JP5388040B2 - ホスフィンオキシド誘導体からホスフィン誘導体の製造法 - Google Patents
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Description
また、本発明は(1)式で示されるホスフィンオキシド誘導体を塩素化剤と共に電解還元することを含む(2)式で示されるホスフィン誘導体の製造方法に関する。
また、下記(1)式で示されるホスフィンオキシド誘導体を簡単な前処理により活性化五価リン化合物に変換し、これを分離・精製することなく、反応混合物をそのまま電解還元を行なうことにより一挙に下記(2)式で示されるホスフィン誘導体に変換する方法について鋭意研究した結果、ホスフィン誘導体を効率よく得ることに成功した。
上記(1)及び(2)式において、Arはフェニル基、置換基を有するフェニル基、複素芳香環基、置換基を有する複素芳香環基などのアリール基を示し、Rは脂肪族炭化水素基又は置換基を有する脂肪族炭化水素基を示し、nは0〜3の整数を示す。
[1].I.下記(1)式で表されるホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤とを極性有機溶媒中で混合し、反応させる工程、及び
II−1.前記反応混合物にイオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を加え、アルミニウムの存在下で還元反応させるか、又は、
II−2.前記反応混合物を電解還元することにより
下記(2)式で表されるホスフィン誘導体を生成する工程
を含むホスフィンオキシド誘導体からホスフィン誘導体を製造する方法。
上記(1)及び(2)式において、Arはフェニル基、置換基を有するフェニル基、複素芳香環基、置換基を有する複素芳香環基などのアリール基を示し、Rは脂肪族炭化水素基又は置換基を有する脂肪族炭化水素基を示し、nは0〜3の整数を示す。
[2].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を加える際に、アルミニウムも併せて反応混合物に加える、[1]に記載の方法。
[3].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、ホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤とを極性有機溶媒中で混合する際に、アルミニウムも併せて混合する、[1]に記載の方法。
[4].塩素化剤が塩化オキザリル、ホスゲン、ジホスゲン、又は塩化チオニルのいずれかである、[1]から[3]のいずれかに記載の方法。
[5].ホスフィンオキシド誘導体の使用量は極性有機溶媒に対して5〜50質量%である、[1]から[4]のいずれかに記載の方法。
[6].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、アルミニウムの使用量がホスフィンオキシド誘導体1モルに対し0.66〜5モルである、[1]から[5]のいずれかに記載の方法。
[7].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、前記金属の塩が、イオン化傾向がスズ以下の金属の塩である[1]から[6]のいずれかに記載の方法。
[8].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩として、4〜15族の金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、過塩素酸塩、硫酸塩、又は硝酸塩を用いる、[1]から[6]のいずれかに記載の方法。
[9].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、前記金属の塩が、イオン化傾向がスズ以下の金属の塩化物、又は臭化物である[1]から[7]のいずれかに記載の方法。
[10].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩の使用量がアルミニウム1モルに対して0.0001〜1モルである、[1]から[9]のいずれかに記載の方法。
[11].極性有機溶媒が非プロトン性極性有機溶媒である、[1]から[10]のいずれかに記載の方法。
[12].極性有機溶媒がアセトニトリル又はアセトニトリルを主溶媒とする混合溶媒である、[1]から[11]のいずれかに記載の方法。
[13].前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、その際に前記還元反応を過剰のアルミニウムの存在下で行い、前記還元反応後に回収したアルミニウムに、更にホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤と極性有機溶媒とを加え、ホスフィン誘導体を生成する、[1]から[12]のいずれかに記載の方法。
[14].下記(36)式で示されるトリアリールホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤との混合物を極性有機溶媒中で電解還元することを特徴とする下記(37)式で示されるトリアリールホスフィン誘導体の製造方法:
