JP2017043545A - インドール誘導体の合成方法 - Google Patents

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【課題】毒性の強い反応物を用いることなく、第1級アルコールを使用して、温和な反応条件でインドール誘導体を合成できる方法を提供すること。【解決手段】本発明のインドール誘導体の合成方法は、インドールと第1級アルコールとを、パラジウムとルテニウムとが原子レベルで固溶したパラジウム−ルテニウム固溶体型合金微粒子を保護剤で保護した触媒の存在下で反応させることを特徴とする。触媒として使用する合金微粒子は、PdxRu1-x(この式中、0.1≦x≦0.9)で表される組成を有するのが好ましい。保護剤の一例は、ポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)である。第1級アルコールは、メタノール又はエタノールが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明は、インドール誘導体の合成方法に関する。
インドール誘導体は、生理活性を示すものが多く、例えば抗菌剤、抗真菌剤、抗癌剤などの医薬品や、その合成中間体として用いられている。
インドール誘導体の合成には、主として、インドールをアルデヒドと反応させる均一系の反応が用いられている。鉄触媒の存在下でインドールとエタノールを反応させてインドール誘導体を得る方法も知られている(非特許文献1、2)。
一方、特許文献1には、パラジウムとルテニウムとが原子レベルで固溶したパラジウム−ルテニウム固溶体型合金微粒子を保護剤で保護した触媒が開示されており、この触媒は一酸化炭素の酸化触媒、窒素酸化物(NOx)の還元触媒、炭化水素(HC)の酸化触媒、水素ガスの酸化触媒、あるいは鈴木・宮浦クロスカップリングの触媒として用いることができると記載されている。
特許第5737699号公報
C. Sun et. al., Chem. Eur. J. 2013, 19, 14030-33 S. Badigenchala et. al., Synthesis 2014, 46, 101-109
アルデヒドとの反応によるインドール誘導体の合成では、アルデヒドの強い毒性が問題である。一方、エタノールとの反応による合成では、鉄触媒に加えて、配位子、有機溶媒、更には酸化剤を使用する必要があり、反応条件をもっと温和にすることが有益と考えられる。
本発明の目的は、毒性の強い反応物を用いることなく、第1級アルコールを使用して温和な反応条件でインドール誘導体を合成できる方法を提供することである。
本発明者らは、インドールと第1級アルコールとの反応によりインドール誘導体を合成する際に、パラジウムとルテニウムとが原子レベルで固溶したパラジウム−ルテニウム固溶体型合金微粒子を保護剤で保護した触媒を使用することで、上記の目的を達成できることを見いだした。
この知見に基づき完成させた本発明は、以下のとおりである。
〔1〕インドールと第1級アルコールとを、パラジウムとルテニウムとが原子レベルで固溶したパラジウム−ルテニウム固溶体型合金微粒子を保護剤で保護した触媒の存在下で反応させることを特徴とする、インドール誘導体の合成方法。
〔2〕前記合金微粒子の組成がPdxRu1-x(この式中、0.1≦x≦0.9)で表される、上記〔1〕に記載のインドール誘導体の合成方法。
〔3〕前記保護剤がポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)である、上記〔1〕又は〔2〕に記載のインドール誘導体の合成方法。
〔4〕前記反応を無溶媒で行う、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1つに記載のインドール誘導体の合成方法。
〔5〕前記第1級アルコールがメタノール又はエタノールである、上記〔1〕〜〔4〕のいずれか1つに記載のインドール誘導体の合成方法。
本発明によれば、毒性の強い反応物を用いることなく、第1級アルコールを使用して、温和な反応条件でインドール誘導体を合成することができる。
本発明は、インドールと第1級アルコールとの反応によりインドール誘導体を合成する方法である。
この反応においては、パラジウムとルテニウムとが原子レベルで固溶したパラジウム−ルテニウム固溶体型合金微粒子(以下では「PdRu合金微粒子」とも称する)を保護剤で保護した触媒を使用する。このPdRu合金微粒子は、その組成をPdxRu1-x(この式中、0.1≦x≦0.9)で表すことができ、そしてこの合金微粒子においてPdとRuとは分離しておらず、固溶している。PdRu合金微粒子の平均粒径は1〜50nmの範囲でよく、あるいは1〜10nmの範囲でよい。PdRu合金微粒子のPd/Ru組成比と粒径は、製造条件を変えることによって容易に調整できる。
PdRu合金微粒子は、適当な保護剤で保護される。保護剤の例としては、ポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)(PVP)を挙げることができる。
