JP4795738B2

JP4795738B2 - ビスホルミル化アリールアミン類の製造方法

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Publication number: JP4795738B2
Application number: JP2005206522A
Authority: JP
Inventors: ピーベンダーティモシー; フーナン−シン; ブルースグッドブランドエイチ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-07-15
Also published as: US20060025631A1; JP2006045224A; US7122700B2

Description

アリールアミン化合物生成のためのプロセスを開示する。より特定的には、本明細書では、ホール輸送成分として光導電性イメージング部材中に組み入れることができるアリールアミンを合成するためのアリールアミン類をビスホルミル化するための方法を説明する。

有機光導電体中のホール輸送分子としてアリールアミン類を選択することができる。アリールアミンホール輸送分子の例としては、化合物Ｉに関して図示されている、シロキサン含有ホール輸送分子が挙げられる。

化合物Ｉ
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６およびＲ_７は、それぞれ、例えば、１〜約２０の炭素原子のアルキルまたは炭化水素ラジカルを示し、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ステアリル、およびそれらのより高級な類似体を示す。）

Ｒ_１〜Ｒ_６が炭化水素ラジカルであり、より特定的には、Ｒ_２およびＲ_６がメチル、エチルまたはイソプロピルである化合物１を調製するためのプロセスは、非常に時間がかかり、「環境に優しい」と考えることができない試薬が関連する。例えば、化合物Ｉを調製するためのプロセスは、６つもの別個の合成操作を必要とするかもしれず、そのような操作を完了するには最大３０日必要であり、そのような操作には、中間体化合物ＩＩ（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−４−アミノビフェニル）をビスホルミル化し、そのビスホルミル化形態とするためのＶｉｌｓｍｅｉｅｒ反応が含まれる。

化合物ＩＩ

Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ反応を使用し、アルデヒドまたはホルミル基を芳香族環上に導入し、ホルミル化−アリール部分を得ることができる。例示的なＶｉｌｓｍｅｉｅｒ反応では、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）、ホスゲン（ＣＯＣｌ_２）またはチオニルクロリド（ＳＯＣ１_２）（オキシ塩化リンが好ましい）と反応させることにより形成してもよいＶｉｌｓｍｅｉｅｒ試薬の形成が必要である。Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ試薬の調製は通常、ｉｎ−ｓｉｔｕで実施される。Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ試薬はその後、フェノールまたは芳香族アミンなどの、活性化分子の芳香族環と反応する。そのような官能基の、一般的なトリアリールアミン中への導入は、下記反応シーケンスのように示される。

化合物ＩＩは、本明細書で以後、説明するようにＶｉｌｓｍｅｉｅｒ反応によりビスホルミル化してもよい。Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ反応により比較的容易に化合物ＩＩのモノホルミル化を達成することができるが、ビスホルミル化はより困難であり、反応を約９０℃〜約１１０℃の高温で実施する必要があるかもしれず、この温度はＶｉｌｓｍｅｉｅｒ試薬が分解する温度より高い（Ｔ_ｄ〜８１℃）。Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ反応による化合物ＩＩのビスホルミル化に対する別の欠点は、そのようなプロセスで使用するオキシ塩化リンなどの試薬が有害で有毒であると考えられることである。

Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ反応を使用した化合物ＩＩのビスホルミル化

さらに、Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ反応による化合物ＩＩのビスホルミル化により、おそらく反応物の分解による有機溶解性でも水溶性でもない扱いにくい黒色タールが得られることがある。このため、プロセスにおいて使用する装置および機器の動作および洗浄が困難となる。また、Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ試薬による化合物ＩＩのビスホルミル化では、変換収率が９０％未満、例えば約７５％〜８５％となることがある。

アルデヒド基を芳香族環上に導入するために使用するＶｉｌｓｍｅｉｅｒ反応以外の反応スキームとしては、Ｒｅｉｍｅｒ−Ｔｉｅｍａｎｎ反応およびＤｕｆｆ反応が挙げられる。Ｒｅｉｍｅｒ−Ｔｉｅｍａｎｎ反応では、下記のように、例えば、クロロホルムおよび水酸化物イオン（⁻ＯＨ）または塩基を反応混合物中に含有させることにより、ｉｎ−ｓｉｔｕでのジハロカルベンの生成が必要である。

