JP4608904B2 - 複素芳香族アルデヒドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複素芳香族アルデヒドを製造する方法に関する。複素芳香族アルデヒドは、医薬、農薬、電子材料や、それらの原料乃至中間体等として有用である。

複素芳香族アルデヒドを製造する方法の１つとして、複素芳香族化合物とホルムアミド類とクロロ化剤を有機溶媒中で反応させ、次いで加水分解処理する方法が知られている。例えば、特開平６−１９２２４９号公報（特許文献１）には、チオフェン類とホルムアミド類とホスゲンを反応させる際、反応溶媒として、脂肪族炭化水素、有機塩素系溶媒、アセトニトリル、又はジアルキルエーテルが用いられることが記載されている。また、特開２００２−２５５９５１号公報（特許文献２）には、フラン類とＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドとホスゲンを反応させる際、反応溶媒として、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、塩素化芳香族炭化水素類、塩素化脂肪族炭化水素類、又はエーテル類が用いられることが記載されている。さらに、特開２００３−１８３２６８号公報（特許文献３）には、フラン類又はチオフェン類とＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドとホスゲンを反応させる際、反応溶媒としてハロゲン化芳香族炭化水素が用いられることが記載されている。
特開平６−１９２２４９号公報 特開２００２−２５５９５１号公報 特開２００３−１８３２６８号公報

上記反応の際、ハロゲン系溶媒を用いると、概して複素芳香族アルデヒドの収率は良好であり、また、反応混合物を水と混合して加水分解処理した後、油水分離させることができ、分離精製の操作性も良好であるが、近年、特に環境面でのニーズから、ハロゲン系溶媒はなるべく使用しないのが望ましい。しかしながら、ハロゲン系溶媒以外の上記溶媒を用いると、複素芳香族アルデヒドの収率や後処理等の操作性が、必ずしも良好でないことがある。そこで、本発明の目的は、ハロゲン系溶媒を使用しなくとも、複素芳香族化合物、特にフラン類、チオフェン類又はピロール類から良好な収率で操作性良く、複素芳香族アルデヒドを製造しうる方法を提供することにある。

本発明者等は鋭意研究を行った結果、反応溶媒として水と分液可能なニトリルを用いて、フラン類、チオフェン類又はピロール類とホルムアミド類とクロロ化剤を反応させることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、フラン類、チオフェン類及びピロール類から選ばれる複素芳香族化合物、ホルムアミド類並びにクロロ化剤を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中で反応させることにより、複素芳香族アルデヒドを製造する方法を提供するものである。

本発明によれば、フラン類、チオフェン類又はピロール類から、良好な収率で操作性良く、複素芳香族アルデヒドを製造することができる。

本発明で原料に用いる複素芳香族化合物は、フラン類、チオフェン類及びピロール類から選ばれるものである。ここで、フラン類は、無置換のフランであってもよいし、該フランの炭素の一部に置換基を有する置換フランであってもよい。また、チオフェン類は、無置換のチオフェンであってもよいし、該チオフェンの炭素の一部に置換基を有する置換チオフェンであってもよい。また、ピロール類は、無置換のピロールであってもよいし、該ピロールの炭素の一部及び／又は窒素に置換基を有する置換ピロールあってもよい。

上記複素芳香族化合物の典型的な例は、次の式（１）で示すことができる。

〔式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子、炭化水素基又は下記式（２）若しくは（３）
−ＯＲ⁴ （２）
−ＮＲ⁵Ｒ⁶ （３）
（式中、Ｒ⁴〜Ｒ⁶はそれぞれ炭化水素基を表す。）
で示される基を表し、或いは、Ｒ¹とＲ²又はＲ²とＲ³が一緒になって、それらが結合する炭素原子とともに環を形成している。Ｘは酸素原子、硫黄原子又は下記式（４）
−ＮＲ⁷− （４）
（式中、Ｒ⁷は水素原子、炭化水素基又は下記式（５）
−ＳｉＲ⁸Ｒ⁹Ｒ¹⁰ （５）
で示される基を表し、ここでＲ⁸〜Ｒ¹⁰はそれぞれ炭化水素基を表す。）
で示される基を表す。〕

