JP6761030B2 - ルイス酸触媒としてのビスマスパーフルオロアルキルホスフィネート - Google Patents

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Description

本発明は、ルイス酸触媒としてのビスマスパーフルオロアルキルホスフィネート、当該化合物およびその製造方法に関する。
ルイス酸を用いた触媒作用は、有機合成において、および様々な物質の工業的製造のために顕著に重要広範な方法であり、様々な物質の工業的製造のために顕著に重要である。ルイス酸によって触媒される多くの重要な工業的プロセスは、例えば芳香族化合物のFriedel-Craftsアルキル化およびアシル化、Gattermann-Koch反応、BeckmannおよびFries転位、Mukaiyamaアルドール縮合を含む[Acid Catalysis in Modern Organic Synthesis, H. Yamamoto and K. Ishihara (Eds.), WILEY-VCH, Weinheim, 2008]。
G. N. Lewisは、酸を、電子対受容体として作用することができる物質として定義している。この定義によれば、ルイス酸は、電子不足分子または種である。通常使用するルイス酸性触媒、例えばAlCl、TiCl、ZnClおよびBFジエチルエーテラートは、湿分感受性であり、一般に反応の完了後に回収することができない。
さらなる知られているルイス酸は、ビスマス塩、例えばBiCl、BiBrおよびBi(OSOCFであり、それは、T. Ollevier, org. Biomol. Chem., 2013, 11, 2740-2755に記載されている通りである。BiClを触媒として使用する場合、しかしながら、高濃度、通常10mol%が必要であり、HClの遊離によって、例えば鋼容器を使用する場合に反応装置の腐食がもたらされ得る。最良に知られているビスマス触媒は、ビスマストリス(トリフルオロメタンスルホネート)である。この化合物の欠点は、水の存在下での加水分解に対する感受性ならびに、アルコールおよびアミンとのその反応性である。
F.H.A. Kwie et al, Synthetic Communications, 40, 2010, 1082-1087またはT.C. Wabnitz et al, Chem. Eur. J. 10, 2004, 484-493には、ビスマストリス(トリフルオロメタンスルホネート)から遊離したあらゆるトリフルオロメタンスルホン酸が触媒作用の原因であり得ることが記載されている。
S. Kobayashi et al, Chem. Eur. J., 12, 2006, 5954-5960には、Bi(III)塩を、有機配位子、例えば2,2’−ビピリジン誘導体の使用により安定化することができることが提案されている。
R. Qiu et al, Adv. Synth. Catal, 352, 2010, 153は、触媒としてのビスマスパーフルオロオクタンスルホネートの使用に関して報告している。
したがってまた、ルイス酸によって触媒される反応を最適に行うために、代替のルイス酸触媒についての必要性が、引き続き存在する。
本発明の目的は、したがって、所望の触媒反応を良好な収率において行うことを可能にする代替のルイス酸触媒を開発することである。
驚くべきことに、特定のビスマスパーフルオロアルキルホスフィネートは触媒的に活性であり、ビスマストリス(トリフルオロメタンスルホネート)よりも加水分解に対して著しく感受性が低いことが、見出された。
本発明は、したがって、第1に、式(Ia)および(Ib)
ArBi[OP(O)(R3−x (Ia)、
ArBi[OP(O)(R (Ib)
式中、
Arは、各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示し、それは、非置換または置換であってもよく;
は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示し、ならびに
Xは、0、1または2を示す、
で表される化合物に関する。
6〜12個のC原子を有するアリール基は、ハロゲン、アルキル、フッ素化アルキル、Oアルキル、NOまたはCNによって単置換または多置換されていてもよいフェニル、ナフチル、アントラセニルまたはフェナントリルを示す。
「アルキル」は、1〜12個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基を示す。
ハロゲンは、F、Cl、BrまたはIを示す。ハロゲンは、好ましくはFまたはClを示す。
「フッ素化アルキル」は、1〜10個のC原子を有する直鎖状または分枝状フッ素化アルキル基であり、ここで1〜10個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基の少なくとも1個のH原子は、F原子によって置き換えられている。すべてのH原子がF原子によって置き換えられていることがまた。可能である。
アリール基は、好ましくは、非置換であるか、またはハロゲン、アルキル、フッ素化アルキル、Oアルキル NOもしくはCNによって単置換されているフェニルである。Arは、特に好ましくは、非置換フェニル基、またはアルキルもしくはフッ素化アルキルによって単置換されたフェニル基である。Arは、極めて特に好ましくは非置換フェニル基である。
1〜12個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基は、例えばメチル、エチル、イソプロピル、プロピル、ブチル、sec−ブチルまたはtert−ブチル、ペンチル、1−、2−または3−メチルブチル、1,1−、1,2−または2,2−ジメチルプロピル、1−エチルプロピル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシルまたはn−ドデシルである。
「フッ素化アルキル」は、好ましくは、1〜4個のC原子を有する直鎖状または分枝状フッ素化アルキル基である。「フッ素化アルキル」は、特に好ましくは、トリフルオロメチル、ジフルオロメチル、2,2,2−トリフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロイソプロピル、ヘプタフルオロプロピルおよびノナフルオロブチルである。
本発明の好ましい実施形態において、アリール基Arは、好ましくは、各出現に関して同一である。
本発明はさらに、上記の式(Ia)および式(Ib)で表され、式中Arが各出現に関して同一である化合物に関する。
パーフルオロアルキル基R好ましくはトリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、n−ヘプタフルオロプロピル、イソ−ヘプタフルオロプロピル、n−ノナフルオロブチル、sec−ノナフルオロブチルまたはtert−ノナフルオロブチルである。パーフルオロアルキル基Rは、特に好ましくはペンタフルオロエチルまたはn−ノナフルオロブチルを表す。
本発明の好ましい実施形態において、パーフルオロアルキル基Rは、好ましくは、各出現に関して同一である。
本発明は、したがってさらに、上に記載したかまたは好ましく記載した式(Ia)および(Ib)で表され、式中パーフルオロアルキル基Rが各出現において同一である化合物に関する。
式(Ia)で表される特に好ましい化合物は、化合物フェニルビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)ビスマス(III)およびビスマストリス(ペンタフルオロエチルホスフィネート)である。
式(Ib)で表される特に好ましい化合物は、トリフェニルビス[ビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)]ビスマス(V)である。
本発明はさらに同様に、上に記載したかまたは好ましく記載した式(Ia)で表され、式中xが0を示す化合物の製造方法であって、ビスマスを式(II)
HOP(O)(R (II)、
式中、
は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
で表される化合物と反応させることを特徴とする、前記方法に関する。
ビスマスを、金属粒子のあらゆる既存の形態、例えば粉末または旋削の形態において使用することができる。ビスマスを、好ましくはビスマス粉末として用いる。
式(II)で表される化合物は、既知のパーフルオロアルキルホスフィン酸であり、その数種は、商業的に入手できるか、または、例えばNikolai V. Ignat’ev et al, Perfluoroalkylphosphorus acids: Synthesis, properties and applications in catalysis, Chimica Oggi/Chemistry Today, vol. 29, No. 5, September/October 2011に記載されている既知の合成プロセスによってアクセス可能である。
当該反応を、溶媒の存在下または不存在下で行うことができる。
好適な溶媒は、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、1,4−ジオキサン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−トリクロロエタン、モノグライム、ジグライム、トリグライム、クロロベンゼンおよびイオン性液体または上に述べた溶媒の混合物である。
好適なイオン性液体に関する詳細を、以下に記載し、またこの反応に該当する。
反応温度は、好ましくは20℃〜180℃、特に好ましくは60℃〜160℃、極めて特に好ましくは80℃〜140℃である。
これに、好ましくは好適な精製方法を後続させる。例えば、反応混合物を、好適な溶媒、例えばメタノールで希釈し、未反応の金属を濾別する。濾液から溶媒を除去し、乾燥し、必要に応じて、好ましくはジエチルエーテルで洗浄し、乾燥することによってさらに精製する。
本発明はさらに、上に記載したかまたは好ましく記載した式(Ia)で表され、式中xが1または2を示す化合物の製造方法であって、式(II)
HOP(O)(R (II)、
式中、
は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
で表される化合物をトリアリールビスムタンと反応させ、ここでアリールは、各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示すことを特徴とする、前記方法に関する。
上に記載した反応を、好ましくは、不活性ガス雰囲気中で行う。酸素含有量が最大1000ppmである場合が、特に好ましい。
酸素含有量に関する条件は、以下に記載するように、式(II)で表される化合物の成功した反応の後のワークアップには該当しない。
トリアリールビスムタンは、商業的に入手でき、例えばABCRからのトリフェニルビスムタンで、またはP. Pfeiffer et al, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1904, 37, 4620-4623に記載されているように既知の合成プロセスによって製造することができる。好ましい調製を、例の部において記載する。上記のようなアリール基および好ましいアリール基の定義は、これらの反応に相応して該当する。トリアリールビスムタンを、例えば、代替的に、アリールが各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示すアリールリチウム化合物の、三塩化ビスマスとの反応によって製造することができる。
式(II)で表される化合物のトリアリールビスムタンとの反応を、好ましくは溶媒の存在下で行う。
好適な溶媒は、例えばアルコール、例えばメタノールまたはエタノールである。
反応温度は、好ましくは20℃〜180℃、特に好ましくは60℃〜160℃、極めて特に好ましくは80℃〜140℃である。
これに、好ましくは好適な精製方法を後続させる。好ましくは、すべての揮発性成分を高度の真空中で除去し、残留物を相応して洗浄し、乾燥する。残留物を、好ましくは水で洗浄する。
本発明はさらに、上に記載したかまたは好ましく記載した式(Ib)で表される化合物の製造方法であって、アリールが各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示し、それが非置換または置換であってもよいトリアリールビスマス(V)ジクロライドを、
式(III)
Ag[(RPO] (III)、
式中、
は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
