JP2020138923A

JP2020138923A - 次亜塩素酸塩を用いた超原子価ヨウ素化合物の製造方法

Info

Publication number: JP2020138923A
Application number: JP2019034719A
Authority: JP
Inventors: 和範宮本; Kazunori Miyamoto; 内山　真伸; Naonobu Uchiyama; 真伸内山; 倫英岡田; Michihide Okada; 智丈浅輪; Tomotake Asawa; 高志外山; Takashi Toyama
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-09-03

Abstract

【課題】従来の方法よりも安全性と簡便性に優れた２−ヨード安息香酸誘導体である超原子価ヨウ素化合物の製造方法を提供する。【解決手段】出発原料の２−ヨード安息香酸と、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液を混合させることを特徴とする。反応時に、前記混合物中に酢酸または無水酢酸が存在するか、または存在しないことによって、ＩＢＡ、ＩＢＡ−ＯＡｃ、ＩＢＸを作り分けることができる。【選択図】なし

Description

本発明は、製造時の安全性と製造の簡便性に優れた超原子価ヨウ素化合物の製造方法に関するものである。

超原子価ヨウ素化合物は、マンガン化合物やクロム化合物に代表される重金属酸化剤に比べて毒性が低く、マイルドな反応条件で使用できるため、環境調和型の酸化剤として期待されている。その中でも２−ヨード安息香酸（２−Ｉｏｄｏｂｅｎｚｏｉｃａｃｉｄ）の誘導体である、２−ヨードソ安息香酸（２−Ｉｏｄｏｓｏｂｅｎｚｏｉｃａｃｉｄ：ＩＢＡ）や２−ヨードキシ安息香酸（２−Ｉｏｄｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃａｃｉｄ：ＩＢＸ）は、それ自体でも酸化反応に使えるほか下記に示すように他の有用な超原子価ヨウ素化合物に変換できることが知られている。

ＩＢＡは、例えば、２−ヨード安息香酸から、過ヨウ素酸ナトリウムと酢酸を用いて合成される。ＩＢＡとさらに無水酢酸とを反応させることで１−アセトキシ−１，２−ベンゾヨードキソール−３（１Ｈ）−オン（１−Ａｃｅｔｏｘｙ−１，２−ｂｅｎｚｉｏｄｏｘｏｌ−３（１Ｈ）−ｏｎｅ：ＩＢＡ−ＯＡｃ）を合成することができる。
ＩＢＡ−ＯＡｃからは、以下に示すように、さらに他の超原子価ヨウ素化合物に変換することできる（非特許文献１〜３）。

TMSN₃：トリメチルシリルアジド
TMSOTf(cat.)：トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリル（触媒）
TsNH₂：p-トルエンスルホンアミド
TMSCF₃：（トリフルオロメチル）トリメチルシラン
CsF(cat.)：フッ化セシウム（触媒）
KOAc：酢酸カリウム

しかし、ＩＢＡを合成する際には，２−ヨード安息香酸と過ヨウ素酸ナトリウムを用いる必要があり、過ヨウ素酸ナトリウムは比較的高価且つ消防法上の酸化性固体に該当するため、取扱いには細心の注意を要する。このことから、より安価且つ安全性の高い製造方法が期待されている。
また、非特許文献３では過ヨウ素酸ナトリウムのトリクロロイソシアヌル酸を酸化剤とする方法も示されているが、反応後に得られる酸化剤由来のシアヌル酸は廃棄物となってしまう。

ＩＢＸの合成方法としては、２−ヨード安息香酸を、硫酸中でＫＢｒＯ_３と反応させるまたはペルオキシ一硫酸カリウム（Ｏｘｏｎｅ（商標））と反応させる方法が報告されている（非特許文献４，５）。以下に示すように、さらにＩＢＸからはデス・マーチン・ペルヨージナン（Ｄｅｓｓ−ＭａｒｔｉｎＰｅｒｉｏｄｉｎａｎｅ：ＤＭＰ）や、１−トシルオキシ−１−オキソ−１Ｈ−１λ^５−ベンゾ［ｄ］［１，２］ヨードキソール−３−オン（１−Ｔｏｓｙｌｏｘｙ−１−ｏｘｏ−１Ｈ−１λ^５−ｂｅｎｚｏ［ｄ］［１，２］ｉｏｄｏｘｏｌ−３−ｏｎｅ：ＩＢＸ−ＯＴｓ）が合成できることが知られている（非特許文献４，６〜７）。