PdRu合金微粒子は、例えば、パラジウム化合物又はパラジウムイオン及びルテニウム化合物又はルテニウムイオンと、保護剤と、還元剤とを含む溶液を、所定の温度で、所望のPdRu合金微粒子が生成するのに必要な時間保持することにより調製することができる。
使用するパラジウム化合物の例には、K2[PdCl4]、Na2[PdCl4]、H2[PdCl4]などが含まれる。ルテニウム化合物の例には、RuCl3・nH2O、Na2[RuCl6]、K2[RuCl6]、(NH43[RuCl6]、Ru(NO)(NO)3などが含まれる。還元剤の例には、トリエチレングリコールなどの多価アルコールが含まれる。保護剤としてPVPを使用する場合、PVP中のモノマー単位の数は、溶液中に含まれるPd原子およびRu原子の合計のモル数の1〜10倍の範囲とすることができる。
溶液を保持する温度は、例えば180℃、190℃、又は200℃でよい。溶液を保持する温度は、180℃〜230℃の範囲、あるいは180℃〜220℃の範囲にあってもよい。このような温度に保持する時間は、PdRu合金微粒子が生成するのに十分であればよく、例えば1秒以上でよく、5秒〜1時間の範囲にあってもよい。
生成したPdRu合金微粒子は、使用する前に必要に応じて洗浄される。
本発明によるインドール誘導体の合成方法は、上述のPdRu合金微粒子を保護剤で保護した触媒を使用して、無溶媒で実施することができる。
本発明では、インドールと反応させる第1級アルコールとして、炭素数が1〜2のものを使用するのが好ましい。より好ましくは、エタノールを使用する。
本発明におけるインドールと第1級アルコールとの反応は、第1級アルコールがエタノール及びメタノールの場合について、それぞれ次の式により表すことができる。
Figure 2017043545
上の反応式の右辺に示した化合物(ジ(1H−インドール−3−イル)アルカン、3−(メトキシメチル)−1H−インドール、3−(1−エトキシエチル)−1H−インドール)が、この場合に本発明の方法で合成されるインドール誘導体である。
本発明の方法による反応は、インドールを過剰の第1アルコール、例えばメタノール又はエタノールに溶解させ、上述の触媒を加え、そして好ましくは更に塩基を加えて調製した反応溶液を、所定の温度で所定の時間保持することにより行うことができる。
インドール1ミリモルに対し1〜5mLの第1アルコールを使用するのが好適である。第1アルコールが1mLより少ない場合、インドールと触媒の濃度が高すぎて、物質の攪拌が不十分となる。第1アルコールが5mLより多い場合、触媒とインドールの接触が不十分となる。
触媒は、反応物(インドール)のモル量に対して0.1〜10mol%の量で使用するのが好ましい。触媒の量が0.1mol%より少ないと、所期の効果が得られず、10mol%より多くなると、触媒の活性点当たりの反応性の低下につながり、プロセスの経済性が低下する。触媒のより好ましい使用量は0.2〜7mol%である。
本発明の方法では、インドールのN−H結合を切断し、共鳴により3位の炭素が負電荷を帯びることで、インドールを活性化することを目的として、塩基を使用するのが好ましい。塩基としては、例えば炭酸セシウム(Cs2CO3)、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム(K[CFSO)、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム(Na[CFSO)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、カリウムtert−ブトキシド(K(BuO))などを用いることができる。塩基の使用量は、インドールに対して1〜2当量である。塩基の量が1当量より少ないと、所期の効果が得られず、2当量より多くなると、メタノールやエタノールとの反応でアルコキシドを生成することで、目的生成物の収率を低下させる問題がある。
上述の反応溶液を保持する温度は、10〜120℃でよい。10℃より低いと、反応に長時間を要し、好ましくない。120℃より高いと、副反応が進行し、目的生成物の収量が減少する。好ましい保持温度は20〜100℃である。
反応溶液の保持時間は、所望のインドール誘導体を得るのに必要な時間であり、保持温度に応じて適宜決定すればよい。保持温度が高いほど、保持時間は短くなる。例えばメタノールを使用する場合、保持温度が60〜80℃のときは10〜30時間程度でよい。
次に、実施例により本発明を更に説明することにする。言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔触媒の調製〕
特許文献1の実施例に記載された方法に従って、触媒を作製した。
