JP2018501094A - 有機還元剤による担持されたオレフィンメタセシス触媒の活性化 - Google Patents

有機還元剤による担持されたオレフィンメタセシス触媒の活性化 Download PDF

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Abstract

有機還元剤、特に、EがS及び/又はSeであるMOnEm型の、特にMOn型の担持された触媒を活性化することに適する有機シリコン還元剤であって、Mは、W、Mo、又はReである、有機還元剤、並びにそのメタセシス反応における使用を記載する。還元された触媒は、低温でオレフィンをメタセシス反応させることができ、したがって、官能化オレフィンのメタセシスにも適している。【選択図】図1

Description

関連出願についてのクロスリファレンス
本出願は、2014年12月17日に出願された欧州特許出願第14004251.6号、及び2015年8月31日に出願された欧州特許出願第15002559.1号に基づく優先権を主張しており、これらの開示は引用によりその全体が本明細書中に含まれる。
技術分野
本発明は、アルケンの触媒的メタセシス、特に、アルケンの低温メタセシスのための有機還元剤による−好ましくは担持された−Mo、W、及びRe酸化物触媒の低温活性化に関する。
金属酸化物ベースのアルケンメタセシス触媒、特に酸化タングステン触媒の主要な欠点の1つは、これらを活性化する必要があり、高温(典型的には200〜400℃)でのみオレフィンメタセシスを触媒することである。したがって、そのような触媒は、高温での操作及び非官能化オレフィンに限られている。高温は、コスト、エネルギー、及び環境的に非効率的な方法であることに加えて、望ましくない反応、例えば異性化を誘起し、基質の範囲を狭める可能性がある。
典型的な工業的オレフィンメタセシス触媒は、無機難溶性酸化物、例えばシリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、又はトリア、又は混合酸化物、例えばAl−SiOに担持された、モリブデン、タングステン、又はレニウムの酸化物に基づく。
現在、これらの触媒は、溶液中の活性種の前駆体で担体を含浸すること、金属前駆体及び担体を共沈殿すること、活性金属材料及び担体材料を機械的手段によって混合すること、又は金属前駆体を蒸着することを含む、いくつかの方法によって調製されている。
これらの触媒の活性化の本質的な工程は、空気、不活性気体、又は反応剤の存在下、触媒を高温に加熱することにある。
これらの系の低い活性を克服するために、アルキル化剤、例えばテトラアルキルスズ、トリアルキルアルミニウム、又は歪んだ環状アルカン及びアルケン、特に、窒素修飾剤の存在下、アルケン又は不活性気体流の下での高温処理、及び光還元処理を含む、活性化方法が開発された。
より一般的見地において、有機試剤を使用した還元による触媒の活性化が提案され、そのような還元は典型的に高温(200〜800℃)で行われる。
いくらかの量の金属中心を還元することは、触媒活性に有益であることが示され、触媒活性は、還元剤、例えば水素、一酸化炭素、及び元素金属で触媒を処理することによって増加することが分かった。
米国特許第5,210,365号には、無機酸化物担体上に担持されたモリブデン又はレニウムを含む焼成複合材を形成し、焼成複合材と、アルキルシラン、アリールシラン、又はそれぞれのジシランなどの、一分子当たりに少なくとも一つのシリコン−水素結合、及び/又は少なくとも一つのシリコン−シリコン結合を含む有機シラン化合物とを接触させることによって得られる、不均化触媒が開示されている。そのような触媒は、オレフィン炭化水素の不均化に記載されている。
代替的に、明確なアルキリデン錯体又はアルキリデンの前駆体を担体上に直接グラフトすることで、活性化処置をせずに活性メタセシス触媒を生成することができる。
不均一触媒の代わりに均一触媒を使用する試みも既に行われてきた。そのような触媒は、例えば、Schattenmann W. C. の論文[8]、及び特開2013−14562号公報に記載されている。
均一ルテニウム触媒の存在下でのアリルシランの自己メタセシスは、Marciniec 等[9]に記載されている。
Saito [4]には、分子錯体中の遷移金属のための還元剤として、いくつかのシリルシクロジエン化合物が開示されている。
したがって、本発明によって解決される課題は、より高活性及びより良好な性能、並びに良好な回復力及び再生力を有する、メタセシス触媒を提供することである。
この課題は、改善された不均一なアルケンメタセシス触媒によって解決される。それらの製造方法もまた記載される。そのような触媒は、担持された金属酸化物ベースのアルケンメタセシス触媒、例えば酸化タングステン、酸化レニウム、及び/又は酸化モリブデンと、酸化化合物が芳香族系であるように、少なくとも一つの二重結合を、一つ若しくは複数の更なる二重結合の付近に含む有機還元剤、例えば結果としてベンゼンになるヘキサジエン、又はSiXY型の少なくとも一つのシリル基を含む有機還元剤とを反応させることによって得ることができ、特に、有機還元剤は、酸化化合物が芳香族系であるように、少なくとも一つの二重結合又はSiXY型の少なくとも一つのシリル基のいずれかを、一つ若しくは複数の更なる二重結合の付近に含み、SiXY型のそれぞれのシリル基において、
それぞれのXは、H、R’、ハロゲン、OR、NRから独立して選択され、
それぞれのR’は、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルケニル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキニル、又は
非置換若しくは置換芳香族基
から独立して選択され、
それぞれのRは、H、R’、−SiXY型のシリルから独立して選択され、
それぞれのシリル基のYは、同じであるか又は異なることができ、Xについて定義した群から選択され、又は2つのYは共に−O−若しくは単結合である。
いくつかの実施形態において、それぞれのシリル基のYは、同じであるか又は異なることができ、H、R’、ハロゲン、OR、及びNRから選択され、それぞれのR’は、上記に定義したものであり、Rは、H、及びR’から独立して選択され、又は、Yは共に−O−又は単結合である。
適切な触媒は、MO型であり、Eは硫黄又はセレンである。MO型の触媒、又はMO触媒、又はMOベースの触媒は同義的に用いられ、還元前は酸素原子/イオン、並びに場合によっては硫黄及び/又はセレン原子/イオン、例えば=O、−O、−O−担体、−OR、=S、−S、−S−担体、−SR、=Se、−Se、−Se−担体、−SeRと直接接続している金属中心を有する触媒を示す。MO型の好ましい触媒は、m=0のもの、すなわち、MO型の触媒/MO触媒/MOベースの触媒である。金属中心が、=O、−O、−O−担体、=S、−S、−S−担体、=Se、−Se、−Se−担体、特に=O、−O、−O−担体と接続している触媒もまた好ましい。
S及びSe含有触媒は、好ましくは、S及び/又はSeを含有する前駆体、例えばMSから開始して得られ、式中、M=W、Mo、及びReであり、X=Cl及びBrである。
本明細書で用いる付近(in proximity)とは、アリル位及びビニル位だけでなく、ホモアリル位又はプロパルギル位もまた包含し、好ましくは、下式(I)に示すように、アリル位又はビニル位である。
効率的に還元剤として機能するために、本発明の還元剤は、固体触媒に近接しなければならず、したがって、反応条件下で揮発性若しくは液体であるか、又は適切な溶媒に可溶性である。
そのような有機還元剤は、本明細書で定義されるように有機還元剤の混合物であることもできる。好ましい還元剤は、少なくとも一つの二重結合を、少なくとも一つのシリル基の付近に含み、より好ましくは式(I)の有機還元剤であり:
Figure 2018501094
式中、
は、C−R、N、P、As、又はBから選択され、
nは0又は1であり、
〜R及びRは、同じであるか又は異なり、−H、−R’、−SiXY型のシリル、−OR、−NR、ハロゲン、−NO、ホスフェート、カーボネート、及びサルフェートを含む群から選択され、全ての基において、
それぞれのR’は、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルケニル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキニル、又は
非置換若しくは置換芳香族基、特に、任意にアリール置換C1〜C6アルキル、例えばメチル、又はブチル、又はベンジル、又はメチルベンジル、任意にメチル置換シクロヘキシルなどのアルキル、任意にメチル置換フェニルなどのアルキル、例えばトリル
を含む群から独立して選択され、
それぞれのRは、H、R’、SiXY型のシリルを含む群から独立して選択され、