Ac₂O：無水酢酸、AcOH：酢酸、TsOH：p-トルエンスルホン酸

しかし、ＩＢＸ合成で使用されるＫＢｒＯ_３は、ＦＡＯ／ＷＨＯ合同食品添加物専門家会議（ＪＥＣＦＡ）にて「遺伝子傷害性発がん性物質」と指定されており、国際がん研究機関（ＩＡＲＣ）では「クループ２Ｂ：ヒトに対して発がん性の可能性がある」に分類されている。また、反応時にはＫＢｒＯ_３と硫酸を用いて加熱する必要があり、臭素ガスが発生してしまう問題がある。酸化剤としては、Ｏｘｏｎｅを用いることもできる。しかし、Ｏｘｏｎｅは、比較的安定な酸化剤とはいえ過酸化物であり、また、ＩＢＸを合成するためには加熱下で数時間反応させる必要がある。このことから、より安全で簡便なＩＢＸの合成方法が期待されている。

M. V. Vita; J. Waser, Org. Lett. 2013, 15, 3246. T. Baba; S. Takahashi; Y. Kambara; A. Yoshimura; V. N. Nemykin; V. V. Zhdankin; A. Saito, Adv. Synth. Catal. 2017, 359, 3860. J. Charpentier; N. Frueh; A. Togni, Chem. Rev. 2015, 115, 650. D. B. Dess; J. C. Martin, J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 7277. M. Frigerio; M. Santagostino; S. Sputore, J. Org. Chem. 1999, 64, 4537. R. E. Ireland; L. Liu, J. Org. Chem. 1993, 58, 2899. M. S. Yusubov; D. Y. Svitich; A. Yoshimura; V. N. Nemykin; V. V. Zhdankin, Chem. Commun. 2013, 49, 11269.

本発明の目的は、従来の方法よりも安全性、環境調和性と簡便性に優れた２−ヨード安息香酸誘導体である超原子価ヨウ素化合物の製造方法を提供することである。

発明者らは前記課題を達成するため、鋭意研究した結果、より安全性、環境調和性と簡便性に優れた２−ヨード安息香酸誘導体である超原子価ヨウ素化合物の製造方法を見出し、本発明に至った。本発明は以下の構成からなる。

１）下記構造式（１）

で示される２−ヨード安息香酸と、酢酸または無水酢酸と、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液とを、混合させることによる、
下記構造式（２）

（式（２）中、Ｒは水素原子またはアセチル基である）
で示される超原子価ヨウ素化合物の製造方法。
２）下記構造式（１）

で示される２−ヨード安息香酸と、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液とを、混合させることによる、
下記構造式（３）

で示される超原子価ヨウ素化合物の製造方法。
３）前記次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液が、次亜塩素酸ナトリウム水和物または次亜塩素酸ナトリウム水溶液である前記１）または２）に記載の超原子価ヨウ素化合物の製造方法。

本発明によって、その価格や危険性に問題がある酸化剤を使用することなく、目的とする超原子価ヨウ素化合物を製造方法することができる。また酸化剤由来の副生物は無機塩のみであり、さらには発がん性が懸念されるＫＢｒＯ_３を使用する必要がなく、安全かつ簡便に目的とする超原子価ヨウ素化合物を製造することができる。

本発明の超原子価ヨウ素化合物の製造方法は、出発原料の２−ヨード安息香酸と、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液を混合させることを特徴とする。さらに反応時に、前記混合物中に酢酸または無水酢酸が存在するか、または存在しないことによって、ＩＢＡ、ＩＢＡ−ＯＡｃ、ＩＢＸが作り分けることができることを特徴とする。

［実施態様１］
２−ヨード安息香酸、酢酸または無水酢酸、および酸化剤として次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液を、反応させて一般式（２）：

（式（２）中、Ｒは水素原子またはアセチル基である）
で表される超原子価ヨウ素化合物ＩＢＡまたはＩＢＡ−ＯＡｃを製造する。

酸化剤として用いることができる次亜塩素酸塩は特に限定されるものではないが、例えば、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸リチウム等を挙げることができる。次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムは、工業的に広く使われており、安価であるため望ましい。次亜塩素酸カルシウムは特願２０１８−１０５２８３に記されているように、ヨードアレーン化合物との反応性が低い傾向にあるため、反応性と収率の向上のためには次亜塩素酸ナトリウム（具体的には次亜塩素酸ナトリウム水和物）の使用がより望ましい。

反応容器内に酢酸または無水酢酸を添加するか、酢酸または無水酢酸を反応剤兼溶媒として使用することで、ＩＢＡ、ＩＢＡ−ＯＡｃを製造することができる。酢酸または無水酢酸の使用量は、特に限定されるものではないが、２−ヨード安息香酸に対して１当量以上が望ましく、より望ましくは５当量以上が望ましい。また、酢酸を用いると二量体であるμ−ｏｘｏ−２，１−ｂｅｎｚｏｘｉｏｄｏｌ−３−（３Ｈ）−ｏｎｅ（μ−ｏｘｏ体、下記構造式（４））が副生して、ＩＢＡやＩＢＡ−ＯＡｃの収率が低下するため、酢酸よりも無水酢酸を使用する方が望ましい。

