JP4941971B2

JP4941971B2 - アルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法

Info

Publication number: JP4941971B2
Application number: JP2007017548A
Authority: JP
Inventors: 政男清水
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP2008184397A

Description

本発明はアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の効率的な製造方法に関するものである。

置換基としてアルキルチオメルカプト基が置換した複素環化合物は、有機ゴム薬品、香料、医原薬中間体、精密化学品、抗菌剤等として有用な化合物である。またメルカプト基がアルキル化されたアルキルチオ置換複素環化合物も同様に有機ゴム薬品、香料、医原薬中間体、精密化学品、抗菌剤等として工業的に用いられている。さらに複素環に結合したアルキルチオ基は、様々な求核剤と反応して置換反応を起こし、別の置換複素環化合物へ導入することができる（非特許文献１）。

また、アルキルチオ基を酸化して得られるアルキルスルホニル基も同様に求核剤との反応により、置換複素環化合物の出発原料となる（特許文献１、特許文献２、非特許文献２）。
このようにアルキルチオ基を有する複素環化合物を製造することは、工業的に重要な方法となる。

メルカプト基からアルキルチオ基に誘導するためには、通常メルカプト基のアルキル化反応を用いる。通常のアルキル化反応においては、アルキル化剤として、ハロゲン化アルキル、ジアルキル硫酸、ジアゾメタン等が用いられる。しかしいずれのアルキル化剤も、有毒でありその使用を避けたい物質である。そこで、有毒なアルキル化剤を用いることのない安全なアルキル化反応によるアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の効率的な製造方法の開発が望まれている。

アメリカ合衆国特許３３４１５４９号明細書。アメリカ合衆国特許３６４４３９２号明細書。 C. Kashima等，J. Heterocycl. Chem., 25, 1713 (1988). 林栄作，齋藤徹也，薬学雑誌, 89, 74 (1969).

本発明の課題は、有毒なアルキル化剤を用いることなく、工業的には有利にアルキルチオ置換含窒素複素環化合物を製造する方法を提供することを目的とする。

前記したように、メルカプト置換含窒素複素環化合物をアルキル化させて、アルキルチオ置換含窒素複素環化合物を得る方法として、塩基性中で発生するチオラートアニオンに対してアルキル化剤を反応させるのが一般的であるが、アルキル化剤は有毒な物が多くその使用を避けたい物が多い。
本発明者は、この点に関し、鋭意研究を重ねた結果、アルコール化合物に酸を加えることにより発生するアルキルオキソニウムカチオンがアルキル化剤として機能し、かつ該反応をマイクロ波照射下で行うと効果的にアルキルチオ置換含窒素複素環化合物が得られることを見出し、本発明を完成させたものである。

すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
（１）一般式（Ｂ）で表されるメルカプト含窒素複素環化合物と一般式（Ｃ）で表されるアルコール化合物を、酸の存在下、マイクロ波照射下で反応させることを特徴とする一般式（Ａ）で示されるアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
Ｒ^１−Ｓ−ＣＨ_２Ｒ^２（Ａ）
（Ｒ^１は、置換基を有してもよい５〜７員環の含窒素複素環化合物の残基を示す。Ｒ^２は、水素原子、アルキル基またはシクロアルキル基を示す。）
Ｒ^１−ＳＨ（Ｂ）
（Ｒ^１は、前記と同じ。）
Ｒ^２ＣＨ_２ＯＨ（Ｃ）
（Ｒ^２は、前記と同じ）
（２）酸が硫酸又は塩酸であることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
（３）含窒素複素環化合物がピリジンであることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
（４）含窒素複素環化合物がベンゾイミダゾールであることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換複素環化合物の製造方法。
（５）含窒素複素環化合物がベンゾチアゾールであることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
（６）含窒素複素環化合物がイミダゾールであることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
（７）含窒素複素環化合物がピリミジンであることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
（８）含窒素複素環化合物がチアゾリンであることを特徴とする（１）に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。

本発明方法によれば、効率よく短時間で有毒なアルキル化剤を用いることなくアルキルチオ置換含窒素複素環化合物を製造することができる。このことにより、従来の有毒なアルキル化剤を使うという欠点を克服することができる。
また、本発明方法で得られるアルキルチオ置換含窒素複素環化合物は、ゴム加硫化剤や香料の原料物質となる。また、アルキルチオ置換含窒素複素環化合物は、他の置換含窒素複素環化合物の原料としても使用することができる。

