JP6958468B2

JP6958468B2 - 第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法

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Publication number: JP6958468B2
Application number: JP2018076565A
Authority: JP
Inventors: 雅人川上; 久保田　透
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019182793A

Description

本発明は、第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法に関し、さらに詳述すると、極性基の保護基として有用な第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法に関する。

トリアルキルハロゲノシランは、極性官能基の保護基として有用であり、複雑な構造を有する化合物の全合成研究や、化合物の脂溶性調節などでは欠かすことのできない化合物である。中でも、第三級炭化水素基であるｔｅｒｔ−ブチル基を持つｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシランやｔｅｒｔ−ブチルジメチルクロロシランは特に使用頻度が高い。

このような第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法としては、有機金属試薬を使用する方法が良く知られている。有機金属試薬としては、アルキルリチウム試薬やグリニャール試薬がよく使用されるが、グリニャール試薬は、アルキルリチウム試薬と比較して製造時の安全性が高いという利点を有する。
例えば、第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の合成法として、銅化合物の存在下、第三級アルキルグリニャール試薬を用いる方法が開発されている（特許文献１）。具体的には、塩化第一銅等の銅化合物存在下、ジアルキルハイドロジェンハロシランへ第三級アルキルグリニャール試薬を作用させることにより、第三級炭化水素基を有するトリアルキルハイドロジェンシランを製造した後、第三級炭化水素基を有するトリアルキルハイドロジェンシランのＳｉ−Ｈ基をハロゲン化することによって第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物を製造するものである。
また、シアン化銅またはチオシアン酸ナトリウムと、第三級アルキルグリニャール試薬とを共存させ、ジアルキルジハロシランから直接第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物を製造する方法も報告されている（特許文献２）。

特開平５−２０２０７３号公報特開平３−３１２９０号公報

しかし、特許文献１の方法では、容易に調製可能な第三級アルキルグリニャール試薬を使用できることから、目的物を安全に製造できる一方で、この方法をジアルキルジハロシランに適応しても反応はほとんど進行しないため、適応可能な基質がジアルキルハイドロジェンハロシランに限られるという問題がある。さらに、反応後に得られた第三級炭化水素基を有するトリアルキルハイドロジェンシランのＳｉ−Ｈ基をハロゲン化しなければならないため、工程数が長く、工業的なスケールで行うには効率が悪い。

一方、特許文献２の方法では、ジアルキルジハロシランから直接第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物を製造することができるが、触媒として使用するシアン化銅やチオシアン酸ナトリウムは、酸性条件下で猛毒のシアン化水素を発生させるという問題がある。すなわち、ジアルキルジハロシランや生成物である第三級アルキル基を有するハロシランは、空気中の水分と反応して強酸性のハロゲン化水素を発生するため、触媒のシアン化銅やチオシアン酸ナトリウムがこのハロゲン化水素と反応して、猛毒のシアン化水素を生じる可能性があることから、ラボスケールで行う場合でも十分な対策が必要となる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、危険性の高い化合物を用いることなく、ジアルキルジハロシランから、直接第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物を製造可能な方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、銅化合物とリチウム化合物の共存下、好ましくは触媒量の銅化合物と量論量のリチウム化合物の共存下で第三級アルキルグリニャール試薬の反応性が向上し、ジアルキルジハロシランとの反応が円滑に進行することを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、
１．銅化合物およびリチウム化合物の共存下で、下記一般式（１）

（式中、Ｒ¹は、非置換の炭素数４〜２０の第三級１価炭化水素基を表し、Ｘ¹は、ハロゲン原子を表す。）
で示されるグリニャール試薬を活性化する第一工程と、この第一工程で活性化されたグリニャール試薬と下記一般式（２）

（式中、Ｒ²は、それぞれ独立して置換または非置換の炭素数１〜２０の１価炭化水素基を表し、Ｘ²は、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。）
で示されるジアルキルジハロシラン化合物を反応させる第二工程を備えることを特徴とする下記一般式（３）

