JP5659191B2

JP5659191B2 - 複素環化合物、酸化触媒及びその使用

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Publication number: JP5659191B2
Application number: JP2012112606A
Authority: JP
Inventors: 穣人見; 健吾荒川
Original assignee: Doshisha
Current assignee: Doshisha
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP2013237650A; WO2013172169A1

Description

本発明は、複素環化合物、酸化触媒及びその使用に関し、詳しくは、構造中に金属に配位可能な複数の窒素原子を有する新規な複素環化合物と、複素環化合物を配位子とする酸化触媒と、その使用方法及びアルコールの製造方法とに関する。

ｓｐ³Ｃ−Ｈ結合は不活性であり、これを酸化することは一般に困難であるが、生体内では、このような酸化反応が温和な条件で進行している。シトクロム４５０やメタンモノオキシゲナーゼが関与する生体内の酸化反応はその好例である。
このような生体内でのｓｐ³Ｃ−Ｈ結合の酸化反応のメカニズムを元に、ｓｐ³Ｃ−Ｈ結合の酸化を触媒する金属錯体触媒の設計が種々試みられている（例えば、特許文献１参照）。
また、本発明者らは、アルカンＣ−Ｈ結合を過酸化水素で選択的に水酸化するための金属錯体触媒として、２−［ビス（ピリジン−２−イルメチル）］アミノ−Ｎ−キノリン−８−イル−アセトアミダートの鉄（ＩＩＩ）錯体が優れていることについて報告している（非特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２００９／０２２１０８３号明細書

人見穣、外３名、「An Iron(III) Monoamidate Complex Catalyst for Selective Hydroxylation of Alkane C-H Bonds with Hydrogen Peroxide」、Angewandte Chemie International Edition、2012、51(14)、p.3448-3452

しかし、従来の金属錯体触媒では、ｓｐ³Ｃ−Ｈ結合の酸化反応の選択性において、未だ改良の余地があった。

そこで、本発明は、選択性の高い酸化触媒を与える複素環化合物及び複素環化合物を用いた酸化触媒と、該酸化触媒の使用方法及びアルコールの製造方法とを提供することを目的としている。

本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、２−［ビス（ピリジン−２−イルメチル）］アミノ−Ｎ−キノリン−８−イル−アセトアミダートの配位部位のうち、キノリン骨格を有するアミダート部位において、このキノリン骨格の５位に特定の置換基を導入したものを酸化触媒に適用したとき、酸化の選択性がさらに高まることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明にかかる複素環化合物は、下記一般式（１）で表されることを特徴とする。

（式中、Ｒ¹はクロロ基であり、Ｒ²及びＲ⁶はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基であり、Ｒ³及びＲ⁷はそれぞれ独立して水素原子、ニトロ基、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルコキシ基又はＣ₁〜Ｃ₆ジアルキルアミノ基であり、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ独立して水素原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルキル基又はＣ₁〜Ｃ₆アルコキシカルボニル基であり、Ｒ⁵及びＲ⁹はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基である。）

本発明にかかる金属錯体触媒は、下記一般式（２）で表されることを特徴とする。

（式中、Ｍは鉄、マンガン又はコバルトであり、Ｌはアセトニトリル、ヒドロキソ、クロライド、トリフラート又はアクアであり、Ｘは対イオンであり、ｎは１又は２であり、Ｒ¹はニトロ基又はクロロ基であり、Ｒ²及びＲ⁶はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基であり、Ｒ³及びＲ⁷はそれぞれ独立して水素原子、ニトロ基、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルコキシ基又はＣ₁〜Ｃ₆ジアルキルアミノ基であり、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ独立して水素原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルキル基又はＣ₁〜Ｃ₆アルコキシカルボニル基であり、Ｒ⁵及びＲ⁹はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基である。）

本発明にかかる酸化触媒の使用方法は、上記酸化触媒を用いてｓｐ³Ｃ−Ｈ結合を酸化することを特徴とする。

本発明にかかるアルコールの製造方法は、上記酸化触媒を用いてｓｐ³Ｃ−Ｈ結合を酸化することによりアルコールを生成することを特徴とする。

本発明によれば、ｓｐ³Ｃ−Ｈ結合の酸化を高い選択性で触媒することができる。

以下、本発明にかかる複素環化合物、金属錯体触媒及びその使用に関し、その好ましい実施形態について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。

〔複素環化合物〕
本発明の複素環化合物は、下記一般式（１）で表される。

Ｒ¹はニトロ基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基又はＣ₁〜Ｃ₆アルコキシカルボニル基である。
本発明において、これらの置換基が有効であるのは次のような理由によるものと推察される。
すなわち、まず、Ｒ¹が置換しているキノリン骨格を有するアミダート部位は、金属錯体を形成したとき、アミダートアニオンとして金属に配位するものであり、配位される金属の電子状態の制御にきわめて重要な働きをしているものと推測される。そして、電子吸引性の強い上記いずれかの置換基をキノリン骨格の５位に導入すると、金属の電子状態がより適切に制御されることとなり、酸化反応の際、反応活性が強い（したがって選択性の低下を招く）ラジカルの発生が抑制され、結果として、所望の選択性が発揮されるものと考えられる。

Ｒ²〜Ｒ⁹は、アニオンとして金属に配位するアミダート部位に結合したキノリン骨格に導入されるＲ¹と比べると、金属錯体触媒として酸化反応に供した際の選択性への影響は大きくない。したがって、水素原子に限らず、下記に列挙する種々の置換基を導入したものであっても、従来技術に対する本発明の優位性を損なうものではない。