例示的なＲｅｉｍｅｒ−Ｔｉｅｍａｎｎ反応

Ｄｕｆｆ反応では、酸性（Ｈ^＋）条件で、ヘキサメチレンテトラアミン（ＨＭＴＡ）（Ｃ_６Ｈ_１２Ｎ_４）などのアルキレンアミンが使用される。

例示的なＤｕｆｆ反応

ダフ（Ｄｕｆｆ）ら、ジャーナル・オブ・ザ・ケミカル・ソサエティ（ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ）、１９４１年、ｐ．５４７

Ｒｅｉｍｅｒ−Ｔｉｅｍａｎｎ反応およびＤｕｆｆ反応では、ホルミル化生成物が得られるが、収率が約５〜約５０％と低い。

そのため、例えば、高い収率でビスホルミル化アリールアミン類が得られるプロセスが必要であり、そのようなプロセスは、化合物ＩＩなどのアリールアミン類をビスホルミル化アリールアミン類に変換させるように設計されている。これらのプロセスは、多くのシロキサン含有ホール輸送分子の合成において有益であるかもしれない。

本明細書で開示される観点としては、
アリールアミン化合物と、約２〜約２００モル当量のアルキレンアミンとを含む酸性溶液を反応、還流させる工程を含み、アルキレンアミンがヘキサメチレンテトラアミンであってもよい方法、
２および約２００モル当量のパラホルムアルデヒドおよび／または１，３，５−トリオキサンを含む酸性溶液中で、アリールアミン化合物をヘキサメチレンテトラアミンなどのアルキレンアミンと反応させる工程を含む方法、
（ａ）亜硫酸水素塩（bisulfite salt）溶液を提供または生成する工程と、（ｂ）有機溶媒中にビスホルミル−アリールアミンとモノホルミル−アリールアミンとを含む複合混合物を前記亜硫酸水素塩溶液に添加する工程と、（ｃ）有機溶媒を前記亜硫酸水素塩溶液に添加することにより、前記ビスホルミル−アリールアミンを沈澱させる工程と、を含む方法、
（ａ）亜硫酸水素塩（bisulfite salt）溶液を提供または生成する工程と、（ｂ）有機溶媒中にビスホルミル−アリールアミンとモノホルミル−アリールアミンとを含む複合混合物を前記亜硫酸水素塩溶液に添加する工程と、（ｃ）前記混合物を前記亜硫酸水素塩溶液に添加することにより、前記ビスホルミル−アリールアミンを沈澱させる工程と、を含む方法、
が挙げられる。

本実施態様では、有機酸、例えばトリフルオロ酢酸を含む還流溶液中で、アリールアミン化合物を約２〜約２００、約１５〜約１００、または約２５〜約７５モル当量のアルキレンアミンと反応させる工程を含み、アルキレンアミンが、例えば、化学式Ｃ_６Ｎ_４Ｈ_１２のヘキサメチレンテトラアミンである、アリールアミン類をビスホルミル化するための方法が説明される。

反応は、有機酸または使用する他の成分の沸点に応じて、約２０℃〜約１２０℃、約５０℃〜約１００℃、または約７０℃〜約９０℃の温度で実施してもよい。

選択した酸量は、アリールアミン化合物に添加するホルミル基１モルあたり約１モル当量またはそれ以上としてもよく、例えば、約１〜約１００、約１〜約５０、または約１〜約２５モル当量である。

還流させる酸は、有機酸、無機酸を含む有機酸、有機酸を含む有機溶媒、または無機酸を含む有機溶媒としてもよい。例えば、有機酸としては、化学式ＲＣＯ_３Ｈ（式中、Ｒは直鎖または分枝アルキル、例えば、メチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチルである）の有機酸、および酢酸、プロピオン酸、ブタン酸などが挙げられ、また、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）、ペルフルオロプロピオン酸、シュウ酸、メタンスルホン酸、およびペルフルオロブタン酸またはそれらの混合物も含まれる。有機酸または有機溶媒と組み合わせて使用することができる無機酸としては、臭化水素および塩化水素が挙げられ、有機溶媒の例としてはジメチルホルムアミドおよび１，４−ジオキサンが挙げられる。例えば、無機酸を含む有機酸としては、臭化水素含む酢酸、臭化水素を含むＴＦＡ、塩化水素を含むＴＦＡおよび臭化水素を含むブタン酸が挙げられる。無機酸を含む有機溶媒の例としては、塩化水素を含む１，４−ジオキサン、臭化水素を含む１，４−ジオキサン、塩化水素を含むジメチルホルムアミドおよび臭化水素を含むジメチルホルムアミドが挙げられる。酸を還流すると、反応を加速させることによりビスホルミル化が促進され、さらに、有機酸中での開始アリールアミン化合物の溶解が促進されるかもしれない。