で表される化合物と反応させることを特徴とする、前記方法に関する。
式(III)で表される化合物は、対応するビス(パーフルオロアルキル)ホスフィン酸の銀塩であり、既知の方法によって製造することができる。酸化銀または炭酸銀のビス(パーフルオロアルキル)ホスフィン酸との反応が、好適である。さらなる反応条件は、当業者に知られており、例えば例の部において記載する。式(Ia)で表される化合物についての好適であり、好ましい基Rに関するコメントはまた、相応して式(Ib)で表される化合物に該当する。
トリアリールビスマス(V)ジクロライドを、例えば、トリアリールビスムタンの塩素化剤との反応によって製造することができる。好適な塩素化剤は、Cl、POCl、PCl、SOClまたはSOClである。SOClを、好ましくは用いる。反応条件を、同様の反応から当業者によって導き出すことができ、例えば例の部において記載する。
トリアリールビスマス(V)ジクロライドへの変換を、上に記載したように、好ましくは、含水量が最大1000ppmである不活性ガス雰囲気中で行う。
本発明はさらに、上に記載したかまたは好ましく記載した式(Ib)で表される化合物の製造方法であって、式(II)、
HOP(O)(R (II)
式中、
は、各場合において、互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
で表される化合物を、トリアリールビスマス(V)カーボネート、トリアリールビスマス(V)ジアセテートまたはトリアリールビスマス(V)ジクロリドと反応させ、ここでアリールが、各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示すことを特徴とする、前記方法に関する。
数種のトリアリールビスマス(V)カーボネートが商業的に入手でき、例えばSigma-Aldrichからのトリフェニルビスマス(V)カーボネートである。
数種のトリアリールビスマス(V)ジアセテートが商業的に入手でき、例えばSigma-Aldrichからのトリフェニルビスマス(V)ジアセテートである。
好適な溶媒は、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル、1,4−ジオキサン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、モノグライム、ジグライム、トリグライム、クロロベンゼンおよびイオン性液体または上に述べた溶媒の混合物である。
好適なイオン性液体に関する詳細を、以下に記載し、またこの反応に該当する。
反応温度は、好ましくは20℃〜180℃、特に好ましくは60℃〜160℃、極めて特に好ましくは80℃〜140℃である。
これに、好ましくは好適な精製方法を後続させる。例えば、反応混合物を、好適な溶媒、例えばメタノールで希釈し、未反応の金属を濾別する。濾液から溶媒を除去し、乾燥し、必要に応じて、好ましくはジエチルエーテルで洗浄し、乾燥することによってさらに精製する。
本発明はさらに、上に記載したかまたは好ましいとして記載した式(Ia)および(Ib)で表される化合物の、ルイス酸触媒としての使用に関する。
本発明はさらに、ルイス酸触媒反応における使用のための、上に記載したかまたは好ましいとして記載した式(Ia)または(Ib)で表されるルイス酸触媒に関する。
極めて特に好ましいルイス酸触媒は、化合物フェニルビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)ビスマス(III)およびビスマストリス(ペンタフルオロエチルホスフィネート)ならびにトリフェニルビス[ビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)]ビスマス(V)である。
式(Ia)、式(Ib)で表される化合物または好ましいとして示した式(Ia)および(Ib)で表される化合物を、好ましくは、出発物質に基づいて化学量論量より低い量において0.01〜20mol%の触媒量において使用する。上に記載したかまたは好ましいとして記載した式(Ia)または(Ib)で表される化合物を、特に好ましくは0.1mol%〜10mol%の量において使用する。上に記載したかまたは好ましいとして記載した式(Ia)または(Ib)で表される化合物を、極めて特に好ましくは1mol%〜5mol%の量において使用する。触媒の分野における当業者は、触媒するべき対応する反応のための触媒の最適量を選択することができる。
ビスマストリス(トリフルオロメタンスルホネート)との比較実験によって、化合物フェニルビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)ビスマス(III)およびビスマストリス(ペンタフルオロエチルホスフィネート)が吸湿性でなく、空気中で保存することができることが示される。化合物トリフェニルビス[ビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)]ビスマス(V)は、同様に吸湿性でない。
本発明の好ましい実施形態において、ルイス酸触媒反応を、縮合反応、アルコール分解、アルドール反応、Mukaiyamaアルドール反応、Gattermann-Koch反応、BeckmannおよびFries転位、Friedel-Craftsアシル化、Friedel-Craftsアルキル化、Mannich反応、Diels-Alder反応、アザ−Diels-Alder反応、Baylis-Hillman反応、Reformatsky反応、Claisen転位、Prins環化反応、カルボニル化合物のアリル化、アルデヒドおよびケトンのシアノ化、アルデヒドおよびケトンのシアノシリル化、Strecker反応、1,3−双極性環付加またはMichael反応から選択する。
ルイス酸触媒反応を、対応する溶媒の存在下または不存在下で行うことができる。
本発明によるルイス酸触媒の使用の際の好適なプロトン性溶媒は、エタノール、メタノールまたはイソプロパノールである。
本発明によるルイス酸触媒の使用の際の好適な非プロトン性溶媒は、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ニトロメタン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、ジエチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル 1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、モノグライム、ジグライム、トリグライム、ヘキサン、ヘプタン、石油エーテル、ベンゼンおよびトルエンである。
イオン性液体のクラスはまた、本発明によるルイス酸触媒の使用の際の溶媒として好適である。
イオン性液体は、一般に有機カチオンおよび無機アニオンからなる塩を意味するものと解釈される。それらは、いかなる中性分子をも含まず、通常373Kより低い融点を有する[Wasserscheid P, Keim W, 2000, Angew. Chem. 112, 3926]。それらの塩特性のために、イオン性液体は、独特な物質特性、例えば低い蒸気圧、広い温度範囲にわたる液体状態を有し、不燃性であり、高い導電性ならびに高い電気化学的および熱的安定性を示す。
本発明によるルイス酸触媒の使用の際の溶媒としての好適なイオン性液体は、有機カチオンを有するイオン性液体であり、そのアニオンは、Cl、Br、[RCOO]、[RSO、[RCOO]、[RSO、[ROSO、[BF、[SO2−、[HSO1−、[(R1)P(O)O]、[RP(O)O2−、[(RO)P(O)O]、[(RO)P(O)O2−、[(RP(O)O]、[RP(O)O2−、[(FSON]、[(RSON]、[(RSOC]、[(FSOC]、[P(R6−y、[BF(R4−x、[BF(CN)4−x、[B(R1)(CN)4−a、[B(R)F(CN)]または[B(R)F(CN)の群から選択され、
式中、
は、各場合において互いに独立して、1〜12個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基を示し、
は、各場合において互いに独立して、1〜12個のC原子を有する部分的にフッ素化されたかもしくはパーフルオロ化された直鎖状もしくは分枝状アルキル基またはペンタフルオロフェニルを示し、
xは、整数0、1、2または3を示し、
yは、整数0、1、2、3または4を示し、ならびに
aは、整数1または2を示す。
1〜4個のC原子を有するパーフルオロ化直鎖状または分枝状アルキル基は、例えば、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、n−ヘプタフルオロプロピル、イソ−ヘプタフルオロプロピル、n−ノナフルオロブチル、sec−ノナフルオロブチルまたはtert−ノナフルオロブチルである。Rは、同様に、1〜12個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を定義し、上記のパーフルオロアルキル基を含み、例えばパーフルオロ化n−ヘキシル、パーフルオロ化n−ヘプチル、パーフルオロ化n−オクチル、パーフルオロ化エチルヘキシル、パーフルオロ化n−ノニル、パーフルオロ化n−デシル、パーフルオロ化n−ウンデシルまたはパーフルオロ化n−ドデシルである。
は、好ましくはトリフルオロメチル、ペンタフルオロエチルまたはノナフルオロブチル、極めて特に好ましくはトリフルオロメチルまたはペンタフルオロエチルである。
変数yは、好ましくは1,2または3、特に好ましくは3である。
好ましい溶媒は、アニオン[P(R6−yおよび[RSOを有するイオン性液体であり、式中Rおよびyは、上に示したか、または好ましいとして示した意味を有する。
特に好ましい溶媒は、アニオン[P(Cおよび[CFSOを有するイオン性液体である。
有機カチオンは、一般に非限定的であり、好ましくは、先行技術から知られているように、適切に置換されていてもよいイミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオンまたはピロリジニウムカチオンから選択される。
イオン液体1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート{[EMIM][FAP]}および1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフラート{[EMIM][OTf]}を、極めて特に好ましくは溶媒として選択する。
ルイス酸触媒反応の以下の例は、上に記載したかまたは好ましいとして記載した式(Ia)および(Ib)で表される化合物の使用、反応を、120℃までの反応温度で空気の下で行うことができることを示す。触媒の量は同様に、本発明によるルイス酸触媒の場合において同様に著しく減少する。
ルイス酸触媒としての式(Ia)および(Ib)で表される化合物の好適性は、Friedel-Craftsアシル化、Friedel-Craftsアルキル化、Diels-Alder反応(添加)およびStrecker反応を参照して確認されている。これらの反応タイプは、ルイス酸触媒反応の代表である。
さらなるコメントがなくても、当業者は以下の記載を最も広い範囲において利用することができることが、推測される。好ましい態様および実施例は、したがって単に説明的な開示と見なすべきであり、それは、いかなる方法においても絶対に限定的ではない。
例:
例1.フェニルビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)ビスマス(III)、PhBi[O(O)P(Cの製造。
15mlのメタノール中の3.09 g(10.2mmol)のビス (ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸、(CP(O)OHを、最初に50mlSchlenkフラスコ中に、窒素の向流(counterstream)中で導入し、1.49g(3.4mmol)のトリフェニルビスマスを、ゆっくり加える。反応混合物を、還流下で24時間加熱する。反応溶液のすべての揮発性構成成分を、高度の真空中で除去する。残留物を水で2回洗浄し、得られた残留物を90℃で高度の真空中で乾燥し、無色の微粉状の固体を得た。
PhBi[O(O)P(Cの収量(トリフェニルビスマスに基づく):2.70g(3.0 mmol、 89%)。分解点:>550℃。
表:
アセトン−d中のフェニルビス(ペンタフルオロエチルホスフィニル)ビスマス(III)、PhBi[O(O)P(CのNMRデータ。
表:フェニルビス(ペンタフルオロエチル−ホスフィニル)ビスマス(III)、PhBi[O(O)P(Cの質量分析データ、ESI陰性。
例2:Bi(III)[(CPOの製造