（式中、Ｒ¹、Ｒ²およびＸ²は、前記と同じ意味を表す。）
で示される第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法、
２．前記活性化が、触媒量の銅化合物および前記グリニャール試薬と等モル以上のリチウム化合物の共存下で行われる１の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法、
３．前記銅化合物が、塩化第一銅および臭化第一銅から選ばれる少なくとも１種である１または２の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法、
４．前記リチウム化合物が、塩化リチウムである１〜３のいずれかの第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法
を提供する。

本発明の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法では、アルキルグリニャール試薬の反応性が向上しているので、危険な化合物を用いることなく、ジアルキルジハロシラン化合物から直接第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物を得ることができる。
したがって、本発明のハロシラン化合物の製造方法を用いることで、安全かつ効率的に所望の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物を製造できる。

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明に係る下記一般式（３）

で示される第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法は、銅化合物およびリチウム化合物の共存下で、下記一般式（１）

で示されるグリニャール試薬を活性化する第一工程と、この第一工程で活性化されたグリニャール試薬と下記一般式（２）

で示されるジアルキルジハロシラン化合物を反応させる第二工程を備える。

（１）第一工程
第一工程は、銅化合物およびリチウム化合物の共存下で、一般式（１）で示されるグリニャール試薬を活性化する工程である。
上記式（１）において、Ｒ¹は、炭素数４〜２０、好ましくは炭素数４〜１０の非置換の第三級１価炭化水素基を表し、Ｘ¹は、ハロゲン原子を表す。
炭素数４〜２０の非置換の第三級１価炭化水素基の具体例としては、ｔｅｒｔ−ブチル基、１，１−ジメチルプロピル基、１，１−ジエチルプロピル基等の第三級アルキル基等が挙げられる。
ハロゲン原子の具体例としては、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。

上記一般式（１）で示されるグリニャール試薬の具体例としては、ｔｅｒｔ−ブチルマグネシウムクロライド、ｔｅｒｔ−ブチルマグネシウムブロマイド、１，１−ジメチルプロピルマグネシウムクロライド、１，１−ジメチルプロピルマグネシウムブロマイド、１，１−ジエチルプロピルマグネシウムクロライド、１，１−ジエチルプロピルマグネシウムブロマイド等が挙げられ、特に生成物の有用性の点から、ｔｅｒｔ−ブチルマグネシウムクロライドが好ましい。

上記一般式（１）で示されるグリニャール試薬は、公知の手法で製造することができ、例えば、Ｒ¹Ｘ¹（Ｒ¹およびＸ¹は上記と同じ意味を表す。）で示されるハロゲン化炭化水素化合物とマグネシウムとを溶媒中で反応させて製造することができる。

グリニャール試薬の製造およびその活性化に使用される溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、４−メチルテトラヒドロピラン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶媒；ヘキサン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン等の炭化水素系溶媒等が挙げられ、これらの溶媒は、１種を単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。中でも、特に後述するリチウム化合物の溶解性が高い点から、テトラヒドロフラン、４−メチルテトラヒドロピランが好ましい。

銅化合物としては、塩化第一銅、臭化第一銅、ヨウ化第一銅等が挙げられ、特に反応性の点から、塩化第一銅、臭化第一銅が好ましい。
銅化合物の添加量は触媒量であればよいが、通常、グリニャール試薬１モルに対して、０．１〜２０モル％、好ましくは０．５〜１０モル％、より好ましくは１〜１０モル％である。

リチウム化合物としては、塩化リチウム、臭化リチウム等が挙げられ、特に反応性の点から塩化リチウムが好ましい。
リチウム化合物の添加量は、好ましくはグリニャール試薬と等モル以上であり、より好ましくはグリニャール試薬１モルに対して１〜２モルであり、より一層好ましくは１．０〜１．５モルである。

