JP3805788B2 - シアノピリジン類の製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、農医薬の製造中間体等として有用なシアノピリジン類を製造する方法に関する。
背景技術
従来、シアノピリジン類を製造する方法としては、例えばニコチン酸アミドと五塩化リンとを反応させることにより、２−クロロ−３−シアノピリジンを収率３０％で得る方法が知られている〔０ｒｇ．Ｓｙｎ．，Ｃｏｌ１．Ｖｏｌ．ＩＶ，１６６（１９６３）〕。しかし、この方法は五塩化リンを用いるために操作が煩雑であるうえ、酸アミド基をニトリル基へ変換する反応と核の塩素化反応とが同時に進行し、過塩素化物も生成する等、多くの副反応を伴う反応であって、目的物の収率が十分では無い。従って、目的とするシアノピリジン類を選択的に製造する方法としては満足できる方法ではなかった。
また、３−アミノ置換ピリジン誘導体をジアゾ化し、更にシアノ置換し、３−シアノピリジン類を製造する方法が知られている〔Ａｎｎ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．４８７，１２７〜１３３（１９３１）〕。しかし、この方法では反応が一気に進行して窒素ガスが爆発的に発生するため、反応のコントロールが難いうえ、目的物の収率が数％と低い等、工業的な製造方法として不十分であった。
本発明の目的は、従来の問題点を解決し、副反応を抑えて安全且つ工業的に、しかも安価にシアノピリジン類を製造することのできる方法を提供することである。
本発明者は、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、銅または亜鉛の酸化物またはハロゲン化物の存在下、原料として特にピリジン環の２位または６位に少なくとも１つのハロゲン原子を有するトリクロロメチルピリジン類を用い、当該化合物とハロゲン化アンモニウムとを反応させることにより従来の問題点が解決できることを認め、更に研究を続けた結果、本発明を完成した。
発明の開示
即ち本発明は、一般式
ＭＸｍ （２）
（式中、Ｍは銅原子または亜鉛原子を示し、Ｘはハロゲン原子または酸素原子を示し、ｍは２または１の整数を示す。）
で表される金属化合物の存在下、ハロゲン化アンモニウムと、一般式

（式中、Ｒは水素原子またはハロゲン原子を示し、Ｘ¹およびＸ²はそれぞれ水素原子またはハロゲン原子を示し〔Ｘ¹およびＸ²の少なくとも１つはハロゲン原子である〕、ｎは１または２の整数を示す。）
で表されるトリクロロメチルピリジン類とを反応させることを特徴とする、一般式

