JP4239206B2 - 芳香族ヨウ素化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
下記一般式(1)
まず、ヨウ素化剤について説明する。ヨウ素化剤としては、たとえば、ヨウ素カチオン、を用いることが好ましい。
電解液を構成する溶媒は、上記ヨウ素分子またはヨウ素の金属化合物と、支持電解質を溶解し電気分解に供することができる溶媒である。このような溶媒としては、有機溶媒が好ましい。有機溶媒としては、脂肪族ニトリル、アルコール、塩素系溶剤、脂肪族アミド、環式エーテルおよびニトロメタンからなる群より選択される少なくとも1種を用いることができる。具体的には、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、ピバロニトリル、ヘキサンニトリル、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、tert‐ブタノール、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、1,2‐ジクロロエタン、1,1,1‐トリクロロエタン、1,1,2‐トリクロロエタン、N,N‐ジメチルホルムアミド、N,N‐ジメチルアセトアミド、N‐メチルピロリドン、N‐メチルピペリドン、テトラヒドロフラン、1,3‐ジオキサン、1,4‐ジオキサン、1,3,5‐トリオキサン、テトラヒドロピランおよびニトロメタンを例示することができる。
支持電解質としては、酸または塩を用いることが好ましい。支持電解質は、溶媒中に電気を導く役割を果たし、溶媒中でイオンに解離するものである。塩を用いる場合には、(nBu)4NBF4、Et4NBF4、NaClO4、LiBF4、LiClO4、(nBu)4NClO4、Et4NClO4、LiCl、(nPr)4NClO4、Mg(ClO4)2、(nBu)4NCl、(nBu)4NBr、(nBu)4NI、Et4NCl、Et4NBr、Et4NI、(nPr)4NBr、(nPr)4NI、KOHを用いることができる。
本発明におけるヨウ素カチオンの製造では、ヨウ素分子またはヨウ素の金属化合物が電気分解される。ヨウ素分子を使用する場合、電解液におけるヨウ素分子の含有割合は、0.1質量%以上、50質量%以下であり、0.5質量%以上、25質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上、10質量%以下であることがより好ましい。ヨウ素分子の含有量が上記範囲内である場合には、生産性を低下させることなく、良好に生産することができる。ヨウ素の金属化合物としては、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化バリウム、ヨウ化銅、ヨウ化鉛、ヨウ化ルビジウムなどを用いることができる。
上記の電解液を用いて電気分解を行い、下記反応式(1)に従って、ヨウ素カチオンを得る。なお、下記反応式(1)では、ヨウ素分子が電気分解により酸化される場合を示す。
次に、上記電気分解により得られたヨウ素カチオンと、1つ以上の置換基を有する芳香族化合物とを反応させる。以下の説明では、芳香族化合物がトルエンである場合を例として、本発明にかかる芳香族ヨウ素化合物の製造方法について説明する。
エーテル化合物としては、一般式(1)に示す非環式エーテル化合物および環式エーテル化合物の少なくとも1種を使用することができる。
(ヨウ素カチオンの製造)
ヨウ素カチオンの製造は、H型2室型電解槽を用いて無水条件で行った。この際、隔膜としては、ガラスフィルタ(G4)を用いた。電極は、陽極、陰極ともに白金板(30mm×20mm)を用いた。電解槽を減圧下で乾燥後、窒素雰囲気とした後、陰極室にトリフルオロメタンスルホン酸79mg(0.526mmol)と、0.3Mテトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート(支持電解質)を溶解したアセトニトリル溶液8mL、陽極室に0.3Mテトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート(支持電解質)を溶解したアセトニトリル溶液8mLおよびヨウ素127mg(0.500mmol)を投入し、0℃に冷却した。マグネチックスターラーで陽極室および陰極室を攪拌しつつ、0℃で定電流電解(20mA)を行った。2.0F/mol通電することで、陽極室にヨウ素カチオン溶液が得られた。
ついで、1つの置換基を有する芳香族化合物であるトルエン92mg(1.0mmol)と、非環式エーテル化合物である1,2‐ジメトキシエタン8mlとを50mlナスフラスコに仕込み、マグネチックスターラーにて攪拌し、氷水浴にて0℃まで冷却した。ここに、上記の電気分解により得られたヨウ素カチオン溶液12.5mlを添加して、0℃で1時間反応を行った。得られた反応液を減圧濃縮し、10cmのシリカゲルカラムにかけて、100mlのエーテルでカラム内から反応物を溶出させた。溶媒を減圧濃縮し、飽和炭酸水素ナトリウム溶液100mlをおよびヘキサン50mlを加えて、抽出を行った。分液を行い、ヘキサン層を減圧濃縮し、反応物を乾燥させた。得られた反応物は、4‐ヨードトルエンと、2‐ヨードトルエンとの混合物であった。以下の表1に収率と選択率を示す。なお、表1ではパラ位にヨウ素が結合した生成物を「I」とし、オルト位にヨウ素が得結合した生成物を「II」と称する。また、選択率については、1H−NMRの測定結果より求めた。
得られた反応物を、メタノール0.7mlに溶解し、−40℃で結晶を析出させた。この操作を2回繰り返し、4‐ヨードトルエンの純度が98%である反応物を得た。