第一工程のグリニャール試薬の活性化は、グリニャール試薬に銅化合物およびリチウム化合物を添加して行っても、銅化合物およびリチウム化合物にグリニャール試薬を添加して行ってもよいが、安全性や操作の簡便性等を考慮すると、前者の手法が好ましい。
銅化合物を添加する際の温度は特に限定されないが、室温〜７０℃が好ましく、特に銅化合物の還元による失活を防ぐために室温〜５０℃がより好ましい。
リチウム化合物を加える際の温度も特に限定されないが、室温〜７０℃が好ましく、ここでも共存する銅化合物の還元による失活を防ぐために、室温〜５０℃が好ましい。
なお、銅化合物とリチウム化合物の添加順序は特に限定されず、それらを同時に添加してもよい。

グリニャール試薬、銅化合物およびリチウム化合物が混合された反応液を、好ましくは室温〜７０℃、より好ましくは室温〜５０℃、より一層好ましくは室温でさらに撹拌してグリニャール試薬を活性化させる。撹拌時間は特に限定されないが、好ましくは３０分〜２時間、より好ましくは１〜１．５時間である。
このように活性化されたグリニャール試薬（以下、「活性化グリニャール試薬」という。）は、活性化後の溶液のまま次の工程で用いることができる。

（２）第二工程
第二工程は、第一工程で得られた活性化グリニャール試薬と、上記一般式（２）で示されるジアルキルジハロシラン化合物から、上記一般式（３）で示される第三級アルキル基を有するハロシラン化合物を得る工程である。

一般式（２）において、Ｒ²は、それぞれ独立して置換または非置換の炭素数１〜２０、好ましくは１〜１０、より好ましくは１〜６の直鎖状、分岐状、または環状の１価炭化水素基を表し、Ｘ²は、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。
炭素数１〜２０の１価炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−デシル基等の直鎖状アルキル基；イソプロピル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、テキシル基等の分岐状アルキル基；シクロペンチル、シクロヘキシル基等の環状アルキル基；アリル（２−プロペニル）、１−プロペニル基等のアルケニル基；フェニル、トリル基等のアリール基；ベンジル、フェネチル基等のアラルキル基等が挙げられる。特に、原料の入手容易性や生成物の有用性の観点から、メチル基、フェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。

なお、Ｒ²の炭素数１〜２０の１価炭化水素基は、エーテル基（−Ｏ−）、スルフィド基等のヘテロ原子の１種以上が介在してもよい。
また、炭素数１〜２０の１価炭化水素基における水素原子の一部または全部が、その他の置換基で置換されていてもよい。その他の置換基の具体例としては、メトキシ、エトキシ、（イソ）プロポキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基；フェニル、トリル基等の炭素数６〜１０のアリール基；ベンジル、フェネチル基等の炭素数７〜１０のアラルキル基等が挙げられる。
ハロゲン原子の具体例としては、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。なお、Ｘ²は、一般式（１）のＸ¹と同一でも異なっていてもよい。

一般式（２）で示されるジアルキルジハロシラン化合物の具体例としては、ジメチルジクロロシラン、クロロメチルメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジイソプロピルジクロロシラン、シクロヘキシルメチルジクロロシラン、ジメチルジブロモシラン、ジフェニルジブロモシラン、ジイソプロピルジブロモシラン、シクロヘキシルメチルジブロモシラン等が挙げられ、特に生成物の有用性の点から、ジメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシランが好ましく、ジフェニルジクロロシランがより好ましい。

第二工程の反応温度は、好ましくは０〜２００℃、より好ましくは３０〜７０℃、より一層好ましくは３０〜５０℃である。
反応時間は、好ましくは１８０〜９００分間、より好ましくは３００〜６００分間である。
この反応では、マグネシウム塩が副生して撹拌効率が低下することから、溶媒を使用することが好ましい。用いられる溶媒としては、グリニャール試薬の活性化に使用される溶媒と同様のものが挙げられる。
さらに、反応中あるいは反応前後に関わらず、使用中の溶媒よりも高い沸点を有する溶媒を追加し、低沸点溶媒の留去、すなわち溶媒置換を行ってもよい。

