JP2017501147A - イソヘキシドエーテルおよびイソヘキシドカーボネートの合成 - Google Patents

イソヘキシドエーテルおよびイソヘキシドカーボネートの合成 Download PDF

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Abstract

カーボネート試薬を用いて、アンヒドロ糖アルコール(イソヘキシド)をアルキル化する、容易で直接的な方法が説明されている。アルキル化する方法は、a)イソヘキシドの溶液において、炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリールと接触させるステップであって、前記溶液がブレンステッド塩基を含む、ステップと、b)イソヘキシド化合物のアルキルエーテルまたはアルキルカーボネートのいずれかを生成させるステップとを含む。アルキル化反応は、in situであり、すなわち、外部触媒なしで実施される。本発明の方法に従って、様々なエーテルおよびカーボネートを合成することができる。

Description

優先権の利益
本出願は、2013年12月20日出願の米国特許仮出願第61/918,795号の優先権の利益を請求し、その内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。
発明の分野
本発明は、当技術分野において、一般に、ポリマー合成におけるモノマーとして、および中間体として有用である環状二官能性材料に関するものであり、かかる材料を製造する方法に関するものである。特に、本発明は、アンヒドロ糖エーテルおよびアンヒドロ糖カーボネートを調製する方法に関するものである。
従来、ポリマーおよび汎用化学品は、石油由来の供給材料から調製されてきた。石油供給は、ますます高価で利用が困難になってきているため、従来の石油系もしくは石油由来の同等物に対して、商業上許容される代替品として役立つ化学品のために、または化石燃料による非再生可能供給源から製造されるものと同じ材料を製造するために、生物由来供給源からの、再生可能または「環境に無害な(green)」代替材料を開発することについての興味および研究は増してきている。
かかる材料に対する、生物由来または再生可能な代替供給材料のうち、最も豊富な種類の1つに、炭水化物がある。しかし、炭水化物は、一般に、従来の高温の産業プロセスに適さない。低い官能基化度を有する、石油系の、疎水性脂肪族または疎水性芳香族の供給材料と比較して、多糖類などの炭水化物は、複雑な多官能性親水性材料である。結果として、研究者らは、炭水化物から誘導することができるが、あまり高度には官能基化されておらず、より安定な二官能性化合物を含む、生物系化学品を製造することを求めてきた。かかる化合物の1つの類には、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールなどの、アンヒドロ糖が含まれる。
1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール(本明細書でイソヘキシドとも称する)は、穀類系多糖類からの再生可能供給源から誘導される。イソヘキシドは、対応する還元糖アルコール(それぞれ、D−ソルビトール、D−マンニトール、およびD−イジトール)に由来する二環式フラノジオールの類を含む。キラリティーに応じて、イソヘキシドの3つの異性体、すなわち、それぞれA)イソソルビド、B)イソマンニド、およびC)イソイジドが存在し、その構造をスキーム1に図示する。
Figure 2017501147
これらの分子的実体にはかなりの興味がもたれており、様々な理由で、価値ある有機化学的骨格として認識されている。いくつかの有益な特質には、その調製および精製が比較的容易であること、使用される元の供給材料に付随する経済性が挙げられ、これらの特質は、非再生可能な石油化学品の代替品として大きな可能性をもたらす、その再生可能なバイオマス源のためだけでなく、おそらく最も顕著には、設計かつ合成される誘導体の実質的無制限な拡張を可能にする、固有のキラル二官能性のためである。
イソヘキシドは、環間の角度が120°である、ほぼ平面およびV型形状の、2つのcis−縮合テトラヒドロフラン環で構成される。ヒドロキシル基は、炭素2および炭素5にあり、V型形状分子の内側か外側のいずれかに位置している。そのヒドロキシル基は、それぞれendoまたはexoとして表記される。イソイジドは、2つのexoヒドロキシル基を有するが、イソマンニドでは、ヒドロキシル基は共にendoであり、イソソルビドでは1つのexoヒドロキシル基および1つのendoヒドロキシル基である。exo置換基の存在により、結合される環の安定性が高められる。また、exo基およびendo基は、誘導体化反応の立体要件に応じて、接近し易いか、接近しづらいため、互いに異なる反応性を示す。
天然資源から誘導された化学品における関心が高まっている中、潜在的に可能な産業用途により、イソヘキシドの製造および使用に対する関心がもたれてきた。例えば、ポリマー材料の分野において、産業用途には、重縮合物を合成または改質するために、これらのジオールを使用することが含まれてきた。モノマーとしてのその魅力的な性質は、その剛性、キラリティー、無毒性、およびモノマーが石油から誘導されていないという事実に関連している。これらの理由のために、優れた熱−機械的耐性、および/または特殊な光学的性質を有する、高いガラス転移温度のポリマーの合成が実現可能になる。また、分子の無毒特性により、包装または医療用具における用途の可能性が開かれる。例えば、ポリマー合成の要件を満たす純度を有するイソソルビドの、産業規模での製造により、イソソルビドを産業用ポリマー用途において、すぐに利用することが可能であると示唆される(例えば、それぞれの内容が参照によって本明細書に組み込まれている、F. Fenouillot他、「Polymers From Renewable 1,4:3,6-Dianhydrohexitols(Isosorbide, Isommanide and Isoidide): A Review」PROGRESS IN POLYMER SCIENCE、35巻、ページ578〜622(2010)、またはX. Feng他、「Sugar-based Chemicals for Environmentally sustainable Applications」CONTEMPORARY SCIENCE OF POLYMERIC MATERIALS、Am. Chem. Society、Dec. 2010、またはイソソルビド系可塑剤、例えば、米国特許第6,395,810号を参照のこと)。