式中、Arはフェニル基、p−メチルやp−メトキシなどの置換基を有するフェニル基や、2−ピリジル基、3−ピリジル基、3−チエニル基などの複素芳香環基などのアリール基を示す;
式中、Arはフェニル基、p−メチルやp−メトキシなどの置換基を有するフェニル基や、2−ピリジル基、3−ピリジル基、3−チエニル基などの複素芳香環基などのアリール基を示す。
[15].下記(36)式で示されるトリアリールホスフィンオキシド誘導体から下記(37)式で示されるトリアリールホスフィン誘導体を製造する方法であって、
トリアリールホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤とを極性有機溶媒中で混合し、反応させる工程、及び
前記反応混合物にイオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を加え、還元反応させ、トリアリールホスフィン誘導体を生成する工程
を含み、
前記還元反応は、アルミニウムの存在下で行う、前記方法。
上記(36)及び(37)式において、Arはフェニル基、置換基を有するフェニル基、複素芳香環基、置換基を有する複素芳香環基などのアリール基を示す。
すなわち、従来の製造法では、まず、ホスフィンオキシド誘導体にホスゲンなどの塩素化剤を反応させてホスフィンジクロリド誘導体を調製し、生成したホスフィンジクロリド誘導体を精製、単離した後、これを還元反応することによりホスフィン誘導体を合成する必要があった。精製・単離操作が必要なのは、塩素化剤や副生する塩素化物を限度内に減少させることが必要なためであり、また従来の方法だと操作に長時間を要するとともに収率の低下をもたらすものであった。これに対し、本発明の製造法は、還元反応において、塩素化剤や副生する塩素化物の影響を受けないため、塩素化反応で生成した反応混合物から、ホスフィンジクロリド誘導体を精製、単離することなく、反応混合物をそのまま還元反応することができ、操作にかかる時間を短縮でき、収率を高めることができるものである。
また、ホスフィンジクロリド誘導体からホスフィン誘導体を合成する従来方法はいずれも90〜180℃の高温反応条件で実施しており、処理時間も数時間〜20時間の長時間かかるものが多かった。これに対し、本発明の方法では、従来の技術に比べ低温(例えば室温)で、かつ短時間(例えば10分間程度)で反応を行うことができる。更に、従来の方法では、アルミニウムは粉末状であらかじめ篩により適当な範囲の粒径(200〜500μm)に揃えたものを使用する必要があった。しかし粒径の調整にコストがかかるだけでなく、粉末状のアルミニウムは発火しやすくその取り扱いには格別の注意が必要であった。これに対し、本発明の製造法によれば、アルミニウムの形状、粒径の制約が少なく、例えば、アルミニウム箔を使用することができ、取扱が極めて容易である。
このように、本発明の製造法によれば、アルミニウム及びイオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を使用することにより、ホスフィンオキシド誘導体からの塩素化処理と還元反応を、危険性の高い薬品を使用することなく、従来技術に比べ低温かつ短時間で実施することができ工業的に有利に実施できる。更に、反応中間生成物(ホスフィンジクロリド誘導体)を精製、単離する必要がないため、高収率での製造が可能である。更に、全反応をワンポット(一つの反応容器)で実施することも可能であり、これにより工業的に極めて有利に実施することができる。
更に、本発明の製造法においては、1回目の反応を、過剰のアルミニウムを用いて行ない、固体として存在するアルミニウムを反応液からろ過等の方法で分離、回収し、回収したアルミニウムを用いて、更に2回目以降の反応を行うこともできる。このように、回収したアルミニウムを繰り返し用いて反応を行うことにより、2回目以降の反応を実施することができ、工業的に有利に実施することができる。
また、ホスフィンオキシド誘導体から簡単な前処理と電解還元をすることにより、ホスフィン誘導体を安価でかつ安全に工業的製造することができる。
次に、脂肪族炭化水素基(R)とはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等の脂肪族炭化水素基であり、置換基を有するものも含むものとする。
nは0〜3の整数であり、n=3であるトリアリールホスフィンオキシド又はn=2であるジアリールアルキルホスフィンオキシドが好ましく用いられ、具体的には、トリフェニルホスフィンオキシド、トリ(p−トリル)ホスフィンオキシド、トリ(m−トリル)ホスフィンオキシド、トリ(o−トリル)ホスフィンオキシド、トリ(p−メトキシフェニル)ホスフィンオキシド、トリ(p−クロロフェニル)ホスフィンオキシド、トリ(2−フリル)ホスフィンオキシド、ジフェニルメチルホスフィンオキシド、ジフェニルエチルホスフィンオキシドが好ましく用いられ、トリフェニルホスフィンオキシドが最も好ましく用いられる。
