JP4257977B2 - 1−インダノン類の製造方法 - Google Patents

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本発明は、医農薬、金属触媒の配位子、液晶などの有機材料の合成中間体として有用な1−インダノン類の製造方法に関するものである。
従来、1−インダノン類を製造する方法としては、3−アリールプロピオン酸類の分子内環化反応(例えば、非特許文献1参照)、インダン類の酸化反応(例えば、特許文献1、2参照)、芳香族炭化水素とγーラクトンとの反応(例えば、非特許文献2参照)フェニルアセチレン類と一酸化炭素との反応(例えば、特許文献3参照)など種々の方法が知られている。
また、α,β−不飽和カルボン酸と芳香族炭化水素との反応により1−インダノン類を製造する方法としては、トリフルオロメタンスルホン酸を過剰量用いて反応させる方法(非特許文献3)が知られているが、多量の廃酸が発生するという難点がある。また、ヘテロポリ酸やゼオライトを触媒として用いる方法(非特許文献4)も報告されているが、利用できる基質が極めて限定されているという問題があり、これまでに触媒量のルイス酸を用いる方法は報告されていない。
特開平9−136859号公報 特開2001−247505号公報 特開2000−256263号公報 J.Org.Chem.46,p2974(1981) Bull.Soc.Chim.Belg.,101,p1053(1992) Cat.Lett., 87,p109(2003) J.Mol.Cat.,A,134,p215(1998)
本発明の目的は、医農薬、金属触媒の配位子、液晶などの有機材料の合成中間体として有用な1−インダノン類を、芳香族炭化水素とα,β−不飽和カルボン酸類との脱水縮合により、安価にかつ容易に製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、1−インダノンの合成法について鋭意研究を重ねた結果、ある種のルイス酸を触媒量添加することにより、芳香族炭化水素とα,β−不飽和カルボン酸との脱水縮合が速やかに進行して容易に1−インダノン類が得られることを見出し、これらの事実に基づいて本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、
Figure 0004257977
(式中、R〜Rは、それぞれ反応に関与しない1価の基を示す。)で表される芳香族炭化水素と一般式(II)
Figure 0004257977

(式中、R〜R7は、それぞれ反応に関与しない1価の基を示す。)で表されるα,β−不飽和カルボン酸とを、一般式(III)
MXm・Ln (III)
(式中、Mは希土類元素、ビスマス、ガリウム、インジウム、ハフニウムから選ばれる金属イオンを示し、Xはアニオンを示し、Lは配位力のある中性分子を示す。mは金属Mの原子価数であり、nは0〜10の整数である。)で表されるルイス酸の触媒量の存在下に反応させることによる一般式(IV)
Figure 0004257977
(式中、R〜R7は、それぞれ前記と同じ意味を持つ。)
または一般式(V)
Figure 0004257977