式（１）中、Ｒ¹〜Ｒ¹⁰で表される炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができる。

ここで、脂肪族炭化水素基とは、脂肪族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常１〜２０程度である。その具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−オクタデシル基のようなアルキル基；ビニル基、アリル基のようなアルケニル基；エチニル基、プロパルギル基のようなアルキニル基等を挙げることができる。

また、脂環式炭化水素基とは、脂環式炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常３〜２０程度である。この脂環式炭化水素基は、脂環式炭化水素の脂肪族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を有する脂環式炭化水素の脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基のようなシクロアルキル基；シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基のようなシクロアルキルアルキル基等を挙げることができる。

また、芳香族炭化水素基とは、芳香族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常６〜２０程度である。この芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素の芳香族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を含む芳香族炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族環を含む芳香族炭化水素の該脂肪族環から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、フェニル基、ナフチル基、インデニル基のようなアリール基；ベンジル基、４−フェニルブチル基のようなアリールアルキル基（アラルキル基）等を挙げることができる。

なお、上記Ｒ¹〜Ｒ¹⁰で表される炭化水素基は、置換基を有していてもよく、かかる置換基の例としては、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲノ基、オキソ基、シリル基、ジアゾ基、シアノ基等を挙げることができる。

また、式（１）中、Ｒ¹とＲ²又はＲ²とＲ³が一緒になって、それらが結合する炭素原子とともに環を形成している場合、環の員数は通常５〜１２であり、環の種類としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環のような芳香族炭化水素環；シクロヘキサン環、シクロヘキセン環のような脂肪族炭化水素環等が挙げられる。

複素芳香族化合物の具体例としては、フラン、２−メチルフラン、３−メチルフラン、ベンゾフラン、イソベンゾフランのようなフラン類；チオフェン、２−メチルチオフェン、３−メチルチオフェン、ベンゾチオフェンのようなチオフェン類；ピロール、２−メチルピロール、３−メチルピロール、２，４−ジメチルピロール、３−エチル−４−メチルピロール、３，４−ジエチルピロール、Ｎ−メチルピロール、Ｎ−メチル−３−エチル−４−メチルピロール、Ｎ−（トリメチルシリル）ピロール、インドールのようなピロール類等を挙げることができる。複素芳香族化合物は必要に応じてそれらの２種以上を用いてもよい。

上記複素芳香族化合物を、ホルムアミド類及びクロロ化剤から形成される所謂Vilsmeier錯体と反応させることにより、複素芳香族環にホルミル基が導入されてなる対応する複素芳香族アルデヒドの前駆体が生成する。この前駆体は加水分解により複素芳香族アルデヒドに変換される。

例えば、複素芳香族化合物として、前記式（１）で示される化合物を用いることにより、次の式（６）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³及びＸはそれぞれ前記と同じ意味を表す。）
で示される化合物を製造することができる。

ホルムアミド類としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドのようなＮ，Ｎ−ジアルキルホルムアミドや、Ｎ−メチルホルムアニリド（Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルホルムアミド）のようなＮ−アルキル−Ｎ−アリールホルムアミド等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。ホルムアミド類の使用量は、通常、原料の複素芳香族化合物の０．５〜４モル倍、好ましくは１〜２モル倍である。

クロロ化剤としては、例えば、ホスゲン、オキシ塩化リン、塩化チオニル、塩化スルフリル等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。クロロ化剤の使用量は、通常、原料の複素芳香族化合物の０．８〜４モル倍、好ましくは１〜２モル倍である。

本発明では、上記反応の際、反応溶媒として水と分液可能なニトリル溶媒を用いる。かかる溶媒を用いることにより、反応を円滑に進行させることができ、続く加水分解処理により、複素芳香族アルデヒドを良好な収率で製造することができる。また、加水分解処理後は、油水分離操作を有利に採用することができ、複素芳香族アルデヒドの分離精製を操作性良く行うことができる。

