JPH024719A - アルキルアレーンの臭素化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアレーン類のアルキル置換基の臭素化方法、特
にこのような置換アレーン類（とりわけ不活性化置換基
を付加的に含むもの）の選択的モノ臭素化方法に関する
。

〔従来の技術〕

本発明者らは、基質と臭素の混合物を臭素ラジカルを発
生させ得る照射にさらすことにより、アレーンのア）ｖ
ｄｆ−ル置換基（特にメチル基）をそのアルファ炭素原
子において臭素化することができることを理解している
。本発明者らはさらに、アルキル置換基上の臭素置換が
、種々の置換反応に対して基質を不活性化し得るニトロ
基のような他の置換基がアレーン核のまわりに存在する
にもかかわらず、実施可能であることを認識しており、
従ってそれらはより強制的条件を必要とすることが予想
される。このような強制的条件の使用は。

不活性化置換基の存在にもかかわらず、複数の臭素置換
がかなりの程度に起こるという危険が存在し、当然不活
性化置換基の不在下では複数の臭素化の同様な危険が起
こり得ることを意味している。

モノ臭素化化合物を選択的に得るためにはどのような条
件が適当であるかを決定するときに考慮しなければ）ら
ない別の要因が存在し、その要因はイオン反応から予測
されうる競合である。これらの反応はアレーン水素原子
の置換をもたらし、臭素の濃度が増加するとき一層増強
されることが予想されるであろう。当然、より強制的な
条件が反応のために必要である場合、思い浮かぶ技術は
試薬の濃度を増すことである。

東独国特杵築１３０４１６号（ＶＥＢ　Ａｒｚｎｅｉｍ
ｉｔｔ−ｅｌｗｅｒｋ　Ｄｒｅｓｄｅｎ　）は、ｏ−二
）ロトルエンの臭素化が、初めに基質（０，８モル）と
臭素（０，３６モル）とを接触させ、熱と光を発する赤
外線電球でこの混合物を照射し、全部の臭素が消費され
たとき過酸化水素（０，３６モル）を徐々に添加し、そ
の場で臭素を発生させて臭素化方法を続けることＫより
実施し得ることを開示している。理論的に、このような
方法は競合的反応の不在下で０．７２モルのモノ臭素化
基質の形成をもたらすであろう。この反応は四塩化炭素
の溶液中で約８０’Ｃの還流温度において実施された。

臭素化生成物の収率は使用した臭素に基づいて６７％で
あり、モノブロモ生成物として計算して約０．４８モル
であった。従って、反応の選択性はあまり良好でないと
推測され、例えば対応するジ臭素化生成物の形成をもた
らす反応のような他の反応および競合反応がか々りの程
度に起こっていたことを示唆している。

臭素化反応生成物は往々にして最終産物ではなく、対応
するアルコール、アルデヒドまたはカルボン酸の製造用
中間体である。後続の処理工程を容易にし、そして／″
また望ましくない副反応での高価な試薬の消費を減らす
ために、モノ置換生成物を一層選択的忙製造することが
大いに望まれるであろう。この後者の事柄は対応するア
ルコールが最終産物である場合に相当重要であることが
理解されるであろう。なぜなら、アルコールの直接製造
はモノ臭素化中間体からのみ都合よく進行し、ジ臭素化
中間体からは進行し木城ないからである。

終局的に本発明へと導いた研究の過程において。

不活性化基質の約７５チの転化は光分解条件下で有機溶
媒中の基質対臭化水素対過酸化水素のモル比Ｘ　：　１
　：　、１を用いることにより達成きれることが判明し
、これは約７０　％のモノ臭素化生成物をもたらした。

基質の転化の度合は基質に対する臭化物または過酸化水
素もしくは両方のモル比を増加することにより高められ
たが、実験したあらゆる場合に１モノ臭素化生成物に対
する反応の選択性をかなり低下させもした。この方法に
対する拘束の理解は、過剰モルの臭化物、１０％過剰モ
ルの過酸化水素を使用し、溶媒を全く用いなかったこと
を除いてその他の点では同一条件下で行った実験の結果
によりさらに妨げられた。この実験では、転化の度合が
基質の２０％以下へ劇的に下がったが、モノ臭素化物質
への選択性は約９０％であった。比較すると、溶媒の存
在下では９０％以上の基質の転化が達成されたが、選択
率は８０％より低かった。