具体的には、保護剤として機能するPVP1.0mmolを、還元剤および溶媒として機能するトリエチレングリコール100mLに溶解させて、溶液(1)を調製した。また、K2[PdCl4]とRuCl3・nH2Oとを、両者の合計が1.0mmolとなるように、水40mLに溶解させて、水溶液(2)を調製した。K2[PdCl4]とRuCl3・nH2Oのモル比は、最終的に得られるPdRu合金微粒子においてその組成がPd0.5Ru0.5となるよう調整した。次に、200℃に加熱した溶液(1)に水溶液(2)を噴霧装置で噴霧して混合液を得た。続いて、混合液を200℃に5分間保持してから室温まで放冷後、混合液から遠心分離器により、以下の実施例で触媒として使用するPdRu合金微粒子(TEMによる測定平均粒径10.0nm程度。以下においてRu0.5Pd0.5−PVPと略記することもある)を分離した。
〔実施例1〕
この例では、0.5mmolのインドールを2.5mLのメタノールに加え、更にインドールのモル量に対し1.0モル%の上述の触媒と、インドールに対して1当量の塩基を加えて反応溶液を調製し、この反応溶液を空気中において60℃で20時間保持して、下式によるインドール誘導体の合成を行った。
Figure 2017043545
比較のために、触媒を使用しないことを除いて同じ条件で合成を行った。更に、上述のRu0.5Pd0.5−PVP触媒に代えて、塩化パラジウム(PdCl2)、酢酸パラジウム(Pd(OAc)2)、塩化ルテニウム(RuCl3・3H2O)、Ruを使用せずに上述のPdRu合金微粒子(Ru0.5Pd0.5−PVP)の調製にならって調製した、金属としてPdのみを含有する微粒子(以下においてPd−PVPと略記する)、Pdを使用せずに上述のPdRu合金微粒子の調製にならって調製した、金属としてRuのみを含有する微粒子(以下においてRu−PVPと略記する)を触媒として使用したこと以外は同じ条件で、インドール誘導体の合成を行った。合成後、1,3,5−トリメトキシベンゼンを内部標準とする1H−NMRにより、インドール誘導体の収率を測定した。
それぞれの合成における反応系とインドール誘導体の収率を次の表1に示す。
Figure 2017043545
本発明によりRu0.5Pd0.5−PVPを触媒として使用した場合に、2bのインドール誘導体がその他の事例と比較して極めて高い収率で得られることが示された。
〔実施例2〕
この例では、0.5mmolのインドールを表2に示した量のメタノールに加え、そして表2に示した触媒及び塩基を使用して、同表に示した条件で下式によるインドール誘導体の合成を行った。合成後、実施例1と同じように1H−NMRによりインドール誘導体の収率を測定した(表2参照)。表2に示した塩基のうち、KOTf及びNaOTfは、それぞれK[CFSO及びNa[CFSOを表している。
Figure 2017043545
Figure 2017043545
この例でも、本発明によりRu0.5Pd0.5−PVPを触媒として使用した場合に、2a又は2bのインドール誘導体が極めて高い収率で得られることが示された。
〔実施例3〕
この例では、1.0mmolのインドールを1.0mLのエタノールに加え、更にインドールのモル量に対し5モル%のRu0.5Pd0.5−PVP触媒と、インドールに対して1当量の塩基を加えて反応溶液を調製し、この反応溶液を空気中において30℃で48時間保持して、下式によるインドール誘導体の合成を行った。また、Ru/Pd比を変えたRu0.4Pd0.6−PVP触媒、Ru0.6Pd0.4−PVP触媒も用意し、同じ条件でインドールの合成を行った。
Figure 2017043545
比較のために、触媒を使用しないことを除いて同じ条件で合成を行った。更に、上述のRu0.5Pd0.5−PVP触媒に代えて、RuCl3・3H2O、Ru−PVP、Pd−PVP、Pd(OAc)2を触媒として使用したこと以外は同じ条件で、インドール誘導体の合成を行った。合成後、実施例1と同じように1H−NMRによりインドール誘導体の収率を測定した。
それぞれの合成における反応系とインドール誘導体の収率を次の表3に示す。
Figure 2017043545
この例でも、本発明により特にRu0.5Pd0.5−PVP、Ru0.4Pd0.6−PVP、Ru0.6Pd0.4−PVPを触媒として使用した場合に、3aのインドール誘導体が極めて高い収率で得られることが示された。

Claims (5)

  1. インドールと第1級アルコールとを、パラジウムとルテニウムとが原子レベルで固溶したパラジウム−ルテニウム固溶体型合金微粒子を保護剤で保護した触媒の存在下で反応させることを特徴とする、インドール誘導体の合成方法。
  2. 前記合金微粒子の組成がPdxRu1-x(この式中、0.1≦x≦0.9)で表される、請求項1記載のインドール誘導体の合成方法。
  3. 前記保護剤がポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)である、請求項1又は2記載のインドール誘導体の合成方法。
  4. 前記反応を無溶媒で行う、請求項1〜3のいずれか1つに記載のインドール誘導体の合成方法。
  5. 前記第1級アルコールがメタノール又はエタノールである、請求項1〜4のいずれか1つに記載のインドール誘導体の合成方法。
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