JP5019447B2 - Cyanosilylation catalysts for organic carbonyl compounds - Google Patents

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Description

本発明は、新規な有機カルボニル化合物のシアノシリル化触媒およびこれを用いるシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a novel organic carbonyl compound cyanosilylation catalyst and a method for producing a cyanohydrin silyl ether compound using the same.

有機カルボニル化合物に対するシアノシリル化は、重要な1炭素増炭反応として有機合成において広く利用されている。また、シアノシリル化の生成物であるシアノヒドリンシリルエーテル類は、α−アミノ酸類、β−アミノアルコール類などへ誘導できる中間体として有用なものである。   Cyanosilylation of organic carbonyl compounds is widely used in organic synthesis as an important one-carbon carbonization reaction. Cyanohydrin silyl ethers, which are products of cyanosilylation, are useful as intermediates that can be derived into α-amino acids, β-amino alcohols, and the like.

このようなシアノヒドリンシリルエーテル類は、たとえば、触媒量のルイス酸またはルイス塩基の存在下、有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物を反応させる、所謂シアノシリル化反応により製造できることが知られている(非特許文献1)。
また、最近では、リチウム塩類が高い触媒活性を有するシアノシリル化触媒であることも報告されている(特許文献1)。
しかしながら、均一系触媒をもちいた場合、一般に、触媒の分離・回収は困難である。
It is known that such cyanohydrin silyl ethers can be produced, for example, by a so-called cyanosilylation reaction in which an organic carbonyl compound is reacted with a trialkylsilyl cyanide compound in the presence of a catalytic amount of Lewis acid or Lewis base ( Non-patent document 1).
Recently, it has also been reported that lithium salts are cyanosilylation catalysts having high catalytic activity (Patent Document 1).
However, when a homogeneous catalyst is used, it is generally difficult to separate and recover the catalyst.

このような問題点を解消するために、触媒の分離・回収が容易な、固体酸あるいは固体塩基を用いた、有機カルボニル化合物のシアノシリル化反応が報告されているが、基質である有機カルボニル化合物に対して同量あるいは過剰量の触媒を用いる必要があった(非特許文献2)。   In order to solve these problems, cyanosilylation reaction of organic carbonyl compounds using solid acid or solid base, which is easy to separate and recover the catalyst, has been reported. On the other hand, it was necessary to use the same or excessive amount of catalyst (Non-patent Document 2).

また、アミノ基で修飾したメソポーラスシリカ(非特許文献3)、シリカゲルに担持されたトリフルオロメタンスルホン酸スカンジウム(非特許文献4)が、回収再利用可能なシアノシリル化触媒として報告されているが、いずれの場合も脂肪族アルデヒド類やケトン類を原料として用いた際に収率が低く、あるいは長い反応時間を要するなどの課題が残されている。
特開2006−219457号 Synlett, 2005, p892-899 Bull. Chem. Soc. Jpn., 1993, 66, p892-899 Green Chem., 2000, 2, p47-48 Org. Lett., 2004, 6, p4813-4815
Further, mesoporous silica modified with an amino group (Non-patent Document 3) and scandium trifluoromethanesulfonate supported on silica gel (Non-patent Document 4) have been reported as cyanosilylation catalysts that can be recovered and reused. Also in this case, when aliphatic aldehydes or ketones are used as raw materials, there are still problems such as low yield or long reaction time.
JP 2006-219457 A Synlett, 2005, p892-899 Bull. Chem. Soc. Jpn., 1993, 66, p892-899 Green Chem., 2000, 2, p47-48 Org. Lett., 2004, 6, p4813-4815

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、高い触媒活性を有し、かつ分離・回収が容易な新規なシアノシリル化用固体触媒を提供すること、及びこの触媒を用いてシアノヒドリンシリルエーテル化合物を高収率かつ簡便に製造する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a novel solid catalyst for cyanosilylation having high catalytic activity and easy separation and recovery, and cyanohydrin silyl using this catalyst. It aims at providing the method of manufacturing an ether compound easily with a high yield.

本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物とを反応させてシアノヒドリンシリルエーテル化合物を製造するにあたり、アルミニウムを含むメソポーラスシリカが極めて高活性なシアノシリル化触媒であることを見出した。本発明は上記の知見を基にして完成されたものである。   As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that mesoporous silica containing aluminum is extremely useful in producing a cyanohydrin silyl ether compound by reacting an organic carbonyl compound and a trialkylsilyl cyanide compound. It was found to be a highly active cyanosilylation catalyst. The present invention has been completed based on the above findings.

本発明によれば、種々の有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物から、シアノヒドリンシリルエーテル化合物を効率的に製造することができる。また、本発明方法は、安価な原料から簡便に調製でき、かつ回収再利用が可能な固体触媒を用いるという点で反応原価の観点で有利であり、さらに、穏和な条件下、極めて短時間かつ高収率でシアノヒドリンシリルエーテル化合物を得ることができ、しかも反応副生物がなく反応後の処理が極めて容易であるという優れた特徴を有する。   According to the present invention, a cyanohydrin silyl ether compound can be efficiently produced from various organic carbonyl compounds and a trialkylsilyl cyanide compound. In addition, the method of the present invention is advantageous from the viewpoint of the reaction cost in that it uses a solid catalyst that can be easily prepared from an inexpensive raw material and can be recovered and reused. A cyanohydrin silyl ether compound can be obtained in a high yield, and there is no reaction byproduct, and the post-reaction treatment is extremely easy.

すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
〈1〉アルミニウムを含むメソポーラスシリカを主成分とする、有機カルボニル化合物のシアノシリル化触媒。
〈2〉アルミニウムを含むメソポーラスシリカが2〜20nmの規則性細孔を有するものであることを特徴とする〈1〉に記載のシアノシリル化触媒。
〈3〉アルミニウムを含むメソポーラスシリカに含まれるケイ素とアルミニウムのモル比Si/Alが1〜100であることを特徴とする〈1〉または〈2〉に記載のシアノシリル化触媒。
〈4〉有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物とを、〈1〉〜〈3〉のいずれかに記載のシアノシリル化触媒の存在下で反応させることを特徴とするシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
〈5〉前記有機カルボニル化合物が、一般式(1)

Figure 0005019447
(式中、R1は、置換基を有してもよい、鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロ環;R2は水素、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基またはヘテロ環を示す。ただしR1とR2は互いに結合して環を形成していてもよい)
で示される化合物であることを特徴とする〈4〉に記載のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
〈6〉シアン化トリアルキルシリル化合物が、一般式(2)
Figure 0005019447
(式中、R3, R4, R5は同じであっても互いに異なっていてもよい、置換基を有してもよいアルキル基またはアリール基を示す)
で示される化合物であることを特徴とする〈4〉に記載のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。 That is, according to this application, the following invention is provided.
<1> A cyanosilylation catalyst of an organic carbonyl compound mainly composed of mesoporous silica containing aluminum.
<2> The cyanosilylation catalyst according to <1>, wherein the mesoporous silica containing aluminum has regular pores of 2 to 20 nm.
<3> The cyanosilylation catalyst according to <1> or <2>, wherein the molar ratio Si / Al between silicon and aluminum contained in the mesoporous silica containing aluminum is 1 to 100.
<4> A method for producing a cyanohydrin silyl ether compound, comprising reacting an organic carbonyl compound and a cyanide trialkylsilyl compound in the presence of the cyanosilylation catalyst according to any one of <1> to <3>. .
<5> The organic carbonyl compound is represented by the general formula (1)
Figure 0005019447
(Wherein R 1 may have a substituent, a chain alkyl group, a cyclic alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocycle; R 2 may have a hydrogen atom or a substituent. An alkyl group, an aryl group or a heterocyclic ring, wherein R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring)
<4> The manufacturing method of the cyanohydrin silyl ether compound as described in <4> characterized by the above-mentioned.
<6> The trialkylsilyl cyanide compound has the general formula (2)
Figure 0005019447
(In the formula, R 3 , R 4 and R 5 may be the same or different from each other, and each represents an optionally substituted alkyl group or aryl group)
<4> The manufacturing method of the cyanohydrin silyl ether compound as described in <4> characterized by the above-mentioned.

すなわち、本発明の有機カルボニルのシアノシリル化触媒は、アルミニウムを含むメソポーラスシリカを主成分とすることを特徴とする。ここで、メソポーラスシリカとは、一般に界面活性剤を鋳型として調製される、細孔径分布の小さい均一な大きさのメソ細孔が空間的に規則正しく配列したシリカであり、アルミニウムを含むメソポーラスシリカとは、シリカ骨格内外にアルミニウム元素が導入されたものを意味する。   That is, the organic carbonyl cyanosilylation catalyst of the present invention is characterized by containing mesoporous silica containing aluminum as a main component. Here, mesoporous silica is generally prepared by using a surfactant as a template, and is a silica in which mesopores having a uniform pore size distribution and a uniform size are spatially regularly arranged, and mesoporous silica containing aluminum is It means that the aluminum element is introduced into and out of the silica skeleton.

このようなアルミニウムを含むメソポーラスシリカは、メソポーラスシリカと同様、規則性細孔を有し、その平均細孔径は、2〜10nmが好ましい。アルミニウムの含有形態としては、アルミニウムがシリカ骨格内に4配位の状態で存在することが好ましいが、アルミニウムの一部がシリカ骨格外に存在していてもよい。アルミニウムを含むメソポーラスシリカは、その規則構造に特に制限はなく、MCM-41やSBA-15に代表される2d六方構造を有するものでもよく、MCM-48やSBA-16に代表される立方構造を有するものでもよい。また、アルミニウムを含むメソポーラスシリカに含有するケイ素とアルミニウムのモル比Si/Alは、1〜100が好ましく、10〜50がより好ましい。 Mesoporous silica containing such aluminum, as well as mesoporous silica, have a regular pore, its average pore diameter, 2 up to 10 nm are good preferable. As a form of aluminum contained, it is preferable that aluminum is present in a 4-coordinate state in the silica skeleton, but a part of aluminum may be present outside the silica skeleton. Mesoporous silica containing aluminum is not particularly limited in its regular structure, and may have a 2d hexagonal structure typified by MCM-41 and SBA-15, and has a cubic structure typified by MCM-48 and SBA-16. You may have. Moreover, 1-100 are preferable and, as for the molar ratio Si / Al of the silicon and aluminum contained in the mesoporous silica containing aluminum, 10-50 are more preferable.

本発明で好ましく使用されるアルミニウムを含むメソポーラスシリカとして、入手容易なものとしては、たとえば、J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, p711-712やMicropor. Mesopor. Mater.,2000, 34, p43-54に記載されているような、アルキルトリメチルアンモニウムからなる界面活性剤の集合体をテンプレートとして用い、水熱合成によって得られるアルミニウム含有メソポーラスシリカ(Al-MCM-41)等があげられるが、上述したように、アルミニウムを含有したメソポーラスシリカであれば、その原料、合成方法や規則構造、対カチオンに特に制限を受けるものではない。   Examples of the mesoporous silica containing aluminum preferably used in the present invention include, for example, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, p711-712 and Micropor. Mesopor. Mater., 2000, 34, p43-54, an aluminum-containing mesoporous silica (Al-MCM-41) obtained by hydrothermal synthesis using an aggregate of surfactants composed of alkyltrimethylammonium as a template. However, as described above, the mesoporous silica containing aluminum is not particularly limited by its raw material, synthesis method, ordered structure, and counter cation.