このようにして還元反応で得られ反応混合物から、溶媒抽出、再結晶等の従来公知の方法によって分離、精製し、ホスフィン誘導体が得られる。反応混合物には、塩化アルミニウム、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属塩が含まれており、これらを精製により除去する必要があり、精製後のホスフィン誘導体中の塩化アルミニウム含有量は10ppm以下とするのが好ましく、1ppm以下とするのが更に好ましい。また、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属塩は1ppm以下とするのが好ましく、実質的に0ppmとするのが更に好ましい。
また、本発明において、上述のように、ホスフィンオキシド誘導体からホスフィン誘導体を製造するにおいて、過剰のアルミニウムを用いて反応を行ない(1回目の反応)、固体として存在するアルミニウムを反応液からろ過等の方法で分離、回収し、回収したアルミニウムを用いて、更に、ホスフィンオキシド誘導体からホスフィン誘導体を製造し、これを繰り返すことができる。(2回目以降の反応)。この場合、2回目以降の反応においては、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を使用する必要がない。このように、2回目以降の反応でイオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を添加せずに反応が進行することは、イオン傾向がアルミニウム以下の金属の塩により一度アルミニウムが活性化させると、繰り返し反応を行っても系中のアルミニウムは活性化された状態が続く事を示すものである。
なお、上記「過剰」とは、反応に用いられるアルミニウムの理論量(ホスフィンオキシド誘導体1モルに対してアルミニウム0.67モル)に対し、通常、2倍以上5000倍以下、好ましくは5倍以上500倍以下のアルミニウムを用いることをいう。
このように、回収したアルミニウムを用いて繰り返し反応を行うことにより、2回目以降の反応を効率よく実施することができ、工業的に有利に実施することができる。
次に、脂肪族炭化水素基(R)とはアルキル基、アルケニル基、アルキニル基等の脂肪族炭化水素基であり、置換基を有するものも含むものとする。
nは0〜3の整数であり、n=3であるトリアリールホスフィンオキシド又はn=2であるジアリールアルキルホスフィンオキシドが好ましく用いられ、具体的には、トリフェニルホスフィンオキシド、トリ(p−トリル)ホスフィンオキシド、トリ(m−トリル)ホスフィンオキシド、トリ(o−トリル)ホスフィンオキシド、トリ(p−メトキシフェニル)ホスフィンオキシド、トリ(p−クロロフェニル)ホスフィンオキシド、トリ(2−フリル)ホスフィンオキシド、ジフェニルメチルホスフィンオキシド、ジフェニルエチルホスフィンオキシドが好ましく用いられ、トリフェニルホスフィンオキシドが最も好ましく用いられる。
本発明で用いられる塩素化剤としては、塩化オキザリル、ホスゲン、ジホスゲン、塩化チオニル、塩化ホスホリル、五塩化リン、ペルクロロブタン酸塩化物、ジクロロベンゾジオキソール、塩化N,N−ジメチルクロロメチルインモニウム又は塩化N,N−ジエチルクロロメチルインモニウムが用いられる。これらの中で、塩素化反応の副生成物が気体のみである塩素化剤が好ましく用いられ、具体的には、塩化オキザリル、ホスゲン、ジホスゲン、又は塩化チオニルより好ましく用いられる。ホスフィンオキシド誘導体に対して等モルあるいは小過剰の塩素化剤を添加し、0〜80℃で1分〜1時間混合させた後電解を行う。塩素化剤として塩化オキザリルを等モル添加し、室温下、1〜2分混合した後、電解を行うことが好ましい。
反応器にトリフェニルホスフィンオキシド(1.405g、5.0mmol)とアセトニトリル(5mL)とを量り取り、これに室温下、塩化オキザリル(0.43mL、5.05mmol)を加え10分間かき混ぜた。この反応液中に、あらかじめ細かく刻んだアルミニウム箔(135mg、5.0mmol)と臭化鉛(18mg、0.05mmol)とを加え、つづいて室温下1時間かき混ぜて反応させた。反応液を反応器から氷−5%塩酸水溶液中に注いで反応を停止したのち、有機層を分離し、水層を酢酸エチルで3回抽出した。有機層を一つにまとめ、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥、減圧下濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、トリフェニルホスフィン(1.189g、4.5mmol、収率90%)とトリフェニルホスフィンオキシド(128mg、0.45mmol、回収率9%)とを得た。
反応器にトリフェニルホスフィンオキシド(1.40g、5.0mmol)と細かく刻んだアルミニウム箔(136mg、5.0mmol)とアセトニトリル(5mL)とを量り取り、これに塩化オキザリル(0.46mL、5.1mmol)を室温下で加え、同温度で10分間かき混ぜた。つづいてこの反応液に臭化鉛(18mg、0.05mmol)を加え、室温で30分間かき混ぜたのち、反応液を反応器から氷−5%塩酸水溶液中に注いで反応を停止した。有機層を分離し、水層を酢酸エチルで抽出した(3回)。有機層を一つにまとめ、飽和食塩水で洗浄したのち、硫酸ナトリウム上で乾燥、減圧下濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトで精製して、トリフェニルホスフィン(1162mg、4.4mmol、収率88%)とトリフェニルホスフィンオキシド(21mg、0.07mmol、回収率2%)とを得た。
