JP5195256B2

JP5195256B2 - アミノアダマンタン誘導体の製造方法

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Publication number: JP5195256B2
Application number: JP2008263462A
Authority: JP
Inventors: 裕粟野; 光時河畑; 靖原
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP2010090077A

Description

本発明はアミノアダマンタン誘導体の製造方法に関する。

アミノアダマンタン誘導体は、インクジェット組成物、電子材料、医薬品中間体、ゼオライトの鋳型化合物、等の有機合成の中間体として広く使用される。

従来、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアダマンタンを製造する方法としては、一般に１−アミノアダマンタンにホルマリンと蟻酸とを作用させてジメチルアミノ化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

他に、１−アミノアダマンタンからホルマリンと亜鉛での還元的メチル化を行いＮ−メチルアミノアダマンタンとＮ，Ｎ−ジメチルアミノアダマンタンをそれぞれ選択的に得た例も知られている（例えば、非特許文献１参照）。

尚、これらの反応における中間体である１−アミノアダマンタンを得る方法としては、アミド化と加水分解の一連の反応が知られている。このとき、１−ブロモアダマンタン又はアダマンタンからアミド化する際に触媒として多量の硫酸又は硝酸を用い、また、得られた１−アミドアダマンタンを加水分解するのに過剰のアルカリと溶媒が必要となり、多量の溶媒を用いて多量の廃水が生じるため、１−アミノアダマンタンを工業製品として安価に入手するのが難しいという問題を有している（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

一方、より簡便な方法として、１−ブロモアダマンタンを直接アミン化合物と耐圧反応管を用い高温条件下で加圧反応しアミノ化する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。例えば、１−ブロモアダマンタンと無水のアンモニアとの反応で１−アミノアダマンタンが収率５８％で得られ（特許文献４、ＥＸＡＭＰＬＥＶＩ参照）、１−ブロモアダマンタンとメチルアミンとの反応ではＮ−メチルアミノアダマンタンが収率４９％で得られている（特許文献４、ＥＸＡＭＰＬＥＶＩＩ参照）。

特許文献４によれば、同様の反応で、Ｎ−シクロヘキシルアミノアダマンタン、及びＮ，Ｎ−ジプロピルアミノアダマンタンが得られる旨記載されているが、これらの化合物の収率に関する詳細な報告はなされていない（特許文献４、ＴＡＢＬＥＩＩ参照）。また、１−ヨードアダマンタンとアンモニアとの反応で１−アミノアダマンタンが得られ、１−アダマンタノールベンゼンスルホン酸エステルとジメチルアミンとの反応でＮ，Ｎ−ジメチルアミノアダマンタンが得られる旨記載されているが、これらの化合物の収率に関する詳細な報告はなされていない（特許文献４、ＴＡＢＬＥＩＩＩ参照）。

更に、１−ブロモアダマンタンと無水ピペラジンをアルゴン雰囲気下で反応させ、Ｎ−（１−アダマンチル）−ピペラジンが収率５５％で得られることが知られている（例えば、特許文献５参照）。

しかしながら、上記した１−ヨードアダマンタンを用いる製法は、原料のヨードアダマンタンが高価なため、工業化に適した製法ではない。

また、１−アダマンタノールベンゼンスルホン酸エステルを用いる製法は、１−アダマンタノールベンゼンスルホン酸エステル自身が水や温度に対する安定性に問題があることが知られている（例えば、非特許文献２参照）。原料として高価な１−アダマンタノールを使用する必要があるため、やはり工業化に適した製法とは言えない。

一方、１−ブロモアダマンタンを原料とした反応は、収率が低くそのままで工業的な製法として採用することは困難であった。

したがって、１−ハロゲン化アダマンタンからジアルキルアミンを用いて一段階で効率に反応させ、高収率でＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアダマンタンのアミノアダマンタン誘導体を得る方法が切望されている現状である。

米国特許第３３１０４６９号明細書オランダ国特許第７４０２３１６号明細書国際特許第８９０７５９０号明細書米国特許第３２５６３２９号明細書特公昭５５−２７９１３号公報ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔ．４８，７６８０項（２００７）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．８３，２７００項（１９６１）

本発明は、上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアダマンタンを効率的に高収率で得ることができる製造方法を提供することである。