ＩＢＡ、ＩＢＡ−ＯＡｃの製造で、次亜塩素酸塩またはその水溶液の必要量は出発原料の２−ヨード安息香酸に対して１〜２当量が望ましい。

本発明のＩＢＡ、ＩＢＡ−ＯＡｃの製造反応は、反応時に存在する水分量によりＩＢＡが得られるか、またはＩＢＡ−ＯＡｃが得られるのかが決まると考えられる。例えば、次亜塩素酸塩として、質量濃度が１３％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用い、反応兼溶媒として無水酢酸を使用した場合には、収率８２％でＩＢＡ（式（２）Ｒが水素原子）が得られた（実施例１を参照）。一方、１３％次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用い、反応兼溶媒として酢酸を使用した場合には、収率４８％でＩＢＡが得られた（実施例２を参照）。

水溶液に比べて水分の少ない次亜塩素酸ナトリウム５水和物（理論濃度：４５％）用い、反応兼溶媒として無水酢酸を使用した場合には、収率８４％で、ＩＢＡ−ＯＡｃ（式（２）Ｒがアセチル基）が得られた（実施例３を参照）。次亜塩素酸ナトリウム５水和物を用い、反応兼溶媒として酢酸を使用した場合には、ＩＢＡ−ＯＡｃ（収率１７％）とμ−ｏｘｏ体（収率８４％）の混合物が得られた（実施例４を参照）。
以上より、ＩＢＡとＩＢＡ−ＯＡｃ共に、酢酸よりも無水酢酸を用いた方が、収率が向上している。

［実施態様２］
２−ヨード安息香酸および酸化剤として次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液を、反応させて超原子価ヨウ素化合物ＩＢＸを製造する。

酸化剤は、実施の態様１で記載したものと同じものを使用することができる。例えば、次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合は、出発原料の２−ヨード安息香酸に対して２〜５当量が望ましい。

ＩＢＸを製造する場合には、酢酸または無水酢酸を併用するとＩＢＡ−ＯＡｃが副生する可能性があるため、酢酸または無水酢酸は使用しないほうが望ましい。

本発明の実施態様１，２のいずれにおいても、必要に応じて有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒としては、使用する次亜塩素酸塩や、目的とする超原子価ヨウ素化合物と反応するものでなければ特に制限されるものではないが、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、アセトニトリル、酢酸エチル、ベンゼン、トルエン、クロロトルエン等を用いることができる。

本発明の実施態様１，２の反応温度としては、目的とする超原子価ヨウ素化合物が分解するような温度でなければ特に制限する必要はない。具体的には−３０℃〜１００℃、より好ましくは０℃〜５０℃での反応温度が望ましい。

本発明の実施態様１，２では、出発原料の添加順序を変えても目的とする超原子価ヨウ素化合物を得ることができる。例えば、２−ヨード安息香酸の非存在下で次亜塩素酸塩と、酢酸または無水酢酸を混合してもよい。混合後、長時間経過すると、次亜塩素酸塩の分解により有効塩素が低下する恐れがある。このため、速やかに２−ヨード安息香酸を添加する。また、２−ヨード安息香酸と、酢酸または無水酢酸を混合した後に次亜塩素酸塩を混合してもよい。

以下、実施例に基づき、本発明の目的とする超原子価ヨウ素化合物の製造方法の好適な実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
ガラス製の反応容器に無水酢酸０．８ｍＬ（８．５ｍｍｏｌ）と２−ヨード安息香酸２４８ｍｇ（１ｍｍｏｌ）を秤量した。室温下で撹拌しつつ次亜塩素酸ナトリウム５水和物をイオン交換水で希釈して調整した１３％次亜塩素酸ナトリウム水溶液５７３ｍｇ（１ｍｍｏｌ）を添加し、３０分間反応させた。反応後に水を約１０ｍＬ加え、生じた沈殿をろ取し、水約３ｍＬで数回、アセトン約３ｍＬで２回洗浄した。減圧下乾燥後、２−ヨードソ安息香酸（ＩＢＡ）の結晶２１３ｍｇ（収率８２％）を得た。
¹H-NMR (DMSO-d₆, 500 MHz) δ8.08 (br s, 1H), 8.02 (dd, J = 7.5, 1.5 Hz, 1H), 7.97 (m, 1H), 7.85 (br d, J = 8.1 Hz, 1H), 7.71 (td, J = 7.5, 1.0 Hz, 1H)。