又は
及びRは、それらが結合しているC及びCと共に4〜12員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
lは、2〜10であり、
及び/又は
及びRは、それらが結合しているC及びEと共に4〜12員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
mは、1〜9であり、
それぞれのEは、E若しくはOを含む群からそれぞれ独立して選択され、又は2つの隣接するEは、−CR=CR−であり、好ましくは、一つ若しくは複数のSiXY基に関してビニル位若しくはアリル位であり、
は上記に定義したものであり、
、R、及びRは、Rについて定義したもの、又はSiXYであり、
それぞれのXは、H、R’、ハロゲン、OR、NRを含む群から独立して選択され、
R’及びRは、上記に定義したものであり、
それぞれのYは、同じであるか又は異なることができ、Xについて定義した群から選択され、2つのYは共に−O−又は単結合であり、−XSi−O−SiX−基は、隣接するEとE上、及び/又は隣接する2つのE上、及び/又は隣接するEとC上、及び/又は隣接するEとC上、及び/又はCとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れたEとE上、及び/又はEとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れたEとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れたEとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れた2つのE上にある。
好ましい実施形態において、式(I)の可変部分の少なくとも一つ、より好ましくは全ての可変部分は、以下の群から選択される:
は、C−R及びNから選択され、
nは1であり、
〜R及びRは、同じであるか又は異なり、−H、−R’、−SiX型のシリルを含む群から選択され、全ての基において、
それぞれのR’は、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C6アルキル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C6アルケニル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C6アルキニル、又は
非置換又は置換の最高6員の芳香族基
を含む群から独立して選択され、
それぞれのRは、H、R’、−SiX型のシリルを含む群から独立して選択され、
又は
及びRは、それらが結合しているC及びCと共に6員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
lは4であり、
及び/又は
及びRは、それらが結合しているC及びEと共に5〜8員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
mは2〜5であり、
それぞれのEは、Eを含む群から独立して選択され、又は、隣接する2つのEは、−CR=CR−であり、好ましくは、一つ又は複数のSiX基に関してビニル位又はアリル位にあり、
は上記に定義したものであり、
、R、及びRは、Rについて定義したもの、又はSiXであり、
それぞれのXは、H及びR’を含む群から独立して選択され、
R’は上記に定義したものである。
更に好ましい実施形態において、
それぞれのR’は、独立して、任意にアリール置換C1〜C6アルキル基、例えばメチル基、又はブチル基、又はベンジル基、又はメチルベンジル基、任意にメチル置換シクロヘキシル基などのアルキル置換シクロヘキシル基、任意にメチル置換フェニル基などのアルキル置換フェニル基、例えばトリル基であり、
及び/又は
は、Eであり、Rは−SiXYであり、X及びYは上記に定義したものであり、好ましくは水素又はメチル又は−O−である。
非常に好ましい実施形態において、式(I)の化合物は、還元されると一つ又は複数の芳香族環が形成されるように、少なくとも一つのシリル基を二重結合の付近(好ましくはアリル位又はビニル位、最も好ましくはアリル位)に含む、シリル基置換ホモ又はヘテロサイクルである。
式(I)に該当する特定の群は、例えば、一つ若しくは複数、好ましくは2つのトリアルキルシリル基で置換されたシクロヘキサジエン部分、又は一つ若しくは複数、好ましくは2つのシリル基で置換された1,4−ジアザシクロヘキサジエン部分、特に、式(II)の群であり、
Figure 2018501094
式中、R、R、R、R及びRは、上記に定義したものであり、目下のところ好ましくは、R、R、R、及びRは、水素又はメチルであり、好ましくは、RはSiMeである。
例えば、式(I)に該当する更に特定の群は、式(III)〜式(VII)の1つの化合物である。
Figure 2018501094
単純化のため、式(III)〜(V)は、特にSiXを有する位置がCの代わりにNでもよく、一つ又は複数のC’は置換されていてもよいという可能性を示さずに書かれている。示される式の化合物が目下のところ好ましいが、しかしながら、これらの可能性もまた本発明に包含される。
式(II)の化合物は、Red1、Red2、Red3、及びRed4と称する以下の化合物を包含する。
Figure 2018501094
トリアルキルシリル基のアルキル基は重要でないが、好ましくは、独立して、直鎖又は分岐鎖又は環状又は芳香族のC1〜C6基であり、より好ましくは、アルキル、又はシクロアルキル、又は芳香族基の全ては同じ、例えばメチル基である。
還元剤は、メタセシス反応が行われる前に、又はより便宜にはアルケン基質の存在下で直接、触媒に加えることができる。これらの触媒は、還元前の親材料より著しく高い転化率及び選択性を示す。還元された触媒の非常に高い活性は、著しく低い温度で反応を行うことを可能にし、望ましくない副反応を低減又は更には排除し、官能化されたアルケン、例えば、エーテル、エステル、アミン、アミド、イミド、アルコール、ケトン、アルデヒド、チオール、アセタール、チオアセタール、ボロン酸、ボロン酸エステル、シリルエーテル、アルキルシリル、ハロゲン化アルキル、アルキルホスフィン、アルミニウムアルキル、カルボキシレート、ニトロ、ホスフェート、及びスルホネートから選択される群で置換されたアルケンの使用を可能にする。
本発明の触媒は、上記に定義したような少なくとも一つの二重結合及び/又は少なくとも一つのシリル基を含む有機化合物、好ましくは、式(I)の有機シリコン還元剤である有機還元剤によって処理された、不均一な担体に担持された、金属酸化物成分、例えば酸化タングステン及び/又は酸化モリブデン及び/又は酸化レニウムから成る。適切な不均一な担体は、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ニオビア、トリア、ジルコニア、又は混合酸化物、例えばAl−SiOを含む。
還元剤対金属のモル比は、典型的には0.0001:1〜10000:1、好ましくは0.01:1〜10:1は、より好ましくは0.1:1〜5:1である。これらの範囲は、多くの触媒、特に商業的に入手可能な多くの触媒において、触媒活性でない金属中心、特に急いで作られた金属酸化物の内部晶粒、及び還元剤にアクセス可能でない金属中心、又は基質が存在すること、いくつかの触媒において、活性金属中心に関して大過剰であることを考慮に入れている。触媒活性であると考えられる中心に関して、還元剤対金属の比は、約0.5:1〜2:1であることが好ましい。
還元剤は、純粋な若しくは有機溶媒中の溶液の形態で触媒に加えて、活性触媒を生成することができ、又は、還元剤は、オレフィン基質と共に若しくはオレフィン基質の後に加えて、インサイチュで活性触媒を生成することができる。
本発明の触媒を用いてメタセシス反応を行うため、広範囲にわたる反応条件を用いることができる。一般に、反応条件は、従来技術に記載されているものに類似し、バッチ条件又はフロー条件で構成されることができる。
還元反応並びにメタセシス反応は、液相中又は気相中で、不活性溶剤の存在下又は不存在下で実施することができる。反応温度は−20℃〜500℃の間で様々であることができ、反応は40〜250℃、例えば約70℃が一般に最適である。有機溶媒は−使用する場合−あらゆる非プロトン性有機溶媒、又はそのような溶媒の混合物であることができるが、還元反応には極性溶媒が有益であることが分かった。溶媒は、例えば反応温度に依存して選択され、例えば、80℃未満で行われる反応についてはベンゼン又はクロロアルカンであり、110℃までの反応についてはトルエン又はトリフルオロトルエン、より高い反応温度についてはクロロベンゼンである。