(式中、R〜R7は、それぞれ前記と同じ意味を持つ。)で表される1−インダノン類の製造方法である。
上記一般式(III)で表されるルイス酸としては、Xがパーフルオロアルキルスルホナート、ビス(パーフルオロアルキルスルホニル)アミド、トリス(パーフルオロアルキルスルホニル)メチドから選ばれるアニオンからなるものを用いることが好ましい。
本発明によれば、特定のルイス酸を触媒量用いることにより、各種芳香族炭化水素とα,β−不飽和カルボン酸との反応は容易に進行し、簡易に各種1−インダノン類を得ることができる。
本発明の製法において原料として用いられる前記一般式(I)で表される芳香族炭化水素は、隣接する2個の炭素原子上に置換可能な水素原子を有するものであり、その他の炭素原子に結合する置換基R〜Rは、いずれも本発明の脱水縮合反応に悪影響を及ぼさないものであれば、特に制限されるものではない。
一般式(I)中のR〜Rは、それぞれ脱水縮合反応に関与しない基であって、例えば、水素原子、ハロゲン原子、メチル、エチル、プロピル、t−ブチルなどのアルキル基、メトキシ、エトキシなどのアルコキシ基、メチルチオ、エチルチオなどのアルキルチオ基などが挙げられる。
次に、本発明におけるもう一方の原料は、前記一般式(II)で表されるα,β−不飽和カルボン酸であり、反応に悪影響を及ぼさない置換基を有していても良い。
一般式(II)中のR〜Rは、ともに本発明の脱水縮合反応に関与しない基であって、例えば、水素原子、ハロゲン原子、メチル、エチル、プロピル、t−ブチルなどのアルキル基、フェニル、1−ナフチルなどのアリール基、メトキシ、エトキシなどのアルコキシ基、メチルチオ、エチルチオなどのアルキルチオ基、シアノ基、トリフルオロメチルなどのパーフルオロアルキル基などが挙げられる。
次に、本発明に触媒として用いられるルイス酸は、一般式(III)
MXm・Ln (III)
で表される金属化合物である。
一般式(III)において、Mは金属イオンであり、ルテチウム、イッテルビウム、スカンジウムなどの希土類元素、ガリウム、インジウム、ハフニウム、ジルコニウムおよびビスマスから選ばれる。また、アニオンXとしては、その共役酸が高い酸性度を示すものがよく、例えばパーフルオロアルキルスルホナートアニオン、ビス(パーフルオロアルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(パーフルオロアルキルスルホニル)メチドアニオンなどが挙げられる。
本発明に用いられるルイス酸触媒の好ましい例としては、Lu(OSOCF、Yb(OSOCF、Sc(OSOCF、Lu[N(SOCF 、Yb[N(SOCF 、Sc[N(SOCF 、Lu[C(SOCF 、Yb[C(SOCF、Sc[C(SOCFなどが挙げられる。
これらのルイス酸触媒には、さらに反応に悪影響を及ぼさない中性分子が配位していても差し支えない。この中性分子は一般式(III)におけるLであり、例えば水やジエチルエーテルなどのエーテル類が挙げられ、その数nは0〜10である。このルイス酸触媒の使用量は、いわゆる触媒量の少量でよく、化合物(I)に対し0.0001〜50モル%の範囲で実施できるが、あまりに少ないと反応が有利な速度で進行せず、また、あまりに多いと反応の経済性が悪くなるので、好ましくは0.01〜30モル%、さらに好ましくは0.1〜20モル%の範囲である。
本発明の脱水縮合反応には、必ずしも溶媒を要しないが、溶媒を使用しても良い。使用し得る溶媒としては、塩素化炭化水素系、芳香族炭化水素系、ニトロ化炭化水素系、脂肪族炭化水素系などが挙げられるが、なかでも塩素化炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系が好ましく、具体的には、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2−ジクロロエタン等が例示される。
反応温度としては、あまりに低温では反応が有利な速度では進行せず、一方、あまりに高温では副反応が起こるという問題があり、また経済性に劣ることから、一般的には0〜300℃の範囲から選ばれるが、好ましくは80〜260℃の範囲である。
反応生成混合物から所望の目的生成物を分離するには、溶媒抽出、再結晶、蒸留、クロマトグラフィーおよび昇華などの通常の分離精製方法を適用することにより容易に達成される。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例1
3,4,7−トリメチル−1−インダノンの合成
p−キシレン2mL、クロトン酸22mg(0.25mmol)、Lu(OSOCF24mg(0.0375mmol)及びクロロベンゼン5mLの混合物を、密閉容器中250℃で3時間加熱撹拌した。反応混合物を放冷し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液5mLを加え、生成した有機層を分離した後、水層を酢酸エチル5mLで2回抽出した。その後、有機層を合わせて硫酸マグネシウムで乾燥後溶媒を減圧留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィーで精製(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=9/1)することにより3,4,7−トリメチル−1−インダノン34mg(収率79%)を得た。このようにして得られた生成物の化学構造はH−NMRにより確認した。
実施例2〜13
実施例1におけるp−キシレンとクロトン酸との反応による3,4,7−トリメチル−1−インダノンの合成において使用するルイス酸触媒の種類、触媒量、溶媒の使用の有無、反応温度及び反応時間をそれぞれ表1に示すものに代えたこと以外は、実施例1と同様にして反応及び生成物の確認を行った。実施例1〜13で得られた結果を表1に示す。なお、実施例2〜13に関しては表中の収率はガスクロマトグラフィーで分析し決定した値である。
Figure 0004257977
実施例14
3−フェニル−4,7−ジメチル−1−インダノンの合成
クロトン酸の代わりに桂皮酸38mg(0.25mmol)を用いたこと以外は実施例1と同様に反応を行うことにより、3−フェニル−4,7−ジメチル−1−インダノン36mg(収率60%)を得た。このようにして得られた生成物の化学構造はH−NMRにより確認した。
本発明は、入手容易な芳香族炭化水素とα,β−不飽和カルボン酸から一段階で1−インダノン類を容易に製造できる方法であり、原料の製造に数段階を要する従来法に比して簡易に1−インダノンの製造が可能であり、工業的実施に有用な方法である。

Claims (2)

  1. 一般式(I)
    Figure 0004257977
    (式中、R〜Rは、それぞれ反応に関与しない1価の基を示す。)で表される芳香族炭化水素と一般式(II)
    Figure 0004257977
    (式中、R〜R7は、それぞれ反応に関与しない1価の基を示す。)で表されるα,β−不飽和カルボン酸とを、一般式(III)
    MXm・Ln (III)
    (式中、Mは希土類元素、ビスマス、ガリウム、インジウム、ハフニウムから選ばれる金属イオンを示し、Xはアニオンを示し、Lは配位力のある中性分子を示す。mは金属Mの原子価数であり、nは0〜10の整数である。)で表されるルイス酸の触媒量の存在下に反応させることによる一般式(IV)
    Figure 0004257977

    (式中、R〜R7は、それぞれ前記と同じ意味を持つ。)
    または一般式(V)
    Figure 0004257977
    (式中、R〜R7は、それぞれ前記と同じ意味を持つ。)で表される1−インダノン類の製造方法。
  2. 一般式(III)において、Xがパーフルオロアルキルスルホナート、ビス(パーフルオロアルキルスルホニル)アミド、トリス(パーフルオロアルキルスルホニル)メチドから選ばれるアニオンであるルイス酸を用いる請求項1に記載の1−インダノン類の製造方法。
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