキルシリル化合物が、一般式(2)
で示される化合物であることを特徴とする〈4〉に記載のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
で表される有機カルボニル化合物が用いられる。
で示される化合物が用いられる。
で表されるシアノヒドリンシリルエーテル化合物が得られる。
(アルミニウムを含有したメソポーラスシリカ(Al-MCM-41, Si/Al = 20)の合成)
臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(15.1 g)、アルミン酸ナトリウム(1.14 g)、アンモニア水(1 mL)および蒸留水(100 mL)の混合溶液に、水酸化ナトリウム(3.1 g)、コロイダルシリカ(56.3 g)および蒸留水(135 mL)の混合溶液を加え、97 ℃で1日攪拌した。室温に冷却後、酢酸水溶液を用いて、pHを10.2に調整した。加熱、pH調整の操作は、さらに2回繰り返した。97 ℃で1日攪拌後、生じた白色の固体を回収し、蒸留水で洗浄した。乾燥後、空気中550 ℃で焼成し、Al-MCM-41(Si/Al = 20)を得た。元素分析より、該Al-MCM-41の組成は、ケイ素:42.5 wt%, アルミニウム:1.8 wt%, ナトリウム:0.2 wt%であった。また、該Al-MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は969 m2/g、細孔容量は1.14 cm3/g、平均細孔径は2.7 nmであった。
(アルミニウムの含有量の異なるメソポーラスシリカ(Al-MCM-41, Si/Al = 10)の合成)
参考例1と同様な操作により、アルミン酸ナトリウムの量を変えることによりAl-MCM-41(Si/Al = 10)を得た。元素分析より、該Al-MCM-41の組成は、ケイ素:40.1 wt%, アルミニウム:3.5 wt%, ナトリウム:0.8 wt%であった。また、該Al-MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は854 m2/g、細孔容量は1.19 cm3/g、平均細孔径は2.8nmであった。
(アルミニウムの含有量の異なるメソポーラスシリカ(Al-MCM-41, Si/Al = 50)の合成)
参考例1と同様な操作により、アルミン酸ナトリウムの量を変えることによりAl-MCM-41(Si/Al = 50)を得た。元素分析より、該Al-MCM-41の組成は、ケイ素:44.4 wt%, アルミニウム:0.7 wt%, ナトリウム:0.1 wt%であった。また、該Al-MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は1039 m2/g、細孔容量は1.06 cm3/g、平均細孔径は2.9 nmであった。
(アルミニウムを含有しないメソポーラスシリカ(MCM-41)の合成)
アルミニウム源であるアルミン酸ナトリウムを加えずに、参考例1と同様な操作により、MCM-41を得た。該MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は1056 m2/g、細孔容量は1.06 cm3/g、平均細孔径は2.7nmであった。
(触媒活性の比較)
触媒として参考例1〜3で合成したAl-MCM-41(実施例1〜3)、規則性細孔を有さないアモルファスのシリカアルミナ(触媒学会の参照触媒、JRC-SAH-1)(比較例1)、および参考例4で合成したMCM-41(比較例2)を用いて、触媒活性の比較を行った。
(アルミニウムを含有したメソポーラスシリカ(Al-MCM-41)の別法による合成)
臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(20.8 g)、濃塩酸(15.2 g)および蒸留水(100 mL)の混合溶液に、テトラエトキシシラン(40.0 g)、アルミニウムトリイソプロポキシド(2.0 g)の混合溶液を加え、室温で75分間攪拌した。2%アンモニア水(130 mL)を加え、引き続き室温で一晩攪拌を続けた。生じた白色の固体を回収し、蒸留水で洗浄した。乾燥後、空気中550 ℃で焼成し、Al-MCM-41を得た。
実施例1の方法と同様にして、参考例5で合成したAl-MCM-41(5 mg)を用いて反応を行った。5分後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は98%であり、また偽一次反応速度定数kは、0.75 min-1であった。この結果から、本発明のシアノシリル化触媒は、その原料および合成方法に制限を受けず、高い触媒活性を発現することが示唆される。
実施例1の方法と同様にして、合成ゼオライトであるH-Y(5 mg)を用いて反応を行った。1時間後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は4%であった。
実施例1の方法と同様にして、合成ゼオライトであるH-ZSM-5(5 mg)を用いて反応を行った。1時間反応を行ったが、シアノヒドリンシリルエーテルは全く得られなかった。
実施例1の方法と同様にして、固体酸触媒であるナフィオン−H(Nafion-H;登録商標)(5 mg)を用いて反応を行った。5分後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は7%であったが、経時的に生成物の分解が見られ、1時間後の収率は2%に低下した。
実施例1の方法と同様にして、イオン交換樹脂であるアンバーリスト−15(Amberlyst-15;登録商標)(5 mg)を用いて反応を行った。1時間後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は6%であった。
実施例1の方法と同様にして、均一系塩基触媒であるトリエチルアミン(5 μL, ベンズアルデヒドに対して5 mol %)を用いて反応を行った。1時間後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は14%であった。
(ベンズアルデヒドのシアノシリル化)
テフロンでコートされた攪拌子を入れたガラス製シュレンクフラスコに、参考例1で合成したAl-MCM-41(5.0 mg)を加え、減圧下、120 ℃で1時間乾燥させた。室温に冷却した後、アルゴン雰囲気とし、塩化メチレン(1 mL)を加え攪拌し、触媒懸濁液とした。ここに蒸留したシアン化トリメチルシリル(158 μL, 1.19 mmol)を加え、引き続きベンズアルデヒド(104.4 mg, 0.98 mmol)を滴下した後、室温で1分間攪拌した。触媒を濾別した後、溶媒を留去して、目的物であるα−トリメチルシロキシ−フェニルアセトニトリルを単一生成物として得た。単一生成物であることは、1H NMR分析により確認した。内部標準物質として、1,1,2,2-テトラクロロエタン(20μL, 0.189 mmol)を用いて、1H NMR(400 MHz)で定量した結果、収率は100%であった。
1H NMR (CDCl3, δ): 0.23 (s, 9H), 5.50 (s, 1H), 7.38-7.48 (m, 5H).
