JP5055185B2 - ジシクロヘキサン誘導体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ジシクロヘキサン誘導体の製造方法に関する。より詳しくは、ビフェニル誘導体を溶液中で水素化し、トランス体を優先的に得ることができるジシクロヘキサン誘導体の製造方法に関する。

ジシクロヘキサン誘導体のトランス体は表示用液晶化合物や医薬品中間体等の原料として期待される化合物である。
ジシクロヘキサン誘導体をビフェニル誘導体から得ようとする場合、通常金属触媒を用いてベンゼン環の水素化反応を行うが、ベンゼン環への水素化は、置換基に水酸基を有する場合を除きシス体のシクロヘキサン環を与えるのが一般的である（非特許文献１）。
一方、特許文献１〜３のようにシクロヘキサン環の置換基として−ＣＯＯＨや−ＣＯＯＲ、フェニル基を有する場合は、水素化後にトランス体へと異性化させることが可能であることが知られている。
特開平１０−２３７０１５号公報 特開平１０−２９８１４４号公報 特開２００４−２５６４９０号公報 J. Prakt. Chem./ Chem. -Ztg., 334 (1992), 625-629

しかし、シクロヘキサン環の置換基がアルキル基等の場合は、トランス体への異性化は極めて困難である。例えば、下記の４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸の場合、Ｂ環は上記特許文献に記載の方法によりトランス体へと異性化できるが、Ａ環のトランス体への異性化は極めて困難である。

従って、シクロヘキサン環の置換基がアルキル基等の場合に、トランス体を優先的に与える水素化反応が求められている。
本発明の目的は、トランス体を優先的に得ることができるジシクロヘキサン誘導体を与える製造方法を提供することである。

上記課題は以下の手段により達成された。
〔１〕下記一般式（I）で表される化合物の水素化反応を、パラジウム触媒存在下、水素圧力２ＭＰａ以下で行うことにより、下記一般式（II）で表されるシクロヘキサン誘導体をトランス体優先的に得ることを特徴とするジシクロヘキサン誘導体の製造方法。

［式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_９、及びＲ_１０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す。Ｒ_３は−ＣＯＯＲ_１１又は−ＣＯＮＲ_１２Ｒ_１３を表す。Ｒ_１１、Ｒ_１２、及びＲ_１３はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を表す。Ｒ_８はアルキル基、シクロアルキル基、又はアルコキシ基を表す。Ｒ_１４はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又は−ＣＯＲ_１５を表す。Ｒ_１５はアルキル基を表す。］
〔２〕前記パラジウム触媒が、担体に１〜３０質量％のパラジウムが担持され、その担体がカーボンまたはアルミナであることを特徴とする〔１〕に記載のジシクロヘキサン誘導体の製造方法。

本発明に係るジシクロヘキサン誘導体の製造方法によれば、特定のビフェニル誘導体を、パラジウム触媒存在下に、特定の溶媒中低い水素圧（２ＭＰａ以下）で水素化することによって、高い選択性、収率で目的とするトランスジシクロヘキサンを得ることができる。

以下、本発明に係るジシクロヘキサン誘導体の製造方法について具体的に説明する。
［一般式（I）・一般式（II）で表される化合物］
Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_９、及びＲ_１０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、好ましくは、水素原子である。
置換基としては、以下のものが挙げられる。
シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基（好ましくは、炭素数１〜３０の置換または無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｔ−ブトキシ基、ｎ−オクチルオキシ基、２−メトキシエトキシ基）、アリールオキシ基（好ましくは、炭素数６〜３０の置換または無置換のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ基、２−メチルフェノキシ基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシ基、３−ニトロフェノキシ基、２−テトラデカノイルアミノフェノキシ基）、ベンジル基、４−メトキシベンジル基。
アルキル基（好ましくは炭素数１〜３０のアルキル基、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基、ｎ−オクチル基、２−エチルヘキシル基）、末端に重合性基を有するアルキル基（好ましくは炭素数１〜３０のもの）、末端にカルバミン酸ベンジル基を有するアルキル基（好ましくは炭素数９〜３０のもの）、末端にカルバミン酸ｔ−ブチル基を有するアルキル基（好ましくは炭素数６〜３０のもの）、末端にベンゼン環を有するアルキル基（好ましくは炭素数１〜１０のもの）、エーテル連結を有するアルキル基（好ましくは炭素数１〜３０のエーテル連結を有するアルキル基、例えば２−メトキシブチル基、３−メトキシブチル基、４−メトキシブチル基、４−エトキシブチル基）、シクロアルキル基（好ましくは、炭素数３〜３０の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、４−ｎ−ドデシルシクロヘキシル基）、ビシクロアルキル基（好ましくは、炭素数５〜３０の置換または無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数５〜３０のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ［１，２，２］ヘプタン−２−イル、ビシクロ［２，２，２］オクタン−３−イル））等。