3.420g(16.365mmol)の粉砕したビスマス粉末を、最初に50mlの丸底フラスコ中に導入し、15.544g(51.469mmol)のビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸を、ピペットを介して加える。混合物を、140℃で24時間加熱する。
冷却後、灰色がかった反応混合物を、25mlのメタノール中に吸収させ、未反応の金属粉末(Bi)を、濾過により分離し、濾液を、ロータリーエバポレーター中で蒸発させ、高度の真空中で一晩乾燥する。残留物を、50mlのジエチルエーテル中に吸収させ、濾過し、各回20mlのジエチルエーテルで4回洗浄する。得られた無色固体を、高度の真空中で乾燥する。収量(ビスマスを基準とする):5.09g(4.58mmol、28%)。
分解点:>490℃
表:アセトン−dを標準としたRTでのメタノール中のBi[(CPOのNMRデータ。
Hシグナルは、アセトン−dに溶解した溶液Bi[(CPOについてのH−NMRスペクトルにおいて検出されない。この結果によって、Bi[(CPOが室温でメタノールと反応しないことが確認される。
例3.トリフェニルビス[ビス(ペンタフルオロエチル)−ホスフィニル)]ビスマス(V)、PhBi[(CPOの製造
A)銀(I)ビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィネート、{Ag[(CPO]の製造

