JP4313166B2 - 光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の製造方法 - Google Patents

光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、医薬および農薬の重要中間体である光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の製造方法に関する。
本発明で対象とする光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物は医薬および農薬の重要中間体である。
光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の製造方法としては、生物学的手法と化学的手法が報告されている。
生物学的手法には、(1)トリフルオロメチルケトン化合物をパン酵母により不斉還元する方法(非特許文献1)と、(2)ラセミの誘導体を酵素により光学分割する方法(非特許文献2)が知られている。
また化学的手法には、(3)フルオラールガスと各種求核剤を不斉配位子と遷移金属錯体からなる不斉触媒の存在下に反応させる方法(非特許文献3、非特許文献4、非特許文献5)と、(4)フルオラールエチルヘミアセタールとキラルイミンを反応させる方法(特許文献1)が知られている。
一方、各種アルデヒドとアセトンを光学活性プロリンの存在下に反応させる方法は既に報告されている(非特許文献6)が、求電子剤に安定なアルデヒドの水和物(ジェミナル−ジオール)またはヘミアセタール、特にフルオラールの水和物またはヘミアセタールを使用した例は報告されていない。
特開2001−226308号公報 Tetrahedron,(英国),1994年,第50巻,pp.11995〜12000 Journal of Organic Chemistry,(米国),1987年,第52巻,pp.3211〜3217 Organic Letters,(米国),1999年,第1巻,pp.2013〜2016 Journal of Fluorine Chemistry,(オランダ),1999年,第97巻,pp.51〜55 Tetrahedron,(英国),1996年,第52巻,pp.85〜98 Journal of American Chemical Society,(米国),2000年,第122巻,pp.2395〜2396
本発明の目的は、医薬および農薬の重要中間体である光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の工業的な製造方法を提供することにある。
非特許文献1および非特許文献2の方法では、不斉還元や光学分割であるために予め炭素骨格を構築しておく必要があった。また後者の場合には収率が50%を超えることがなかった。
非特許文献3、非特許文献4および非特許文献5の方法では、触媒量の不斉触媒の存在下に炭素骨格の構築と不斉誘起が同時に行えるために効率的な方法ではあるが、不斉触媒が比較的高価であり、また非常にポリマー化し易いフルオラールガスを使用するために工業的な製造方法として満足のゆくものではなかった。
一方、特許文献1の方法では、安定なフルオラールのエチルヘミアセタールを使用することができるために工業的な製造方法には好適であるが、比較的高価なキラル補助基を量論量必要とし、また予めキラルイミンを合成しておく煩雑さがあった。
このように光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を工業的に製造できる方法が強く望まれていた。
本発明者らは、非常に安価な光学活性アミノ酸またはその誘導体を、触媒量または量論量、反応系に存在させるだけで、安定なフルオラールの水和物またはヘミアセタールと、カルボニル化合物の不斉アルドール反応が良好に進行し、光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物が得られることを見出した。
本製造方法は、(1)炭素骨格の構築と不斉誘起が同時に行えること、(2)不斉触媒が非常に安価であること、(3)触媒量の不斉触媒でも比較的高い不斉誘起で反応が進行すること、(4)安定なフルオラールの水和物またはヘミアセタールが使用できることが特長として挙げられ、従来の技術における問題点が全て解決された特筆すべき方法である。また不斉触媒に使用した光学活性アミノ酸またはその誘導体が、反応終了液を濾過する等の極めて簡便な操作で収率良く回収できることも、工業的な製造方法として好適な理由である。
本発明者らは、上記のように光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を製造するための新規な方法を見出し、本発明を完成した。
本製造方法は、選択性が高く、分離の難しい不純物を殆ど副生しないことから、光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を工業的に製造するための極めて有効な方法である。
すなわち、本発明は、一般式[1]
[式中、Rは水素原子、炭素数1から4の低級アルキル基または炭素数1から4の低級ハロアルキル基を表す]で示されるフルオラール等価体と、一般式[2]
[式中、R1は水素原子、炭素数1から4の低級アルキル基を表し、R2は水素原子、炭素数1から4の低級アルキル基またはアリール基を表す。また、R1とR2が共有結合により環状ケトンを形成することもある]で示されるカルボニル化合物を、プロリン、シスまたはトランス−4−ヒドロキシプロリン、2−メトキシメチルピロリジンの存在下に反応させることにより、一般式[3]
[式中、R1およびR2は一般式[2]に記載したものと同じで、*は不斉炭素を表す]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を製造する方法を提供する。
また、本発明は、一般式[1]で示されるフルオラール等価体が、式[4]
