JP2012501383A - 置換アリールアルコールのアノード脱水素二量化のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ビアリールアルコールの製造方法に関し、この方法は、部分フッ素化及び／又は過フッ素化介在物質及び支持塩の存在下で、グラファイト電極上において置換アリールアルコールをアノード脱水素二量化することによる。

Description

本発明は、ビアリールアルコールを製造するための方法に関し、この際、部分フッ素化及び過フッ素化介在物質及び支持塩の存在下で、グラファイト電極において実施する。

本発明による方法によって、極めて割安の電極材料、非分割セル構造及び溶剤不含の方法を使用することができる。介在物質として、例えば１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール又は本質的に遊離なトリフルオロ酢酸を使用することができる。好適なビフェノールの処理及び製造は、極めて簡単に行われる。

ビアリール自体は公知であり、かつ工業的に製造及び使用される。この化合物クラスの化合物は、特にリガンド骨格として、立体選択的変換のために極めて重要である。この物質クラスについて考えられるものは、フェノールの電気化学的酸化二量化であるが、しかしながら、当業者に公知の電解質においては非選択的に実施される。フェノールの電気化学的二量化に対して代替的に、鉄（ＩＩＩ）塩又は他の強い酸化剤を使用する。

G. Lessene 及び K. S. Feldman は Modern Arene Chemistry, Ed D. Astruc, VCH-Wiley, Weinheim 2002, 第479-538頁において、この変換をいくつかの場合において、遷移金属触媒を用いて、好気性条件下で実施することができることを記載している。この合成の欠点は塩化鉄の使用であり、それというのもこれは数多くの副生成物を招くためである。さらに、この好気性条件によって、強力に活性化された化合物のみ反応する。特に有利であり、したがってしばしば使用される基材（Substrate）は、縮合（annellierte）芳香環又は立体化学的に要求の多いアルキル基を有する。例えば、ここでは２−ナフトールから製造された２，２’−ジヒドロキシ−１，１’−ビナフチル（ＢＩＮＯＬ）に相当する。

C. E.Rommel, Staatsexamensarbeit, Munster2002 及び一般にはH. Lund, M. M. Bai-zer, Organic Electrochemistry An Introduction and a Guide, 第3版,Marcel Dekker, New York 1991, Chapter 22.Ill, 885-908の教科書の記載に同じく、２，４−ジメチルフェノール（１）について酸化カップリングを行う場合には、大抵において主要生成物として望ましいオルト−、オルト結合生成物２ではなくて、むしろプメラーケトン誘導体（３）が得られる。三環式骨格３の形成は、ｐ−アルキル置換フェノールの場合に知られており、かつ同様に、多くの天然物質の合成において見出される。

ここ数年来、ビフェノール、特に３，３’、５，５’−テトラメチル−２，２’−ビフェノール（２）のアノード合成が、種々の電気化学的方法を用いて熱心に研究されている。種々の電解質系において、同様に直接変換の際に、プメラーケトン（３）の誘導体形成が極めて好ましいことが示されている。好適な脱水素二量体２は、専ら３〜７％の収率で単離する。I.Malkowsky,C. E. Rommel, K. Wedeking, R. Frohlich, K. Bergander, M. Nieger, C. Quaiser, U. Griesbach, H. Putter und S. R. Waldvogel は、Eur. J. Org. Chem. 2006, 241-245中で、さらに従来記載されていない５環式骨格の形成を記載している。プメラーケトン形成のための遊離フェノキシラジカルが重要であることが、その後の試験において示された。オルト位での意図された結合を達成するために、I. M. Malkowsky, R Frohlich, U. Griesbach, H. Putter 及びS. R. Waldvogel が、 Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 1690-1697 並びにI. M. Malkowsky, U. Griesbach, H. Putter 及びS. R. Waldvogel が Chem. Eur. J. 2006, 12, 7482-7488に記載してているように、ホウ素テンプレートが開発された。C. Rommel, I. M. Malkowsky, S. R. Waldvogel, H. Putter及びU. Griesbachが、WO-A 2005/075709において記載しているように、この多段階工程の電気化学的変換が、かなり広範囲の基材で、さらにはかなり大規模に成功している。高い製造コストの他の付加的な欠点は、電解質中におけるアセトニトリルの使用である。