第二工程で得られた上記一般式（３）で示される第三級アルキル基を有するハロシラン化合物の単離や精製は、減圧蒸留や各種クロマトグラフィー等の通常の有機合成における精製方法から適宜選択して用いることができるが、生産性の点から減圧蒸留が好ましい。
なお、単離や精製の前に、反応で副生したマグネシウム塩を除去することが好ましい。マグネシウム塩の除去方法としては、ろ過または水に溶解して分液する方法等が挙げられ、特に収率向上の点から、水に溶解して分液する方法が好ましい。

以上のようにして得られる一般式（３）で示される第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の具体例としては、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルクロロシラン、ｔｅｒｔ−ブチルジイソプロピルクロロシラン、ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシルメチルクロロシラン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルフェニルクロロシラン、ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシラン、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルブロモシラン、ｔｅｒｔ−ブチルジイソプロピルブロモシラン、ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシルメチルブロモシラン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルフェニルブロモシラン、ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルブロモシラン、１，１−ジメチルプロピルジメチルクロロシラン、１，１−ジメチルプロピルジイソプロピルクロロシラン、１，１−ジメチルプロピルシクロヘキシルメチルクロロシラン、１，１−ジメチルプロピルメチルフェニルクロロシラン、１，１−ジメチルプロピルジフェニルクロロシラン、１，１−ジメチルプロピルジメチルブロモシラン、１，１−ジメチルプロピルジイソプロピルブロモシラン、１，１−ジメチルプロピルシクロヘキシルメチルブロモシラン、１，１−ジメチルプロピルメチルフェニルブロモシラン、１，１−ジメチルプロピルジフェニルブロモシラン、１，１−ジエチルプロピルジメチルクロロシラン、１，１−ジエチルプロピルジイソプロピルクロロシラン、１，１−ジエチルプロピルシクロヘキシルメチルクロロシラン、１，１−ジエチルプロピルメチルフェニルクロロシラン、１，１−ジエチルプロピルジフェニルクロロシラン、１，１−ジエチルプロピルジメチルブロモシラン、１，１−ジエチルプロピルジイソプロピルブロモシラン、１，１−ジエチルプロピルシクロヘキシルメチルブロモシラン、１，１−ジエチルプロピルメチルフェニルブロモシラン、１，１−ジエチルプロピルジフェニルブロモシラン等が挙げられるが、特に生成物の有用性の点から、ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシランが好ましい。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
なお、以下の実施例において、反応率とはガスクロマトグラフィー分析で得られた面積値から計算したものであり、次の式によって算出している。
反応率（％）＝（（トリアルキルハロシランの面積）／（トリアルキルハロシランの面積＋ジアルキルジハロシランの面積））×１００

（１）ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシランの製造
［実施例１］
撹拌機、還流器、滴下ロートおよび温度計を備えたフラスコに、マグネシウム１３．３ｇ（０．５４７モル）とテトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦと記す。）３００ｍｌを仕込み、６０℃に加熱した。この反応液にｔｅｒｔ−ブチルクロリド５５．５ｇ（０．５９９モル）を１時間かけて加え、同じ温度で１時間撹拌し、グリニャール試薬であるｔｅｒｔ−ブチルマグネシウムクロリドを調製した。
次に、このグリニャール試薬を室温に冷却し、塩化第一銅３．０ｇ（０．０３０モル）と塩化リチウム２３．３ｇ（０．５５０モル）を加えて室温で１時間撹拌した。
得られた反応液にジフェニルジクロロシラン１２６．７ｇ（０．５００４モル）を１時間かけて滴下し、その後７０℃で５時間撹拌した。この時点でガスクロマトグラフィーによる分析を行い、反応率を算出した。結果を表１に示す。

［実施例２］
ジフェニルジクロロシラン滴下後の温度を５０℃にした以外は、実施例１と同様にして反応を行った。反応率を表１に示す。

［実施例３］
ジフェニルジクロロシラン滴下後の温度を３０℃にした以外は、実施例１と同様にして反応を行った。反応率を表１に示す。

［実施例４］
塩化第一銅の代わりに臭化第一銅を使用し、ジフェニルジクロロシラン滴下後の温度を５０℃にした以外は、実施例１と同様にして反応を行った。反応率を表１に示す。