Ｒ²及びＲ⁶はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基である。

Ｒ³及びＲ⁷はそれぞれ独立して水素原子、ニトロ基、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルコキシ基又はＣ₁〜Ｃ₆ジアルキルアミノ基である。ハロゲン原子としては塩素原子、フッ素原子が好ましい。

Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ独立して水素原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルキル基又はＣ₁〜Ｃ₆アルコキシカルボニル基である。

Ｒ⁵及びＲ⁹はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基である。

上記において、Ｒ¹〜Ｒ⁹を炭素数が６以下の置換基に限定しているのは、立体障害による触媒の失活を防ぐためである。

上記のなかでも、特に、Ｒ²〜Ｒ⁹の全てが水素原子であるもの、または、これらが下表で示される組合せであるものが好ましく挙げられる。

上記表１に記載の各組合せが好ましい理由は以下のとおりである。
組合せ１が好ましい理由は、立体障害と酸化耐性による触媒回転数の向上にある。
組合せ２が好ましい理由は、立体障害と酸化耐性による触媒回転数の向上にある。
組合せ３が好ましい理由は、溶解度の向上と立体障害による触媒回転数の向上にある。
組合せ４が好ましい理由は、立体障害と酸化耐性による触媒回転数の向上にある。
組合せ５が好ましい理由は、溶解度の向上と立体障害による触媒回転数の向上にある。
組合せ６が好ましい理由は、立体障害と酸化耐性による触媒回転数の向上にある。
組合せ７が好ましい理由は、溶解度の向上にある。
組合せ８が好ましい理由は、溶解度の向上にある。

〔複素環化合物の製造方法〕
本発明の複素環化合物について、好ましい製造方法の一例を挙げる。ただし、本発明の複素環化合物は、下記の製造方法で得られるものに限定されるものではない。

本発明の複素環化合物の製造方法では、例えば、下記一般式（３）で表されるように、８−アミノキノリン又はその５位が置換された５−置換体を出発原料として用いる。

本発明の複素環化合物におけるＲ¹が、ニトロ基など、複素環化合物の基本骨格を形成した後でも容易に導入することができるものであれば、８−アミノキノリン（Ｒ¹⁰＝Ｈ）を出発原料とすればよいが、Ｒ¹が、ハロゲン原子など、複素環化合物の基本骨格を形成した後に導入することが困難なものであれば、出発原料として、５位がＲ¹で置換された８−アミノキノリンの５−置換体（Ｒ¹⁰＝Ｒ¹）を用いることが好ましい。Ｒ¹⁰として、容易にＲ¹に置換し得る官能基を導入し、後からＲ¹に置換するようにしても良い。
上に述べたことは、Ｒ²〜Ｒ⁹の種類によっても変わり得るものであって、目的物の種類に応じて、適宜決定すればよい。

なお、上記８−アミノキノリンの５−置換体は、例えば、２−ニトロアニリンの５位がＲ¹⁰で置換された２−ニトロアニリンの５−置換体から、デーブナー・フォン＝ミラー（Ｄｏｅｂｎｅｒ−ｖｏｎＭｉｌｌｅｒ）キノリン合成法やスクラウプ（Ｓｋｒａｕｐ）キノリン合成法などの公知のキノリン合成法により８−ニトロキノリンの５−置換体を製造し（下記反応（４））、さらにその８位のニトロ基をアミノ基に還元することで容易に得ることができる（下記反応（５））。

次に、上記一般式（３）で表される化合物を用いて、例えば、下記反応（６）、（７）を行う。

ここで、Ｘ¹、Ｘ²はハロゲン原子であり、好ましくはいずれもが臭素原子である。
反応（６）はアミノ基のアミド化反応であり、反応（７）はハロゲン化アルキルによるアミンのＮ−アルキル化反応である。

反応（７）で用いるアミンは、２，２’−ジピコリルアミン（Ｒ²〜Ｒ⁹の全てが水素原子の場合）又はその誘導体である。Ｒ²〜Ｒ⁹は、一般式（１）で表される上記複素環化合物におけるＲ²〜Ｒ⁹に対応する。

出発原料として８−アミノキノリン（Ｒ¹⁰＝Ｈ）を用いた場合は、このＲ¹⁰の位置にＲ¹を導入する。この方法は、従来公知の一般的なもので良く、例えば、Ｒ¹としてニトロ基を導入するには、硫酸と硝酸もしくは硝酸塩を用いた一般的なニトロ化反応が採用できる。

〔金属錯体触媒〕
本発明の金属錯体触媒は、下記一般式（２）で表される。

Ｍは鉄、マンガン又はコバルトである。高活性である点で鉄が好ましい。
Ｌはアセトニトリル、ヒドロキソ、クロライド、トリフラート又はアクアである。高活性である点でアセトニトリルが好ましい。
Ｘは対イオンであり、例えば、ＣｌＯ₄ ^-、Ｃｌ^-、Ｂｒ^-、ＡｃＯ^-、ＴｆＯ^-、ＣＦ₃ＣＯ₂ ^-、ＢＦ₄ ^-、ＲｅＯ₄ ^-、ＡｓＦ₆ ^-、ＳｂＦ₆ ^-などが好ましく挙げられる。高活性である点でＣｌＯ₄ ^-が特に好ましい。
ｎは１又は２である。
Ｒ¹〜Ｒ⁹については、上記本発明の複素環化合物と同様であり、説明を割愛する。

〔金属錯体触媒の製造方法〕
本発明の金属錯体触媒は、上記本発明の複素環化合物を金属に配位させることで得ることができ、その方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。