で示されるフルオラール等価体である、上記の製造方法を提供する。
また、本発明は、式[5]
で示されるフルオラール等価体と、式[6]
で示されるカルボニル化合物を、R(d)またはS(l)−プロリンの存在下に反応させることにより、式[7]
[式中、*は不斉炭素を表す]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を製造する方法を提供する。
本発明の光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の製造方法について詳細に説明する。
一般式[1]で示されるフルオラール等価体のRとしては、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,2−トリクロロエチル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル基、パーフルオロ−t−ブチル基等が挙げられる。その中でも水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,2−トリクロロエチル基および1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロピル基が好ましく、特に水素原子、エチル基および2,2,2−トリフルオロエチル基がより好ましい。
一般式[1]で示されるフルオラール等価体の内、水和物とエチルヘミアセタールは市販されている。その他のヘミアセタールは、水和物またはエチルヘミアセタールを熱時に、濃硫酸、五酸化リンまたは塩化カルシウムに滴下し、発生するフルオラールのガスを対応する低級アルコールまたは低級ハロアルコールに吸収させ、必要に応じて蒸留精製することにより合成することができる。
一般式[2]で示されるカルボニル化合物のR1としては、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基が挙げられる。
一般式[2]で示されるカルボニル化合物のR2としては、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、フェニル基、炭素数1から4の低級アルキル基が置換したフェニル基、炭素数1から4の低級ハロアルキル基が置換したフェニル基、炭素数1から4の低級アルコキシ基が置換したフェニル基、ナフチル基、炭素数1から4の低級アルキル基が置換したナフチル基、炭素数1から4の低級ハロアルキル基が置換したナフチル基、炭素数1から4の低級アルコキシ基が置換したナフチル基等が挙げられる。
一般式[2]で示されるカルボニル化合物の具体例としては、アセトン、3−ペンタノン、1−ヒドロキシアセトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン等が挙げられる。
一般式[2]で示されるカルボニル化合物のR1とR2が共有結合により形成する環状ケトンとしては、シクロプロパノン、シクロブタノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、1−インダノン、α−テトラロン等が挙げられる。
一般式[2]で示されるカルボニル化合物の使用量としては、特に制限はないが、通常は一般式[1]で示されるフルオラール等価体1モルに対して1モル以上を使用すればよく、5〜300モルが好ましく、特に10〜200モルがより好ましい。
光学活性アミノ酸またはその誘導体としては、プロリン、シスまたはトランス−4−ヒドロキシプロリン、2−メトキシメチルピロリジンが挙げられる
光学活性アミノ酸またはその誘導体の立体化学としては、R配置またはS配置が採れ(不斉炭素が複数個存在する場合には、それぞれ独立にR配置またはS配置が採れ)、目的とする一般式[3]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の立体化学に応じて適宜使い分ければ良い。
光学活性アミノ酸またはその誘導体の光学純度としては、90%エナンチオマー過剰率(e.e.)以上を使用すればよく、通常は95%e.e.以上が好ましく、特に99%e.e.以上がより好ましい。
光学活性アミノ酸またはその誘導体の使用量としては、特に上限値はないが、本発明の反応においてこの物質は触媒として作用するという大きな特徴があるので、経済性を重んじる場合、一般式[1]で示されるフルオラール等価体1モルに対して3モル以下とすることが好ましく2モル以下が特に好ましい。下限値も特にないが、0.01モル以上であると反応速度が向上し、0.1モル以上であるとこの向上が特に顕著であるから特に好ましい。
反応溶媒としては、n−ペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタン等の脂肪族炭化水素系、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素系、塩化メチレン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン系、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、t−ブチルメチルエーテル、1,4−ジオキサン等のエーテル系、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル系、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール等のアルコール系、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸系、ヘキサメチルリン酸トリアミド、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−メチルピロリドン等のアミド系、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル系、ジメチルスルホキシド、水等が挙げられる。その中でもn−ヘキサン、n−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、塩化メチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、t−ブチルメチルエーテル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルスルホキシドおよび水が好ましく、特にn−ヘキサン、ベンゼン、塩化メチレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトニトリルおよびジメチルスルホキシドがより好ましい。これらの反応溶媒は単独または組み合わせて用いることができる。また一般式[2]で示されるカルボニル化合物を過剰に使用して反応溶媒を兼ね合わせることもできる。