還元反応及びメタセシス反応は、水分及び酸素に曝露しないよう注意しながら、不活性雰囲気下で一般に行われる。還元剤の存在下、本発明の触媒の酸素及び水分に対する敏感性は、公知の触媒ほど重大ではないようであるが、それでもなお、反応は、残存する酸素及び水が約50ppm未満であることを意味する無酸素及び無水環境で行うべきである。これらの条件内で、典型的には基質1モル当たり0.00001〜1モルの金属、通常は基質1モル当たり0.00001〜0.1モルの金属から選択される、低濃度の金属対オレフィンの充填量でさえ、定量的転化率及び選択性が観察された。
触媒の合成及び触媒特性の調査は、更に以下で示す例に記載する。
下記に与えられるデータは、特に実験的部分において、本発明の還元剤、特に式(I)の有機シリコン還元剤で処理された触媒で著しい利点が得られたことを明確に実証する。例えば、非活性化酸化タングステン触媒は、試験条件において何ら活性を示さず、一方で、有機還元剤、特に式(1)の有機シリコン還元剤で処理された触媒は、アルケンメタセシスの高い活性を実証した。有機シリコン試剤をオレフィン基質と共に加えたときに最も高い活性が得られたが、しかしながら、単独の還元剤もまた増加した活性に繋がることを示した。
本発明の方法において、還元工程が本質的であるようである。上記に定義したように少なくとも2つの二重結合を有する、又は少なくとも一つの二重結合及び少なくとも一つのシリル基の組合せを有するあらゆる化合物は有機還元剤として適切なようであるが、しかしながら、式(I)の組み合わせられた有機シリコン試剤が好ましい。より好ましい実施形態において、還元剤は、シクロヘキサジエン部分又はジアザシクロヘキサジエン部分を含む。得られた結果からみて、芳香族系を形成することができる還元剤が特に適している。
本発明の還元剤を使用して、異なる触媒材料、特に産業的に重要な触媒、例えば、WO/SiO、及びMoO/SiO、及びRe/SiO、及びRe/Al、又は例えばSiO、若しくはAl、若しくはAl−SiOから選択される他の担体上のそのような触媒、又は前述の群からの他の金属酸化物、例えばセリア、チタニア、ジルコニア、及びニオビアを活性化することができる。
本発明の触媒の正確な構造はまだ完全には分かっていないが、しかしながら、シリル基含有還元剤を使用する場合、担持され、活性化された、すなわち少なくとも部分的に還元されたMO触媒に、シリルオキシ基(−O−SiXY)が接続していることが分かった。上記担持された触媒は、現在の情報によれば、以下の一般式(VIII)を有し、
Figure 2018501094
Qは、異なって還元された金属中心による混合原子価であることがある、金属の原子価であり、
lは1〜4であり、
nは0〜2であり、
l+m+2n=Qであり、及び
それぞれのXは、H、R’、ハロゲン、OR、NRから独立して選択され、
それぞれのR’は、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルケニル、
非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキニル、又は
非置換若しくは置換芳香族基、特に、任意にアリール置換C1〜C6アルキル、例えばメチル、又はブチル、又はベンジル、又はメチルベンジル、任意にメチル置換シクロヘキシルなどのアルキル、任意にメチル置換フェニルなどのアルキル、例えばトリル
から独立して選択され、
それぞれのRは、H、R’、及び−SiXY型のシリルからなる群から独立して選択され、
R’は、上記に定義したものであり、
それぞれのシリル基のYは、同じであるか若しくは異なることができ、Xについて定義した群から選択され、又は2つのYは、共に−O−若しくは単結合である。
通常、式(VIII)の化合物は、ここに記載されている還元剤を使用して生成され、したがって、X及びYは還元剤中に見られる。
いくつかの特定の実施形態において、それぞれのシリル基のYは、同じであるか若しくは異なることができ、H、R’、ハロゲン、OR、及びNRから選択され、それぞれのR’は、上記に定義したものであり、Rは、H及びR’から独立して選択され、又は2つのYは、共に−O−若しくは単結合である。
還元剤及び本発明の方法は、溶液相で機能し、低温でワンステップでの低活性アルケンメタセシス触媒の活性化につながる、非常に効率的な還元を可能にする。したがって、触媒は、現在の活性を親/前駆体材料よりも桁違いに高く活性化する。さらに、有機還元剤、特に式(I)の有機シリコン還元剤の使用は、アルカリ金属を還元剤として用いたときに一般的に得られる表面上の副生成物の存在を制限することを可能にし、したがって、オレフィン基質の競争的異性化の活性点の生成が低減される。更に、本発明によれば活性化に必要な温度がより低いことによって、また、二水素の使用は望ましくない反応、例えばアルケン基質の水素化を好むので、本発明の触媒は、高温(300℃超)での気体、例えばオレフィン又は水素を用いた還元に勝る著しい利点を提示する。また、それは発明の方法を官能化オレフィンと適合するようにする。
本発明の触媒の他の利点は、それらを容易にリサイクルすることができるということである。それらが活性を失った場合、別々の再生反応で、又はインサイチュで、それらを本発明の還元剤の一つで再び処理することによって再活性化することができる。
他の有利な実施形態は、従属クレーム並びに下記の説明に掲げられる。
本発明はより良く理解され、上記で説明したこと以外の目的は、以下の詳細な記載から明らかになる。
そのような記載は、添付の図面に言及する。
図1は、[WO(OSi(OBu)(DME)]の、50%の確率の熱振動楕円体プロットである。明確性のため、水素原子は省略し、非対称ユニットの3つの独立分子のうちの一つだけを表す。 図2は、[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]のFT1透過スペクトルである。 図3は、WO(OSi(OBu)(DME)のEXAFSスペクトルである。
図4は、[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]の、H NMRのスペクトル(400MHz、スピン速度10kHz、4mmローター)(*:スピニングサイドバンド)である。 図5は、[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]の、13C CP−MAS NMRのスペクトル(400MHz、スピン速度10kHz、4mmローター)(d1=2s、接触時間=2ms)である。 図6は、[SiO2−700]上にグラフトされたWO(OSi(OBu)(DME)、すなわち、[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]のEXAFSスペクトルである。 図7は、親[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]錯体(灰色のライン(b))と比較した、[(≡SiO)WO](黒色ライン(a))のFTIR透過スペクトルである。 図8は、[SiO2−700]上にグラフトされ、熱的に分解された、WO(OSi(OBu)(DME)、すなわち、[(≡SiO)WO]のEXAFSスペクトルである。 図9は、材料[(≡SiO)WO](Red1)0.5、(a)、[(≡SiO)WO](Red2)0.5、(b)、[(≡SiO)WO](Red3)0.5、(c)、及び[(≡SiO)WO](Red4)0.5(d)のFTIRである。 図10は、材料[(≡SiO)WO](Red4)0.5、(d)、[(≡SiO)WO](Red4)、(c)、[(≡SiO)WO](Red4)、(b)、及び[(≡SiO)WO](Red4)、(a)のFTIRである。 図11は、材料WOCl(DME)/SiO、(a)、[(≡SiO)WOCl、(b)、及び[(≡SiO)WOCl(Red4)、(c)のFTIRである。 図12は、減圧下で熱分解したWOCl(DME)/SiO、すなわち[(≡SiO)WOClのEXAFSスペクトルである。 図13は、材料[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}](a)、及び[(≡SiO)MoO](b)のFTIRである。 図14(a)は、MoO[OSi(OBu)のEXAFSスペクトルである。 図14(b)は、[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}]のEXAFSスペクトルである。 図14(c)は、[(≡SiO)MoO]のEXAFSスペクトルである。 図15は、0.1mol%W、[(≡SiO)WO](Red4)(ダイヤ)、[(≡SiO)WO](Red4)(白抜き円)、[(≡SiO)WO](Red4)0.5(クロス)、[(≡SiO)WO](Red1)(白抜き正方形)、及び[(≡SiO)WO]+0.2mol%のRed4(三角形)についての、70℃における、シス4−ノネンホモメタセシスの転化率対時間である。 図16は、2等量の以下の試剤:Red4(ダイヤ)、アリルトリメチルシラン(正方形)、シクロヘキサジエン(三角形)、ビニルトリクロロシラン(クロス)、及び1,4−ビストリメチルシリルベンゼン(星)の存在下、0.1mol%W、[(≡SiO)WO]についての、70℃における、シス4−ノネンホモメタセシスの転化率対時間である。 図17は、0.1mol%W、70℃における、[(≡SiO)WO]についてのジアリルマロン酸ジエチルの閉環メタセシスの転化率:2等量のRed4の最初の添加後90時間(a)、及び2等量のRed4の第二の添加後90時間(b)である。 図18は、0.1mol%W、2等量のRed4の存在下、[(≡SiO)WOCl(ダイヤ)、及び[(≡SiO)WOCl(Red4)(正方形)についての、70℃における、cis−4−ノネンホモメタセシスの転化率対時間である。 図19は、2等量のRed4存在下、0.1mol%W、[(≡SiO)MoO]についての、30℃における、シス−4−ノネンホモメタセシスの転化率対時間である(正方形)。 図20は、Red1(正方形)の非存在(ダイヤ)及び2等量の存在下、0.1mol%W、Re/SiOについて70℃における、シス−4−ノネンホモメタセシスの転化率対時間である。