例えば、溶剤中、錯体を形成し得る条件で本発明の複素環化合物と所定の金属イオンとを共存させればよく、具体的には、本発明の複素環化合物を、塩基性化合物とともに溶剤に溶解し、ここに、所定の金属イオン溶液を添加することにより、錯体の微結晶を形成することができる。

ここで、前記溶剤としては、メタノール、アセトニトリルなどの極性有機溶剤が好適である。前記塩基性化合物としては、トリエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミンなどが好適である。

錯体形成後に、メタノールなどの溶剤で洗浄することで高純度の金属錯体触媒を得ることができる。

〔金属錯体触媒の使用〕
本発明の金属錯体触媒は、不活性なｓｐ³Ｃ−Ｈ結合の選択的酸化を触媒することができる。
ここで、選択的とは、具体的には、特定のｓｐ³Ｃ−Ｈ結合が他のｓｐ³Ｃ−Ｈ結合に優先して酸化されることを意味する。このとき、複数のｓｐ³Ｃ−Ｈ結合のうち、いずれのｓｐ³Ｃ−Ｈ結合が酸化されるかは、通常、各ｓｐ³Ｃ−Ｈ結合における結合解離エネルギーの大きさによって決まる。すなわち、通常、結合解離エネルギーが小さいｓｐ³Ｃ−Ｈ結合が優先して酸化される。

酸化反応を行うための酸化剤としては、例えば、過酸化水素、オゾン、ｍ−クロロ過安息香酸（ＣＰＢＡ）、２−ヨードキシ安息香酸エステル（ＩＢＸエステル）、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドなどが挙げられる。副生物が酸素や水などの環境負荷が少ないものである点で、過酸化水素やオゾンが好ましく挙げられる。

また、酸化反応における溶剤としては、例えば、アセトニトリル、ジメチルアセトアミドなどが挙げられ、中でも、高活性である点でアセトニトリルが好ましい。

本発明の金属錯体触媒は、選択性に優れ、かつ、触媒回転数も十分であるので、少量の添加で効率的かつ経済的に酸化反応を行うことができる。
例えば、酸化条件や原料の種類にもよるが、モル基準で、金属錯体触媒：基質（酸化対象となる物質）＝１：２０〜５０：１０００程度とすることができる。

本発明の金属錯体触媒を用いた酸化反応によれば、例えば、アルコールを製造することができる。また、さらに酸化反応を進めてケトンを製造することもできる。
特に、アルコールは、その水酸基を反応基点としてエステルやエーテルなどの誘導体を容易に製造することができ、さらに、ビニル基を有する酸でエステル化するなどすれば、モノマーとしての展開も可能であり、多様な応用展開が期待できる。このように、アルカンからアルコールを直接かつ高選択的に合成することの意義は極めて大きい。

より具体的な例を挙げれば、例えば、アダマンタン誘導体は医薬やフォトレジスト材料などの用途においての有用性が注目されているが、本発明の金属錯体触媒によれば、アダマンタンから、１−アダマンタノールを選択的に高い収率で得ることができ、さらに、その水酸基を反応基点として、様々なアダマンタン誘導体を効率的に製造することができる。

以下、実施例を用いて、本発明にかかる複素環化合物、金属錯体触媒及びその使用について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、以下において、下記一般式（８）で表わされる複素環化合物を「Ｈ−ｄｐａｑ^R」と略記する。

〔複素環化合物に係る実施例〕
＜実施例１：Ｈ−ｄｐａｑ^NO2の合成＞
まず、下記反応（９）により、Ｈ−ｄｐａｑ^Hを合成した。

具体的には、反応容器に炭酸ナトリウム（２．０２ｇ、１９．４ｍｍｏｌ）と８−アミノキノリン（２．００ｇ、１３．９ｍｍｏｌ）を加え、アルゴン雰囲気下にした後、脱水アセトニトリル４０ｍＬを加えた。反応容器を氷浴にて０℃にした後、撹拌下、ブロモアセチルブロミド（３．３６ｍＬ、１６．６ｍｍｏｌ）を１０分かけて加えた。２０分後、白色固体を「Ｃｅｌｉｔｅ５００」（登録商標）を用いた吸引濾過によって除去し、濾液をエバポレーターによって濃縮後、真空乾燥し、桃色固体を得た。
得られた桃色固体３．５４ｇと炭酸ナトリウム（２．０６ｇ、１９．４ｍｍｏｌ）を反応容器に入れ、アルゴン雰囲気下にした後、脱水アセトニトリル４０ｍＬを加えた。氷浴にて０℃にした後、撹拌下、２，２’−ジピコリルアミン（３．３１ｍＬ、１６．６ｍｍｏｌ）を２０分かけて加えた。一晩撹拌させた後、セライトを用いて白色固体を吸引濾過によって除去し、濾液をエバポレーターによって濃縮後、真空乾燥した。粗生成物はアルミナカラム（酢酸エチル：ヘキサン＝１：１）にて精製し、白色固体を得た。

