JP4159549B2 - ニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための水素の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための水素の製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、触媒としてＦｅ^３＋−モンモリロナイトを用い、プロトン源またはアシル化剤としてＣ_３〜Ｃ_７のカルボン酸を用いる、アミド及びアニリドの製造のための改良された方法に関するものである。

本発明は、詳しくは、試薬としての化学量論的量の腐食性塩の使用を不要とし、触媒として金属カチオンが交換されたモンモリロナイトを用いる、ニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための環境にやさしい(eco-friendly)方法に関するものである。還元的にアシル化された生成物は、医薬品の製造の重要な中間体である。

酵素が水素を生成し、消費することは公知である（非特許文献１参照）。この方法の本来の不都合は、電子がＨ−クラスターにより供給されることである。

〔Ｆｅ〕−ヒドロゲナーゼ酵素が水素を生成する一方、〔Ｆｅ−Ｎｉ〕−ヒドロゲナーゼ酵素が水素を消費することは公知である（非特許文献２参照）。この方法の本来の不都合は、複雑で長過ぎるほどの合成手法(synthetic protocols)にある。ヒドロゲナーゼのモデルは、化学量論的に水素を生成するために開発された。

ニトロアレーンの還元は、一酸化炭素加圧下に、触媒としてカルボニル錯体を用いて行われる（非特許文献３参照）。この方法の本来の不都合は、再生できない高価なカルボニル錯体を化学量論的量で使用すること、または水素もしくはＣＯ加圧と共に高価な触媒を使用することにある。

ニトロベンゼンの還元的アシル化は、一酸化炭素加圧下に、プラチナ錯体を用いて行われる（非特許文献４参照）。この方法の本来の不都合は、高価なプラチナ錯体の使用と、高いＣＯ圧とにある。

アジドは、化学量論的量のＦｅＳＯ_４を用いることにより、アンモニア溶液中でアミンに還元される（非特許文献５参照）。この方法の大きな欠点は、再生できない化学的量論的な水素化物試薬により誘導されて、アゾ化合物の還元がされることである。
リ(Li)ら、"Journal of american Chemical Society"、７２６、１２４、２００２ カマック(Cammack)、"Nature"、２１４、３９７、１９９９ ノムラ(Nomura)、"Journal of Molecular Catalysis A."、１、１３０、１９９８ ワタナベ(Watanabe)ら、"Journal of Organic Chemistry"、４４５１、４９、１９８４ カマル(Kamal)ら、"Tetrahedron Letters"、７７４３、４１、２０００

本発明の主目的は、上述の欠点を回避する、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための水素の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための水素を生成し、消費する、新規で環境にやさしい方法を提供するにある。

さらに、本発明の目的は、ニトロ化合物、アジド化合物及びシアン化合物の還元的アシル化のための新規かつ経済的で環境にやさしい方法を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は、化学量論的量では再生できない高価なカルボニル錯体を腐食性かつ化学量論的量で使用すること、または水素もしくはＣＯ加圧と共に高価な触媒を使用することを不要にする、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための方法を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は、優れた選択性と収率とを備える、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための方法を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は、触媒が活性の重大な損失なくリサイクルされる、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための方法を提供するにある。

提供する本発明の新規性は、還流状態下で、金属が交換されたモンモリロナイト触媒により、プロトン源またはアシル化剤としてのカルボン酸と、電子源としてのヨウ化物アニオンとを用いる、ニトロ化合物、アジド化合物及びシアン化合物の還元的アシル化での、水素の生成と消費とにある。

原始物質(prebiotic material)であるモンモリロナイト及び、鉄の低い酸化還元ポテンシャルとの助長効果と、安価でこれら両方の物質の有り余るほどの量とが、本研究におけるその使用を促した。合成物としてのＦｅ^３＋−モンモリロナイトが、カルボン酸溶媒中でニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化に用いられるときに、アミドとアニリドとに対して高い収率と選択性とが得られる。アニリドとアミドとは、医薬品の合成のために望まれる出発物質であるので、本発明は時宜を得た適切なものである。このように、初期の論文、特許は、その方法の商業的現実性及び経済性の期待に達しなかった。そこで、本発明は、医薬のためのアミド中間体及びアニリド中間体の合成のための最良の技術的、経済的な経路を提案する。

従って、本発明は、アシル化剤またはプロトン源としてのＣ_３〜Ｃ_７のカルボン酸と、電子源としてのヨウ化物とを、触媒として金属が交換されたモンモリロナイトを用い、１１６〜２００℃の範囲の温度で０．５〜２４時間の範囲の時間反応させる工程と、再利用のために濾過により前記触媒を回収する工程と、アシル化された生成物を回収する工程とを備える、ニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化に用いられる水素製造方法を提供する。