また、本発明のシアノシリル化触媒の形態に特に制限はないが、通常は微粉状、あるいは粒子状である。   The form of the cyanosilylation catalyst of the present invention is not particularly limited, but is usually fine powder or particulate.

本発明のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法は、上述したシアノシリル化触媒の存在下、有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物を反応させることを特徴とする。   The method for producing a cyanohydrin silyl ether compound of the present invention is characterized in that an organic carbonyl compound and a cyanide trialkylsilyl compound are reacted in the presence of the above-described cyanosilylation catalyst.

有機カルボニル化合物としては、特に制約されないが、好ましくは、下記一般式(1)

Figure 0005019447
(式中、R1は、置換基を有してもよい、鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロ環;R2は水素、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基またはヘテロ環を示す。ただしR1とR2は互いに結合して環を形成していてもよい)
で表される有機カルボニル化合物が用いられる。 Although it does not restrict | limit especially as an organic carbonyl compound, Preferably, following General formula (1)
Figure 0005019447
(Wherein R 1 may have a substituent, a chain alkyl group, a cyclic alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocycle; R 2 may have a hydrogen atom or a substituent. An alkyl group, an aryl group or a heterocyclic ring, wherein R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring)
The organic carbonyl compound represented by these is used.

一般式(1)で示される有機カルボニル化合物としては、たとえば、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、バレロアルデヒド、カプロンアルデヒド、エナントアルデヒド、カプリルアルデヒド、ペラルゴンアルデヒド、カプリンアルデヒド、ピバルアルデヒド、シクロヘキサンカルボアルデヒドなどの脂肪族アルデヒド及びそれらの各種置換体、ベンズアルデヒド、トルアルデヒド、クミンアルデヒド、アニスアルデヒド、ナフトアルデヒド、フルフラール、チオフェンアルデヒドなどの芳香族アルデヒド及びそれらの各種置換体、アクロレイン、クロトンアルデヒド、シンナムアルデヒドなどの不飽和アルデヒド及びそれらの置換体、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、ジブチルケトン、シクロヘキシルメチルケトン、ジイソプロピルケトン、ベンジルアセトンなどの脂肪族ケトン及びそれらの各種置換体、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノンなどの環状ケトン及びそれらの各種置換体、アセトフェノン、プロピオフェノン、ブチロフェノン、バレロフェノン、ピバロフェノン、カプロフェノン、カプリロフェノン、カプリフェノン、アセトナフトン、ベンゾフェノンなどの芳香族ケトン及びそれらの各種置換体、シクロへキセノン、ベンザルアセトン、カルコンなどの不飽和ケトン及びそれらの各種置換体が例示される。   Examples of the organic carbonyl compound represented by the general formula (1) include acetaldehyde, propionaldehyde, butyraldehyde, valeraldehyde, capronaldehyde, enanthaldehyde, caprylaldehyde, pelargonaldehyde, caprinaldehyde, pivalaldehyde, cyclohexanecarbaldehyde and the like. Aliphatic aldehydes and their various substitutes, aromatic aldehydes such as benzaldehyde, tolualdehyde, cuminaldehyde, anisaldehyde, naphthaldehyde, furfural, thiophene aldehyde and their various substitutes, acrolein, crotonaldehyde, cinnamaldehyde, etc. Unsaturated aldehydes and their substitutes, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl propyl ketone, di Aliphatic ketones such as tilketone, cyclohexylmethylketone, diisopropylketone, benzylacetone and various substituted products thereof, cyclic ketones such as cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone and various substituted products thereof, acetophenone, pro Aromatic ketones such as piophenone, butyrophenone, valerophenone, pivalophenone, caprophenone, caprylophenone, capriphenone, acetonaphthone, benzophenone and various substitutes thereof, unsaturated ketones such as cyclohexenone, benzalacetone, chalcone and the like Various substituents are exemplified.

また、他方の原料であるシアン化トリアルキルシリル化合物としては、特に制約されないが、好ましくは、下記一般式(2)

Figure 0005019447
(式中、R3, R4, R5は同じであっても互いに異なっていてもよい、置換基を有してもよいアルキル基またはアリール基を示す)
で示される化合物が用いられる。 Further, the trialkylsilyl cyanide compound as the other raw material is not particularly limited, but preferably the following general formula (2)
Figure 0005019447
(In the formula, R 3 , R 4 and R 5 may be the same or different from each other, and each represents an optionally substituted alkyl group or aryl group)
The compound shown by these is used.

一般式(2)で示されるシアン化トリアルキルシリル化合物としては、たとえば、シアン化トリメチルシリル、シアン化トリエチルシリル、シアン化トリイソプロピルシリル、シアン化ジメチルイソプロピルシリル、シアン化ジエチルイソプロピルシリル、シアン化tert-ブチルジメチルシリル、シアン化tert-ブチルジフェニルシリルが例示される。   Examples of the trialkylsilyl cyanide compound represented by the general formula (2) include, for example, trimethylsilyl cyanide, triethylsilyl cyanide, triisopropylsilyl cyanide, dimethylisopropylsilyl cyanide, diethylisopropylsilyl cyanide, tert-cyanide cyanide. Examples include butyldimethylsilyl and tert-butyldiphenylsilyl cyanide.

一般式(1)表される有機カルボニルと一般式(2)で示されるシアン化トリアルキルシリル化合物とを反応させると下記の合成反応式(4)に示されるように、一般式(3)

Figure 0005019447
(式中、R1, R2, R3, R4, R5は前記と同じ)
で表されるシアノヒドリンシリルエーテル化合物が得られる。 When the organic carbonyl represented by the general formula (1) and the trialkylsilyl cyanide compound represented by the general formula (2) are reacted, as shown in the following synthesis reaction formula (4), the general formula (3)
Figure 0005019447
(In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are the same as above)
The cyanohydrin silyl ether compound represented by these is obtained.