得られた白色固体は、収量４．６ｇ、収率８６％であり、下記の同定結果からＨ−ｄｐａｑ^Hであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ３．５３（ｓ，２Ｈ），４．０１（ｓ，４Ｈ），７．１４（ｄｄ，Ｊ＝４．９Ｈｚ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，２Ｈ），７．５５−７．５０（ｍ，３Ｈ），７．６４（ｄｄｄ，Ｊ＝１．５Ｈｚ，Ｊ＝７．５Ｈｚ，２Ｈ），７．９７（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，２Ｈ），８．１９（ｄｄ，Ｊ＝１．２Ｈｚ，Ｊ＝８．６Ｈｚ，１Ｈ），８．５１（ｄ，Ｊ＝５．１Ｈｚ，２Ｈ），８．７６（ｄｄ，Ｊ＝２．６Ｈｚ，Ｊ＝６．０Ｈｚ，１Ｈ），８．９３（ｄｄ，Ｊ＝１．４Ｈｚ，Ｊ＝４．３Ｈｚ，１Ｈ），１１．６（ｓ，１Ｈ）
¹³ＣＮＭＲ（１２５．８ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ５９．６（ｓ），６１．３（ｓ），１１６．８（ｓ），１２１．８（ｓ），１２１．９（ｓ），１２２．６（ｓ），１２３．６（ｓ），１２７．７（ｓ），１２８．３（ｓ），１３４．７（ｓ），１３６．６（ｓ），１３６．８（ｓ），１３９．１（ｓ），１４８．３（ｓ），１４９．４（ｓ），１５８．５（ｓ），１６９．８（ｓ）
元素分析による同定結果は以下のとおりである。
計算値（Ｃ₂₃Ｈ₂₁Ｎ₅Ｏ）：Ｃ，７２．０４；Ｈ，５．５２；Ｎ，１８．２６
測定値：Ｃ，７２．２５；Ｈ，５．４５；Ｎ，１８．３６

次に、上記Ｈ−ｄｐａｑ^Hを用いて、下記反応（１０）によりＨ−ｄｐａｑ^NO2を合成した。

具体的には、まず、２００ｍＬナスフラスコに、上記Ｈ−ｄｐａｑ^H（１．５０ｇ、３．９２ｍｍｏｌ）を入れ、濃硫酸７５ｍＬに溶解させた。撹拌下、硝酸カリウム（０．４７４ｇ、４．６８ｍｍｏｌ）を少量ずつ加えた後、１５℃で反応溶液を３時間撹拌した。氷浴下、過剰量のアンモニア水に反応溶液を滴下し、塩基性にした後、ジクロロメタンを用いて分液抽出を行った。有機層をエバポレーターによって濃縮し、真空乾燥した結果、黄色の固体が得られた。

得られた黄色固体は、収量１．４ｇ、収率８１．６％であり、下記の同定結果からＨ−ｄｐａｑ^NO2であることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ３．６１（ｓ，２Ｈ），４．０４（ｓ，４Ｈ），７．１６（ｄｄ，Ｊ＝１．７Ｈｚ，Ｊ＝６．７Ｈｚ，２Ｈ），７．６４（ｄｄ，Ｊ＝１．９Ｈｚ，Ｊ＝７．７Ｈｚ，２Ｈ），７．７９（ｄｄ，Ｊ＝４．３Ｈｚ，Ｊ＝８．９Ｈｚ，１Ｈ），７．８２（ｄ，Ｊ＝７．５Ｈｚ，２Ｈ），８．５４−８．５２（ｍ，３Ｈ），８．８３（ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，１Ｈ），９．０３（ｄｄ，Ｊ＝１．４Ｈｚ，Ｊ＝４．３Ｈｚ，１Ｈ），９．３１（ｄｄ，Ｊ＝１．７Ｈｚ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，１Ｈ），１１．９（ｓ，１Ｈ）。
¹³ＣＮＭＲ（１２５．８ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ５９．５（ｓ），６１．４（ｓ），１１４．０（ｓ），１２２．２（ｓ），１２２．７（ｓ），１２３．６（ｓ），１２４．８（ｓ），１２８．１（ｓ），１３３．５（ｓ），１３６．８（ｓ），１３８．１（ｓ），１３８．９（ｓ），１４０．９（ｓ），１４９．０（ｓ），１４９．５（ｓ），１５８．０（ｓ），１７０．９（ｓ）

＜実施例２：Ｈ−ｄｐａｑ^Clの合成＞
まず、下記反応（１１）により、５−クロロ−８−ニトロキノリンを合成した。

具体的には、まず、１００ｍＬ三角フラスコにリン酸５．０３ｇと塩酸５５ｍＬを加えた後、５−クロロ−２−ニトロアニリン（５．０２ｇ、２９．１ｍｍｏｌ）を溶解した。撹拌下、８０℃でアクロレイン（５．０ｍＬ、７４．８ｍｍｏｌ）を３０分かけてゆっくりと滴下した後、９０℃で３．５時間更に撹拌した。室温まで冷却後、１００ｇの氷水に反応液を注ぎ、生じた沈殿物を吸引濾過により除去した。濾液にアンモニア水を加え、アルカリ性（ｐＨ１３）にした後、析出した固体を吸引濾過し、真空乾燥した。

得られた生成物は、収量３．４ｇ、収率５６％であり、下記の同定結果から５−クロロ−８−ニトロキノリンであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ７．６９（ｄｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，４．５Ｈｚ，１Ｈ），７．７２（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），８．００（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），８．６９（ｄｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，１．６Ｈｚ，１Ｈ），９．１４（ｄｄ，Ｊ＝４．５Ｈｚ，１．６Ｈｚ，１Ｈ）
¹³ＣＮＭＲ（１２５．８ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ１２３．７（ｓ），１２３．８（ｓ），１２５．６（ｓ），１２７．３（ｓ），１３３．５（ｓ），１３５．８（ｓ），１４０．４（ｓ），１４７．４（ｓ），１５３．４（ｓ）

