JP5063000B2 - ビフェニル化合物またはナフタレンをカルボキシル化およびヒドロキシル化した化合物を製造する方法 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、基本的にはパラジウム触媒を用いたギ酸−芳香族化合物類の酸化的クロスカップリング反応によるワンポットで前記芳香族化合物類をカルボキシル化およびヒドロキシル化した化合物を製造する方法に関する。カルボキシル化およびヒドロキシル化した芳香族化合物類はポリエステルの原料、液晶材料、種々の薬品の中間体などとして有用な化学製品である。
【背景技術】
【0002】
これまでパラジウム触媒を用いた芳香族化合物類の酸化的クロスカップリング反応によるカルボキシル化においてはカルボニル源として一酸化炭素が用いられていた。また、4−ヒドロキシ−4’−カルボキシビフェニルは、多段階の反応を経て合成されており、合成の効率、コストの面から工業的な生産および利用の面で後れをとっていた。前記多段階による4−ヒドロキシ−4’−カルボキシビフェニルの製造法は、特許文献1において提案されている。提案されているプロセスは原料的にもコストパフォーマンスが良いとは言えない。
【0003】
また、パラジウム触媒による芳香族化合物の直接官能基化反応は藤原らによって精力的に研究され、パラジウム触媒、Pd(OAc)2を用いて、酸化剤の存在下にアレーンとCOとからカルボキシル化反応により芳香族カルボン酸またはヒドロキシル化反応により芳香族ヒドロキシ化合物製造する方法などが提案されている(非特許文献1)。更に、非特許文献2には、パラジウム触媒、Pd(OAc)2を用いて、トリフルオロ酢酸(TFA−H)溶媒中で一酸化炭素とアルカン類とのカルボキシル化反応によりアルカンカルボン酸などを製造する方法が記載されている。しかしながら、前記カルボニル源として一酸化炭素を用いる反応は、一酸化炭素は毒性があり取扱上問題があった。
【0004】
【特許文献1】
特開平4―243851号公報
【非特許文献1】
ACC.Chem.Res.2001,34,633―639(特に636,637)
【非特許文献2】
有機合成化学協会誌、Vol.52,No.1081994、頁37‐46(特に42,43)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の課題は、前記カルボニル源として一酸化炭素を用いる反応における不都合、および前記ヒドロキシル化およびカルボキシル化した芳香族炭化水素類の製造における問題を取り除いた改善された酸化的クロスカップリング反応を提供することである。
【発明を解決するための手段】
【0006】
本発明者は、従来のPd触媒を用いた酸化的クロスカップリング反応に用いられていた一酸化炭素に代わる炭素源としてギ酸を用いて、トリフルオロ酢酸溶媒中でPd(tfa=トリフルオロ酢酸)2触媒および酸化剤の存在下で、下記の反応Aを想定して、芳香族炭化水素化合物とギ酸を反応させたところ、両化合物のC−H結合の切断を伴った酸化的クロスカップリングにより前記芳香族炭化水素化合物のカルボン酸を製造することに成功した。これにより前記一酸化炭素を使用するときの問題を解決することができた。
【0007】
【化1】
【0008】
反応Aに関与する化合物においてRはH、アルキル基、アリール基、ヨウ素、水酸基、アルコキシ基、塩素、臭素またはアシロキシ基から選択される。
また、前記反応Aを、ビフェニルを基質とする反応に適用する試みの中で、基質のビフェニルの反応性の向上の目的で前記ビフェニルの溶解性を高める塩化メチレンを加えたところ、驚くべきことに、ヒドロキシル化を伴う酸化的クロスカップリングにより4−ヒドロキシ−4’−カルボキシビフェニルがワンポットで得られること、更に、反応温度を50℃に下げたところ、前記反応が高い位置選択性で進行することを発見した。この偶然の発見により、前記ヒドロキシル化およびカルボキシル化した芳香族炭化水素類の製造における問題を解決することができた。
【0009】
更に、この反応を、トリフェニル化合物類に適用してみたところ、4,4”−ジカルボキシル−1,1’:4’,1”−ターフェニル類を製造できることを見出した。
これにより、カルボニル源としてギ酸を用いた、Pd触媒および酸化剤の存在する有機溶媒系での全く新しい芳香族炭化水素類の酸化的クロスカップリング反応を提供することができた。
【0010】
しかして、本発明は、(1)ビフェニル化合物またはナフタレンとギ酸とを、トリフルオロ酢酸と塩化メチレンとを含む反応溶媒中で、Pd触媒および前記Pd触媒の反応進行中に生成する0価のパラジウムを二価のパラジウムに酸化する酸化剤の存在下で反応させ、ワンポットで前記ビフェニル化合物またはナフタレンをカルボキシル化およびヒドロキシル化し、前記ビフェニル化合物またはナフタレンをカルボキシル化およびヒドロキシル化した化合物を製造する方法である。また、(2)前記(1)の方法において、ビフェニル化合物が下記の式1で表されるビフェニル化合物類であり、ワンポットで下記の式2で表される4−ヒドロキシビフェニル−4’−カルボン酸類を製造する方法である。
