JP2014524428A - 水素化および脱水素触媒、ならびにこれを作成する方法および用いる方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に記載のプロセスは、三座のリガンドLNN’を有する遷移金属錯体の存在下で行われる。
Lが、ホスフィン(PR1R2)、スルフィド(SR1)、またはカルベン基(CR1R2)であり;
各Yが、独立して、C、NまたはS原子であり、ここで少なくとも2つのYはCであり;
点線が、同時にまたは独立して、単結合または二重結合を表し;
R1およびR2が、各々独立して、H、またはC1−C20直鎖状アルキル、C3−C20分枝状アルキル、C3−C8シクロアルキル、C2−C8アルケニル、C5−C20アリールであり、それらの各々は、任意に置換されてもよく;または、総合すると、R1およびR2が、それらが結合しているLと共に、飽和環もしくは部分飽和環を形成することができ;
R3およびR4が、各々独立して、H、またはC1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C2−C8アルケニル、C5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に置換されてもよく;またはR3およびR4が、共に結合して、飽和複素環を形成することができ;
R5が、H、C1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C2−C8アルケニル、もしくはC5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に置換することができるか;または、R5およびR4が、共に結合して、飽和複素環を形成することができ;
各Xが、独立して、H、C1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C2−C8アルケニル、もしくはC5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に、OR、F、Cl、Br、IもしくはNR2で置換することができるか;または、総合すると、X基の2つが、共に、任意に置換された環、飽和環、部分飽和環、芳香環もしくはヘテロ芳香族環を形成することができ;
Rが、H、C1−C20直鎖状アルキル、C3−C20分枝状アルキル、C3−C8シクロアルキル、C2−C8アルケニル、またはC5−C8アリールであって、それらの各々は、任意に置換されてもよく;
nおよびmの各々が、独立して、1または2であり;
kが、1または2であり;
かつ
zは0または1である。
[M(LNN’)Za] (II)
μN[M(LNN’)Za]2 (III)
式中:
各々のZは独立して、水素またはハロゲン原子、C1−C6アルキル、ヒドロキシル、またはC1−C6アルコキシ、ニトロシル(NO)基、CO、CNR、またはPR3であり、ここでRは、アルキルまたはアリール、PMe3またはPPh3であり;
Mは遷移金属であり;かつ
各々のLNN’は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の化合物である配位子である。
[M(LNN’)Za] II
μN[M(LNN’)Za]2 III
式中、LNN’は式Iの三座のリガンドであり、2または3に等しい。各々のZは同時にまたは独立して水素またはハロゲン原子、C1−C6アルキルラジカル、ヒドロキシル基、またはC1−C6アルコキシラジカル、ニトロシル(NO)基、CO、CNR(R=アルキル、アリール)、PMe3またはPPh3であり、およびMは遷移金属である。現在記載されているこの錯体は、中性型およびカチオン型の両方で存在し得る。
例示的な錯体1〜9の構造を下に示す:
本出願はさらに、触媒性水素化プロセスを提供する。上記の式IIおよびIIIの触媒錯体は、C=C二重結合の存在下でエステル基の還元に対して高い選択性を示すことが見出された。これによって、軽度の還元条件下で、限定するものではないが、オリーブ油またはキャノーラ油のような中性の生成物から不飽和アルコールを誘導する有用な方法が得られる。
本出願はさらに、式IIおよびIIIの触媒錯体を用いる触媒性脱水素のプロセスを提供する。例えば、この触媒またはプレ触媒は、以下のスキームによって、1つ以上の−CH2OH基を保有しているC2−Cn(n=4−200)アルコールの脱水素に適切であり、それによって水素ガスおよび対応するエステルまたはラクトンが得られる。一実施形態では、このプロセスは、均一な脱水プロセスであり、これは、既存の不均一技術の代わりに用いられてもよく、好ましくは、塩基なしの反応条件を用い、かつ高い反応温度を回避する。