本発明の一態様において、水素の製造は、室温での水素の生成と、高温での水素の消費とからなる。

本発明の一態様において、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化で、同時に起きる生成と消費とのために用いられる温度は、２５〜２００℃の範囲である。

本発明の一態様において、モンモリロナイトの交換のために用いられる金属イオンは、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｚｒ^４＋及びＡｌ^３＋からなる群から選択される。

本発明の一態様において、水素の生成と消費とは、同一触媒に触媒される。

本発明の一態様において、水素の生成は、カルボン酸から生じるプロトンの還元によるものである。

本発明の他の態様において、カルボン酸から生じるプロトンの還元は、Ｍ^ｎ＋がＦｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｚｒ^４＋及びＡｌ^３＋から選択されるＭ^ｎ＋−モンモリロナイトにより室温で達成される。

本発明の他の態様において、還元的アシル化反応に用いられるニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンは、メチル基、エチル基、プロピル基、ハロゲン基、酸基、アリール基及びヘテロアリール基からなる群から選択された基で置換された芳香族化合物を備える。

本発明のさらに他の態様において、触媒の量は基質に関して重量で５〜２０％である。

本発明の他の態様において、Ｃ_３〜Ｃ_７のカルボン酸は、プロピオン酸乃至ヘプタン酸からなる群から選択される。

本発明の他の態様において、電子源として用いられるヨウ化物アニオンは、ヨウ化ナトリウムである。

本発明の他の態様において、アシル化剤に対するニトロ化合物、アジド化合物及びシアン化合物の比は、１：４乃至１：８である。

本発明のさらなる態様において、ヨウ化ナトリウムに対するニトロ化合物及びアジド化合物の比は、１：２乃至１：６である。

本発明のさらに他の態様において、ヨウ化ナトリウムに対するシアン化合物の比は、１：３乃至１：６である。

本発明の他の態様において、ニトロ化合物及びシアン化合物の反応は、１６０〜２００℃の温度で達成される。

本発明の他の態様において、アジド化合物の反応は、１１６〜１６０℃の温度で達成される。

本発明のさらに他の態様において、前記反応は０．５〜２４時間の時間で達成される。

本発明は、アシル化剤またはプロトン源としてのＣ_３〜Ｃ_７のカルボン酸と、電子源としてのヨウ化物とを、触媒として金属カチオンが交換されたモンモリロナイトを用い、一般的には１１６〜２００℃の範囲の温度で０．５〜２４時間の時間反応させ、再利用のために濾過により前記触媒を回収し、常法によりアシル化された生成物を回収する、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための水素の製造方法を提供する。水素の製造は、室温での水素の生成と、高温での水素の消費とからなる。一般に、水素の生成と消費との両方は、同一の触媒により触媒される。水素は、カルボン酸から生じるプロトンの還元により生成する。

本発明の製造方法は、腐食性で再生できない化学量論的水素化物試薬の使用、または高価な触媒の存在する中で水素加圧下での使用、化学量論的量では再生できない高価なカルボニル錯体の使用、または水素もしくはＣＯ加圧と共に高価な触媒を使用することを不要にする。

本発明の他の目的は、アミド及びアニリドの製造方法を提供することであり、ここで、選択性及び転化は良好であり、達成する手順は単純である。カルボン酸から生じるプロトンの還元は、Ｍ^ｎ＋が好ましくはＦｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｚｒ^４＋及びＡｌ^３＋であるＭ^ｎ＋−モンモリロナイト触媒により室温で達成される。モンモリロナイトまたは金属が交換されたモンモリロナイトは、ニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化のための触媒として用いられる。触媒は、安定した活性で何サイクルか使用することができる。

アシル化剤またはプロトン源として用いられるＣ_３〜Ｃ_７のカルボン酸は、好ましくはプロピオン酸乃至ヘプタン酸から選択される。ヨウ化ナトリウムは好適な電子源である。本発明の一態様において、置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化における水素の同時の生成と消費とに用いられる温度は、２５〜２００℃の範囲である。還元的アシル化反応に用いられるニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンは、メチル基、エチル基、プロピル基、ハロゲン基、酸基、アリール基及びヘテロアリール基から選択された基で置換された芳香族化合物である。