ホウ素ドープダイヤモンド電極（ＢＤＤ）を用いて、２，４−ジメチルフェノールのための唯一の基材とすることにより、直接アノード反応を見出すことができ、これは、例えばI. M. Malkowsky, U. Griesbach, H. Putter und S. R. Waldvogel in Eur. J. Org. Chem. 2006, 4569-4572; 及びM. Malkowsky, S. R. Waldvogel, H. Putter und U. Griesbach in WO-A 2006/077204に記載されている。ビフェノールとプメラーケトンとの比は、大抵において１８：１を上回る。ＢＤＤ−アノードの電気化学的消耗を減少させるために、フェノールカップリングは約３０％の変換率にとどまる。この方法の付加的な欠点は、ＢＤＤ電極の低い安定性、その価格並びに基材の幅が限定されることである。

本発明の課題は、高価な電極材料の存在下で製造することなく、置換フェノールの選択的かつ効果的な酸化カップリングを実施する方法を提供することから成る。好ましくは、置換フェノールのカップリングは、オルト位において実施すべきである。

この課題は、置換アリールアルコールを、部分フッ素化及び／又は過フッ素化介在物質及び少なくとも１種の支持塩の存在下で、グラファイト電極を用いてアノード脱水素二量化する、ビアリールアルコールを製造する方法によって解決される。

有利であるのは、使用された置換アリールアルコールのＯＨ基を直接芳香族に置く、本発明による方法である。

有利であるのは、使用された置換アリールアルコールが同一である、本発明による方法である。

有利であるのは、使用された置換アリールアルコールが、単核又は多核であってもよい、本発明による方法である。

有利であるのは、二量化を、置換アリールアルコールのアルコール基に対してオルト位で実施する、本発明による方法である。

有利であるのは、使用された介在物質が部分フッ素化及び／又は過フッ素化アルコール及び／又は酸である、本発明による方法である。

有利であるのは、介在物質として１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール又はトリフルオロ酢酸を使用する、本発明による方法である。

有利であるのは、支持塩として、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、テトラ（Ｃ_１〜Ｃ_６−アルキル）アンモニウム塩から成る群から選択された塩を使用する、本発明による方法である。

有利であるのは、支持塩の対イオンが、硫酸イオン、硫酸水素イオン、アルキル硫酸イオン、アリール硫酸イオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、炭酸イオン、アルキルリン酸イオン、アルキル炭酸イオン、硝酸イオン、アルコラートイオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン及び過塩酸イオンから成る群から選択される、本発明による方法である。

有利であるのは、電気分解のためにさらなる溶剤を使用しない、本発明による方法である。

有利であるのは、電気分解のためにフローセルを使用する、本発明による方法である。

有利であるのは、１〜１０００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度を使用する、本発明による方法である。

有利であるのは、電気分解を−２０〜６０℃の範囲の温度及び常圧下で実施する、本発明による方法である。

有利であるのは、アリールアルコールとして２，４−ジメチル−５−フェノールを使用する、本発明による方法である。

本発明の範囲内でアリールアルコールとは、芳香族アルコールであると理解され、その際、ヒドロキシル基は直接芳香核に結合している。

アリールアルコールをベースとする芳香族は、単核又は多核であってもよい。好ましくは、芳香族は単核（フェノール誘導体）であるか、あるいは二核（ナフトール誘導体）であり、特に単核である。アリールアルコールはさらに他の置換基を有していてもよい。この置換基は互いに独立して、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルキル基、ハロゲン、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシ基、酸素又は硫黄によって中断されたアルキレン基又はアリーレン基、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシカルボキシル基、ニトリル基、ニトロ基並びにＣ_１〜Ｃ_１０−アルコキシカルバモイル基、特に好ましくはメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、トリフルオロメチル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、メトキシ基、エトキシ基、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ベンジリデン基、ニトリル基、ニトロ基、特に好ましくはメチル基、メトキシ基、メチレン基、エチレン基、トリフルオロメチル基、フッ素及び臭素である。新規方法を用いて、アリールアルコールについて多彩に使用することができる。特に好ましくは、電子に富むアレーン、例えばフェノール及び１又はそれ以上置換されたフェノール並びにナフトール（α−及びβ−）及びその置換された誘導体、特に好ましくはフェノール及びとりわけ好ましくは４−アルキル置換フェノール並びに２，４−ジアルキル置換フェノールである。

本発明による電解二量化のための基材として、その空間構造及び立体化学的要求に基づいて、二量化を生じさせる限りにおいて、原則すべてのアリールアルコールが適している。アリールアルコールは単核、二核、三核又は多核であってもよい。好ましくは単核又は二核であり、とりわけ単核である。さらに、アリールアルコールは好ましくはＯＨ−官能基を有する。