選択したアルキレンアミンの量は、ホルミル化するアリールアミン１モルあたり、約２〜約２００モル当量、または約２〜約１０モル当量、または約２〜約５モル当量としてもよい。アルキレンアミンは、１〜約２５の炭素原子、あるいは１〜約１０の炭素原子を含んでもよい。また、アルキレンアミンのアルキレンはメチレンであることが好ましい。アルキレンアミンは、アルキルが例えばポリアミン、環状または非環状であってもよく、アルキレンアミンはヘキサメチレンテトラミン（ＨＴＭＡ）を含んでもよい。

反応は、約２０℃〜約１２０℃、または約７０℃〜約９０℃で実施してもよい。

また、酸、例えば有機酸を、ヘキサメチレンテトラアミン（Ｃ_６Ｈ_１２Ｎ_４、ＨＭＴＡ）を含む溶液中で、アリールアミンの存在下、約２０℃〜約１２０℃の温度で還流させる工程を含むアリールアミンをビスホルミル化するための方法も開示する。

還流させる酸は、有機基質中に導入するホルミル基の数に対し、非触媒量、例えば約１〜約１，０００、約２〜約５００、約４〜約１００モル当量、約２〜約１０モル当量、または約２〜５モル当量で選択してもよい。還流させる酸は、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）、ペルフルオロプロピオン酸、ペルフルオロブタン酸およびメタンスルホン酸のうちの少なくとも１つまたはそれらの混合物を含んでもよい。ヘキサメチレンテトラアミン（Ｃ_６Ｈ_１２Ｎ_４、ＨＭＴＡ）濃度は、ビスアリールアミンに変換されるアリールアミン１モルあたり、約２〜約２００モル当量、または約２〜約１０モル当量、または約２〜約５モル当量としてもよい。

アリールアミン類のビスホルミル化速度は、反応混合物中にパラホルムアルデヒド（高分子ホルムアルデヒド）および／または１，３，５−トリオキサン（環状ホルムアルデヒド）を含有させることにより加速させてもよい。加速は、特にそのような化合物がアリールアミンに対し約２〜約２００モル当量の濃度で存在する場合、化合物を含まない場合の反応速度の約１．５〜約１０倍とすることができる。また、反応混合物中のパラホルムアルデヒドおよび／または１，３，５−トリオキサンの濃度はアリールアミン１モルあたり、約２〜約４０モル当量、または約２〜約５モル当量である。

アリールアミン類のビスホルミル化を加速するために使用することができる方法は、開始アリールアミン化合物、例えばアリールアミン化合物ＩＩの１モルに対し、約２モル当量〜約５モル当量の１または複数の有機酸、例えば、酢酸およびトリフルオロ酢酸と、約２モル当量〜約２００モル当量のアルキルアルキレンアミン、例えば、ヘキサメチレンテトラアミンと、約２モル当量〜約５モル当量の濃度の１または複数の加速剤、例えば、１，３，５−トリオキサンおよびパラホルムアルデヒドからなる群から選択される加速剤と、を添加する工程を含む。

得られたビスホルミル化アリールアミン類は、亜硫酸水素塩付加物を形成して溶液から沈澱させることにより、反応プロセスで形成したモノホルミル化アリールアミン類から精製してもよい。ビスホルミル−アリールアミン／モノホルミル−アリールアミンを含む有機溶液を亜硫酸水素塩溶液に添加してもよく、亜硫酸水素塩溶液は飽和溶液であってもよく、その後、溶液を振り混ぜてもよいし、撹拌してもよい。沈澱する塩を濾過し、その後、有機溶媒、例えばトルエンで洗浄してもよい。乾燥粉末を形成させてもよい。トルエンと、重炭酸塩、炭酸塩または水酸化物を含んでもよい飽和塩基溶液との間で分配させることにより、フリーのビスホルミル−アリールアミンが得られる。亜硫酸水素塩は亜硫酸水素ナトリウムであることが好ましい。

