JP2010138116A

JP2010138116A - フェロセン誘導体およびその用途

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Publication number: JP2010138116A
Application number: JP2008316213A
Authority: JP
Inventors: Masaichi Nishiyama; 正一西山
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: JP5493346B2

Abstract

【課題】炭素−炭素結合反応または炭素−窒素結合反応に有用なパラジウム触媒またはニッケル触媒用の配位子を提供する。
【解決手段】一般式（１）で表される新規フェロセン誘導体を合成する。

（式中、Ｘはハロゲンを表し、Ｙはハロゲン、ジアルキルホスフィノ基またはジアリールホスフィノ基を表し、Ｚは下記一般式（２）で表されるアミノ基または下記一般式（３）で表されるホスフィノ基を表す。）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は各々独立してアルキル基、またアリール基を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明は、新規なフェロセン誘導体に関するものである。本発明のフェロセン誘導体は、均一系または不均一系の触媒反応に用いる触媒の中間体等に有用である。

これまでに、数多くのフェロセン誘導体が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、２，１’−ジハロゲノ−１−（ジアルキルアミノメチル）フェロセン誘導体、または２−ホスフィノ−１’−ハロゲノ−１−（ジアルキルアミノメチル）フェロセン誘導体に関する報告例は少なく（例えば、特許文献１参照）、２，１’−ジハロゲノ−１−（２−ジアルキルアミノエチル）フェロセン誘導体、または２−ホスフィノ−１’−ハロゲノ−１−（２−ジアルキルアミノエチル）フェロセン誘導体である２，１’−ジブロモ−１−（２−ジメチルアミノエチル）フェロセンが、（不斉）水素化反応の均一または不均一系触媒の原料として知られているのみである（例えば、特許文献２参照）。

これまでに、炭素−炭素結合反応（別名、鈴木−宮浦カップリング反応）、または炭素−窒素結合反応（別名、Ｂｉｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇ反応）において、多くのパラジウム触媒の配位子が報告されている。例えば、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン（例えば、特許文献３，非特許文献２参照）、ジアルキルホスフィノ基が置換したフェロセン誘導体（例えば、特許文献４，非特許文献３参照）、２−ジシクロヘキシル−１，１’−ビフェニル誘導体（例えば、特許文献５参照）、１，３−ビス−（２，６−ジイソプロピルフェニル）イミダゾリニウム塩等（例えば、非特許文献４参照）のカルベン誘導体等が挙げられる。

上記配位子からなる均一系パラジウム触媒は、遷移金属が反応系中に残存することから、反応系から遷移金属を取り除くために、再結晶および／またはカラムクロマトグラフィーを繰り返す必要があった。近年では、グリーンサステイナブルケミストリーの観点から、例えば、トリフェニルホスフィン誘導体を固定化したマイクロカプセル型触媒（例えば、特許文献６参照）、トリフェニルホスフィン誘導体を固定化したグラフト型固定化触媒（例えば、特許文献７参照）、カルベン誘導体を固定化した固定化触媒（例えば、特許文献８，非特許文献５参照）、２−ジシクロヘキシルホスフィノビフェニル（別名、Ｂｕｃｈｗａｌｄ配位子）を固定化したマイクロカプセル型固定化触媒（例えば、特許文献９参照）等の不均一系遷移金属触媒が報告されている。

特表平１１−５０３４３９号公報特表２０００−５１４４３６公報特開平１０−１３９７４２号公報特開２０００−２４７９９０公報米国２００２／１５６２９５号公開明細書特表２００４−５３３９２８公報特表２００４−５１３１９４公報特開２００２−２０３９６公報特開２００８−２２１０８９公報ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，５６７，１９１−１９８（１９９８）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，１２２（１７），４０２０−４０２８（２０００）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，１３０，６５８６−６５９６（２００８）Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４６，２７６８−２８１３（２００７）ＯｒｇａｎｉｃＬｅｔｔｅｒｓ，１０（８），１６０９（２００８）しかし、鈴木−宮浦反応においては、上記不均一系触媒は、反応系中への遷移金属の溶出も少なく反応活性も高いものの、Ｂｕｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇ反応では、未だ低い金属溶出量と高い反応活性の両方を満足できる結果は得られていない（例えば、特許文献８参照）。また、マイクロカプセル化触媒やグラフト重合体を用いてＢｕｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇ反応を行っても、未だ十分な触媒活性は得られていない（例えば、特許文献６，７参照）。