Figure 0005019447
(式中、R1, R2, R3, R4, R5は前記と同じ)
Figure 0005019447
(In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 are the same as above)

この一般式(3)で示されるシアノヒドリンシリルエーテル化合物は、α−アミノ酸類、β−アミノアルコール類などの合成中間体として有用なものである。たとえば、この化合物を酸加水分解することによりα−アミノ酸類が得られる。また、シアノヒドリンシリルエーテル化合物に水素化リチウムアルミニウムを反応させることによりβ−アミノアルコール類が得られる。   The cyanohydrin silyl ether compound represented by the general formula (3) is useful as a synthetic intermediate for α-amino acids, β-aminoalcohols and the like. For example, α-amino acids can be obtained by acid hydrolysis of this compound. Further, β-amino alcohols can be obtained by reacting a cyanohydrin silyl ether compound with lithium aluminum hydride.

本発明のシアノシリル化反応を具体的に実施するには、たとえば、シアノシリル化触媒を入れた容器に、シアン化トリアルキルシリル化合物とカルボニル化合物を加えて攪拌することにより、反応させればよい。ここで、シアノシリル化触媒はあらかじめ有機溶媒に懸濁させて用いてもよく、また、シアン化トリアルキルシリル化合物とカルボニル化合物は有機溶媒に溶解して加えてもよい。   In order to specifically carry out the cyanosilylation reaction of the present invention, for example, the reaction may be carried out by adding a cyanated trialkylsilyl compound and a carbonyl compound to a container containing a cyanosilylation catalyst and stirring. Here, the cyanosilylation catalyst may be suspended in an organic solvent in advance, and the trialkylsilyl cyanide compound and the carbonyl compound may be dissolved in an organic solvent and added.

反応系内に添加するシアノシリル化触媒の添加量は特に制限はないが、有機カルボニル化合物に対して0.1〜100重量%の範囲が好ましく、1〜10重量%がより好ましい。有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物の割合は特に限定されないが、例えば、カルボニル化合物1モルに対して1〜数モル、好ましくは1〜1.5モルのシアン化トリアルキルシリルを用いることができる。   The amount of the cyanosilylation catalyst added to the reaction system is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 100% by weight, more preferably 1 to 10% by weight with respect to the organic carbonyl compound. The ratio of the organic carbonyl compound and the trialkylsilyl cyanide compound is not particularly limited. For example, 1 to several moles, preferably 1 to 1.5 moles of trialkylsilyl cyanide can be used with respect to 1 mole of the carbonyl compound.

また、シアノシリル化反応は、アルゴンなどの不活性雰囲気下、常圧で行うのが好ましい。また、このシアノシリル化反応は、無溶媒であっても溶媒中であっても進行する。反応溶媒としては、反応に関与しないものであれば特に制限はないが、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルムなどのハロゲン含有炭化水素類が好ましい。反応温度は特に限定されないが、室温で十分に反応が進行する。必要に応じて加温下または氷冷下で反応を行うことも可能である。反応時間は特に制限はないが、通常数分程度である。   The cyanosilylation reaction is preferably carried out at normal pressure under an inert atmosphere such as argon. Further, this cyanosilylation reaction proceeds even in the absence of a solvent or in a solvent. The reaction solvent is not particularly limited as long as it does not participate in the reaction, but aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, and halogen-containing hydrocarbons such as methylene chloride and chloroform are preferable. The reaction temperature is not particularly limited, but the reaction proceeds sufficiently at room temperature. If necessary, the reaction can be carried out under heating or under ice cooling. The reaction time is not particularly limited, but is usually about several minutes.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.

[参考例1]
(アルミニウムを含有したメソポーラスシリカ(Al-MCM-41, Si/Al = 20)の合成)
臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(15.1 g)、アルミン酸ナトリウム(1.14 g)、アンモニア水(1 mL)および蒸留水(100 mL)の混合溶液に、水酸化ナトリウム(3.1 g)、コロイダルシリカ(56.3 g)および蒸留水(135 mL)の混合溶液を加え、97 ℃で1日攪拌した。室温に冷却後、酢酸水溶液を用いて、pHを10.2に調整した。加熱、pH調整の操作は、さらに2回繰り返した。97 ℃で1日攪拌後、生じた白色の固体を回収し、蒸留水で洗浄した。乾燥後、空気中550 ℃で焼成し、Al-MCM-41(Si/Al = 20)を得た。元素分析より、該Al-MCM-41の組成は、ケイ素:42.5 wt%, アルミニウム:1.8 wt%, ナトリウム:0.2 wt%であった。また、該Al-MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は969 m2/g、細孔容量は1.14 cm3/g、平均細孔径は2.7 nmであった。
[Reference Example 1]
(Synthesis of aluminum-containing mesoporous silica (Al-MCM-41, Si / Al = 20))
To a mixed solution of hexadecyltrimethylammonium bromide (15.1 g), sodium aluminate (1.14 g), aqueous ammonia (1 mL) and distilled water (100 mL), sodium hydroxide (3.1 g), colloidal silica (56.3 g ) And distilled water (135 mL) were added, and the mixture was stirred at 97 ° C. for 1 day. After cooling to room temperature, the pH was adjusted to 10.2 using an aqueous acetic acid solution. The operation of heating and pH adjustment was further repeated twice. After stirring at 97 ° C. for 1 day, the resulting white solid was collected and washed with distilled water. After drying, firing in air at 550 ° C. yielded Al-MCM-41 (Si / Al = 20). From elemental analysis, the composition of Al-MCM-41 was silicon: 42.5 wt%, aluminum: 1.8 wt%, and sodium: 0.2 wt%. The specific surface area of the Al-MCM-41 determined from the nitrogen adsorption method was 969 m 2 / g, the pore volume was 1.14 cm 3 / g, and the average pore diameter was 2.7 nm.