6.17gの酸化銀(I)(26.63mmol)を、分割して、アセトニトリル(50ml)中の(CP(O)OH(15.03g、49.77mmol)の溶液に加え、反応混合物を、還流下で3時間加熱する。すべての不溶性成分を濾別し、溶媒を減圧下で除去し、残留物を高度の真空中で一晩乾燥する。残留物を、ジエチルエーテル(50ml)中に吸収させ、活性炭上で撹拌する。濾過および溶媒の除去の後、得られた無色固体を、高度の真空中で乾燥する。
収量は、15.50g(38.01mmol、(CP(O)OHを基準として76%)である。
13C{19F} NMR (CD3CN, RT), δ, ppm: 112.5 (d, 1J(C,P)=127 Hz; CF2), 119.5 (d, 2J(C,P)=16 Hz; CF3);
19F NMR (CD3CN, RT), δ, ppm: -125.7 (d, 2J(P,F)=69 Hz, 4F; CF2), -81.1 (s, 6F; CF3);
31P NMR (CD3CN, RT ), δ, ppm: -0.2 (quint, 2J(P,F)=69 Hz).
B)トリフェニルビスムタン、PhBiの製造
250mlのジエチルエーテル(EtO)中の5.52g(795mmol)のリチウムを、最初に、還流冷却器を備えた1リットルの3つ口フラスコ中に導入する。44ml(420mmol)のブロモベンゼンを、250ml滴下漏斗を介して撹拌しながらゆっくり滴加し、したがってジエチルエーテルは連続的に沸騰する。添加が完了した際に、灰色−茶色懸濁液を、還流下で30分間加熱し、32.74g(104mmol)の三塩化ビスマスを、その後加える。混合物を、RTで15時間撹拌する。
懸濁液を、氷浴冷却した蒸留水を用いて加水分解し、飽和塩化アンモニウム溶液を用いて中和する。有機相を分離し、水相をEtOで2回抽出する。合わせた有機相をMgSOで乾燥し、溶媒を高度の真空中で除去する。残留物を、80mlのEtOから再結晶する。母液の繰り返したデカンテーションおよび蒸発ならびに高度の真空中での乾燥によって、トリフェニルビスムタンが無色針状結晶の形態において得られる。
収量は、39.26g(89.21mmol、三塩化ビスマスを基準として86%)である。
1H NMR (CDCl3), δ, ppm: 7.8 (m, Hortho), 7.4 (m, Hmeta, Hpara).
C)トリフェニルビス[ビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィニル)]ビスマス(V)、PhBi[(CPOへの変換