用語について事前の備考
MO/担体は、上記に定義したように、任意の金属酸化物担体上に担持された酸化タングステン、酸化モリブデン、又は酸化レニウム触媒のいずれかを示す。
触媒/担体の称呼は、担持された触媒の構造は完全には決定されず、又は異なって結合した触媒的サイトが存在する可能性があることを示す。
(≡SiO)は、それぞれ、シリカ表面の単離されたシロキシ基、又は表面シリカからバルクへの3つの結合≡を意味する。
[(≡SiO)]は、1つの金属中心Mに結合したm個のシロキシ基を有する、決定された構造を意味する。
A)一般的手順
全ての実験は、標準的なシュレンク、又はグローブボックス技術を使用して、乾燥及び無酸素なアルゴン雰囲気下で実施した。ペンタン、トルエン、及びジエチルエーテルを、ダブルMブラウンSPSアルミナカラムを使用して精製し、用いる前に3回の凍結脱気(freeze-pump-thaw)サイクルを使用して脱気した。ジメトキシエタン(DME)、及びテトラヒドロフラン(THF)は、Na/ベンゾフェノンで蒸留した。シリカ(エアロゾルデグッサ、200m−1)は、蒸留水で固めて、空気下500℃で4時間焼成し、減圧下(10−5mbar)で500℃で6時間、そして次に700℃で10時間(SiO2−(700)と呼ばれる担体)処理し、PhCHMgClによる滴定で測定される1g当たり0.26mmolのOHを含んでいた。PUSソフトウェアを備える、グローブボックス内に置かれたブルッカー(Bruker)分光計を使用して、全ての赤外線のスペクトル(IR)を記録した。典型的な実験は、4000〜400cm−1の領域の32回の走査の透過を測定することから構成された。H及び13C−NMRスペクトルは、Bruker DRX200、DRX250、又はDRX500分光計で得た。溶液スペクトルは、室温でC中で記録した。H及び13C化学シフトを、残留した溶媒ピークと比較して参照した。化合物WOCl(DME)、[1]、WOCl、[2]、[MoO(OSi(OBu)]、[6]、1−メチル−3,6−ビス(トリメチルシリル)−1,4−シクロヘキサジエン(Red1)、[3]、1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,4−ジアザ−2,5−シクロヘキサジエン(Red2)、2,5−ジメチル−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,4−ジアザ−2,5−シクロヘキサジエン(Red3)、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,4−ジアザ−2,5−シクロヘキサジエン(Red4)、[4]を、文献の手順にしたがって合成した。公開された手順に従い、n−BuLiを有するHOSi(OBu)の脱プロトンによってLiOSi(OBu)を得た[6]。メタタングステン酸アンモニウム、及びヘプタモリブデン酸アンモニウム水和物は、Flukaから購入し、精製せずに用いた。初期湿式含浸とそれに続く450℃での焼成によって、WO/SiO及びMoO/SiOを合成した[5]。元素分析によって、WO/SiOについて7.12質量%のW、及びMoO/SiOについて7質量%のMoを含むことが決定された。Re/SiOを、[7]に記載されている方法に従って調製した。別途記述しない限り、還元及び触媒試験は70℃で行った。
B)合成及び材料の特性評価
B)I)アルコラート含有前駆体が関与する分子前駆体の合成:
[WO(OSi(OBu)(DME)]の合成
Tilley [6]に記載されている手順を一部変更したものを利用して、[WO(OSi(OBu)(DME)]を合成した。
冷たいトルエン(15mL、−40℃)中のLiOSi(OBu)(2.87g、10.6mmol、2等量)の溶液を、200μLのDMEを含むトルエン(20mL、−78℃)中のWOCl(DME)(2g、5.3mmol、1等量)の懸濁液に、活発に撹拌しながら、滴下状に加えた。−78℃で1時間、及び室温で2時間撹拌した後、溶液を短いセライト(登録商標)パッドを通して濾過し、無色の溶液を与えた。
この溶液からの−40℃で生成物を結晶化して、XRDに適した大きな無色の針状の結晶として、3.2g(3.8mmol、72%)の標記生成物を与えた(2回の収穫で集めた)。
H−NMR(300MHz、C)δ1.38(s、54、(OBu))、3.15(s、6、DME)、3.33(s、4、DME)。
IR(KBr、cm−1):703(m)、830(m)、858(m)、902(m)、948(m)、962(m)、1028(m)、1066(s)、1191(m)、1243(m)、1366(m)、1390(m)、1473(w)、2975(m)。
XRD構造を図1に示し、[WO(OSi(OBu)(DME)]について選択された結合を表1に掲げ(距離はÅで与える)、[WO(OSi(OBu)(DME)]の結晶学上のデータを表2に示す。
Figure 2018501094
Figure 2018501094
WO(OSi(OBu)(DME)のEXAFS(拡張X線吸収微細構造)スペクトルを図3に示し、関連するデータを下表3に掲げる。
Figure 2018501094
[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]の合成
ベンゼン(6mL)中、1gのWO[OSi(OBu)(DME)(1.25mmol、1.05等量)の溶液を、室温のベンゼン(3mL)中、SiO2−(700)(4.61g、1.19mmol、1等量)の懸濁液に加えた。懸濁液を、室温で12時間ゆっくりと撹拌した。濾過によって白色固体を集め、ベンゼン(5×2mL)中、5回の懸濁液/濾過サイクルで洗浄した。得られた固体を、室温で3時間、高真空(10−5mbar)下で完全に乾燥させ、4.55gの標題化合物を与えた。全ての濾液溶液を集め、内部標準としてフェロセンを用いたCH NMR分光法で分析し、グラフトによって0.7mmolの(BuO)SiOH、及び0.47mmolのDMEが放出されたことを示した(0.60等量の(BuO)SiOH、0.40等量のDME)。更なる0.65mmolのDMEを揮発物で定量し、高真空乾燥して集めたところ、95%を超えるDMEがシリカ面に担持されなかったことを示した。
元素分析:W3.36%、C2.77%、H0.74%、12.6C/W(予測12)、及び40.2H/W(予測39)に対応。
IR(KBr、cm−1):1369(s)、1393(m)、1474(w)、2937(m、sh)、2979(s)。
[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]のFTIR透過スペクトルを図2に示す。
[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]の、H NMRのスペクトル(400MHz、スピン速度10kHz、4mmローター)(*:スピニングサイドバンド)を図4に示す。
[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]の、13C CP−MAS NMRスペクトル(400MHz、スピン速度10kHz、4mmローター)(d1=2s、接触時間=2ms)を図5に示す。
[SiO2−700]上にグラフトされたWO(OSi(OBu)(DME)、[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]のEXAFS(拡張X線吸収微細構造)スペクトルを図6に示し、関連するデータを下表4に掲げる。
Figure 2018501094
