JP2016505075A - ノルボルネニルヒドロカルビレンジヒドロカルビルボランおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年1月31日に出願された米国仮出願第61/758,938号に基づく利益を主張し、その出願の全内容は参照により本明細書に援用されている。
分子の幾何構造、すなわち分子構造は、分子を構成する原子の三次元配置であり、物質の反応性を含む該物質のいくつかの特性を決定する。分子の幾何構造は、様々な分光学的方法や回折方法により決定することができる。IR、マイクロ波およびラマン分光法では、これらの技術により検出される振動吸収および回転吸収の詳細から分子の幾何構造に関する情報を得ることができる。X線結晶構造解析、中性子回折、および電子回折により、核間の距離および電子密度の集中に基づいて結晶性固体の分子構造を得ることができる。NMR法を使用して、相対距離、二面角、角度および結合性を含む補足的情報を決定することができる。温度が高くなると、よりとりやすい幾何構造で分子構造が平均化されるため、分子の幾何構造は低温で決定するのが最良である。比較的大きい分子は、ポテンシャルエネルギー表面のエネルギーが近い複数の安定な幾何構造(配座異性)で存在することが多い。幾何構造は、アブイニシオ(ab initio)量子化学法により高精度で計算することもできる。分子の幾何構造は、固体、溶液、および気体で異なり得る。
本発明の実施形態はまた、固体になり得るジヒドロカルビルボランを包含する。本発明の実施形態は、ジヒドロカルビルボランとして、ジシクロヘキシルボランダイマー、ビス(ジメシチル)ボラン、ジ(イソピノカンフェイル)ボランダイマー、およびビス(トリイソプロピルフェニル)ボランモノマーを包含する。実質的に純粋なジヒドロカルビルボランダイマーを残して、製造に使用される任意の試薬やより溶解性の高いモノヒドロカルビル生成物および/またはトリヒドロカルビルボラン生成物を容易に洗い流し得るように、固体の形態が望ましいことがある。さらに、固体の形態は、ジヒドロカルビルボランのモノヒドロカルビルまたはトリヒドロカルビルボランへの再分配(末端炭素に対する反応の位置選択性を低下させ得る。)を防止することができる。したがって、本発明の少なくとも1つの実施形態では、ジヒドロカルビルボランは室温で固体である。
11Bは、緩和速度が比較的速く、同位体存在率が高いため、NMRによるホウ素含有化合物の定量分析に好適である。本明細書に記載の様々なR1R2BH、(R1R2BH)2、およびR1R2BH・LB錯体のケミカルシフトおよびBH結合定数は文書で十分に裏付けられており、それらからホウ素の配位数に関する情報とR1部分およびR2部分の性質に関する定性的情報の両方を得ることができる。特に、特定の同族列(例えばR1R2BH系列、ここで式中のR1およびR2はいずれも同じ脂肪族ヒドロカルビル基である)のルイス酸性度内で、拡張により、配位溶媒中におけるケミカルシフトはR1基およびR2基の立体特性/誘導特性とよく相関する可能性がある。
本発明の別の実施形態では、式Aの適切なボランの反応による式(I)の化合物生成の選択性を予測する方法が提供される。この実施形態では、Gamess, NWchem and Gaussian 09ソフトウェアパッケージを用いてアブイニシオ計算を行った。ボラン(例えば、式Aの(R1)(R2)BH)と式Bの系列のアルケニルノルボルネン型化合物との反応における反応物、生成物および遷移状態の最適化は、B3LYP/6-311+G**理論レベルで行われる。(R1)(R2)BHの炭素−ホウ素−炭素(C−B−C)結合角は、このレベルで最適化された幾何構造に対応する。平衡状態および遷移状態における幾何構造は、それぞれ、後の振動解析で正確に0の振動数および1つの虚数振動数が存在することにより確認される。その系列における最適化構造のエンタルピーおよび自由エネルギー(298K)は、調和振動子近似および剛体回転子近似を用いた振動数計算(B3LYP/6-311+G**)から推定される。ビニル付加選択性(kNB/kビニル)の推定は、以下の関係を用いた環付加遷移状態とビニル付加遷移状態とで気相自由エネルギー(ΔG‡ 298K)の計算値を比較することにより行った。
{式中、
KNBは、式Bの環内二重結合への式Aのボランの付加に関する速度定数であり、
kビニルは、式Bの側鎖アルケニル二重結合への式Aのボランの付加に関する速度定数であり、
Tは、ケルビン(°K)度での温度であり、
Rは、理想気体定数であり、
ΔΔG‡は、アルケニル二重結合へのボラン付加と環内二重結合へのボラン付加との遷移状態の自由エネルギーの差である}
実施例B1:ジ(イソプロピルプレニル)ボランの合成
ジ(イソプロピルプレニル)ボランは、Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, pp. 3399-3404に概述されている文献の方法に従って製造した。窒素雰囲気下で、0℃において2,5−ジメチル−2,4−ヘキサジエン(3g、17.4mmol)のTHF(3.0mL)溶液にTHF・BH3のTHF溶液(12.5mL、1.0M)をゆっくりと添加し、混合物の温度を5℃未満に維持した。反応を0℃で3時間進行させた。一般に、ジ(イソプロピルプレニル)ボランは単離せず、ヒドロホウ素化試薬として溶液で使用する。
窒素雰囲気下で、2,5−ジメチル−1,5−ヘキサジエン(7.54g、68.4mmol)を、0℃のTHF・BH3のTHF溶液(64.5mL、1M)に添加した。反応を0℃で1時間進行させた後、反応溶液を1時間還流した。一般に、ビス(3,6−ジメチル)ボレパンは単離せず、ヒドロホウ素化試薬として溶液で使用する。
窒素雰囲気下で、0℃においてシクロヘキセン(3.64g、44.3mmol)のジエチルエーテル(40mL)溶液を撹拌しながらTHF・BH3のTHF溶液(21.5mL、1M)をゆっくりと添加した。反応を0℃で4.5時間進行させた。白色沈殿物を攪拌せずに沈降させた。上澄み溶液をカニューラで移して除去し、白色固体をジエチルエーテルで洗浄した。減圧乾燥後、ジシクロヘキシルボラン2.48gを得た(収率65%)。
窒素雰囲気下で、0℃においてジシクロヘキシルボランのTHF溶液(8mL、1M)にピコリン(745mg、8mmol)を添加した。反応混合物を室温に昇温させた。一般に、ジシクロヘキシルボラン−ピコリン錯体は単離せず、ヒドロホウ素化試薬として溶液で使用する。
撹拌機、目盛付滴下漏斗、およびサーモウェルと窒素導入管アダプターとを保持するクライゼンヘッドを取り付けた2Lの三口フラスコを窒素フラッシュ下に120℃で乾燥させた。室温まで冷却した後、ボラン−硫化ジメチル(BDMS)(69.4g、93%、0.85mol)をカニューラで滴下漏斗に移し、次いで反応フラスコに滴下した。BDMSを撹拌しながら、無水ジエチルエーテル400mlを滴下漏斗で添加した。溶液を−9℃に冷却した後、シクロヘキセン(143.8g、1.75mol)を滴下した。シクロヘキセンの約1/2を添加した後、沈殿が起こった。添加時間は37分、温度は−10〜+4℃の範囲であった。混合物を−1〜15℃で約3時間撹拌した。混合物を−10℃に冷却し、exo−ビニルノルボルネン(102.1g、0.85mol)を7分間で素早く添加した。冷却浴を取り除いて混合物を室温に昇温させた。室温付近においで、混合物は透明になり、34℃まで急速に昇温した。溶液を終夜撹拌した。アルコールとしてNMR分析を行ったところ、NBEtOH:シクロヘキサノールが33:67の比であった。GC分析から、NBEtOH:シクロヘキサノールが35:57の比であることがわかった。混合物を356mlの画分と328mlの画分に分割し、各画分をロータリーエバポレータで蒸留して、(ノルボルネニルエチル)ジシクロヘキシルボラン濃縮物129gおよび119gを得た。回収物の合計量は250gであり、収率は98.5%であった。130g分を無水ジグライム800mlに溶解し、14.9wt%溶液を得た。120g分を無水THF800mlに溶解し、14.7wt%溶液を得た。