かかる溶媒としては、反応に実質的に不活性であって、常温で液体のもの、例えば、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、トリメチルアセトニトリル、イソバレロニトリル、ヘキサンニトリル、ヘプタンニトリル、オクタンニトリル、ノナンニトリル、ドデカンニトリル、ペンタデカンニトリル、アジポニトリルのような脂肪族ニトリル；シクロプロピルアセトニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、シクロヘプタンカルボニトリルのような脂環式ニトリル；ベンゾニトリル、ｏ−トルニトリル、ｍ−トルニトリル、２−エチルベンゾニトリル、４−エチルベンゾニトリル、フェニルアセトニトリル、ｏ−トリルアセトニトリル、ｍ−トリルアセトニトリル、ｐ−トリルアセトニトリル、２−フェニルブチロニトリル、４−フェニルブチロニトリルのような芳香族ニトリル等が挙げられ、その炭素数は通常４〜１５程度である。中でも、ブチロニトリルやイソブチロニトリルの如き脂肪族ニトリルが好ましい。これらニトリル溶媒は、単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。なお、必要により、水と分液可能なニトリル以外の溶媒を併用することもできるが、かかる溶媒の使用量は、水と分液可能なニトリル１００重量部に対し、通常２０重量部までである。

反応溶媒の使用量は、複素芳香族アルデヒドの収率の点から、通常、原料の複素芳香族化合物の０．５重量倍以上、好ましくは１重量倍以上であり、また、容積効率の点から、通常、原料の複素芳香族化合物の１００重量倍以下、好ましくは２０重量倍以下である。

反応は、原料の複素芳香族化合物、ホルムアミド類、クロロ化剤及び前記反応溶媒を混合して行い、その混合方法は適宜選択される。また、反応温度は、通常−１０〜１５０℃程度である。反応の経過は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル等で追跡することができる。

反応後は、反応混合物を水と混合して加水分解処理することにより、反応混合物中に含まれる反応生成物（前駆体）を複素芳香族アルデヒドに変換することができる。この水の使用量は適宜調整されるが、容積効率の点から、通常、前記反応溶媒の１０重量倍以下である。また、この水として、アルカリ水溶液を用いることにより、反応時乃至加水分解時に発生した酸を中和して除去することができる。

得られる複素芳香族アルデヒドの例としては、フラン−２−カルバルデヒド（フルフラール）、５−メチルフラン−２−カルバルデヒド、３−メチルフラン−２−カルバルデヒド、４−メチルフラン−２−カルバルデヒド、ベンゾフラン−２−カルバルデヒド、イソベンゾフラン−２−カルバルデヒド、のようなフラン−２−カルバルデヒド類；チオフェン−２−カルバルデヒド、５−メチルチオフェン−２−カルバルデヒド、３−メチルチオフェン−２−カルバルデヒド、４−メチルチオフェン−２−カルバルデヒド、ベンゾチオフェン−２−カルバルデヒドのようなチオフェン−２−カルバルデヒド類；ピロール−２−カルバルデヒド、５−メチルピロール−２−カルバルデヒド、３−メチルピロール−２−カルバルデヒド、３，５−ジメチルピロール−２−カルバルデヒド、３−エチル−４−メチルピロール−２−カルバルデヒド、３−メチル−４−エチルピロール−２−カルバルデヒド、３，４−ジエチルピロール−２−カルバルデヒド、Ｎ−メチルピロール−２−カルバルデヒド、Ｎ−メチル−３−エチル−４−メチルピロール−２−カルバルデヒド、Ｎ−メチル−３−メチル−４−エチルピロール−２−カルバルデヒド、Ｎ−（トリメチルシリル）ピロール−２−カルバルデヒド、インドール−２−カルバルデヒドのようなピーロール−２−カルバルデヒド類等を挙げることができる。

加水分解処理後は、油水分離により、有機層として複素芳香族アルデヒドが前記反応溶媒に溶解した溶液を得ることができる。この溶液は、さらに晶析、蒸留等の精製操作に付してもよい。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