[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]の熱分解:[(≡SiO)WO]の調製
[(≡SiO)WO(OSi(OBu))](3.0g)を反応器へ装填し、高真空(10−5mbar)下に置き、200℃に加熱し(1℃/min)、200℃で3時間保持し、次に400℃に加熱し(1℃/min)、400℃で6時間保持した。反応器を減圧下で周囲温度に冷却し、[(≡SiO)WO]をAr充填グローブボックス内に保存した。このプロセスの間に放出された揮発物を、表面W錯体の当たり2.5等量のイソブチレン、0.6等量の水、及び0.8等量のtBuOH、内部標準としてフェロセンを用いたC中、H NMRによって定量化した。
元素分析:W3.56%。
IR(KBr、cm−1):3746(s)。
親[(≡SiO)WO(OSi(OBu))]錯体(黒色ライン(a))と比較した、[(≡SiO)WO](灰色ライン(b))のFTIR透過スペクトルを図7に示す。
[SiO2−700]上へグラフトし、熱分解された、WO(OSi(OBu)(DME)、[(≡SiO)WO]のEXAFS(広域X線吸収微細構造)スペクトルを図8に示し、関連データを下表5に掲げる。
Figure 2018501094
材料の還元のため、下式(II)の有機シリコン還元剤を主に用いた:
Figure 2018501094
式中、Eは、CH又はNであり、R、R、R、及びRは、H又はCHであり、RはSiXであり、Xはメチルである。
特に、例において、以下の還元剤を用いた:
Figure 2018501094
そのような化合物を用いた一般的な反応スキームは、下式(II)のとおりである:
Figure 2018501094
代表的手順;1等量の2,6−トリメチルシリルテトラメチルジアザシクロヘキサジエン(Red4)を用いた、[(≡SiO)WO]の還元
ベンゼン(0.5mL)中、5.4mgのRed4(19mmol、1等量)の溶液を、ベンゼン(0.5mL)中の[(≡SiO)WO](100mg、19mmol)の懸濁液に室温で加えた。懸濁液を、70℃で12時間ゆっくり撹拌し;その結果、材料は無色から暗い紫色に変色した。固体を濾過によって集め、ベンゼン(4×1mL)中の4回の懸濁液/濾過サイクルによって洗浄した。得られた暗紫色固体を、室温で3時間、高真空(10−5mbar)下で完全に乾燥させ、90mgの標題化合物を与えた。全ての濾液溶液を集め、内部標準としてフェロセンを用いたC中、H NMR分光法で分析したところ、反応によって、Red4が完全に消費され、0.011mmolの1,2,4,5−テトラメチルピラジン(0.55等量の1,2,4,5−テトラメチルピラジンに相当)と、0.006mmolのヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)が放出されたことを示した。
1等量の還元剤Red1〜Red4を用いた[(≡SiO)WO]の還元
上記の手順の後、還元を実施した。
100mgの[(≡SiO)WO]を、上記に示した4つの還元剤を1等量用いて還元した。NMRによる濾液の分析を表6にまとめる:
Figure 2018501094
材料[(≡SiO)WO](Red1)、(a)、[(≡SiO)WO](Red2)、(b)、[(≡SiO)WO](Red3)、(c)、及び[(≡SiO)WO](Red4)、(d)のFTIRを、図9に示す。
異なる等量の還元剤Red4を用いた、[(≡SiO)WO]の還元
上記の手順の後、還元を実施した。
100mgの[(≡SiO)WO]を、様々な量の還元剤Red4で還元した。NMRによる濾液の分析を、表7にまとめる:
Figure 2018501094
材料[(≡SiO)WO](Red4)0.5、(d)、[(≡SiO)WO](Red4)、(c)、[(≡SiO)WO](Red4)、(b)、及び[(≡SiO)WO](Red4)、(a)のFTIRを図10に示す。
B)II)アルコラート含有前駆体の関与しない分子前駆体の合成:
WOCl(DME)/SiOの合成
ベンゼン(4mL)中、117.6mgのWOCl(DME)(0.312mmol、1.2等量)の溶液を、ベンゼン(3mL)中のSiO2−(700)(1g、0.26mmol、1等量)の懸濁液に室温で加えた。懸濁液を、室温で12時間ゆっくりと撹拌した。明るい緑色の固体を濾過によって集め、ベンゼン(5×3mL)中5回の懸濁液/濾過サイクルによって洗浄した。得られた固体は、室温で3時間、高真空(10−5mbar)下で完全に乾燥させて、1.05gの標題化合物を与えた。全ての濾液溶液を集め、内部標準としてフェロセンを用いたC中、H NMR分光法によって分析すると、グラフトにより、0.072mmolのWOCl(DME)と、0.096mmolのDMEが放出されたことを示した。
元素分析:W4.35%、C0.75%、H0.4%、3C/W(DME付加体について予測4)、12H/W(DME錯体について予測10)に対応。
WOCl(DME)/SiOのFTIR透過スペクトルを、図11(a)に示す。
WOCl(DME)/SiOの熱分解:[(≡SiO)WOClの調製(これ及び以下の式において、符号Clは、クロリドを含む前駆体を使用して得られた触媒を示す。)
WOCl(DME)/SiO(1.0g)を反応器に装填し、高真空(10−5mbar)下に置き、200℃まで加熱し(1℃/min)、200℃に3時間保持し、次に400℃まで加熱し(1℃/min)、400℃に12時間保持した。反応器を減圧下で周囲温度に冷やし、[(≡SiO)WOClをAr充填グローブボックス内に保存した。
元素分析:W4.56%。
[(≡SiO)WOClのFTIR透過スペクトルを、図11(b)に示す。
[SiO2−700]上にグラフトされ熱分解されたWOCl(DME)、[(≡SiO)WO)]ClのEXAFS(広域X線吸収微細構造)スペクトルを図12に示し、関連データを下表8に掲げる。
Figure 2018501094
1等量の還元剤Red4を用いた[(≡SiO)WO)]Clの還元
[(≡SiO)WO](Red4)について記載した手順の後、還元を実施した。100mgの[(≡SiO)WOClを、2等量の還元剤Red4で還元した。NMRによる濾液の分析を、表9に示す:
[(≡SiO)WOCl(Red4)のFTIR透過スペクトルを、図11(c)に示す。
Figure 2018501094
[(≡SiO)MoO]の調製
DMEを用いたSiO2−700上へのΜoO[OSi(OtBu)2]2のグラフト
ベンゼン(10mL)中のMoO[OSi(OBu)(301mg、0.46 mmol)及びDME(0.3mL)の溶液を、ベンゼン(5mL)中のSiO2−700(1.71g、0.44mmol SiOH)の懸濁液にゆっくり加えた。混合物を室温で1日撹拌し、明るい黄色に変わった。溶液をデカンテーションし、固体をベンゼンで4回洗浄した。全ての濾液を集め、内部標準としてフェロセンを用いたC中、H NMR分光法によって分析したところ、0.28mmolのMoO[OSi(OBu)、及び0.14mmolのHOSi(OBu)がグラフト後の濾液に存在したことを示した。得られた固体を高真空下で5時間乾燥させ、[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}]を白色固体(1.83g)として得た。
元素分析:Mo1.03%、C1.25%、H0.29%、10C/W(予測12)、27H/W(予測27)に対応。
[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}]の熱分解
[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}](1.0g)を反応器へ装填して、高真空(10−5mbar)下に置き、200℃まで加熱し(1℃/min)、200℃で3時間保持し、次に400℃まで加熱して(1℃/min)、400℃で12時間保持した。固体の色は明るい灰色に変化した。固体を、乾燥空気(0.3気圧)下、300℃で3時間熱処理して、[(≡SiO)MoO]を白色固体として得た。反応器を減圧下で周囲温度に冷やし、[(≡SiO)MoO)]をAr充填グローブボックス内に保存した。
元素分析:Mo1.22%
[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}]及び[(≡SiO)MoO]のFTIR透過スペクトルを、それぞれ、図13(a)及び図13(b)に示す。
MoO[OSi(OBu)、[(≡SiO)MoO{OSi(OBu)}]、及び[(≡SiO)MoO]のEXAFS(広域X線吸収微細構造)スペクトルを図14に示し、関連データを下表10に掲げる。
Figure 2018501094
2等量の還元剤Red4を用いた[(≡SiO)MoO]の還元
