JP3593317B2 - マイクロカプセル化金属触媒 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、マイクロカプセル化金属触媒に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、様々な有機合成反応に用いられる触媒であって、空気中で安定で、再利用可能なマイクロカプセル化金属触媒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の第ＶＩＩＩ族金属を有する金属触媒は、有機合成において様々な変換反応を起こすことから、有用性の高い触媒系として知られている。しかし、これらの第ＶＩＩＩ族金属触媒は、いずれも高価である上、空気との接触により劣化する、再生が不可能である等の様々な問題点を有するのが実情である。そこで、これらの問題を解決するものとして、触媒を固定化することが検討され、様々な高分子固定化金属触媒に関して多くの報告がなされている。具体的には、アリル置換反応（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９７８， １００， ７７７９； Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９８３， ４８， ４１７９他）、オリゴメリゼーション（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９８９， ５４， ２７２６； Ｊ．Ｃａｔａｌ． １９７６ ４４， ８７； Ｊ． Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ． Ｃｈｅｍ． １９７８， １５３， ８５他）、脱カルボキシル化反応（Ｊ．Ｍｏｌ．Ｃａｔａｌ． １９９２， ７４， ４０９）、水素化反応（Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９７３， １２， １４６５他）、異性化反応（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９７８， ４３， ２９５８他）、テロメリゼーション（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９８１， ４６， ２３５６）、およびＭｉｚｏｒｏｋｉ−Ｈｅｃｋ反応（Ｆｕｎｄａｍ．Ｒｅｓ．Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃａｔａｌ． １９７３， ３， ６７１； Ｊ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ．Ｃｈｅｍ． １９７８， １６２， ４０３他）等に有効に作用する高分子固定化金属触媒が報告されている。
【０００３】
しかし、これまでに知られている種々の触媒系では、高分子に固定化することにより、触媒の安定性は向上したものの、高分子固定化金属触媒の回収率および再利用性は十分とは言い難かったのが実情である。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、空気中でも安定であり、回収が容易で再利用も可能な、新しい第ＶＩＩＩ族金属触媒系を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に、
Ｍ（ＰＰｈ 3 ）
（ただし、Ｍは第 VIII 族金属を示す）で表されるトリフェニルホスフィン金属触媒が内包されていることを特徴とするマイクロカプセル化金属触媒を提供する。
【０００６】
第２には、この出願の発明は、側鎖に芳香族置換基を有する高分子が、スチレン単位を有する高分子である請求項１のマイクロカプセル化金属触媒を提供する。
【０００７】
さらに、第３には、この出願の発明は、第VIII族金属がパラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよび白金のうちの少なくとも１種である前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒を提供する。
【０００８】
この出願の発明は、第４には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルカーボネートを反応するアリル化反応方法を、また、第５には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルアセテートを反応するアリル化反応方法を提供する。
【０００９】
さらに、この出願の発明は、第６には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でホウ酸化合物とアリールブロミドを反応するカップリング反応方法を、第７には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒とキラルな配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルカーボネートを反応する不斉合成反応方法を提供する。
【００１０】
そして、第８には、この出願の発明は、外部配位子がトリフェニルホスフィン、トリ−ｏ−トリルホスフィンまたは２−（ｏ−ジフェニルホスフィノフェニル）−（４Ｒ）−イソプロピルオキサゾリンである前記いずれかの反応方法をも提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明者らは、これまでに、従来報告されているものとは全く異なる高分子固定化金属触媒として、マイクロカプセル化スカンジウムメタンスルホン酸塩（ＭＣ Ｓｃ（ＯＴｆ）３）（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９８， １２０，２９８５）とマイクロカプセル化オスミウムテトラオキシド（ＭＣ ＯｓＯ４）（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９９８， ６３， ６０９４； Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９９， １２１， １１２２９）を報告している。