JP4784402B2 - アリールアミン類製造用触媒およびそれを用いたアリールアミン類の製造方法 - Google Patents

アリールアミン類製造用触媒およびそれを用いたアリールアミン類の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、安価な塩基を用いる高選択的・高効率的なアリールアミン類の製造方法を提供するものである。
アリールアミン類は、医農薬および電子材料の原料として有用な化合物群であり、これらの化合物郡は古くから銅触媒を用いたウルマン法にて合成可能であることが知られている(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)。また、近年、パラジウム触媒に適当な配位子および強塩基であるtert−BuONaを組み合わせ、アミン化合物とアリールハライドから広範なアリールアミン類が容易に合成可能であることが報告されている(例えば、特許文献2および非特許文献2〜4参照)。さらに、塩基として炭酸カリウム等の弱塩基を用い、トリ−tert−ブチルホスフィンとパラジウムからなる触媒系を使用することによる環状共役アミンのN−アリール化反応が報告されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平8−48974号公報 特開平10−139742号公報 特開2001−11046公報 Chem.Lett.,pp.1145〜1148(1989) Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,34,No.12,1348(1995) J.Am.Chem.Soc.,118,7215(1996) J.Org.Chem.,61,1133(1996)
しかしながら、ウルマン法では、150℃以上の高温と長い反応時間を要し、反応性は低く、目的とするアリールアミン類の収率も満足のいくものではなかった。また、大量の銅触媒を必要とすることから、環境問題の点で問題があった。パラジウム触媒に適当な配位子および強塩基であるtert−BuONaを組み合わせる方法においては、ウルマン法と比較して反応性は十分に改善されたものの、強塩基が必須であるため、カルバゾールのようにN−HプロトンのpKa値が比較的低いアミン化合物のN−アリール化反応に対しては、適用が難しいという問題があった。
即ち、カルバゾールに代表されるN−アリール化反応は、tert−BuONaといった強力な塩基を用いると反応に不活性なナトリウムアミドを容易に形成するため、炭酸カリウムに代表される弱塩基を用いなければならないという制約がある。このような弱塩基を用いたN−アリール化反応は、用いる活性基を有するアリール化合物、並びにアミン化合物によって大きく反応性が左右され、確立した反応条件がないのが現状であった。特開2001−11046公報によると、カルバゾール類のN−アリール化反応が報告されているが、反応性を引き上げるために炭酸ルビジウムといった高価な塩基が必須となる場合があり、また、アリールハライドに対して3等量のカルバゾールを用いていることからも、反応性が不十分であり、非経済的であるという問題があった。
本発明は、より安価な無機塩基を用い、広範なアミン化合物のN−アリール化反応、特に、カルバゾールのようにpKa値が比較的低いアミン化合物のN−アリール化反応において、極めて有効かつ温和な条件での製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、3級ホスフィン基を有するパラジウム化合物および相間移動触媒からなる触媒系を用いることにより、安価な塩基存在下、高選択的・高効率的にアリールアミン類が合成できることを見出し、本発明に至った。
即ち本発明は、3級ホスフィン基を有するパラジウム化合物および相間移動触媒からなるアリールアミン類製造用触媒およびそれを用いたアリールアミン類の新規製造方法を提供するものである。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明において使用される活性基を有するアリール化合物は、具体的には下記一般式(I)で表される化合物である。
Figure 0004784402
(式中、Xはトリフラート、アイオダイド、ブロマイドまたはクロライドであり、nは1〜4の整数である。Arは置換基を有していてもよい炭素数6〜40のアリール基または炭素数3〜40のヘテロアリール基を示す。)
Ar基の具体例としては特に限定されるものではないが、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、インデニル基、フルオレニル基、フルオレノニル基、ピレニル基等のアリール基、ピリジニル基、ピラジニル基、キノリル基、イソキノリル基、フラニル基、ベンゾフラニル基、チオフェニル基、ベンゾチオフェニル基、ピロリル基、インドリル基、カルバゾイル基等のヘテロアリール基が例示される。