実施例N1:exo−VNBの製造
米国特許出願公開第2009/0054714号明細書(2009年2月26日)の実施例19の方法に従い、分離カラム内において背圧制御下で温度勾配および圧力勾配を用いてendo−exo−ビニルノルボルネン(endo/exo−VNB、Ineos BV,Belgium)を熱分解することにより、高純度のexo−ビニルノルボルネン(純度>98.5%)を得た。
T. WipkeおよびG. L. GoekeによるJ. Am. Chem. Soc. (1974), 96 (13), 4244に記載されている実験手順の変法を使用した。1Lの四口丸底フラスコ(RBF)に、撹拌機、サーモウェル、セプタム、および窒素導入管を備える冷却器を取り付けた。このRBFに、無水ベンゼン450mlに懸濁させた塩化パラジウム(PdCl2)(45g、0.25mol)を仕込んだ。混合物を室温で18時間撹拌し、濾過し、ペンタンで洗浄し、減圧乾燥して、44.8g(0.25mol)のPdCl2を得た。不活性雰囲気下でPdCl2を250mLのRBFに移し、exo−/endo−ビニルノルボルネン91.1g(0.76mol、3当量)を添加し、混合物を室温で18時間撹拌して、オフホワイトの濃厚なペーストを得た。次いで、ペンタン100mLを添加し、混合物を室温でさらに24時間撹拌した。オフホワイトの綿状の沈殿物を濾過し、ペンタンで洗浄し、減圧乾燥して、NMRによる純度が>99%であるジ−μ−クロロビス(2−exo−クロロ−5−endo−ビニル−3−ノルボルニル)ジパラジウム錯体66g(収率88%)を得た。褐色の未反応PdCl2(6.4g)を分離して、exo−/endo−VNBの別の仕込み量(4当量)に添加し、室温で24時間撹拌した。オフホワイトの沈殿物をペンタンですりつぶし(triturated)、濾過し、ペンタンで洗浄した。オフホワイトの錯体を減圧乾燥し、NMRによる純度が>99%である錯体7.6g(収率10%)を得た。1H NMRおよび13C NMRは構造と整合性があった。この反応の全収率は98%であった。
8Lのステンレス鋼製オートクレーブ反応器に、1,5−ヘキサジエン(純度>99%、Boulder Scientific Company)2.1kg(25.6mol)を仕込んだ。撹拌を開始し、上記反応器から空気を真空排気し、5psigの窒素を充填した。200℃までの加熱を開始し、200℃に達したら反応器をこの温度に6.5時間保持した。この間、1,5−ヘキサジエン0.05kg(0.7mol)とジシクロペンタジエン(純度>99%、Cymetech, LLC)0.43kg(3.3mol)との混合物を反応器に1.24g/分の一定速度で添加した。添加が終了したら、反応器を200℃で30分保持した後、周囲温度まで冷却し、内容物を取り出した。主な成分は、GC面積の測定による同定によれば、1,5−ヘキサジエン67%、ジシクロペンタジエン0.5%、ブテニルノルボルネン26%、シクロペンタジエントリマー0.1%であった。合計5つの反応を終了し、蒸留して、含有率99%超(GC面積)のブテニルノルボルネン2.4kgを生成した。
1,7−オクタジエン(OCT)の仕込み量(2.35kg、21.32mol)を2ガロンのParr反応器に添加した。融解したジシクロペンタジエン(DCPD、860g、6.52mol)をOCT140gと混合して2Lのボトルに入れた。次いで、このボトルを天秤に載せ、供給重量を監視できるようにした。計量供給ラインをDCPD/OCT混合物でフラッシュした後、Parr反応器の入口ポートに固定し、封止した。封止した反応器を窒素で3回フラッシュした後、最後に5psigの窒素圧力で封止した。混合物を300rpmで撹拌しながら、反応混合物を200℃に加熱した。温度が200℃で安定化したら、DCPD/OCTの供給を2.76ml/分で開始した。計量供給を6.5時間で完了し、さらに0.5時間保持した。得られた最大圧力は81psigであった。混合物を25℃に冷却し、反応器から排液して、粗生成物3350gを回収した。GC分析から、おおよそシクロペンタジエン(CPD)0.2%、OCT45%、DCPD1.2%、ヘキセニルノルボルネン(NBHexe)37%、CPDトリマー0.8%、テトラシクロドデセンヘキセニル(TDHexe)5.6%、ビス−ブテニルノルボルネン(NBBuNB)6.5%、および重量物(Heavies)2%であることがわかった。上記仕込みを6回繰り返した。ヘキセニルノルボルネンの全粗製物(19.7kg)を合わせて22Lの三口丸底フラスコに入れ、ステンレス鋼製Pro−Pak充填物を有する96”インチのガラスカラム部分を通して精製した。減圧蒸留条件は、50〜102℃、4〜16Torrであった。蒸留留分(収率72%)は、おおよそDCPD0.03%、NBHexe99.63%、その他0.34%を含む無色透明な液体であった。
実施例F1:exo−NBEtOH
撹拌機、窒素導入管、サーモウェル、およびセプタムで栓をした滴下漏斗を取り付けた3Lの四口フラスコを、窒素パージ下で約140℃に加熱することにより乾燥した。フラスコを<−10℃に冷却した。BH3・SMe2(100ml、1.05mol)を滴下漏斗に移した後、冷却したフラスコに滴下した。BH3・SMe2を撹拌しながら、−17℃までさらに冷却した。無水エチルエーテル420mlに溶解したシクロヘキセン(177.5g、2.17mol)を素早く滴下した。最初の125mlを添加した後、温度が4℃に上昇し、固体が沈殿し始める。温度が+1℃に達したらシクロヘキセン溶液の添加を停止した。その後、温度は+9℃に上昇した。反応を−5℃に再冷却した後、シクロヘキセン溶液の添加を再開した。添加は1時間25分で終了し、温度は−17〜+9℃の範囲であった。次いで、混合物を−6℃〜+1℃の温度で3.5時間撹拌した。次いで、反応を−17℃に冷却した。濾取したexo−5−ビニルノルボルネン(110.3g、0.918mol)を無水エチルエーテル250mlに溶解した後、ジシクロヘキシルボランのスラリーに滴下した。添加は−17〜−11℃の温度で、20分で完了した。冷却浴を取り除いた。混合物を室温に昇温させ、終夜撹拌した。反応が26℃の温度に達したとき(昇温の32分後に発熱が少し起こった)、反応混合物は透明になった。室温で2時間後にGC分析を行ったところ、シクロヘキサノール:NBEtOHは期待された66:32の比であることがわかったが、より希薄な試料ではこの比が79:19であると示されたため、GC分析は整合性がなかった。終夜撹拌した後、NMR分析から、上記の比は、実際はシクロヘキサノール:NBEtOHが61:39であることがわかった。
無水ジグライムに溶解した14.9wt%ジシクロヘキシル(エチルノルボルネニル)ボラン410.04g(0.23mol)を、撹拌機と窒素導入管アダプターとを保持するクライゼンヘッドを取り付けた一口フラスコに入れた。トリメチルアミンオキサイド(68.3g、0.614mol)を添加した。すぐ発熱が起こり、温度は約73℃に上昇し、激しく発泡した。初期反応が沈静したら、混合物を2時間加熱還流(約172℃)した。しかし、還流のわずか16分後にトリメチルアミンの気体発生が停止した。反応を室温に冷却し、飽和食塩水100mlを添加し、混合物を分液漏斗に移した。これによりエーテルおよび水に不溶な多量の固体が残留したが、3.5N塩酸で分解することができた。相を分離し、有機部分を飽和食塩水150ml×2で洗浄した。有機相のGC分析から、シクロヘキサノール25%、ジグライム66%、およびNBEtOH8%であることがわかった。有機相を14インチのビグリュー(Vigreux)カラムを通して減圧蒸留し、合計11.19gのNBEtOH(純度94%)を回収した。