これらの触媒系は、高分子側鎖の芳香族置換基のπ電子と触媒の空の電子軌道が相互作用することにより、触媒を高分子に固定化するというものであった。発明者らは、これらＳｃやＯｓとは原子構造や酸化状態の全く異なる金属を有する触媒、とくに第ＶＩＩＩ族金属触媒について、同様の機構で高分子に固定化させることを目標としてさらなる鋭意研究を進め、本願発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒では、第ＶＩＩＩ族金属を有する金属触媒が、側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に内包されており、空気や水分による触媒の劣化が起こり難く、回収や再利用が容易となる。
【００１３】
この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒において、側鎖に芳香族置換基を有する高分子は、どのようなものであってもよく、その主鎖骨格、側鎖の構造、立体規則性や分子量等はとくに限定されない。一般に金属触媒の内包を阻害せず、マイクロカプセル構造を形成できるものであればよい。好ましくは、側鎖としてフェニル基を有する高分子、より好ましくは、ポリスチレン単位を有する高分子である。このような高分子は、ポリスチレンのホモポリマーであってもよいし、スチレン単位と１種以上の他のモノマー単位を有するコポリマーであってもよく、さらには、ポリスチレンと他のホモポリマーまたはコポリマーの混合ポリマーであってもよい。もちろん、前記のフェニル基は適宜な有機基を有するものであってもよい。
【００１４】
また、この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒において、金属触媒は、第ＶＩＩＩ族の金属、すなわち、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）のいずれかを有するものであればよく、とくに限定されない。これらの金属触媒は、金属の化合物として各種のものであってよく、錯体化合物、有機金属化合物、無機塩、あるいは有機塩等であってよい。錯体化合物としては、オレフィンやジオレフィン等と金属とのオレフィン系錯体、ホスフィンやジホスフィンノエタン等と金属とのホスフィン系錯体、アミンやジアミンあるいはピペリジン等と金属のアミン系錯体等が考慮される。好ましくは、次の一般式（Ｉ）
Ｍ（ＰＰｈ３） （Ｉ）
（ただし、Ｍは第ＶＩＩＩ族金属を示す）で表されるトリフェニルホスフィン金属触媒とする。このとき、トリフェニルホスフィンを構成するフェニル基は、許容される各種の有機基を有していてもよい。このようなトリフェニルホスフィン金属触媒が様々な有機合成反応において有効に作用することについては、数多くの報告がなされている。
【００１５】
さらに、この出願のマイクロカプセル化金属触媒において、第ＶＩＩＩ族金属は前記のいずれのものであってもよいが、とくにルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、および白金（Ｐｔ）が好ましい。
【００１６】
以上のとおりのマイクロカプセル化金属触媒は、側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に第ＶＩＩＩ族金属が内包されていればよく、その製造方法はとくに限定されない。医薬品等の分野で研究、報告されている様々な手法を用いることができるが、具体的に、側鎖に芳香族置換基を有する高分子の溶液に金属触媒を溶解し、攪拌、冷却した後、金属触媒が分散導入された高分子の貧溶媒を添加し、膨潤した高分子を硬化してマイクロカプセルとする公知の方法（Ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ ａｎｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｙ； ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ： Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ， １９９２）が適用されることは、発明者等によって既に報告されている（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９８， １２０， ２９８５）。
【００１７】
さらに、この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒は、金属触媒が高分子中にどのような形態で内包されているものであってもよい。例えば、高分子からなるカプセル中に物理的に包埋されていても、高分子の主鎖や側鎖そのもの、あるいはその置換基と金属の電子的相互作用によって固定化されていてもよい。実際には、第ＶＩＩＩ族金属触媒は、高分子により物理的に包埋されると同時に、高分子側鎖の芳香族置換基のπ電子と第ＶＩＩＩ族金属触媒の空の電子軌道間の相互作用によって固定化されているものと推察される（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９８， １２０， ２９８５）。
【００１８】
さらに、この出願の発明は、以上のとおりのマイクロカプセル化金属触媒を用いることを特徴とする種々の化学反応をも提供する。具体的には、Ｃ−求核剤とアリルカーボネートを反応するアリル化反応や不斉合成反応の方法、Ｃ−求核剤とアリルアセテートを反応するアリル化反応の方法、ホウ酸化合物とアリールブロミドを反応するカップリング反応の方法が挙げられる。
【００１９】
アリル化反応では、例えば次の一般式（ＩＩ）
【００２０】
【化１】
【００２１】