製造することができる誘導体の種類は、イソヘキシドのエーテルである。従来、ジアンヒドロ糖のエーテルは、塩基または相間移動触媒(PTC、例えば、臭化テトラ−n−ブチルアンモニウム、臭化ベンジルトリエチアンモニウム、または塩化N−メチル−N,N−ジオクチルオクタン−1−アミニウム)の存在下で、ハロゲン化アルキルおよび硫酸ジアルキルをアンヒドロ糖と接触させることによって調製される。これら新規のPTC固有の費用にもかかわらず、これらの方法では、一般に、原料として高純度のアンヒドロ糖供給材料を必要とし、好ましい目標の純度を実現するために、面倒で、かつ費用のかかる下流側の分離操作に煩わされる。これらの問題により、有意な量および質の、費用効率のよい収率を達成するための試みが困難であった。
環境に無害な供給材料であるイソヘキシドをよりよく活用するために、引き続いて他の化合物を合成するように改質することができる基礎化学品または基礎前駆体であるイソヘキシドを調製する、明確かつ単純な方法は、環境に無害なまたは再生可能な化学産業の技術者によって喜んで受け入れられるであろう。これらの化学的実体は、ポリマー、溶媒、添加剤、潤滑剤、および可塑剤などの調製用の価値ある前駆体として注目されてきたので、費用効率がよりよい方法は、アンヒドロ糖およびその誘導体化合物の可能性を解き放す方法として必要とされる。さらに、アンヒドロ糖固有の、不変のキラリティーは、これらの化合物を、薬学的用途のための可能性ある化学種、または不斉有機合成の、新興のキラル補助分野における候補として有用なものにする。可能性のある用途を考慮すると、アンヒドロ糖の誘導体を合成することができる、費用効率がよく、単純な方法は、産業化学と特殊化学の両方の製造業者らによって、バイオマス由来炭素資源をよりよく利用する方法として評価されるであろう。
本開示は、カーボネート試薬を用いて、アンヒドロ糖アルコール(イソヘキシド)をアルキル化する方法を説明する。特に、アルキル化する方法は、a)イソヘキシドを、炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリール、およびブレンステッド塩基と接触させるステップと、b)少なくとも1種の、イソヘキシド化合物のアルキルエーテルまたはアルキルカーボネートを生成させるステップとを含む。アルキル化反応は、in situであり、すなわち、外部触媒なしで実施される。ブレンステッド塩基は、少なくともpKa4を有し、イソヘキシド化合物の脱プロトン化を促す。イソヘキシドは、以下の、イソソルビド、イソマンニド、およびイソイジドのうちの少なくとも1種である。炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリールは、1〜20個の炭素原子を有するR−基を含む。R−基が少なくとも1つの、メチル基、エチル基、プロピル基である場合、エーテルが生成され、R−基が少なくとも1つのC〜C20基である場合、カーボネートが生成される。得られたエーテルまたはカーボネートは、それぞれ、モノアルキルエーテルもしくはジアルキルエーテル、またはモノアルキルカーボネート、モノアリルカーボネート、モノアリールカーボネート、またはジアルキルカーボネート、ジアリルカーボネート、もしくはジアリールカーボネートのいずれかであることができる。
他の態様において、本開示は、上記の方法によって合成された、ある種のエーテルおよびカーボネートに関するものである。一般に、イソヘキシド化合物のアルキル化エーテルは、以下の、イソイジドのモノエーテル、イソマンニドのモノエーテル、イソソルビドのモノエーテル、イソイジドのジエーテル、イソマンニドのジエーテル、およびイソソルビドのジエーテルのうちの少なくとも1種であり、但し、得られたエーテルは、以下のアルキル基:モノメチル、モノエチル、モノプロピル、ジメチル、ジエチル、およびジプロピルのうちの少なくとも1つを含む。一般に、イソヘキシド化合物のアルキル化カーボネートは、以下の、イソイジドのモノカーボネート、イソマンニドのモノカーボネート、イソソルビドのモノカーボネート、イソイジドのジカーボネート、イソマンニドのジカーボネート、およびイソソルビドのジカーボネートのうちの少なくとも1種であり、但し、得られたカーボネートは、以下のアルキル、アリルまたはアリール基:モノブチル、モノペンチル、モノヘキシル、モノベンジル、モノフェニル、モノアリル、ジブチル、ジペンチル、ジヘキシル、ジベンジル、ジフェニル、ジアリル基およびC〜C20炭素原子からのモノアルキルもしくはジアルキル基のうちの少なくとも1種を含む。
本発明の方法の、さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に開示されることになる。上記の概要ならびに以下の詳細な説明および実施例は共に、本発明の代表的なものであるにすぎず、特許請求の範囲に記載された本発明を理解するための概要の提供を意図するものであると理解される。
セクションI 説明
非再生可能な石油化学品の代替品としての大きな可能性をもたらす、バイオマス由来化合物である1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールは、再生可能分子的実体として価値のある、二環式フラノジオールの類である(便宜上、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールを、以下の記述において、「イソヘキシド」と称することにする)。前述したように、イソヘキシドは、その固有のキラル二官能性のために、近年関心を集めている優れた基礎化学品であり、合成可能な、現存と新規の両方の誘導体化合物の著しい拡張を可能にする。
