JP5806739B2 - β−官能化脂肪族エステルの製造方法 - Google Patents

β−官能化脂肪族エステルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、β-官能化脂肪族エステルを製造する方法に関する。
C-C二重結合の制御された選択的な移行は高い合成上の価値があるが、それは官能基化のためのある異性体へのインサイチュでアクセスが促進されるからであって、そうでなければ実現可能でないであろう。不飽和脂肪族カルボン酸エステル、中でも脂肪のエステルは、60年以上以来ずっとこれらの異性体化反応のための基材として研究されている。オレフィンの二重結合移行は、ヒドロホウ素化、ブテノリシス、メタセシス、メトキシカルボニル化、ヒドロホルミル化、ヒドロアミノメチル化のように、いくつかの官能基化反応と結びついてきた。とりわけ再生可能原料に由来する長鎖不飽和脂肪エステルにとって、異性体化する官能基化は僅かしか知られておらず、文献に記載された事例は、捕捉反応がアルキル鎖のメチル末端で起こることで共通している（例えば、出版物 K. Y. Ghebreyessus, R. J. Angelici, Organometallics 2006年, 25巻, 3040-3044頁を参照）。
K. Y. Ghebreyessus, R. J. Angelici, Organometallics 2006年, 25巻, 3040-3044頁
したがって、β-官能化脂肪族エステルをもたらす新しい反応および反応シーケンスの開発あるいは既知の反応および反応シーケンスの改良に対するたゆまぬ必要性がある。とりわけ、様々な異なったコストの生じる反応ステップの使用ではなく、ワンポット反応で生成物を得ることを可能にする反応シーケンスが好適である。
ロジウムに触媒された二重結合異性体化/共役付加により、β-官能化脂肪族エステルを調製するための価値のある新しいアプローチが提供されることが判明した。
したがって、本発明は、式(I)：
Figure 0005806739
 ［式中、Rは1〜8個のC-原子を有するアルキル基を表わし、R'は水素原子、あるいは1〜8個のC-原子を有するアルキル部分を表わし、また、nは0、あるいは1〜20の数を表わし、Xは基Ph-R''（ここで、R''は水素原子あるいは1〜6個のC-原子を有するアルキル基を表わす）、あるいは基R''''-N-R'''(ここで、R'''およびR''''は独立して1〜8個のC-原子を有する直鎖状あるいは分枝状あるいは環式アルキルを表わす) のいずれかを表す］
に示されるβ-官能化カルボン酸エステルの製造方法であって、一般式(II)：
Figure 0005806739
 ［式中、n、RおよびR'は式(I)での意味と同じである］
に示される不飽和エステルを、式(III)：
Figure 0005806739
 ［式中、Mはアルカリ金属カチオンを表わし、Arはアリール基を表し、R'' は式(I)での意味と同じである］
に示されるホウ素化合物、またはアミン
R'''-NH-R'''' (IV)
［式中、R'''およびR''''は上記と同じ意味である］
のいずれか及びロジウム含有触媒の存在下に、80〜120℃の間の温度で、溶媒中、酸素不含雰囲気下、ワンポットで反応させることを特徴とする、方法に関する。
異性体の熱力学平衡の原理に基づき、本出願による方法は、β-官能化化合物への求核分子を備えた反応用のオレフィンエステル中の隔たりのある二重結合のアクセスを可能とする、触媒作用によるワンポット法である。位置的な二重結合異性体の急速に相互変換するプールから、α,β-不飽和種だけが共役付加反応によって使い果たされ、これは可逆的な平衡にある他の異性体によって再び補充される。我々のグループによって以前に開発した不飽和脂肪酸の触媒作用によるラクトン化の分子内ケースは、同様の例であろう。この新規なタンデム反応の開発は、異性体化と共役付加が存在するような2つのサブステップの個別の検討によって行われた。
基材は、酸のアルキル部分に１個のC-C二重結合を有するカルボン酸エステル(II)である。酸性部分に少なくとも5個のC-原子であって22個以下のC-原子を有するオレフィン酸エステル(II)が好ましい。このような化合物は、既知の方法によって調製することができ、市販されている。とりわけ、油と脂肪のような、天然起源から得られた不飽和酸が好適であり、ここで、オレイン酸またはエライジン酸はこうした不飽和酸の例である。
本発明による反応は溶媒中で行われ、かかる溶媒は、好ましくはベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジフェニルエーテル、または水とこれらの溶媒のブレンドから選択される。水不含の条件下で反応を行うことも可能である。好適な溶媒は、芳香族溶媒、とりわけトルエンである。水をブレンドした有機溶媒を使用するとさらに好適であり、その場合、60〜90%トルエンおよび40〜10%の水からなるブレンドが利点である。好ましい実施形態では、溶媒は、トルエン、または水およびトルエンの重量比 1 : 25 〜 1 : 10、好ましくは 1 : 20 ブレンドから選択される。