次に、５−クロロ−８−ニトロキノリンを用いて、下記反応（１２）により、５−クロロ−８−アミノキノリンを合成した。

具体的には、まず、１００ｍＬ二口ナス型フラスコに５−クロロ−８−ニトロキノリン（２．０１６ｇ、９．８３ｍｍｏｌ）を入れ、エタノール４０ｍＬに溶解した。反応容器を窒素置換した後、塩化第一錫（１１．１ｇ、４９．１ｍｍｏｌ）を加え、室温で２時間半撹拌した。撹拌下、冷水、更に飽和炭酸ナトリウム水溶液を加え、塩基性にした後、ジクロロメタンを用いて分液抽出した。有機層をエバポレーターを用いて濃縮し、真空乾燥し褐色の固体を得た。

得られた褐色固体は、収量１．１ｇ、収率６７％であり、下記の同定結果から５−クロロ−８−アミノキノリンであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ５．０１（ｂｒ，２Ｈ），６．８４（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），７．３９（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），７．４９（ｄｄ，Ｊ＝８．６Ｈｚ，４．２Ｈｚ，１Ｈ），８．４７（ｄｄ，Ｊ＝８．６Ｈｚ，１．７Ｈｚ，１Ｈ），８．７９（ｄｄ，４．２Ｈｚ，１．７Ｈｚ，１Ｈ）
¹³ＣＮＭＲ（１２５．８ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ１０９．７（ｓ），１１８．３（ｓ），１２２．３（ｓ），１２６．７（ｓ），１２７．４（ｓ），１３３．１（ｓ），１３９．０（ｓ），１４３．５（ｓ），１４８．０（ｓ）

さらに、上記５−クロロ−８−アミノキノリンを用いて、下記反応（１３）により、Ｈ−ｄｐａｑ^Clを合成した。

具体的には、まず、反応容器に炭酸ナトリウム（０．８５ｇ、８．１ｍｍｏｌ）と５−クロロ−８−アミノキノリン（１．０７ｇ、６．０ｍｍｏｌ）をいれアルゴン雰囲気下にした後、脱水アセトニトリル４０ｍＬを加えた。反応容器を氷浴にて０℃にした後、撹拌下、ブロモアセチルブロミド（０．６２ｍＬ、７．１ｍｍｏｌ）を１０分かけて加えた。３時間後、セライトを用いて白色沈殿を吸引濾過によって除去し、濾液をエバポレーターによって濃縮後、真空乾燥した。
得られた桃色固体１．９６ｇと炭酸ナトリウム（０．９９ｇ、９．３ｍｍｏｌ）を反応容器に入れ、アルゴン雰囲気下にした後、脱水アセトニトリル５０ｍＬを加えた。氷浴にて０℃にした後、撹拌下、２，２’−ジピコリルアミン（１．２９ｍＬ、７．１ｍｍｏｌ）を２０分かけて加えた。一晩撹拌させた後、セライトを用いて白色固体を吸引濾過によって除去し、濾液をエバポレーターによって濃縮後、真空乾燥した。粗生成物はアルミナカラム（酢酸エチル：ヘキサン＝１：１）にて精製し、黄色固体を得た。

得られた黄色固体は、収量１．０ｇ、収率３８％であり、下記の同定結果からＨ−ｄｐａｑ^Clであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ３．５５（ｓ，２Ｈ），４．０２（ｓ，４Ｈ），７．１５（ｄ，Ｊ＝８．４Ｈｚ，１Ｈ），７．５９（ｄｄ，Ｊ＝８．５Ｈｚ，４．３Ｈｚ，１Ｈ），７．６３（ｄｄ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，１．２Ｈｚ，２Ｈ），７．９１（ｄ，Ｊ＝７．７Ｈｚ，２Ｈ），８．５２（ｄｄ，Ｊ＝５．７Ｈｚ，１．２Ｈｚ，２Ｈ），８．６０（ｄｄ，Ｊ＝８．５Ｈｚ，１．６Ｈｚ，１Ｈ），８．７１（ｄ，Ｊ＝８．４Ｈｚ，１Ｈ），８，９８（ｄｄ，Ｊ＝４．２Ｈｚ，１．６Ｈｚ，１Ｈ），１１．６（ｓ，１Ｈ）
¹³ＣＮＭＲ（１２５．８ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ５９．５（ｓ），６１．３（ｓ），１１１．７（ｓ），１２２．５（ｓ），１２２．６（ｓ），１２３．５（ｓ），１２４．６（ｓ），１２６．３（ｓ），１２７．５（ｓ），１３３．６（ｓ），１３３．９（ｓ），１３６．７（ｓ），１３９．６（ｓ），１４８．７（ｓ），１４９．４（ｓ），１５８．３（ｓ），１６９．９（ｓ）

＜比較例１：Ｈ−ｄｐａｑ^OMeの合成＞
実施例２の記載に準じて反応（１１）により５−クロロ−８−ニトロキノリンを合成した後、これを用いて、下記反応（１４）により、５−メトキシ−８−ニトロキノリンを合成した。

具体的には、まず、二口ナスフラスコに５−クロロ−８−ニトロキノリン（０．８７ｇ、４．２１ｍｍｏｌ）、ナトリウムメトキシド（０．９５ｇ、１７．６５ｍｍｏｌ）を加え窒素下にし、脱水メタノールを３０ｍｌ加えた。７０℃で５時間反応させたのち、エバポレーターで溶媒を除去し、ジクロロメタンと水を用いて分液し有機層に抽出した。有機層を塩水で洗浄した後に、硫酸ナトリウムを加えて脱水をし、溶媒を除去すると褐色の油状物質を得た。その油状物質を、アルミナカラム（展開溶媒：ヘキサン：酢酸エチル＝１０：１）を用いて精製し、エバポレーターで溶媒を除去させた結果、黄土色固体が得られた。