13C NMR (CDCl3, δ): -0.31, 63.60, 119.14, 126.31, 128.89, 129.29, 136.21.
実施例5の方法と同様にして、下記の表2に示す各種有機カルボニル化合物を用いてシアノシリル化を行った。その結果、いずれの有機カルボニル化合物を用いた場合においても、短時間で定量的に目的とするシアノヒドリンシリルエーテル化合物が単一生成物として得られた。また、実施例14〜19の結果から、本発明のシアノシリル化触媒は、従来法では困難であった、脂肪族アルデヒドやケトンに対しても、収率の低下や大幅な反応時間の増加は見られず、非常に高い触媒活性を有することが示唆される。
(シアン化tert-ブチルジメチルシリルによるベンズアルデヒドのシアノシリル化)
テフロンでコートされた攪拌子を入れたガラス製シュレンクフラスコに、参考例1で合成したAl-MCM-41(5.1 mg)を加え、減圧下、120 ℃で1時間乾燥させた。室温に冷却した後、アルゴン雰囲気とし、シアン化tert-ブチルジメチルシリル(175 mg, 1.24 mmol)の塩化メチレン(1.5 mL)溶液を加え、引き続きベンズアルデヒド(105.3 mg, 0.99 mmol)を滴下した。室温で10分間攪拌した後、触媒を濾別し、溶媒を留去した。シリカゲルクロマトグラフィーにより分離精製を行い、目的物であるα−tert-ブチルジメチルシロキシ−フェニルアセトニトリル(239.0 mg)を得た。単離収率は97%であった。
1H NMR (CDCl3, δ): 0.15 (s, 3H), 0.23 (s, 3H), 0.94 (s, 9H), 5.52 (s, 1H), 7.39-7.48 (m, 5H).
13C NMR (CDCl3, δ): -5.19, -5.08, 18.16, 25.52, 64.00, 119.26, 126.09, 128.90, 129.23, 136.48.
(シアン化tert-ブチルジメチルシリルによるベンジルアセトンのシアノシリル化)
実施例20の方法と同様にして、カルボニル化合物としてベンジルアセトンを用いて反応を行った。目的物である2−tert-ブチルジメチルシロキシ−4−フェニルブタンニトリルの単離収率は97%であった。
1H NMR (CDCl3, δ): 0.24 (s, 3H), 0.29 (s, 3H), 0.92 (s, 9H), 1.62 (s, 1H), 1.98-2.06 (m, 2H), 2.75-2.94 (m, 5H), 7.18-7.32 (m, 5H).
13C NMR (CDCl3, δ): -3.89, -3.18, 18.02, 25.48, 38.92, 30.75, 45.52, 69.30, 121.87, 126.16, 128.35, 128.54, 140.75.
Claims (6)
- アルミニウムを含むメソポーラスシリカを主成分とする、有機カルボニル化合物のシアノシリル化触媒。
- アルミニウムを含むメソポーラスシリカが1〜20 nmの規則性細孔を有するものであることを特徴とする請求項1に記載のシアノシリル化触媒。
- アルミニウムを含むメソポーラスシリカに含まれるケイ素とアルミニウムのモル比Si/Alが1〜100であることを特徴とする請求項1または2に記載のシアノシリル化触媒。
- 有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物とを、請求項1〜3のいずれかに記載のシアノシリル化触媒の存在下で反応させることを特徴とするシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
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