[参考例2]
(アルミニウムの含有量の異なるメソポーラスシリカ(Al-MCM-41, Si/Al = 10)の合成)
参考例1と同様な操作により、アルミン酸ナトリウムの量を変えることによりAl-MCM-41(Si/Al = 10)を得た。元素分析より、該Al-MCM-41の組成は、ケイ素:40.1 wt%, アルミニウム:3.5 wt%, ナトリウム:0.8 wt%であった。また、該Al-MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は854 m2/g、細孔容量は1.19 cm3/g、平均細孔径は2.8nmであった。
[Reference Example 2]
(Synthesis of mesoporous silica with different aluminum contents (Al-MCM-41, Si / Al = 10))
Al-MCM-41 (Si / Al = 10) was obtained by changing the amount of sodium aluminate by the same operation as in Reference Example 1. From the elemental analysis, the composition of the Al-MCM-41 was silicon: 40.1 wt%, aluminum: 3.5 wt%, sodium: 0.8 wt%. The specific surface area of the Al-MCM-41 determined from the nitrogen adsorption method was 854 m 2 / g, the pore volume was 1.19 cm 3 / g, and the average pore diameter was 2.8 nm.

[参考例3]
(アルミニウムの含有量の異なるメソポーラスシリカ(Al-MCM-41, Si/Al = 50)の合成)
参考例1と同様な操作により、アルミン酸ナトリウムの量を変えることによりAl-MCM-41(Si/Al = 50)を得た。元素分析より、該Al-MCM-41の組成は、ケイ素:44.4 wt%, アルミニウム:0.7 wt%, ナトリウム:0.1 wt%であった。また、該Al-MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は1039 m2/g、細孔容量は1.06 cm3/g、平均細孔径は2.9 nmであった。
[Reference Example 3]
(Synthesis of mesoporous silica with different aluminum contents (Al-MCM-41, Si / Al = 50))
Al-MCM-41 (Si / Al = 50) was obtained by changing the amount of sodium aluminate by the same operation as in Reference Example 1. From the elemental analysis, the composition of the Al-MCM-41 was silicon: 44.4 wt%, aluminum: 0.7 wt%, and sodium: 0.1 wt%. The specific surface area of the Al-MCM-41 determined from the nitrogen adsorption method was 1039 m 2 / g, the pore volume was 1.06 cm 3 / g, and the average pore diameter was 2.9 nm.

[参考例4]
(アルミニウムを含有しないメソポーラスシリカ(MCM-41)の合成)
アルミニウム源であるアルミン酸ナトリウムを加えずに、参考例1と同様な操作により、MCM-41を得た。該MCM-41の窒素吸着法から求めた比表面積は1056 m2/g、細孔容量は1.06 cm3/g、平均細孔径は2.7nmであった。
[Reference Example 4]
(Synthesis of mesoporous silica containing no aluminum (MCM-41))
MCM-41 was obtained in the same manner as in Reference Example 1 without adding sodium aluminate as an aluminum source. The specific surface area of the MCM-41 determined from the nitrogen adsorption method was 1056 m 2 / g, the pore volume was 1.06 cm 3 / g, and the average pore diameter was 2.7 nm.

[実施例1〜3、比較例1〜2]
(触媒活性の比較)
触媒として参考例1〜3で合成したAl-MCM-41(実施例1〜3)、規則性細孔を有さないアモルファスのシリカアルミナ(触媒学会の参照触媒、JRC-SAH-1)(比較例1)、および参考例4で合成したMCM-41(比較例2)を用いて、触媒活性の比較を行った。
[Examples 1-3, Comparative Examples 1-2]
(Comparison of catalytic activity)
Al-MCM-41 synthesized in Reference Examples 1 to 3 (Examples 1 to 3) as a catalyst, amorphous silica alumina without regular pores (Reference Catalyst of the Catalytic Society, JRC-SAH-1) (Comparison Using MCM-41 (Comparative Example 2) synthesized in Example 1) and Reference Example 4, the catalytic activity was compared.

すなわち、テフロン(登録商標)でコートされた攪拌子を入れたガラス製シュレンクフラスコに、参考例1で合成したAl-MCM-41(5.0 mg)を加え、減圧下、120 ℃で1時間乾燥させた。室温に冷却した後、アルゴン雰囲気とし、内部標準物質としてフェナントレン(100 mg)の塩化メチレン(10 mL)溶液を加えた。引き続きシアン化トリメチルシリル(0.68 mL, 5.1 mmol)を加え、攪拌下0 ℃に冷却した後、ベンズアルデヒド(106.6 mg, 1.01 mmol)を加えた。0℃で攪拌下、一定時間毎に反応混合物の一部を抜き取り、目的物であるシアノヒドリンシリルエーテル(α−トリメチルシロキシ−フェニルアセトニトリル)の収率をガスクロマトグラフィーにより分析した(実施例1)。   That is, Al-MCM-41 (5.0 mg) synthesized in Reference Example 1 was added to a glass Schlenk flask containing a stirring bar coated with Teflon (registered trademark), and dried at 120 ° C. for 1 hour under reduced pressure. It was. After cooling to room temperature, an argon atmosphere was established, and a solution of phenanthrene (100 mg) in methylene chloride (10 mL) was added as an internal standard substance. Subsequently, trimethylsilyl cyanide (0.68 mL, 5.1 mmol) was added, and after cooling to 0 ° C. with stirring, benzaldehyde (106.6 mg, 1.01 mmol) was added. While stirring at 0 ° C., a part of the reaction mixture was withdrawn at regular intervals, and the yield of the target product, cyanohydrin silyl ether (α-trimethylsiloxy-phenylacetonitrile), was analyzed by gas chromatography (Example 1).