炭素−炭素結合反応または炭素−窒素結合反応に有用なパラジウム触媒またはニッケル触媒を提供する。

本発明者らは鋭意検討した結果、一般式（１）で表される特定のフェロセン誘導体を原料とする配位子およびその触媒が、炭素−炭素結合反応、または炭素−窒素結合反応に有効であることを見出した。即ち、本発明は、一般式（１）で表される新規フェロセン誘導体およびその用途に関するものである。

（式中、Ｘはハロゲン原子を表し、Ｙはハロゲン原子、ジアルキルホスフィノ基またはジアリールホスフィノ基を表し、Ｚは下記一般式（２）で表されるアミノ基または下記一般式（３）で表されるホスフィノ基を表す。）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は各々独立して炭素数１〜１８の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基、または置換していてもよいフェニル基若しくはナフチル基を表す。）
以下、本発明に関し詳細に説明する。

一般式（１）で表されるフェロセン誘導体において、置換基Ｘは、ヨウ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子である。

また、置換基Ｙは、ハロゲン原子、ジアルキルホスフィノ基またはジアリールホスフィノ基である。ハロゲン原子としては、ヨウ素原子、塩素原子、臭素原子である。ジアルキルホスフィノ基としては、ジメチルホスフィノ基、ジエチルホスフィノ基、ジイソプロピルホスフィノ基、ジ（ｔ−ブチル）ホスフィノ基、ｔ−アミル基、ジ（シクロヘキシル）ホスフィノ基、ジ（１−アダマンチル）ホスフィノ基、ジ（３，５−ジメチルホスフィノ基）が挙げられる。また、ジアリールホスフィノ基としては、ジフェニルホスフィノ基、ビス（２，６−ジメチルフェニル）ホスフィノ基、ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）ホスフィノ基、ビス（２，６−ジイソプロピルフェニル）ホスフィノ基、ビス（２，４，６−トリイソプロピルフェニル）ホスフィノ基、ビス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィノ基、ビス（２，４，６−トリメトキシフェニル）ホスフィノ基が挙げられる。中でも、ジ（シクロヘキシル）ホスフィノ基、ジ（ｔ−ブチル）ホスフィノ基、ジ（１−アダマンチル）ホスフィノ基、ビス（２，６−ジメチルフェニル）ホスフィノ基、ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）ホスフィノ基および臭素原子がフェロセン誘導体の置換基として有効である。

Ｒ^１〜Ｒ^４は、各々独立して炭素数１〜１８の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基、または置換していてもよいフェニル基若しくはナフチル基である。

炭素数１〜１８の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基は、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、アミル基、ヘキシル基、２−ヘキシル基、シクロヘキシル基、１−アダマンチル基、３，５−ジメチルアダマンチル基等が挙げられる。置換していてもよいフェニル基若しくはナフチル基としては、先に例示したアルキル基の他に、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基、およびフェニル基で置換されたフェニル基やナフチル基が挙げられる。

置換基Ｚとして、具体的には、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジｎ−プロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジｎ−ブチルアミノ基、ジ−ｓｅｃ−ブチルアミノ基、ジシクロヘキシルアミノ基、ジヘキシルアミノ基、ジフェニルアミノ基等の一般式（２）で表されるアミノ基、または、ジエチルホスフィノ基、ジイソプロピルホスフィノ基、ジｎ−ブチルホスフィノ基、ジ−ｔ−ブチルホスフィノ基、ジシクロヘキシルホスフィノ基、ジフェニルホスフィノ基、ジ（ｏ−トリル）ホスフィノ基、ジ（ｍ−トリル）ホスフィノ基、ジ（ｐ−トリル）ホスフィノ基等の一般式（３）で表されるホスフィノ基が挙げられる。中でも、合成の容易さから、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジシクロへキシルホスフィノ基、ジフェニルホスフィノ基が好ましい。

本発明のフェロセン誘導体は、入手が容易で安価なジメチルアミノメチルフェロセンから合成可能である（下記（４）式参照）。具体的には、化合物１にブチルリチウムとジブロモテトラフルオロエタンを反応させ、ジブロモ体である化合物２を合成することができる（参考文献：ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，５６７，１９１−１９８（１９９８））。次に、ブチルリチウムとクロロホスフィン誘導体を用いて化合物３に変換した後、酢酸中、ホスフィン化合物と反応させることで化合物４を合成することができる（参考文献：ＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，７，９２３−（２００４））。