[(≡SiO)WO](Red4)について記載した手順の後、還元を実施した。265mgの[(≡SiO)MoO]を、2等量の還元剤Red4で還元した。NMRによる濾液の分析を表11に示す。
Figure 2018501094
Re/SiOの調製
すでに一般的手順で示したように、[7]に記載されている文献の手順に従ってレニウム/シリカを調製した。
C)触媒活性
例1:
t=0において、トルエン中のシス−ノナ−4−エンの溶液を、上記のように製造した[(≡SiO)WO](Red4)を含むガラスバイアルに、アルケン対金属中心のモル比1000:1で導入した。反応混合物を70℃で撹拌した;溶液の5μLの分割量をサンプリングし、反応生成物を経時的に分析した。12時間未満で、99%を超える選択性で完全な転化が観察された。
例2:
t=0において、内部標準(0.11M)としてのヘプタンを含有するトルエン(339μl)中シス−ノナ−4−エンの0.97Mの溶液、及び2等量のRed4(W中心に関して、0.658μmol、0.185mg)を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアル内に導入された1.7mg(0.329μmol)の触媒[(≡SiO)WO]に加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて70℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。
3時間未満で、99%を超える選択性で完全な転化が観察された。
例3:
例1に記載したものと同様の態様で、[(≡SiO)WO](Red4)の代わりに[(≡SiO)WO](Red1)0.5を使用して、シス−4−ノネン(1000等量)をメタセシス反応させた。
12時間未満で、99%を超える選択性で完全な転化が観察された。
例4:
例2に記載したものと同様の態様で、トルエン中の(タングステン中心に関して)100等量のオレイン酸エチル、及び1等量の[(≡SiO)WO]を有する2等量のRed4を用いて、オレイン酸エチル(100等量)をメタセシス反応させると、24時間未満で99%を超える選択性で完全に転化した。
例5:
有機シリコン還元剤を反応混合物に加えなかったことを以外は、例2及び4を繰り返した。24時間後に反応生成物は観察されなかった。
上記のデータは、有機シリコン還元剤で処理された触媒に著しい利点が得られたことを明確に実証しており;非活性化酸化タングステン触媒は上記試験条件で何ら活性を示さず、一方、有機シリコン還元剤で処理された触媒はアルケンメタセシスの高い活性を実証した。単独での還元もまた増加した活性につながったが、有機シリコン試剤をオレフィン基質と共に加えたとき、最も高い活性が得られた。
例6:異なる前駆体の調査
a)分子前駆体
例2に記載したものと同様の態様で、70℃で2等量のRed4で処理された1等量の分子前駆体(以下に記載)のトルエン溶液を使用して、シス−4−ノネン(1000等量)をメタセシス反応させた。転化率を表12に報告する。表8に掲げる全ての前駆体について、還元剤の非存在下で活性は観察されなかった。
Figure 2018501094
試験中に決定された最大TOF(ターンオーバー頻度)。括弧内の値は、最大TOFが観察された時間である。この基質で、熱力学的Z/E比率への基質の完全な異性化が観察された。
b)不均質触媒
例2に記載したものと同様の態様で、(金属中心当たり)2等量のRed4で処理された不均一触媒(以下に記載)を使用して、シス−4−ノネン(金属中心に関して1000等量)を、メタセシス反応させた。転化率を表13に報告する。表13に掲げる全ての前駆体について、還元剤の非存在下で観察された活性は無視できるほどであった。
Figure 2018501094
試験中に決定された最大TOF(ターンオーバー頻度)。括弧内の値は、最大TOFが観察された時間である。
例7:前還元された材料[(≡SiO)WO](Redn)による、シス−ノナ−4−エンのメタセシス
t=0において、内部標準(0.11M)としてのヘプタンを含有するトルエン([(≡SiO)WO](Red1)について379μL、[(≡SiO)WO](Red4)0.5について539μL、[(≡SiO)WO](Red4)について399μL、[(≡SiO)WO](Red4)について339μL)中のシス−ノナ−4−エンの0.97Mの溶液を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアル内に導入された触媒([(≡SiO)WO](Red1)について1.9mg、[(≡SiO)WO](Red4)0.5について2.7mg、[(≡SiO)WO](Red4)について1.7mg、又は[(≡SiO)WO](Red4)について2.0mg)に加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて70℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。
結果を表14に掲げる。
Figure 2018501094
試験中に決定された最大TOF。括弧内の値は、最大TOFが観察された時間である。
70℃での0.1mol%Wを用いたシス−4−ノネンホモメタセシスの転化率対時間の視覚的表現を、[(≡SiO)WO](Red4)(ダイヤ)、[(≡SiO)WO](Red4)(白抜きの円)、[(≡SiO)WO](Red4)0.5(クロス)、[(≡SiO)WO」(Red1)(白抜きの正方形)、及び[(≡SiO)WO]+0.2mol%Red4(三角形)として、図15に与える。
例8:70℃での2等量のRed4の存在下、官能化オレフィン[(≡SiO)WO]のメタセシス
例2及び4に記載した手順の後、更なるオレフィン基質のメタセシスを調査した。
結果を表15に掲げる。
Figure 2018501094
例9:2等量の他の試剤の存在下、[(≡SiO)WO]0.1モル%による、シス−ノナ−4−エンのメタセシス(トルエン、70℃)
2等量の還元剤の存在下、[(≡SiO)WO]0.1モル%を用いて、式(II)の有機シリコン還元剤とは異なる有機還元剤を用いた、シス−ノナ−4−エンのメタセシスを、例2に記載したように行った。
結果を表16に示す。
Figure 2018501094
図16は、2等量の以下の試剤:Red4(ダイヤ)、アリルトリメチルシラン(正方形)、シクロヘキサジエン(三角形)、及び1,4−ビストリメチルシリルベンゼン(星)の存在下、[(≡SiO)WO]について、70℃でのシス−4−ノネンホモメタセシス(0.1のmol%W)の転化率対時間の視覚的表現である。
例10:70℃で2等量のRed4を用いた、使用済み[(≡SiO)WO]触媒のリサイクル
例8(1mol%の[(≡SiO)WO]触媒、トルエン中、70℃、2等量のRed4を使用)に記載した手順の後、ジアリルマロン酸ジエチルのメタセシスを行った。90時間後、18%の転化率が観察されたが、しかしながら、活性は更に検出することができなかった。この非活性化触媒に、2等量のRed4を加え、触媒活性を再起動させて、添加後90時間に45%の転化率に到達した。結果を図17に示す:最初のRed4の添加後90時間の転化率(a)、及び2等量のRed4の第二の添加後の90時間(b)。
例11:
t=0において、内部標準(0.10M)としてのヘプタンを含有するトルエン(457μL)中のシス−ノナ−4−エンの0.81M溶液、及び2等量のRed4(W中心に関して、0.744μmol、0.210mg)を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアル内に導入された1.5mg(0.372μmol)の触媒[(≡SiO)WOClに加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて70℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。
3時間未満で、99%を超える選択性で熱力学的平衡への転化率が観察された。転化率対時間のプロットを、図18に与える。
例12:
t=0において、内部標準(0.10M)としてのヘプタンを含有するトルエン(488μL)中のシス−ノナ−4−エンの0.81M溶液を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアルに導入された1.6mg(0.396μmol)の触媒[(≡SiO)WO](Red4)に加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて70℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。
24時間未満に99%を超える選択性で完全な転化が観察された。転化率対時間のプロットを、図18に与える。
例13:[(≡SiO)WOClを用いたオレイン酸エチルの自己メタセシス