本方法を実施するための更なる条件は、反応中の酸素(O2)を存在させないことである。したがって、それは窒素(N2)かアルゴン(Ar)雰囲気下ではあるが、標準圧下で反応を実施することが好ましい。
反応は、80乃至120℃、より好適には100乃至110℃の範囲の高温で実施することを必要とする。反応時間は使用量に依存するが、典型的には、反応の完了には15〜25時間が必要である。
使用する触媒は、Rh含有触媒、好ましくは酸化数+1を備えたRh原子を含むRh含有触媒から選択される。様々な有機配位子を有するRhの複合体は、とりわけ好適である。ここで、本発明が教示する１つの実施形態は、とりわけ、(i) Rh(acac)(COD)、 [Rh(OH)(COD)]2または[Rh(Cl)(COD)]2、最も好適にはこれと、(ii)ビフェホスあるいはP(Oアリル)3配位子とを、 (i) : (ii) が 2 : 1 乃至 1 : 2、好ましくは 1 : 1 のモル量で選択するロジウム含有触媒に関する。
反応中で使用する第２の化合物は、ホウ素化合物(III)あるいはジアミン(IV)のいずれかから選択される求核体である。好適なホウ素化合物は、PhB(OH)2、PhB(pin)、PhBMIDAエステル、PhBF3K、KB(4-ClC6H4)4、NaB(2-ナフチル)4、NaB(4-トリル)4およびKB(2-チエニル)4からなる群から選択される。そのようなRh複合体は既知であって市販されている。文献 A. Behr, D. Obst, A. Westfechtel, Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2005, 107, 213-219を参照。
アミンとしては、特に環式ジアミンが使いられ、ピロール、ピロリンおよびピロリジンなどが選択される。
反応それ自体は、必要な（compelling）化合物を単にブレンドし、同時に又はその後にブレンド物を反応温度まで加熱することによって行うことができる。反応が終了し冷却した後、既知の分離手段によって生成物を分離することができ、その場合、クロマトグラフ法が好適である。
本発明の教示により及び下記反応スキームによって調製されたβ−エステルを、次表Ｉに列挙する。
Figure 0005806739
反応条件は次のとおりであった。0.5mmolのエノエート１、2.0mmolのテトラアリールホウ酸塩２、Rh(acac)(COD) 0.015 mmol、ビフェホス 0.015 mmol、トルエン/水3.0/0.15 mL、100C、20h、アルゴン雰囲気。[a] Nは可能な異性体の数に相当する。[b] 分離収率。[c] 触媒0.03 mmolを使用した。[d] 2.0当量の18-クラウン-6を添加した。
次表IIは、次の反応スキームによるアミンとオレフィンエステルの反応生成物を示す。
Figure 0005806739
反応条件：0.5−1.0mmolのエノエート１、5.0−10.0mmolのアミン４、Rh(acac)(CO)2 0.015当量、ビフェホス 0.015当量、トルエン 2.0 mL/mmol、100℃、20時間、アルゴン雰囲気。
脂肪エステルあるいはトリグリセリドへのこの新しい反応経路の拡張は、再生可能な原料としてのプラント油の探査用の有用なツールとなり得る。
本発明による方法によって得られる生成物は、化粧品組成物を調製するために使用することができる。特に、油相または軟化剤として用いることが好適である。更に、そのような組成物は、様々な種類のUVフィルタを溶解するのに適当である。
製造実施例 - 一般法。
テフロンコートした撹拌子と乾燥セプタムを含むオーブン乾燥ガラス器中、窒素雰囲気下で、反応を行なった。反応媒体から大気中の酸素を取り除くために、反応剤を混合する前に、45分間のアルゴン散布によって溶媒を脱気した。溶媒は、使用に先立って標準手順によって精製した。ｎ−ドデカンを内部標準として用い、GCによって全反応をモニターした。ｎ−ドデカンに関する生成物のレスポンスファクターは、物質の既知量を分析することによって実験的に得た。GC分析は、HP-5キャピラリーカラム(フェニルメチルシロキサン30m×320×0.25、100/2.3-30-300/3)、および60℃、2分で開始後、300℃まで30℃/分の傾斜、その後この温度で3分間保持する時間プログラムを使用して行なった。カラムクロマトグラフィは、Combi Flash Companion-Chromatography-System (Isco-Systems)およびRediSep充填カラム(12g)を使用して行なった。TLC分析は、市販の60 F254シリカゲルプレートについて行なった。NMRスペクトルは、Bruker AMX 200、AMX 400、あるいはBruker Avance 600システム上で、溶媒としてCDCl3を用い、200、400あるいは600MHzおよび51、101あるいは151MHzにおけるプロトンと炭素のそれぞれの共鳴について得た。質量スペクトルのデータは、GC-MS Saturn 2100 T (Varian)によって得た。別段の記載をしない限り、市販の基材をそのまま使用した。非市販品のオレフィンエステル１を、対応する酸から標準エステル化法を用いて合成した。