（ただし、Ｒはアルキル基であり、Ｒ１〜Ｒ５は水素原子または置換基を有していてもよい炭化水素基である）で表されるアリルカーボネートとβ−ケトエステルをこの出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒の存在下で反応することによりアリル化生成物が得られる。このとき、使用される溶媒の種類は限定されず、種々の有機溶媒から出発物質を溶解できるものが適宜選択できる。また、この反応において、マイクロカプセル化金属触媒の量は出発物質の量や濃度に応じて選択でき、とくに限定されない。好ましくは、マイクロカプセル化金属触媒の量を０．０１〜０．５ｍｍｏｌとする。
【００２２】
このようなアリル化反応は、また、外部配位子の存在下で特に促進され、高収率で生成物を与えるものである。このとき、添加する外部配位子はどのようなものであってもよいが、好ましくは、高分子に内包されている第ＶＩＩＩ族金属触媒の配位子と同一のものを用いる。一方、外部配位子がキラルな配位子の場合には、アリルカーボネートとβ−ケトエステルの反応により高いエナンチオマー選択性で不斉合成が進行する。これら、外部配位子の量はとくに限定されないが、マイクロカプセル化金属触媒の１／２〜２倍モル程度とすることにより、生成物の収率とマイクロカプセル化金属触媒の回収率が高くなり、好ましい。
【００２３】
一方、アリルアセテートのアリル化反応では、例えば次の一般式（ＩＩＩ）
【００２４】
【化２】
【００２５】
（ただし、Ｒ１〜Ｒ５は水素原子または置換基を有していてもよい炭化水素基である）で表されるアリルアセテートとβ−ケトエステルをこの出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒の存在下で反応することによりアリル化が起こる。このとき、使用される溶媒の種類やマイクロカプセル化金属触媒の量は前記のとおりである。さらに、このようなアリル化反応では、アリル化反応と同様に、外部配位子が共存することにより、特に高い収率で生成物が得られる。このとき、添加する外部配位子はどのようなものであってもよいが、好ましくは高分子に内包されている第ＶＩＩＩ族金属触媒の配位子と同一のものとする。また、外部配位子の量についても、前記のとおりとすることが好ましい。さらに、このようなアリル化反応では、反応をより促進させるために、反応液中に出発物質やマイクロカプセル化金属触媒以外の酸や塩基、あるいは有機塩等の物質を添加してもよい。
【００２６】
この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒は、また、カップリング反応を促進するものでもある。次の一般式（ＩＶ）
Ｒ’Ｂ（ＯＨ）２ （ＩＶ）
（ただし、Ｒ’は置換基を有していてもよい炭化水素基を示す）に示されるホウ酸化合物とアリールブロミドをこの出願のマイクロカプセル化金属触媒の存在下で反応することにより、カップリングが高い収率で起こる。このようなカップリング反応において、使用される溶媒の種類やマイクロカプセル化金属触媒の量は前記のとおりである。さらに、このようなカップリング反応では、前記のアリル化反応と同様に、外部配位子が共存することによりとくに高い収率で生成物が得られる。このとき、添加する外部配位子はどのようなものであってもよく、例えばトリ−ｏ−トリルホスフィン等が例示される。このような外部配位子の量については、前記の各反応と同様に、とくに限定されないが、マイクロカプセル化金属触媒の１／２〜２倍モル程度とすることが好ましい。
【００２７】
以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２８】
【実施例】
＜実施例１＞ マイクロカプセル化トリフェニルホスフィンパラジウム触媒（ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３））の製造方法
ポリスチレン（１．０００ｇ）を４０℃のシクロヘキサン（２０ｍＬ）に溶解し、この溶液にテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４， ０．２０ｇ）をコアとして添加し、溶解した。この混合液を１時間同温度で溶液の色が褐色から黒色に変化するまで攪拌した。混合液を０℃までゆっくりと冷却したところ、高分子が分散されたコアを包埋し、相分離が生じることが確認された。
【００２９】
さらに、ヘキサン（３０ｍＬ）を加え、カプセル壁を硬化させた。溶液を室温で１２時間静置した後、カプセルをアセトニトリルで数回洗浄し、室温で２４時間乾燥させた。洗浄によりトリフェニルホスフィン（ＰＰｈ３）３当量が回収され、１当量分がマイクロカプセル中に留まった。
【００３０】
触媒含有マイクロカプセルの３１Ｐ膨潤樹脂マジックアングルスピン（ＳＲ−ＭＡＳ）ＮＭＲよりパラジウムに配位したＰＰｈ３として、１つのピークのみが確認された。したがって、触媒は、Ｐｄ（ＰＰｈ３）としてカプセルに取込まれたことが示唆された。
【００３１】
なお、高分子担体から金属を分離することなく直接樹脂の構造を解析できるＳＲ−ＭＡＳ ＮＭＲを用いた解析方法の有効性は、これまでに発明者らによって開発された架橋ポリスチレン系樹脂を用いた各種の固相反応によって既に示されている（Ｍｏｌ．Ｏｎｌｉｎｅ １９９８， ２， ３５； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． １９９８， ３９， ７３４５； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． １９９８， ３９， ９２１１； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． １９９９， ４０， １３４１； Ｊ．Ｃｏｍｂ．Ｃｈｅｍ． １９９９， １， ３７１； Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｅｓ ２０００， ５２， １１４３； Ｈ．Ｃｏｍｂ．Ｃｈｅｍ． ２０００， ２， ４３８）。＜実施例２＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたアリル化反応
実施例１で製造されたＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いて、次の化学式（Ａ）に従ってアリルメチルカーボネート（化合物１）とジメチルフェニルマロネート（化合物２）を反応した。
