JP5454140B2 - ルテニウム触媒を用いた重水素化方法 - Google Patents

ルテニウム触媒を用いた重水素化方法 Download PDF

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Description

本発明は、ルテニウム触媒を用いた重水素化方法に関する。
重水素化（ジュウテリウム化及びトリチウム化）された化合物は、種々の目的に有用であるとされている。例えば、ジュウテリウム化された化合物は、反応機構及び物質代謝などの解明に非常に有用であり、標識化合物として広く利用されており、更に該化合物は、その同位体効果によって化合物自体の安定性や性質が変化することから、医薬品、農薬品、有機ＥＬ材料等としても有用であるとされている。また、トリチウム化された化合物は、医薬品等の吸収、分布、血中濃度、排泄、代謝等を動物実験等で調査する際の標識化合物として有用であるとされている。そのため、近年、これらの分野に於いても重水素化（ジュウテリウム化及びトリチウム化）された化合物を用いた研究が盛んに行われている。
従来、このような重水素化された化合物を得るために様々な方法が用いられているが、中でもその構造中にヒドロキシル基又は／及びアミノ基を有する化合物を選択的に重水素化する技術は未だ問題が多く、重水素化された化合物を効率的且つ工業的に得ることは困難であった。
アルコールのα位の選択的重水素化方法としては、例えばアルデヒドやケトンを重水素ガス又は重水素化還元剤（例えばＮａＢＤ４、ＬｉＡＩＤ４等）により還元する方法等が挙げられる。しかしながら、これらの方法は例えばコストがかかる、安全性の面で取扱いが困難である等の問題を有している。
また、アルコールを基質として重水素を直接導入する直接的重水素化方法としては、例えば（１）ラネーニッケルの共存下、還流下で重水と反応させる方法（非特許文献１）、（２）モリブドセンの共存下、重水と反応させる方法（非特許文献２）、（３）ルテニウム触媒としてRuCl2(PPh3)2の共存下、マイクロウェーブを用いて１５０℃で１０気圧下で重水と反応させる方法（非特許文献３）等が挙げられる。
しかしながら、例えば方法（１）では多量の重水を使用しなければならない、方法（２）では重水素化率が低い、方法（３）ではマイクロウェーブを用いなければならない、過酷な反応条件下で行わなければならない等の問題点を有している。
また、本発明者等は、ケトン及び２級アルコールを活性化されたパラジウム触媒の共存下で重水と反応させる方法（例えば特許文献１、非特許文献４等）等を開発した。しかしながら、基質の選択的重水素化反応の検討には至っていなかった。
このような状況下、アルコール及びアミン類のα位選択的重水素化方法、更には各種基質の効率的な重水素化方法の開発が望まれている現状にある。
国際公開WO2004/060831号公報 Carbohydr. Res. 1977, 89, C1-C6 Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 2406 Chem. Lett. 2005, 34, 192 J.Org.Chem. 2007, 72, 2143-2150
本発明は、上記した如き状況に鑑みなされたもので、ルテニウム触媒を用いることにより、基質を効率よく重水素化する方法を提供する。
本発明は、ルテニウム触媒と水素ガスの共存下、ヒドロキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基、エーテル結合又は／及び−ＮＨ−基を有する化合物を重水素源と反応させることを特徴とする、重水素化方法の発明である。
ルテニウム触媒を用いた本発明の重水素化方法によれば、従来法が有していた、例えば多量の重水を使用する、過酷な反応条件下で行う必要がある、重水素化率が低い等の問題を有することなく、各種化合物を効率よく重水素化することができる。特にヒドロキシル基又は／及びアミノ基を有する化合物中のヒドロキシル基又は／及びアミノ基に直結した炭素原子に結合する水素原子を穏和な条件下で選択的に重水素化することができる。
本発明に於いて、「重水素原子」とはジュウテリウム（Ｄ）原子又はトリチウム（Ｔ）原子のことを意味し、「重水素化」とはジュウテリウム化又はトリチウム化のことを意味する。また、本明細書に於いて重水素化率とは、化合物中のヒドロキシル基又は／及びアミノ基に直結した炭素原子に結合する全水素原子のうち重水素原子に置換された比率のことを意味する。更にまた、本明細書に於いて「基質を効率よく重水素化する」とは、基質全体の重水素化率を向上させることのみならず、基質の特定の位置を高い選択率で重水素化し得ることも意味する。
本発明に係る、ヒドロキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基、エーテル結合又は／及び−ＮＨ−基を有する化合物としては、例えば一般式［１］
Figure 0005454140
〔式中、Ｘ１はヒドロキシル基又は一般式［２］
Figure 0005454140
（式中、Ｒ２及びＲ３は夫々独立して水素原子、アルキル基又はアラルキル基を表す。）で示されるアミノ基を表し、Ｒ１は、水素原子、或いはＸ１及びカルボキシル基から選ばれる置換基を有していてもよいアルキル基又はアラルキル基を表す。但し、Ｘ１が一般式［２］で示される基であり且つＲ２とＲ３が共に水素原子である場合、Ｒ１は置換基を有していてもよい直鎖状又は環状アルキル基である。〕で示されるもの、一般式［５］
Figure 0005454140
（式中、Ｒ４及びＲ５は夫々独立して直鎖状アルキル基を表し、Ｘ２はエーテル結合又は−ＮＨ−基を表す。）で示されるもの、一般式［６］
Figure 0005454140
（式中、Ｙは酸素原子又はメチレン基を表す。）で示されるもの等が挙げられる。
一般式［１］に於いて、Ｒ１で示される置換基を有していてもよいアルキル基のアルキル基としては、直鎖状、分枝状或いは環状の何れでもよく、通常炭素数１〜３０、好ましくは１〜１８のものが挙げられ、具体的には、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-シクロヘキシル基、tert-シクロヘキシル基、ネオシクロヘキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、sec-ヘプチル基、tert-ヘプチル基、ネオヘプチル基、2,4-ジメチルペンチル基、1-n-プロピルブチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、sec-オクチル基、tert-オクチル基、ネオオクチル基、n-ノニル基、イソノニル基、sec-ノニル基、tert-ノニル基、ネオノニル基、1-メチルノニル基、n-デシル基、イソデシル基、sec-デシル基、tert-デシル基、ネオデシル基、3,7-ジメチルオクチル基、2-イソプロピル-5-メチルヘキシル基、n-ウンデシル基、イソウンデシル基、sec-ウンデシル基、tert-ウンデシル基、ネオウンデシル基、n-ドデシル基、イソドデシル基、sec-ドデシル基、tert-ドデシル基、ネオドデシル基、n-トリデシル基、イソトリデシル基、sec-トリデシル基、tert-トリデシル基、ネオトリデシル基、n-テトラデシル基、イソテトラデシル基、sec-テトラデシル基、tert-テトラデシル基、ネオテトラデシル基、1-イソブチル-4-エチルオクチル基、n-ペンタデシル基、イソペンタデシル基、sec-ペンタデシル基、tert-ペンタデシル基、ネオペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、sec-ヘキサデシル基、tert-ヘキサデシル基、ネオヘキサデシル基、1-メチルペンタデシル基、n-ヘプタデシル基、イソヘプタデシル基、sec-ヘプタデシル基、tert-ヘプタデシル基、ネオヘプタデシル基、n-オクタデシル基、イソオクタデシル基、sec-オクタデシル基、tert-オクタデシル基、ネオオクタデシル基、n-ノナデシル基、イソノナデシル基、sec-ノナデシル基、tert-ノナデシル基、ネオノナデシル基、1-メチルオクチル基、n-イコシル基、イソイコシル基、sec-イコシル基、tert-イコシル基、ネオイコシル基、n-ヘンイコシル基、イソヘンイコシル基、sec-ヘンイコシル基、tert-ヘンイコシル基、ネオヘンイコシル基、n-ドコシル基、イソドコシル基、sec-ドコシル基、tert-ドコシル基、ネオドコシル基、n-トリコシル基、イソトリコシル基、sec-トリコシル基、tert-トリコシル基、ネオトリコシル基、n-テトラコシル基、イソテトラコシル基、sec-テトラコシル基、tert-テトラコシル基、ネオテトラコシル基、n-ペンタコシル基、イソペンタコシル基、sec-ペンタコシル基、tert-ペンタコシル基、ネオペンタコシル基、n-ヘキサコシル基、イソヘキサコシル基、sec-ヘキサコシル基、tert-ヘキサコシル基、ネオヘキサコシル基、n-ヘプタコシル基、イソヘプタコシル基、sec-ヘプタコシル基、tert-ヘプタコシル基、ネオヘプタコシル基、n-オクタコシル基、イソオクタコシル基、sec-オクタコシル基、tert-オクタコシル基、ネオオクタコシル基、n-ノナコシル基、イソノナコシル基、sec-ノナコシル基、tert-ノナコシル基、ネオノナコシル基、n-トリアコンチル基、イソトリアコンチル基、sec-トリアコンチル基、tert-トリアコンチル基、ネオトリアコンチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、2-シクロヘキシルエチル基、2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリデシル基、シクロテトラデシル基、シクロペンタデシル基、シクロヘキサデシル基、シクロヘプタデシル基、シクロオクタデシル基、シクロノナデシル基、シクロイコシル基等が挙げられる。