（式中、Ｒ^５およびＲ^６は各々独立して炭素数１〜１８の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基、または置換していてもよいフェニル基若しくはナフチル基を表す。）
次に、化合物３または４を固定化する方法としては特に制限はないが、例えば、ブチルリチウムで臭素をリチオ化した後、ジメチルホルムアミドと反応させることによりホルミル体を合成することができる。得られたホルミル体は、Ｗｉｔｔｉｇ試薬と反応させることによりビニル基、またパラホルムアルデヒドで処理することによりヒドロキシメチル基をそれぞれ導入することができる。また、シリル化合物、例えば、３−クロロプロピルクロロジメチルシランと上記リチオ体とを反応させることによりシリル基を導入することができる。

得られたビニル基、ヒドロキシメチル基、クロロプロピルジメチルシリル基等を有するフェロセン誘導体は、公知の方法によりポリスチレン等の有機担体に固定化することができる。また、ビニル基を有するフェロセン誘導体は、スチレン誘導体とのラジカル重合によりマイクロカプセル化することもできる。

本発明の一般式（１）で表されるフェロセン誘導体は、新規物質であり、このフェロセン誘導体から誘導される配位子は、炭素−炭素結合反応、炭素−窒素結合反応において、活性およびパラジウム溶出量の観点から非常に有効な化合物である。

以下、本発明を実施例に基づき、更に詳細に解説するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例で用いた分析機器および測定法を以下に列記する。

［ＮＭＲ測定］
ＮＭＲ測定装置：ＶＡＲＩＡＮＧｅｍｉｎｉ−２００
［質量分析］
質量分析装置：日立製作所製Ｍ−８０Ｂ
［元素分析］
元素分析計：パーキンエルマー全自動元素分析装置
酸素フラスコ燃焼−ＩＣ測定法：東ソー製イオンクロマトグラフＩＣ−２００１
［ＩＣＰ分析］
試料調整：硫酸−硝酸による湿式分解
分析装置：パーキンエルマー社製Ｏｐｔｉｍａ３０００ＤＶ
合成例１（Ｆｃ−２の合成）
ジメチルアミノメチルフェロセンＦｃ−１９．７２ｇ（４０ｍｍｏｌ）、脱水ジエチルエーテル７０ｍｌを３００ｍｌナス型フラスコに加えた後、窒素雰囲気下、室温で１．６Ｍｎ−ブチルリチウム／ヘキサン溶液（以下、ｎ−ＢｕＬｉ溶液と略す。）を２７ｍｌ加えた（４４ｍｍｏｌ）。同温度で２時間攪拌した後、事前に調整したｎ−ＢｕＬｉ溶液３０ｍｌ、テトラメチルエチレンジアミン５．１１ｇ（４４ｍｍｏｌ）、テトラハイドロフラン４ｍｌからなる溶液を室温下で滴下してから、更に２４時間攪拌した。その後、反応液を−７８℃に冷却し、１．２−ジブロモテトラフルオロエタン２３．１ｇ（８８．９ｍｍｏｌ）を滴下した。更に、同温度で１時間、更に室温下で２時間攪拌した。

冷水７０ｍｌを反応液に加えて反応を終了した。反応液は、酢酸エチル（５０ｍｌ×３回）で抽出し、得られた有機層を水５０ｍｌ、引き続き飽和食塩水５０ｍｌで洗浄した後、硫酸マグネシウムで有機層を乾燥した。有機層を濃縮して得られた茶褐色油状物をシリカゲルクロマトグラフィー（溶離液＝アセトン）により精製することで、８．３ｇ（収率＝５２％）のＦｃ−２を単離した。Ｆｃ−２の^１Ｈ−ＮＭＲチャートを図１に示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３，ｐｐｍ）：２．２３（ｓ，６Ｈ），３．４１（ｄ，Ｊ＝３．６Ｈｚ，２Ｈ），４．０９−４．４５（ｍ，７Ｈ）

実施例１（Ｆｃ−３の合成）
Ｆｃ−２８．３３ｇ（２０．９ｍｍｏｌ）、脱水ジエチルエーテル９０ｍｌを３００ｍｌナス型フラスコに仕込み、−３０〜−４０℃でｎ−ＢｕＬｉ溶液１３ｍｌを滴下した。同温度で３０分攪拌した後、反応液を−７８℃に冷却し、クロロ−ジ（ｔ−ブチル）ホスフィン４．７５ｍｌをシリンジにて滴下した。

その後、同温度で３０分、更に室温で一晩攪拌した後、冷水５０ｍｌを加えて、反応を終了した。反応液は、酢酸エチルで抽出し、得られた有機層を水４０ｍｌ、引き続き飽和食塩水４０ｍｌで洗浄した後、硫酸マグネシウムで有機層を乾燥した。有機層を濃縮して得られた茶褐色油状物をシリカゲルクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン／酢酸エチル＝１／２体積比）により精製することで、２．８ｇ（収率＝２９％）のＦｃ−３を単離した。