適したアリールアルコールの例は、以下式（Ｉ）に示されるフェノール及び１又はそれ以上置換されたフェノールを含み、その際、Ｒ１〜Ｒ４は、互いに独立して同一かまたは異なっており、かつ、以下の置換基から選択される：Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシ、ハロゲン、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシカルボニル、ニトリル並びにモノ及びジ−Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシカルバモイル。

他の例は、式（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）に示されるナフトール（α−及びβ−）及びその置換誘導体であり、その際、Ｒ１〜Ｒ７は同じか又は異なって、かつ以下の置換基から選択されている：Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルキル、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシ、ハロゲン、Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシカルボキシル、ニトリル並びにモノ及びジ−Ｃ_１〜Ｃ_１０−アルコキシカルバモイル。

反応の終了後に、電解溶液を一般的な分離方法により後処理する。これに関して、電解溶液は一般的にはまず蒸留され、かつ、この個々の化合物が異なるフラクションの形で別個に得られる。他の精製は、例えば晶出、蒸留、昇華又はクロマトグラフにより実施することができる。

ビアリールアルコールの製造は電解的に実施され、この際、相当するアリールアルコールについてアノード酸化を行う。本発明による方法は、以下電解二量化（Elektrodimerisierung）と呼称する。驚くべきことに、本発明による方法によって、介在物質の使用下で、ビアリールアルコールが選択的かつ高い収率で生じることが見出された。さらに本発明による方法によって、極めて割安な電極材料、非分割セル構造並びに溶剤不含の方法を使用することができることが見出された。好適なビフェノールの処理及び製造は、極めて簡単に行われる。反応の終了後に、電解溶液を一般的な分離方法により処理する。これに関して、一般的には電解溶液を先ず蒸留し、かつ、個々の化合物が異なるフラクションの形で別個に得られる。他の精製は、例えば晶出、蒸留、昇華又はクロマトグラフによって実施することができる。

介在物質として、本発明による方法においては部分フッ素化及び／又は過フッ素化アルコール及び／又は酸、好ましくは過フッ素化アルコール並びにカルボン酸、特に好ましくは１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール又はトリフルオロ酢酸を使用する。電解質において、さらなる溶剤は要求されない。

相当する生成物は、ショートパス蒸留（Kurzwegdestillation）及び沈澱によってＮＭＲにおいて純粋な形で得ることができる。

電解質は、通常の当業者に公知の電解セル中で実施する。適した電解セルは当業者に公知である。好ましくは、連続的に非分割のフローセル中でかあるいは断続的にガラスビーカーセル中で実施する。

特にとりわけ適するのは、双極性に接続されたキャピラリーギャップセル（Kapillarspaltzelle）又はプレートスタックセル（Plattenstapelzelle）であり、この際、電極はプレートとして構成されていて、かつ面平行に配置されている（参照、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1999 electronic release, 第6版, VCH−Verlag Weinheim, Volume Electrochemistry, Chapter 3.5. special cell designs並びにChapter 5, Organic Electrochemistry, Subchapter 5.4.3.2 Cell Design）。

本発明による方法を実施する際の電流密度は、一般的に１〜１０００ｍＡ／ｃｍ²、有利には５〜１００ｍＡ／ｃｍ²である。この温度は通常は−２０〜６０℃、有利には１０〜６０℃である。一般的に常圧で実施される。したがって高い圧力は、好ましくは、出発化合物であるか、あるいは、共溶媒及び介在物質の沸騰を回避するためにより高い温度で実施される場合に使用される。

アノード材料として、例えば貴金属、例えば白金又は金属酸化物、例えばルテニウム−又はクロム酸化物、又はＲｕＯ_xＴｉＯ_xの型の混合酸化物が適している。有利には、グラファイト電極又は炭素電極である。カソード材料としては、例えば鉄、鋼、特殊鋼、ニッケル又は貴金属、例えば白金並びにグラファイト又は炭素材料並びにダイヤモンド電極が考慮される。好ましくは、アノード及びカソードとしてグラファイトの系、アノードとしてグラファイト及びカソードとしてニッケル、特殊鋼又は鋼の系並びにアノード及びカソードとして白金の系である。

電気分解を実施するために、アリールアルコール化合物を適した溶剤中で溶解する。常用の、当業者に公知の溶剤、好ましくは極性プロトン性溶剤及び極性非プロトン性溶剤の群からの溶剤が適している。特に好ましくは、アリールアルコール化合物自体を溶剤及び試薬として使用する。極性非プロトン性溶剤のための例は、ニトリル、アミド、カーボネート、エーテル、尿素、塩化炭化水素を含む。