触媒の量は、基質に対して重量で５乃至２０％である。アシル化剤に対するニトロ化合物、アジド化合物及びシアン化合物の比は、好ましくは１：４乃至１：８である。より詳しくは、ヨウ化ナトリウムに対するニトロ化合物及びアジド化合物の比は、好ましくは１：２乃至１：６であり、ヨウ化ナトリウムに対するシアン化合物の比は、好ましくは１：３乃至１：６である。ニトロ化合物及びシアン化合物の反応は、好ましくは１６０〜２００℃の温度で達成され、アジド化合物の反応は１１６〜１６０℃で達成される。

以下の実施例は、本発明の説明の手段として与えられるものであり、発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

〔実施例１〕
触媒の合成
ａ）金属が交換されたモンモリロナイト
フルカ・ケミカルズ(Fluka chemicals)から購入されるＫ１０−モンモリロナイトがそういうものとして用いられる。ＦｅＣｌ_３の１リットル溶液（１．０Ｍ）に、８０ｇのＫ１０−モンモリロナイトを加えた。モンモリロナイトＫ１０の交換容量を飽和するために、２４時間撹拌した。クレーの懸濁液を遠心分離し、上澄み溶液を廃棄した。クレー触媒は、毎回新鮮な蒸留水で洗浄し、廃棄水から塩素イオンが現れなくなるまで遠心分離した。クレーは、オーブン中、１２０℃で一晩乾燥させ、最後に乳鉢で粉砕した。
ｂ）Ｚｎ^２＋交換触媒
ＺｎＣｌ_２の１Ｍ溶液と８０ｇのＫ１０−モンモリロナイトを撹拌し、ａ）と同一の方法で調製した。
ｃ）Ｃｅ^３＋交換触媒
ＣｅＣｌ_３の１Ｍ溶液と８０ｇのＫ１０−モンモリロナイトを撹拌し、ａ）と同一の方法で調製した。
ｄ）Ｃｕ^２＋交換触媒
ＣｕＣｌ_２の１Ｍ溶液と８０ｇのＫ１０−モンモリロナイトを撹拌し、ａ）と同一の方法で調製した。
ｅ）Ａｌ^３＋交換触媒
ＡｌＣｌ_３の１Ｍ溶液と８０ｇのＫ１０−モンモリロナイトを撹拌し、ａ）と同一の方法で調製した。
〔実施例２〕
プロピオン酸（１０ｍｌ）、ヨウ化ナトリウム（３．０ｇ、２０ミリモル）及びＦｅ^３＋−モンモリロナイト触媒（０．５ｇ）の混合物を、丸底フラスコ中、２５℃で６時間撹拌した。反応混合物を濾過して触媒を分離した。溶液中のヨウ素の存在量を知るために、指示薬としてデンプンを用い、得られた濾液を、０．１Ｍのチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定した。反応で放出されたヨウ素の量は、０．９９８ｇ（３．７ミリモル）であった。
〔実施例３〕
酢酸１０ｍｌ、ヨウ化ナトリウム（２０ミリモル）及びＦｅ^３＋−モンモリロナイト触媒（０．５ｇ）の混合物を、丸底フラスコ（５０ｍｌ）中、還流温度で撹拌した。温度に達した後、２−アジドアニソールを１０分間かけてゆっくり滴下することにより添加し、反応を継続した。（ＧＣにより追跡された）反応の完了後、反応混合物を濾過し、触媒を分離した。反応混合物を酢酸エチル中に入れ、チオ硫酸ナトリウムで中和し(quenched)、重炭酸ナトリウムで洗浄して未反応の酸を除去し、留去して生成物を得た。収量１．６１ｇ。
〔実施例４〜７〕
各種の基質について、実施例３と同様の手順で行った。結果を表１に示す。
〔実施例８〕
プロピオン酸（４０ｍｌ）、ヨウ化ナトリウム（３０ミリモル）及びＦｅ^３＋−モンモリロナイト触媒（０．５ｇ）の混合物を、丸底フラスコ（５０ｍｌ）中、還流温度で撹拌した。温度に達した後、ベンゾニトリル（１０ミリモル）を１０分間かけてゆっくり滴下することにより添加し、反応を継続した。（ＧＣにより追跡された）反応の完了後、反応混合物を濾過し、触媒を分離した。反応混合物を酢酸エチル中に入れ、チオ硫酸ナトリウムで中和し、重炭酸ナトリウムで洗浄して未反応の酸を除去し、留去して粗生成物を得た。収量１．１４ｇ。
〔実施例９〜１１〕
各種の基質について、実施例８と同様の手順で行った。結果を表１に示す。
〔実施例１２〕
プロピオン酸（１０ｍｌ）、ヨウ化ナトリウム（２０ミリモル）及びＦｅ^３＋−モンモリロナイト触媒（０．５ｇ）の混合物を、丸底フラスコ（５０ｍｌ）中、還流温度（１６０℃）で撹拌した。温度に達した後、ニトロベンゼン（１０ミリモル）を１０分間かけてゆっくり滴下することにより添加し、反応を継続した。（ＧＣにより追跡された）反応の完了後、反応混合物を濾過し、触媒を分離した。反応混合物を酢酸エチル中に入れ、チオ硫酸ナトリウムで中和し、重炭酸ナトリウムで洗浄して未反応の酸を除去し、留去して生成物を得た。収量１．１９ｇ。
〔実施例１３〜２１〕
各種の基質について、実施例１２と同様の手順で行った。結果を表１に示す。