Ｆｃ−３の^１Ｈ−ＮＭＲチャートを図２に示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３，ｐｐｍ）：０．９４（ｄ，９Ｈ，Ｊ＝１１Ｈｚ），１．４８（ｄ，９Ｈ，Ｊ＝１２．４Ｈｚ），２．２５（ｓ，６Ｈ），３．３６（ｄ，１Ｈ，Ｊ＝１４．４Ｈｚ），３．５４（ｄｄ，１Ｈ，Ｊ＝１４，２．６Ｈｚ），４．５０（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝１．６Ｈｚ），４．３１−４．４２（ｍ，４Ｈ），４．６９（ｂｒｓ，１Ｈ）
実施例２（Ｆｃ−４の合成）
Ｆｃ−３２．８ｇ（６ｍｍｏｌ）、脱水ジエチルエーテル８５ｍｌを２００ｍｌナス型フラスコに加えた。次に、反応液を−３０〜−４０℃に冷却してから、１．６ＭＢｕＬｉヘキサン溶液を滴下し、同温度で１時間攪拌しながら熟成した。次に、反応液をドライアイス／アセトンで−７８℃に冷却し、パラホルムアルデヒド０．３４ｇ（１１．４ｍｍｏｌ）を窒素雰囲気下少量ずつ加え、同温度で１時間、更に室温で１６時間攪拌した後、冷水５０ｍｌを加えて反応を終了した。反応液を酢酸エチルで抽出した後、シリカゲルクロマトグラフィー（溶離液＝ヘキサン／酢酸エチル＝１／１体積比）にて精製することにより０．６０ｇのＦｃ−４を赤褐色油状物として単離した（収率＝２４％）。尚、Ｆｃ−４は、^１Ｈ−ＮＭＲでピークがブロードになる挙動を示すことから常磁性を示した。ＦＤＭＳでｍ／ｅ＝４１７の分子イオンピークを示したことから、目的物と同定した。

実施例３（２，１’−ジブロモ−１−（ジフェニルホスフィノメチル）フェロセンの合成）
１００ｍｌナス型フラスコに、実施例１で得られたＦｃ−３０．５ｇ（１．１ｍｍｏｌ）、ジフェニルホスフィン０．２ｇ（１．１ｍｍｏｌ），酢酸１５ｍｌを加え、窒素雰囲気下、１００℃で３時間攪拌した。冷却後、反応液を濃縮した後、シリカゲルクロマトグラフィー（溶離液：ヘキサン／酢酸エチル＝１／２体積比）により精製し、０．３４ｇの赤褐色油状物を得た。ＦＤＭＳでｍ／ｅ＝６０６の分子イオンピークを示したことから、目的物と同定した。

実施例４（Ｆｃ−５の合成［ポリスチレンへの固定化］）
窒素雰囲気下、１００ｍｌナス型フラスコに、実施例２で合成したＦｃ−４０．５６ｇ（１．３４ｍｍｏｌ）、脱水テトラハイドロフラン８０ｍｌを加え、そこに水素化ナトリウム（４０％ミネラルオイル含有）０．０７ｇ（１．７５ｍｍｏｌ）を加えた。反応液を室温で１時間攪拌した後、マクロポーラス型クロロメチル化ポリスチレン（Ａｌｄｒｉｃｈ製、１．２ｍｍｏｌ−Ｃｌ／ｇ）を加え、４５時間反応液を還流した。反応液を冷却後、水１０ｍｌを加えた後に濾過した。得られた固定化触媒を１０ｍｌの水で２回洗浄した後、更にメタノール、テトラハイドロフランで洗浄（各、１０ｍｌ×３回）した。真空乾燥の後、５４０ｍｇの薄赤茶色の粒状固体を得た。ＩＣＰ分析、元素分析の結果、Ｆｃ−５中のＰ，Ｆｅ，Ｎの含有量は、各々、０．１５ｍｍｏｌ／ｇ，０．２２ｍｍｏｌ／ｇ，０．１９ｍｍｏｌ／ｇであった。