【0011】
【化2】
【0012】
(式1および2中、R1〜R8は水素または電子供与性の置換基または共鳴効果をもつ置換基である。)。(3)前記(1)または(2)の方法において、反応を、反応温度80℃以下35℃以上で進行させるのが好ましい。
【0013】
本発明をより詳細に説明する。
A.本発明のカルボキシル化およびヒドロキシル化した芳香族炭化水素化合物の製造方法は、基本的には本出願の請求の範囲に記載されている芳香族炭化水素化合物類に適用できる。
B.Pd触媒としては、前記アレーンのカルボキシル化、ヒドロキシ化に使用されているPd(tfa)2、Pd(OAc)2、Pd(NO3)2、Pd/CなどのPd化合物を用いることができるが、Pd(tfa)2が最も好ましい。
C.酸化剤としては、0価のパラジウムを二価のパラジウムに戻す酸化剤であれば使用できるが、K2S2O8であることが最も好ましい。
【0014】
D.反応溶媒としては、トリフルオロ酢酸(以下、TFA−Hと略記)を主溶媒とする。カルボキシル化にはTFA−H単独で行いうるが、ヒドロキシル化およびカルボキシル化をおこなうためには両反応基質を均質に溶解する、例えば塩化メチレンの様な溶剤と組み合わせるのが良い。
E.反応温度は低い方が反応の特異性が維持され好ましいが、生産性を考えると40℃以上が好ましい。
【0015】
実施例
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明する。これは本発明の有用性を更に明確にすることを意図するものであって、本発明を限定するものではない。
【実施例1】
【0016】
4−ヒドロキシビフェニル−4’−カルボン酸の製造;
封管にトリフルオロ酢酸2.0mL、塩化メチレン1.0mL、ギ酸0.50mL(13mmol)、ビフェニル0.31g(2.0mmol)、ペルオキシ硫酸カリウム1.6g(6.0mmol)、トリフルオロ酢酸パラジウム33mg(0.10mmol)を封じて、50℃で48時間加熱攪拌した後、チオ硫酸ナトリウムで過剰の酸化剤を失活した後、酢酸エチルで抽出した。硫酸マグネシウムで有機相を脱水し、溶媒を減圧留去したのちシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製すると上記目的物である4−ヒドロキシビフェニル−4’−カルボン酸が0.28g、収率65%で得られた。
【実施例2】
【0017】
ヒドロキシナフトエ酸の製造;
封管にトリフルオロ酢酸2.0mL、塩化メチレン1.0mL、ギ酸0.5mL(13mmol)、ナフタレン0.26g(2.0mmol)、ペルオキシ硫酸カリウム1.62g(6.0mmol)、トリフルオロ酢酸パラジウム33mg(0.10mmol)を封じて、50℃で48時間加熱攪拌した。チオ硫酸ナトリウムで過剰の酸化剤を失活した後、酢酸エチルで抽出、硫酸マグネシウムで有機相を脱水し、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製すると上記目的物1−ヒドロキシ−4−ナフトエ酸が0.022g収率6%及び1−ヒドロキシ−5−ナフトエ酸が0.022g収率6%で得られた。
【産業の利用可能性】
【0018】
本発明は、カルボニル源としてギ酸を用いることにより、より安全な酸化クロスカップリング反応を提供したことであり、このことは工業化の適用の容易性をもたらすものである。更に、原料の芳香族化合物類の溶媒に塩化メチレンのような成分を添加することにより、入手が容易なビフェニル類を用いて、ヒドロキシル化を伴う、ビフェニル類の酸化クロスカップリング反応により、ワンポットで工業製品として有用な4−ヒドロキシビフェニル−4’−カルボン酸類を製造できるという、効率的で、簡易な製造技術を提供したことは、産業での利用において大きな利益をもたらすことは明らかである。
Claims (3)
- ビフェニル化合物またはナフタレンとギ酸とを、トリフルオロ酢酸と塩化メチレンとを含む反応溶媒中で、Pd触媒および前記Pd触媒の反応進行中に生成する0価のパラジウムを二価のパラジウムに酸化する酸化剤の存在下で反応させ、ワンポットで前記ビフェニル化合物またはナフタレンをカルボキシル化およびヒドロキシル化し、前記ビフェニル化合物またはナフタレンをカルボキシル化およびヒドロキシル化した化合物を製造する方法。
- 反応を反応温度80℃以下35℃以上で進行させる請求項1〜2のいずれかに記載の方法。
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