特に好ましい極性非プロトン性溶剤のための例は、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート及びジクロロメタンを含む。極性プロトン性溶剤のための例は、アルコール、カルボン酸及びアミドを含む。

特に好ましい極性プロトン性溶剤の例は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール及びヘキサノールを含む。これはさらに部分的に又は完全にハロゲン化されていてもよく、例えば１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）又はトリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）である。

場合により、電解溶液に通常の共溶媒を添加する。この際これは、有機化学において一般的に慣用の、高い酸化ポテンシャルを有する不活性溶媒である。例えばジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、アセトニトリル又はジメチルホルムアミドが挙げられる。電解溶液中に含まれている支持塩としては、一般にアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、テトラ（Ｃ_１〜Ｃ_６−アルキル）アンモニウム塩、好ましくはトリ（Ｃ_１〜Ｃ_６−アルキル）−メチルアンモニウム塩である。対イオンとして、硫酸イオン、硫酸水素イオン、アルキル硫酸イオン、アリール硫酸イオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、炭酸イオン、アルキルリン酸イオン、アルキル炭酸イオン、硝酸イオン、アルコラートイオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン又は過塩素酸イオンが考慮される。更に、前述したアニオンから誘導される酸が支持塩として考慮される。

好ましくは、メチルトリブチルアンモニウムメチルスルフェート（ＭＴＢＳ）、メチルトリエチルアンモニウムメチルスルフェート（ＭＴＥＳ）、メチルトリプロピルメチルアンモニウムメチルスルフェート又はテトラブチルアンモニウム、テトラフルオロボラート（ＴＢＡＢＦ）である。

実施例：（反応を含む表）

実施例１：
トリフルオロ酢酸を用いてのグラファイト電極における２，４−ジメチルフェノールのアノード酸化

グラファイトアノード及びグラファイトカソードを備えた非分割標準電解セル（Ａ＝９ｃｍ^２）中に、１５．９０ｇ（０．１３７ｍｏｌ、５３質量％）の２，４−ジメチルフェノール、１．００ｇ（４．４ｍｍｏｌ、３質量％）のメチルトリエチルアンモニウムメチルスルフェート及び９ｍＬ（４４質量％）のトリフルオロ酢酸から成る電解質を装入した。定電流条件下で、３０℃及び１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で、電気分解を実施した。これに関して、最大１８Ｖのクランプ電圧の際に、９６６９Ｃ（０．７７Ｆ／ｍｏｌ）を示した。反応終了後に、電解質をトルオールと一緒にフラスコ中に移し、引き続いてトリフルオロ酢酸及びトルオールを周囲圧で蒸留的に除去した。引き続いて、５．８９ｇの過剰量のフェノールをショートパス蒸留装置を用いて、４．５×１０^３ｍｂａｒで回収した。反応残留物を、３０ｍＬの水性イソプロパノール（ｉＰｒＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝４：１）中に収容した。一晩に亘って４℃で貯蔵することにより、生成物の晶出が生じ、これは濾過及び少量の冷たいｎ−ヘプタンを用いて洗浄することにより得られる（４．２４ｇ）。他の生成物は、濾液から、簡単なカラムクロマトグラフィーによる精製によってシリカゲル（ＣＨ：ＥＥ＝９８：２）上で単離した（２．１５ｇ）。過剰量のフェノールを収率の際に考慮して、全部で６．３９ｇ（０．０２６ｍｏｌ、６４％）のやや赤みがかった結晶質の生成物が得られた。