一般式［２］に於いて、Ｒ２〜Ｒ３で示されるアルキル基としては、直鎖状、分枝状或いは環状の何れでもよく、通常炭素数１〜２０、好ましくは１〜１２のものが挙げられ、具体的には、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-シクロヘキシル基、tert-シクロヘキシル基、ネオシクロヘキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、sec-ヘプチル基、tert-ヘプチル基、ネオヘプチル基、2,4-ジメチルペンチル基、1-n-プロピルブチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、sec-オクチル基、tert-オクチル基、ネオオクチル基、n-ノニル基、イソノニル基、sec-ノニル基、tert-ノニル基、ネオノニル基、1-メチルノニル基、n-デシル基、イソデシル基、sec-デシル基、tert-デシル基、ネオデシル基、3,7-ジメチルオクチル基、2-イソプロピル-5-メチルヘキシル基、n-ウンデシル基、イソウンデシル基、sec-ウンデシル基、tert-ウンデシル基、ネオウンデシル基、n-ドデシル基、イソドデシル基、sec-ドデシル基、tert-ドデシル基、ネオドデシル基、n-トリデシル基、イソトリデシル基、sec-トリデシル基、tert-トリデシル基、ネオトリデシル基、n-テトラデシル基、イソテトラデシル基、sec-テトラデシル基、tert-テトラデシル基、ネオテトラデシル基、1-イソブチル-4-エチルオクチル基、n-ペンタデシル基、イソペンタデシル基、sec-ペンタデシル基、tert-ペンタデシル基、ネオペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、sec-ヘキサデシル基、tert-ヘキサデシル基、ネオヘキサデシル基、1-メチルペンタデシル基、n-ヘプタデシル基、イソヘプタデシル基、sec-ヘプタデシル基、tert-ヘプタデシル基、ネオヘプタデシル基、n-オクタデシル基、イソオクタデシル基、sec-オクタデシル基、tert-オクタデシル基、ネオオクタデシル基、n-ノナデシル基、イソノナデシル基、sec-ノナデシル基、tert-ノナデシル基、ネオノナデシル基、1-メチルオクチル基、n-イコシル基、イソイコシル基、sec-イコシル基、tert-イコシル基、ネオイコシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、2-シクロヘキシルエチル基、2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリデシル基、シクロテトラデシル基、シクロペンタデシル基、シクロヘキサデシル基、シクロヘプタデシル基、シクロオクタデシル基、シクロノナデシル基、シクロイコシル基等が挙げられる。
一般式［５］に於いて、Ｒ４〜Ｒ５で示される直鎖状アルキル基としては、通常炭素数１〜３０、好ましくは１〜１０のものが挙げられ、具体的には、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基、n-ドコシル基、n-トリコシル基、n-テトラコシル基、n-ペンタコシル基、n-ヘキサコシル基、n-ヘプタコシル基、n-オクタコシル基、n-ノナコシル基、n-トリアコンチル基等が挙げられる。
一般式［１］〜［２］に於いて、Ｒ１で示される置換基を有していてもよいアラルキル基のアラルキル基及びＲ２〜Ｒ３で示されるアラルキル基としては、通常炭素数７〜１５、好ましくは７〜１０のものが挙げられ、具体的には、例えばベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル基、フェニルオクチル基等が挙げられる。
また、一般式［１］に於いて、Ｘ１が一般式［２］で示される基であり且つＲ２とＲ３が共に水素原子である場合のＲ１は、通常炭素数１〜３０、好ましくは１〜１８の、置換基を有していてもよい直鎖状又は環状アルキル基であり、これらの具体例としては、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基、n-ドコシル基、n-トリコシル基、n-テトラコシル基、n-ペンタコシル基、n-ヘキサコシル基、n-ヘプタコシル基、n-オクタコシル基、n-ノナコシル基、n-トリアコンチル基等の直鎖状アルキル基、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基等の環状アルキル基等が挙げられる。
Ｒ１で示される置換基を有していてもよいアルキル基の置換基は当該アルキル基中に１個以上、好ましくは１〜２０個、より好ましくは１〜１０個有していてもよく、置換基の具体例としては、例えばヒドロキシル基、上記一般式［２］で示されるアミノ基（好ましくは一般式［２］に於けるＲ２〜Ｒ３が水素原子であるもの）、カルボキシル基等が挙げられる。
また、一般式［１］で示される化合物のうち、Ｒ１がＸ１を置換基として有するアルキル基又はアラルキル基である場合の好ましい例としては、例えば一般式［３］
Figure 0005454140
（式中、Ｔ１はＸ１を置換基として有していてもよい、アルキレン基又はアラルキレン基を表し、Ｘ１は前記に同じ。また、２つ若しくはそれ以上のＸ１は同一でも異なっていてもよい。）で示されるものが挙げられる。
但し、異なる３個以上のＸ１を有する場合とは、これらＸ１のうちいくつかは同一である場合を含む。
更に、一般式［１］で示される化合物のうち、Ｘ１が一般式［２］で示される基であり且つＲ２及びＲ３が共に水素原子であり、Ｒ１がＸ１を置換基として有していてもよい、カルボキシル基を有するアルキル基又はアラルキル基である場合の好ましい例としては、例えば一般式［４］
Figure 0005454140
（式中、Ｔ２はヒドロキシル基を置換基として有していてもよいアルキレン基を表す。）で示されるものが挙げられる。
一般式［３］に於いて、Ｔ１で示される、Ｘ１を置換基として有していてもよいアルキレン基のアルキレン基としては、直鎖状、分枝状或いは環状のアルキレン基の何れでもよく、通常炭素数１〜３０、好ましくは１〜２０のものが挙げられ、具体的には、例えばメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、イコサメチレン基、ヘニコサメチレン基、トリコサメチレン基、テトラコサメチレン基、ペンタコサメチレン基、ヘキサコサメチレン基、ヘプタコサメチレン基、オクタコサメチレン基、ノナコサメチレン基、トリアコンタメチレン基等の直鎖状アルキレン基、例えばエチリデン基、プロピレン基、イソプロピリデン基、1-メチルトリメチレン基、2-メチルトリメチレン基、1,1-ジメチルエチレン基、1,2-ジメチルエチレン基、エチルエチレン基、1-メチルテトラメチレン基、1,1-ジメチルトリメチレン基、2,2-ジメチルトリメチレン基、2-エチルトリメチレン基、1-メチルペンタメチレン基、1-メチルヘキサメチレン基、1-メチルヘプタメチレン基、1,4-ジエチルテトラメチレン基、2,4-ジメチルヘプタメチレン基、1-メチルオクタメチレン基、1-メチルノナメチレン基、3,5-ジメチルデカメチレン基、3,5-ジメチルウンデカメチレン基、4,6-ジメチルドデカメチレン基、4,6-ジメチルトリデカメチレン基、4,6-ジメチルテトラデカメチレン基、3,5-ジメチルペンタデカメチレン基等の分枝状アルキレン基、例えばシクロプロピレン基，1,3-シクロブチレン基，1,3-シクロペンチレン基，1,4-シクロへキシレン基，1,5-シクロヘプチレン基，1,5-シクロオクチレン基，1,5-シクロノニレン基，1,6-シクロデカレン基等の環状アルキレン基等が挙げられる。