他に言及しない限り、全ての操作は不活性ガス(アルゴンまたは窒素)下で、グローブボックス中で、または標準的なSchlenk技術を用いて行った。NMRスペクトルを、Varian Unity Inova 300MHz分光計で記録した。全ての31P化学シフトは、85%H3PO4に対してである。1Hおよび13Cの化学シフトは、溶媒ピークに対して測定したが、TMSに対して報告される。OsO4およびRuCl3・3H2Oは、Pressure Chemicalsから購入した。全ての他の化学薬品および無水等級の溶媒は、AldrichおよびAlfa Aesarから入手した。市販の無水等級のエタノールはさらに、ナトリウム金属上で蒸留して、アルゴングローブボックス中に保管した。(NEt4)2OsCl6、RuHCl(CO)(AsPh3)3、OsHCl(CO)(AsPh3)3、RuCl2(PPh3)3、RuCl2(CO)(DMF)(PPh3)2を、前に報告された方法によって調製した。(Gusev,D.G.,Dolgushin,F.M.,Antipin,M.Yu.Organometallics 2001,20,1001;Spasyuk,D.,Smith,S.,Gusev,D.G.Angew.Chem.2012,51,2772〜2775;Shaw,A.P.,Ryland,B.L.,Norton,J.R.,Buccella,D.,Moscatelli,A.Inorg.Chem.2007,46,5805−5812;Rajagopal,S.,Vancheesan,S.,Rajaram,J.,Kuriacose,J.C.J.Mol.Cat.1983,22,131〜135,すべてが参照によって本明細書に援用される)。
2−アミノエチルジイソプロピルアミン(6.32g、0.044mmol)を、2−ピコリルアルデヒド(4.70g、0.044mmol)に添加し、その混合物を、1時間撹拌した。得られたイミンを、メタノール(15mL)で希釈して、NaBH4(1.66g、0.044mmol)を1時間の間、滴下した。次いで、全ての揮発物を、減圧下で除去し、その残渣を20mLのジクロロメタンに再溶解した。その溶液を、Al2O3の短いパッド(3×2cm)を通して濾過した。次いで、酸化アルミニウムを、10mLのジクロロメタンで洗浄し、収集した濾液をエバポレートして、減圧下で1時間乾燥した。生成物を、黄色の油として得た(8.41g、90%)。
10mLのTHFの中の2−ピコリルアルデヒド(1.66g、0.0155mmol)を、THF(26.0g、0.0162mmol)中に、2−(ジ−i−プロピルホスフィノ)エチルアミンの10重量%溶液に添加して、その混合物を1時間撹拌した。次いで得られたイミンを、水素化ジイソブチルアルミニウム(22.7mL、トルエン中に1.5M、0.0341mmol)を用いて、1時間(注意!!!発熱性反応!)処理して、1時間撹拌させた。その時間後、その溶液を、1mLの水(注意!!!発熱性反応!)でクエンチし、得られた懸濁物を塩基性アルミナの短いパッド(3×2cm)を通して濾過した。その固体を、THF(3 ? 10mL)を用いて洗浄し、収集された濾液をエバポレートして、減圧下で3時間乾燥した。その生成物を、黄色の油として得た(2.84g、73%)。
250mLの丸底Schlenkフラスコに、空気中で、RuCl3・3H2O(1.26g、4.85mmol)、AsPh3(5.94g、19.4mmol)、NEt(iPr)2(5.00g、38.7mmol)、2−メトキシエタノール(115mL)および水性ホルムアルデヒド(40%、15mL)をロードした。栓をしたフラスコを、短時間開けて減圧して、アルゴンを再充填した;この手順を5回繰り返した。撹拌した反応混合物を、125℃の浴温度を維持しながら、油浴中で4時間加熱した。得られた灰色がかった懸濁物を、室温に1時間おいておいた。その沈殿物を濾過して、エタノール(3×5mL)で洗浄し、減圧下で2時間乾燥して、オフホワイトの固体を得た。収率3.14g(66%)。
tBuOK(15mg、0.13mmol)を、10mLのTHF中の錯体1(51mg、0.10mmol)の溶液に添加し、その混合物を3分間撹拌した。得られた溶液の1mLを、安息香酸メチル(2.72g、20.0mol)または他の所望の基質と、6mLのTHFまたはトルエン中で混合した。次いで、その混合物を、磁気スターラーバーを装備した75mLのステンレス鋼リアクター(Parr 4740)中に入れた。そのリアクターを、H2(150psi,10Bar)による2サイクルの加圧/通気によってパージし、次いでH2(725psi,50Bar)で加圧して、H2源から外した。その反応は、予備加熱した油浴中、100℃で1.5時間行った。反応時間の終わりに、そのリアクターを、冷たい水浴中に入れて、これを環境温度への冷却後に減圧した。減圧下で全ての揮発性物質(THF,CH3OH)をエバポレートした後に、生成物ベンジルアルコールを得た。その結果を下の表1〜4に示す。試験した基質の詳細な列挙に関しては表2を参照のこと。