本発明において使用されるアミン化合物としては、1級アミン類、2級アミンが挙げられる。1級アミン類としては特に限定されるものではないが、例えば、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、オクチルアミン等の脂肪族1級アミン類、芳香環に置換基を有していてもよいアニリン、2−ナフチルアミン、2−アミノビフェニル、4−アミノビフェニル等の芳香族1級アミン類等が挙げられる。2級アミン類としては特に限定されるものではないが、ピペラジン、2−メチルピペラジン、N−メチルピペラジン、N−ベンジルピペラジン、ピペリジン、2−エチルピペリジン、ピロリジン等の脂環式2級アミン類、ジメチルアミン、ジエチルアミン等の脂肪族2級アミン類、芳香環に置換基を有していてもよいN−メチルアニリン、N−エチルアニリン、N−エチルベンジルアミン、ジフェニルアミン等の芳香族2級アミン類、カルバゾール類、インドール類、ピロール類、ピラゾール類、イミダゾール類、インダゾール類、ベンズイミダゾール類等の芳香族性環状のアミン化合物が挙げられる。カルバゾール類の具体例としては、カルバゾール、2−メチルカルバゾール、2−メトキシカルバゾール等が挙げられる。インドール類の具体例としては、インドール、2−メチルインドール、3−メチルインドール、4−メチルインドール、5−メチルインドール、2−フェニルインドール、5−メトキシインドール等が挙げられる。ピロール類の具体例としては、ピロール、2−メチルピロール、2−アセチルピロール、2−ジメチルアミノピロール等が挙げられる。ピラゾール類の具体例としては、ピラゾール、3−メチルピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3−フェニルピラゾール、3,5−ジフェニルピラゾール等が挙げられる。イミダゾール類の具体例としては、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、4−フェニルイミダゾール等が挙げられる。インダゾール類の具体例としては、インダゾール、5−メチルインダゾール、5−ジメチルアミノインダゾール等が挙げられる。ベンズイミダゾール類の具体例としては、ベンズイミダゾール、2−メチルベンズイミダゾール、5,6−ジメチルベンズイミダゾール、5−メトキシベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール等が挙げられる。
本発明において、アミン化合物の添加量は特に限定されるものではないが、活性基を持つアリール化合物1モルに対して、通常0.5〜8モルの範囲であり、経済性および反応後の精製のし易さから、好ましくは0.8〜4モルの範囲である。
本発明においては、3級ホスフィン基を有するパラジウム化合物と相間移動触媒からなる触媒系を用いる。パラジウム化合物としては特に限定されるものではないが、例えば、ヘキサクロロパラジウム(IV)酸ナトリウム四水和物、ヘキサクロロパラジウム(IV)酸カリウム等の4価パラジウム化合物類、塩化パラジウム(II)、臭化パラジウム(II)、酢酸パラジウム(II)、パラジウム(II)アセチルアセトナート、ジクロロビス(ベンゾニトリル)パラジウム(II)、ジクロロビス(アセトニトリル)パラジウム(II)、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)、ジクロロテトラアンミンパラジウム(II)、ジクロロ(シクロオクタ−1,5−ジエン)パラジウム(II)、パラジウム(II)トリフルオロアセテート等の2価パラジウム化合物類、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0)、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0)クロロホルム錯体、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)等の0価パラジウム化合物類等が挙げられる。
本発明において、パラジウム化合物の使用量は特に限定されるものではないが、活性基を有するアリール化合物1モルに対し、パラジウム換算で通常0.00001〜20モル%の範囲である。パラジウム化合物が上記範囲内であれば、高い選択率でアリールアミン類を合成できるが、活性をさらに向上させること、また高価なパラジウム化合物を適正に使用することからも、より好ましいパラジウム化合物の使用量は、活性基を有するアリール化合物1モルに対し、パラジウム換算で0.001〜5モル%の範囲である。