イソヘキシド原料は、それぞれ、イソソルビド、イソマンニド、またはイソイジドを製造する既知の方法によって得ることができる。イソソルビドおよびイソマンニドは、対応する糖アルコール、それぞれD−ソルビトールおよびD−マンニトールの脱水から、誘導することができる。市販の製品として、イソソルビドはまた、製造業者から容易に入手することもできる。第3の異性体であるイソイジドは、自然界ではめったに存在せず、野菜のバイオマスから抽出することができない、L−イドースから製造することができる。この理由により、研究者らは、イソイジドのための異なる合成技法を、積極的に探し求めてきた。例えば、イソイジド原料は、イソソルビドからのエピメリ化によって調製することができる。L.W.Wright、J.D.Brandner、J.Org.Chem.、1964、29(10)、pp.2979〜2982において、エピメリ化は、珪藻土上に担持させたニッケルを用いたニッケル触媒によって引き起こされる。反応は、圧力150気圧で温度220℃〜240℃のような比較的過酷な条件下で、実施される。反応は、約2時間後、イソイジド(57〜60%)、イソソルビド(30〜36%)およびイソマンニド(5〜7〜8%)を含んだ平衡混合物での定常状態に到達する。イソイジドまたはイソマンニドから開始した場合、同等の結果が得られた。pHを10〜11まで上昇させると、促進効果、ならびに温度およびニッケル触媒濃度の上昇をもたらすことが明らかになった。類似の開示は、イソソルビドまたはイソマンニドを異性化させることを提唱する、米国特許第3,023,223号に見出すことができる。より最近では、P.Fuertesが、L−イジトールとL−ソルボースの混合物のクロマトグラフ分別によって、L−イジトール(イソイジドの前駆体)を得る方法を提唱した(米国特許出願公開第2006/0096588号、米国特許第7,674,381B2号)。L−イジトールは、ソルビトールから開始して調製される。第1の工程において、ソルビトールが発酵によってL−ソルボースへ変換され、その後、D−ソルビトールとL−イジトールの混合物へ水素化される。次いで、この混合物は、L−イジトールとL−ソルボースの混合物へ変換される。L−ソルボースから分離した後、L−イジトールを、イソイジドへ変換することができる。したがって、ソルビトールは、4工程の反応で、収率約50%でイソイジドへ変換される(引用文献の内容は、参照によって本明細書に組み込まれている)。
これらの分子的実体は、バイオマスから誘導された「環境に無害な」再生可能な溶媒、ならびに界面活性剤、分散剤、および皮膚軟化剤(パーソナルケア製品)の製造用の基礎化学品(モノメチルエーテル)として相当の可能性を有する。さらに、上記の調製で用いられた試薬は、無毒で、環境に優しい物質である。

本開示において、良性の、環境に優しいカーボネート(例えば、炭酸ジエチルまたは炭酸カリウム)を用いて、エーテルおよびカーボネートを合成する。スキーム1および2は、本発明の合成方法の実施形態の説明を概括したものである。スキーム1は、ブレンステッド塩基を用いて、イソヘキシドをC〜CアルキルR−基を含むカーボネートと反応させて、対応するエーテルを生成する実施形態を説明する。スキーム2は、ブレンステッド塩基を用いて、イソヘキシドをC以上のアルキル、フェニル、アリルの各R−基を含むカーボネートと反応させて、対応するカーボネートを製造する他の実施形態を示す。塩基は、イソヘキシド中間体を脱プロトン化して、エーテル化合物またはカーボネート化合物を生成するように作用する。塩基は、良好な混合およびその結果得られる反応性をもたらすために、溶液において適度に可溶であるべきである。
Figure 2017501147
Figure 2017501147
好ましくは、それぞれの合成の反応時間は、約24時間以内であることができる。典型的には、反応時間は、約6時間〜約12時間以内(例えば、7または8時間〜約9または約10時間)である。反応は、より長い時間(例えば、約10〜24時間)進行するので、モノエーテルおよびジエーテルの生成物それぞれの収率は、ジエーテル種が完全に変換するまで増加することになる。カーボネート生成物について、モノカーボネート種は、約1〜2時間以内にジカーボネート種へ急速に変換する。
ブレンステッド塩基は、最小であるpKa約4(例えば、ピリジン)を有するべきである。典型的には、塩基のpKaは、約7〜14であり、通常、約8または約10〜約12または約13である。他の実施形態において、一部の塩基は、約40〜約55までのより大きなpKa(例えば、アルキル−リチウム)を有することができる。様々な種類のブレンステッド塩基を用いることができ、例えば、塩基は、以下の、炭酸塩(例えば、炭酸ナトリウムもしくは炭酸カリウム)、ヒンダードアミン(例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン(DIEA)、ジブチルアミン)、求核塩基(例えば、ピリジン、ピリミジン、ジメチル−アミノピリジン、イミダゾール、ピロリジン、モルホリン)、水素化ナトリウム、水素化カリウム、もしくは水素化カルシウム、および有機金属化合物(例えば、アルキル−リチウムもしくはアルキル−マグネシウム)のうちの1種であることができる。原料に対する、塩基の最小の化学量論的当量は、モノエーテルまたはモノカーボネートに対して、約1であり、溶液におけるカーボネートの溶解度または塩基(例えば、アミン類)の相溶性に応じて、約2当量である。
ジイソプロピルエチルアミン(DIEA)などの、立体障害のある非求核性アミンを用いることによって、その溶解能および塩基度からだけではなく、穏やかな水性酸処理による金属イオン封鎖の容易さからも、プロセスを促進することができる。
いくつかの実施形態におけるブレンステッド塩基は、鉱物の炭酸塩などの固体の化合物であり、溶液からの最終生成物の取り出しおよび精製をより容易にさせるであろう。他の実施形態において、ヒンダードアミンは、その固有の流動性および穏やかな酸処理による分離の容易さのために、この方法に関して他の有益な塩基を含む。液体ヒンダードアミンは、よりよい混合および相溶性を可能にするが、除去は、酸による滴定、次いで液−液抽出を含み、より複雑である。
例えば、イソソルビドジアリルジカーボネートは、粘性の油状のものの形態で分離し、不活性雰囲気で、ほとんど劣化せずに無期限で保管することができる。
本発明によれば、アルキル化反応は、反応で用いられる特定のカーボネート溶媒の沸点(例えば、炭酸ジメチルでは75℃、または炭酸ジエチルでは120℃)に応じて、約70℃または約80℃〜約180℃または約200℃までの範囲の温度で実施することができる。典型的には、反応温度は、約85℃または約90℃または約100℃〜約160℃、約170℃または約175℃までの、その範囲の様々な組み合わせを含んだ範囲である。概論として、炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリールの各試薬の、アルキル、アリル、またはアリールの各基それぞれの炭素数が、より長いまたはより大きいほど、沸点はより高くなる傾向があり、したがって、反応温度がより高くなる。事前の注意として、たとえ、有意により高い温度で、イソヘキシドをその対応するエーテルまたはカーボネートへより多く変換することが達成できても、カーボネートが脱炭酸される危険性がある。実施例の、特定の温度範囲は、その範囲の組み合わせを含んだ、約110℃または約120℃〜約140℃または約150℃であることができる。ある望ましい反復法では、反応は、約115℃、約117℃、または約120℃〜約125℃、または約130℃、または約135℃の間の温度で実施される。