Ｔ１で示される、Ｘ１を置換基として有していてもよいアラルキレン基のアラルキレン基としては、直鎖状、分枝状或いは環状の何れでもよく、通常炭素数７〜１５のものが挙げられ、具体的には、例えば-CH2-C6H4-基、-C2H4-C6H4-基、-CH(CH3)-C6H4-基、-CH2-C6H4-CH2-基、-CH(CH3)-C6H4-C2H4-基、-C3H6-C6H4-CH2-基、-C3H6-C6H4-C2H4-基、-C3H6-C6H4-C3H6-基、-CH2CH(CH3)-C6H4-C2H4-基等が挙げられる。
Ｔ１で示される、Ｘ１を置換基として有していてもよいアルキレン基及びアラルキレン基の置換基としては、当該アルキレン基及びアラルキレン基中に１個以上、好ましくは１〜１０個有していてもよく、当該置換基の具体例としては、例えばヒドロキシル基、一般式［２］で示される基（中でも一般式［２］に於けるＲ２〜Ｒ３が水素原子であるものが好ましい）、カルボキシル基等が挙げられる。
一般式［３］に於ける２つ若しくはそれ以上のＸ１は同一でも異なっていてもよいが、同一であるものが好ましい。
一般式［４］に於いて、Ｔ２で示される、ヒドロキシル基を置換基として有していてもよいアルキレン基のアルキレン基としては、直鎖状、分枝状或いは環状の何れでもよく、通常炭素数１〜６、好ましくは１〜３のものが挙げられ、具体的には、例えばメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等の直鎖状アルキレン基、例えばエチリデン基、プロピレン基、イソプロピリデン基、1-メチルトリメチレン基、2-メチルトリメチレン基、1,1-ジメチルエチレン基、1,2-ジメチルエチレン基、エチルエチレン基、1-メチルテトラメチレン基、1,1-ジメチルトリメチレン基、2,2-ジメチルトリメチレン基、2-エチルトリメチレン基、1-メチルペンタメチレン基等の分枝状アルキレン基、例えばシクロプロピレン基，1,3-シクロブチレン基，1,3-シクロペンチレン基，1,4-シクロへキシレン基等の分枝状アルキレン基等が挙げられる。
一般式［４］に於いて、Ｔ２で示されるヒドロキシル基を置換基として有するアルキレン基の置換基の数としては、当該アルキレン基中に１個以上、好ましくは１〜３個、より好ましくは１個である。
一般式［１］で示される化合物のうち１級アルコール又は２級アルコール（即ち、一般式［１］に於いて、Ｘ１がヒドロキシル基であり、Ｒ１がアルキル基又はアラルキル基であるものに相当）の代表的な具体例としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、tert-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、2,4-ジメチルヘプタノール、1-n-プロピルブタノール、オクタノール、ノナノール、1-デカノール、2-デカノール、3,7-ジメチルオクタノール、2-イソプロピル-5-メチルヘキサノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、2-メチル-7-エチルウンデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、2-ヘキサデカノール、ヘプタデカノール、シクロヘキサノール、2-シクロヘキシルエタノール、2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキサノール等のアルキルアルコール類、例えばベンジルアルコール、2-フェニルエチルアルコール、3-フェニルプロピルアルコール、4-フェニルブチルアルコール、5-フェニルペンチルアルコール、6-フェニルヘキシルアルコール、7-フェニルヘプチルアルコール、8-フェニルオクチルアルコール等のアラルキルアルコール類が挙げられる。
一般式［１］で示される化合物のうち１級アミン（即ち、一般式［１］に於いて、Ｘ１が一般式［２］で示されるアミノ基であり且つＲ２〜Ｒ３が水素原子であり、Ｒ１がアルキル基又はアラルキル基であるものに相当）の代表的な具体例としては、例えばエチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、へキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、1-メチルヘプチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン等のアルキルアミン類、例えばベンジルアミン、2-フェニルエチルアミン、3-フェニルプロピルアミン、4-フェニルブチルアミン、5-フェニルペンチルアミン、6-フェニルヘキシルアミン、7-フェニルヘプチルアミン、8-フェニルオクチルアミン等のアラルキルアミン類等が挙げられる。
一般式［１］で示される化合物のうち３級アミン（即ち、一般式［１］に於いて、Ｘ１が一般式［２］で示される基であり且つＲ２及びＲ３が共にアルキル基又はアラルキル基であり、Ｒ１がアルキル基又はアラルキル基であるものに相当）の代表的な具体例としては、例えばトリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ-n-ブチルアミン、トリへキシルアミン、トリオクタデシルアミン等のトリアルキルアミン類、例えばトリベンジルアミン、トリ-2-フェニルエチルアミン、トリ-3-フェニルプロピルアミン、トリ-4-フェニルブチルアミン、トリ-5-フェニルペンチルアミン、トリ-6-フェニルヘキシルアミン、トリ-7-フェニルヘプチルアミン、トリ-8-フェニルオクチルアミン等のアラルキルアミン類等が挙げられる。
一般式［３］で示される化合物のうちジオール類（即ち、一般式［３］に於いて、２つのＸ１がヒドロキシル基であり、Ｔ１がアルキレン基又はアラルキレン基であるものに相当）の代表的な具体例としては、例えばエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール等が挙げられる。
一般式［３］で示される化合物のうちトリオール（即ち、一般式［３］に於いて、Ｘ１がヒドロキシル基であり、Ｔ１が置換基としてヒドロキシル基を１つ有するアルキレン基又はアラルキレン基であるものに相当）の代表的な具体例としては、例えばグリセロールが挙げられる。
一般式［３］で示される化合物のうちポリアルコール（即ち、一般式［３］に於いて、Ｘ１がヒドロキシル基であり、Ｔ１が置換基としてヒドロキシル基を２つ以上有するアルキレン基であるものに相当）の代表的な具体例としては、例えばD-ソルビトール、D-マンニトール、キシリトール、meso-エリスリトール、myo-イノシトール等が挙げられる。
一般式［３］で示される化合物のうちジアミン類〔即ち、一般式［３］に於いて、Ｘ１が一般式［２］で示される基（且つＲ２〜Ｒ３が水素原子である）であり、Ｔ１がアルキレン基又はアラルキレン基であるものに相当〕の代表的な具体例としては、例えばエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、1-メチルテトラメチレンジアミン、1,3-シクロペンタンジアミン、1,4-ビス（アミノメチル）ベンゼン、1,4-ビス（2-アミノエチル）ベンゼン、1,4-ビス（3-アミノプロピル）ベンゼン、1,4-ビス（4-アミノブチル）ベンゼン、1,4-ビス（5-アミノペンチル）ベンゼン、1,4-ビス（6-アミノヘキシル）ベンゼン等が挙げられる。
一般式［４］で示される化合物の好ましい具体例としては、例えばグリシン、セリン、トレオニン等が挙げられる。
一般式［５］で示される化合物の好ましい具体例としては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジへキシルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル、ジノニルエーテル、ジデシルエーテル等のエーテル類、例えばジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン等の２級アミン類等が挙げられる。
一般式［６］で示される化合物の好ましい具体例としては、例えばモルホリン、ピペリジン等が挙げられる。
一般式［１］〜［６］で示される化合物は、市販品を用いても常法により適宜合成されたものを用いてもよい。