撹拌機、窒素導入管、サーモウェル、および滴下漏斗を取り付けた1Lの四口フラスコをホットエアガンで乾燥した。ボラン硫化ジメチル(96.4%、34ml、27.7g、0.351mol)を窒素圧力で滴下漏斗に移した後、反応フラスコに滴下した。撹拌したボラン−硫化ジメチルに無水エーテル(160ml)を滴下漏斗で添加した。溶液を−8℃に冷却した。シクロヘキセン(59.1g、0.72mol)を素早く滴下した。34分以内に添加を完了した。温度は−8℃〜+6.0℃の範囲であった。添加時間の最初の7分が経過した後、ジシクロヘキシルボランの沈殿が起こった。3℃〜23℃で2時間混合物を撹拌した。混合物を−12℃に冷却した。endo、exo−ブタ−1−エニルノルボルネン(51.6g、0.348mol)を2分以内に素早く添加した。反応温度は−9℃に上昇した。冷却浴を取り除き、反応混合物を室温に昇温させた。12分後、温度は16℃に達した。反応は急に発熱し、温度は3分以内に急上昇して最高33℃に達し、溶液は透明になった。17分後、温度は25℃に低下した。反応混合物を周囲温度で終夜撹拌した。GC分析から、シクロヘキサノール(CyOH)40.8%、未反応のブテニルノルボルネン5.6%、ならびにendo−およびexo−ノルボルネンブタノール49.4%であることがわかった。反応混合物を−3℃に冷却した。8%NaOH170.4gを2分以内に素早く添加した。温度は+7℃に上昇した。混合物を+2℃に冷却した。試薬アルコール137mlを添加すると、温度は11℃に上昇した。得られた濁った溶液を−2℃に冷却した後、50mlの35%H2O2を添加した。この添加は53分で完了し、温度は26℃に上昇した。2回目の35%H2O(79ml分)を17分以内に添加すると、温度は31℃に上昇した。17℃に冷却した後、冷却浴を取り除いた。反応混合物は2時間以内に26℃に徐々に昇温した後、25℃に自然冷却した。固体が沈殿した。濃塩酸25mlを添加してpHを約2にした。混合物を撹拌した後、沈降させた。液体分を固体からデカンテーションして、相を分離した。有機相を飽和食塩水100ml、飽和炭酸水素ナトリウム60mlを飽和食塩水40mlと混合したもの、および飽和食塩水100ml×3で洗浄するとpH7になった。次いで、有機相を室温〜50℃、12Torrのロータリーエバポレータで蒸留し、固体を含む液体111gを得た。GC分析から、CyOH47.2%、未反応のendo−およびexo−ブテニルノルボルネン4.3%、ならびにendo−およびexo−ノルボルネンブタノール47.1%であることがわかった。脱イオン水100mLを添加し、水がすべて除去されるまで混合物を55℃、10Torrのロータリーエバポレータで減圧蒸留した。これによりポットにCyOH35.3%、endo−およびexo−ブテニルノルボルネン0.6%、ならびにendo−およびexo−ノルボルネンブタノール61.8%が残留した。CyOHおよび未反応のブテニルノルボルネンの共沸留去を、蒸留水100mlでさらに4回処理して連続的に繰り返し行い、合計50.63gのポットを得た。これはCyOH1.5%を含有したが、ブテニルノルボルネンは含有せず、endo−およびexo−ノルボルネンブタノール95.3%を含有した。内径<7mmのガラスヘリックス4インチが充填された6.5インチのヘンペル(Hempel)管を通して混合物をゆっくり減圧蒸留した。CyOH非含有のendo−、exo−NBBuOHの全収量は37.63g(収率65%)であった。GC分析では2つの留分のendo:exo比は85:15および81:19であり、NMR分析ではendo:exo比は76:24であった。
撹拌機、窒素導入管、サーモウェル、および滴下漏斗を取り付けた1Lの四口フラスコをホットエアガンで乾燥した。ボラン硫化ジメチル(96.4%、29ml、23.1g、0.293mol)を窒素圧力により滴下漏斗に移した後、反応フラスコに滴下した。撹拌したボラン−硫化ジメチルに無水エーテル(130ml)を滴下漏斗で添加した。溶液を−12℃に冷却した。シクロヘキセン(48.1g、0.586mol)を素早く滴下した。添加は13分以内に完了し、温度は−12℃〜+4℃の範囲であった。添加時間の最初の8分が経過した後、ジシクロヘキシルボランの沈殿が起こった。4℃〜24℃で2時間混合物を撹拌した。混合物を−5℃に冷却した。endo、exo−ヘキサ−1−エニルノルボルネン(50g、0.284mol)を5分以内に素早く添加した。反応温度は−7℃に低下した。冷却浴を取り除き、反応混合物を室温に昇温させた。18分後、温度は16℃に達した。反応は急に発熱し、温度が3分以内に急上昇して最高33℃に達し、溶液は透明になった。30分後、温度は26℃に低下した。GC分析から、シクロヘキサノール(CyOH)38.5%、未反応のヘキセニルノルボルネン3.7%、ならびにendo−およびexo−ノルボルネンヘキサノール54.4%であることがわかった。反応をさらに2.5時間撹拌した。GC分析から、生成物の組成変化はほとんどないことがわかった。反応混合物を−4℃に冷却した。8%NaOH143.3gを2分以内に素早く添加した。温度は6℃に上昇した。混合物を+2℃に冷却した。試薬アルコール115mlを添加すると、温度は10℃に上昇した。
endo−ビニルノルボルネン(11.72g、97.48mmol)(実施例N2で得られたもの)を秤量し、窒素パージドライボックス内で500mLのフラスコに入れた。無水テトラヒドロフラン200mLをフラスコに添加し、endo−ビニルノルボルネンを溶解した。得られたendo−ビニルノルボルネン溶液に、ジシクロヘキシルボラン(17.41g、97.73mmol)を固体として室温で少しずつ添加した。室温で3時間撹拌した後、フラスコをドライボックスから取り出し、氷浴に入れた。水酸化ナトリウム溶液(100mL、3N)を添加した後、H2O2をゆっくり添加した。氷浴を取り除き、反応混合物を油浴中で50℃に18時間加温した。得られた混合物を濃塩酸溶液で酸性にした。その混合物に酢酸エチルを添加した後、該混合物を飽和Na2CO3および飽和食塩水で連続的に洗浄した。有機層をMgSO4で乾燥した。溶媒を50℃/100torrで蒸発させた。この混合物にDI水500mLを添加し、50℃/50torrで蒸留した。水を蒸発させた後、60℃/2torrで蒸留を継続した。GC分析による純度が99.7%のendo−ノルボルネンエタノール6.23gが得られた。
この実施例F6は、in situでのボラン生成を説明する。