また、参考例2で合成したAl-MCM-41(実施例2)、参考例3で合成したAl-MCM-41(実施例3)、規則性細孔を有さないシリカアルミナ(触媒学会の参照触媒、JRC-SAH-1)(5 mg)(比較例1)、および参考例4で合成したMCM-41(30 mg)(比較例2)を用い、同様な操作により、触媒活性を比較した。収率、および偽一次反応速度定数を表1に示す。また、実施例1、比較例1および比較例2の収率の経時変化を図1に示す。   Also, Al-MCM-41 synthesized in Reference Example 2 (Example 2), Al-MCM-41 synthesized in Reference Example 3 (Example 3), silica alumina having no regular pores (from the Japan Society for Catalysis) Using the reference catalyst, JRC-SAH-1) (5 mg) (Comparative Example 1), and MCM-41 (30 mg) (Comparative Example 2) synthesized in Reference Example 4, the catalytic activity was compared in the same manner. did. Table 1 shows the yield and the pseudo first-order rate constant. In addition, FIG. 1 shows changes with time in yields of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

Figure 0005019447
Figure 0005019447

実施例1〜3と比較例1の結果から、シアノシリル化触媒としては、規則性細孔を有することが重要であることが分かる。また、実施例1〜3と比較例2の結果から、シアノシリル化触媒には、アルミニウムを含むことが必要であることが分かる。すなわち、本発明のシアノシリル化触媒は、アルミニウムを含有し、かつ規則性細孔を有するメソポーラスシリカであることで、高い触媒活性を発現していることが示唆される。   From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, it is understood that it is important to have regular pores as the cyanosilylation catalyst. Further, the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 show that the cyanosilylation catalyst needs to contain aluminum. In other words, it is suggested that the cyanosilylation catalyst of the present invention is a mesoporous silica containing aluminum and having regular pores, thereby expressing high catalytic activity.

[参考例5]
(アルミニウムを含有したメソポーラスシリカ(Al-MCM-41)の別法による合成)
臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(20.8 g)、濃塩酸(15.2 g)および蒸留水(100 mL)の混合溶液に、テトラエトキシシラン(40.0 g)、アルミニウムトリイソプロポキシド(2.0 g)の混合溶液を加え、室温で75分間攪拌した。2%アンモニア水(130 mL)を加え、引き続き室温で一晩攪拌を続けた。生じた白色の固体を回収し、蒸留水で洗浄した。乾燥後、空気中550 ℃で焼成し、Al-MCM-41を得た。
[Reference Example 5]
(Synthesis of aluminum-containing mesoporous silica (Al-MCM-41) by another method)
Add a mixed solution of tetraethoxysilane (40.0 g) and aluminum triisopropoxide (2.0 g) to a mixed solution of hexadecyltrimethylammonium bromide (20.8 g), concentrated hydrochloric acid (15.2 g) and distilled water (100 mL). The mixture was further stirred at room temperature for 75 minutes. 2% aqueous ammonia (130 mL) was added, and stirring was continued overnight at room temperature. The resulting white solid was collected and washed with distilled water. After drying, firing in air at 550 ° C. yielded Al-MCM-41.

[実施例4]
実施例1の方法と同様にして、参考例5で合成したAl-MCM-41(5 mg)を用いて反応を行った。5分後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は98%であり、また偽一次反応速度定数kは、0.75 min-1であった。この結果から、本発明のシアノシリル化触媒は、その原料および合成方法に制限を受けず、高い触媒活性を発現することが示唆される。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1, the reaction was carried out using Al-MCM-41 (5 mg) synthesized in Reference Example 5. The yield of cyanohydrin silyl ether after 5 minutes was 98%, and the pseudo-first-order rate constant k was 0.75 min −1 . This result suggests that the cyanosilylation catalyst of the present invention is not restricted by the raw materials and the synthesis method and exhibits high catalytic activity.

[比較例3]
実施例1の方法と同様にして、合成ゼオライトであるH-Y(5 mg)を用いて反応を行った。1時間後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は4%であった。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, the reaction was carried out using synthetic zeolite HY (5 mg). The yield of cyanohydrin silyl ether after 1 hour was 4%.

[比較例4]
実施例1の方法と同様にして、合成ゼオライトであるH-ZSM-5(5 mg)を用いて反応を行った。1時間反応を行ったが、シアノヒドリンシリルエーテルは全く得られなかった。
[Comparative Example 4]
In the same manner as in Example 1, the reaction was performed using synthetic zeolite H-ZSM-5 (5 mg). The reaction was carried out for 1 hour, but no cyanohydrin silyl ether was obtained.

[比較例5]
実施例1の方法と同様にして、固体酸触媒であるナフィオン−H(Nafion-H;登録商標)(5 mg)を用いて反応を行った。5分後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は7%であったが、経時的に生成物の分解が見られ、1時間後の収率は2%に低下した。
[Comparative Example 5]
In the same manner as in Example 1, the reaction was carried out using Nafion-H (registered trademark) (5 mg) which is a solid acid catalyst. The yield of cyanohydrin silyl ether after 5 minutes was 7%, but the product was decomposed over time, and the yield after 1 hour was reduced to 2%.

[比較例6]
実施例1の方法と同様にして、イオン交換樹脂であるアンバーリスト−15(Amberlyst-15;登録商標)(5 mg)を用いて反応を行った。1時間後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は6%であった。
[Comparative Example 6]
In the same manner as in the method of Example 1, the reaction was performed using Amberlyst-15 (registered trademark) (5 mg) which is an ion exchange resin. The yield of cyanohydrin silyl ether after 1 hour was 6%.