モノエーテルを調製するために、反応には、消費されるイソヘキシドの各当量に対し、少なくとも1〜2当量のカーボネートを用いるべきである。ジエーテルについて、少なくとも2当量が用いられる。
〜C炭素を有するR−基を含むカーボネートはエーテルを生成する傾向があるが、C〜C炭素を有するものは、主にカーボネートを生成し、C〜C20炭素を有すものはカーボネートしか生成しないことが確認される。より長い分子鎖の、アルキル、アリル、またはアリールの各基から起こり得る立体障害により、エーテル種よりもカーボネート種の形成が好まれる傾向があると考えられる。
典型的には、溶媒として、炭酸ジエチルと反応する場合のエタノールなどの、またはスキーム3に示したように、炭酸ジアリルを用いる場合のアリルアルコールなどの、カーボネート分子から置換されるものと同様のR−種を含むアルコールを含有することができる。余剰のアルコールにおいてカーボネートは活性化されると考えられる。
Figure 2017501147
過剰のアルコール系溶媒を用いた現存の(incumbent)カーボネートのin situエステル交換反応が容易に起こり、好都合なことに、安価な炭酸ジメチル以外のカーボネートを用いる必要もなく、アルキルエーテル化を生じさせることができる。これをスキーム4に示す。
Figure 2017501147
反応は、炭酸ジメチル、または炭酸エチルのニート溶液において実施することができ、また前述したように、エステル交換反応を介してin situ生成することができる。イソヘキシド化合物、および炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリールは、少なくとも、炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリールのニート溶液において、それぞれ反応する。費用効率がよい特徴として、消費されていないジカーボネートおよび溶媒を再利用することができる。
カーボネート(約95℃)およびアミン(約120℃)の沸点の違いを考慮すると、本発明のエーテル化反応は、精製および回収の方法を単純化することができ、比較的容易にすることができる。カーボネートとアミンの両方を蒸留することができ、各反応の後で回収されたカーボネートを再利用することができる。
本発明の合成方法の利点の例証は、比較的穏やかな条件および安全な無毒の試薬を用いることであり、例えば、以下の実施例4に説明されているように、(3R,3aR,6S,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイルジフェニルジカーボネート、イソソルビドジフェニルカーボネートの調製である。一方で、同様の化合物を調製する従来の方法は、いくつかの反応工程を含み、過酷な条件、およびジホスゲンまたはトリホスゲンなどの、有毒ないくつかの試薬を用いることがある(例えば、Noordover、Bart A.J.他、「Chemistry, Functionality, and Coating Performance of Biobased Copolycarbonates from 1,4:3,6-Dianhydrohexitols」J. APPLIED POLYMER SCIENCE、121巻、1450〜1463(2011);Sun, S. J.他、「New polymers of carbonic acid. XXV. Photoreactive cholesteric polycarbonates derived from 2,5-bis(4'-hydroxybenzylidene)cyclopentanone and isosorbide」J. POLYMER SCIENCE: PART A: POLYM. CHEM.、37巻、1125〜1133(1999);Kricheldorf, H.R.他、「Polymers of Carbonic Acid」MACROMOLECULES、29巻、8077〜8082(1996)を参照のこと)。

本発明の合成技法に対するいくつかの妥当と思われる変更を、モノエチルまたはジエチル対象物の高い収率をもたらすために適用することができる。これらの調整は、以下に限定されないが、
1)有機塩基:トリエチルアミン、ヒューニッヒ塩基、DBU、およびピペリジンなどの、すべての直鎖アミンおよび環状アミン、
2)無機塩基:炭酸セシウム、炭酸カルシウムなどの、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の炭酸塩、
3)塩基性樹脂:継続的なプロセスのために、塩基性キャップされた官能基(basic-capped functionalities)を有する樹脂、
4)他の炭酸アルキル:過剰のアルコール中の、比較的安価な炭酸ジメチルまたは炭酸ジエチル、およびルイス酸触媒を用いて実施することができる、カーボネートのエステル交換反応を含むことができる。例えば、イソイジドモノベンジルエーテルおよびイソイジドジベンジルエーテルは、本発明の方法を用いて、炭酸ジベンジルのin situ製造(炭酸ジメチル、過剰のベンジルアルコール、および触媒)から生成することができる。
本発明の方法によって調製された、アルキル化イソヘキシド化合物は、エーテルおよびカーボネートのいずれかである。イソヘキシドエーテルは、以下の、モノアルキルエーテルおよびジアルキルエーテルのうちの少なくとも1種であることができる。エーテル化合物は、例えば、構造
Figure 2017501147
を有するイソイジドモノエチルエーテル、または、構造
Figure 2017501147
を有するイソイジドジエチルエーテルであることができる。
他の実施形態において、アルキル化イソヘキシドエーテルは、以下の、イソヨージドのモノメチルエーテル;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノエチルエーテル;イソヨージドのジエチルエステル;イソマンニドのモノプロピルエーテル;イソマンニドのジプロピルエーテル;イソイジドのモノプロピルエーテル;イソヨージドのジプロピルエーテル;イソイジドのモノベンジルエーテル;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノアリルエーテル;およびイソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのジアリルエーテルのうちの1種であることができる。
イソイジドモノエチルエーテル(IUPAC:(3S,3aR,6S,6aR)−6−エトキシヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3−オール)およびイソイジドジエチルエーテル(IUPAC:(3S,3aR,6S,6aR)−6−エトキシヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3−オール)。イソマンニドおよびイソソルビドのジエチルエーテル、ならびに対応するモノエチルエーテルの実施例は、高い収率で生成することができる。イソマンニドおよびイソソルビドのモノメチルエーテルは新規の組成物であると考えられる。
本発明の方法によって、カーボネートを製造する場合、カーボネート化合物は、以下:炭酸モノアルキル、炭酸ジアルキル、炭酸モノアリールもしくは炭酸ジアリール、炭酸モノアリルもしくは炭酸ジアリル、および4〜20個の炭素原子からのアルキル基を有するカーボネートのうちの少なくとも1種であることができる。一実施例において、カーボネート化合物は、構造
Figure 2017501147
を有する、イソソルビドジアリルジカーボネートである。
他の実施形態において、イソヘキシドカーボネートは、以下の、イソマンニドのモノメチルカーボネート;イソイジドのモノメチルカーボネート;イソマンニドのジメチルカーボネート;イソイジドのジメチルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノエチルカーボネート;イソマンニドのジエチルカーボネート;イソイジドのジエチルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノプロピルカーボネートまたはジプロピルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれの、C〜C20のアルキルR−基を含むモノカーボネートまたはジカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノベンジルカーボネートまたはジベンジルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノフェニルカーボネート;およびイソマンニドまたはイソイジドそれぞれのジフェニルカーボネートのうちの1種であることができる。
FDM−スルホン酸塩およびTHF−スルホン酸塩から製造することができる、誘導体化合物の特定の実例は、以下の関連する実施例において説明されている。
セクションII 実施例
以下の実施例は、例えば、温度、時間、および試薬の量、ならびに特定の原料化学種および触媒およびその量の変化によってパラメータおよび条件を変えることにより、示された実施例の限界を超えて、本発明の全体の実施に影響を及ぼし、かつ拡張することができることを認識して、本開示の様々な態様を説明するものとして提供されている。
実施例1
炭酸ジエチルおよび炭酸カリウムによるイソイジドのエチルエーテル化
Figure 2017501147
実験:PTFE被覆磁気撹拌子を備えた100mL加熱用フラスコに、イソイジド2グラム(13.7mmol)、炭酸カリウム9.45グラム(68.4mmol)、および炭酸ジエチル50mL(413mmol)を装入した。撹拌している間、不均一混合物を120℃で8時間加熱した。この後、残留炭酸カリウムを濾過によって除去し、濾過液を保管した。TLC(98%EtOAc/2%MeOH、モリブデン酸セリウム染色液)で、3つのスポット、Rf=0.76、Rf=0.44、Rf=0.24(イソイジド)が確認された。試料は、ごく少量の残留イソイジドを明らかにしたGC/MSによって、イソイジドのモノエチルおよびジエチル類似体と一致する2つの優勢なシグナルで定性的に分析された。次いで試料を定量分析し、以下の質量比:イソイジド−12.5%、イソイジドモノエチルエーテル−50.9%、イソイジドジエチルエーテル−33.7%を得た。
比較例1
失敗した、炭酸ジエチル、炭酸カリウム、およびエタノールによるイソイジドのエーテル化
加熱用フラスコ100mLに、イソイジド2グラム(13.7mmol)、炭酸カリウム9.45グラム(68.4mmol)、炭酸ジエチル8.30mL(68.4mmol)、およびエタノール50mLを装入した。不均一混合物を還流させて(約85℃)24時間加熱した。反応混合物の試料を2時間刻みで取り出し、GC/MSによって分析した。24時間後、イソイジドのモノメチルエーテルまたはジメチルエーテルは確認されなかった。
イソイジドメチルエーテル化が、メタノール中の炭酸ジメチルでは定量的であったが、エタノール中の炭酸ジエチルでは完全に失敗したことは興味深い。明確な理論的説明をこの時点ですることはできないが、1)エチル分子鎖の立体的影響、および/または2)エタノールにおける炭酸カリウムの溶解度が関係するであろう。
実施例2
炭酸ジエチルおよび炭酸カリウムによるイソソルビドのエチルエーテル化
Figure 2017501147
実験:PTFE被覆磁気撹拌子を備えた100mL加熱用フラスコに、イソソルビド2グラム(13.7mmol)、炭酸カリウム9.45グラム(68.4mmol)、および炭酸ジエチル50mL(413mmol)を装入した。撹拌している間、不均一混合物を120℃で8時間加熱した。この後、残留炭酸カリウムを濾過によって除去し、濾過液を保管した。TLC(98%EtOAc/2%MeOH、モリブデン酸セリウム染色液)で、4つのスポット、Rf=0.76、Rf=0.44、Rf=0.42、およびRf=0.20(イソソルビド)が確認された。試料は、ごく少量の残留イソソルビドを明らかにしたGC/MSによって、イソイジドのモノエチルおよびジエチル類似体と一致する3つの主なシグナルで定性的に分析された。次いで試料を定量分析し、以下の質量比:イソソルビド−15.2%、イソソルビドモノエチルエーテル−55.2%、イソソルビドジエチルエーテル−26.7%を得た。
実施例3
炭酸ジエチルおよび炭酸カリウムによる、イソマンニドのエチルエーテル化
Figure 2017501147