撹拌機、滴下漏斗、および、窒素導入管とサーモウェルとを備えたクライゼンヘッドを取り付けた三口500mlフラスコをホットエアガンで107℃に乾燥した後、窒素流下で約40℃に冷却した。無水ジグライム(80ml)をシリンジでフラスコに注入した。溶媒が室温まで冷えたら、水素化ホウ素ナトリウム(3.3g、0.08mol)を添加した。混合物を撹拌しながら、シクロヘキセン(16.3g、0.2mol)をシリンジでフラスコに注入した。これにより、反応混合物がすぐスラッジ化した。反応混合物を氷浴で1℃に冷却した。硫酸ジメチル(7.6ml、0.08mol)を滴下した。2分以内に反応温度が9℃に上昇した。添加を停止したが、反応温度は次の2分間にわたり25℃まで上昇し続けた。これに伴って多量の発泡およびメタンの発生が起こった。得られた白色スラリーが6℃まで冷えたところで氷浴をメタノール−氷浴に取り換えた。反応混合物が−1℃まで冷えたら、硫酸ジメチルの添加を再開した。添加は10分後に完了した。温度は3℃〜−0℃の範囲であった。メタノール−氷浴を氷水浴に取り換えた。反応が3分以内に5℃に昇温したため、冷却浴をメタノール−氷浴に戻した。2分以内に、温度が−8℃まで低下したため、冷却浴を氷水浴に戻した。反応混合物を0℃で3時間撹拌した。次いで、exo−ビニルノルボルネン(98.3%exo、9.6g、0.08mol)をシリンジで0℃の反応混合物に注入した。氷水浴を取り除くと、反応混合物は次の42分以内に20℃に昇温し、このとき、反応混合物は部分的に透明になった。18〜23℃でさらに46分後、混合物の試料を採取した。GC分析により、シクロヘキサノール:NBEtOH比が59:41であることがわかった。理論比は66:34である。NMRから、未反応のexo−ビニルノルボルネンが残存していないことがわかった。反応混合物を18℃でさらに1.75時間撹拌した。GC分析により、シクロヘキサノール:NBEtOH比が65:35であることがわかった。反応をメタノール−氷浴で−13℃に冷却した。8wt%NaOH水溶液(38ml)を5分以内に添加すると、温度は1℃に上昇した。次いで、試薬アルコール33mlを素早く添加した。温度が−4℃に低下し、反応混合物は透明になった。反応混合物が−7℃に冷えた後、35%H2O230mlを添加した。添加は13分で完了した。温度は最高47℃に上昇した後、19℃に低下した。反応混合物はこの時点で濁った。メタノール−氷浴を取り除いた後、反応混合物を周囲温度で終夜撹拌した。溶液から白色固体が沈殿したため、溶液はこの時点で透明になっていた。濃塩酸5mlを添加し、pHを7から1にした。反応混合物を固体からデカンテーションした。相分離は起こらなかった。反応フラスコをMTBE約60mlで洗浄し、それを使用して反応混合物を抽出した。相を分離した。酸性水相をMTBE100mlでさらに2回抽出した。MTBE抽出物を合わせて、飽和食塩水100mlで2回洗浄した。MTBE抽出物を飽和NaHCO3溶液50mlで洗浄するとpH9になり、次いで飽和食塩水100mlで洗浄するとpH7になった。MTBE溶液を最高70℃、15Torrのロータリーエバポレータで蒸留し、少量の塩を含有する液体51gを得た。GC分析から、シクロヘキサノール43%、ジグライム36%、endo−NBEtOH0.1%、およびexo−NBEtOH22%であることがわかった。シクロヘキサノール:NBEtOH比は66:34であった。GC分析に基づく収量は定量的であった。混合物を塩から濾別し、MTBEで洗浄し、最高90℃、15Torrのロータリーエバポレータで蒸留し、無色液体42gを得た。GC分析は、シクロヘキサノール40%、ジグライム32%、endo−NBEtOH0.2%、およびexo−NBEtOH28%であった。シクロヘキサノール:NBEtOH比が59:41であったことから、いくらかのシクロヘキサノールとジグライムがさらなるロータリーエバポレータ蒸留によって除去されたことがわかる。
実施例D1:ノルボルネンエチルメタンスルホネート
撹拌機、サーモウェル、窒素導入管、および滴下漏斗を取り付けた12Lの四口フラスコに、5−(2−ヒドロキシエチル)ノルボルネン(701.3g、5.07mol)、ジクロロメタン4L、およびメタンスルホニルクロライド(612.4g、5.34mol)を入れた。さらに500mlのジクロロメタンを添加して、メタンスルホニルクロライドをリンスした。撹拌した混合物を−10℃に冷却した。トリエチルアミン(614g、6.03mol)を4.5時間かけて素早く滴下した。温度は−10〜0℃の範囲であった。得られたスラリーを2.5時間かけてゆっくり18℃に昇温させた。次いで、水2Lを添加して混合した。相を分離し、水相をジクロロメタン500mlで抽出した。ジクロロメタン抽出物を併せて1N塩酸1.6Lで洗浄した後、飽和食塩水2L×2で洗浄すると、洗浄液はpH=6になった。このジクロロメタン溶液を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ロータリーエバポレータで蒸留して赤色液体1196gを得た。NMR分析から、これには依然として8.6wt%のジクロロメタンが含まれることがわかった。高真空ポンプを用いてロータリーエバポレータでさらに蒸留すると、重量は1091gになり、NMRにおいてジクロロメタンはほとんど検出されなかった。GC分析によればメシレート含有量は95.5%であった。数週間貯蔵した後、この物質は最終的に結晶化した。この物質は蒸留中に不安定さを示したため、それ以上の精製は試みなかった。
撹拌機、冷却器、窒素導入管アダプター、およびサーモウェルを取り付けた5Lの四口フラスコに、exo−ノルボルネニルエチルメタンスルホネート(200g、0.93mol)および2−ペンタノン2.5Lを入れた。メシレートがすべて溶解するまで混合物を撹拌した。次いで、臭化リチウム120.7g(1.39mol)を添加した。混合物を加熱還流し、白色スラリーを得た。1時間後のGC分析により、残存する出発原料は<0.25%であることがわかった。その混合物を室温に冷却し、濾過し、固体を酢酸エチルで洗浄し、濾液をロータリーエバポレータで蒸留して、固体を含む液体261.2gを得た。この残渣をジクロロメタン250mlおよび水200mlで溶解させた(taken up)。濾取した固体を水に溶解し、ジクロロメタンで抽出した。
撹拌機、冷却器、窒素導入管アダプター、およびサーモウェルを取り付けた5Lの四口フラスコに、exo−ノルボルネンエチルメタンスルホネート(200g、0.925mol)および2−ペンタノン2.5Lを入れた。メシレートがすべて溶解するまで混合物を撹拌した。次いで、ヨウ化ナトリウム209g(1.39mol)を添加した。得られたスラリーを加熱還流した。64〜70℃で混合物は非常に高粘度になり、そのため2−ペンタノンをさらに500ml添加して撹拌速度を上昇させた。GC分析から、還流(100℃)に達した時点で残存する出発原料は<0.24%であることがわかった。混合物を70分間還流した後、室温に冷却した。微細な固体がフィルタに詰まったため、混合物の濾過には長時間を要した。固体が沈殿するまで、濾液をロータリーエバポレータで蒸留した。これを水150mlで処理した。濾取した固体を水に溶解し、層を分離し、残存する水相を酢酸エチル150ml×2で抽出した。この酢酸エチル抽出物をロータリーエバポレータの残渣に添加し、相分離した。有機部分を洗浄し、10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液250mlで脱色した後、飽和食塩水250ml、飽和炭酸水素ナトリウム100ml、飽和食塩水250ml、および脱イオン水100mlで洗浄した(最終洗浄液pH=8)。有機部分を硫酸ナトリウムで終夜乾燥し、濾過し、ロータリーエバポレータで蒸留して、淡褐色の液体231.6gを得た。GC分析から純度97.3%であることがわかった。
1. 70.2℃(1.75Torr)〜69.6℃(1.70Torr)、31.72g、黄色、純度97.2%
2. 70.5℃(1.75Torr)〜69.5℃(1.60Torr)、172.46g、淡黄色、純度99.6%
3. 69.4℃(1.65Torr)〜76.6℃(1.75Torr)、10.18g、褐色、純度97.8%
を得た。