[比較例7]
実施例1の方法と同様にして、均一系塩基触媒であるトリエチルアミン(5 μL, ベンズアルデヒドに対して5 mol %)を用いて反応を行った。1時間後のシアノヒドリンシリルエーテルの収率は14%であった。
[Comparative Example 7]
In the same manner as in Example 1, the reaction was carried out using triethylamine (5 μL, 5 mol% with respect to benzaldehyde) as a homogeneous base catalyst. The yield of cyanohydrin silyl ether after 1 hour was 14%.

[実施例5]
(ベンズアルデヒドのシアノシリル化)
テフロンでコートされた攪拌子を入れたガラス製シュレンクフラスコに、参考例1で合成したAl-MCM-41(5.0 mg)を加え、減圧下、120 ℃で1時間乾燥させた。室温に冷却した後、アルゴン雰囲気とし、塩化メチレン(1 mL)を加え攪拌し、触媒懸濁液とした。ここに蒸留したシアン化トリメチルシリル(158 μL, 1.19 mmol)を加え、引き続きベンズアルデヒド(104.4 mg, 0.98 mmol)を滴下した後、室温で1分間攪拌した。触媒を濾別した後、溶媒を留去して、目的物であるα−トリメチルシロキシ−フェニルアセトニトリルを単一生成物として得た。単一生成物であることは、1H NMR分析により確認した。内部標準物質として、1,1,2,2-テトラクロロエタン(20μL, 0.189 mmol)を用いて、1H NMR(400 MHz)で定量した結果、収率は100%であった。
1H NMR (CDCl3, δ): 0.23 (s, 9H), 5.50 (s, 1H), 7.38-7.48 (m, 5H).
13C NMR (CDCl3, δ): -0.31, 63.60, 119.14, 126.31, 128.89, 129.29, 136.21.
[Example 5]
(Cyanosilylation of benzaldehyde)
To a glass Schlenk flask containing a stirrer coated with Teflon, Al-MCM-41 (5.0 mg) synthesized in Reference Example 1 was added and dried at 120 ° C. under reduced pressure for 1 hour. After cooling to room temperature, an argon atmosphere was established and methylene chloride (1 mL) was added and stirred to form a catalyst suspension. Distilled trimethylsilyl cyanide (158 μL, 1.19 mmol) was added thereto, followed by dropwise addition of benzaldehyde (104.4 mg, 0.98 mmol), followed by stirring at room temperature for 1 minute. After the catalyst was filtered off, the solvent was distilled off to obtain the target product α-trimethylsiloxy-phenylacetonitrile as a single product. Single product was confirmed by 1 H NMR analysis. As a result of quantification by 1 H NMR (400 MHz) using 1,1,2,2-tetrachloroethane (20 μL, 0.189 mmol) as an internal standard substance, the yield was 100%.
1 H NMR (CDCl 3 , δ): 0.23 (s, 9H), 5.50 (s, 1H), 7.38-7.48 (m, 5H).
13 C NMR (CDCl 3 , δ): -0.31, 63.60, 119.14, 126.31, 128.89, 129.29, 136.21.

[実施例6〜19]
実施例5の方法と同様にして、下記の表2に示す各種有機カルボニル化合物を用いてシアノシリル化を行った。その結果、いずれの有機カルボニル化合物を用いた場合においても、短時間で定量的に目的とするシアノヒドリンシリルエーテル化合物が単一生成物として得られた。また、実施例14〜19の結果から、本発明のシアノシリル化触媒は、従来法では困難であった、脂肪族アルデヒドやケトンに対しても、収率の低下や大幅な反応時間の増加は見られず、非常に高い触媒活性を有することが示唆される。
[Examples 6 to 19]
In the same manner as in Example 5, cyanosilylation was performed using various organic carbonyl compounds shown in Table 2 below. As a result, even when any organic carbonyl compound was used, the desired cyanohydrin silyl ether compound was quantitatively obtained in a short time as a single product. In addition, from the results of Examples 14 to 19, the cyanosilylation catalyst of the present invention showed a decrease in yield and a significant increase in reaction time for aliphatic aldehydes and ketones, which were difficult in the conventional method. Not suggesting very high catalytic activity.

Figure 0005019447
Figure 0005019447

[実施例20]
(シアン化tert-ブチルジメチルシリルによるベンズアルデヒドのシアノシリル化)
テフロンでコートされた攪拌子を入れたガラス製シュレンクフラスコに、参考例1で合成したAl-MCM-41(5.1 mg)を加え、減圧下、120 ℃で1時間乾燥させた。室温に冷却した後、アルゴン雰囲気とし、シアン化tert-ブチルジメチルシリル(175 mg, 1.24 mmol)の塩化メチレン(1.5 mL)溶液を加え、引き続きベンズアルデヒド(105.3 mg, 0.99 mmol)を滴下した。室温で10分間攪拌した後、触媒を濾別し、溶媒を留去した。シリカゲルクロマトグラフィーにより分離精製を行い、目的物であるα−tert-ブチルジメチルシロキシ−フェニルアセトニトリル(239.0 mg)を得た。単離収率は97%であった。
1H NMR (CDCl3, δ): 0.15 (s, 3H), 0.23 (s, 3H), 0.94 (s, 9H), 5.52 (s, 1H), 7.39-7.48 (m, 5H).
13C NMR (CDCl3, δ): -5.19, -5.08, 18.16, 25.52, 64.00, 119.26, 126.09, 128.90, 129.23, 136.48.
[Example 20]
(Cyanosilylation of benzaldehyde with tert-butyldimethylsilyl cyanide)
To a glass Schlenk flask containing a stirrer coated with Teflon, Al-MCM-41 (5.1 mg) synthesized in Reference Example 1 was added and dried at 120 ° C. under reduced pressure for 1 hour. After cooling to room temperature, an argon atmosphere was established, a solution of tert-butyldimethylsilyl cyanide (175 mg, 1.24 mmol) in methylene chloride (1.5 mL) was added, and benzaldehyde (105.3 mg, 0.99 mmol) was subsequently added dropwise. After stirring at room temperature for 10 minutes, the catalyst was filtered off and the solvent was distilled off. Separation and purification were performed by silica gel chromatography to obtain the target product α-tert-butyldimethylsiloxy-phenylacetonitrile (239.0 mg). The isolation yield was 97%.
1 H NMR (CDCl 3 , δ): 0.15 (s, 3H), 0.23 (s, 3H), 0.94 (s, 9H), 5.52 (s, 1H), 7.39-7.48 (m, 5H).
13 C NMR (CDCl 3 , δ): -5.19, -5.08, 18.16, 25.52, 64.00, 119.26, 126.09, 128.90, 129.23, 136.48.