得られた黄土色固体は、収量０．４８４ｇ、収率６７％であり、下記の同定結果から５−メトキシ−８−ニトロキノリンであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ５．０１（ｓ，３Ｈ），６．８４（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），７．３９（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），７．５０（ｄｄ，Ｊ＝４．２Ｈｚ，８．６Ｈｚ，１Ｈ），８．４７（ｄｄ，Ｊ＝８．６Ｈｚ，１．７Ｈｚ，１Ｈ），８．８０（ｄｄ，Ｊ＝４．２Ｈｚ，１．７Ｈｚ，１Ｈ）

次に、上記５−メトキシ−８−ニトロキノリンを用いて、下記反応（１５）により、５−メトキシ−８−アミノキノリンを合成した。

具体的には、まず、二口ナスフラスコに５−メトキシ−８−ニトロキノリン（０．４ｇ、２．３３ｍｍｏｌ）を加え窒素下にした後に脱水エタノールを５０ｍｌ加え溶かした。水素下でパラジウムカーボン（０．０４ｇ）を加え常温で撹拌した。６時間後セライトを用いて濾過し、濾液をエバポレーターで濃縮すると黄色の固体を得た。

得られた黄色固体は、収量０．３３３ｇ、収率８３％であり、下記の同定結果から５−メトキシ−８−アミノキノリンであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ３．９４（ｓ，３Ｈ），４．６３（ｓ，２Ｈ），６．７３（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），６．８７（ｄ，Ｊ＝８．０Ｈｚ，１Ｈ），７．３８（ｄｄ，Ｊ＝４．１，８．６Ｈｚ，１Ｈ），８．５１（ｄｄ，Ｊ＝１．７，８．６Ｈｚ，１Ｈ），８．８０（ｄｄ，Ｊ＝１．７，４．１Ｈｚ，１Ｈ）

さらに、上記５−メトキシ−８−アミノキノリンを用いて、下記反応（１６）により、Ｈ−ｄｐａｑ^OMeを合成した。

具体的には、まず、反応容器に炭酸ナトリウム（０．２８５ｇ、２．７ｍｍｏｌ）と５−メトキシ−８−アミノキノリン（０．３３ｇ、１．９１ｍｍｏｌ）をいれアルゴン雰囲気下にした後、脱水アセトニトリル５ｍＬを加えた。反応容器を氷浴にて０℃にした後、撹拌下、ブロモアセチルブロミド（０．２ｍＬ、２．３ｍｍｏｌ）を１０分かけて加えた。３時間後、セライトを用いて白色沈殿を吸引濾過によって除去し、濾液をエバポレーターによって濃縮後、真空乾燥した。
得られた橙色固体０．５ｇと炭酸ナトリウム（０．２５ｇ、１．９ｍｍｏｌ）を反応容器に入れ、アルゴン雰囲気下にした後、脱水アセトニトリル１５ｍＬを加えた。氷浴にて０℃にした後、撹拌下、２，２’−ジピコリルアミン（０．３６ｍＬ、２ｍｍｏｌ）を２０分かけて加えた。一晩撹拌させた後、セライトを用いて白色固体を吸引濾過によって除去し、濾液をエバポレーターによって濃縮後、真空乾燥した。粗生成物はアルミナカラム（酢酸エチル：ヘキサン＝１：１）にて精製し、黄色固体を得た。

得られた黄色固体は、収量０．６１５ｇ、収率７８％であり、下記の同定結果からＨ−ｄｐａｑ^OMeであることが確認できた。
¹ＨＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ₃）による同定結果は以下のとおりである。
δ３．５１（ｓ，２Ｈ），３．９９（ｓ，３Ｈ），４．００（ｓ，４Ｈ），６．８４（ｄ，Ｊ＝８．５９Ｈｚ，１Ｈ），７．１６（ｄｄｄ，Ｊ＝６．５９Ｈｚ，４．０１Ｈｚ，１．７２Ｈｚ，２Ｈ），７．５１（ｄｄ，Ｊ＝４．０１Ｈｚ，８．５９Ｈｚ，１Ｈ），７．６６（ｄｄｄ，Ｊ＝８．０２Ｈｚ，７．４５Ｈｚ，１．７２Ｈｚ，２Ｈ），８．０１（ｄ，Ｊ＝８．０２Ｈｚ，２Ｈ），８．５３（ｄ，Ｊ＝４．０１Ｈｚ，２Ｈ），８．６２（ｄｄ，Ｊ＝８．５９Ｈｚ，１．７２Ｈｚ，１Ｈ），８．６９（ｄ，Ｊ＝８．５９Ｈｚ，１Ｈ），８．９５（ｄｄ，Ｊ＝４．５８Ｈｚ，１．７２Ｈｚ，１Ｈ），１１．４（ｓ，１Ｈ）

〔金属錯体触媒に係る実施例〕
＜実施例３：［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^NO2）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂の合成＞
実施例１で得られたＨ−ｄｐａｑ^NO2を用いて、下式（１７）で表される［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^NO2）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂を合成した。

すなわち、実施例１で得られたＨ−ｄｐａｑ^NO2（０．５０ｇ、１．１５ｍｍｏｌ）およびトリエチルアミン（０．１２ｇ、１．２０ｍｍｏｌ）をメタノール４ｍＬに溶解させ、過塩素酸第二鉄（Ｆｅ（ＣｌＯ₄）_3・６Ｈ₂Ｏ、０．６３ｇ、１．８０ｍｍｏｌ）のメタノール溶液４ｍＬを加えた。反応溶液は緑色に変化した。２時間撹拌した後、メンブランフィルターを用いて沈殿を濾集、真空乾燥し、緑黒色固体を得た。得られた固体をアセトニトリルに溶解させ酢酸エチルを貧溶媒とし気液拡散法によって再結晶すると、空気中で安定なブロック状の緑黒色結晶が得られた。収量０．６６ｇ、収率７８％であった。