撹拌機、滴下漏斗、サーモウェル、および窒素ガス導入管を備える冷却器を取り付けた四口500mlフラスコに、NaH(60%、10.86g、0.271mol)を入れた。無水THF110mlを添加し、撹拌を開始した。得られたスラリーを機械的に撹拌しながら−8℃に冷却した。endo−/exo−NBHxOH(留分5+6、>99.2%、37.68g、0.194mol)を無水THF25mlに溶解し、NaH/THF混合物に素早く滴下した。添加時間は3分であり、温度は−8℃〜−3℃の範囲であった。激しく発泡した。温度が−7℃に低下したら冷却浴を取り除き、反応を室温に昇温させた。NaHをさらに0.81g(60%、0.02mol)添加した。混合物を終夜撹拌した。反応を−14℃に冷却し、ヘキサフルオロイソブチレンエポキシド(HFIBO)35.2g(0.196mol)を素早く滴下した。添加時間は2分であり、温度は−14℃〜−4℃の範囲であった。−9℃に冷却した後、冷却浴を取り除き、混合物を昇温させた。1時間後、温度は41℃に達し、穏やかな還流が認められた。さらに90分後、反応は26℃に冷えた。GC分析から、未反応のendo−、exo−NBHxOHが2.7%、endo−/exo−NBHMHFPが96.8%であることがわかった。さらに4時間後、GC分析から、未反応のendo−/exo−NBHxOHが0.6%、endo−/exo−NBHMHFPが99%であることがわかった。混合物を終夜撹拌した。GC分析から、未反応のendo−、exo−NBHxOHが0.3%、endo−/exo−NBHMHFPが98.8%であることがわかった。混合物を−8℃に冷却し、水7mlで反応を停止させた。反応停止時間は3分であり、温度は+5℃に上昇した。温度が低下し始めたところで冷却浴を取り除き、混合物をロータリーエバポレータで蒸留して黄色油状物約88gを得た。これをシクロヘキサン100mlで溶解させ、加熱し、沈降させ、シクロヘキサンをデカンテーションした。残渣をシクロヘキサンさらに150mlとともに加熱し、沈降させ、シクロヘキサンをデカンテーションした。残存する褐色油状物をGC分析すると、出発原料と生成物の両方について非常に弱いシグナルが得られ、油状物が主にNaOHであることが示唆された。シクロヘキサン抽出物をロータリーエバポレータで蒸留し、黄色油状物78.4gを得た。GC分析から、NBHxOHが0.3%、NBHMHFPが98.95、ビス付加物と思われるものが0.6%であることがわかった。油状物をペンタン100mlと混合し、暗黄色液体を得、これから褐色の油状物が徐々に沈殿した。褐色の油状物からペンタン溶液をデカンテーションした後、脱イオン水400mlと混合し、pH=14の乳白色液体を得た。相分離は起こらず、混合物をロータリーエバポレータで濃縮しようとしたが、過剰な発泡により阻まれた。水で十分に洗浄して(洗浄水を測定してpH=7になるまで)、混合物を分液漏斗に移した。全量は700mlであった。その混合物を濃塩酸50mlで酸性にした。下相として分離した暗淡黄色液体を回収し、生成物66.9g(粗製物収率99%)を得た。GC分析から、NBHxOHが0.3%、NBHMHFBが99%、ビス付加物と思われるものが0.6%であることがわかった。生成物をジクロロメタン100mlで希釈し、3.5N塩酸水溶液50ml×2で洗浄し、飽和食塩水100ml×3および200mlで洗浄した。最後の洗浄液の界面にエマルションが形成した。ジクロロメタン相を分離し、水100mlを残存相に添加した。穏やかに混合した後、追加の有機相は分離し、排液された。水相はpH=6であった。ジクロロメタン部分を合わせ、硫酸ナトリウムで乾燥し、透明になったところで濾過し、ロータリーエバポレータで蒸留して、透明な黄色液体64.6gを得た。GC分析から、NBHxOH0.2%、NBHMHFB98.9%、ビス付加物0.8%であることがわかった。endo:exo比はNMR分析で80:20であった。6インチのビグリューカラムによる生成物の蒸留を試みたが、151℃の油浴で1.10Torrで加熱したとき、蒸気はカラムの約1/3までしか上昇しなかった。ビグリューカラムを取り外して蒸留を継続し、6つの留分から>98%の生成物41.18gを得た。
撹拌機、滴下漏斗、サーモウェル、および第2の滴下漏斗と冷却器(窒素導入管アダプターを備える)とを保持するクライゼンヘッドを取り付けた3Lの四口フラスコを窒素フラッシュ下、約110℃で乾燥した。そのフラスコを室温に冷却して削り屑状マグネシウム(18.4g、0.765mol)を入れ、続いて、DrySolve THF100mlを滴下漏斗の1つから入れた。5−(1−ブロモエチル)−ノルボルネン(148g、0.736mol)をDrySolve THF350mlに溶解した溶液を2番目の滴下漏斗から添加した。4分後、温度は20℃から22℃に急上昇した。すぐにTHF785mlを第1の滴下漏斗から添加した。THF添加を完了したとき、温度は27℃に上昇していた。温度が41℃に達したところでブロモエチルノルボルネンの添加を停止した。温度が55℃に上昇したため、DrySolve THFをさらに100ml添加した。温度は最高56℃になった後、自然冷却した。42℃でブロモエチルノルボルネンの添加を再開した。温度が50℃に達するまでブロモエチルノルボルネンの添加を継続した後、停止し、39℃に冷却したところで再開した。ブロモエチルノルボルネンをすべて添加するまでこれを繰り返した。全添加時間は2時間20分であった。混合物を2時間撹拌しながら室温に冷却した。GC分析から、出発原料は残存しないことがわかった。グリニャール試薬を−70℃に冷却した後、液面下で二酸化炭素を通気させた。反応は−21℃に昇温し、CO2の添加を停止すると−60℃に自然冷却した。混合物を−10℃に昇温させた。GC分析から、未反応のグリニャール試薬が7%残存することがわかった。混合物にさらにCO2を−2〜0℃で9分間通気させた。GC分析から依然として未反応のグリニャール試薬を7%含むことがわかった。反応を昇温させ、終夜撹拌した。GC分析から再度、未反応のグリニャール試薬(エチルノルボルネンと分析された)を7.5%含むことがわかった。反応を−15℃に冷却した後、18%塩酸水溶液750mlを素早く添加し、これにより温度が−2℃に上昇した。混合物をジクロロメタン250mlで抽出し、上部有機相を得た。相を分離した後、水相をジクロロメタン250ml×6で抽出した。有機部分を合わせて、ロータリーエバポレータで蒸留することにより濃縮し、125.3gの褐色液体と固体を得た。これをジクロロメタン250mlに溶解し、8%水酸化ナトリウム水溶液250mlで処理した。有機相が再び上層になった。水相のpHは7しかなかったため、有機部分を再度8%水酸化ナトリウム水溶液250mlで抽出した。相分離を助けるために、得られたエマルションを蒸留水200mlおよびジクロロメタン250mlで処理した。水性塩基抽出物をジクロロメタン250ml×4で洗浄すると、ゆっくり相分離した。塩基抽出物をシクロヘキサン250ml×2で洗浄すると、分離性が向上した。塩基抽出物を100mlの濃塩酸でpH2の酸性にした。少量の生成物が分離し、これを回収した。水相をジクロロメタン250ml×3で抽出した。有機部分を合わせて、飽和食塩水500mlで洗浄するとpH6になった。次いで硫酸ナトリウムで乾燥した。生成物溶液を濾過し、ロータリーエバポレータで蒸留し、黄色油状物88.75g(収率72%)を得た。GC分析によれば純度は91%であった。NMR分析から、生成物はジクロロメタンを4.8wt%含有することがわかった。
exo−ノルボルネン−2−プロピオン酸(94.22g、0.567mol)を無水アルコール250mlおよび濃硫酸5.2mlと混合した。溶液を3時間穏やかに加熱還流し、このときGC分析で反応が終了したことを確認した(注:反応は1時間後に終了したが、出発原料と生成物のGC保持時間が類似しているためこの確認が遅くなった)。溶液を室温より低温に冷却し、蒸留水1Lに注いだ。黄色の生成物相が乳白色の水性部分から分離した。水相をジクロロメタン250ml×2で抽出した。有機相を合わせて、飽和炭酸水素ナトリウム250mlで洗浄した。これにより相分離が非常に遅くなった。界面を除去し、有機部分を飽和食塩水250mlで洗浄するとpH7になった。ここでも相分離は遅かった。界面を分離して除去した。有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ロータリーエバポレータで蒸留して109.6gを得た。GC分析から、純度84.6%であることがわかった。生成物を14インチのビグリューカラムを通して減圧蒸留し、純度>99%のエステル77.48gを70%の収率で得た。