Ｒ_３は−ＣＯＯＲ_１１又は−ＣＯＮＲ_１２Ｒ_１３を表す。Ｒ_１１、Ｒ_１２、及びＲ_１３はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を表す。Ｒ_１１、Ｒ_１２、及びＲ_１３がアルキル基の場合は、炭素数は例えば１〜３０である。
Ｒ_３は好ましくは−ＣＯＯＲ_１１であり、より好ましくは−ＣＯＯＨである。

Ｒ_８はアルキル基、シクロアルキル基、又はアルコキシ基を表す。これらは、無置換でもよいし、置換基を有するものであってもよい。置換基としては、前記Ｒ_１等の説明で例示した置換基が挙げられる。
Ｒ_８は、好ましくは、炭素数１〜３０のアルキル基、炭素数１〜３０のアルコキシ基であり、より好ましくは、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基である。

Ｒ_１４はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又は−ＣＯＲ_１５を表す。Ｒ_１５はアルキル基を表す。これらは、無置換でもよいし、置換基を有するものであってもよい。置換基としては、前記Ｒ_１等の説明で例示した置換基が挙げられる。Ｒ_１５がアルキル基の場合は、炭素数は例えば１〜３０である。

［触媒］
本発明に係る水素化反応は、パラジウム触媒を使用する。パラジウム触媒は、触媒金属活性成分としてのパラジウム成分を担体に担持させたものである。担体としては、例えば、カーボン、アルミナ、シリカアルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、活性白土などが挙げられる。特にカーボンおよびアルミナが好ましい。パラジウム触媒を形成するパラジウム化合物としては、具体的には、金属パラジウム、パラジウム酸化物またはパラジウム水酸化物などが挙げられる。
担体に担持されるパラジウム成分の量は、金属パラジウムの量として、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは５〜３０質量％、特に好ましくは１０〜３０重質量％である。
パラジウム触媒の使用量は、原料のビフェニル誘導体１００質量部に対して、好ましくは０．５〜３０質量部、より好ましくは１〜２０質量部の割合である。

［水素圧］
水素化する際の水素圧は、２ＭＰａ以下であり、より好ましくは０．１〜１ＭＰａであり、さらに好ましくは０．１〜０．５ＭＰａである。

［溶媒]
ビフェニル誘導体の水素化は溶媒中で行われる。溶媒としては、炭素数１〜１２の脂肪族飽和アルコール、ヘキサン、水、酢酸エチル、炭素数１〜５のカルボン酸等が挙げられる。特に、酢酸や水が好ましい。

[ビフェニル誘導体の水素化]
本発明に係るジシクロヘキサン誘導体の製造方法の好ましい態様としては、前記パラジウム触媒存在下に溶媒（好ましくは水または酢酸）中で、ビフェニル誘導体の水素化を行う。水素化は、系内を窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスで置換した後、水素置換して行うことが望ましい。反応温度は８０〜２３０℃が好ましい。反応時間は、プロトンＮＭＲ測定やＧＣ測定によりモニターするので、反応時間は特に限定されない。通常は、数１０分〜３０時間程度である。
シクロヘキサン誘導体からのトランス体の分離・回収は、カラムを用いる方法（例えば、シリカゲルを用いるカラムクロマトグラフィー）、あるいは再結晶化方法などにより行うことができる。
なお、本明細書において「トランス体優先的に得る」とは、シクロヘキサン環のトランス体比率が５１％以上、より好ましくは７０％以上で得ることを意味する。

（実施例１）
［４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸の調製］
内容量５０mlのオートクレーブに４’−エチル−ビフェニル−４−カルボン酸０．５０ｇ（２．２ｍｍｏｌ）と酢酸２ｍｌを仕込み、パラジウム触媒として１０％パラジウム／カーボン（川研ファインケミカル社製５０％ｗｅｔ品）を１００ｍｇ添加した。
上記仕込み終了後、窒素でオートクレーブ内を０．５ＭＰａまで昇圧し、その後脱圧する操作を計３回繰り返し、系内の窒素置換を行った。次いで、水素で上記窒素置換と同様の操作で系内を水素置換し、その後系内を昇温し、１２５℃に達した時点で系内の水素圧力が０．４ＭＰａになるように調整し、水素化に必要な理論水素量の水素を供給した。
水素化反応を１２５℃で１６時間行った後、系内の反応液を室温まで冷却し、反応液から触媒を濾別除去した。反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄した。有機層を減圧濃縮し目的物である４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸を０．５２ｇ（＞９９％）得た。ガスクロマトグラフィーにより分析を行った結果、シクロヘキサン環Ａのシス体/トランス体比は１８/８２であった。（シクロヘキサン環Ｂに関しては前述のように異性化可能。）