THFまたはトルエン中の4.7mg/mLの2(0.01mmol[Os])を含んでいる1mLの溶液を、6mLのTHFまたはトルエン中の安息香酸メチル(2.72g、20.0mmol)の溶液に添加した。引き続く操作を、実施例7における手順に従って行った。
トルエン(0.006mmol[Os]を含んでいる)中の2の4.7mg/mL溶液の0.6mLを、6mLのトルエン中のオリーブ油の溶液(1.86g、2.00mmol)に添加した。全ての引き続く操作を、7時間の反応時間を用いて実施例7の手順に従って行った。その生成物混合物をエバポレートして、減圧下で1時間乾燥した。グリセロールからの脂肪アルコールのさらなる分離は、ヘキサン抽出によって、またはグリセロールからの脂肪アルコールの遠心分離およびデカンテーションによって行ってもよい。
THFまたはトルエンおよびtBuOK(22.6mg、0.2mmol)中の3(0.01mmol)の4.2mg/mL溶液の1mLを、6mLのTHFまたはトルエン中のカプロン酸メチルの溶液(2.94g、20.0mmol)に添加した。全ての引き続く操作は、実施例7に記載の手順に従って行った。
500mLのフラスコ中で、50.0g(0.191mol)のPPh3を、200mLのTHF中に溶解して、4.00g(0.571mol)の顆粒化されたLiを添加した。この混合物は、色が急速に鮮やかなオレンジ色に、続いて濃い赤色に変化した。この反応物を一晩撹拌し、次いで生成物溶液を、ガラスフリットを通して、500mLのフラスコ中に濾過した。濾液への19.3g(0.166mol)の2−クロロエチルアミン塩酸塩の緩徐な添加(注意:発熱性反応!)によって、淡いオレンジ色の溶液を得て、これをさらに30分間撹拌させ、次いで、3.00gのH2Oで処理した。減圧下での溶媒除去によって、粘性の残渣を得た。その粗生成物を3×20mLのヘキサンで洗浄し、得られた白色のスラリーを、70mLのトルエンで抽出し、Al2O3の短いプラグ(2cm×1cm)を通して濾過した。トルエン抽出物を、ロータリーエバポレーター(rotavap)を用いてエバポレートし、引き続き減圧下で乾燥して、34.69g(91%)の粗(83〜85%)NH2(CH2)2PPh2を淡黄色の油として得た。この生成物を、実施例12の合成において精製なしに用いた。
20mLのTHF中の2−ピコリルアルデヒド(23.2g、0.216mol)の溶液を、80mLのTHF中の60g(83%、0.218mol)の2−アミノエチルジフェニルホスフィンにゆっくり添加し、その混合物を3時間撹拌した。次いで、40mLのヘキサンを添加して、その混合物を−18℃の冷蔵庫中に置いて、これによってオフホワイトの沈殿物を生成した。その固体を濾過して、変性したエタノール(2×10mL)および40mLのヘキサンで洗浄し、次いで減圧下で2時間乾燥した。その生成物を、オフホワイトの固体として得た。収率47.2g(68%)。
40g(0.126 mol)のPyCH=NCH2CH2PPh2を、250mLフラスコ中で、100mLのメタノール中に懸濁し、続いて、2時間にわたって5.24g(0.138mol)のNaBH4を緩徐に添加した。さらに30分間の撹拌後、その混合物を、エバポレートして、その油状残渣を3×30mLのトルエンで抽出した。トルエン溶液を、Al2O3の短いプラグ(2cm×2cm)を通して、追加して2×20mLのトルエンを用いて濾過して、固体を洗浄した。その溶媒を減圧下で除去して、その生成物をさらに2時間乾燥して、37.2g(92%)の淡黄色の油を得て、これは室温でさらに静置した際に結晶化した(7〜10日後)。
撹拌子を備える50mLのSchlenkフラスコに、アルゴン下で0.052mmolの錯体2、3、または5、0.5〜1モル%のtBuOK(錯体3および錯体5を含む)、ならびに計算された量の基質(基質と金属の比、1000:1)を入れた。次いで、(アルゴンマニホールドに取りつけられ、通気孔を付けた)フラスコを油浴に入れ、希釈していないアルコールの沸点をわずかに上回る温度で加熱した。シリンジを用いてセプタムストッパーを通して反応溶液から取り出した試料0.6mLを用いて、変換を1H NMR分光法によって監視した。