実験:PTFE被覆磁気撹拌子を備えた100mL加熱用フラスコに、イソマンニド2グラム(13.7mmol)、炭酸カリウム9.45グラム(68.4mmol)、および炭酸ジエチル50mL(413mmol)を装入した。撹拌している間、不均一混合物を120℃で8時間加熱した。この後、残留炭酸カリウムを濾過によって除去し、濾過液を保管した。TLC(98%EtOAc/2%MeOH、モリブデン酸セリウム染色液)で、3つのスポット、Rf=0.78、Rf=0.39、およびRf=0.18(イソマンニド)が確認された。試料は、ごく少量の残留イソマンニドを明らかにしたGC/MSによって、イソマンニドのモノエチルおよびジエチル類似体と一致する2つの主なシグナルで定性的に分析された。次いで試料を定量分析し、以下の質量比:イソマンニド−13.1%、イソソルビドモノエチルエーテル−49.4%、イソソルビドジエチルエーテル−30.5%を得た。
実施例4
(3R,3aR,6S,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイルジフェニルジカーボネート、イソソルビドジフェニルカーボネート、Dの合成
Figure 2017501147
実験:楕円形のPTFE被覆磁気撹拌子を備えた25mL丸底フラスコに、イソソルビドA 1g(6.84mmol)、炭酸カリウム3.78g(27.36mmol)、および炭酸ジフェニルB 10g(46.7mmol)を装入した。撹拌している間、不均一混合物を140℃で終夜加熱した(多量の泡起を確認した)。この時点で、TLC(酢酸エチル中1%メタノール、UV−Visおよびモリブデン酸セリウム照射)によって、イソソルビドが存在しないこと、および2つのスポットしか存在しないことが示され、反応が完了したと考えられた。不均一混合物を、エタノールで希釈し、濾過して過剰の塩を除去した。金属イオン封鎖の間、濾過液中に白色固体があらわれ、それを濾過し、乾燥させ、HNMRによって分析して、イソソルビドジフェニルカーボネートD(1.55g、59%)を示した。この分析技術によっては、母液において、イソソルビドジフェニルエーテルCは確認されなかった。H NMR(CDCl,400MHz)δ(ppm)7.41〜7.40(m,4H)、7.39〜7.38(m,4H)、7.22〜7.20(m,2H)、5.24〜5.21(m,1H)、5.03(d,J=5.6Hz,1H)、4.67(t,J=9.8Hz,1H)、4.33(d,J=8.2Hz,1H)、4.26(d,J=10.4Hz,1H)、4.23〜4.22(dd,J=9.8Hz,J=1.4Hz,1H)、4.15〜4.14(dd,J=9.6Hz,J=3.2Hz,1H)、4.02〜4.01(dd,J=9.2Hz,J=2.6Hz,1H);13C NMR(CDCl,125MHz)δ(ppm)153.32、153.01、151.26、151.10、129.88、129.81、121.31、115.55、86.04、82.00、81.31、76.94、73.44、70.90。
実施例5
(3S,3aR,6S,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイルジフェニルジカーボネート、Cの合成
Figure 2017501147
実験:楕円形のPTFE被覆磁気撹拌子を備えた25mL丸底フラスコに、イソイジドA 1g(6.84mmol)、炭酸カリウム3.78g(27.36mmol)、および炭酸ジフェニルB 10g(46.7mmol)を装入した。撹拌している間、不均一混合物を140℃で終夜加熱した(著しい気泡を観察した)。この後、TLC(酢酸エチル中1%メタノール、UV−Visおよびモリブデン酸セリウム照射)によって、イソイジドが存在しないこと、および2つのスポットしか存在しないことが示され、反応が完了したと考えられた。不均一混合物を、エタノールで希釈し、濾過して過剰の塩を除去した。金属イオン封鎖の間、濾過液中に白色固体があらわれ、それを濾過し、乾燥させ、HNMRによって分析して、イソイジドジフェニルカーボネートD(1.76g、66%)を示した。H NMR(CDCl,400MHz)δ(ppm)7.36〜7.34(m,4H)、7.31〜7.28(m,4H)、7.21〜7.19(m,2H)、4.97〜4.95(m,2H)、4.82(d,J=5.5Hz,4H)、4.37(m,2H)、4.32(m,2H);13C NMR(CDCl,125MHz)δ(ppm)153.67、151.04、129.92、129.87、122.07、116.38、89.52、84.84、70.48。
実施例6
(3R,3aR,6R,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイルジフェニルジカーボネート、Cの合成
Figure 2017501147
実験:楕円形のPTFE被覆磁気撹拌子を備えた25mL丸底フラスコに、イソマンニドA 1g(6.84mmol)、炭酸カリウム3.78g(27.36mmol)、および炭酸ジフェニルB 10g(46.7mmol)を装入した。撹拌している間、不均一混合物を140℃で終夜加熱した(著しい気泡を観察した)。この後、TLC(酢酸エチル中1%メタノール、UV−Visおよびモリブデン酸セリウム照射)によって、イソマンニドが存在しないこと、および2つのスポットしか存在しないことが示され、反応が完了したと考えられた。不均一混合物を、エタノールで希釈し、濾過して過剰の塩を除去した。金属イオン封鎖の間、濾過液中に白色固体があらわれ、それを濾過し、乾燥させ、HNMRによって分析して、イソイジドジフェニルカーボネートD(1.31g、49%)を示した。H NMR(CDCl,400MHz)δ(ppm)7.41〜7.40(m,4H)、7.39〜7.38(m,4H)、7.22〜7.20(m,2H)、5.12〜5.09(m,2H)、4.97(d,J=5.8Hz,4H)、4.51(m,2H)、4.42(m,2H);13C NMR(CDCl,125MHz)δ(ppm)153.44、150.94、129.81、129.77、122.00、116.03、91.37、86.38、70.23。
実施例7
ジアリル((3R,3aR,6S,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイル)ジカーボネート、イソソルビドジアリルジカーボネートの合成
Figure 2017501147