反応器にトリフェニルホスフィンオキシド(1.405g、5.0mmol)とアセトニトリル(5mL)とを量り取り、これに室温下、塩化オキザリル(0.43mL、5.05mmol)を加え10分間かき混ぜた。この反応液中に、あらかじめ細かく刻んだアルミニウム箔(135mg、5.0mmol)を加え、室温下1時間かき混ぜて反応させた。反応液を反応器から氷−5%塩酸水溶液中に注いで反応を停止したのち、有機層を分離し、水層を酢酸エチルで3回抽出した。有機層を一つにまとめ、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥、減圧下濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、トリフェニルホスフィン(47mg、0.18mmol、収率4%)とトリフェニルホスフィンオキシド(1.32g、4.75mmol、回収率94%)とを得た。
表1に示したイオン傾向がアルミニウム以下の金属の塩(触媒)、その添加量、および反応時間とした以外は実施例1と同様の操作及び反応条件下でトリフェニルホスフィンオキシドからトリフェニルホスフィンへの還元反応を実施した。
表2に示した溶媒を用いた以外は、実施例1と同様の操作及び反応条件下でトリフェニルホスフィンオキシドからトリフェニルホスフィンへの還元反応を実施した。
収率はシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、単離収量から算出した。
あらかじめ細かく刻んだアルミニウム箔に変えて表3に示した形態のアルミニウムを用いた以外は、実施例1と同様の操作及び反応条件下でトリフェニルホスフィンオキシドからトリフェニルホスフィンへの還元反応を実施した。
収率はシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、単離収量から算出した。
トリフェニルホスフィンオキシドに変えて表4に示したホスフィンオキシドを用いた以外は、実施例1と同様の操作及び反応条件下で還元反応を実施した。
収率はシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、単離収量から算出した。
反応器にトリフェニルホスフィンオキシド(1.40g,5.0mmol)と、粒状アルミニウム(球状、f=3mm,2.13g,78.9mmol)とアセトニトリル(5mL)とを量り取り、これに室温下で、塩化オキザリル(0.46mL,5.10mmol)を加え10分間かき混ぜた。この反応液中に、臭化鉛(17mg,0.05mmol)を加え、室温下1時間かき混ぜて反応させた。反応液をスポイトで取り出して氷−5%塩酸水溶液中に注ぎ、さらに粒状アルミニウムを酢酸エチルで洗浄し、洗液も同様に氷−5%塩酸水溶液中に注いだ。有機層を分離し、水層を酢酸エチルで3回抽出した。有機層を一つにまとめ、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥、減圧下濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、トリフェニルホスフィン(1.26g,4.82mmol,収率96%)とトリフェニルホスフィンオキシド(28mg,0.10mmol,回収率2%)とを得た(1回目の反応)。
1回目の反応後に回収した粒状アルミニウムの入った反応器にトリフェニルホスフィンオキシド(1.401g,5.0mmol)とアセトニトリル(5mL)とを量り取り、これに室温下で、塩化オキザリル(0.46mL,5.10mmol)を加え1時間かき混ぜて反応させた。反応液をスポイトで取り出して氷−5%塩酸水溶液中に注ぎ、さらに粒状アルミニウムを酢酸エチルで洗浄し、洗液も同様に氷−5%塩酸水溶液中に注いだ。有機層を分離し、水層を酢酸エチルで3回抽出した。有機層を一つにまとめ、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥、減圧下濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、トリフェニルホスフィン(1.23g,4.67mmol,収率93%)とトリフェニルホスフィンオキシド(40mg,0.14mmol,回収率3%)とを得た(2回目の反応)。
2回目の反応後に回収した粒状アルミニウムの入った反応器にトリフェニルホスフィンオキシド(1.40g,5.0mmol)とアセトニトリル(5mL)とを量り取り、これに室温下で、塩化オキザリル(0.46mL,5.10mmol)を加え室温下1時間かき混ぜて反応させた。反応液をスポイトで取り出して氷−5%塩酸水溶液中に注ぎ、さらにアルミニウム粒を酢酸エチルで洗浄し、洗液も同様に氷−5%塩酸水溶液中に注いだ。有機層を分離し、水層を酢酸エチルで3回抽出した。有機層を一つにまとめ、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥、減圧下濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、トリフェニルホスフィン(1.22g,4.63mmol,収率92%)とトリフェニルホスフィンオキシド(10mg,0.04mmol,回収率0.7%)とを得た(3回目の反応)。