〔本発明の主な有利な点〕
１．水素の生成及び消費のための新規で環境にやさしい方法である。
２．ニトロ化合物、シアン化合物及びアジド化合物の還元的アシル化のための新規で環境にやさしい方法である。
３．本方法は、腐食性で再生できない高価なカルボニル錯体の化学的量論的量での使用、または水素またはＣＯ加圧と共に高価な触媒を用いることを不要にする。
４．還元的アシル化のための触媒として、安価で容易に入手できる、金属が交換されたモンモリロナイト。
５．選択性及び収率が良好である。
６．本方法は、触媒が何サイクルも使用できるので、処分の問題が全くないことが予想される。触媒は、多数回のリサイクルに当てられ、安定した活性を示す。
７．処分の問題が全くないので、本方法は環境的に安全である。
８．本方法は経済的である。

Claims (25)

1. アシル化剤またはプロトン源としてのＣ_３−Ｃ_７のカルボン酸と、電子源としてのヨウ化物とを、触媒として金属が交換されたモンモリロナイトを用い、１１６〜２００℃の範囲の温度で反応させる工程と、再利用のために濾過により触媒を回収する工程と、アシル化生成物を回収する工程とを備えることを特徴とするニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化に用いられる水素の製造方法。
2. 水素の製造が、室温での水素の生成と、高温での水素の消費とからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 置換されたニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンの還元的アシル化で、同時に起きる水素の生成と消費とのために用いられる温度は、２５〜２００℃の範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. モンモリロナイトの交換のために用いられる金属イオンは、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｚｒ^４＋及びＡｌ^３＋からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 水素の生成と消費とは、同一触媒に触媒されることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 水素の生成は、カルボン酸から生じるプロトンの還元によるものであることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. カルボン酸から生じるプロトンの還元は、Ｍ^ｎ＋が、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｃｅ^３＋、Ｚｒ^４＋及びＡｌ^３＋から選択されるＭ^ｎ＋−モンモリロナイトにより、室温で達成されることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 還元的アシル化反応に用いられるニトロアレーン、アジドアレーン及びシアノアレーンは、メチル基、エチル基、プロピル基、ハロゲン基、酸基、アリール基及びヘテロアリール基からなる群から選択された基で置換された芳香族化合物からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 触媒の量は基質に関して重量で５〜２０％であることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. Ｃ_３〜Ｃ_７のカルボン酸は、プロピオン酸乃至ヘプタン酸からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 電子源は、ヨウ化ナトリウムであることを特徴とする請求項１記載の方法。
12. アシル化剤に対するニトロ化合物、アジド化合物またはシアン化合物の比は、１：４乃至１：１０であることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. ヨウ化ナトリウムに対するニトロ化合物及びアジド化合物の比は、１：２乃至１：６であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. ヨウ化ナトリウムに対するシアン化合物の比は、１：３乃至１：６であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
15. ニトロ化合物及びシアン化合物の反応は、１６０〜２００℃の温度で達成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
16. アジド化合物の反応は、１１６〜１６０℃の温度で達成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
17. 反応は、０．５〜２４時間の時間で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
18. 触媒は、安定な活性を備えて何回かリサイクルされることを特徴とする請求項１記載の方法。
19. ニトロ化合物は、ニトロベンゼンであることを特徴とする請求項１記載の方法。
20. ヨウ化ナトリウムに対するニトロベンゼンの比は、１：２乃至１：４であることを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. シアン化合物は、ニトリルであることを特徴とする請求項１４記載の方法。
22. ヨウ化ナトリウムに対するニトリル化合物の比は、１：３乃至１：６であることを特徴とする請求項２１記載の方法。
23. アジド化合物は、アジドであることを特徴とする請求項１記載の方法。
24. ヨウ化ナトリウムに対するアジド化合物の比は、１：２乃至１：４であることを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. カルボン酸に対するニトロベンゼン、ニトリル及びアジドの比は、１：４乃至１：１０であることを特徴とする請求項１２記載の方法。