＜実施例４：［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^Cl）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂の合成＞
実施例２で得られたＨ−ｄｐａｑ^Clを用いて、下式（１８）で表される［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^Cl）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂を合成した。

すなわち、実施例２で得られたＨ−ｄｐａｑ^Cl（０．３１ｇ、０．７２ｍｍｏｌ）およびトリエチルアミン（０．０８ｇ、０．７９ｍｍｏｌ）をメタノール５ｍＬに溶解させ、過塩素酸第二鉄（Ｆｅ（ＣｌＯ₄）_3・６Ｈ₂Ｏ、０．３１ｇ、０．８６ｍｍｏｌ）のメタノール溶液２ｍＬを加えた。反応溶液は緑色に変化した。２時間撹拌した後、メンブランフィルターを用いて沈殿を濾集、真空乾燥し、緑黒色固体を得た。得られた固体をアセトニトリルに溶解させ酢酸エチルを貧溶媒とし気液拡散法によって再結晶すると、空気中で安定なブロック状の緑黒色結晶が得られた。収量０．４０ｇ、収率７６％であった。

＜比較例２：［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^H）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂の合成＞
Ｈ−ｄｐａｑ^Hを用いて、下式（１９）で表される［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^H）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂を合成した。

すなわち、Ｈ−ｄｐａｑ^H（０．１０ｇ、０．２６ｍｍｏｌ）およびトリエチルアミン（０．０３ｇ、０．３０ｍｍｏｌ）をメタノール１．０ｍＬに溶解させ、過塩素酸第二鉄（Ｆｅ（ＣｌＯ₄）_3・６Ｈ₂Ｏ、０．１１ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）のメタノール溶液１．０ｍＬを加えた。反応溶液は緑色に変化した。２時間撹拌した後、メンブランフィルターを用いて沈殿を濾集、真空乾燥し、緑黒色固体を得た。得られた固体をアセトニトリルに溶解させ酢酸エチルを貧溶媒とし気液拡散法によって再結晶すると、空気中で安定なブロック状の緑黒色結晶が得られた。収量０．１４ｇ、収率７８％であった。
なお、Ｈ−ｄｐａｑ^Hは実施例１に記載した方法で製造した。

＜比較例３：［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^OMe）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂の合成＞
比較例１で得られたＨ−ｄｐａｑ^OMeを用いて、下式（２０）で表される［Ｆｅ^III（ｄｐａｑ^OMe）ＣＨ₃ＣＮ］（ＣｌＯ₄）₂を合成した。

すなわち、比較例１で得られたＨ−ｄｐａｑ^OMe（０．６１ｇ、１．５ｍｍｏｌ）およびトリエチルアミン（０．１６ｇ、１．６ｍｍｏｌ）をメタノール７．０ｍＬに溶解させ、過塩素酸第二鉄（Ｆｅ（ＣｌＯ₄）_3・６Ｈ₂Ｏ、０．６３ｇ、１．８ｍｍｏｌ）のメタノール溶液５．０ｍＬを加えた。反応溶液は緑色に変化した。２時間撹拌した後、メンブランフィルターを用いて沈殿を濾集、真空乾燥し、緑黒色固体を得た。得られた固体をアセトニトリルに溶解させ酢酸エチルを貧溶媒とし気液拡散法によって再結晶すると、空気中で安定なブロック状の緑黒色結晶が得られた。収量０．６８ｇ、収率６４％であった。

〔金属錯体触媒の使用に係る実施例〕
＜実施例５，６：アダマンタンの酸化反応＞
実施例３，４の各鉄錯体触媒を用いて、下記反応（２１）により、アダマンタンの酸化反応を行った。下記反応（２１）において、生成物（Ａ）は目的生成物であり、生成物（Ｂ）は副生成物である。

具体的には、鉄錯体触媒を含むアセトニトリル溶液（１ｍＭ、１ｍＬ、１μｍｏｌ）にアダマンタン（５００μｍｏｌ）を溶解した後、シリンジポンプを用いて過酸化水素のアセトニトリル溶液（０．４ｍＭ、０．５ｍＬ、２０μｍｏｌ）を３０分かけて加えた。過酸化水素の添加開始から３５分後、反応溶液にニトロベンゼンのアセトニトリル溶液（０．２Ｍ、０．１ｍＬ、２０μｍｏｌ）を加え、ガスクロマトグラフィーを用いて定量を行った。
機器：ガスクロマトグラフ「ＧＣ２０１４」（島津製作所製）
カラム：キャピラリーカラム「ＩｎｅｒｔＣａｐ」（６０ｍ×０．２５ｍｍ）（ジーエルサイエンス社製）
測定条件：初期温度１００℃で５分間保持、その後２２０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温、２２０℃に到達後１１分間保持

＜比較例４，５：アダマンタンの酸化反応＞
比較例２，３の各鉄錯体触媒を用いて、実施例５，６と同様にしてアダマンタンの酸化反応を行った。

＜実施例７，８：１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタンの酸化反応＞
実施例３，４の各鉄錯体触媒を用いて、下記反応（２２）により、１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタンの酸化反応を行った。下記反応（２２）において、生成物（Ｃ）は目的生成物であり、生成物（Ｄ）は副生成物である。