0.68g(5.00mmol)のSOClを、ジクロロメタン(20ml)中のトリフェニルビスムタン(1.58g、3.59mmol)の溶液上に凝縮させ、反応混合物を、室温(RT)で1時間撹拌する。すべての揮発性構成成分を、PhBiClが無色固体として得られるまで高度の真空中で除去する。残留物をジクロロメタン(20ml)中に吸収させ、3.24g(7.20mmol)のAg[(CPO]を加え、反応混合物を室温で1時間撹拌する。沈殿した固体を濾別し、濾液を減圧下で蒸発させる。粗生成物を、シクロヘキサンから再結晶させ、高度の真空中で乾燥することによって、PhBi[(CPOが無色針状結晶として得られる。
収量は、2.61g(2.50mmol、BiPhを基準として70%)である。
融点:130〜133℃、分解:>170℃。
1H NMR ([D6]acetone, RT), δ, ppm: 7.7 (t, 3J(H,H)=7 Hz, 3H; Hpara), 7.9 (t, 3J(H,H)=8 Hz, 6H; Hmeta), 8.1 (d, 3J(H,H)=8 Hz, 6H; Hortho);
13C{1H} NMR ([D6]acetone, RT), δ, ppm: 133.0 (s; Cpara), 133.6 (s; Cmeta), 134.1 (s; Cortho), 155.2 (s, Cquart);
13C{19F} NMR ([D6]acetone, RT), δ, ppm: 110.9 (d, 1J(C,P)=145 Hz; CF2), 118.1 (d, 2J(C,P)=20 Hz; CF3);
19F NMR ([D6]acetone, RT), δ, ppm: -124.3 (d, 2J(P,F)=83 Hz, 8F; CF2), −80.7 (m, 12F; CF3);
31P NMR ([D6]acetone, RT ), δ, ppm: 0.6 (quint, 2J(P,F)=83 Hz);
MS (ESI): m/z (%): 741 (100) [Ph3Bi(C2F5)2PO2]+, 587 (10) [PhBi(C2F5)2PO2]+, 363 (50) [Ph2Bi]+, 286 (90) [BiPh]+, 209 (30) [Bi]+; 301 (100) [(C2F5)2PO2]-, 201 (20) [(C2F5)PFO2]-;
2615BiF20についての元素分析計算値(観測値)[%]:C 29.96(C 29.80);H 1.45(H 1.53);(N 0.13)。
比較例4:Bi(OTf)(無水)の製造。

100mlの乾燥ジクロロメタン中の4.50g(10.0mmol)のトリフェニルビスマスを、最初に250mlSchlenkフラスコ中に、窒素の向流において導入し、冷却浴中で−70℃に冷却する。2.7ml(31.0mmol)のトリフルオロメタンスルホン酸(トリフリック酸)を、次にゆっくり加え、反応混合物を、室温に一晩加温する。反応混合物を、不活性雰囲気下で濾過する。得られた残留物を、ジクロロメタンで2回洗浄し、高度の真空中で乾燥し、5.59g(8.5mmol)のベージュ色固体を得る。Bi(OTf)の収率は、85%である。
NMR分析データは、文献[M. Labrouillere, et al., Tetrahedron Lett., 40 (1999), p.285-286]に示す値に相当する。
触媒活性の決定についての例:
選択した触媒反応を、10〜25mlのSchlenk管中で、および標準的なSchlenk条件下で行う。最初に、ビスマスパーフルオロアルキルホスフィネートを秤量し、出発物質および溶媒の対応する化学量論量を調整する。
変換率を計算するために、予め選択した特徴的なNMRシグナルを有する成分を、化学量論量より低い量において使用する。これらのマーカーシグナルがもはやNMRシグナルスペクトルにおいて検出されなくなる場合に、定量的な変換が仮定され得る。さらなるワークアップまたは単離された収量の決定は、行わない。時間は、化学量論量より低い量において使用する出発物質の添加後に採取する。終点は、サンプリングである。
ブランク試料を、触媒活性の確認のために実施した。
比較例5.触媒としてのBi(OSOCFでのFriedel-Craftsアシル化