アリールホウ酸塩の異性体化−共役付加反応のための一般手順。

オーブン乾燥した20mLのクリンプトップバイアルに、アセチルアセトナト(1,5-シクロオクタジエン)ロジウム(I)(1.5モル%)、ビフェホス(1.5モル%)、ホウ酸アリール(2.0当量)および撹拌子を充填し、またテフロンセプタムでシールし、アルゴンで３回真空パージした。続いて、トルエン(3mL/mmolエステル)、オレフィンエステル１(0.5-1.0 mmol)および水(150μL/mmolエステル)を、皮下注射器によって添加し、反応混合物を100℃で20時間撹拌した。室温(=21℃)に冷却後、溶媒を真空で除去し、フラッシュカラムクロマトグラフィ(SiO2、酢酸エチル−ヘキサンあるいはジエチルエーテル−ヘキサン)の後にエステル３を得た。
エチル 3-フェニルヘキサノエート (3a)。化合物3aを、エチル5-ヘキセノエート(1a)(75.0mg、0.5 mmol)およびナトリウムテトラフェニルボレート(2a)(343mg、1.0 mmol)から、一般手順に従って合成した。フラッシュカラムクロマトグラフィ(SiO2、酢酸エチル−ヘキサン1:8)により精製し、無色の液体(98mg、89%)として3aを得た。
CAS-Nr. 99903-38-5 1H NMR (600 MHz, CDCl 3) ppm 7.23 - 7.29 (m, 2 H) 7.14 - 7.18 (m, 3 H) 4.00 (q, J = 7.1 Hz, 2 H) 3.06 - 3.11 (m, 1 H) 2.51 - 2.62 (m, 2 H) 1.54 - 1.64 (m, 2 H) 1.09 - 1.20 (m, 5 H) 0.80 - 0.88 (m, 3 H) ppm。
13C NMR (101 MHz, CDCl 3) 172.3, 144.1, 128.3, 127.4, 126.3, 60.1, 41.9, 41.8, 38.4, 20.4, 14.0, 13.9 ppm。
MS (Ion trap, EI): m/z (％) = 221 [M+] (86), 174 (55), 135 (68), 132 (92), 118 (37), 105 (27), 91 (100)。
エチル 3-フェニルヘキサノエート(3a)の実験規模合成。オーブン乾燥した50mLのクリンプトップバイアルに、アセチルアセトナト(1,5-シクロオクタジエン)ロジウム(I)(46.5 mg, 0.15 mmol)、ビフェホス(124 mg, 0.15 mmol)、ナトリウムテトラフェニルボレート(2a)(6.86 g, 19.9 mmol)および撹拌子を充填し、テフロンセプタムでシールし、アルゴンで3回真空パージした。続いて、トルエン (30 mL)、エチル 5-ヘキセノエート(1a)(1.48 g, 10.0 mmol)および水(1.5 mL)を、皮下注射器によって添加し、反応混合物を100Cで20時間撹拌した。室温へ冷却した後、溶媒を真空で除去し、フラッシュカラムクロマトグラフィ(40gのSiO2、ジエチルエーテル-ヘキサン1:9)の後に、3aを無色の液体(1.75g、80%)として得た。その結果は、選択されたロジウム触媒を使用する場合のみ要求されたβ-官能化生成物が得られることを示すものであった。
Figure 0005806739
pin = ピナコール; MIDA=N-メチルイミノ二酢酸ボロネート。

本明細書の当初の開示は以下を包含する。
〔１〕 式(I)：
Figure 0005806739
 ［式中、Rは1〜8個のC-原子を有するアルキル基を表わし、R'は水素原子、あるいは1〜8個のC-原子を有するアルキル部分を表わし、また、nは0、あるいは1〜20の数を表わし、Xは基Ph-R''（ここで、R''は水素原子あるいは1〜6個のC-原子を有するアルキル基を表わす）、あるいは基R''''-N-R'''(ここで、R'''およびR''''は独立して1〜8個のC-原子を有する直鎖状あるいは分枝状あるいは環式アルキルを表わす) のいずれかを表す］
に示されるβ-官能化カルボン酸エステルの製造方法であって、一般式(II)：
Figure 0005806739
 ［式中、n、RおよびR'は式(I)での意味と同じである］
に示される不飽和エステルを、式(III)：
Figure 0005806739
 ［式中、Mはアニオンを表わし、R'' は式(I)での意味と同じである］
に示されるホウ素化合物、またはアミン
R'''-NH-R'''' (IV)
［式中、R'''およびR''''は上記と同じ意味である］