(ヨウ素カチオンの生成)
電気分解装置の陰極室に2.0M硫酸のアセトニトリル溶液8mLを、陽極室に2.0M硫酸を含むアセトニトリル溶液8mLおよびヨウ素分子127mg(0.50mmol)を投入し、マグネチックスターラーで攪拌しつつ、25℃で定電流電解(20mA)を行い、2.0F/mol通電し、ヨウ素カチオン溶液を得た。
ついで、トルエン92mg(1.0mmol)を、1,2‐ジメトキシエタン3.6mLに溶解し、該溶液が表1に示す温度になるまで冷却した。ついで、得られたヨウ素カチオン溶液を加え、上記冷却時の温度で、1時間反応を行った。反応終了後、水酸化ナトリウム水溶液およびエーテルを加えて中和し、エーテル層と水層とに分離させた。エーテル層と水層とを分液し、水層に対してエーテルを加えて分液する操作を2回繰り返し行った。得られたエーテル層を混合し、飽和食塩水により洗浄を行った。これを減圧濃縮し、乾燥物を得た。得られた生成物は、4‐ヨードトルエンと、2‐ヨードトルエンであった。以下の表1に収率と選択率とを示す。
実施例7−10では、エーテル化合物を下記表2に示す化合物に変更した以外は、実施例1と同様にして4‐ヨードトルエンおよび2‐ヨードトルエンを得た。以下の表2に収率および選択率を示す。
(ヨウ素カチオンの生成)
電気分解装置の陰極室に2.0M硫酸(支持電解質)のアセトニトリル溶液13mL、陽極室に2.0M硫酸を含むアセトニトリル溶液13mLおよびヨウ素127mg(0.500mmol)を投入した以外は、実施例1と同様にして、ヨウ素カチオン溶液を得た。
次に、得られたヨウ素カチオン溶液12.5ml(1.0mmol)を、非環式エーテル化合物であるジメトキシエタン10mlに加えた。これをトルエン92mg(1.0mmol)と、非環式エーテル化合物であるジメトキシエタン2.5mlの混合液に加えて反応させた。このとき、反応液の温度は、0℃であった。0.5時間かけて攪拌した。反応終了後、0℃で4N水酸化ナトリウム水溶液13mLを加えて中和、エーテル20mLを加えて希釈した。反応混合物を分液漏斗に移し、有機層と水層とを分離した。水層はエーテルで抽出し、有機層は飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過した。濾液を減圧下で濃縮し、反応液を減圧濃縮し、4‐ヨードトルエンおよび2‐ヨードトルエンが混合した乾燥物を得た。実施例1による反応物の収率および4‐ヨードトルエンおよび2‐ヨードトルエンの生成割合を表3に示す。
実施例12−19では、出発物質である芳香族化合物を表3に示す化合物に変更した以外は、実施例8と同様にして、芳香族ヨウ素化合物を得た。以下の表3に、収率と選択率を示す。
比較例1では、ヨウ素カチオンの生成は、実施例8と同様にして行った。ついで、得られたヨウ素カチオン溶液を、トルエンを含むアセトニトリル溶液12.5mlに添加した。その後、1時間かけて攪拌した。反応液を減圧濃縮し、4‐ヨードトルエンと、2‐ヨードトルエンとを含む反応物を得た。以下の表3に収率と選択率を示す。
比較例2−9は、出発物質である芳香族化合物を変更した以外は、比較例1と同様にして芳香族ヨウ素化合物を得た。以下の表3に収率を、結合位置の選択率を示す。なお、表3では、比較例1〜9は、実施例8〜17にそれぞれ対応した比較例である。この比較例の結果は、対応する実施例の結果に括弧書きで併記する。
(ヨウ素カチオンの生成)
電気分解装置の陰極室に2.0Mの硫酸を含むアセトニトリル溶液56ml、陰極室に2.0Mの硫酸を含むアセトニトリル溶液56mlと、ヨウ素分子1.524g(6mmol)を加え、0℃に冷却した。マグネチックスターラーで、陰極室および陽極室を攪拌しつつ、0℃で定電流電解(20mA)を行った。2.0F/mol通電することにより、陽極室にヨウ素カチオン溶液を得た。得られたヨウ素カチオン溶液を梨型フラスコに移し、−20℃の恒温槽で保存した。
上記方法により得られたヨウ素カチオン溶液2ml(約0.21M、0.42mmol)をシリンジで抜き取り、表4に示すエーテル化合物(溶媒)を加えた後、トルエン77.4mg(0.84mmol)を仕込んだフラスコ中にキャヌラーを通して加えた。0℃で30分間反応させた。反応終了後、水酸化ナトリウム水溶液で中和し、エーテルを加えて分液し、水層を抽出した。エーテル層を過飽和食塩水で1回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過した。ろ液をガスクロマトグラフ(内部標準法)にて分析した。生成物の収率、および4‐ヨードトルエンと2‐ヨードトルエンとの生成比率を表4に示す。
Claims (6)
- 前記環式エーテル化合物は、環をなす炭素数が3〜12であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 前記ヨウ素化剤として、ヨウ素カチオンを用いることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記反応させる工程において得られた反応液から、固体状の反応生成物を分離し、該反応生成物を再結晶させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記反応させる工程において得られた反応液に蒸留処理を施すことで、反応生成物を単離する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の製造方法。
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