225mg(0.343mmol)のBi(OTf)および1.051g(7.48mmol)の塩化ベンゾイルを、最初に25mlのSchlenk管中に、窒素の向流において導入する。735mg(6.80mmol)のアニソールを加え、混合物を140℃で1.5時間撹拌する。反応混合物は、急速に黄色になり、後に暗赤色になり、室温で固体である。
H−および13C−NMR分光法調査によれば、4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、80%である。
例6.触媒としてのBi[(CPOでのFriedel-Craftsアシル化。

149mg(0.134mmol)のBi[(CPOおよび441 mg(3.137 mmol)の塩化ベンゾイルを、最初に25 mlのSchlenk管中に、窒素の向流において導入した。293 mg(2.710 mmol)のアニソールを加え、混合物を140℃で1.5時間撹拌する。溶液は急速に黄色になり、後に暗赤色になる。
H−および13C−NMR分光法によって検出した4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、90%である。
反応生成物を、反応混合物のジエチルエーテルでの抽出によって得る。抽出物を、水および濃NaHCO溶液で2回洗浄する。有機相を硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧下で留去する。残留物を、n−ヘキサン/ジエチルエーテル(2:1)から結晶させる。
例7.触媒としてのPhBi[(CP(O)O]でのFriedel-Craftsアシル化

119mg(0.134mmol)のPhBi(III)ビス(パーフルオロアルキルホスフィネート)および850 mg(6.05 mmol)の塩化ベンゾイルを、最初に25 mlのSchlenk管中に、窒素の向流において導入する。280 mg(2.59 mmol)のアニソールを加え、混合物を140℃で1.5時間撹拌する。溶液は、急速に黄色になり、後に暗赤色になる。
H−および13C−NMR分光調査によれば、4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、81%である。
比較例8.触媒としての(CP(O)OHでのFriedel-Craftsアシル化

85mg(0.281mmol)のビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸、(CP(O)OH、および880mg(6.26mmol)の塩化ベンゾイルを、最初に25mlのSchlenk管中に、窒素の向流において導入する。610mg(5.64mmol)のアニソールを加え、混合物を140℃で1.5時間撹拌する。溶液は、短時間の後に暗赤色になる。
H−および13C−NMR分光調査によれば、4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、29%である。
例9.空気中で貯蔵した際のBi(OTf)、Bi[(CP(O)O]およびPhBi[(C5)2P(O)O]の吸湿性の調査。
a)微粉状、黄土色のビスマストリス(トリフルオロメタンスルホネート)、Bi(OTf)(無水;278mg、0.40mmol)を、時計ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、67mgの重量における増加が、観察される。これは、9当量のHO(3.6mmol)の重量に相当する。生成物は、視覚的に変化する。
b)比較実験において、181mg(0.20mmol)の微粉状、無色のPhBiビス(ペンタフルオロエチルホスフィネート)、PhBi[(CP(O)O](無水)を、時計用ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、1mgの重量における増加が、観察される。生成物は、視覚的に変化しない。
c)Bi[(CPO:188mg(0.169mmol)の微粉状、無色のBi[(CPO(無水)を、時計用ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、2mgの重量における増加が、検出される。生成物は、視覚的に変化しない。
これらの実験は、Bi[(CP(O)O]およびPhBi[(CP(O)O]がビスマストリフラート、Bi(OTf)と比較して事実上非吸湿性であることを示す。
比較例10.触媒としてのBi(OSOCF・nHO(空気中で24時間貯蔵)でのFriedel-Craftsアシル化。

上記の結果の再現のために、250mg(0.381mmol)の微粉状の黄土色のBi(OTf)(無水)を、時計用ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、66mgの重量における増加が、検出される。これは、9.6当量のHO(3.442mmol)の重量に相当する。砕けやすい粘土色の固体を、25mlのSchlenk管中に移し、Friedel-Craftsアシル化における触媒として使用する。1.298°mg(9.271mmol)の塩化ベンゾイルおよび806mg(7.459mmol)のアニソールを、周囲空気下で加え、混合物を、140℃で1.5時間撹拌する。反応混合物は、暗赤色になり、RTで固体である。H−および13C−NMR分光法により検出された4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、72%である。
例11.触媒としてのBi[(CPO(空気中で24時間貯蔵した)でのFriedel-Craftsアシル化。
Bi[(CPO:188mg(0.169mmol)の微粉状の無色のBi[(CPO(無水)を、時計用ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、2mgの重量における増加が、検出される。得られた無色の微粉状の固体を、25mlのSchlenk管中に移し、Friedel-Craftsアシル化において触媒として使用する。
571mg(64.062mmol)の塩化ベンゾイルおよび372mg(3.440mmol)のアニソールを、周囲空気下で加え、混合物を、140℃で1.5時間撹拌する。反応混合物は、急速に黄色になり、後に深い赤色になる。
H−および13C−NMR分光法によって検出された4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、85%であり、比較例9におけるよりも少量の触媒を用いることができるという利点がある。
例12.触媒としてのPhBi[(CP(O)O](空気中で24時間貯蔵した)でのFriedel-Craftsアシル化。