このことから引き出し得る推論は、選択率の低下が基質
の転化率を改善する変法の結果であり、そして転化率の
低下が選択率を高く維持する変法において起こり得ると
いうことである。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は、上記問題のいずれか、すなわち基質の
転化率が増加するときの選択率の低下の問題、または希
釈剤／溶媒を用いない場合の転化率の低下の問題、を改
善する作業条件を定めることであり、いくつかの具体例
においては、両方の問題を解決することが本発明の別の
目的となっている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、水相と有機相から成る２相反応混合物
を用いてアルキルアレーン基質を臭素化する方法が提供
され、この方法において、該基質は実質的に非反応性の
有機溶媒を含んでいてもよい有機相を形成し、水相は臭
化水素を含有し、そこに過酸化水素が１０分間以上の間
導入され、過酸化水素対基質のモル比は０，１　：　１
〜０．４　：　１の範囲から選ばれ、過酸化水素対臭化
水素のモル比は１：、２〜１：２の範囲から選ばれ、反
応混合物は２０〜８０℃の温度に維持して、臭素を臭素
ラジカルへ解離さヒるべく十分圧高い周波数の光を少な
くとも１時間の反応期間にわたりて照射される。

本発明による反応条件を用いることにより、良好な又は
それ以上の反応（すなわち転化）を得るための激しい反
応条件の相反する要求と、モノ臭素化基質に対する高い
選択性を許容し得る穆度忙保持する継続的要求との間で
、改善されたバランスがある程度まで達成される。

本発明方法はシアノ、スルホおよび特にニトロ置換基の
ような不活性化基質なくとも１個で置換されているか、
又はフルオロ、クロロ、ブロモもしくはヨード基で置換
されているベンゼンのアルキル置換基中のアルファ炭素
原子を臭素化するのに特に適している。アルキル基以外
の置換基はアルキル置換基に対しペン゛ゼン核のまわり
のどの位置にあってもよいが、特にオルト位置が好適で
ある。アルキル置換基は特に好ましくはメチル基である
。従って、本発明は０−ニトロトルエンの臭素化に関し
てここで説明するが、諸条件を必要に応じて適当に変更
することにより、他の置換基質を用いる同一反応に適用
することができる。

本発明方法の重要な特徴の１つは、用りる反応体のモル
比にある。本発明者らはこの種の反応を研究する過桿で
、得られる臭素化の度合がその場で生成される臭素の量
の関数であることを見出した。本発明者らは、生成され
、−る臭素の総量が過酸化水素と臭化水素の２種類の反
応体のどちらがより少ないモル量で存在しても、そのこ
とによって影響されることを認識した。臭素生成のため
にはＨ２Ｏ２ａ　）ＬＢｒの化学量論的比は１：２であ
るが、その後の基質の臭素化は臭素化される基質１モル
当たり臭化物１モルを放出し、それは残留過酸化水素と
反応して１／２モルの臭素を生成することができる。臭
素の生成、消費および再生成のこのサイクルは、全部の
過酸化水素が消費されるまで、あるいは全部の臭化物が
基質に置換されるまで、どちらが最初に起ころうとも、
継続される。従って、本発明者らは、その場で同一モル
量の臭素を発生させながら、臭化物対過酸化水素の比を
かなり広い範囲内で変化させうろことを認識した。この
ことは、本発明者らに、臭素対基質のモル比を臭素を生
成する反応体の比とは無関係にある程度まで変化させう
ろことを、さらに認識させた。

本発明方法においては、過酸化水素に対して反応混合物
中の臭化物を不足量とする、すなわち臭化物対過酸化水
素のモル比を２：１以下にすることが好適であるが、あ
まり大きい不足量ではなく、１＊２　：　１以上の比を
使用し、有利な範囲はしばしば約１，３５　：　１〜約
、８−：１であることが分かった。

相当に過剰の基質と共に、このようなモル比を用いるこ
とにより、モノ臭化物への改善された反応度が高度に選
択的に達成可能である。

この反応は過酸化水素とも臭素とも有意な程度に反応し
ない有機溶媒の存在下で実施することができ、例えば塩
素化炭化水素、特に四塩化炭素、クロロホルム、塩化メ
チレン、二塩化エチレン、テトラクロロエチレンおよび
テトラクロロエタンが含まれる。この種の溶媒の好適な
量は基質の容量の３倍（ｖ／ｖ　）までであるが、もつ
と多量の溶媒も低減した空間収率で使用することができ
る。

しかし、有利には、この反応は他の溶媒の不在下で実施
される。こうすることにより、相互に比較して高収量の
臭素化生成物を得ることができる。

基質対過酸化水素のモル比的３：１〜５：１を用いるの
が好適である。このことは、反応生成物それ自体から分
離した後または反応生成物を対応するアルコールのよう
な誘導体へ転化した後に、後続の反応において使用し得
る未反応基質が相当過剰に残存していることを意味する
。