ガラス容器にトリフェニルホスフィンオキシド、1.39g(5.0mmol)を量りとり、これにアセトニトリル(3mL)と塩化オキザリル(0.43mL)とを加えて1〜2分間攪拌した。次に、トリフルオロメタンスルホン酸テトラブチルアンモニウム(196mg,0.5mmol)を加えた後、アルミニウム電極(陽極、1.5×1.0cm2)と白金電極(陰極、1.5×1.0cm2)を反応液中に浸し、攪拌しながら50mAで定電流電解を行った。トリフェニルホスフィンオキシドに対して3F/molの電気量(8時間)を流した後、反応後の混合液を氷−5%HCl水溶液中に加えてよく振り混ぜ、酢酸エチルで抽出した。抽出液を一つにまとめ、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウム上で乾燥させた後、減圧下濃縮した。残渣をガスクロマトグラフィーで分析した結果、トリフェニルホスフィンを85%の収率で生成しており、トリフェニルホスフィンオキシドの6%が回収されたことが分かった。
Claims (15)
- I.下記(1)式で表されるホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤とを極性有機溶媒中で混合し、反応させる工程、及び
II−1.前記反応混合物にイオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を加え、アルミニウムの存在下で還元反応させるか、又は、
II−2.前記反応混合物を電解還元することにより
下記(2)式で表されるホスフィン誘導体を生成する工程
を含むホスフィンオキシド誘導体からホスフィン誘導体を製造する方法。
上記(1)及び(2)式において、Arはフェニル基、置換基を有するフェニル基、複素芳香環基又は置換基を有する複素芳香環基を示し、Rは脂肪族炭化水素基又は置換基を有する脂肪族炭化水素基を示し、nは0〜3の整数を示す。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩を加える際に、アルミニウムも併せて反応混合物に加える、請求項1に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、ホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤とを極性有機溶媒中で混合する際に、アルミニウムも併せて混合する、請求項1に記載の方法。
- 塩素化剤が塩化オキザリル、ホスゲン、ジホスゲン、又は塩化チオニルのいずれかである、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- ホスフィンオキシド誘導体の使用量は極性有機溶媒に対して5〜50質量%である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、アルミニウムの使用量がホスフィンオキシド誘導体1モルに対し0.66〜5モルである、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、前記金属の塩が、イオン化傾向がスズ以下の金属の塩である請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩として、4〜15族の金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、過塩素酸塩、硫酸塩、又は硝酸塩を用いる、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、前記金属の塩が、イオン化傾向がスズ以下の金属の塩化物、又は臭化物である請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、かつ、イオン化傾向がアルミニウム以下の金属の塩の使用量がアルミニウム1モルに対して0.0001〜1モルである、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 極性有機溶媒が非プロトン性極性有機溶媒である、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 極性有機溶媒がアセトニトリル又はアセトニトリルを主溶媒とする混合溶媒である、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記II−1の還元反応によりホスフィン誘導体を生成し、その際に前記還元反応を過剰のアルミニウムの存在下で行い、前記還元反応後に回収したアルミニウムに、更にホスフィンオキシド誘導体と塩素化剤と極性有機溶媒とを加え、ホスフィン誘導体を生成する、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
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