本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、ハロゲン化アダマンタンとアミン化合物を触媒の存在下で反応させると、効率的に高収率でＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアダマンタンを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下に示すとおりのアミノアダマンタン誘導体の製造方法である。

［１］下記一般式（１）

［上記一般式（１）中、ＸはＣｌ、Ｂｒのいずれかのハロゲン基を示す。］
で表されるハロゲン化アダマンタンと、下記一般式（２）

［上記一般式（２）中、Ｒ^１，Ｒ^２は、同一又は異なって、炭素数１〜３のアルキル鎖を示し、これら２つが互いに結合して脂環式の炭化水素環を形成していてもよい。］
で表されるアミン化合物を触媒の存在下で反応させて下記一般式（３）

［上記一般式（２）中、Ｒ^１，Ｒ^２は、上記と同じ定義である。］
で表されるＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアダマンタンを得るアミノアダマンタン誘導体の製造方法。

［２］触媒がヨウ素であることを特徴とする請求項１に記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。

［３］触媒の使用量が、上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり０．０１〜１．０モルの範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。

［４］上記一般式（２）で表されるアミン化合物を、上記一般式（１）で示されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり２．０〜１００．０モルの範囲で使用することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。

［５］反応時の含水量が、上記一般式（１）で示されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり１．０モル％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。

［６］上記一般式（１）で示されるハロゲン化アダマンタンと上記一般式（２）で表されるアミン化合物を、５０℃〜２５０℃の温度範囲で反応させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。

本発明のアミノアダマンタン誘導体の製造方法によれば、上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタンを効率的に高収率でアミノ化することができる。

本発明において用いられる上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタンとしては、１−クロロアダマンタンと１−ブロモアダマンタンが挙げられるが、入手し易さから１−ブロモアダマンタンが好ましい。

本発明において用いられる上記一般式（２）で表されるアミン化合物としては、特に限定するものではないが、例えば、
Ｎ、Ｎ−ジメチルアミン、Ｎ、Ｎ−ジエチルアミン、Ｎ、Ｎ−ジプロピルアミン、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルアミン、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアミン等の直鎖状ジアルキルアミン類、
Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルアミン等の分岐状ジアルキルアミン類、
ピロリジン、ピペリジン、２−メチルピペリジン、３−メチルピペリジン、４−メチルピペリジン等の脂環式アミン類
等が挙げられる。

本発明において触媒としては、不活性なハロゲン化アダマンタンからの反応を活性化する触媒がよく、特に限定するものではないが、溶解性や反応性を考慮すると、ヨウ素を使用することが望ましい。

本発明において、触媒の使用量は、上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり０．０１〜１．０モルであることが好ましく、更に好ましくは０．１〜０．５モルである。０．０１モル未満であると十分な反応速度が得られず、１．０モル以上ではコスト的に不利である。

本発明で使用される上記一般式（２）で表されるアミン化合物の使用量は、上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり２．０〜１００．０モル使用することができるが、１．０モル当たり２．０〜５０．０モルであることが好ましく、２．０モル未満であると反応が完結せず、５０．０モル超える量では副生成物の増加や余剰なアミン化合物の回収を行う必要がある。

本発明において反応は、通常は無溶媒条件で行う。また、場合によっては不活性溶媒の存在下で行うことも可能である。不活性溶媒としては、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン等の直鎖状脂肪族炭化水素溶媒、ジメチルブタン、メチルペンタン、ジメチルペンタン、メチルヘキサン、トリメチルペンタン、ジメチルヘキサン、メチルヘプタン等の分岐状脂肪族炭化水素溶媒、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、メチルシクロペンタン、メチルシクロへキサン、メチルシクロヘプタン、メチルシクロオクタン、ジメチルシクロペンタン、ジメチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘプタン、ジメチルシクロオクタン、エチルシクロペンタン、エチルシクロヘキサン、エチルシクロヘプタン、エチルシクロオクタン等の環状脂肪族炭化水素溶媒、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ｎ−プロピルエーテル、ｎ−ブチルエーテル、ｎ−ペンチルエーテル、ｎ−ヘキシルエーテル、ｎ−オクチルエーテル等の直鎖状脂肪族エーテル、イソプロピルエーテル、イソブチルエーテル、ブチルメチルエーテル、ブチルエチルエーテル、ｓｅｃ−ブチルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルエチルエーテル等の分岐状脂肪族エーテル、混合物として石油エーテル、石油ベンジン、リグロイン、さらにジメチルスルホキサイド、ジエチルエーテル、ＤＭＦ、ＨＭＰＡ、等を挙げることができる。このうち、ジメチルスルホキサイド、ジエチルエーテル、ＴＨＦ、ＤＭＦ、ＨＭＰＡは、極性溶媒であり、反応溶媒として好ましい。本発明においては、これらを単独で、又は任意の割合で混合して使用しても良い。なお、溶媒自身がプロトン源として作用する場合はアダマンタンを副生する可能性があり（例えば、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１７，１１４８８項（１９９５）参照）、また、好ましい溶媒も高価なため、本発明においては無溶媒条件が特に好ましい。