NH2(CH2)2PtBu2の合成を、公知の手順(6、参照により本明細書に組み込まれる)に従って行った。THF10mL中の2−ピコリルアルデヒド(picolyl aldehyde)(2.04g、19.04mmol)の溶液を、THF10mL中の2−(ジ−tert−ブチルホスフィノ)エチルアミン(3.60g、19.04mmol)に加えた。混合物を1時間撹拌し、次いで、真空下で1時間エバポレートおよび乾燥させた。油性残留物をトルエン15mLに再び溶解し、トルエン中1.5MのDIBAL溶液(16.5mL,24.75mmol)でゆっくり(1時間かけて)処理した(注意:発熱反応!)。生成溶液を30分間撹拌し、次いで、水1mLで急冷した(注意:発熱反応!)。得られた懸濁液を塩基性アルミナの短いプラグ(2.1cm)を通して濾過し、個体をTHF(10mLで3回)で洗浄した。濾液を真空下で3時間蒸発および乾燥させ、生成物を黄色油として得た(3.79g、71%)。
さらに、錯体7を、極性C=X結合を有する化合物の水素化で試験した。最近、エステルの触媒水素化に非常に関心が集まっている。最先端の工業用触媒の性能は素晴らしいが、(a)反応温度を好ましくは20〜40℃程度まで低下させるため、(b)触媒添加を好ましくは0.05モル%未満まで低下させるためのさらなる改良が非常に望まれる。これらの留意事項によって導かれるように、錯体7を、上記の表1〜4に示されるいくつかの標準基質の水素化で試験した。ここで留意すべきは、示される反応の全ては40℃で行われたことである。
ジクロロメタン中の飽和溶液にヘキサンをゆっくり拡散させることによって、錯体7の単結晶を成長させた。Helios optics社のKappa Nonius(商標)ゴニオメータおよびプラチナ−135検出器を備えるBruker Microstar(商標)発生装置でデータを収集した。セルの構造精密化(cell refinement)およびデータ整理をSAINT(商標)(SAINT(1999)リリース6.06;単結晶データ用のインテグレーションソフトウェア、Bruker AXS Inc.、マディソン、ウィスコンシン州、USA)を用いて行った。プログラムSADABS(商標)(Sheldrick,G.M.(1999).SADABS,ブルカーエリア検出器(Bruker Area Detector)吸収補正、Bruker AXS Inc.、マディソン、ウィスコンシン州、USA)を用いて、同等の反射の複数測定に基づいて、実験的吸収補正を適用した。SHELXTL(XPREP(1997)リリース5.10;X線データの作成および逆格子空間探査(Reciprocal space Exploration)プログラム、Bruker AXS Inc.、マディソン、ウィスコンシン州、USA;SHELXTL(1997)リリース5.10;単結晶構造決定のための完全なソフトウェアパッケージ、Bruker AXS Inc.、マディソン、ウィスコンシン州、USA)のXPREPの決められた方法によって、空間群を確認した。構造を直接法によって解析し、LinXTLツールボックス(Sheldrick,G.M.(1997).SHELXS97,結晶構造の解法のためのプログラム、ゲッティンゲン大学、ドイツ;Sheldrick,G.M.(1997).SHELXL97、結晶構造の構造精密化のためのプログラム、ゲッティンゲン大学、ドイツ)の一部としてのSHELX−97を用いて、完全行列の最小2乗および異なるフーリエ法によって構造精密化させた。全ての非水素原子を、異方性置換パラメータで構造精密化させた。水素原子を計算された位置に置き、共通の熱パラメータでライディング原子(riding atom)として構造精密化させたが、異なるフーリエマップ中の残ピークから位置づけられたNH部分および水素化物の水素原子は除いた。収集パラメータならびに結合距離および結合角度は、それぞれ、表5および表6の中に記載されている。
Claims (33)
- 式Iの化合物
Lが、ホスフィン(PR1R2)、スルフィド(SR1)、またはカルベン基(CR1R2)であり;
各Yが、独立して、C、NまたはS原子であり、ここで少なくとも2つのYはCであり;
点線が、同時にまたは独立して、単結合または二重結合を表し;
R1およびR2が、各々独立して、H、またはC1−C20直鎖状アルキル、C3−C20分枝状アルキル、C3−C8シクロアルキル、C2−C8アルケニル、C5−C20アリールであり、それらの各々は、任意に、ORもしくはNR2で置換されてもよく;または、総合すると、R1およびR2が、それらが結合しているLと共に、飽和環もしくは部分飽和環を形成することができ;
R3およびR4が、各々独立して、H、またはC1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C2−C8アルケニル、C5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に置換されてもよく;または、R3およびR4が、共に結合して、飽和シクロアルカンもしくは飽和複素環を形成することができ;