反応溶媒の使用量としては、特に制限はないが、通常は一般式[1]で示されるフルオラール等価体1モルに対して0.1リットル以上を使用すればよく、0.5〜30リットルが好ましく、特に1〜15リットルがより好ましい。
温度条件としては、−50〜+150℃であり、通常は−30〜+125℃が好ましく、特に−10〜+100℃がより好ましい。採用する温度条件によっては耐圧反応容器を使用することもできる。
反応時間としては、0.1〜240時間であるが、反応基質、不斉触媒および反応条件により異なるため、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、NMR等の分析手段により反応の進行状況を追跡して原料が殆ど消失した時点を終点とすることが好ましい。
後処理としては、特に制限はないが、反応終了後、通常の後処理操作を行うことにより目的とする一般式[3]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の粗生成物を得ることができる。粗生成物は、必要に応じて、活性炭処理、蒸留、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の精製操作を行うことにより高い化学純度で得ることができる。また反応終了液を直接、蒸留することも効果的である。
不斉触媒として使用した光学活性アミノ酸またはその誘導体は、反応終了液をガラスフィルター等で濾過することにより簡便に収率良く回収することができる。不斉触媒として光学活性プロリンを使用するアセトンとの縮合において、アセトンを過剰に使用して反応溶媒を兼ね合わせた場合に特に効率良く回収することができる。回収された不斉触媒はそのままで、または乾燥、活性炭処理、蒸留、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の精製操作を行うことにより再利用できる。
一般式[2]で示されるカルボニル化合物のR1が水素原子以外の反応基質を使用した場合には、目的とする一般式[3]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物には2つの不斉炭素が存在し、相対的な立体化学としてはシン配置またはアンチ配置が採れる。これらの絶対配置の組み合わせとしてはR−R配置、R−S配置、S−R配置またはS−S配置が採れる(ハイフンの前に示した絶対配置はトリフルオロメチル基が置換したβ位の立体化学を表し、ハイフンの後に示した絶対配置はR1が置換したα位の立体化学を表す)。
α位とβ位の絶対配置の組み合わせは、反応基質、不斉触媒および反応条件により異なるため、目的とする一般式[3]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の立体化学に応じて適宜使い分ければ良い。R1が水素原子の反応基質を使用した場合には、目的とする一般式[3]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物には1つの不斉炭素しか存在せず、その立体化学としてはR配置またはS配置が採れる。
以下、実施例により本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。アセトンは、関東化学株式会社製の脱水アセトン(水分が最大で0.005%)を利用した。
実施例1から実施例15の結果を表1に纏めた。全ての実施例は同様の実験操作にて行った。代表例として実施例3と実施例8を下に示した。


[実施例3]
S(l)−プロリン 35mg(0.3mmol,0.3eq.)とアセトン 2ml(1.6g,27.2mmol,27.2eq.)を含むアセトニトリル溶液(アセトニトリル使用量 8ml)に、下記式
で示されるフルオラール等価体 144mg(1.0mmol,1eq.)を加え、室温で48時間攪拌した。反応終了液に飽和食塩水を加え、ジエチルエーテルで抽出し、回収有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮した。
残渣に、内部標準物質であるα,α,α−トリフルオロトルエン 146mg(1.0mmol,1.0eq.)を加え、19F−NMRを測定し、その積分曲線の相対強度から、下記式
で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の収率(NMR収率)を算出したところ、64%であった(同様の実験操作にて得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;n−ヘキサン/ジエチルエーテル)で精製することにより、上記式で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を高い化学純度で単離することができた。この時のNMR収率と単離収率は良い一致を示した。単離精製品の光学純度は、後述するp−クロロベンゾエート体のキラルカラム分析により決定したところ36%e.e.(R体)で、[α]D 26は+10.7(1.07,CHCl3)を示した)。