本発明において、反応溶液中の含水量は、１−アダマンタノールの副生を抑えるため、上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタン１モル当たり０．０１モル以下であることが好ましい。

本発明において、反応温度として好適な温度は５０℃〜２５０℃の範囲であるが、更に好ましくは１００℃〜２００℃である。５０℃よりも低い温度では、十分な反応速度が得られないおそれがあり、また、２５０℃よりも高い温度では、目的生成物の分解の可能性もある。

本発明において、加熱反応中に低沸点のアミン化合物や触媒が揮発しやすいため、反応は密閉容器で行うことが望ましい。また、反応時の圧力は、常圧から１０ＭＰａ程度で十分である。

本発明において、アミノ化反応後に得られたアミノアダマンタン誘導体の精製法としては、特に限定するものではないが、例えば、アルカリ洗浄後、蒸留を行って目的物を得ることができる。また、アルカリ洗浄する際に用いられる脱ハロゲン化試剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土金属の水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム等のアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属の炭酸水素塩を挙げることができる。これらのうち、工業的には経済性の面で、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウムが好ましい。

以下に、本発明の詳細について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定して解釈されるものではない。なお、本実施例における生成物の収率は、ガスクロマトグラフィーにて以下のとおり確認した。

ガスクロマトグラフィー：（島津製作所製ＧＣ−２０１４、測定条件キャピラリーカラム（Ｊ＆ＷＳｃｉｅｎｃｅ社製ＤＢ−１）、昇温、検出器ＦＩＤ）。

実施例１：
撹拌子を入れたステンレス製の３０ｍｌ簡易耐圧容器に、１−ブロモアダマンタン１．０ｇ（４．７ｍｍｏｌ）、ヨウ素０．２４ｇ（０．９３ｍｍｏｌ）を入れ、反応器を窒素雰囲気下でドライアイスバスにつけて冷却した状態でボンベからジメチルアミンガスを通じてジメチルアミン９．６ｇ（２１２ｍｍｏｌ）を冷却捕集した。反応器を密閉後、オイルバスに漬け加温撹拌し１８０℃まで昇温し、続けて同条件で４時間反応を行った。尚、反応時の圧力は１０Ｍｐａを越えることはなかった。反応終了後に反応器を室温まで冷却し、得られたスラリー状物に４８％苛性水溶液とジクロロメタンを加えて中和、抽出を行い、分液して得られた反応液についてガスクロマトグラフィー分析（内部標準法）を行った。その結果、１−ブロモアダマンタンの転化率は９７．１％であり、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１−アミノアダマンタンが収率９１．６％で得られ、アダマンタン−１−オールが１．７％とアダマンタンが２．３％得られたことを確認した。反応条件と結果の詳細を表１に示す。

実施例２：
実施例１で、ヨウ素０．２４ｇ（０．９３ｍｍｏｌ）を使用した代わりに、ヨウ素０．
１２ｇ（０．４７ｍｍｏｌ）を使用した以外は全て実施例１と同様に反応を行った。他の例とともに実施例２の結果を表１に示す。

実施例３：
実施例１で、ヨウ素０．２４ｇ（０．９３ｍｍｏｌ）を使用した代わりに、ヨウ素０．
１２ｇ（０．４７ｍｍｏｌ）を使用し、反応時間を８時間に延長した以外は全て実施例１と同様に反応を行った。他の例とともに実施例３の結果を表１に示す。