（式中、Ｒ、Ｘ¹、Ｘ²およびｎは前記と同一の意味を示す。）
で表されるシアノピリジン類の製造方法を提供するものである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明方法において用いる前記一般式（１）で表されるトリクロロメチルピリジン類は、一般式（１）中、置換基Ｘ¹およびＸ²がそれぞれ水素原子、または塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子を包含するハロゲン原子（以下、単に「ハロゲン原子」と記載することがある。）を示し（但し、Ｘ¹およびＸ²の少なくとも１つはハロゲン原子である）、置換基Ｒが水素原子、または塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子を包含するハロゲン原子を示し、ｎは１または２の整数を示し、従って複数の置換基Ｒを有することもあるトリクロロメチルピリジン類〔以下、このようなトリクロロメチルピリジン類を単に「トリクロロメチルピリジン類（１）」と記載することがある。〕であればよく、具体的には例えば２−クロロ−５−トリクロロメチルピリジン、２−クロロ−３−トリクロロメチルピリジン、２−ブロモ−５−トリクロロメチルピリジン、２−ブロモ−３−トリクロロメチルピリジン、２−フルオロ−３−トリクロロメチルピリジン、２−フルオロ−５−トリクロロメチルピリジン、２，３−ジクロロ−５−トリクロロメチルピリジン、２，６−ジクロロ−３−トリクロロメチルピリジン、３−ブロモ−２−クロロ−５−トリクロロメチルピリジン、２，６−ジブロモ−３−トリクロロメチルピリジン、２，３，６−トリクロロ−５−トリクロロメチルピリジン、３−ブロモ−２，６−ジクロロ−５−トリクロロメチルピリジン、２，３，４，６−テトラクロロ−５−トリクロロメチルピリジン、２，３，４，６−テトラフルオロ−５−トリクロロメチルピリジン、２，６−ジクロロ−３−フルオロ−５−トリクロロメチルピリジン等を挙げることができる。
本発明方法において用いるハロゲン化アンモニウムとしては、通常その様に称されているものなら使用して差支えなく、具体的には例えば塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム等を挙げることができるが、中でも塩化アンモニウムが入手容易であって好ましい。このハロゲン化アンモニウムの使用量としては、トリクロロメチルピリジン類（１）に対し１当量〜１０当量、好ましくは１当量〜３当量、より好ましくは１．２当量〜１．５当量という範囲を例示することができる。
本発明方法において用いる前記一般式（２）で表される金属化合物〔以下、このような金属化合物を単に「金属化合物（２）」と記載することがある。〕としては、例えば塩化第二銅、塩化第一銅、臭化第二銅、臭化第一銅、ヨウ化第二銅、ヨウ化第一銅等のハロゲン化銅類；酸化第二銅、酸化第一銅等の酸化銅類；塩化第二亜鉛、塩化第一亜鉛、臭化第二亜鉛、臭化第一亜鉛、ヨウ化第二亜鉛、ヨウ化第一亜鉛等のハロゲン化亜鉛類；および酸化亜鉛等の銅または亜鉛の酸化物またはハロゲン化物を挙げることができる。中でも塩化第二銅及び酸化第二銅は入手が容易でしかも安価であり、好ましい。この金属化合物（２）の使用量としては、トリクロロメチルピリジン類（１）に対し０．０５重量％〜１０重量％、好ましくは０．１重量％〜５重量％という範囲を例示することができる。
本発明方法においては、反応を１００℃〜２５０℃、好ましくは１７０℃〜２３０℃の温度範囲で、常圧または加圧条件下で行なうことにより、容易に前記一般式（３）で表されるシアノピリジン類〔以下、このようなシアノピリジン類を単に「シアノピリジン類（３）」と記載することがある。〕を得ることができる。
なお、本発明方法の操作においては、トリクロロメチルピリジン類（１）、ハロゲン化アンモニウム、金属化合物（２）を反応容器へ加える順序については任意であって、どの原料を先に加えても良い。また、本発明方法の反応において、溶媒の使用は任意であって、溶媒を使用しなくても反応は円滑に進行するので、反応のスケールやシアノピリジン類（３）の単離操作を勘案し、溶媒を使用するか否かを選択すれば良いが、収率的には溶媒を使用した方が好ましい。尚、溶媒を使用する場合は反応に不活性な溶媒、例えばスルホランの使用が適している。
本発明方法において製造されるシアノピリジン類（３）としては、例えば２−クロロ−５−シアノピリジン、２−クロロ−３−シアノピリジン、２−ブロモ−５−シアノピリジン、２−ブロモ−３−シアノピリジン、３−シアノ−２−フルオロピリジン、５−シアノ−２−フルオロピリジン、２，３−ジクロロ−５−シアノピリジン、２，６−ジクロロ−３−シアノピリジン、３−ブロモ−２−クロロ−５−シアノピリジン、２，６−ジブロモ−３−シアノピリジン、２，３，６−トリクロロ−５−シアノピリジン、３−ブロモ−２，６−ジクロロ−５−シアノピリジン、２，３，４，６−テトラクロロ−５−シアノピリジン、５−シアノ−２，３，４，６−テトラフルオロピリジン、２，６−ジクロロ−５−シアノ−３−フルオロピリジン等を挙げることができる。
尚、本発明方法において使用する原料のトリクロロメチルピリジン類（１）は、一部市販されているほか、そうでないものも３−トリクロロメチルピリジンを公知の方法でハロゲン化することにより得ることができる。
また、本発明方法により得られたシアノピリジン類（３）は、シアノ基を公知の方法で還元してアミノメチル基とすることによりアミノメチルピリジン類へと誘導することができ、これから更に例えば特開平４−１５４７４１号公報に記載の方法に従って、容易に殺虫剤の有効成分となる化合物へと誘導することも可能である
本発明方法は、原料として特にピリジン環の２位または６位に少なくとも１つのハロゲン原子を有する化合物を用いることにより、反応時の温度や操作条件により分解したり重合物を生成するといった、ピリジン環を有する化合物の反応に起きやすい副反応を抑えて、当該目的の反応を円滑に進行させ得たものである。尚、ピリジン環の２位および６位がいずれも水素原子である３−トリクロロメチルピリジン類を本発明方法の原料として使用しても、参考例として後記するように好ましい結果を与えない。
以下、実施例及び参考例により本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）２−クロロ−５−シアノピリジンの製造
温度計、ジムロート、攪拌機を備えた２００ｍｌの反応フラスコに、２−クロロ−５−トリクロロメチルピリジンを４６ｇ（０．２モル）と、塩化アンモニウムを１６ｇ（０．３モル）と酸化第二銅を０．２３ｇ（０．５重量％）入れ、２００℃で１２時間反応させた。反応液を冷却し、１３０℃においてキシレン１００ｍｌを反応フラスコに加え、更に冷却した。６０℃において銅塩や過剰の塩化アンモニウムを濾過し、濾液のキシレン層を濃縮した。得られた濃縮物を蒸留し、１４６℃〜１５０℃／１５ｍｍＨｇの沸点留分として２−クロロ−５−シアノピリジンを２０．３ｇ得た。（収率：７３．３％、融点：１１７℃〜１１８℃の無色結晶〔蒸留後に結晶化した〕）
（実施例２〜６）
トリクロロメチルピリジン類（１）の種類（使用モル数は０．２モルとした）、ハロゲン化アンモニウムの種類および使用モル数、金属化合物（２）の種類および使用量を以下の表１に記載の条件に変えた以外は実施例１と同様の方法により、シアノピリジン類（３）を製造した。その結果を表１に示す。