具体的には、鉄錯体触媒を含むアセトニトリル溶液（１ｍＭ、５ｍＬ、５μｍｏｌ）に１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタン（５００μｍｏｌ）を溶解した後、シリンジポンプを用いて過酸化水素のアセトニトリル溶液（３ｍＭ、０．２ｍＬ、６００μｍｏｌ）を３０分かけて加えた。過酸化水素の添加開始から３５分後、反応溶液にニトロベンゼンのアセトニトリル溶液（０．２Ｍ、０．１ｍＬ、２０μｍｏｌ）を加え、ガスクロマトグラフィーを用いて定量を行った。
機器：ガスクロマトグラフ「ＧＣ２０１４」（島津製作所製）
カラム：キャピラリーカラム「ＩｎｅｒｔＣａｐ」（６０ｍ×０．２５ｍｍ）（ジーエルサイエンス社製）
測定条件：初期温度１００℃で５分間保持、その後２２０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温、２２０℃に到達後１１分間保持

＜比較例６，７：１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタンの酸化反応＞
比較例２，３の各鉄錯体触媒を用いて、実施例７，８と同様にして１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタンの酸化反応を行った。

〔金属錯体触媒の選択性の評価〕
＜評価１：アダマンタンの酸化反応における選択性＞
実施例５，６及び比較例４，５におけるアダマンタンの酸化反応において、目的生成物（Ａ）と、副生成物（Ｂ）の生成比は以下のとおりであった。
実施例５：（Ａ）／（Ｂ）＝２７
実施例６：（Ａ）／（Ｂ）＝２０
比較例４：（Ａ）／（Ｂ）＝１９
比較例５：（Ａ）／（Ｂ）＝１６

上記に見るとおり、本発明に係る実施例３，４の金属錯体触媒を用いた実施例５，６の酸化反応では、比較例２，３の金属錯体触媒を用いた比較例４，５の酸化反応と比べて、高い選択性で目的生成物を得ることができた。特に、実施例３の金属錯体触媒を用いた実施例５の酸化反応において、選択性の向上効果が顕著であった。

＜評価２：１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタンの酸化反応における選択性＞
実施例７，８及び比較例６，７における１−ブロモ−３，７−ジメチルオクタンの酸化反応において、目的生成物（Ｃ）と、副生成物（Ｄ）の生成比は以下のとおりであった。
実施例７：（Ｃ）／（Ｄ）＝１８
実施例８：（Ｃ）／（Ｄ）＝１５
比較例６：（Ｃ）／（Ｄ）＝１５
比較例７：（Ｃ）／（Ｄ）＝１２

上記に見るとおり、本発明に係る実施例４の金属錯体触媒を用いた実施例８の酸化反応は、比較例２の金属錯体触媒を用いた比較例６の酸化反応との間では、選択性に有意な差が認められなかったものの、比較例３の金属錯体触媒を用いた比較例７の酸化反応と比べた場合には、高い選択性で目的生成物を得ることができていた。実施例３の金属錯体触媒を用いた実施例７の酸化反応については、比較例６，７の酸化反応のいずれと比較しても、選択性の明らかな向上が認められた。

本発明にかかる複素環化合物及び金属錯体触媒は、ｓｐ³Ｃ−Ｈ結合の選択的酸化に好適に利用することができる。

Claims

下記一般式（１）で表される、複素環化合物。

（式中、Ｒ¹はクロロ基であり、Ｒ²及びＲ⁶はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基であり、Ｒ³及びＲ⁷はそれぞれ独立して水素原子、ニトロ基、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルコキシ基又はＣ₁〜Ｃ₆ジアルキルアミノ基であり、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ独立して水素原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルキル基又はＣ₁〜Ｃ₆アルコキシカルボニル基であり、Ｒ⁵及びＲ⁹はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基である。）
Ｒ ²〜Ｒ⁹が水素原子である、請求項１に記載の複素環化合物。
下記一般式（２）で表される金属錯体からなり、ｓｐ ³ Ｃ−Ｈ結合の酸化反応に用いられる、酸化触媒。

（式中、Ｍは鉄、マンガン又はコバルトであり、Ｌはアセトニトリル、ヒドロキソ、クロライド、トリフラート又はアクアであり、Ｘは対イオンであり、ｎは１又は２であり、Ｒ¹はニトロ基又はクロロ基であり、Ｒ²及びＲ⁶はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基であり、Ｒ³及びＲ⁷はそれぞれ独立して水素原子、ニトロ基、ハロゲン原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルコキシ基又はＣ₁〜Ｃ₆ジアルキルアミノ基であり、Ｒ⁴及びＲ⁸はそれぞれ独立して水素原子、Ｃ₁〜Ｃ₆アルキル基又はＣ₁〜Ｃ₆アルコキシカルボニル基であり、Ｒ⁵及びＲ⁹はそれぞれ独立して水素原子又はＣ₁〜Ｃ₆アルキル基である。）
Ｍが鉄であり、Ｌがアセトニトリルであり、ＸがＣｌＯ₄ ^-であり、ｎが２であり、Ｒ¹がニトロ基であり、Ｒ²〜Ｒ⁹が水素原子である、請求項３に記載の酸化触媒。
請求項３又は４に記載の酸化触媒を用いてｓｐ³Ｃ−Ｈ結合を酸化する、酸化触媒の使用方法。
請求項３又は４に記載の酸化触媒を用いてｓｐ³Ｃ−Ｈ結合を酸化することによりアルコールを生成する、アルコールの製造方法。