[実施例21]
(シアン化tert-ブチルジメチルシリルによるベンジルアセトンのシアノシリル化)
実施例20の方法と同様にして、カルボニル化合物としてベンジルアセトンを用いて反応を行った。目的物である2−tert-ブチルジメチルシロキシ−4−フェニルブタンニトリルの単離収率は97%であった。
1H NMR (CDCl3, δ): 0.24 (s, 3H), 0.29 (s, 3H), 0.92 (s, 9H), 1.62 (s, 1H), 1.98-2.06 (m, 2H), 2.75-2.94 (m, 5H), 7.18-7.32 (m, 5H).
13C NMR (CDCl3, δ): -3.89, -3.18, 18.02, 25.48, 38.92, 30.75, 45.52, 69.30, 121.87, 126.16, 128.35, 128.54, 140.75.
[Example 21]
(Cyanosilylation of benzylacetone with tert-butyldimethylsilyl cyanide)
In the same manner as in Example 20, the reaction was performed using benzylacetone as the carbonyl compound. The isolated yield of the desired product, 2-tert-butyldimethylsiloxy-4-phenylbutanenitrile, was 97%.
1 H NMR (CDCl 3 , δ): 0.24 (s, 3H), 0.29 (s, 3H), 0.92 (s, 9H), 1.62 (s, 1H), 1.98-2.06 (m, 2H), 2.75-2.94 (m, 5H), 7.18-7.32 (m, 5H).
13 C NMR (CDCl 3 , δ): -3.89, -3.18, 18.02, 25.48, 38.92, 30.75, 45.52, 69.30, 121.87, 126.16, 128.35, 128.54, 140.75.

本発明は、例えば、α−アミノ酸類、β−アミノアルコール類などへ誘導できる合成中間体(シアノヒドリンシリルエーテル化合物)の製造方法として極めて有効に利用できるものである。   The present invention can be used extremely effectively as a method for producing a synthetic intermediate (cyanohydrin silyl ether compound) that can be derived into, for example, α-amino acids, β-aminoalcohols, and the like.

実施例1、比較例1および比較例2で用いた触媒活性の比較図Comparative chart of catalytic activity used in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2

Claims (6)

アルミニウムを含むメソポーラスシリカを主成分とする、有機カルボニル化合物のシアノシリル化触媒。   A cyanosilylation catalyst for an organic carbonyl compound, the main component of which is mesoporous silica containing aluminum. アルミニウムを含むメソポーラスシリカが2〜20nmの規則性細孔を有するものであることを特徴とする請求項1に記載のシアノシリル化触媒。 The cyanosilylation catalyst according to claim 1, wherein the mesoporous silica containing aluminum has a regular pore of 2 to 20 nm. アルミニウムを含むメソポーラスシリカに含まれるケイ素とアルミニウムのモル比Si/Alが1〜100であることを特徴とする請求項1または2に記載のシアノシリル化触媒。   The cyanosilylation catalyst according to claim 1 or 2, wherein the silicon / aluminum molar ratio Si / Al contained in the mesoporous silica containing aluminum is 1 to 100. 有機カルボニル化合物とシアン化トリアルキルシリル化合物とを、請求項1〜3のいずれかに記載のシアノシリル化触媒の存在下で反応させることを特徴とするシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。   A method for producing a cyanohydrin silyl ether compound, comprising reacting an organic carbonyl compound and a cyanide trialkylsilyl compound in the presence of the cyanosilylation catalyst according to any one of claims 1 to 3. 前記有機カルボニル化合物が、一般式(1)
Figure 0005019447
(式中、R1は、置換基を有してもよい、鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロ環;R2は水素、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基またはヘテロ環を示す。ただしR1とR2は互いに結合して環を形成していてもよい)
で示される化合物であることを特徴とする請求項4に記載のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
The organic carbonyl compound is represented by the general formula (1)
Figure 0005019447
(Wherein, R1 may have a substituent, a chain alkyl group, cyclic alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heterocyclic; R 2 is hydrogen, may have a substituent Represents an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic ring, wherein R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring)
The method for producing a cyanohydrin silyl ether compound according to claim 4, wherein the compound is represented by the formula:
シアン化トリアルキルシリル化合物が、一般式(2)
Figure 0005019447
(式中、R3, R4, R5は同じであっても互いに異なっていてもよい、置換基を有してもよいアルキル基またはアリール基を示す)
で示される化合物であることを特徴とする請求項4に記載のシアノヒドリンシリルエーテル化合物の製造方法。
The trialkylsilyl cyanide compound has the general formula (2)
Figure 0005019447
(In the formula, R 3 , R 4 and R 5 may be the same or different from each other, and each represents an optionally substituted alkyl group or aryl group)
The method for producing a cyanohydrin silyl ether compound according to claim 4, wherein the compound is represented by the formula:
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