本発明の重水素化方法に於いて、使用される重水素源としては、例えば重水素化された溶媒等が挙げられ、具体的には、重水素がジュウテリウムである場合には、例えば重水（Ｄ２Ｏ）、例えば重メタノール、重エタノール、重イソプロパノール、重ブタノール、重tert-ブタノール、重ペンタノール、重ヘキサノール、重ヘプタノール、重オクタノール、重ノナノール、重デカノール、重ウンデカノール、重ドデカノール等の重アルコール類、例えば重ギ酸、重酢酸、重プロピオン酸、重酪酸、重イソ酪酸、重吉草酸、重イソ吉草酸、重ピバル酸等の重カルボン酸類、例えば重アセトン、重メチルエチルケトン、重メチルイソブチルケトン、重ジエチルケトン、重ジプロピルケトン、重ジイソプロピルケトン、重ジブチルケトン等の重ケトン類、重ジメチルスルホキシド等の有機溶媒等が挙げられ、中でも重水、重アルコール類が好ましく、具体的には、重水、重メタノールが特に好ましいものとして挙げられる。尚、環境面や作業性を考慮すれば重水が好ましい。また、重水素がトリチウムの場合の重水素化された溶媒としては、例えば重水（Ｔ２Ｏ）等が挙げられる。
重水素化された溶媒は、分子中の一つ以上の水素原子が重水素化されているものであればよく、例えば重アルコール類ではヒドロキシル基の水素原子、重カルボン酸類ではカルボキシル基の水素原子が重水素化されていれば本発明の重水素化方法に使用し得るが、分子中の水素原子全てが重水素化されたものが特に好ましい。
重水素源の使用量は、多い程本発明の重水素化が進みやすくなるが、経済的な面を考慮すると、重水素源に含まれる重水素原子の量が、一般式［１］で示される化合物の重水素化可能な水素原子に対して、下限として順に好ましく、等モル、10倍モル、20倍モル、30倍モル、40倍モル、上限として順に好ましく、250倍モル、150倍モルとなるような量である。
本発明の重水素化方法に於いては、必要に応じて反応溶媒を使用してもよく、本発明の重水素化反応が懸濁状態でも実施し得ることから、当該反応溶媒としては、基質を溶解し難いものも使用可能であるが、基質を溶解し易いものがより好ましい。
必要に応じて用いられる反応溶媒の具体例としては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、エチルメチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、オキシラン、1,4-ジオキサン、ジヒドロピラン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、tert-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール等のアルコール類、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸等のカルボン酸類、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジブチルケトン等のケトン類、ジメチルスルホキシド、軽水（水）等が挙げられる。
本発明の重水素化方法を実施する際、重水素化の反応容器の気層部分は、反応に必要な水素ガス（軽水素ガスでも重水素ガスでもいずれにても可。以下同じ。）で置換することが望ましいが、水素ガスと例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスとの混合気体で置換されていてもよい。
本発明の重水素化方法に於いて用いられる水素ガスの使用量は、反応基質に対して、下限として順に好ましく、等モル、１０倍モル、２０倍モル、３０倍モル、上限として順に好ましく、１００倍モル、４０倍モルとなるような量である。
尚、本発明の重水素化方法に於いては、常圧下で反応容器から水素ガスが散逸しないように密封状態或いはそれに近い状態となるようにすることが好ましい。密封に近い状態とは、例えば所謂連続反応のように、反応基質が連続的に反応容器に投入され、連続的に生成物が取り出されるような場合等を含む。
本発明の重水素ガス製造法に於ける触媒として挙げられるルテニウム触媒としては、ルテニウム原子の原子価が通常０〜２価、好ましくは０価のものが挙げられる。
上記した如きルテニウム触媒は、金属そのもの（金属単体）でも、それら金属の水酸化物、酸化物、ハロゲン化物、或いは酢酸塩でもよい。これらの中でも、例えば金属単体、その水酸化物、酸化物、ハロゲン化物、酢酸塩、４級アンモニウム塩等の、配位子が配位していない金属触媒が好ましい。また、これら金属（金属単体）、金属水酸化物、金属酸化物、金属ハロゲン化物、酢酸塩或いは金属錯体が種々の担体に担持されて成るものでもよい。
配位子が配位していてもよい金属触媒の配位子としては、例えば1,5-シクロオクタジエン(COD)、ジベンジリデンアセトン(DBA)、ビピリジン(BPY)、フェナントロリン(PHE)、ベンゾニトリル（PhCN）、イソシアニド(RNC)、トリエチルアルシン(As(Et)3)、アセチルアセトナト(acac)、ペンタメチルシクロペンタジエニル(Cp*)、エチレンジアミン(EN)、テトラプロピルアンモニウム塩（TPAP）、例えばジメチルフェニルホスフィン（P(CH3)2Ph）、ジフェニルホスフィノフェロセン（DPPF）、トリメチルホスフィン(P(CH3)3)、トリエチルホスフィン(PEt3)、トリtert-ブチルホスフィン(PtBu3)、トリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)、トリメトキシホスフィン(P(OCH3)3)、トリエトキシホスフィン(P(OEt)3)、トリtert-ブトキシホスフィン(P(OtBu)3)、トリフェニルホスフィン(PPh3)、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン(DPPE)、トリフェノキシホスフィン(P(OPh)3)、トリo-トリルホスフィン(P(o-tolyl)3)等の有機ホスフィン配位子等が挙げられる。
ルテニウム金属触媒の具体例としては、例えばRu、例えばRu(OH)2等の水酸化ルテニウム触媒、例えばRuO4等の酸化ルテニウム触媒、例えばRuBr2、RuCl2、RuI2等のハロゲン化ルテニウム触媒、例えばルテニウムアセテート(Ru(OAc)2)、例えばRuCl2(PPh3)３等の、配位子に配位されたルテニウム触媒等、例えばテトラプロピルアンモニウムルテニウム（TPAP）のような４級アンモニウム塩等が挙げられる。
上記した如き金属触媒が、担体に担持されたものである場合の担体としては、例えばカーボン（例えば活性炭等）、アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、モレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、ポリマー等が挙げられ、中でもカーボン、アルミナが好ましく、就中、カーボンがより好ましい。
担体として用いられるイオン交換樹脂としては、本発明の重水素化に悪影響を及ぼさないものであればよく、例えば陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂が挙げられる。
陽イオン交換樹脂としては、例えば弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂が挙げられ、陰イオン交換樹脂としては、例えば弱塩基性陰イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂等が挙げられる。
イオン交換樹脂は一般に骨格ポリマーとして二官能性モノマーで架橋したポリマーを含んでおり、これに酸性基又は塩基性基が結合され、夫々種々の陽イオン又は陰イオン（対イオン）で交換されている。
弱酸性陽イオン交換樹脂の具体例としては、例えばジビニルベンゼンで架橋したアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのポリマーを加水分解して得られるもの等が挙げられる。
強酸性陽イオン交換樹脂の具体例としては、例えばスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマーをスルホン化したものが挙げられる。
強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えばスチレン−ジビニルベンゼンのコポリマーの芳香環にアミノ基が結合したものが挙げられる。
塩基性陰イオン交換樹脂の塩基性の強さは、結合しているアミノ基が、第１級アミノ基、第２級アミノ基、第３級アミノ基、第４級アンモニウム塩になるに従って順に強くなる。