268mg(0.302mmol)の微粉状、無色のPhBiビス(ペンタフルオロエチルホスフィネート)、PhBi[(CP(O)O](無水)を、時計用ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、3mgの重量における増加が観察される。得られた無色の微粉状の固体を、Friedel-Craftsアシル化において用いる。924mg(6.57mmol)の塩化ベンゾイルおよび648mg(5.99mmol)のアニソールを、周囲空気下で加え、混合物を、140℃で1.5時間撹拌する。反応混合物は、急速に黄色になり、後に深い赤色になる。
H−および13C−NMR分光調査によれば、4−メトキシベンゾフェノンへの変換は83%である。
表:様々な触媒系で行ったアニソールおよび塩化ベンゾイルのFriedel-Craftsアシル化の概要。

a) 触媒の量:約5mol%;反応条件:1.5時間、140℃;
b) 変換の計算は、アニソールに基づいたH−および13C−NMR分光測定に基づく。
例13.触媒としてのPhBi[(CP(O)O]でのFriedel-Craftsアルキル化。

335mg(0.377mmol)のBi(III)ホスフィネート複合体、PhBi[(CP(O)O]、および1.036g(5.812mmol)のシクロヘキシルメタンスルホネートを、最初に25mlのSchlenk管中に、窒素の向流において導入する。1.295g(11.974mmol)のアニソールを加え、混合物を90℃で撹拌する。3時間後、定量的変換を、H−および13C−NMR分光法調査を介して検出する。NMR分析データは、文献[R. P. Singh, R. M. Kamble, K. L. Chandra, P. Saravanan, V. K. Singh, Tetrahedron, 2001, 57, 241-247;H. Kotsuki, T. Oshisi, M. Inoue, Synlett, 1998, 1998, 255-256]から知られている値に相当する。
例14.触媒としてのPhBi[(CP(O)O]でのDiels-Alder付加。

13mg(0.0146mmol)のBi(III)ホスフィネート複合体、PhBi[(CP(O)O]、および993mg(10.127mmol)の無水マレイン酸を、5mlのジクロロメタンに、25mlのSchlenk管中で窒素の向流において懸濁させる。2.45g(3.37ml、29.83mmol)の2,3−ジメチルブタジエンを加え、混合物を室温で撹拌する。30分後、定量的変換を、H−および13C−NMR分光法調査を介して検出する。
NMR分析データは、文献[C.E. Song, E.J. Roh, S.-g. Lee, W.H. Shim, J.H. Choi, Chem. Commun. 2001, p. 1122-1123]から知られている値に相当する。
例15.触媒としてのPhBi[(CP(O)O]でのDiels-Alder付加。

12mg(0.0135mmol)のBi(III)ホスフィネート錯体、PhBi[(CP(O)O]、および893mg(9.107mmol)の無水マレイン酸を、5mlのジクロロメタンに、25mlのSchlenk管中で窒素の向流において懸濁させる。2.20g(2.6ml、27.48mmol)の1,3−シクロヘキサジエンを加え、混合物を室温で撹拌する。溶液は、直ちに黄色になる。1時間後、定量的変換を、H−および13C−NMR分光法調査を介して検出する。
NMR分析データは、文献[C.E. Song, E.J. Roh, S.-g. Lee, W.H. Shim, J.H. Choi, Chem. Commun. 2001, p. 1122-1123]から知られている値に相当する。
例16.PhBi[(CP(O)O]によって触媒されるStrecker反応

117mg(0.132mmol)のBi(III)ホスフィネート複合体、PhBi[(CP(O)O]を、5mlのジクロロメタンに、25mlのSchlenk管中で懸濁させ、0.20ml(210mg;1.978mmol)のベンズアルデヒドおよび0.18ml(184mg;1.972mmol)のアニリンを加え、混合物を室温で撹拌する。反応を開始するために、0.37ml(292mg;2.946mmol)のトリメチルシリルシアニドを、加える。30分後、定量的変換を、H−および13C−NMR分光法調査を介して検出する。NMR分析データは、文献から知られている値に相当する。
結果を、以下の表に、文献から知られているデータとの比較において要約する。
表:文献から知られている触媒およびBi(III)ホスフィネート錯体の、ベンズアルデヒドおよびアニリンのStrecker反応の反応条件、触媒の量および変換の比較。

[6] S. K. De, R. A. Gibbs, Tetrahedron Letters, 2004, 45, 7407-7408.
[7] N. M. Leonard, L. C. Wieland, R. S. Mohan, Tetrahedron, 2002, 58, 8373-8397.
例17.PhBi[(CP(O)O]によって触媒されるStrecker反応

107mg(0.121mmol)のBi(III)ホスフィネート複合体、PhBi[(CP(O)O]を、5mlのジクロロメタンに、25mlのSchlenk管中で窒素の向流において懸濁させ、0.18ml(0.171mg;1.742mmol)のシクロヘキサノンおよび0.18ml(0.184mg;1.972mmol)のアニリンを加え、混合物を室温で撹拌する。反応を開始させるために、0.32ml(253mg;2.548mmol)のトリメチルシリルシアニドを、加える。30分後、定量的変換を、H−および13C−NMR分光法調査を介して検出する。NMR分析データは、文献[G. K. S. Prakash, T. Mathew, C. Panja, S. Alconcel, H. Vaghoo, C. Do, G. A. Olah, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2007, 104, 3703-3706]から知られている値に相当する。
例18.触媒としてのPhBi[(CPOでのDiels-Alder付加。

28mg(0.027mmol)のPhBi[(CPOおよび624mg(6.364mmol)の無水マレイン酸を、4mlのアセトニトリルに、25mlのSchlenk管中で窒素の向流において溶解する。862mg(1.0ml、10.753mmol)の1,3−シクロヘキサジエンを加え、混合物を室温で撹拌する。溶液は、直ちに黄色になり、濁る。1.5時間後、定量的変換を、H−および13C−NMR分光法調査を介して検出する。NMR分析データは、文献[C.E. Song, E.J. Roh, S.-G. Lee, W.H. Shim, J.H. Choi, Chem. Commun. 2001, p. 1122-1123]から知られている値に相当する。
例19.触媒としてのPhBi[(CPOでのFriedel-Craftsアシル化