【００３２】
【化３】
【００３３】
ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）のみを２０ｍｏｌ％添加したところ、反応は上手く進行しなかった。そこで、ＰＰｈ３を外部配位子として添加したところ、反応はスムーズに進行した。
【００３４】
同様の反応をＰＰｈ３の添加量を変えて行い、触媒を再利用して繰り返した。結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表より、外部配位子（ＰＰｈ３）の量を２０ｍｏｌ％使用した際に、触媒の回収と再利用を５回繰り返した後も、初期と同等の高い収率で生成物が得られることが示された。
＜実施例３＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたＣ−求核試薬とアリルカーボネートのアリル化反応
化合物１（０．５５ｍｍｏｌ）、化合物（０．５ｍｍｏｌ）、ＰＰｈ３（０．１ｍｍｏｌ）およびＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）（０．１ｍｍｏｌ， ２０ｍｏｌ％）をアセトニトリル（５ｍＬ）中で混合し、室温にて１２時間攪拌した。エタノールを加え、反応をクェンチした後、ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を濾過し、エタノールとアセトニトリルで洗浄し、乾燥した。濾液を減圧下で除去し、粗生成物をＴＬＣにて精製したところ、生成物を８３％の収率で得た。また、回収されたＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）は、活性が低下することなく繰り返し使用できた。（反応番号１）
表２に種々のＣ−求核試薬とアリルカーボネートの反応をまとめた。
【００３７】
【表２】
【００３８】
各種マロン酸塩とβ−ケトエステルはいずれも反応し、対応するアリル化物を高収率で与えた。一方、エチルアセトアセテートと（Ｅ）−シンナミルメチルカーボネート（化合物４）の反応により、Ｅ／Ｚ立体異性体（Ｅ／Ｚ＝６４／３６）が得られた（反応番号６）が、化合物２と化合物４の反応（反応番号５）および化合物２と（Ｚ）−カーボネート（化合物５）の反応（反応番号７）ではＥ異性体のみが得られた。
【００３９】
触媒の回収率は、いずれの場合にも定量的で、回収された触媒は再利用できた。
＜実施例４＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたアリルアセテートのアリル化反応
次の化学式（Ｂ）に示されるとおり、実施例２で示した化合物２をＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）、ＰＰｈ３、Ｎ，Ｏ−ビス（トリメチルシリル）アセトアミド（ＢＳＡ）、および触媒量の酢酸カリウムの存在下でアリルアセテートと反応し、対応する生成物を９０％の収率で得た。
【００４０】
【化４】
【００４１】
＜実施例５＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたカップリング反応
種々のホウ酸化合物とアリールブロミドをＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）の存在下で反応したところ、化学式（Ｃ）および（Ｄ）に示されるように、高収率で生成物が得られた。
【００４２】
【化５】
【００４３】
また、化学式（Ｅ）に示されるように、アリールブロミドの代わりの２−ブロモチオフェンを用いた場合にも、反応は進行し、高収率で生成物を与えた。
【００４４】
【化６】
【００４５】
これらのカップリング反応では、トリ−ｏ−トリルホスフィン（Ｐ（ｏ−Ｔｏｌ）３）を外部配位子として用いることにより、高い収率とＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）の回収率が得られた。
＜実施例６＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いた不斉合成反応
次の化学式（Ｆ）に示したとおり、１，３−ジフェニル−２−プロペン−１−イルエチルカーボネート（１．０ ｅｑｕｉｖ）とジメチルマロネート（３．０ ｅｑｕｉｖ．）を、アセトニトリル中ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）（２０ｍｏｌ％）、２−（ｏ−ジフェニルホスフィノフェニル）−（４Ｒ）−イソプロピルオキサゾリン（２０ｍｏｌ％）、ＢＳＡ（３．０ ｅｑｕｉｖ．）および酢酸カリウム（０．１ ｅｑｕｉｖ．）存在下で還流し、反応させたところ、８７％の収率と８３％ｅｅの光学純度で生成物が得られた。
【００４６】
【化７】
【００４７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明によって、種々の有機反応を促進し、高い収率で生成物を与える第ＶＩＩＩ族金属触媒を固定化した、空気中での高い安定性と、反応後の回収性および再利用性を有するマイクロカプセル化金属触媒が提供される。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、マイクロカプセル化金属触媒に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、様々な有機合成反応に用いられる触媒であって、空気中で安定で、再利用可能なマイクロカプセル化金属触媒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等の第ＶＩＩＩ族金属を有する金属触媒は、有機合成において様々な変換反応を起こすことから、有用性の高い触媒系として知られている。しかし、これらの第ＶＩＩＩ族金属触媒は、いずれも高価である上、空気との接触により劣化する、再生が不可能である等の様々な問題点を有するのが実情である。