実施例１
２００ｍｌフラスコに、２−メチルフラン３．３ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ−メチルホルムアニリド５．３７ｇを入れて攪拌し、この中に、オキシ塩化リン１２．３ｇを１０℃にて１時間かけて滴下した後、４０℃にて３時間保持した。得られた反応液に２５重量％水酸化ナトリウム水溶液５９．１ｇを０．５時間かけて添加し、１０分間撹拌した後、有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチルフラン−２−カルバルデヒドの含量は３．６ｇ（収率８２％）であった。

実施例２
２００ｍｌフラスコに、２−メチルフラン４．４ｇ、ブチロニトリル１４ｇ、及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５．９ｇを入れて攪拌し、この中に、ホスゲン１２．３ｇを４０℃にて１時間かけて吹き込んだ後、４０℃にて３時間保持した。得られた反応液に水４０ｇを０．５時間かけて添加した後、２５重量％水酸化ナトリウム水溶液５６．８ｇを添加してｐＨ９とし、次いで有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチルフラン−２−カルバルデヒドの含量は５．０ｇ（収率８５％）であった。

実施例３
２００ｍｌフラスコに、２−メチルフラン３．３ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド５．４ｇを入れて攪拌し、この中に、塩化チオニル１２．３ｇを１０℃にて１時間かけて滴下した後、４０℃にて３時間保持した。得られた反応液に２５重量％水酸化ナトリウム水溶液１５ｇを０．５時間かけて添加し、１０分間撹拌した後、有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチルフラン−２−カルバルデヒドの含量は２．５ｇ（収率５６％）であった。

実施例４
２００ｍｌフラスコに、２−メチルチオフェン９．４ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ−メチルホルムアニリド１６．２ｇを入れて攪拌し、この中に、ホスゲン１１．９ｇを１０℃にて１時間かけて吹き込んだ後、４０℃にて３時間保持した。得られた反応液に水４０ｇを３０分かけて滴下した後、２５重量％水酸化ナトリウム水溶液３７．７ｇを添加してｐＨ９とし、次いで有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチルチオフェン−２−カルバルデヒドの含量は１０．８ｇ（収率８９％）であった。

実施例５
２００ｍｌフラスコに、２−メチルチオフェン９．４ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ−メチルホルムアニリド１６．２ｇを入れて攪拌し、この中に、塩化チオニル１４．２ｇを１０℃にて１時間かけて滴下した後、４０℃にて５時間保持した。得られた反応液に２５重量％水酸化ナトリウム水溶液６１ｇを添加してｐＨ９とした後、有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチルチオフェン−２−カルバルデヒドの含量は６．３ｇ（収率５２％）であった。

実施例６
２００ｍｌフラスコに、２−メチルチオフェン９．４ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ−メチルホルムアニリド１６．２ｇを入れて攪拌し、この中に、オキシ塩化リン１８．５ｇを１０℃にて１時間かけて滴下した後、４０℃にて５時間保持した。得られた反応液に２５重量％水酸化ナトリウム水溶液１１２ｇを添加してｐＨ９とした後、有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチルチオフェン−２−カルバルデヒドの含量は１１．８ｇ（収率９７％）であった。

Claims (1)

1. ２−メチルフラン及び２−メチルチオフェンから選ばれる複素芳香族化合物、ホルムアミド類並びにクロロ化剤を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中で反応させる５−メチルフラン−２−カルバルデヒド及び５−メチルチオフェン−２−カルバルデヒドから選ばれる複素芳香族アルデヒドの製造方法であって、
   前記ホルムアミド類がＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド又はＮ−メチルホルムアニリドであり、
   前記クロロ化剤がホスゲン、オキシ塩化リン、塩化チオニル又は塩化スルフリルであり、
   前記溶媒がブチロニトリル又はイソブチロニトリルである５−メチルフラン−２−カルバルデヒド及び５−メチルチオフェン−２−カルバルデヒドから選ばれる複素芳香族アルデヒドの製造方法。