実験:PTFE被覆磁気撹拌子を備えた、炉乾燥させた25mL丸底フラスコに、イソソルビド100mg(A、0.684mmol)、炭酸ジアリル1mL(7.03mmol)、およびジイソプロピルエチルアミン477μL(DIEA、2.74mmol)を装入した。アルゴン導入口で蓋をした還流凝縮器を丸底フラスコに取り付け、混合物を勢いよく撹拌しながら、120℃で終夜加熱した。この後、一定分量を取り出し、アセトンで希釈し、GC/MSで分析した。イソソルビドに特徴的なシグナルは存在せず、完全な変換を示した。他のシグナルは明示されず、ジアリルイソソルビドC、またはモノアリルイソソルビドの異性体は存在しない。ジアリル類似体が存在しないことは、TLC(1:1EtOAc:ヘキサン、モリブデン酸セリウム染色液)によって確証され、その場合、ジアリルイソソルビド標準品は生成混合物近傍に導入された。生成混合物において、特徴的なスポットは観測されなかった。生成物の精査には、アセトンによる希釈、橙色固体を取り出すための濾過、真空での濃縮を必要とし、淡黄色の油状のものを得た(162mg、75.0%)。H NMR 分析(CDCl,400MHz)δ(ppm)5.97〜5.91(m,2H)、5.39〜5.38(dd,J=13.2Hz,J=1.2Hz,1H)、5.35〜5.34(dd,J=13.2Hz,J=1.3Hz,1H)、5.30〜5.29(dd,J=8.6Hz,J=1.0Hz,1H)、5.27〜5.26(dd,J=8.4Hz,J=1.2Hz,1H)、5.11〜5.09(m,2H)、4.90(t,J=5.2Hz,1H)、4.67(d,J=6.4Hz,2H)、4.64(d,J=6.2Hz)、4.57(d,J=6.6Hz,1H)、4.07〜4.03,(m,2H)、3.91〜3.90(m,2H)。13C NMR(CDCl,125MHz)δ(ppm)154.56、154.21、131.48、131.34、119.62、119.28、86.07、81.43、81.10、73.46、70.70、69.07、69.04、68.89。
実施例8
ジアリル((3S,3aR,6S,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイル)ジカーボネート、Bの合成
Figure 2017501147
実験:PTFE被覆磁気撹拌子を備えた、オーブンで乾燥させた25mL丸底フラスコに、イソイジド100mg(A、0.684mmol)、炭酸ジアリル1mL(7.03mmol)、およびジイソプロピルエチルアミン477μL(DIEA、2.74mmol)を装入した。アルゴン導入口で蓋をした還流凝縮器を丸底フラスコに取り付け、混合物を勢いよく撹拌しながら、120℃で終夜加熱した。この後、一定分量を取り出し、アセトンで希釈し、GC/MSで分析した。イソイジドに特徴的なシグナルは存在せず、完全な変換を示した。生成物の精査には、アセトンによる希釈、茶色固体を取り出すための濾過、真空での濃縮を必要とし、淡黄色の油状のものを得た(144mg、66.9%)。H NMR 分析(CDCl,400MHz)δ(ppm)5.97〜5.91(m,2H)、5.49〜5.46(m,2H)、5.35〜5.34(m,2H)、4.97〜4.95(m,2H)、4.80(d,J=5.5Hz,4H)、4.65(d,J=7.2Hz,4H)、4.35(m,2H)、4.29(m,2H);13C NMR(CDCl,125MHz)δ(ppm)153.33、131.28、117.74、90.34、81.63、70.07、62.51。
実施例9
ジアリル((3R,3aR,6R,6aR)−ヘキサヒドロフロ[3,2−b]フラン−3,6−ジイル)ジカーボネート、Bの合成
Figure 2017501147
実験:PTFE被覆磁気撹拌子を備えた、オーブンで乾燥させた25mL丸底フラスコに、イソマンニド100mg(A、0.684mmol)、炭酸ジアリル1mL(7.03mmol)、およびジイソプロピルエチルアミン477μL(DIEA、2.74mmol)を装入した。アルゴン導入口で蓋をした還流凝縮器を丸底フラスコに取り付け、混合物を勢いよく撹拌しながら、120℃で終夜加熱した。この後、一定分量を取り出し、アセトンで希釈し、GC/MSで分析した。イソマンニドに特徴的なシグナルは存在せず、完全な変換を示した。生成物の精査には、アセトンによる希釈、茶色固体を取り出すための濾過、真空での濃縮を必要とし、淡黄色の油状のものを得た(145mg、67.3%)。H NMR 分析(CDCl,400MHz)δ(ppm)5.95〜5.90(m,2H)、5.46〜5.44(m,2H)、5.33〜5.31(m,2H)、5.11〜5.08(m,2H)、4.96(d,J=5.8Hz,4H)、4.61(d,J=7.2Hz,4H)、4.53(m,2H)、4.40(m,2H);13C NMR(CDCl,125MHz)δ(ppm)153.72、131.94、117.38、91.66、82.07、69.41、60.99。
本発明は、実施例によって、全般的に、かつ詳細に説明されてきた。当分野の技術者には、本発明は、特に開示された実施形態に制限される必要はないと理解され、以下の、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲、または本発明の範囲内で使用することができる、現在既知の、もしくは開発される他の等価な構成要素を含む、その等価物の範囲を逸脱することなく、改変および変更することができると理解される。したがって、変化が本発明の範囲を逸脱しない限り、変化は、本明細書に含まれるものとして解釈されるべきである。

Claims (24)

  1. アンヒドロ糖化合物をアルキル化する方法であって、a)イソヘキシド化合物を、炭酸ジアルキル、炭酸ジアリル、または炭酸ジアリール、およびブレンステッド塩基と接触させるステップと、b)少なくとも1種の、前記イソヘキシド化合物のアルキルエーテルまたはアルキルカーボネートを生成させるステップとを含む、方法。
  2. 前記アンヒドロ糖化合物が、イソソルビド、イソマンニド、およびイソイジドのうちの少なくとも1種である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記炭酸ジアルキル、炭酸ジアリルまたは炭酸ジアリールが、1〜20個の炭素原子を有するR−基を含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記R−基が、メチル、エチル、プロピル基の少なくとも1つである場合、前記アルキルエーテルが主に生成される、請求項3に記載の方法。
  5. 前記R−基が、少なくとも1つのC〜C20基である場合、前記アルキルカーボネートが主に生成される、請求項3に記載の方法。