そこで、これらの問題を解決するものとして、触媒を固定化することが検討され、様々な高分子固定化金属触媒に関して多くの報告がなされている。具体的には、アリル置換反応（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９７８， １００， ７７７９； Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９８３， ４８， ４１７９他）、オリゴメリゼーション（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９８９， ５４， ２７２６； Ｊ．Ｃａｔａｌ． １９７６ ４４， ８７； Ｊ． Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ． Ｃｈｅｍ． １９７８， １５３， ８５他）、脱カルボキシル化反応（Ｊ．Ｍｏｌ．Ｃａｔａｌ． １９９２， ７４， ４０９）、水素化反応（Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９７３， １２， １４６５他）、異性化反応（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９７８， ４３， ２９５８他）、テロメリゼーション（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９８１， ４６， ２３５６）、およびＭｉｚｏｒｏｋｉ−Ｈｅｃｋ反応（Ｆｕｎｄａｍ．Ｒｅｓ．Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃａｔａｌ． １９７３， ３， ６７１； Ｊ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ．Ｃｈｅｍ． １９７８， １６２， ４０３他）等に有効に作用する高分子固定化金属触媒が報告されている。
【０００３】
しかし、これまでに知られている種々の触媒系では、高分子に固定化することにより、触媒の安定性は向上したものの、高分子固定化金属触媒の回収率および再利用性は十分とは言い難かったのが実情である。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、空気中でも安定であり、回収が容易で再利用も可能な、新しい第ＶＩＩＩ族金属触媒系を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に、
Ｍ（ＰＰｈ 3 ）
（ただし、Ｍは第 VIII 族金属を示す）で表されるトリフェニルホスフィン金属触媒が内包されていることを特徴とするマイクロカプセル化金属触媒を提供する。
【０００６】
第２には、この出願の発明は、側鎖に芳香族置換基を有する高分子が、スチレン単位を有する高分子である請求項１のマイクロカプセル化金属触媒を提供する。
【０００７】
さらに、第３には、この出願の発明は、第VIII族金属がパラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよび白金のうちの少なくとも１種である前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒を提供する。
【０００８】
この出願の発明は、第４には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルカーボネートを反応するアリル化反応方法を、また、第５には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルアセテートを反応するアリル化反応方法を提供する。
【０００９】
さらに、この出願の発明は、第６には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でホウ酸化合物とアリールブロミドを反応するカップリング反応方法を、第７には、前記のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒とキラルな配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルカーボネートを反応する不斉合成反応方法を提供する。
【００１０】
そして、第８には、この出願の発明は、外部配位子がトリフェニルホスフィン、トリ−ｏ−トリルホスフィンまたは２−（ｏ−ジフェニルホスフィノフェニル）−（４Ｒ）−イソプロピルオキサゾリンである前記いずれかの反応方法をも提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明者らは、これまでに、従来報告されているものとは全く異なる高分子固定化金属触媒として、マイクロカプセル化スカンジウムメタンスルホン酸塩（ＭＣ Ｓｃ（ＯＴｆ）３）（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９８， １２０，２９８５）とマイクロカプセル化オスミウムテトラオキシド（ＭＣ ＯｓＯ４）（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ． １９９８， ６３， ６０９４； Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９９， １２１， １１２２９）を報告している。これらの触媒系は、高分子側鎖の芳香族置換基のπ電子と触媒の空の電子軌道が相互作用することにより、触媒を高分子に固定化するというものであった。発明者らは、これらＳｃやＯｓとは原子構造や酸化状態の全く異なる金属を有する触媒、とくに第ＶＩＩＩ族金属触媒について、同様の機構で高分子に固定化させることを目標としてさらなる鋭意研究を進め、本願発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒では、第ＶＩＩＩ族金属を有する金属触媒が、側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に内包されており、空気や水分による触媒の劣化が起こり難く、回収や再利用が容易となる。