［実施例２］
無水酢酸０．８ｍＬ（８．５ｍｍｏｌ）を酢酸０．８ｍＬ（１４ｍｍｏｌ）に変え、反応時間を２時間に変更した以外は実施例１と同様の操作を行った。ＩＢＡの結晶１２７ｍｇ（収率４８％）を得た。

［実施例３］
ガラス製の反応容器に次亜塩素酸ナトリウム５水和物３２９ｍｇ（２ｍｍｏｌ）を秤量し、２−ヨード安息香酸２４８ｍｇ（１ｍｍｏｌ）を添加し、撹拌しながら無水酢酸０．８ｍＬ（８．５ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。このとき強く発熱するが、徐々に室温に戻るまで約３０分間撹拌を続けた。反応後にジクロロメタン１０ｍＬを加えて、ろ紙ろ過し、溶媒を減圧下濃縮することにより、１−アセトキシ−１，２−ベンゾヨードキソール−３（１Ｈ）−オン（ＩＢＡ−ＯＡｃ）の結晶２４４ｍｇ（収率８４％）を得た。
¹H-NMR (CDCl₃, 500 MHz) δ8.27 (dd, J = 7.5, 1.5 Hz, 1H), 8.01 (br d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.94 (m, 1H), 7.73 (td, J = 7.5, 1.0 Hz, 1H), 2.27 (s, 3H)。

［実施例４］
次亜塩素酸ナトリウム５水和物の量を１９７ｍｇ（１．２ｍｍｏｌ）にし、無水酢酸０．８ｍＬ（８．５ｍｍｏｌ）を酢酸０．８ｍＬ（１４ｍｍｏｌ）に変えた以外は実施例３と同様の操作を行うことにより、ＩＢＡ−ＯＡｃとμ−ｏｘｏ体が含まれる混合物が２６３ｍｇ得られた。^１Ｈ−ＮＭＲで比率を算出したところ、ＩＢＡ−ＯＡｃが収率１７％、μ−ｏｘｏ体が収率８４％であった。
μ-oxo体: ¹H-NMR (CDCl₃, 500 MHz) δ8.26 (dd, J = 7.6, 1.5 Hz, 1H), 8.22 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 8.00 (m, 1H), 7.80 (td, J = 7.3 Hz, 0.8 Hz, 1H)。

［実施例５］
ガラス製の反応容器に次亜塩素酸ナトリウム５水和物３１６ｍｇ（１．９ｍｍｏｌ）を秤量し、水３．２ｍＬ（１７８ｍｍｏｌ）と２−ヨード安息香酸２３８ｍｇ（０．９６ｍｍｏｌ）を添加し、室温下で１２時間反応させた。反応後に水を約１０ｍＬ加え、生じた沈殿をろ取し、水約３ｍＬで数回、アセトン約３ｍＬで２回洗浄した。減圧下乾燥後、２−ヨードキシ安息香酸（ＩＢＸ）の結晶１５１ｍｇ（収率５６％）を得た。
¹H-NMR (DMSO-d₆, 500 MHz) δ8.14 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 8.04 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.99 (m, 1H), 7.84 (m, 1H)。

［実施例６］
ガラス製の反応容器に次亜塩素酸ナトリウム５水和物３２９ｍｇ（２ｍｍｏｌ）を秤量し、ジクロロメタン２ｍＬと２−ヨード安息香酸２４８ｍｇ（１ｍｍｏｌ）を添加し、室温下で撹拌しながら６時間反応させた。反応後にジクロロメタン１０ｍＬを加えて、ろ紙ろ過し、溶媒を減圧下濃縮することにより、ＩＢＸの結晶８９ｍｇ（収率３２％）を得た。

［実施例７］
ガラス製の反応容器に次亜塩素酸ナトリウム５水和物３２９ｍｇ（２ｍｍｏｌ）を秤量し、アセトニトリル１．５ｍＬと２−ヨード安息香酸２４８ｍｇ（１ｍｍｏｌ）を添加し、室温下で撹拌しながら１２時間反応させた。反応後に水１０ｍLを加え、グラスフィルターろ過し、水、アセトンでそれぞれ残渣を数回洗浄後、減圧乾燥しＩＢＸの結晶９０ｍｇ（収率３２％）を得た。

Claims

下記構造式（１）

で示される２−ヨード安息香酸と、酢酸または無水酢酸と、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液とを、混合させることによる、
下記構造式（２）

（式（２）中、Ｒは水素原子またはアセチル基である）
で示される超原子価ヨウ素化合物の製造方法。
下記構造式（１）

で示される２−ヨード安息香酸と、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液とを、混合させることによる、
下記構造式（３）

で示される超原子価ヨウ素化合物の製造方法。
前記次亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩水溶液が、次亜塩素酸ナトリウム水和物または次亜塩素酸ナトリウム水溶液である請求項１または２に記載の超原子価ヨウ素化合物の製造方法。