撹拌機、ドライアイス冷却器、サーモウェル、およびセプタムと窒素導入管とを備える二股アダプターを取り付けた3Lの四口フラスコを加熱し、窒素フラッシュ下で約120℃に熱風乾燥した。室温に冷却した後、亜鉛末(Alfa−Aesar A13633、107.9g、1.65mol)をフラスコに入れ、続いて、DrySolveジメチルアセトアミド(DMA)1Lを入れた。混合物を撹拌しながら、ヨウ素(27.9g、0.11mol)を添加した。混合物は29℃に昇温し、最初は黄色になった。1分後、亜鉛スラリーは灰色に戻った。さらに6分後、exo−NBEtBr(223g、1.1mol)をすべて一度に添加した。混合物を80℃に加熱した。81℃に達した後、温度は112℃に急上昇し、その後、熱源を除去すると温度は低下した。温度が89℃に低下したところで熱源を戻した。1時間後、GC分析から、NBEtBrが残存していないことがわかった。混合物を80℃でさらに14分撹拌した後、アセトニトリル/ドライアイス冷却浴で−29℃に冷却した。ヘキサフルオロアセトン(HFA)(201.3g、1.21mol)を凝縮して反応混合物に加えた。17分の添加時間中、温度は−31〜−14℃の範囲であった。冷却浴をイソプロパノール/水/ドライアイス冷却浴に取り換えた。反応混合物を−16〜−2℃で5.5時間撹拌し、このときGC分析から、HFAENB対NBEt(加水分解したNBEtZnIから生成)のシグナル比が一定になっており、それ以上増加しないことがわかった。混合物を−33℃に冷却した後、蒸留水を慎重に、添加量を100〜250mlずつ段階的に増量して全水量が1500mlになるまで添加した。反応停止した混合物を蒸留水2000mlに注いだ。かなりのZnスラッジを含有する反応フラスコを水250ml×2と、3.5N塩酸250ml×2および200mlで洗浄した。その洗浄液を反応停止した水性混合物と合わせた。合わせた水性混合物をシクロヘキサン1.3L×3で抽出した。そのシクロヘキサン抽出物を飽和食塩水1Lで洗浄するとpH6になった。シクロヘキサン抽出物を濾過した後、25%TMAOH水溶液400mlおよび200mlで連続的に処理した。GC分析から、シクロヘキサン相にHFAENBが残存していないことがわかった。TMAOH抽出物を合わせ、シクロヘキサン100ml×3で洗浄した。水相を濃塩酸200mlで酸性にした。>91%のHFAENBである下相を合計383.1g分離したが、依然として12.2wt%のDMAが含まれていた。HFAENBをジクロロメタン約400mlで希釈した後、31.5%硫酸400ml×3で洗浄した。有機相が上層になった。NMR分析は、有機相に残存するDMAの顕著なシグナルを示さなかった。ジクロロメタン溶液を飽和食塩水500mlで洗浄するとpH<2になった。次いで飽和炭酸水素ナトリウム100mlを飽和食塩水150mlと混合したもので洗浄した。分離速度の遅いエマルションが得られた。飽和食塩水をさらに250ml添加し、分離した有機相を取り出した。水相を3.5N塩酸10ml×5で連続的に処理して、pHを9から6にした。分離した有機相を取り出し、先の有機相と合わせた。合わせた有機相を飽和食塩水250mlで洗浄するとpH6になった。次いで硫酸ナトリウムで終夜乾燥した。溶液を濾過し、ロータリーエバポレータで蒸留して299.5g(収率94.4%)を得た。GC分析から、純度99.4%であることがわかった。粗生成物を12インチのビグリューカラムを通して減圧蒸留した。留分IIと留分IIIを合わせて258.2g(収率81%)を得た。このロットは、19F NMRにおいて−70.7ppmに痕跡量のHFAシグナルを示したかまたはHFAシグナルを示さず、プロトンNMRにおいてDMAを示さなかった。
窒素雰囲気下、0℃においてexo−ビニルノルボルネン(0.25g、2.1mmol)のTHF(4.0mL)溶液にジシクロヘキシルボランのTHF溶液(4.2mL 0.5M)をゆっくり添加した。反応を室温に昇温させ、16時間撹拌した。ジメチルホルムアミド(16.0mL)、[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II)(42mg、0.058mmol)、ヨードベンゼン(0.39g、1.9mmol)および炭酸カリウム(0.52g、3.8mmol)を反応混合物に添加した。反応を72時間還流した。反応混合物を酢酸エチルで抽出し、水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を蒸発させた。粗生成物のGC−MS分析により、exo−NBEtPhの生成が確認された。
C1.exo−ビニルノルボルネンへの9−ボラビシクロ[3.3.1]ノナンの付加
0℃において1,5−シクロオクタジエン(0.22g、2mmol)のTHF(2ml)溶液を撹拌し、ここにMe2S・BH3のTHF溶液(2M THF溶液1ml)を添加した。反応を0℃で3時間進行させた時点で、上記ボランを、exo−ビニルノルボルネン(0.24g、2mmol)と1,2−ジメトキシベンゼン(ベラトロール)(0.28g、2mmol、内部標準として使用)のTHF(2ml)溶液に添加した。反応混合物を18時間にわたり室温に昇温させ、その時点で溶媒を減圧除去し、無色の油状物を得た。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C2では、1,5−シクロオクタジエンの代わりに1−メチル−1−シクロペンテン(0.33g、4mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。反応混合物を2時間にわたり室温に昇温させ、その時点で溶媒を減圧除去し、無色油状物を得た。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C3では、1,5−シクロオクタジエンの代わりにcis−シクロオクテン(0.44g、4mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C4では、1,5−シクロオクタジエンの代わりにシクロペンテン(0.27mg、4mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C5では、1,5−シクロオクタジエンの代わりに2,5−ジメチルヘキサ−2,4−ジエン(0.55g、5mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C6では、1,5−シクロオクタジエンの代わりに2−メチル−2−ブテン(2M THF溶液2mL)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C7では、1,5−シクロオクタジエンの代わりに3,6−ジメチルシクロヘキセン(0.43g、4mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C8では、1,5−シクロオクタジエンの代わりに2−メチルシクロヘキセン(0.39g、4mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