【００１３】
この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒において、側鎖に芳香族置換基を有する高分子は、どのようなものであってもよく、その主鎖骨格、側鎖の構造、立体規則性や分子量等はとくに限定されない。一般に金属触媒の内包を阻害せず、マイクロカプセル構造を形成できるものであればよい。好ましくは、側鎖としてフェニル基を有する高分子、より好ましくは、ポリスチレン単位を有する高分子である。このような高分子は、ポリスチレンのホモポリマーであってもよいし、スチレン単位と１種以上の他のモノマー単位を有するコポリマーであってもよく、さらには、ポリスチレンと他のホモポリマーまたはコポリマーの混合ポリマーであってもよい。もちろん、前記のフェニル基は適宜な有機基を有するものであってもよい。
【００１４】
また、この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒において、金属触媒は、第ＶＩＩＩ族の金属、すなわち、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）のいずれかを有するものであればよく、とくに限定されない。これらの金属触媒は、金属の化合物として各種のものであってよく、錯体化合物、有機金属化合物、無機塩、あるいは有機塩等であってよい。錯体化合物としては、オレフィンやジオレフィン等と金属とのオレフィン系錯体、ホスフィンやジホスフィンノエタン等と金属とのホスフィン系錯体、アミンやジアミンあるいはピペリジン等と金属のアミン系錯体等が考慮される。好ましくは、次の一般式（Ｉ）
Ｍ（ＰＰｈ３） （Ｉ）
（ただし、Ｍは第ＶＩＩＩ族金属を示す）で表されるトリフェニルホスフィン金属触媒とする。このとき、トリフェニルホスフィンを構成するフェニル基は、許容される各種の有機基を有していてもよい。このようなトリフェニルホスフィン金属触媒が様々な有機合成反応において有効に作用することについては、数多くの報告がなされている。
【００１５】
さらに、この出願のマイクロカプセル化金属触媒において、第ＶＩＩＩ族金属は前記のいずれのものであってもよいが、とくにルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、および白金（Ｐｔ）が好ましい。
【００１６】
以上のとおりのマイクロカプセル化金属触媒は、側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に第ＶＩＩＩ族金属が内包されていればよく、その製造方法はとくに限定されない。医薬品等の分野で研究、報告されている様々な手法を用いることができるが、具体的に、側鎖に芳香族置換基を有する高分子の溶液に金属触媒を溶解し、攪拌、冷却した後、金属触媒が分散導入された高分子の貧溶媒を添加し、膨潤した高分子を硬化してマイクロカプセルとする公知の方法（Ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ ａｎｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｙ； ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ： Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ， １９９２）が適用されることは、発明者等によって既に報告されている（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９８， １２０， ２９８５）。
【００１７】
さらに、この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒は、金属触媒が高分子中にどのような形態で内包されているものであってもよい。例えば、高分子からなるカプセル中に物理的に包埋されていても、高分子の主鎖や側鎖そのもの、あるいはその置換基と金属の電子的相互作用によって固定化されていてもよい。実際には、第ＶＩＩＩ族金属触媒は、高分子により物理的に包埋されると同時に、高分子側鎖の芳香族置換基のπ電子と第ＶＩＩＩ族金属触媒の空の電子軌道間の相互作用によって固定化されているものと推察される（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． １９９８， １２０， ２９８５）。
【００１８】
さらに、この出願の発明は、以上のとおりのマイクロカプセル化金属触媒を用いることを特徴とする種々の化学反応をも提供する。具体的には、Ｃ−求核剤とアリルカーボネートを反応するアリル化反応や不斉合成反応の方法、Ｃ−求核剤とアリルアセテートを反応するアリル化反応の方法、ホウ酸化合物とアリールブロミドを反応するカップリング反応の方法が挙げられる。
【００１９】
アリル化反応では、例えば次の一般式（ＩＩ）
【００２０】
【化１】
（ただし、Ｒはアルキル基であり、Ｒ１〜Ｒ５は水素原子または置換基を有していてもよい炭化水素基である）で表されるアリルカーボネートとβ−ケトエステルをこの出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒の存在下で反応することによりアリル化生成物が得られる。このとき、使用される溶媒の種類は限定されず、種々の有機溶媒から出発物質を溶解できるものが適宜選択できる。また、この反応において、マイクロカプセル化金属触媒の量は出発物質の量や濃度に応じて選択でき、とくに限定されない。好ましくは、マイクロカプセル化金属触媒の量を０．０１〜０．５ｍｍｏｌとする。
【００２２】
このようなアリル化反応は、また、外部配位子の存在下で特に促進され、高収率で生成物を与えるものである。このとき、添加する外部配位子はどのようなものであってもよいが、好ましくは、高分子に内包されている第ＶＩＩＩ族金属触媒の配位子と同一のものを用いる。一方、外部配位子がキラルな配位子の場合には、アリルカーボネートとβ−ケトエステルの反応により高いエナンチオマー選択性で不斉合成が進行する。これら、外部配位子の量はとくに限定されないが、マイクロカプセル化金属触媒の１／２〜２倍モル程度とすることにより、生成物の収率とマイクロカプセル化金属触媒の回収率が高くなり、好ましい。