実施例４：
実施例１で、ヨウ素０．２４ｇ（０．９３ｍｍｏｌ）を使用した代わりに、ヨウ素０．
０９ｇ（０．０９ｍｍｏｌ）を使用した以外は全て実施例１と同様に反応を行った。他の例とともに実施例４の結果を表１に示す。

実施例５：
実施例１で、無水条件であった代わりに、更に、水０．９ｍｇ（０．０５ｍｍｏｌ）を加えた以外は全て実施例１と同様に反応を行った。他の例とともに実施例５の結果を表１に示す。

比較例：
実施例１で、ヨウ素０．２４ｇ（０．９３ｍｍｏｌ）を使用した代わりに、ヨウ素を添
加せず、全て実施例１と同様に反応を行った。その結果、１−ブロモアダマンタンは全く反応せず、１００％回収されたことを確認した。反応条件と結果の詳細を表１に示す。他の例とともに比較例の結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜実施例３では、比較例で示される、触媒がない場合と比較して、反応の進行が認められ、１−ブロモアダマンタンの残存率は低く、また、反応終了後のＮ，Ｎ−ジメチルアミノアダマンタンの収率も高い。

参考例１：
実施例１で、無水条件でジメチルアミンガスを捕集した代わりに、５０％ジメチルアミン水溶液を４．３ｇ（アミン含量２．１５ｇ４７．７８ｍｍｏｌ、水２．１５ｇ１１９．４４ｍｍｏｌ）を加えた以外は全て実施例１と同様に反応を行った。他の例とともに参考例１の結果を表１にあわせて示す。

表１から明らかなように、反応溶液中に大過剰の水が含まれる場合、副生物である１−アダマンタノールが主生成物となることから、実施例１〜実施例５のように、反応溶液中の含水量をが１−ハロゲン化アダマンタン１モル当たり０．０１モル以下とすることが望ましいことがわかる。

参考例２：
撹拌子を入れた５０ｍｌの４つ口フラスコに、１−ブロモアダマンタン２．０ｇ（９．３１ｍｍｏｌ）、ヨウ素０．４７ｇ（１．８６ｍｍｏｌ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルミド１
０．０ｇと一緒に入れ、オイルバスに漬け加温撹拌し１４４℃まで昇温した。ジメチルアミンガスを吹き込みながら続けて同条件で１．３時間反応を行ったところ、使用したジメチルアミンガス量は４．１９ｇ（９３．１１ｍｍｏｌ）であった。反応終了後に反応液は実施例１と同様に処理を行った。他の例とともに参考例２の結果を表１にあわせて示す。

表１から明らかなように、密閉容器を使用せず、常圧での吹込み反応として実施すると、反応性が悪く、反応する前にガスが逃げてしまい反応が起こらないことから、実施例１〜実施例５のように、密閉容器で反応を行うことが望ましいことがわかる。

Claims

下記一般式（１）

［上記一般式（１）中、ＸはＣｌ、Ｂｒのいずれかのハロゲン基を示す。］
で表されるハロゲン化アダマンタンと、下記一般式（２）

［上記一般式（２）中、Ｒ^１，Ｒ^２は、同一又は異なって、炭素数１〜３のアルキル鎖を示し、これら２つが互いに結合して脂環式の炭化水素環を形成していてもよい。］
で表されるアミン化合物を触媒としてヨウ素の存在下で反応させて下記一般式（３）

［上記一般式（２）中、Ｒ^１，Ｒ^２は、上記と同じ定義である。］
で表されるＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアダマンタンを得るアミノアダマンタン誘導体の製造方法。
触媒の使用量が、上記一般式（１）で表されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり０．０１〜１．０モルの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。
上記一般式（２）で表されるアミン化合物を、上記一般式（１）で示されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり２．０〜１００．０モルの範囲で使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。
反応時の含水量が、上記一般式（１）で示されるハロゲン化アダマンタン１．０モル当たり１．０モル％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。
上記一般式（１）で示されるハロゲン化アダマンタンと上記一般式（２）で表されるアミン化合物を、５０℃〜２５０℃の温度範囲で反応させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアミノアダマンタン誘導体の製造方法。