窒素雰囲気下、exo−ビニルノルボルネン(200mg、1.67mmol)のトルエン(5mL)溶液を撹拌しつつ、ここにジシクロヘキシルボランダイマー(267mg、0.75mmol)を固体として添加した。上記ボランを添加すると溶液は透明になった。反応を室温で1時間進行させた。減圧下で溶媒を除去して、無色油状物を得た。構造は1Hおよび13C NMR分光法により確認した。
この実施例C10では、1,5−シクロオクタジエンの代わりにα−ピネン(0.55g、4mmol)を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
この実施例C11では、1,5−シクロオクタジエンの代わりに3,5−ジメチルシクロペンテン(0.19g、2mmol)を使用し、Me2S・BH3のTHF溶液(2M THF溶液0.5mL)、exo−ビニルノルボルネン(0.12g、1mmol)とベラトロール(0.14g、1mmol、内部標準として使用)のTHF(2ml)溶液を用いた他は、実施例C1を実質的に繰り返した。構造は1Hおよび11B NMR分光法により確認した。
exo−ビニルノルボルネン(300mg、2.5mmol)のTHF(2ml)溶液を撹拌し、ここにジメシチルボラン(500mg、1mmol)を固体として添加した。上記ボランを添加すると溶液は透明になった。反応を室温で48時間進行させた。減圧下で溶媒を除去し、無色油状物を得た。ヘキサンからの単離収率は76%であった。−30℃で貯蔵した飽和ヘキサン溶液から、X線解析に好適な単結晶を得た。構造は、1Hおよび13C NMR分光法ならびにX線結晶構造解析により確認した。実施例C12の方法で製造されたようなexo−NBCH2CH2B(メシチル)2)のオークリッジ熱振動楕円体描画(ORTEP)図を図1に示す。
ここに記載される様々な式Aのジオルガノボランを、ビニルノルボルネンと選択的に反応させた。得られた化合物の位置化学選択性を、ダイマーまたはモノマーの形態のオルガノボランの11B NMRケミカルシフトの観測値と、単結晶C−B−C結合角の測定値とともに、表7に要約する。このデータから、C−B−C結合角が119°より大きい場合には、ビニル付加について100%の位置化学選択性が観測されたことが明らかである。これに対して、C−B−C結合角が111.6°である9−BBNは、ビニル付加生成物について70%の選択性しか示さない。
Gamess 09, NWchem and Gaussianソフトウェアパッケージを用いてアブイニシオ計算を行った。式Aのオルガノボラン化合物とexo−ビニルノルボルネンとの反応に関する反応物、生成物および遷移状態の最適化はB3LYP/6-311+G**理論レベルで行った。式Aのオルガノボラン化合物のC−B−C結合角は、このレベルで最適化された幾何構造に対応する。C−B−C結合角の測定値および計算値を表8に要約する。平衡状態および遷移状態の幾何構造は、それぞれ、後の振動解析で正確に0の振動数および1つの虚数振動数が存在することにより確認した。その系列における最適化構造のエンタルピーおよび自由エネルギー(298Kでの)は、調和振動子近似および剛体回転子近似を用いた振動数計算(B3LYP/6-311+G**)から推定した。ビニル付加選択性(kNB/kビニル)の推定は、関係:kNB/kビニル=e−ΔΔG‡/RTを用いて環付加遷移状態とビニル付加遷移状態とで気相自由エネルギー(ΔG‡ 298K)の計算値を比較することにより行った。活性化に係る気相エンタルピーの計算値および自由エネルギーの計算値から導出される選択性は、表8に要約するように、溶液中で観測される結果と定性的に一致することが判明した。上記で定義したモデルを用いて、気相選択性kNB/kビニルが≦0.1の場合、ビニル付加に対する選択性は90%より大きくなると算出される。
exo−ビニルノルボルネンへのCy2BH、9BBNおよびBH3の付加に関する室温kNB/kビニル値は、テトラヒドロフラン中の1H NMRにより測定した。得られた実験データは、試薬がすべてモノマーの形態(すなわち、(R1)(R2)BHまたはTHF:(R1)(R2)BH)であるとする二次不可逆モデルを用いてフィッティングさせた。これらのkNB/kビニル値を、対応するアブイニシオ計算およびGC測定から得られる反応選択性の実験値と比較した。ビニル付加生成物およびNB付加生成物のモル分率および変換%は、次の関係:[NB]/[ビニル]=kNB/kビニルを用いて計算することができる。式Aのボラン化合物系列の溶液相選択性の測定値kNB/kビニルが≦0.01の場合、ビニル付加の選択性は99%より大きくなることが判明した。これらの計算から得られた代表的なデータを表10に要約する。
原液の調製および時間0での測定:
典型的な方法では、exo−ビニルノルボルネン(0.12g、1.0mmol)およびベンゼン(10μl、0.1mmol、1H NMRスペクトルの内部標準用)を不活性雰囲気下でTHF−d8に溶解し、バイアルに封入した。上記バイアルから溶液の一部である0.8mlを取り出し、不活性雰囲気下でNMR管に封入した。試料の1H NMRスペクトルの記録は、−30℃、−20℃、−10℃、0℃および10℃において、これらの温度で後に行われる反応の時間0での測定として行った。別のボランの原液を、該ボラン(0.20〜0.30g、1.0〜8.0mmol)をTHF5.0mlに溶解することにより調製した。BH3・THFを含む反応では、試薬は、1.0M原液として化学薬品供給業者から購入し、既知の濃度のリチウムテトラキス[パーフルオロフェニル]ボレート溶液の標準添加法による11B NMR分析で絶対純度/濃度を測定した。
少量(1〜4ml、1.0〜6.5mmol)のボラン原液を不活性雰囲気下でNMR管に添加した。次いで、確実に熱平衡に到達させるために、管を定温浴に数分間入れた。この時点で、少量(0.1〜1.0ml、0.2〜2.0mmol)のexo−ビニルノルボルネン原液をバイアルから取り出し、不活性雰囲気下、定温浴に沈めたまま反応容器に添加した。NMR管を1〜2分間この温度で撹拌/混合した後、該NMR管を分光器に移した。上記ボラン試薬の注入の際に使用した定温浴と同じ温度で、一連の1H NMRスペクトルを経時的に記録した。BH3・THF反応の1H NMR測定には、WET法(T1効果を利用した水消去(Water suppression Enhanced through T1 effects))による溶媒消去シーケンス、ならびに、exo−ビニルノルボルネンと既知の化学量論および濃度の内部標準との様々な混合物を用いた実験で求めた相対積分との適切な相関が組み込まれた。exo−ビニルノルボルネンのオレフィン性プロトンの喪失、ならびに、一時的に発生するビニル一付加生成物および環一付加生成物のオレフィンシグナルの出現/消失を2次不可逆モデルに同時にフィットさせた。
Claims (21)
- 式Iで表されるボラン化合物。
- ノルボルネニルエチルビス(2,5−ジメチルヘキサ−4−エン−3−イル)ボラン、
ノルボルネニルブチルビス(2,5−ジメチルヘキサ−4−エン−3−イル)ボラン、
ノルボルネニルヘキシルビス(2,5−ジメチルヘキサ−4−エン−3−イル)ボラン、
ノルボルネニルエチルジシクロヘキシルボラン、
ノルボルネニルブチルジシクロヘキシルボラン、
ノルボルネニルヘキシルジシクロヘキシルボラン、
ノルボルネニルエチルジメシチルボラン、
ノルボルネニルブチルジメシチルボラン、および
ノルボルネニルヘキシルジメシチルボラン
から選択される、請求項1に記載の化合物。 - 式Ia:
式I:
(式中、mは0、1または2であり、AはC2〜C12ヒドロカルビレン基であり;R1およびR2は、−CH3、−C2H5、直鎖もしくは分岐鎖C3〜C12非環式ヒドロカルビル基、置換もしくは非置換のC5〜C7単環式もしくは二環式ヒドロカルビル基から独立して選択されるか、または、R1およびR2は、それらが結合しているホウ素原子と一緒になって炭素数3〜6の単環式もしくは二環式構造を形成し;