【００２３】
一方、アリルアセテートのアリル化反応では、例えば次の一般式（ＩＩＩ）
【００２４】
【化２】
（ただし、Ｒ１〜Ｒ５は水素原子または置換基を有していてもよい炭化水素基である）で表されるアリルアセテートとβ−ケトエステルをこの出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒の存在下で反応することによりアリル化が起こる。このとき、使用される溶媒の種類やマイクロカプセル化金属触媒の量は前記のとおりである。さらに、このようなアリル化反応では、アリル化反応と同様に、外部配位子が共存することにより、特に高い収率で生成物が得られる。このとき、添加する外部配位子はどのようなものであってもよいが、好ましくは高分子に内包されている第ＶＩＩＩ族金属触媒の配位子と同一のものとする。また、外部配位子の量についても、前記のとおりとすることが好ましい。さらに、このようなアリル化反応では、反応をより促進させるために、反応液中に出発物質やマイクロカプセル化金属触媒以外の酸や塩基、あるいは有機塩等の物質を添加してもよい。
【００２６】
この出願の発明のマイクロカプセル化金属触媒は、また、カップリング反応を促進するものでもある。次の一般式（ＩＶ）
Ｒ’Ｂ（ＯＨ）２ （ＩＶ）
（ただし、Ｒ’は置換基を有していてもよい炭化水素基を示す）に示されるホウ酸化合物とアリールブロミドをこの出願のマイクロカプセル化金属触媒の存在下で反応することにより、カップリングが高い収率で起こる。このようなカップリング反応において、使用される溶媒の種類やマイクロカプセル化金属触媒の量は前記のとおりである。さらに、このようなカップリング反応では、前記のアリル化反応と同様に、外部配位子が共存することによりとくに高い収率で生成物が得られる。このとき、添加する外部配位子はどのようなものであってもよく、例えばトリ−ｏ−トリルホスフィン等が例示される。このような外部配位子の量については、前記の各反応と同様に、とくに限定されないが、マイクロカプセル化金属触媒の１／２〜２倍モル程度とすることが好ましい。
【００２７】
以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２８】
【実施例】
＜実施例１＞ マイクロカプセル化トリフェニルホスフィンパラジウム触媒（ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３））の製造方法
ポリスチレン（１．０００ｇ）を４０℃のシクロヘキサン（２０ｍＬ）に溶解し、この溶液にテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４， ０．２０ｇ）をコアとして添加し、溶解した。この混合液を１時間同温度で溶液の色が褐色から黒色に変化するまで攪拌した。混合液を０℃までゆっくりと冷却したところ、高分子が分散されたコアを包埋し、相分離が生じることが確認された。
【００２９】
さらに、ヘキサン（３０ｍＬ）を加え、カプセル壁を硬化させた。溶液を室温で１２時間静置した後、カプセルをアセトニトリルで数回洗浄し、室温で２４時間乾燥させた。洗浄によりトリフェニルホスフィン（ＰＰｈ３）３当量が回収され、１当量分がマイクロカプセル中に留まった。
【００３０】
触媒含有マイクロカプセルの３１Ｐ膨潤樹脂マジックアングルスピン（ＳＲ−ＭＡＳ）ＮＭＲよりパラジウムに配位したＰＰｈ３として、１つのピークのみが確認された。したがって、触媒は、Ｐｄ（ＰＰｈ３）としてカプセルに取込まれたことが示唆された。
【００３１】
なお、高分子担体から金属を分離することなく直接樹脂の構造を解析できるＳＲ−ＭＡＳ ＮＭＲを用いた解析方法の有効性は、これまでに発明者らによって開発された架橋ポリスチレン系樹脂を用いた各種の固相反応によって既に示されている（Ｍｏｌ．Ｏｎｌｉｎｅ １９９８， ２， ３５； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． １９９８， ３９， ７３４５； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． １９９８， ３９， ９２１１； Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ． １９９９， ４０， １３４１； Ｊ．Ｃｏｍｂ．Ｃｈｅｍ． １９９９， １， ３７１； Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｅｓ ２０００， ５２， １１４３； Ｈ．Ｃｏｍｂ．Ｃｈｅｍ． ２０００， ２， ４３８）。＜実施例２＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたアリル化反応
実施例１で製造されたＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いて、次の化学式（Ａ）に従ってアリルメチルカーボネート（化合物１）とジメチルフェニルマロネート（化合物２）を反応した。
【００３２】
【化３】
ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）のみを２０ｍｏｌ％添加したところ、反応は上手く進行しなかった。そこで、ＰＰｈ３を外部配位子として添加したところ、反応はスムーズに進行した。
【００３４】
同様の反応をＰＰｈ３の添加量を変えて行い、触媒を再利用して繰り返した。結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
表より、外部配位子（ＰＰｈ３）の量を２０ｍｏｌ％使用した際に、触媒の回収と再利用を５回繰り返した後も、初期と同等の高い収率で生成物が得られることが示された。
＜実施例３＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたＣ−求核試薬とアリルカーボネートのアリル化反応