このビスホルミル化反応により、Ｖｉｌｓｍｅｉｅｒ反応などのビスホルミル化反応に比べ、特に反応スキームにおいて使用する反応物に関し、安全上の懸念が少なくなる。

本明細書で説明した観点で生成させることができるアリールアミン化合物の例としては、上記のような反応条件下で、前記量の反応物を使用して調製してもよい、アリールアミンホール輸送分子、例えば、Ｎ，Ｎ−ビス（４−ホルミルフェニル）−４−アミノビフェニル（化合物ＩＩ）の調製において有益なアリールアミン中間体が挙げられる。

（実施例１）
＜Ｎ，Ｎ−ジフェニル−４−アミノビフェニル（化合物ＩＩ）のビスホルミル化のための方法＞
１モルのＮ，Ｎ−ジフェニル−４−アミノビフェニル（化合物ＩＩ）をトリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）の溶液として、４モル当量のＨＭＴＡの存在下、２０℃および１２０℃の温度で還流させた。反応物中に存在する化合物ＩＩ、モノホルミル−化合物ＩＩおよびビスホルミル−化合物ＩＩの量を６時間にわたり、ＨＰＬＣを用いて測定した。時間／変換プロットを作成した（図１参照）。このプロットでは、異なる時間での各化合物の相対量が示されている。

図１に示されるように、ビスホルミル化−化合物ＩＩは、約８５℃〜約１２０℃の範囲の温度で反応混合物をインキュベートした後、約１．２５ｈｒ（時間）で８０％を越える量で得られ、化合物ＩＩのそのビスホルミル化形態への完全な変換（≧９９％）は、反応を終了させた後約５時間で達成された。

（実施例２）
＜Ｄｕｆｆ反応を介するＮ，Ｎ−ジフェニル−４−アミノビフェニル（化合物ＩＩ）のビスホルミル化に対する酸触媒の影響＞
表１において「条件」の下で示される酢酸、プロピオン酸、臭化水素酸を含む酢酸、メタンスルホン酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）、またはホウ酸およびそれらの組み合わせを、化合物ＩＩおよび２〜４モル当量のヘキサメチレンテトラアミン（ＨＴＭＡ）を含む溶液中で還流させた。化合物ＩＩのモノ−およびビス−ホルミル化形態への変換の結果を表１において、室温（約２０℃）で３時間、約８５℃で２．５時間、および８５℃で一晩中（約１２〜約１６時間）後に測定した、化合物ＩＩ（非ホルミル化）の量、モノホルミル−化合物ＩＩの量、およびビスホルミル−化合物ＩＩの量として示す。下記表１に示されるように、約２モル当量〜約４モル当量のＴＦＡにより、化合物ＩＩのビスホルミル化反応が可能となった。

データにより、化合物ＩＩのビスホルミル化形態への１００％変換が、８５℃の温度で、酸としてＴＦＡを使用した反応混合物の２．５ｈのインキュベーション後に達成されたので、反応混合物中、約２〜約４モル当量のＨＭＴＡが存在すれば、ビスホルミル化反応を達成するのに十分であることも示唆される（サンプル番号、１、１０および１１）。

（実施例３）
＜共試薬（Ｃｏ−ｒｅａｇｅｎｔ）によるＤｕｆｆ反応の加速＞
酢酸および／またはトリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）ならびに酢酸およびシュウ酸と共に還流させた２．２〜４当量のヘキサメチレントリアミン（ＨＴＭＡ）による化合物ＩＩのビスホルミル化に関するパラホルムアルデヒド（高分子ホルムアルデヒド）または１，３，５−トリオキサン（環状ホルムアルデヒド）の効果を、表２に示すように調べた。表２に示されるように、パラホルムアルデヒド（高分子ホルムアルデヒド）または１，３，５−トリオキサン（環状ホルムアルデヒド）のいずれかは酢酸およびＴＦＡを還流させる混合物中でのビスホルミル化反応の速度を加速するのに適した試薬であることが見出された。ベースライン反応条件と比較することにより、いずれかの試薬を使用すると、ベースラインでは６４．８％であるのと比較して、２．５時間以内にビスホルミル−化合物ＩＩへの９０％を超える変換が得られた。