例2に記載したものと同様の態様で、トルエン中の(タングステン中心に関して)100等量のオレイン酸エチル、及び1等量の[(≡SiO)WOCl]を有する2等量のRed4を用いて、オレイン酸エチル(100等量)は、24時間未満で99%を超える選択性で熱力学的平衡へと変換された。
例14:[(≡SiO)WO](Red4)を用いたブテン/エチレンクロスメタセシス
グローブボックス内のフローリアクター内に、固体[(≡SiO)WO](Red4)(5.4μmol)のペレットを装填し、次に隔離された反応チャンバーを気体ラインに接続した。管を気体混合物(モル比1:1:12のブテン:エチレン:窒素)で二時間洗浄した。反応チャンバーを開く前に、エチレン及びブテンの両方について、流速を60μmol/分に設定し(11molアルケン.mol −1.min−1)、温度を100℃に設定した。弁を開いて触媒作用を開始し、オートサンプラーを用いたGCで反応を監視した。3時間の反応時間の後、プロペン形成について、99%の選択性で13%の転化率が観察された。
例15:オレイン酸エチルのエテノリシス
内部標準としてのオクタデカンを含むオレイン酸エチル1mLを、10mLのバイアル内の72mg(14μmol)の触媒[(≡SiO)WO]に加え、エチレンで10バールに加圧した。反応混合物を600rpmで撹拌し、反応の間80℃に保持した。
t=0,2において、トルエン1mL中の2等量のRed4の溶液を、反応混合物に加えた。24時間の反応させた後、湿気のある酢酸エチルを100μL添加することによって、触媒をクエンチした。HP−88(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。触媒は、エテノリシス生成物について92%の選択性で20%の転化率を達成した。
例16:
t=0において、内部標準(0.10M)としてのヘプタンを含有するトルエン(400μL)中のシス−ノナ−4−エンの0.95Mの溶液、及び2等量のRed4(Mo中心に関して、0.762μmol、0.220mg)を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアル内に導入された触媒[(≡SiO)MoO]3mg(0.380μmol)に加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて30℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。
24時間未満で99%を超える選択性で完全な転化率が観察された。転化率対時間のプロットを、図19に与える。同様の試験を還元剤の非存在下で行ったとき、触媒活性は観察されなかった。
例17:
還元剤の非存在下:
t=0において、内部標準(0.10M)としてのヘプタンを含有するトルエン(401μL)中のシス−ノナ−4−エンの0.95M溶液を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアル内に導入された1.4mg(0.39μmol)の触媒Re/SiOに加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて70℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。24時間で90%を超える選択性で12%の転化率が観察された。転化率対時間のプロットを、図20に与える。
2等量のRed1の存在下:
t=0において、内部標準(0.10M)としてのヘプタンを含有するトルエン(573μL)中のシス−ノナ−4−エンの0.95M溶液、及び2等量のRed1(Re中心に関して1.1μmol、0.26mg)を、翼型の磁気撹拌棒を含むコニカルベースバイアル内に導入された2.0mg(0.55μmol)触媒Re/SiOに加えた。反応混合物を600rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて70℃に保持した。溶液の5μLの分割量をサンプリングして、純粋なトルエン(100μL)で希釈し、1μLの湿気のある酢酸エチルを添加することによってクエンチした。HP−5(アジレントテクノロジー)カラムを備えるGC/FID(アジレントテクノロジー 7890A)によって、得られた溶液を分析した。24時間で90%を超える選択性で41%の転化率が観察された。転化率対時間のプロットを、図20に与える。
例18:
磁気撹拌棒を含むバイアル内に導入された5.3mg(2.8μmol)の触媒MoO/SiOに、ニートの9−デセン酸メチル(310μL、1.48mmol)を加えた。t=0において、2等量のRed4(Mo中心に関して、5.6μmol、トルエンの0.1M溶液として1.6mg)を、反応混合物に加えた。反応混合物を100rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて150℃に保持した。
24時間未満で、99%を超える選択性で57%の転化率が観察された。同様の試験を還元剤の非存在下で行ったとき、触媒活性は観察されなかった。
例19:
ニートの9−ドデセン酸メチル(E/Z=85/15)(355μL、1.45mmol)を、磁気撹拌棒を含むバイアル内に導入された5.3mg(2.8μmol)の触媒MoO/SiOに加えた。t=0において、2等量のRed4(Mo中心に関して、5.6mol、トルエンの0.1Mの溶液として1.6mg)を、反応混合物に加えた。反応混合物を100rpmで撹拌し、アルミニウム加熱ブロックを用いて150℃に保持した。
24時間未満で、94%の選択性で22%の転化率が観察された。同様の試験を還元剤の非存在下で行ったとき、触媒活性は観察されなかった。
文献:
[1] Dreisch, K.等、Polyhedron、1991年、10(20-21)、第2417-2421頁
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Claims (17)

  1. 活性化された担持された触媒を製造する方法であって、前記方法は、
    無酸素及び乾燥環境において、
    EはS及び/又はSeであるMO型の、特にMO型の担持された触媒と、少なくとも一つの有機還元剤とを接触させることを含み、前記還元剤は、酸化されると芳香族構造が形成されるように、少なくとも一つの二重結合又はSiXY型の少なくとも一つのシリル基を、一つ又は複数の更なる二重結合の付近に含み、前記SiXY型のシリル基において、
    それぞれのXは、H、R’、ハロゲン、OR、NRから独立して選択され、
    それぞれのR’は、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルケニル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキニル、又は
    非置換若しくは置換芳香族基
    から独立して選択され、
    それぞれのRは、H、R’、−SiXY型のシリルから独立して選択され、
    それぞれのシリル基のYは、同じであるか若しくは異なることができ、Xについて定義した群から選択され、又は2つのYは共に−O−若しくは単結合である、方法。
  2. 前記還元剤は、式(I)の還元剤であり、
    Figure 2018501094
    式中、
    は、C−R、N、P、As又はBから選択され、
    nは0又は1であり、
    〜R、及びRは、同じであるか又は異なり、−H、−R’、−SiXY型のシリル、−OR、−NR、ハロゲン、−NO、ホスフェート、カーボネート、及びサルフェートを含む群から選択され、全ての基において、
    それぞれのR’は、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルケニル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキニル、又は
    非置換若しくは置換芳香族基、特に、任意にアリール置換C1〜C6アルキル、例えばメチル、若しくはブチル、若しくはベンジル、若しくはメチルベンジル、任意にメチル置換シクロヘキシルなどのアルキル、任意にメチル置換フェニルなどのアルキル、例えばトリル
    を含む群から独立して選択され、
    それぞれのRは、H、R’、SiXY型のシリルを含む群から独立して選択され、
    又は
    及びRは、それらが結合しているC及びCと共に4〜12員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
    lは2〜10であり、
    及び/又は
    及びRは、それらが結合しているC及びEと共に4〜12員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