得られた光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の光学純度は、下記式
で示されるp−クロロベンゾエート体に誘導し、キラルカラム分析により決定したところ、42%e.e.(R体)であった。
(p−クロロベンゾエート体への誘導とキラルカラム分析)
得られた光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物全量(0.64mmol,1eq.)、トリエチルアミン 130mg(1.28mmol,2.0eq.)と4−ジメチルアミノピリジン 16mg(0.13mmol,0.2eq.)を含む塩化メチレン溶液(塩化メチレン使用量 2ml)に、p−クロロベンゾイルクロライド 224mg(1.28mmol,2.0eq.)を加え、室温で24時間攪拌した。反応終了液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルで抽出し、回収有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮し、真空乾燥した。
残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル;ベンゼン)で精製することにより、p−クロロベンゾエート体 74mg(0.25mmol)を得た。収率は39%であった。得られたp−クロロベンゾエート体 1mgを移動相 1mlに溶解し、高速液体クロマトグラフィー(キラルカラム;DAICEL CHIRALCEL OD−H、移動相;n−ヘキサン/i−プロパノール=95/5)により測定した。p−クロロベンゾエート体の機器データを下に示す。
Rf(シリカゲル;ベンゼン)/0.30,
IR(KBr,cm-1)/1743.9(C=O),1595.3(C=O),
1H−NMR(基準物質;TMS,溶媒;CDCl3,δ ppm)/2.23(s,3H),2.96−3.11(m,2H),6.05−6.09(m,1H),7.42−7.44(m,2H),7.96−7.98(m,2H),
13C−NMR(基準物質;TMS,溶媒;CDCl3,δ ppm)/30.17(s),41.62(s),66.15(q,33.63Hz),123.61(q,280.37Hz),126.95(s),128.92(s),131.36(s),140.36(s),163.46(s),201.56(s),
19F−NMR(基準物質;CF3CO2H,溶媒;CDCl3,δ ppm)/0.57(d,6.87Hz,3F),
MS m/z(relative intensity)/296(M++2,0.8),294(M+,1.8),156(21.9),141(32.9),139(100.0),123(17.0),113(14.4),111(41.8),
HRMS(EI)/Found;m/z,296.0250,Calcd.for C1210 37ClF33,M;296.0271,Found;m/z,294.0274,Calcd.for C1210 35ClF33,M;294.0271.
[実施例8]
S(l)−プロリン 115mg(1.0mmol,1.0eq.)を含むアセトン溶液(アセトン使用量 10ml,7.9g,136.2mmol,136.2eq.)に、下記式
で示されるフルオラール等価体 144mg(1.0mmol,1eq.)を加え、室温で24時間攪拌した。反応終了液をガラスフィルターで濾過し、反応終了液中に不溶のS(l)−プロリンを回収した。さらに、濾液にジエチルエーテルを加え、濾液中に溶解していたS(l)−プロリンを析出させ、再度濾過し、併せて真空乾燥することにより、S(l)−プロリン 112mgを回収した。回収率は97%であった。濾液を減圧下濃縮
し、残渣に、内部標準物質であるα,α,α−トリフルオロトルエン 146mg(1.0mmol,1.0eq.)を加え、19F−NMRを測定し、その積分曲線の相対強度から、下記式
で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の収率(NMR収率)を算出したところ、95%であった。
得られた光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物の光学純度は、下記式
で示されるp−クロロベンゾエート体に誘導し、キラルカラム分析により決定したところ、37%e.e.(R体)であった。
p−クロロベンゾエート体への誘導とキラルカラム分析は、実施例3と同様の実験操作にて行った。

Claims (3)

  1. 一般式[1]
    [式中、Rは水素原子、炭素数1から4の低級アルキル基または炭素数1から4の低級ハロアルキル基を表す]で示されるフルオラール等価体と、一般式[2]
    [式中、R1は水素原子、炭素数1から4の低級アルキル基を表し、R2は水素原子、炭素数1から4の低級アルキル基またはアリール基を表す。また、R1とR2が共有結合により環状ケトンを形成することもある]で示されるカルボニル化合物を、プロリン、シスまたはトランス−4−ヒドロキシプロリン、2−メトキシメチルピロリジンの存在下に反応させることにより、一般式[3]
    [式中、R1およびR2は一般式[2]に記載したものと同じで、*は不斉炭素を表す]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を製造する方法。
  2. 一般式[1]で示されるフルオラール等価体が、式[4]
    で示されるフルオラール等価体である、請求項1に記載した製造方法。
  3. 式[5]
    で示されるフルオラール等価体と、式[6]
    で示されるカルボニル化合物を、R(d)またはS(l)−プロリンの存在下に反応させることにより、式[7]
    [式中、*は不斉炭素を表す]で示される光学活性β−トリフルオロメチル−β−ヒドロキシカルボニル化合物を製造する方法。
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