  6. 前記イソヘキシド化合物の前記アルキル化エーテルが、イソイジドのモノエーテル、イソマンニドのモノエーテル、イソソルビドのモノエーテル、イソイジドのジエーテル、イソマンニドのジエーテル、およびイソソルビドのジエーテルのうちの少なくとも1種である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記アルキル化イソヘキシド化合物が、以下のアルキル基:モノメチル、モノエチル、モノプロピル、ジメチル、ジエチル、およびジプロピルの少なくとも1つを含むエーテル、イソヘキシドエーテルである、請求項3に記載の方法。
  8. 前記イソヘキシド化合物の前記アルキル化カーボネートが、イソイジドのモノカーボネート、イソマンニドのモノカーボネート、イソソルビドのモノカーボネート、イソイジドのジカーボネート、イソマンニドのジカーボネート、およびイソソルビドのジカーボネートのうちの少なくとも1種である、請求項1に記載の方法。
  9. 前記アルキル化イソヘキシド化合物が、以下のアルキル、アリル、またはアリール基:モノブチル、モノペンチル、モノヘキシル、モノベンジル、モノフェニル、モノアリル、ジブチル、ジペンチル、ジヘキシル、ジベンジル、ジフェニル、ジアリル基およびC〜C20炭素原子からのモノアルキルもしくはジアルキル基の少なくとも1つを含むカーボネートである、請求項5に記載の方法。
  10. 前記アンヒドロ糖化合物、および前記炭酸ジアルキル、炭酸ジアリルまたは炭酸ジアリールを、約70℃〜約200℃の範囲の温度で接触させる、請求項1に記載の方法。
  11. 前記アンヒドロ糖化合物、および前記炭酸ジアルキル、炭酸ジアリルまたは炭酸ジアリールを、約80℃〜約150℃の範囲の温度で接触させる、請求項10に記載の方法。
  12. 前記アンヒドロ糖化合物、および前記炭酸ジアルキル、炭酸ジアリルまたは炭酸ジアリールを、前記炭酸ジアルキル、炭酸ジアリルまたは炭酸ジアリールのニート溶液において接触させる、請求項1に記載の方法。
  13. 前記ブレンステッド塩基が、少なくともpKa4を有する、請求項1に記載の方法。
  14. 前記ブレンステッド塩基が、pKa7〜14を有する、請求項13に記載の方法。
  15. 前記ブレンステッド塩基が、以下:炭酸塩;ヒンダードアミン;求核塩基;水素化ナトリウム、水素化カリウム、もしくは水素化カルシウム;および有機金属化合物の少なくとも1種である、請求項1に記載の方法。
  16. 前記有機金属化合物が、アルキル−リチウムまたはアルキル−マグネシウムである、請求項15に記載の方法。
  17. 請求項1に記載の方法に従って調製されるエーテル化合物であって、以下:モノアルキルエーテルおよびジアルキルエーテルのうちの少なくとも1種である、エーテル化合物。
  18. 構造
    Figure 2017501147
    [式中、ジアルキルエーテルでは、RがC〜Cアルキル基であり、モノアルキルエーテルでは、一方のRがC〜Cアルキル基であり、他方のRがOH基である]
    を有する、請求項17に記載のエーテル化合物。
  19. 少なくとも、構造
    Figure 2017501147
    を有するイソイジドモノエチルエーテル、構造
    Figure 2017501147
    を有するイソイジドジエチルエーテルである、請求項17に記載のエーテル化合物。
  20. 前記化合物が、イソヨージドのモノメチルエーテル;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノエチルエーテル;イソヨージドのジエチルエステル;イソマンニドのモノプロピルエーテル;イソマンニドのジプロピルエーテル;イソイジドのモノプロピルエーテル;イソヨージドのジプロピルエーテル;イソイジドのモノベンジルエーテル;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノアリルエーテル;およびイソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのジアリルエーテルからなる群から選択されるエーテルである、請求項17に記載のアルキル化イソヘキシド化合物。
  21. 請求項1に記載の方法によって調製されるカーボネート化合物であって、以下:モノアルキルカーボネート、ジアルキルカーボネート、モノアリールカーボネートもしくはジアリールカーボネート、モノアリルカーボネートもしくはジアリルカーボネート、および4〜20個の炭素原子からのアルキル基を有するカーボネートのうちの少なくとも1種である、カーボネート化合物。
  22. 構造
    Figure 2017501147
    [式中、炭酸ジアルキルでは、RがC以上の炭素のアルキル、フェニル、アリルの各基であり、モノアルキルエーテルでは、一方のRがC以上の炭素のアルキル、フェニル、アリルの各基であり、他方のRがOH基である]
    を有する、請求項21に記載のカーボネート化合物。
  23. 構造
    Figure 2017501147
    を有する、イソソルビドジアリルジカーボネートである、請求項21に記載のカーボネート化合物。
  24. 前記化合物が、イソマンニドのモノメチルカーボネート;イソイジドのモノメチルカーボネート;イソマンニドのジメチルカーボネート;イソイジドのジメチルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドのモノエチルカーボネート;イソマンニドのジエチルカーボネート;イソイジドのジエチルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドのモノプロピルカーボネートまたはジプロピルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨヨージドそれぞれの、C〜C20のアルキルR−基を含むモノカーボネートまたはジカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノベンジルカーボネートまたはジベンジルカーボネート;イソソルビド、イソマンニド、またはイソヨージドそれぞれのモノフェニルカーボネート;およびイソマンニドまたはイソイジドのジフェニルカーボネートからなる群から選択されるカーボネートである、請求項21に記載のアルキル化イソヘキシド化合物。
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