（実施例２）
［４’−プロピル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸の調製］
内容量５０ｍｌのオートクレーブに４’−プロピル−ビフェニル−４−カルボン酸０．５０ｇ（２．１ｍｍｏｌ）と蒸留水２ｍｌを仕込み、パラジウム触媒として１０％パラジウム／カーボン（川研ファインケミカル社製５０％ｗｅｔ品）を１００ｍｇ添加した。
上記仕込み終了後、窒素でオートクレーブ内を０．５ＭＰａまで昇圧し、その後脱圧する操作を計３回繰り返し、系内の窒素置換を行った。次いで、水素で上記窒素置換と同様の操作で系内を水素置換し、その後系内を昇温し、１２５℃に達した時点で系内の水素圧力が０．４ＭＰａになるように調整し、水素化に必要な理論水素量の水素を供給した。
水素化反応を１２５℃で１６時間行った後、系内の反応液を室温まで冷却し、反応液から触媒を濾別除去した。反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄した。有機層を減圧濃縮し目的物である４’−プロピル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸を０．５２ｇ（＞９９％）得た。ガスクロマトグラフィーにより分析を行った結果、シクロヘキサン環Ｃのシス体/トランス体比は１７/８３であった。（シクロヘキサン環Ｄに関しては前述のように異性化可能。）

（実施例３−１）
［４’−アセチル−ビフェニル−４−カルボン酸の調製］

ビフェニル２ｇをオルトジクロロベンゼン１０ｍｌに溶解させ、塩化アルミニウム４．５ｇ、ジエチルカルバモイルクロライド２．１４ｍｌを添加後１００℃にて４時間攪拌した。反応液を３０℃まで冷却し、アセチルクロライドを１．０１ｍｌ滴下した（内温４０℃以下）。４０℃にて１時間攪拌後、反応液を室温まで冷却し氷冷水２０ｍｌへ滴下した。酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄し、有機層を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィーにて精製を行い、２を３．５ｇ得た。
２３．５ｇを１２N塩酸水３２ｍｌに溶解させ、１３０℃で２４時間攪拌した。反応液を室温まで冷却し、結晶をろ過し、水で洗浄した。得られた結晶にメタノールを１L加え煮沸洗浄し、室温にした後ろ過、乾燥し４’−アセチル−ビフェニル−４−カルボン酸３を２．８ｇ得た。

^１Ｈ−ＮＭＲ（溶媒：ジメチル-ｄ６スルホキシド、基準：テトラメチルシラン）δ（ｐｐｍ）：
２．６１（３Ｈ、ｓ）
７．８０−７．９０（４Ｈ、ｍ）
８．００−８．１０（４Ｈ、ｍ）

（実施例３−２）
［４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸の調製］
内容量５０mlのオートクレーブに４’−アセチル−ビフェニル−４−カルボン酸０．５０ｇ（２．１ｍｍｏｌ）と酢酸２ｍｌを仕込み、パラジウム触媒として１０％パラジウム／カーボン（川研ファインケミカル社製５０％ｗｅｔ品）を１００ｍｇ添加した。
上記仕込み終了後、窒素でオートクレーブ内を０．５ＭＰａまで昇圧し、その後脱圧する操作を計３回繰り返し、系内の窒素置換を行った。次いで、水素で上記窒素置換と同様の操作で系内を水素置換し、その後系内を昇温し、１２５℃に達した時点で系内の水素圧力が０．４ＭＰａになるように調整し、水素化に必要な理論水素量の水素を供給した。
水素化反応を８５℃で５時間行いその後１２５℃で１６時間行った。その後系内の反応液を室温まで冷却し、反応液から触媒を濾別除去した。反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄した。有機層を減圧濃縮し目的物である４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸を０．５２ｇ（＞９９％）得た。ガスクロマトグラフィーにより分析を行った結果、シクロヘキサン環Ａのシス体/トランス体比は２０/８０であった。（シクロヘキサン環Ｂに関しては前述のように異性化可能。）