本発明は、以下の一般式（Ａ）で表されるアルキルチオ置換含窒素複素環化合物を、一般式（Ｂ）で表されるメルカプト含窒素複素環化合物と一般式（Ｃ）で表されるアルコール化合物を、酸の存在下にマイクロ波照射下で、反応させて合成することを特徴としている。
Ｒ^１−Ｓ−ＣＨ_２Ｒ^２（Ａ）
前記式中、Ｒ^１は含窒素複素環化合物を示す。この含窒素複素環化合物は、５〜７員環であり、窒素以外に酸素原子、硫黄原子を環の構成原子として含んでいてもよい。また、他の環と縮環していてもよい。また、環上に炭素数１〜８の鎖状あるいは炭素数３〜８の環状のアルキル基、炭素数１〜８のアルコキシル基、炭素数２〜１２のアルコキシカルボニル基、フェニル基、ニトロ基及びハロゲン原子から選ばれる基又は原子が置換していてもよい。Ｒ^２は、水素原子あるいは炭素数１〜６のアルキル基を示す。
Ｒ^１−ＳＨ（Ｂ）
（前記式中、Ｒ^１は前記と同じ）
Ｒ^２ＣＨ_２ＯＨ（Ｃ）
（前記式中、Ｒ^２は前記と同じ）

前記Ｒ^１で示される含窒素複素環化合物の具体的な例としては、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、テトラゾール、イミダゾリン、ピラゾリン、オキサゾリン、チアゾリン、キノリン、イソキノリン、プリン、インダゾール、キナゾリン、シンノリン、キノキサリン、フタラジン、プテリジン、アクリジン、フェナンリジン、フェナジン、フェノチアジン、ベンゾオキサゾール、ベンゾイソオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイソチアゾール、ベンゾイミダゾール等が挙げられる。

前記Ｒ^１で示される含窒素複素環化合物の環上の炭素数１〜８の鎖状あるいは炭素数３〜８の環状のアルキル基の具体例としてはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、イソブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル基等が挙げられる。

前記Ｒ^１で示される含窒素複素環化合物の環上の炭素数１〜８のアルコキシル基の具体例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、シクロプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、t−ブトキシ、ペンチロキシ、ヘキシロキシ、シクロヘキシロキシル基等が挙げられる。

前記Ｒ^１で示される含窒素複素環化合物の環上のアルコキシカルボニル基の具体例としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、シクロプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、イソブトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、ペンチロキシカルボニル、ヘキシロキシカルボニル、シクロヘキシロキシルカルボニル基等が挙げられる。
前記Ｒ^１で示される含窒素複素環化合物の環上のハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。

前記Ｒ^２のアルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、イソブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、オクチルが、シクロアルキル基の具体例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル基等が挙げられる。

前記反応の原料物質である一般式（Ｂ）および一般式（Ｃ）で示される化合物は公知物質であり、市販品あるいは合成品のいずれもであってもよい。
一般式（Ｂ）で示される化合物および一般式（Ｃ）で示される化合物の代表例を示せば以下の通りである。

［一般式（Ｂ）で示される化合物の代表例］
２−ピリジンチオール、４−ピリジンチオール、２−ピリミジンチオール、４−ピリミジンチオール、４，６−ジメチル−２−メルカプトピリミジン、２−メルカプトオキサゾール、２−メルカプトチアゾール、２−メルカプトイミダゾール、１−メチル−２−メルカプトイミダゾール、２−メルカプト−１，３，４−トリアゾ−ル、５−メルカプトテトラゾール、２−メルカプトチアゾリン、２−キノリンチオール、２−メルカプトベンゾオキサゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール、２−メルカプトベンゾイミダゾール等が挙げられる。

［一般式（Ｃ）で示される化合物の代表例］
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、シクロプロピルメタノール、シクロブチルメタノール、シクロペンチルメタノール、シクロヘキシルメタノール等が挙げられる。

本反応で用いられるマイクロ波の強さに制限はないが、１Ｗ〜１０００Ｗ、好ましくは、１０Ｗ〜３５０Ｗの間で照射を行い、反応温度を所定の温度に保つように照射される。

本反応で用いられる酸は、強酸性を示す物質が用いられる。酸の具体的な例としては、硫酸や塩酸などの鉱酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸やトリフルオロ酢酸等の有機酸が挙げられる。本発明で好ましく使用される酸は硫酸および塩酸である。
酸の使用量は原料であるメルカプト置換含窒素複素環化合物の重量に対して０．１倍〜１０倍であり、好ましくは０．５倍〜５倍である。

本発明に係る反応は、前記一般式（Ｃ）で示されるアルコール化合物を反応試薬兼反応溶媒として用いることが好ましいが、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の有機溶媒との混合溶媒の形で使用してもかまわない。