本発明において、パラジウム化合物と組み合わせて使用される3級ホスフィン類としては特に限定されるものではないが、例えば、トリエチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィン、トリ−iso−ブチルホスフィン、トリ−sec−ブチルホスフィン、トリ−tert−ブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ−ペンタフルオロフェニルホスフィン、トリ−o−トリルホスフィン、トリ−m−トリルホスフィン、トリ−p−トリルホスフィン、トリ(2,6−ジメチルフェノキシ)ホスフィン、トリ(2−tert−ブチルフェノキシ)ホスフィン、トリフェノキシホスフィン、トリ(4−メチルフェノキシ)ホスフィン、トリ(2−メチルフェノキシ)ホスフィン、2−(ジシクロヘキシルフォスフィノ)ビフェニル、(2−シクロヘキシルフェニル)ジ−tert−ブチルホスフィン等の単座ホスフィン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)ベンゼン、2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,1−(ジフェニルホスフィノ)フェロセン等の二座ホスフィンが挙げられる。これらのうち、アリールアミン類の選択性を向上させるためには、トリ−tert−ブチルホスフィンがより好ましい。
本発明において、3級ホスフィン類の使用量は、パラジウム化合物に対して通常0.01〜10000倍モルの範囲である。3級ホスフィン類の使用量が上記の範囲内であれば、アリールアミン類の選択率に変化はないが、活性をさらに向上させること、また高価な3級ホスフィン類を適正に使用することからも、より好ましい3級ホスフィン類の使用量は、パラジウム化合物に対して0.1〜10倍モルの範囲である。
本発明においては、パラジウム化合物と3級ホスフィン類が必須であり、両者を組み合わせて触媒として反応系に加える。添加方法は、反応系にそれぞれ単独で加えても、予め錯体の形に調製したものを添加してもよい。
本発明においては、相間移動触媒が使用される。相間移動触媒としては特に限定されるものではないが、具体的には、24−クラウン−8、18−クラウン−6、15−クラウン−5、12−クラウン−4、ベンゾ−18−クラウン−6、ベンゾ−15−クラウン−5、ベンゾ−12−クラウン−4、ジベンゾ−30−クラウン−10、ジベンゾ−24−クラウン−8、ジベンゾ−21−クラウン−7、ジベンゾ−18−クラウン−6、ジシクロヘキサノ−24−クラウン−8、ジシクロヘキサノ−18−クラウン−6、N,N’−ジベンジル−4,13−ジアザ−18−クラウン−6等のクラウンエーテル類、テトラ(n−ブチル)アンモニウムクロライド、テトラ(n−ブチル)アンモニウムブロマイド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、トリエチル−n−ドデシルアンモニウムクロライド、トリエチル−n−ドデシルアンモニウムブロマイド、トリメチル−n−ヘキサデシルアンモニウムクロライド、トリメチル−n−ヘキサデシルアンモニウムブロマイド等の4級アンモニウム塩が挙げられる。これらのうち、反応性の観点から好ましくはクラウンエーテル類であり、反応性・経済性の観点からさらに好ましくは18−クラウン−6である。
本発明において、相間移動触媒の使用量は、パラジウム化合物に対して通常0.5〜20倍モルの範囲であり、より好ましくは1〜10倍モルの範囲である。
本触媒は、活性基を有するアリール化合物と、上記芳香族性環状のアミン化合物との反応に特に有効である。
本発明においては、塩基として無機塩基が好ましく使用される。無機塩基としては特に限定されるものではないが、具体的には、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、リン酸カリウム等のアルカリ金属塩;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土金属塩を挙げることができる。これらのうち、経済性の観点から特に好ましくは炭酸カリウムである。
本発明において、塩基の使用量は、活性基を有するアリール化合物1モルに対し通常0.8〜8モルの範囲であり、より好ましくは1〜4モルの範囲である。
本発明におけるアミノ化反応は、通常は不活性溶媒下に実施される。そのような不活性溶媒としては、本反応を著しく阻害しない溶媒であれば特に限定されるものではないが、具体的には、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溶媒を好ましく用いることができる。
本発明は、常圧下、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下に実施することが好ましいが、加圧条件下に実施することもできる。
本発明において、反応温度は、20〜300℃の範囲が用いられるが、より好ましくは50〜200℃の範囲であり、さらに好ましくは60〜160℃の範囲である。
本発明によれば、相間移動触媒としてクラウンエーテル類を使用することで、安価な塩基存在下、高選択的・高効率的にアリールアミン類が合成可能である。さらには、強塩基を用いた際の副反応の恐れもないため、工業的にも優位な製造法を提供することができる。