尚、市販のイオン交換樹脂も上記した如きイオン交換樹脂と同様に本発明の重水素ガス製造法に於ける触媒の担体として使用可能である。
また、担体として用いられるポリマーとしては、本発明の重水素ガス製造法に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されないが、その様なポリマーの例として、例えば下記一般式［７］で示されるモノマーが重合或いは共重合して得られるもの等が挙げられる。
Figure 0005454140
（式中、Ｒ６は水素原子、低級アルキル基、カルボキシル基、カルボキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、ヒドロキシアルコキシカルボニル基、シアノ基又はホルミル基を表し、Ｒ７は水素原子、低級アルキル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、ヒドロキシアルコキシカルボニル基、シアノ基又はハロゲン原子を表し、Ｒ８は水素原子、低級アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、置換基を有していてもよいアリール基、脂肪族ヘテロ環基、芳香族ヘテロ環基、ハロゲン原子、アルコキシカルボニル基、ヒドロキシアルコキシカルボニル基、スルホ基、シアノ基、含シアノアルキル基、アシルオキシ基、カルボキシル基、カルボキシアルキル基、アルデヒド基、アミノ基、アミノアルキル基、カルバモイル基、N-アルキルカルバモイル基又はヒドロキシアルキル基を表し、また、Ｒ６とＲ７とが結合し、隣接する-C=C-と一緒になって脂肪族環を形成していてもよい。）
一般式［７］に於いて、Ｒ６〜Ｒ８で示される低級アルキル基としては、直鎖状、分枝状、環状の何れにてもよく、例えば炭素数１〜６のアルキル基が挙げられ、具体的にはメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
Ｒ６及びＲ８で示されるカルボキシアルキル基としては、例えば上記した如き低級アルキル基の水素原子の一部がカルボキシル基に置換されたもの等が挙げられ、具体的には例えばカルボキシメチル基、カルボキシエチル基、カルボキシプロピル基、カルボキシブチル基、カルボキシペンチル基、カルボキシヘキシル基等が挙げられる。
Ｒ６〜Ｒ８で示されるアルコキシカルボニル基としては、例えば炭素数２〜１１のものが好ましく、具体的には例えばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、２−エチルヘキシルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ノニルオキシカルボニル基、デシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
Ｒ６〜Ｒ８で示されるヒドロキシアルコキシカルボニル基としては、上記した如き炭素数２〜１１のアルコキシカルボニル基の水素原子の一部がヒドロキシル基に置換されたものが挙げられ、具体的には、例えばヒドロキシメトキシカルボニル基、ヒドロキシエトキシカルボニル基、ヒドロキシプロポキシカルボニル基、ヒドロキシブトキシカルボニル基、ヒドロキシペンチルオキシカルボニル基、ヒドロキシヘキシルオキシカルボニル基、ヒドロキシヘプチルオキシカルボニル基、ヒドロキシオクチルオキシカルボニル基、ヒドロキシノニルオキシカルボニル基、ヒドロキシデシルオキシカルボニル基等が挙げられる。
Ｒ７及びＲ８で表されるハロゲン原子としては、例えばフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
Ｒ８で表されるハロアルキル基としては、例えばＲ６〜Ｒ８で表される上記低級アルキル基がハロゲン化（例えばフッ素化、塩素化、臭素化、ヨウ素化等）された、炭素数１〜６のものが挙げられ、具体的には、例えばクロロメチル基、ブロモメチル基、トリフルオロメチル基、2-クロロエチル基、3-クロロプロピル基、3-ブロモプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、4-クロロブチル基、5-クロロペンチル基、6-クロロヘキシル基等が挙げられる。
置換基を有していてもよいアリール基のアリール基としては、例えばフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられ、当該置換基としては、例えばアミノ基、ヒドロキシル基、低級アルコキシ基、カルボキシル基等が挙げられる。
置換基として挙げられる低級アルコキシ基としては、直鎖状、分枝状或いは環状でもよく、通常炭素数１〜６のものが挙げられ、具体的には、例えばメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、sec-ペンチルオキシ基、tert-ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、sec-ヘキシルオキシ基、tert-ヘキシルオキシ基、ネオヘキシルオキシ基、シクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
置換アリール基の具体例としては、例えばアミノフェニル基、トルイジノ基、ヒドロキシフェニル基、メトキシフェニル基、tert-ブトキシフェニル基、カルボキシフェニル基等が挙げられる。
脂肪族へテロ環基としては、例えば５員環又は６員環であり、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を１〜３個含んでいるものが挙げられ、具体的には、例えば2-オキソピロリジル基、ピペリジル基、ピペリジノ基、ピペラジニル基、モルホリノ基等が挙げられる。
芳香族ヘテロ環基としては、例えば５員環又は６員環であり、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を１〜３個含んでいるものが挙げられ、具体的には、例えばピリジル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、フリル基、ピラニル基等が挙げられる。
含シアノアルキル基としては、例えば上記した如き低級アルキル基の水素原子の一部がシアノ基で置換されたものが挙げられ、具体的には、例えばシアノメチル基、2-シアノエチル基、2-シアノプロピル基、3-シアノプロピル基、2-シアノブチル基、4-シアノブチル基、5-シアノペンチル基、6-シアノヘキシル基等が挙げられる。
アシルオキシ基としては、例えば炭素数２〜２０のカルボン酸由来のものが挙げられ、具体的には、例えばアセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、ペンタノイルオキシ基、ノナノイルオキシ基、デカノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基等が挙げられる。
アミノアルキル基としては、上記した如き低級アルキル基の水素原子の一部がアミノ基に置換されたものが挙げられ、具体的には、例えばアミノメチル基、アミノエチル基、アミノプロピル基、アミノブチル基、アミノペンチル基、アミノヘキシル基等が挙げられる。
N-アルキルカルバモイル基としては、カルバモイル基の水素原子の一部がアルキル基で置換されたものが挙げられ、具体的には、例えばN-メチルカルバモイル基、N-エチルカルバモイル基、N-n-プロピルカルバモイル基、N-イソプロピルカルバモイル基、N-n-ブチルカルバモイル基、N-tert-ブチルカルバモイル基等が挙げられる。
ヒドロキシアルキル基としては、上記した如き低級アルキル基の水素原子の一部がヒドロキシル基に置換されたものが挙げられ、具体的には、例えばヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシペンチル基、ヒドロキシヘキシル基等が挙げられる。
また、Ｒ６とＲ７とが結合し、隣接する-C=C-と一緒になって脂肪族環を形成している場合の脂肪族環としては、例えば炭素数５〜１０の不飽和脂肪族環が挙げられ、単環でも多環でもよい。これら環の具体例としては、例えばノルボルネン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、シクロオクテン環、シクロデセン環等が挙げられる。