例２：
グラファイト電極における２−ブロム−４−メチルフェノールのアノード酸化

グラファイトアノード及びグラファイトカソードを備えた非分割標準電解セル（Ａ＝９ｃｍ^２）中に、２０．０２ｇ（０．１０７ｍｏｌ、５３質量％）の２−ブロム−４−メチルフェノール、１．００ｇ（４．４ｍｍｏｌ、３質量％）のメチルトリエチルアンモニウムメチルスルフェート及び１１ｍＬ（４４質量％）のトリフルオロ酢酸から成る電解質を装入した。定電流条件下で、３０℃及び１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で、電気分解を実施した。これに関して、最大２２Ｖのクランプ電圧の際に、７９５０Ｃ（０．７７Ｆ／ｍｏｌ）を示した。反応終了後に、電解質をトルオールと一緒にフラスコ中に移し、かつ引き続いてトリフルオロ酢酸及びトルオールを周囲圧で留去した。引き続いて、９．０８ｇの過剰量のフェノールを、ショートパス蒸留装置を用いて、５．０×１０^−３ｍｂａｒで回収した。反応残留物を、３０ｍＬの水性イソプロパノール（ｉＰｒＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝４：１）中に収容した。一晩に亘って４℃の貯蔵によって生成物の晶出が生じた。これは少量のＭＴＢＥ中に収容され、かつセライトを介して濾過した。溶剤の除去によって、純粋な生成物が得られた（１．３５ｇ）。他の生成物は、濾液から、カラムクロマトグラフィーによる精製によってシリカゲル（ＣＨ：ＥＥ＝９５：５）上で単離することができる（６．９０ｇ）。収率の際に過剰量のフェノールを考慮して、全部で８．２５ｇ（０．２２ｍｏｌ、７６％）の無色の結晶質の生成物が得られた。

実施例３：
ＨＦＩＰを用いてグラファイト電極における２，４−ジメチルフェノールのアノード酸化

グラファイトアノード及びグラファイトカソードを備えた非分割標準電解セル（Ａ＝９ｃｍ^２）中に、１５．９８ｇ（０．１３０８ｍｏｌ、５２質量％）の２，４−ジメチルフェノール、１．００ｇ（４．４ｍｍｏｌ、１質量％）のメチルトリエチルアンモニウムメチルスルフェート及び９ｍＬ（４７質量％）のヘキサフルオロイソプロパノールから成る電解質を装入した。定電圧条件下で、３０℃及び１０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で、電気分解を実施した。これに関して、最大１２．８Ｖのクランプ電圧の際に、９７２１Ｃ（０．７７Ｆ／ｍｏｌ）を示した。反応終了後に、先ず溶剤を除去し、引き続いて過剰量のフェノールをショートパス蒸留装置によって回収した。反応残留物を５０ｍＬの水及び３０ｍＬのＴＢＭＥ中に収容し、相を分離し、かつ水相を再度３×３０ｍＬのＴＢＭＥで抽出した。精製された有機相を、それぞれ５０ｍＬの水及び飽和塩化ナトリウム溶液を用いて洗浄して、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、かつ、溶剤を減圧下で除去した。粗生成物を５０℃で１０ｍＬのトルオール中に溶解させた。ｎ−へプタンをゆっくりと添加することにより、生成物の晶出が生じ、これは濾過及び少量の冷たいｎ−ヘプタンを用いて洗浄することにより得られた。他の生成物は、濾液から、カラムクロマトグラフィーによるシリカゲル（ＣＨ：ＥＥ＝９８：２、その後に９５：５）上での精製によって単離した。全部で、４．４３ｇ（０．０１８ｍｏｌ、２８％）の無色の、結晶質の生成物が得られた。

Claims (14)

1. ビアリールアルコールの製造方法において、置換アリールアルコールを、部分フッ素化及び／又は過フッ素化介在物質及び少なくとも１種の支持塩の存在下で、グラファイト電極を用いて、アノード脱水素二量化を行う、前記方法。
2. 使用されたアリールアルコールのＯＨ基を直接芳香族に結合させる、請求項１に記載の方法。
3. 使用された置換アリールアルコールが同一である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 使用された置換アリールアルコールが、単核又は多核であってもよい、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 二量化を、アリールアルコールのアルコール基に対してオルト位で実施する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 使用された介在物質が、部分フッ素化及び／又は過フッ素化アルコール及び／又は酸である、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 介在物質として、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール又はトリフルオロ酢酸を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 支持塩として、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、テトラ（Ｃ_１〜Ｃ_６−アルキル）アンモニウム塩から成る群から選択される塩を使用する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
9. 支持塩の対イオンが、硫酸イオン、硫酸水素イオン、アルキル硫酸イオン、アリール硫酸イオン、ハロゲン化物イオン、リン酸イオン、炭酸イオン、アルキルリン酸イオン、アルキル炭酸イオン、硝酸イオン、アルコラートイオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン及び過塩素酸イオンから成る群から選択される、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 電気分解のためにさらなる溶剤を使用しない、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 電気分解のためにフローセルを使用する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
12. １〜１０００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度を使用する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
13. 電気分解を−２０℃〜６０℃の温度範囲及び常圧で実施する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
14. アリールアルコールとして２，４−ジメチルフェノールを使用する、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。