［比較例１］
グリニャール試薬に何も加えずにそのまま使用した以外は、実施例１と同様にして反応を行った。反応率を表１に示す。

［比較例２］
グリニャール試薬に塩化リチウム２３．３ｇ（０．５５０モル）のみを添加した以外は、実施例１と同様にして反応行った。反応率を表１に示す。

［比較例３］
グリニャール試薬に塩化第一銅３．０ｇ（０．０３０モル）のみを添加した以外は、実施例１と同様にして反応を行った。反応率を表１に示す。

表１に示されるように、銅化合物とリチウム化合物が共存する場合に好適な結果が得られ、それらが無添加の場合や、どちらか一方のみを添加した場合は、所望の第三級アルキル基を有するハロシラン化合物がほとんど得られていないことがわかる。

（２）ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシランの単離
［実施例５］
撹拌機、還流器、滴下ロートおよび温度計を備えたフラスコに、マグネシウム１３．３ｇ（０．５４７モル）とＴＨＦ３００ｍｌを仕込み、６０℃に加熱した。この反応液にｔｅｒｔ−ブチルクロリド５５．５ｇ（０．５９９モル）を１時間かけて加え、同じ温度で１時間撹拌し、グリニャール試薬であるｔｅｒｔ−ブチルマグネシウムクロリドを調製した。
次に、このグリニャール試薬を室温に冷却し、塩化第一銅３．０ｇ（０．０３０モル）と塩化リチウム２３．３ｇ（０．５５０モル）を加えて室温で１時間撹拌した。
得られた反応液にジフェニルジクロロシラン１２６．７ｇ（０．５００４モル）を１時間かけて滴下し、その後５０℃で１０時間撹拌した。この時点でガスクロマトグラフィーによる分析を行うと、反応率は８８％であった。
続いて、この反応液にｏ−キシレン３００ｍｌを加えて加熱し、反応系中の温度が１５０℃になるまで、ＴＨＦを抜き出した。室温に冷却した後、水３００ｍｌを加えて１時間撹拌した。この時点で反応液は二層に分離していた。下層を除去した後、得られた上層を蒸留した。ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシランを１４５℃／０．４ｋＰａの留分として７３．４ｇ得た（収率５１％）。

［実施例６］
ｏ−キシレン３００ｍｌに代えて、トルエン６００ｍｌを使用した以外は、実施例５と同様にして反応および精製を行い、ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルクロロシランを１４５℃／０．４ｋＰａの留分として９０．７ｇ得た（収率６４％）。

Claims

銅化合物およびリチウム化合物の共存下で、下記一般式（１）

（式中、Ｒ¹は、非置換の炭素数４〜２０の第三級１価炭化水素基を表し、Ｘ¹は、ハロゲン原子を表す。）
で示されるグリニャール試薬を活性化する第一工程と、
この第一工程で活性化されたグリニャール試薬と下記一般式（２）

（式中、Ｒ²は、それぞれ独立して置換または非置換の炭素数１〜２０の１価炭化水素基を表し、Ｘ²は、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。）
で示されるジアルキルジハロシラン化合物を反応させる第二工程を備え、前記活性化が、触媒量の銅化合物および前記グリニャール試薬と等モル以上のリチウム化合物の共存下で行われ、前記銅化合物が、塩化第一銅、臭化第一銅およびヨウ化第一銅から選ばれる少なくとも１種であり、前記リチウム化合物が、塩化リチウムおよび臭化リチウムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする下記一般式（３）

（式中、Ｒ¹、Ｒ²およびＸ²は、前記と同じ意味を表す。）
で示される第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法。
前記活性化が、グリニャール試薬１モルに対して０．１〜２０モル％の銅化合物および前記グリニャール試薬１モルに対して１〜２モルのリチウム化合物の共存下で行われる請求項１記載の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法。
前記銅化合物が、塩化第一銅および臭化第一銅から選ばれる少なくとも１種である請求項１または２記載の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法。
前記リチウム化合物が、塩化リチウムである請求項１〜３のいずれか１項記載の第三級炭化水素基を有するハロシラン化合物の製造方法。