（実施例４）
＜亜硫酸水素塩付加物によるビスホルミル−化合物ＩＩの精製＞
実施例５の沈澱をトルエン１００ｍｌに溶解し、モートン（Ｍｏｒｔｏｎ）フラスコ中、飽和亜硫酸水素ナトリウム５００ｍｌ（新たに調製）で一晩中（約１６時間）処理した。固体沈澱を濾過し、トルエンで洗浄した。固体を、飽和重炭酸ナトリウム２５０ｍｌおよびトルエン２５０ｍｌと共にモートンフラスコに戻した。混合物を約１２〜１６時間撹拌した。その後、相分離した。トルエン層を重力により硫酸マグネシウムを通して濾過することにより乾燥させた。その後、トルエンを除去すると生成物が得られた（７５％、ＨＰＬＣによると純度＞９８％）。

また、ビスホルミル−化合物ＩＩを、熱トルエン中で吸着剤（活性粘土またはアルミナ）で処理することにより沈澱から分離すると、下記実施例５からの粗材料を精製した場合、約８５％の収率が得られた。

（実施例５）
＜化合物ＩＩのビスホルミル化に有益な反応＞
機械的撹拌機、アルゴン入口／温度制御装置および水凝縮器を備えた２Ｌの３首フラスコに、（ａ）化合物ＩＩを６６．６ｇ、（ｂ）ヘキサメチレンテトラアミン６３．９ｇ、（ｃ）１，３，５−トリオキサン４１．１ｇ、（ｄ）酢酸１４０ｍＬ（撹拌開始（ｓｔａｒｔｅｄｅ））、および（ｅ）トリフルオロ酢酸１４０ｍＬをこの順に入れた。

反応器制御システムを用いて下記温度プロファイルに従い、混合物を９０℃まで加熱し、その後、６０℃まで下降させた：（ａ）５５℃〜７５℃で１０分、（ｂ）９０℃まで、１５分、（ｃ）９０℃で３６０分間維持、（ｄ）さらに２５０ｍＬの水を添加することにより５分で６０℃まで下降（ＨＰＬＣサンプルをとり、精査せずに、加水分解が完了したことを確認）、および（ｆ）混合物を６０℃で９０分間維持。

その後、混合物を２Ｌ分液漏斗に移し、室温まで冷却した後、トルエンで２度抽出した（２×２５０ｍＬ）。トルエン抽出物を合わせ、水（２５０ｍＬ）で、その後、２度飽和塩化ナトリウム水（２×２５０ｍＬ）で洗浄した。無水硫酸マグネシウムを含むフィルタを通過させることによりトルエンを乾燥させ、ロータリエバポレータにより除去した。ビスホルミル化化合物ＩＩの粗収率８１％が得られた。

改良Ｄｕｆｆ反応を使用した、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−４−アミノビフェニル（化合物ＩＩ）のビスホルミル化化合物ＩＩへの変換を示した時間／変換プロットである。

Claims

アリールアミン化合物と、トリフルオロ酢酸と、２〜２００モル当量のアルキレンアミンとを含む酸性溶液を反応、還流させる工程を含むことを特徴とするビスホルミル化アリールアミン類の製造方法。
パラホルムアルデヒド及び１，３，５−トリオキサンのうち少なくとも１つとトリフルオロ酢酸とを含む酸性溶液中で、アリールアミン化合物をアルキレンアミンと反応させる工程を含むことを特徴とするビスホルミル化アリールアミン類の製造方法。
（ａ）亜硫酸水素塩溶液を、請求項１または２に記載の方法によって得られたビスホルミル−アリールアミンおよびモノホルミル−アリールアミンを含む反応物と、混合する工程と、
（ｂ）前記反応物を含む前記亜硫酸水素塩溶液に有機溶媒を添加する工程と、
を含むことを特徴とするビスホルミル化アリールアミン類の製造方法。