一般式［７］で示されるモノマーの具体例としては、例えばエチレン，プロピレン，ブチレン，イソブチレン等の炭素数２〜２０のエチレン性不飽和脂肪族炭化水素類、例えばスチレン，4-メチルスチレン，4-エチルスチレン，ジビニルベンゼン等の炭素数８〜２０のエチレン性不飽和芳香族炭化水素類、例えばギ酸ビニル，酢酸ビニル，プロピオン酸ビニル，酢酸イソプロペニル等の炭素数３〜２０のアルケニルエステル類、例えば塩化ビニル，塩化ビニリデン，フッ化ビニリデン，テトラフルオロエチレン等の炭素数２〜２０の含ハロゲンエチレン性不飽和化合物類、例えばアクリル酸，メタクリル酸，イタコン酸，マレイン酸，フマル酸，クロトン酸，ビニル酢酸，アリル酢酸，ビニル安息香酸等の炭素数３〜２０のエチレン性不飽和カルボン酸類（これら酸類は、例えばナトリウム，カリウム等のアルカリ金属塩やアンモニウム塩等、塩の形になっているものでもよい。）、例えばメタクリル酸メチル，メタクリル酸エチル，メタクリル酸プロピル，メタクリル酸ブチル，メタクリル酸２−エチルヘキシル，アクリル酸メチル，アクリル酸エチル，アクリル酸プロピル，アクリル酸ブチル，アクリル酸２−エチルヘキシル，メタクリル酸ラウリル，アクリル酸ステアリル，イタコン酸メチル，イタコン酸エチル，マレイン酸メチル，マレイン酸エチル，フマル酸メチル，フマル酸エチル、クロトン酸メチル，クロトン酸エチル、３−ブテン酸メチル等のエチレン性不飽和カルボン酸エステル類、例えばアクリロニトリル，メタクリロニトリル，シアン化アリル等の炭素数３〜２０の含シアノエチレン性不飽和化合物類、例えばアクリルアミド，メタクリルアミド等の炭素数３〜２０のエチレン性不飽和アミド化合物類、例えばアクロレイン，クロトンアルデヒド等の炭素数３〜２０のエチレン性不飽和アルデヒド類、例えばビニルスルホン酸，4-ビニルベンゼンスルホン酸等の炭素数２〜２０のエチレン性不飽和スルホン酸類（これら酸類は、例えばナトリウム，カリウム等のアルカリ金属塩等、塩の形になっていているものでもよい。）、例えばビニルアミン，アリルアミン等の炭素数２〜２０のエチレン性不飽和脂肪族アミン類、例えばビニルアニリン等の炭素数８〜２０のエチレン性不飽和芳香族アミン類、例えばN-ビニルピロリドン，ビニルピペリジン等の炭素数５〜２０のエチレン性不飽和脂肪族ヘテロ環状アミン類、例えばアリルアルコール，クロチルアルコール等の３〜２０のエチレン性不飽和アルコール類、例えば4-ビニルフェノール等の炭素数８〜２０のエチレン性不飽和フェノール類等が挙げられる。
担体に担持された触媒に於いて、触媒金属であるルテニウムの割合は、通常全体の1〜99重量％、好ましくは1〜50重量％、より好ましくは1〜30重量％、更に好ましくは1〜20重量％である。
本発明の触媒としては、活性炭にルテニウムを担持させたルテニウムカーボン（Ｒｕ／Ｃ）が好ましく、当該ルテニウムカーボンは常法により適宜合成したものを用いても、市販品（例えばＮＥケムキャット社製等）を用いてもよい。
本発明の重水素化方法に於いては、上記の如き触媒を単独で用いても２つ以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
本発明の重水素化方法に於ける触媒の使用量は、それが担体等に担持されているか否かに拘わらず（担体等に担持されている場合は担体に担持された状態での重量として）、重水素源である重水素化された溶媒に対して、通常所謂触媒量、次いで順に好ましく0.01〜200重量％、0.01〜100重量％、0.01〜50重量％、0.01〜20重量％、0.1〜20重量％、1〜20重量％、5〜20重量％となる量であり、また、該触媒全体に含まれる触媒金属量の上限が、順に好ましく20重量％、10重量％、5重量％、2重量％であり、下限が、順に好ましく0.0005重量％、0.005重量％、0.05重量％、0.5重量％となる量である。
本発明の重水素化方法の反応温度は、下限が通常１０℃から、順により好ましく２０℃、４０℃であり、上限が通常１２０℃から、順により好ましく１００℃である。
本発明の重水素化の反応時間は、通常３０分〜１００時間、好ましくは１〜５０時間、より好ましくは１〜３０時間、更に好ましくは３〜３０時間である。
本発明の重水素化は、常圧下で行うのが好ましく、通常０．０５〜０．２ＭＰａ、好ましくは０．０５〜０．１５ＭＰａ、より好ましくは０．０８〜０．１２ＭＰａ、更に好ましくは０．０９〜０．１１ＭＰａである。
本発明の重水素化方法を、重水素源として重水を用い、ルテニウム触媒を用いた場合を例にとって説明する。
即ち、例えばヒドロキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基、エーテル結合又は／及び−ＮＨ−基を有する化合物（基質）と、該基質の重水素化可能な水素原子に対して0.01〜200重量％のルテニウム触媒（ルテニウム金属が基質に対して0.0005〜20重量％）を、重水素化された溶媒（触媒に対して1〜20000当量、好ましくは10〜700当量となる量）に加え、系内を水素ガスで置換した後、油浴中約10℃〜120℃で常圧下、約30分〜100時間撹拌反応させる。反応終了後、反応液を濾過してルテニウム触媒を除き、精製した後1H-NMR、2H-NMR、Massスペクトル等を測定して構造解析を行う。
生成物が重水素化された溶媒に難溶な場合に、反応液から生成物を単離するには、例えば生成物が溶解する有機溶媒等により反応液から生成物を抽出し、更に濾過により触媒を除くといった公知の精製方法に従ってこれを行えばよい。
本発明の重水素化方法によれば、ヒドロキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基、エーテル結合又は／及び−ＮＨ−基を有する化合物を効率よく重水素化することができる。
即ち、基質が一般式［１］で示される化合物の場合は、当該化合物中のＸ１に直結した炭素原子に結合する水素原子を選択的に重水素化し得る。また、当該化合物中のＸ１が一般式［２］で示される基であり且つＲ２〜Ｒ３が共にアルキル基又はアラルキル基である化合物の場合には、一般式［２］で示される基のＮ原子に直結した、当該Ｒ２〜Ｒ３で示されるアルキル基又はアラルキル基中の炭素原子（即ち、Ｎ原子のα位）に結合する水素原子も共に重水素化し得る。更に、当該化合物中のＸ１が化合物中に２以上ある場合は（例えば一般式［３］で示される化合物に相当）、２つ以上のＸ１に直結した炭素原子に結合する各々の水素原子も重水素化し得る。
また、基質が一般式［４］で示される化合物であり、Ｔ２がヒドロキシル基を有するアルキレン基である場合は、アミノ基に直結した炭素原子に結合する水素原子のみを重水素化し得る。
更に、基質が一般式［５］で示される化合物であり、Ｘ２がエーテル結合である場合は、Ｒ４及びＲ５で示されるアルキル基中の全ての水素原子を重水素化し得る。
また、基質が一般式［５］で示される化合物であり、Ｘ２が−ＮＨ−基である場合には、反応温度を適宜調製することによりＲ４及びＲ５で示されるアルキル基中の末端メチル基以外の水素原子を全て重水素化するか（反応温度70〜110℃）或いは−ＮＨ−基に直結する炭素原子に結合する水素原子のみを選択的に重水素化する（反応温度30〜70℃）ことができる。
また、基質が一般式［６］で示される化合物である場合は、−ＮＨ−基（及びエーテル結合）に直結する炭素原子に結合する水素原子を選択的に重水素化することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例に於ける重水素化率は以下のようにして求めている。即ち、所定の反応終了後、反応液をエーテルで抽出して触媒を濾過し、濾液を減圧濃縮した後、適当な内部標準物質〔例えばテレフタル酸ナトリウム、デュレン（1,2,4,5-テトラメチルベンゼン）、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、ジオキサン、ジメチルスルホキシド、ジクロロメタン等〕を加えて、1H-NMR、2H-NMR及びMassスペクトルを測定して構造解析を行い、重水素化された位置を同定し、反応基質が有する水素原子の重水素化率を求めた。
尚、各表に於いて、各重水素化率は、各反応基質の構造式に付記された数字の位置にある水素原子の重水素化率を示す。
以下の実施例で用いた５％ルテニウムカーボン（Ｒｕ／Ｃ）（２０重量％）とは、２０重量％のルテニウムカーボン（即ち、活性炭等のカーボンに担持量５％となるようにルテニウム金属を担持させたもの）である。
実施例１〜３．１−デカノールの選択的重水素化
Figure 0005454140