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。基質の組み合わせによる反応の結果を表1および2に示す。
また、ガスクロマトグラフィー定量分析は、島津製作所製 GC−17A、キャピラリーカラム(GL Scieneces社製 NB−5)、検出器(FID)を用い、100℃から300℃まで8℃/分の昇温条件で行った。
実施例1
10mlのシュレンク管に攪拌子を入れ、窒素置換した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0) 45mg(0.049mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン 66mg(0.32mmol)、o−キシレン 1mlを加え、この溶液を窒素下にて20分間60℃で攪拌し、これを触媒溶液とした。100mlの3つ口丸底フラスコを窒素置換し、ブロモベンゼン0.79g(5.0mmol)、カルバゾール1.66g(9.9mmol)、炭酸カリウム1.37g(9.9mmol)、18−クラウン−6 39mg(0.15mmol)、o−キシレン 30mlを加えた。室温で、この溶液に先の触媒溶液をシリンジで加え、反応溶液を120℃に加熱した。2時間後、加熱を終了し、室温まで放冷した。この反応溶液をトルエン100gにて抽出し、得られた有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。この有機層を、トリフェニルアミンを内標準物質としてガスクロマトグラフィー定量分析したところ、N−フェニルカルバゾール 1.21g(収率99%)であった。
実施例2
10mlのシュレンク管に攪拌子を入れ、窒素置換した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0) 45mg(0.049mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン 66mg(0.32mmol)、o−キシレン 1mlを加え、この溶液を窒素下にて20分間60℃で攪拌し、これを触媒溶液とした。100mlの3つ口丸底フラスコを窒素置換し、p−ブロモニトロベンゼン 1.00g(5.0mmol)、カルバゾール1.66g(9.9mmol)、炭酸カリウム1.37g(9.9mmol)、18−クラウン−6 39mg(0.15mmol)、o−キシレン 30mlを加えた。室温で、この溶液に先の触媒溶液をシリンジで加え、反応溶液を120℃に加熱した。7時間後、加熱を終了し、室温まで放冷した。この反応溶液をトルエン100gにて抽出し、得られた有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。この有機層を、トリフェニルアミンを内標準物質としてガスクロマトグラフィー定量分析したところ、N−(4−ニトロフェニル)カルバゾール 1.14g(収率80%)であった。
実施例3
10mlのシュレンク管に攪拌子を入れ、窒素置換した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0) 45mg(0.049mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン 66mg(0.32mmol)、o−キシレン 1mlを加え、この溶液を窒素下にて20分間60℃で攪拌し、これを触媒溶液とした。100mlの3つ口丸底フラスコを窒素置換し、p−ブロモアニソール 0.94g(5.0mmol)、カルバゾール1.66g(9.9mmol)、炭酸カリウム1.37g(9.9mmol)、18−クラウン−6 39mg(0.15mmol)、o−キシレン 30mlを加えた。室温で、この溶液に先の触媒溶液をシリンジで加え、反応溶液を120℃に加熱した。5時間後、加熱を終了し、室温まで放冷した。この反応溶液をトルエン100gにて抽出し、得られた有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。この有機層を、トリフェニルアミンを内標準物質としてガスクロマトグラフィー定量分析したところ、N−(4−メトキシフェニル)カルバゾール 0.87g(収率71%)であった。
実施例4
10mlのシュレンク管に攪拌子を入れ、窒素置換した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0) 45mg(0.049mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン 66mg(0.32mmol)、ベンゼン1mlを加え、この溶液を窒素下にて20分間60℃で攪拌し、これを触媒溶液とした。100mlの3つ口丸底フラスコを窒素置換し、4−ブロモ安息香酸メチル 1.08g(5.0mmol)、カルバゾール1.66g(9.9mmol)、炭酸カリウム1.37g(9.9mmol)、18−クラウン−6 39mg(0.15mmol)、ベンゼン30mlを加えた。室温で、この溶液に先の触媒溶液をシリンジで加え、反応溶液を90℃に加熱した。7時間後、加熱を終了し、室温まで放冷した。この反応溶液をトルエン100gにて抽出し、得られた有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。この有機層を、トリフェニルアミンを内標準物質としてガスクロマトグラフィー定量分析したところ、N−(4−安息香酸メチル)カルバゾール 1.50g(収率99%)であった。