（実施例７）
温度計、攪拌機を付した２００ｍｌの反応フラスコに、２−クロロ−５−トリクロロメチルピリジンを４６．１ｇ（０．２モル）、塩化アンモニウムを１２．８ｇ（０．２４モル）、酸化第二銅を（ＣｕＯ）０．４６ｇ（１重量％）、スルホランを１０ｍｌ入れ、攪拌しながら油浴温度１８０〜１９０℃で１０時間反応を行った。反応終了後、８０℃まで冷却し、トルエン２００ｍｌ、水１００ｍｌを加えて目的物をトルエン層に抽出した後、分液した。得られたトルエン層を、ガスクロマトグラフィーでスルホランが認められなくなるまで充分に水洗し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、抽出溶媒を減圧留去した。さらに得られた残渣を減圧蒸留することにより、目的物を沸点１３４℃／２３ｍｍＨｇの留分として２１．１ｇ得た。（収率７６％）
（参考例１）
２−クロロ−５−トリクロロメチルピリジン（０．２モル）の代わりに３−トリクロロメチルピリジン（０．２モル）を用いた以外は実施例１と同様に１２時間反応を行なった。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、３−シアノピリジンの生成量は１％以下であった。
産業上の利用可能性
本発明によりトリクロロメチルピリジン類（１）とハロゲン化アンモニウムとを金属化合物（２）の存在下で反応させるという簡便な方法により、核ハロゲン化等の副反応を抑え、工業的にシアノピリジン類を得ることができるようになった。本発明の方法は、ジアゾ化工程を含まないため、爆発等の危険がなく工業的に安全な方法であり、シアノピリジン類（３）の工業的な製造方法として有用なものである。尚、本発明方法の実施により得られるシアノピリジン類（３）は、水素等で還元することにより、例えば特開平４−１５４７４１号公報記載の殺虫剤の重要な中間体であるアミノメチルピリジン類に容易に変換することができる。

Claims (1)

1. 一般式
   ＭＸｍ （２）
   （式中、Ｍは銅原子または亜鉛原子を示し、Ｘはハロゲン原子または酸素原子を示し、ｍは２または１の整数を示す。）
   で表される金属化合物の存在下、ハロゲン化アンモニウムと、一般式
   

   

   （式中、Ｒは水素原子またはハロゲン原子を示し、Ｘ¹およびＸ²はそれぞれ水素原子またはハロゲン原子を示し〔Ｘ¹およびＸ²の少なくとも１つはハロゲン原子である〕、ｎは１または２の整数を示す。）
   で表されるトリクロロメチルピリジン類とを反応させることを特徴とする、一般式
   

   

   （式中、Ｒ、Ｘ¹、Ｘ²およびｎは前記と同一の意味を示す。）
   で表されるシアノピリジン類の製造方法。