（実施例４）
［４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸エチルエステルの調製］
内容量５０mlのオートクレーブに４’−エチル−ビフェニル−４−カルボン酸エチルエステル０．５０ｇ（１．９ｍｍｏｌ）と酢酸２ｍｌを仕込み、パラジウム触媒として１０％パラジウム／カーボン（川研ファインケミカル社製５０％ｗｅｔ品）を１００ｍｇ添加した。
上記仕込み終了後、窒素でオートクレーブ内を０．５ＭＰａまで昇圧し、その後脱圧する操作を計３回繰り返し、系内の窒素置換を行った。次いで、水素で上記窒素置換と同様の操作で系内を水素置換し、その後系内を昇温し、１２５℃に達した時点で系内の水素圧力が０．４ＭＰａになるように調整し、水素化に必要な理論水素量の水素を供給した。
水素化反応を１６０℃で８時間行った後、系内の反応液を室温まで冷却し、反応液から触媒を濾別除去した。反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄した。有機層を減圧濃縮し目的物である４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸エチルエステルを０．５２ｇ（＞９９％）得た。ガスクロマトグラフィーにより分析を行った結果、シクロヘキサン環Eのシス体/トランス体比は２４/７６であった。（シクロヘキサン環Fに関しては前述のように異性化可能。）

（比較例１）
［４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸の調製］
内容量５０ｍｌのオートクレーブに４’−エチル−ビフェニル−４−カルボン酸０．５０ｇ（２．２ｍｍｏｌ）と酢酸２ｍｌを仕込み、触媒として１０％パラジウム／カーボン（川研ファインケミカル社製５０％ｗｅｔ品）を１００ｍｇ添加した。
上記仕込み終了後、窒素でオートクレーブ内を０．５ＭＰａまで昇圧し、その後脱圧する操作を計３回繰り返し、系内の窒素置換を行った。次いで、水素で上記窒素置換と同様の操作で系内を水素置換し、その後系内を昇温し、１６０℃に達した時点で系内の水素圧力が５．５ＭＰａになるように調整し、水素化に必要な理論水素量の水素を供給した。
水素化反応を１６０℃で１６時間行った後、系内の反応液を室温まで冷却し、反応液から触媒を濾別除去した。反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄した。有機層を減圧濃縮し目的物である４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸を０．５２ｇ（＞９９％）得た。ガスクロマトグラフィーにより分析を行った結果、シクロヘキサン環Ａのシス体/トランス体比は３７/６３であった。

（比較例２）
［４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸の調製]
内容量５０ｍｌのオートクレーブに４’−エチル−ビフェニル−４−カルボン酸０．５０ｇ（２．２ｍｍｏｌ）と水２ｍｌを仕込み、触媒として５％ルテニウム／カーボン（N.E.CHEMCAT社製５０％ｗｅｔ品）を１００ｍｇ添加した。
上記仕込み終了後、窒素でオートクレーブ内を０．５ＭＰａまで昇圧し、その後脱圧する操作を計３回繰り返し、系内の窒素置換を行った。次いで、水素で上記窒素置換と同様の操作で系内を水素置換し、その後系内を昇温し、１６０℃に達した時点で系内の水素圧力が５．５ＭＰａになるように調整し、水素化に必要な理論水素量の水素を供給した。
水素化反応を１６０℃で１６時間行った後、系内の反応液を室温まで冷却し、反応液から触媒を濾別除去した。反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出後、飽和食塩水で洗浄した。有機層を減圧濃縮し目的物である４’−エチル−ジシクロヘキシル−４−カルボン酸を得た（９０％）。ガスクロマトグラフィーにより分析を行った結果、シクロヘキサン環Ａのシス体/トランス体比は７３/２７であった。

これらの結果から、本発明の方法により７０％以上の高い選択性でトランス体のシクロヘキサン環が得られることがわかる。

Claims (2)

1. 下記一般式（I）で表される化合物の水素化反応を、パラジウム触媒存在下、水素圧力２ＭＰａ以下で行うことにより、下記一般式（II）で表されるシクロヘキサン誘導体をトランス体優先的に得ることを特徴とするジシクロヘキサン誘導体の製造方法。
   

   

   ［式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、Ｒ_９、及びＲ_１０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表す。Ｒ_３は−ＣＯＯＲ_１１又は−ＣＯＮＲ_１２Ｒ_１３を表す。Ｒ_１１、Ｒ_１２、及びＲ_１３はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を表す。Ｒ_８はアルキル基、シクロアルキル基、又はアルコキシ基を表す。Ｒ_１４はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、又は−ＣＯＲ_１５を表す。Ｒ_１５はアルキル基を表す。］
2. 前記パラジウム触媒が、担体に１〜３０質量％のパラジウムが担持され、その担体がカーボンまたはアルミナであることを特徴とする請求項１に記載のジシクロヘキサン誘導体の製造方法。