A−Yは、アルキルペンダント基、アルコールペンダント基、エーテルペンダント基、アルカリールペンダント基、カルボン酸ペンダント基、スルホン酸エステルペンダント基またはハロゲン化アルキルペンダント基である。ただし、式Iは、9−ノルボルネニルエチル−9−ボラビシクロ[3.3.1]ノナンを表さない。) - 前記アルカリールペンダント基が−(CH2)nAr(式中、nは1〜12であり、Arは芳香族基である)である、請求項3に記載の方法。
- 前記アルコールペンダント基が−(CH2)n−OHまたは−(CH2)n−C(CF3)2OH(式中、nは1〜12である)の1つである、請求項3に記載の方法。
- 前記カルボン酸ペンダント基は、エステル誘導体を含み、−(CH2)n−C(O)OHまたは−(CH2)nC(O)O(CH2)mCH3(式中、nは1〜12であり、mは0〜5である)の1つである、請求項3に記載の方法。
- 前記ハロゲン化アルキルペンダント基が−(CH2)n−Brまたは−(CH2)n−I(式中、nは1〜12である)の1つである、請求項3に記載の方法。
- 前記スルホン酸エステルペンダント基が−(CH2)n−S(O)2O(CH2)mCH3または−(CH2)n−S(O)2O(CH2)m−Ar(式中、nは1〜12であり、mは0〜5であり、Arは芳香族基である)である、請求項3に記載の方法。
- 請求項1に記載のボラン化合物の製造方法であって:
構造式A:
で表されるジヒドロカルビルボランを生成すること、および
前記ジヒドロカルビルボランとアルケニルノルボルネンとを反応させて前記ボラン化合物を生成すること
を含む方法。 - 前記構造式IIのジヒドロカルビルボランがジアルキルボランである、請求項9に記載の方法。
- 前記ジアルキルボランが、ジ(シクロオクチル)ボラン、ジ(2−メチルシクロペンチル)ボラン、ジシクロペンチルボラン、ジ(3,5−ジメチルシクロペンチル)ボラン、ジイソプロピルプレニルボラン、ジシクロヘキシルボラン、ジ(2−メチルシクロヘキシル)ボラン、ジ(3,6−ジメチルシクロヘキシル)ボラン、ジノルボルニルボラン、ジ(シアミル)ボラン、ジ(イソピノカンフェイル)ボラン、3,6−ジメチルボレパン、ジ(o−トルイル)ボラン、ジメシチルボラン、(シクロヘキシル)(tert−ブチル)ボラン、(シクロヘキシル)(メチル)ボラン、ジフェニルボランまたはジス(2,4,6,−トリイソプロピルフェニル)から選択される、請求項10に記載の方法。
- ジヒドロカルビルボランを、2−ピコリン、キノリン、キノキサリン、2,3−ルチジン、2,4−ルチジン、2,5−ルチジン、5−エチル−2−メチルピリジン、4−エチル−2−メチルピリジン、3−エチル−2−メチルピリジン、2,5−ジエチルピリジン、5−プロピル−2−メチルピリジン、4−プロピル−2−メチルピリジン、5−イソプロピル−2−メチルピリジン、5−t−ブチル−2−メチルピリジン、5−n−ヘキシル−2−メチルピリジン、4−イソブチル−2−メチルピリジンおよび2,4−ジプロピルピリジンから選択されるルイス塩基と錯形成させる、請求項11に記載の方法。
- 前記構造式IIのジヒドロカルビルボランがジアリールボランである、請求項9に記載の方法。
- 前記ジアリールボランが、(o−tol)2BH、(C6F5)2BH、(2,6−Me2Ph)2BH、(Mes)2BH、(Trip)2BH、(Ph)2BH、(2,6−ジイソプロピルPh)2BHから選択される、請求項10に記載の方法。
- 実質的に純粋なexo−5−ヒドロカリール−2−ノルボルネンモノマーの製造方法であって、
ジシクロペンチルボラン、ジ(3,5−ジメチルシクロペンチル)ボラン、ジイソプロピルプレニルボラン、ジシクロヘキシルボラン、ジ(2−メチルシクロヘキシル)ボラン、ジ(3,6−ジメチルシクロヘキシル)ボラン、ジ(シアミル)ボラン、ジ(イソピノカンフェイル)ボラン、ジメシチルボランおよびジ(トリ(イソプロピル)フェニル)ボランから選択されるジヒドロカルビルボランを生成すること;
前記ジヒドロカルビルボランと適切なexo−ヒドロカルビレンノルボルネンとを反応させて少なくとも1種のトリヒドロカルビルボランを生成すること、ここで、前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランが全トリヒドロカルビルボランの少なくとも95mol%である;および
前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランを前記exo−5−ヒドロカリール−2−ノルボルネンモノマーに変換すること、ここで、前記モノマーが、変換された全トリヒドロカルビルボランの少なくとも95mol%である;
を含む、方法。 - 前記反応後、前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランは、全トリヒドロカルビルボランの少なくとも97mol%である、請求項15に記載の方法。
- 前記反応後、前記ノルボルネニルヒドロカルビレンジヒドロカルビルボランは、全トリヒドロカルビルボランの少なくとも99mol%である、請求項15に記載の方法。
- 実質的に純粋なendo−5−ヒドロカリール−2−ノルボルネンモノマーの製造方法であって、
ジシクロペンチルボラン、ジ(3,5−ジメチルシクロペンチル)ボラン、ジイソプロピルプレニルボラン、ジシクロヘキシルボラン、ジ(2−メチルシクロヘキシル)ボラン、ジ(3,6−ジメチルシクロヘキシル)ボラン、ジ(シアミル)ボラン、ジ(イソピノカンフェイル)ボラン、ジメシチルボランおよびジ(トリ(イソプロピル)フェニル)ボランから選択されるジヒドロカルビルボランを生成すること;
前記ジヒドロカルビルボランと適切なendo−ヒドロカルビレンノルボルネンとを反応させて少なくとも1種のトリヒドロカルビルボランを生成すること、ここで、前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランが、全トリヒドロカルビルボランの少なくとも95mol%である;および
前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランを前記endo−5−ヒドロカリール−2−ノルボルネンモノマーに変換すること、ここで、前記モノマーが、変換された全トリヒドロカルビルボランの少なくとも95mol%である;
を含む方法。 - 前記反応後、前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランが、全トリヒドロカルビルボランの少なくとも97mol%である、請求項18に記載の方法。
- 前記反応後、前記ノルボルネニルヒドロカルビレン−ジヒドロカルビルボランが、全トリヒドロカルビルボランの少なくとも99mol%である、請求項18に記載の方法。
- 式I:
の化合物を実質的に純粋な形態で製造する方法であって、
式A:
式:
kNB/kビニル=e−ΔΔG‡/RT
(式中、
kNBは、式Bの環内の内部二重結合への式Aのボランの付加に係る速度定数であり、
kビニルは、式Bの側鎖のアルケニル二重結合への式Aのボランの付加に係る速度定数であり、
Tは、ケルビン(K)度での温度であり、
Rは、理想気体定数であり、
ΔΔG‡は、前記アルケニル二重結合へのボラン付加と前記内部環二重結合へのボラン付加の遷移状態自由エネルギーの差である)
を用いて計算し、前記二重結合への付加の選択性を予測すること;および
前記式Aのオルガノボランを式B:
の化合物と反応させて少なくとも純度90%の式(I)の化合物を生成すること;
を含む、方法。
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