59mg(0.057mmol)のPhBi[(CPOおよび299mg(2.127mmol)の塩化ベンゾイルを、最初に25mlのSchlenk管中に、窒素の向流において導入する。128mg(1.184mmol)のアニソールを加え、混合物を140℃で1.5時間撹拌する。溶液は、急速に黄色になり、後に暗赤色になる。H−および13C−NMR分光法によって検出された4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、86%である。
例20.触媒としてのPhBi[(CPO(空気中で24時間貯蔵した)でのFriedel-Craftsアシル化

吸湿挙動を調査するために、145mg(0.139mmol)の無色、針状形状のPhBi[(CPOを、時計用ガラス上に周囲空気中で貯蔵する。24時間後、重量における増加は、検出されない。得られた無色の針状形状の固体を、25mlSchlenk管中に移し、Friedel-Craftsアシル化における触媒として用いる。614mg(4.368mmol)の塩化ベンゾイルおよび304mg(2.811mmol)のアニソールを、周囲空気下で加え、混合物を、140℃で1.5時間撹拌する。溶液は、急速に黄色になり、後に暗赤色になる。H−および13C−NMR分光法によって検出された4−メトキシベンゾフェノンへの変換は、88%である。
例21.PhBi[O(O)P(C]の製造
0.82g(2.7mmol)のビス(ペンタフルオロエチル)ホスフィン酸を、1.25g(2.84mmol)のティフェニルビスマスをジクロロメタン(30ml)に溶解した溶液に滴加する。反応混合物を、還流下で5時間加熱する。上清溶液をデカントし、残留する固体をジクロロメタン(10ml)で2回洗浄し、高度の真空中で乾燥し、無色の微粉状の固体を得る。
PhBi[O(O)P(C]の収量:1.41g(2.1mmol、78%)。融点:270℃。
例22:PhBi[O(O)P(Cの製造
ビス(ノナフルオロブチル)ホスフィン酸の水溶液を、24時間にわたって蒸発乾固させ、7.63g(15.2mmol)の酸を固体として得る。この酸を、2.20g(5mmol)のティフェニルビスマスをメタノール(50ml)に溶解した溶液に加え、反応混合物を、還流下で20時間加熱する。不溶性構成成分を濾過し、溶媒を減圧下で除去する。ジエチルエーテル(50ml)の添加後、沈殿した固体を濾過し、ジエチルエーテル(20ml)で4回洗浄し、高度の真空中で乾燥する。
PhBi[O(O)P(Cの収量:4.35g(3.4mmol、68%)。
分解点:>490℃。

Claims (10)

  1. 式(Ia)または(Ib)
    ArBi[OP(O)(R3−x (Ia)、
    ArBi[OP(O)(R (Ib)
    式中、
    Arは、各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示し、それは、非置換または置換であってもよく;
    は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示し、ならびに
    Xは、0、1または2を示す、
    で表される化合物。
  2. Arが各出現において同一である、請求項1に記載の化合物。
  3. パーフルオロアルキル基Rが各出現において同一である、請求項1または2に記載の化合物。
  4. がペンタフルオロエチルまたはn−ノナフルオロブチルから選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の式(Ia)で表され、式中xが0を示す化合物の製造方法であって、ビスマスを式(II)
    HOP(O)(R (II)、
    式中、
    は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
    で表される化合物と反応させることを特徴とする、前記方法。
  6. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の式(Ia)で表され、式中xが1または2を示す化合物の製造方法であって、
    式(II)
    HOP(O)(R (II)、
    式中、
    は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
    で表される化合物を、
    トリアリールビスムタンと反応させ、ここでアリールが、各場合において互いに独立して、6〜12個のC原子を有するアリール基を示す
    ことを特徴とする、前記方法。
  7. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の式(Ib)で表される化合物の製造方法であって、トリアリールビスムタンをトリアリールジクロロビスムタンに変換すること、ここでアリールが、各場合において互いに独立して、6〜12個のC原子を有し、非置換または置換であり得るアリール基を示し、および
    トリアリールジクロロビスムタンを式(III)
    Ag[(RPO] (III)、
    式中、
    は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
    で表される化合物と反応させることを特徴とする、前記方法。
  8. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の式(Ib)で表される化合物の製造方法であって、式(II)
    HOP(O)(R (II)、
    式中、
    は、各場合において互いに独立して1〜8個のC原子を有する直鎖状または分枝状パーフルオロアルキル基を示す、
    で表される化合物を、トリアリールビスマス(V)カーボネート、トリアリールビスマス(V)ジアセテートまたはトリアリールビスマス(V)ジクロリドと反応させ、ここでアリールが、各場合において互いに独立して6〜12個のC原子を有するアリール基を示すことを特徴とする、前記方法。
  9. 縮合反応、アルコール分解、アルドール反応、Mukaiyamaアルドール反応、Gattermann-Koch反応、BeckmannおよびFries転位、Friedel-Craftsアシル化、Friedel-Craftsアルキル化、Mannich反応、Diels-Alder反応、アザ−Diels-Alder反応、Baylis-Hillman反応、Reformatsky反応、Claisen転位、Prins環化反応、カルボニル化合物のアリル化、アルデヒドおよびケトンのシアノ化、アルデヒドおよびケトンのシアノシリル化、Strecker反応、1,3−双極性環付加またはMichael反応から選択されるルイス酸触媒反応において使用するための、請求項1〜4のいずれか一項に記載のルイス酸触媒。
  10. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物の、ルイス酸触媒としての使用。
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