のいずれか及びロジウム含有触媒の存在下に、80〜120℃の間の温度で、溶媒中、酸素不含雰囲気下、ワンポットで反応させることを特徴とする、方法。
〔２〕 式(II)：
［式中、R'は水素原子を表わし、Rはエチル基である］
による基材を選択することを特徴とする、〔１〕に記載の方法。
〔３〕 ロジウム含有触媒は、Rh原子を含み酸化数+1を有するRh複合体から選択されることを特徴とする、〔１〕〜〔２〕のいずれかに記載の方法。
〔４〕 ロジウム含有触媒は、(i)Rh(acac)(COD)、[Rh(OH)(COD)] 2 または[Rh(Cl)(COD)] 2 と、(ii)ビフェホスあるいはP(Oアリル) 3 配位子とを、(i):(ii)が2:1乃至1:2、好ましくは1:1のモル量で選択することを特徴とする、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の方法。
〔５〕 溶媒は、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジフェニルエーテルあるいは水とこれらのブレンドから選択されることを特徴とする、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の方法。
〔６〕 溶媒は、トルエン、あるいは水およびトルエンの重量比1:25〜1:10、好ましくは1:20のブレンドから選択されることを特徴とする、〔４〕に記載の方法。
〔７〕 式(III)に示されるトリアリールホウ素化合物は、PhB(OH) 2 , PhB(pin), PhBMIDAエステル, PhBF 3 K, KB(4-ClC 6 H 4 ) 4 , NaB(2-ナフチル) 4 , NaB(4-トリル) 4 , およびKB(2-チエニル) 4 からなる群から選択されることを特徴とする、〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の方法。

Claims (6)

  1. 式(I)：
    Figure 0005806739
     ［式中、Rは1〜8個のC-原子を有するアルキル基を表わし、R'は水素原子、あるいは1〜8個のC-原子を有するアルキル部分を表わし、また、nは0、あるいは1〜20の数を表わし、Xは基Ph-R''（ここで、R''は水素原子あるいは1〜6個のC-原子を有するアルキル基を表わす）、あるいは基R''''-N-R'''(ここで、R'''およびR''''は独立して1〜8個のC-原子を有する直鎖状あるいは分枝状あるいは環式アルキルを表わす) のいずれかを表す］
    に示されるβ-官能化カルボン酸エステルの製造方法であって、一般式(II)：
    Figure 0005806739
     ［式中、n、RおよびR'は式(I)での意味と同じである］
    に示される不飽和エステルを、式(III)：
    Figure 0005806739
     ［式中、Mはアルカリ金属カチオンを表わし、Arはアリール基を表し、R'' は式(I)での意味と同じである］
    に示されるホウ素化合物、またはアミン
    R'''-NH-R'''' (IV)
    ［式中、R'''およびR''''は上記と同じ意味である］
    のいずれか及びRh(acac)(COD)及び[Rh(Cl)(COD)] 2 からなる群から選択されるロジウム含有触媒ならびにビフェホスの存在下に、80〜120℃の間の温度で、溶媒中、酸素不含雰囲気下、ワンポットで反応させることを特徴とする、方法。
  2. 式(II)：
    ［式中、R'は水素原子を表わし、Rはエチル基である］
    による基材を選択することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. ロジウム含有触媒は、(i)Rh(acac)(COD)または[Rh(Cl)(COD)]2と、(ii)ビフェホスとを、(i):(ii)が2:1乃至1:2のモル量で選択することを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
  4. 溶媒は、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、ジフェニルエーテルあるいは水とこれらのブレンドから選択されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 溶媒は、トルエン、あるいは水およびトルエンの重量比1:25〜1:10のブレンドから選択されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  6. 式(III)に示されるホウ素化合物は、NaB(4-トリル) 4 およびNaBPh 4 からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
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