化合物１（０．５５ｍｍｏｌ）、化合物（０．５ｍｍｏｌ）、ＰＰｈ３（０．１ｍｍｏｌ）およびＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）（０．１ｍｍｏｌ， ２０ｍｏｌ％）をアセトニトリル（５ｍＬ）中で混合し、室温にて１２時間攪拌した。エタノールを加え、反応をクェンチした後、ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を濾過し、エタノールとアセトニトリルで洗浄し、乾燥した。濾液を減圧下で除去し、粗生成物をＴＬＣにて精製したところ、生成物を８３％の収率で得た。また、回収されたＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）は、活性が低下することなく繰り返し使用できた。（反応番号１）
表２に種々のＣ−求核試薬とアリルカーボネートの反応をまとめた。
【００３７】
【表２】
各種マロン酸塩とβ−ケトエステルはいずれも反応し、対応するアリル化物を高収率で与えた。一方、エチルアセトアセテートと（Ｅ）−シンナミルメチルカーボネート（化合物４）の反応により、Ｅ／Ｚ立体異性体（Ｅ／Ｚ＝６４／３６）が得られた（反応番号６）が、化合物２と化合物４の反応（反応番号５）および化合物２と（Ｚ）−カーボネート（化合物５）の反応（反応番号７）ではＥ異性体のみが得られた。
【００３９】
触媒の回収率は、いずれの場合にも定量的で、回収された触媒は再利用できた。
＜実施例４＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたアリルアセテートのアリル化反応
次の化学式（Ｂ）に示されるとおり、実施例２で示した化合物２をＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）、ＰＰｈ３、Ｎ，Ｏ−ビス（トリメチルシリル）アセトアミド（ＢＳＡ）、および触媒量の酢酸カリウムの存在下でアリルアセテートと反応し、対応する生成物を９０％の収率で得た。
【００４０】
【化４】
＜実施例５＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いたカップリング反応
種々のホウ酸化合物とアリールブロミドをＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）の存在下で反応したところ、化学式（Ｃ）および（Ｄ）に示されるように、高収率で生成物が得られた。
【００４２】
【化５】
また、化学式（Ｅ）に示されるように、アリールブロミドの代わりの２−ブロモチオフェンを用いた場合にも、反応は進行し、高収率で生成物を与えた。
【００４４】
【化６】
これらのカップリング反応では、トリ−ｏ−トリルホスフィン（Ｐ（ｏ−Ｔｏｌ）３）を外部配位子として用いることにより、高い収率とＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）の回収率が得られた。
＜実施例６＞ ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）を用いた不斉合成反応
次の化学式（Ｆ）に示したとおり、１，３−ジフェニル−２−プロペン−１−イルエチルカーボネート（１．０ ｅｑｕｉｖ）とジメチルマロネート（３．０ ｅｑｕｉｖ．）を、アセトニトリル中ＭＣ Ｐｄ（ＰＰｈ３）（２０ｍｏｌ％）、２−（ｏ−ジフェニルホスフィノフェニル）−（４Ｒ）−イソプロピルオキサゾリン（２０ｍｏｌ％）、ＢＳＡ（３．０ ｅｑｕｉｖ．）および酢酸カリウム（０．１ ｅｑｕｉｖ．）存在下で還流し、反応させたところ、８７％の収率と８３％ｅｅの光学純度で生成物が得られた。
【００４６】
【化７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明によって、種々の有機反応を促進し、高い収率で生成物を与える第ＶＩＩＩ族金属触媒を固定化した、空気中での高い安定性と、反応後の回収性および再利用性を有するマイクロカプセル化金属触媒が提供される。
Claims (8)
- 側鎖に芳香族置換基を有する高分子中に、
Ｍ（ＰＰｈ3）
（ただし、Ｍは第VIII族金属を示す）
で表されるトリフェニルホスフィン金属触媒が内包されていることを特徴とするマイクロカプセル化金属触媒。 - 側鎖に芳香族置換基を有する高分子が、スチレン単位を有する高分子である請求項１のマイクロカプセル化金属触媒。
- Ｍがパラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよび白金のうちの少なくとも１種である請求項１または２のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒。
- 請求項１ないし３のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルカーボネートを反応することを特徴とするアリル化反応方法。
- 請求項１ないし３のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルアセテートを反応することを特徴とするアリル化反応方法。
- 請求項１ないし３のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒と外部配位子の存在下でホウ酸化合物とアリールブロミドを反応することを特徴とするカップリング反応方法。
- 請求項１ないし３のいずれかのマイクロカプセル化金属触媒とキラルな外部配位子の存在下でＣ−求核剤とアリルカーボネートを反応することを特徴とする不斉合成反応方法。
- 外部配位子は、トリフェニルホスフィン、トリ−ｏ−トリルホスフィンまたは２−（ｏ−ジフェニルホスフィノフェニル）−（４Ｒ）−イソプロピルオキサゾリンであることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかの反応方法。
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