R5が、H、C1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C2−C8アルケニル、もしくはC5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に置換することができるか;または、R5およびR4が、共に結合して、飽和複素環を形成することができ;
各Xが、独立して、H、C1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C2−C8アルケニル、もしくはC5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に、OR、F、Cl、Br、IもしくはNR2で置換することができるか;または、総合すると、X基の2つが、共に、任意に置換された環、飽和環、部分飽和環、芳香環もしくはヘテロ芳香族環を形成することができ;
Rが、H、C1−C20直鎖状アルキル、C3−C20分枝状アルキル、C3−C8シクロアルキル、C2−C8アルケニル、またはC5−C8アリールであって、それらの各々は、任意に置換されてもよく;
nおよびmの各々が、独立して、1または2であり;
kが、1または2であり;かつ、
zが、0または1である)。 - 式中、R3およびR4が、各々独立して、H、またはC1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C1−C8アルケニル、C5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に置換されてもよく;
R5が、H、C1−C8直鎖状アルキル、C3−C8分枝状アルキル、C3−C8環状アルキル、C3−C8アルケニル、またはC5−C8アリールであり、それらの各々は、任意に置換することができる、請求項1に記載の化合物。 - R4およびR5が共にHである、請求項1または請求項2に記載の化合物。
- 各YがCである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
- kが2であり、各XがHである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
- Lがホスフェン(phosphene)である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物。
- 式IIまたは式IIIの錯体
[M(LNN’)Za] (II)
μN[M(LNN’)Za]2 (III)
(式中、
各Zが、独立して、水素またはハロゲン原子、C1−C6アルキル、ヒドロキシル、またはC1−C6アルコキシ、ニトロシル(NO)基、CO、CNR、またはPR3であり、Rが、アルキルもしくはアリール、PMe3またはPPh3であり;
Mが遷移金属であり;
各LNN’が、請求項1〜7のいずれか一項に記載の化合物である配位子である)。 - Mが、第7属の金属、第8属の金属または第9属の金属である、請求項8に記載の錯体。
- MがRuまたはOsである、請求項8または請求項9に記載の錯体。
- 基質の脱水素化のプロセスであって、前記基質を請求項8〜13のいずれか一項に記載の触媒量の錯体で処理することを含むプロセス。
- 前記基質が少なくとも1つのアルコール部分を含む、請求項14に記載のプロセス。
- 式IVの化合物が、脱水素化を受けることができる2つ以上のヒドロキシル部分を含む、請求項16に記載のプロセス。
- R9が、脱水素化を受けることができるアミノ基を含む、請求項16に記載のプロセス。
- R9がメチルである、請求項16に記載のプロセス。
- H2を生成するプロセスであって、基質を請求項8〜13のいずれか一項に記載の触媒量の錯体で処理することによる前記基質の脱水素化を含むプロセス。
- 前記基質がアルコール、アミンまたはチオールを含む、請求項21に記載のプロセス。
- 前記基質がアンモニア−ボランである、請求項21に記載のプロセス。
- 前記プロセスが水素受容体を必要としない、請求項14〜23のいずれか一項に記載のプロセス。
- 均一プロセスである、請求項14〜24のいずれか一項に記載のプロセス。
- 基質の水素化のプロセスであって、水素分子の存在下で、前記基質を請求項8〜13のいずれか一項に記載の触媒量の錯体で処理することを含むプロセス。
- 前記基質が少なくとも1つのエステルを含む、請求項26に記載のプロセス。
- 無溶媒のプロセスである、請求項24〜29のいずれか一項に記載のプロセス。
- 酢酸エチルを生成するためのプロセスであって、エタノールを請求項8〜13のいずれか一項に記載の触媒量の錯体で処理することを含むプロセス。
- 均一プロセスである、請求項31に記載のプロセス。
- 水素受容体を必要としない、請求項31または請求項32に記載のプロセス。
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