比較例1
18−クラウン−6を添加しない以外、実施例1と同様の操作を行ったところ、N−フェニルカルバゾール 0.34g(収率28%)が得られた。
比較例2
18−クラウン−6を添加せずに、反応時間を31時間とした以外は、実施例1と同様の操作を行ったところ、N−フェニルカルバゾール 0.90g(収率74%)が得られた。
比較例3
18−クラウン−6を添加しない以外、実施例2と同様の操作を行ったところ、N−(4−ニトロフェニル)カルバゾール 0.20g(収率14%)が得られた。
比較例4
18−クラウン−6を添加せずに、反応時間を28時間とした以外は、実施例2と同様の操作を行ったところ、N−(4−ニトロフェニル)カルバゾール 0.65g(収率45%)が得られた。
比較例5
18−クラウン−6を添加しない以外、実施例3と同様の操作を行ったところ、N−(4−メトキシフェニル)カルバゾール 0.23g(収率19%)が得られた。
比較例6
18−クラウン−6を添加せずに、反応時間を31時間とした以外は、実施例3と同様の操作を行ったところ、N−(4−メトキシフェニル)カルバゾール 0.43g(収率31%)が得られた。
比較例7
18−クラウン−6を添加しない以外、実施例4と同様の操作を行ったところ、N−(4−安息香酸メチル)カルバゾール 0.47g(収率31%)が得られた。
比較例8
18−クラウン−6を添加せずに、反応時間を22時間とした以外は、実施例4と同様の操作を行ったところ、N−(4−安息香酸メチル)カルバゾール 0.83g(収率55%)が得られた。
Figure 0004784402
実施例5
10mlのシュレンク管に攪拌子を入れ、窒素置換した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0) 45mg(0.049mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン 66mg(0.32mmol)、o−キシレン 1mlを加え、この溶液を窒素下にて20分間60℃で攪拌し、これを触媒溶液とした。100mlの3つ口丸底フラスコを窒素置換し、ブロモベンゼン0.79g(5.0mmol)、ジフェニルアミン1.69g(10.0mmol)、リン酸カリウム2.12g(10.0mmol)、18−クラウン−6 39mg(0.15mmol)、o−キシレン 30mlを加えた。室温で、この溶液に先の触媒溶液をシリンジで加え、反応溶液を120℃に加熱した。10時間後、加熱を終了し、室温まで放冷した。この反応溶液をトルエン100gにて抽出し、得られた有機層を無水硫酸マグネシウムにて乾燥した。この有機層を、2−ブロモナフタレンを内標準物質としてガスクロマトグラフィー定量分析したところ、トリフェニルアミン0.86g(収率70%)であった。
比較例9
18−クラウン−6を添加しない以外、実施例5と同様の操作を行ったところ、トリフェニルアミン0.25g(収率20%)が得られた。
比較例10
18−クラウン−6を添加せずに、反応時間を23時間とした以外は、実施例5と同様の操作を行ったところ、トリフェニルアミン0.66g(収率54%)が得られた。
Figure 0004784402

Claims (7)

  1. 3級ホスフィン基を有するパラジウム化合物とクラウンエーテル化合物とからなることを特徴とするアリールアミン類製造用触媒。
  2. 3級ホスフィンが、トリ−tert−ブチルホスフィンであることを特徴とする請求項1に記載のアリールアミン類製造用触媒。
  3. 塩基の存在下、請求項1又は2に記載のアリールアミン類製造用触媒を用いて、活性基を有するアリール化合物とアミン化合物とを反応させることを特徴とするアリールアミン類の製造方法。
  4. 活性基が、トリフラートまたはハロゲン原子であることを特徴とする請求項に記載のアリールアミン類の製造方法。
  5. 塩基が、無機塩基であることを特徴とする請求項またはに記載のアリールアミン類の製造方法。
  6. 無機塩基が、アルカリ金属塩またはアルカリ土金属塩であることを特徴とする請求項に記載のアリールアミン類の製造方法。
  7. アミン化合物が、カルバゾール類、ピロール類、インドール類、イミダゾール類からなる群より選ばれる化合物であることを特徴とする請求項乃至に記載のアリールアミン類の製造方法。
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