実施例５（Ｆｃ−６の合成［酢酸パラジウムの固定化］）
３０ｍｌシュレンク管に、実施例４で合成したＦｃ−５２６０．５ｍｇを仕込み、酢酸パラジウム３４．８ｍｇ／脱水テトラハイドロフラン２ｍｌ溶液を加えた。窒素雰囲気下、６０℃で４時間加熱攪拌し、室温に冷却した。得られた固体をテトラハイドロフラン、メタノールで洗浄（各、５ｍｌ×３回）した後、真空乾燥した。ＩＣＰ分析の結果、Ｆｃ−６中のＰｄ，Ｆｅの含有量は、各々、０．２１ｍｍｏｌ／ｇ，０．１８ｍｍｏｌ／ｇであった。

実施例６（炭素−窒素結合反応における触媒性能試験）
１００ｍｌナス型フラスコに、実施例５で得られたパラジウム固定化触媒ＦＣ−６１２５ｍｇ（Ｐｄ換算で１ｍｏｌ％）、ブロモベンゼン０．３９ｇ（２．５ｍｍｏｌ）、アニリン０．４６５ｇ（５．０ｍｍｏｌ）、ナトリウム−ｔ−ブトキシド０．４８ｇ（５．０ｍｍｏｌ）、トルエン５ｍｌを仕込み、窒素下、１００℃で２４時間攪拌した。反応液を冷却し、水５ｍｌを加えた後、反応液を濾過した。回収した固定化触媒をトルエン５ｍｌで５回洗浄した。得られた母液を分液した後、有機層の内部標準法によるガスクロマトグラフィー分析により、目的物であるＮ−フェニル−３−トルイジンが収率９５．２％で得られていることが分かった。また、反応液中のＰｄ量をＩＣＰにより分析すると４ｐｐｍであり、仕込みのパラジウム量に対して６％溶出していていることが分かった。

比較例１
固定化触媒をマイクロカプセル型触媒Ｐｄ−ＥｎｃａｔＴＯＴＰ３０（和光純薬製，トリス（ｏ−トリル）ホスフィン内包）７７ｍｇ（Ｐｄ換算で１ｍｏｌ％）に代えて、実施例６と同様な実験を行ったところ、反応の進行は殆ど認められなかった。

比較例２
固定化触媒をカルベン前駆体および酢酸パラジウムをポリスチレンに固定化した触媒１０４ｍｇ（パラジウム換算で１ｍｏｌ％−Ｐｄ）に代えて、実施例６と同様な実験を行ったところ、Ｎ−フェニル−３−トルイジンの収率は９．７％であった。

尚、カルベン前駆体の合成およびカルベン前駆体と酢酸パラジウムのポリスチレンへの固定化は、ＯｒｇａｎｉｃＬｅｔｔｅｒｓ，１０（８），１６０９（２００８）に記載の方法に従い行った。カルベン前駆体の^１Ｈ−ＮＭＲチャートを図３に示す。また、合成したパラジウム固定化触媒のＰｄ濃度は、ＩＣＰ分析の結果２．５ｗｔ％であった。

合成例１で合成したＦｃ−２の^１Ｈ−ＮＭＲチャートを示す。実施例１で合成したＦｃ−３の^１Ｈ−ＮＭＲチャートを示す。比較例２で合成したカルベン前駆体(１−（２，４，６−トリメチルフェニル）イミダゾール)の^１Ｈ−ＮＭＲチャートを示す。

Claims

下記一般式（１）で表されるフェロセン誘導体。

（式中、Ｘはハロゲン原子を表し、Ｙはハロゲン原子、ジアルキルホスフィノ基またはジアリールホスフィノ基を表し、Ｚは下記一般式（２）で表されるアミノ基または下記一般式（３）で表されるホスフィノ基を表す。）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は各々独立して炭素数１〜１８の直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基、または置換していてもよいフェニル基若しくはナフチル基を表す。）
一般式（２）で表されるアミノ基が、ジメチルアミノ基であることを特徴とする請求項１に記載のフェロセン誘導体。
Ｙが、ジ（シクロヘキシル）ホスフィノ基、ジ（ｔ−ブチル）ホスフィノ基、ジ（１−アダマンチル）ホスフィノ基、ジ（２，６−ジメチルフェニル）ホスフィノ基、ジ（２，４，６−トリメチルフェニル）ホスフィノ基、または臭素原子であることを特徴とする請求項１または２に記載のフェロセン誘導体。
炭素−炭素結合反応または炭素−窒素結合反応に用いるパラジウム触媒またはニッケル触媒の配位子を合成する際に、原料として用いることを特徴とする請求項１〜３に記載のフェロセン誘導体。
請求項４に記載の配位子が、一般式（１）で表されるフェロセン誘導体を無機または有機担体に固定化した配位子であることを特徴とするパラジウム触媒およびニッケル触媒。