    mは1〜9であり、
    それぞれのEは、E若しくはOを含む群からそれぞれ独立して選択され、又は2つの隣接するEは、−CR=CR−であり、好ましくは、一つ若しくは複数のSiXY基に関してビニル位若しくはアリル位であり、
    は上記に定義したものであり、
    、R、及びRは、Rについて定義したもの、又はSiXYであり、
    それぞれのXは、H、R’、ハロゲン、OR、NRを含む群から独立して選択され、
    R’及びRは、上記に定義したものであり、
    それぞれのYは、Xについて定義したもの、又は2つのYは共に−O−若しくは単結合であり、−XSi−O−SiX−基は、隣接するEとE上、及び/又は隣接する2つのE上、及び/又は隣接するEとC上、及び/又は隣接するEとC上、及び/又はCとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れたEとE上、及び/又はEとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れたEとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れたEとC上、及び/又は間隔を置いて更に離れた2つのE上にある、
    請求項1に記載の方法。
  3. 式(I)中の可変部分の少なくとも一つ、より好ましくは全ての可変部分が、以下の群から選択され:
    は、C−R及びNから選択され、
    nは1であり、
    〜R及びRは、同じであるか又は異なり、−H、−R’、−SiX型のシリルを含む群から選択され、全ての基において、
    それぞれのR’は、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C6アルキル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C6アルケニル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C6アルキニル、又は
    非置換又は置換の最高6員の芳香族基
    を含む群から独立して選択され、
    それぞれのRは、H、R’、−SiX型のシリルを含む群から独立して選択され、
    又は
    及びRは、それらが結合しているC及びCと共に6員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
    lは4であり、
    及び/又は
    及びRは、それらが結合しているC及びEと共に5〜8員環を形成した−(E−鎖を共に形成しており、
    mは2〜5であり、
    それぞれのEは、Eを含む群から独立して選択され、又は、隣接する2つのEは、−CR=CR−であり、好ましくは、一つ又は複数のSiX基に関してビニル位又はアリル位にあり、
    は、上記に定義したものであり、
    、R、及びRは、Rについて定義したもの、又はSiXであり、
    それぞれのXは、H及びR’を含む群から独立して選択され、
    R’は上記に定義したものである、
    請求項2に記載の方法。
  4. 少なくとも一つの前記還元剤が、式(II)〜(VII)の1つの化合物から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
    Figure 2018501094
  5. 少なくとも一つの前記還元剤が、式(II)の化合物であり、好ましくは、
    Figure 2018501094
    の少なくとも一つである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の使用。
  6. 還元反応が、溶媒を用いずに、若しくは溶媒を用いて行われ、前記溶媒は、非プロトン溶媒であり、及び/又は−20℃〜500℃、好ましくは40℃〜250℃、より好ましくは約70℃の温度である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記担持された触媒は、MO型、特にMO型であり、Mは、W、Mo、Re、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、担体は、金属酸化物、特にシリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ニオビア、トリア、又は混合酸化物、例えばAl−SiOから選択される金属酸化物、特にシリカである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. MO型、特にMO型の担持された触媒を活性化するための、請求項1〜5のいずれか一項において定義された有機還元剤の使用であって、Mは、W、Mo、Re、又は組合せ、例えば担持されたWO、又はMoO、又はReからなる群から選択される、使用。
  9. 担体が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ニオビア、ジルコニア、トリア、又は混合酸化物、例えばAl−SiOからなる群から選択され、特にシリカである、請求項8に記載の使用。
  10. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法によって得られる、担持された触媒。
  11. 式(VIII)を有する少なくとも部分的に還元されたMO触媒であって、
    Figure 2018501094
    式中、Qは、異なって還元された金属中心による混合原子価であることがある、金属の原子価であり、
    lは1〜4であり、
    nは0〜2であり、
    l+m+2n=Qであり、
    それぞれのXは、H、R’、ハロゲン、OR、NRから独立して選択され、
    それぞれのR’は、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルケニル、
    非置換若しくは置換、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状のC1〜C18アルキニル、又は
    非置換若しくは置換芳香族基、特に、任意にアリール置換C1〜C6アルキル、例えばメチル、又はブチル、又はベンジル、又はメチルベンジル、任意にメチル置換シクロヘキシルなどのアルキル、任意にメチル置換フェニルなどのアルキル、例えばトリル
    から独立して選択され、
    それぞれのRは、H、R’、及び−SiXY型のシリルからなる群から独立して選択され、
    R’は上記に定義したものであり、
    それぞれのYは、同じであるか若しくは異なることができ、Xについて定義した群から選択され、又は2つのYは共に−O−若しくは単結合である、
    担持された触媒。
  12. アルケンメタセシスにおける、特に官能化アルケンのメタセシスにおける、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法によって得られる担持された触媒、又は請求項10若しくは11に記載された触媒の、使用。
  13. 担持されたMO触媒、特に担持されたMO触媒と、請求項1〜5のいずれか一項に記載の還元剤とを接触させること、及び、還元された前記触媒とメタセシスすべきアルケンとをメタセシス条件下で接触させることを含む、アルケンメタセシスの方法。
  14. 担持されたMO触媒、特に担持されたMO触媒と、還元剤と、メタセシスすべきアルケンとをメタセシス条件下で同時に組み合わせることによって、還元反応をインサイチュで行う、請求項13に記載の方法。
  15. 前記メタセシス条件の温度は、−20℃〜500℃、好ましくは40℃〜250℃、より好ましくは約70℃であり、アルケン基質対Mの比率は、基質1モル当たり0.00001〜1モルの金属である、請求項13又は14に記載の方法。
  16. 前記還元剤を、別々に、又は請求項14に従ってインサイチュで反応させることによって、前記触媒がインサイチュで再生される、請求項13〜15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 活性化された担持された触媒を製造する方法であって、前記方法は、MO型の、特にMO型の担持された触媒と、少なくとも一つの有機還元剤とを接触させることを含み、
    前記還元剤は、式(I)の化合物であり、
    Figure 2018501094
    式中、R〜R、E、n、X、及びYは、請求項2〜5のいずれか一項において定義したものであり、好ましくは、条件は請求項6に定義したものであり、前記担持された触媒は、好ましくは、請求項7に定義したものである、方法。
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