1-デカノール 0.5 mmol (75.15 mg) と５％ Ru/C 20 wt % (15.03 mg)を重水２ mLに懸濁し、系内を水素置換後、常圧下（＝１atm＝約0.1MPa）表１の所定の温度で24時間攪拌反応させた。反応終了後、エーテルを加えて、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm) を用いて触媒を濾別し、濾液を水とエーテルで抽出した。得られたエーテル層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧留去したところ、目的とする重水素化合物（即ち、ヒドロキシル基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表１に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例４〜７．１級アルコール類の選択的重水素化
Figure 0005454140
表２に示す各種基質と5% Ru/C 20 wt % (15.03 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌反応させた以外は、実施例１と同様の操作を行うことにより、目的とする重水素化合物（即ち、ヒドロキシル基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表２に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例８〜１０．２−デカノールの選択的重水素化
Figure 0005454140
基質として2-デカノール 0.5 mmol (75.15 mg) と5% Ru/C 20 wt % (15.03 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、表３の所定の温度及び反応時間で反応を行うこと以外は、実施例１と同様の操作を行うことにより目的とする重水素化合物（即ち、ヒドロキシル基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表３に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例１１〜１３．各種２級アルコール類の選択的重水素化
Figure 0005454140
表４に示す基質と5% Ru/C 20 wt % (15.03 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、所定の温度で3時間加熱攪拌反応させた以外は実施例１と同様の操作を行うことにより、目的とする重水素化合物（即ち、ヒドロキシル基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表４に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例１４〜１７．ジオール類及びグリセロールの選択的重水素化
Figure 0005454140
表５に示す基質と5% Ru/C 20 wt % (15.03 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌反応させた以外は、実施例１と同様の操作を行うことにより、目的とする重水素化合物（即ち、ヒドロキシル基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表５に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例１８〜２２．ポリアルコール類の選択的重水素化
Figure 0005454140
表６に示す基質 0.25 mmolと5% Ru/C 20 wt % (15.03 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌反応させた以外は、実施例１と同様の操作を行うことにより、目的とする重水素化合物（即ち、ヒドロキシル基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表６に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例２３．ｎ−ステアリルアミンの選択的重水素化
Figure 0005454140
ｎ−ステアリルアミン 0.25 mmol (67.38 mg) と5% Ru/C 20 wt % (13.48 mg)を重水 2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌した。ついで、エーテルを加え、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm)を用いて触媒を濾別し、濾液を水とエーテルで抽出した。得られたエーテル層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去すると、目的とする重水素化合物（即ち、アミノ基のα位のみが重水素化されたもの）が得られる。その結果を表７に併せて示す。
実施例２４．エチレンジアミンの選択的重水素化
エチレンジアミン 0.5 mmol (30.05mg) と5% Ru/C 20 wt % (6.01 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、80℃で24時間加熱攪拌する。エーテルを加えて基質を溶解し、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm)を用いて触媒を濾別した。次いで、濾液に塩酸水溶液を添加し、水層を減圧留去すると、目的とする重水素化合物（即ち、アミノ基のα位のみが重水素化されたもの）の塩酸塩が得られた〔生成物の沸点が低く(bp : 約117 ℃)減圧留去で留去されてしまうため、塩酸塩として単離した〕。その結果を表７に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例２５．グリシンの選択的重水素化
Figure 0005454140
グリシン 0.25 mmol (18.77 mg) と5% Ru/C 20 wt % (3.75 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌した。蒸留水を加えて基質を溶解し、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm) を用いて触媒を濾別し、濾液を水とエーテルで抽出した。得られた水層をエーテルで洗浄し、減圧留去すると目的とする重水素化合物（即ち、アミノ基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果を表８に示す。
実施例２６．セリンの選択的重水素化
セリン（ヒドロキシル基を有するアミノ酸）を用いる以外は実施例２５と同様の操作を行うことにより目的とする重水素化物が得られた。その結果を表８に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例２６及び表８の結果から明らかなように、セリン（ヒドロキシル基を有するアミノ酸）を本発明の方法により重水素化すると、水酸基ではなくアミノ基に直結した炭素原子に結合する水素原子のみが重水素化されることが分かった。
実施例２７．第３級アミンの選択的重水素化
Figure 0005454140
(n-ブチル)３Ｎ 0.50 mmol (92.7 mg) と5% Ru/C 20 wt % (18.5 mg)を重水2.0 mLに懸濁し、水素置換後、50℃で24時間加熱攪拌した。次いで、エーテルを加え、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm)を用いて触媒を濾別し、濾液を水とエーテルで抽出した。得られたエーテル層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去すると、目的とする重水素化合物（即ち、アミノ基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。その結果、重水素化物を収率86％で得ることができた。また、α位の重水素化率は９７％であった。
実施例２８．モルホリンの重水素化
Figure 0005454140
モルホリン 0.25 mmol (21.78 mg) と5% Ru/C 20 wt % (4.4 mg)を重水 2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌した。次いで、エーテルを加え、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm)を用いて触媒を濾別し、濾液を水とエーテルで抽出した。得られたエーテル層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去すると、目的とする重水素化合物（即ち、全ての水素原子が重水素化されたもの）が得られる。その結果、重水素化物を収率88％で得ることができた。また、Nのα位の重水素化率は８４％、β位は１８％であった。