反応温度は、５０℃〜２００℃の範囲の温度で行うことができる。この温度範囲以下の低温の場合には反応時間が遅くなり、この範囲を超えて高すぎる場合には、異常な分解反応や副反応が多い結果となる。このようなことから、前記温度範囲は、１００℃〜１５０℃の範囲であることが好ましい。
反応時間は、反応温度、アルコール化合物の種類により左右され、一概に定めることはできないが、通常は１〜６０分である。

次に、本発明を実施例により詳細に説明する。
以下に述べる実施例は本発明の理解を容易にするために代表的な化合物の一例をあげたものであり、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１
内容積１０ｍｌのガラス製容器中に２−メルカプトピリジン（１００ｍｇ）をメタノール（５ｍｌ）に溶解させ、硫酸（０．１ｍｌ）を加えた。このガラス容器をマイクロウエーブ反応装置（Biotage社製、Initiator）に入れ、１５０℃でマイクロ波（４５Ｗ）を５分間照射し、反応させた。反応容器を室温まで冷却した後、メタノールを減圧下留去させ、水を加えて塩化メチレンで生成物を抽出する事により粗生成物を得た。生成物を塩化メチレンを溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、目的の２−メチルチオピリジンを６８％の収率で得た。

比較例１
実施例１において、マイクロ波を照射せずに、メタノール加熱環流下にて反応を行った。目的の２−メチルチオピリジンの収率は反応時間を８時間にしても５９％であった。

実施例２
実施例１において、２−メルカプトピリジンの代わりに２−メルカプトベンゾイミダゾールを用いることにより、２−メチルチオベンゾイミダゾールを７４％の収率で得た。

比較例２
実施例２において、マイクロ波を照射せずに、メタノール加熱環流下にて反応を行った。目的の２−メチルチオベンゾイミダゾールの収率は反応時間を８時間にしても６４％であった。

実施例３
実施例１において、２−メルカプトピリジンの代わりに２−メルカプトベンゾチアゾールを用いることにより、２−メチルチオベンゾチアゾールを７１％の収率で得た。

比較例３
実施例３において、マイクロ波を照射せずに、メタノール加熱環流下にて反応を行った。目的の２−メチルチオベンゾチアゾールの収率は反応時間を８時間にしても１６％であった。

実施例４
実施例１において、２−メルカプトピリジンの代わりに１−メチル−２−メルカプトイミダゾールを用いることにより、１−メチル−２−メチルチオイミダゾールを７３％の収率で得た。

比較例４
実施例４において、マイクロ波を照射せずに、メタノール加熱環流下にて反応を行った。目的の１−メチル−２−メチルチオイミダゾールの収率は反応時間を８時間にしても６８％であった。

実施例５
実施例１において、２−メルカプトピリジンの代わりに４，６−ジメチル−２−メルカプトピリミジンを用いることにより、４，６−ジメチル−２−メチルチオピリミジンを１３％の収率で得た。

比較例５
実施例５において、マイクロ波を照射せずに、メタノール加熱環流下にて反応を行った。目的の４，６−ジメチル−２−メチルチオピリミジンの収率は反応時間を８時間にしても１％であった。

実施例６
実施例１において、２−メルカプトキノリンの代わりに２−メルカプト−２−チアゾリンを用いることにより、２−メチルチオ−２−チアゾリンを３９％の収率で得た。

比較例６
実施例６において、マイクロ波を照射せずに、メタノール加熱環流下にて反応を行った。目的の２−メチルチオ−２−チアゾリンの収率は反応時間を８時間にしても３２％であった。

Claims

一般式（Ｂ）で表されるメルカプト含窒素複素環化合物と一般式（Ｃ）で表されるアルコール化合物を、硫酸、塩酸、パラトルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびトリフルオロ酢酸から選択された酸の存在下、５０〜２００℃の範囲の温度で反応させることを特徴とする一般式（Ａ）で示されるアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
Ｒ¹−Ｓ−ＣＨ₂Ｒ² （Ａ）
（Ｒ¹は、置換基を有してもよい５〜７員環の含窒素複素環化合物の残基を示す。Ｒ²は、水素原子、アルキル基またはシクロアルキル基を示す。）
Ｒ¹−ＳＨ（Ｂ）
（Ｒ¹は、前記と同じ。）
Ｒ²ＣＨ₂ＯＨ（Ｃ）
（Ｒ²は、前記と同じ）
反応をマイクロ波照射下で行わせることを特徴とする請求項１に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
含窒素複素環化合物がピリジンであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
含窒素複素環化合物がベンゾイミダゾールであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルキルチオ置換複素環化合物の製造方法。
含窒素複素環化合物がベンゾチアゾールであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
含窒素複素環化合物がイミダゾールであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
含窒素複素環化合物がピリミジンであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。
含窒素複素環化合物がチアゾリンであることを特徴とする請求項１または２に記載のアルキルチオ置換含窒素複素環化合物の製造方法。