実施例２９．ジオクチルエーテルの重水素化
Figure 0005454140
ジオクチルエーテル 0.25 mmol (60.61 mg) と5% Ru/C 20 wt % (12.1 mg)を重水 2 mLに懸濁し、水素置換後、80 ℃で24時間加熱攪拌した。次いで、エーテルを加え、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm)を用いて触媒を濾別し、濾液を水とエーテルで抽出した。得られたエーテル層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去すると、目的とする重水素化合物（即ち、エーテル化合物中の全ての水素原子が重水素化されたもの）が得られる。その結果、重水素化物を収率100％で得ることができた。また、重水素化率は上記した図に示した通りである。
以上の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば、エーテル化合物の全ての水素原子が重水素化されることが判る。
実施例３０．ジペンチルアミンの重水素化
Figure 0005454140
ジペンチルアミン 0.5 mmol (78.65mg) と5% Ru/C 20 wt % (15.73 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、80℃で24時間加熱攪拌する。エーテルを加えて基質を溶解し、メンブランフィルター (Millex-LH 0.45 μm)を用いて触媒を濾別した。次いで、濾液に塩酸水溶液を添加し、水層を減圧留去すると、目的とする重水素化合物（即ち、末端メチル基以外が重水素化されたもの）の塩酸塩（収率９２％）が得られた〔生成物の沸点が低く(bp : 約202 ℃)減圧留去で留去されてしまうため、塩酸塩として単離した〕。
以上の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば、２級アミン（即ち−ＮＨ−基を有する化合物）の末端メチル基以外の炭素原子に結合する水素原子が重水素化されることが判る。
実施例３１〜３６．各種アミンの選択的重水素化
Figure 0005454140
表９に示す基質 0.25 mmolと5% Ru/C 20 wt % (13.48 mg)を重水2 mLに懸濁し、水素置換後、50 ℃で24時間加熱攪拌反応させた以外は、実施例１と同様の操作を行うことにより、目的とする重水素化合物（即ち、アミノ基のα位のみが重水素化されたもの）が得られた。但し、実施例３６以外は生成物の沸点が低いため、塩酸塩として単離した。その結果を表９に併せて示す。
Figure 0005454140
実施例１〜７及び実施例８〜１３の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば１級アルコール（実施例１〜７）及び２級アルコール（実施例８〜１３）を選択的に重水素化することができる。即ち、ヒドロキシル基のα位のみを重水素化することができる。
また、実施例１４〜１７及び実施例１８〜２２の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば多価アルコールについても選択的に重水素化、即ちヒドロキシル基のα位のみを重水素化することができる。
更に、実施例２３〜２４、２７、３１〜３３及び３５〜３６の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば各種アミン化合物についても選択的に重水素化、即ちアミノ基のα位のみを重水素化することができる。
更にまた、実施例２６〜２７の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば各種アミノ酸が有するアミノ基のα位のみを選択的に重水素化できる。特に、ヒドロキシル基を有するアミノ酸（セリン）は、水酸基ではなくアミノ基に直結した炭素原子に結合する水素原子のみを選択的に重水素化することが分かった（実施例２７）。
また、本発明の重水素化方法によれば、モルホリン（即ち、エーテル結合と−ＮＨ−基を含有する化合物）のエーテル基または−ＮＨ−基に直結する炭素原子に結合する水素原子を選択的に重水素化することができる（実施例２８）。
更に、実施例２９の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によればジアルキルエーテルの全ての水素原子を効率的に重水素化することができる。
さらにまた、実施例３０と実施例３４の結果から明らかなように、本発明の重水素化方法によれば、ジアルキルアミン化合物を温度条件によってアミノ基のα位のみを選択的に重水素化するか（５０℃；実施例３４）或いはアミノ基の末端メチル基以外の炭素原子に結合する全ての水素原子を効率的に重水素化することができる（８０℃；実施例３０）。
このように、本発明の重水素化方法を用いれば、各種基質の重水素化率を向上させることのみならず、特定の基質については、その特定位置を選択的に重水素化し得る。

Claims (8)

  1. ルテニウム触媒と水素ガスの共存下、一般式［１］で示される化合物
    Figure 0005454140
    〔式中、Ｘ１はヒドロキシル基又は一般式［２］で示されるアミノ基
    Figure 0005454140
    （式中、Ｒ２及びＲ３は夫々独立して水素原子、炭素数１〜１２のアルキル基又は炭素数７〜１５のアラルキル基を表す。）を表し、Ｒ１は、Ｘ１及びカルボキシル基から選ばれる置換基を有していてもよい、直鎖状、分枝状若しくは環状（但し、橋かけ環構造を除く）の炭素数１〜３０のアルキル基又は炭素数７〜１５のアラルキル基を表す。但し、Ｘ１が一般式［２］で示される基であり且つＲ２とＲ３が共に水素原子である場合、Ｒ１は前記置換基を有していてもよい炭素数１〜３０の直鎖状又は環状アルキル基である。〕、
    一般式［５］で示される化合物
    Figure 0005454140
    （式中、Ｒ４及びＲ５は夫々独立して炭素数１〜１０の直鎖状アルキル基を表し、Ｘ２はエーテル基又は−ＮＨ−基を表す。）又は
    一般式［６］で示される化合物
    Figure 0005454140
    （式中、Ｙは酸素原子又はメチレン基を表す。）を、
    重水素源と１０〜１２０℃で反応させることを特徴とする、前記化合物の酸素原子又は窒素原子のα位の水素の重水素化方法。
  2. 一般式［１］で示される化合物におけるＲ １ の環状（但し、橋かけ環構造を除く）の炭素数１〜３０のアルキル基が、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、2-シクロヘキシルエチル基、2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリデシル基、シクロテトラデシル基、シクロペンタデシル基、シクロヘキサデシル基、シクロヘプタデシル基、シクロオクタデシル基、シクロノナデシル基及びシクロイコシル基から選ばれる基である、請求項１記載の重水素化方法。
  3. 一般式［１］で示される化合物におけるＲ１が、Ｘ１及びカルボキシル基から選ばれる置換基を有していてもよい直鎖状若しくは分枝状の炭素数１〜３０のアルキル基又は炭素数７〜１５のアラルキル基である、請求項１又は２に記載の重水素化方法。
  4. 一般式［１］で示される化合物が、一般式［３］
    Figure 0005454140
    （式中、Ｔ１はＸ１を置換基として有していてもよい、炭素数１〜２０のアルキレン基又は炭素数７〜１５のアラルキレン基を表し、Ｘ１は前記に同じである。また、２つ若しくはそれ以上のＸ１は同一でも異なっていてもよい。）で示されるものである、請求項１に記載の重水素化方法。
  5. 一般式［１］で示される化合物が、一般式［４］
    Figure 0005454140
    （式中、Ｔ２はヒドロキシル基を置換基として有していてもよい、炭素数１〜６のアルキレン基を表す。）で示されるものである、請求項１に記載の重水素化方法。
  6. 重水素源が重水素化された溶媒である、請求項１に記載の重水素化方法。
  7. 重水素化された溶媒が重水である、請求項６に記載の重水素化方法。
  8. ルテニウム触媒がルテニウムカーボンである、請求項１に記載の重水素化方法。
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