温度はこの反応においてか々り重要なファクターである
。温度の上昇は基質の転化速度および転化度を高める傾
向にあるが、それはまた望ましくない副生物の有意に高
い製造をもたらすことが分かった。従って、温度の上昇
は目的のモノ臭素化生成物から離れて反応の選択性を低
下させる。その他の反応条件、特に過酸化水素に対する
多量の基質並びに過酸化水素に対する少量の臭化物の組
み合わせを採用することにより、高い温度での望ましく
ない作用を軽減または改善することができ、それにより
たとえ可能な温度範囲の高い方の温度（すなわち（７）
℃またはそれ以上）でさえもモノ臭素化生成物への高い
選択性を達成せしめることができると分かった。最も有
利な温度範囲は約（イ）〜７０℃である。

反応混合物に照射する輻射線は、臭素を臭素ラジカルへ
解離させることをその目的としている。

こうして、有効輻射線は６００　ｎｍ以下の波長を有す
る。有用な輻射線の大部分は６００〜２５０ｎｍの範囲
に主放射を有するランプから得られる。昼光電球と呼ば
れるランプは、そ・れらの輻射線の大部分が好適な波長
範囲内で放射されるので、本発明にとって特に適してい
ることが分かった。好適なランプはしばしば高圧ナトリ
ウム放電灯（ＳＯＮ　＞　、水銀螢光灯（ＭＢＦ　）お
よびタングステンまたはタングステンハロゲン灯と呼ば
れている。ＵＶ光線は好ましくはフィルターを通して戸
先される。有効輻射線強度と反応速度、ひいては反応期
間との間には一定の関係があり、輻射線の強度が大きく
なればなるほど、臭素反応体の希望の生成および利用を
達成するのに要する反応速度が速く々す、反応期間も短
縮されることが理解されるであろう。

また、使用する装置の実際の〜デザインは輻射線の利用
効率に大いに関係があり、反応容量対照射表面積のよう
な外部要因を包含することが理解されよう。輻射線ラン
プは例えば反応混合物の表面上に配置することができ、
セして／また反応混合物中に沈めることもできる。これ
とは別に又は付加的に、反応容器の壁面に半透明の開口
部を設けて、その開口部を通して反応混合物に輻射線を
照射することもできる。輻射損失を最小限度に抑えるた
めに反射板を使用してもよい。例えば、実験室規模にお
いて、我々は８５００ルーメンの公称光束を有する昼光
スペクトル電球を反応容器から約２０　／　２５　ｃｍ
離して設置すると、過酸化水素の導入後通常約２〜３時
間のうちに反応が完全に進行することを見出した。

この反応のためのより一層有利な反応容器を設計する場
合、使用する輻射線の利用効率に影譬な及ぼす内部要因
について考慮することが実際に大切である。これらの要
因には反応容量対照射表面積の比および反応混合物中の
輻射線の最大有効光路長（それ自体は混合物中の光吸収
剤の濃度と相関間係があるだろう）が含まれる。これら
の２つの要因の相互作用により、いつでも効率よく照射
される反応容量の割合が決定される。その割合が１００
係の容量から下がるにつれて、反応時間は長引く傾向に
ある。反応容器の実際の設計はプロセスオペレーターの
制御下に６す、好ましくはその装置は輻射線が直接入り
込まない反応混合物の容量を最小限圧するか又は排除す
るように選択もしくは改変され、また好壕しくは臭素と
基質を含む反応混合物がすべて反応容器の照射帯域を頻
繁に通過する可能性を高めるために、反応混合物の効率
のよい混合を採用するであろう。

この反応の全反応期間は通常２つの部分、すなわち過酸
化水素の導入期間および導入後期間から成っている。２
つの部分の比率は広範囲に変化しうるが、１０〜１２０
分の範囲の導入期間を採用するのが有利であり、その期
間中に過酸化物が連続的に又は少量ずつ定期的に導入さ
れる。しかし、それより長い導入期間も所望により用い
られ、その場合は導入後期間が通常それに対応して短く
なるであろう。臭素の生成速度の制御（過酸化水素の漸
増的導入の直接の結果として起こる）は、全部の臭素が
そのまま導入される場合よりも実質的に低いレベルに反
応混合物中の臭素の濃度を制御することを意味する。そ
の結果、本発明方法はさもなければ高温での長期反応に
よって起こりうる臭素の物理的減少をかなりの種度まで
回避することができ、さらに反応混合物中に基質１モル
当たり臭素等モル量（モノブロモ化合物を得るために必
要とされるであろう）が存在することにより起こる反応
の過度の遅延を回避できる。この反応は一般にその場で
生成される臭素が全部使い尽くされるまで（それは反応
混合物の色の消失または変化により分かる）継続される
。多くの場合に、全反応時間は、少なくとも幾分かは用
いる温度に左右されるが、２〜８時間である。

生成物はその後、溶媒（存在する場合）を減圧下で除去
し、結晶化および／または再結晶することにより、過剰
の出発物質および副生物から分離される。別法として、
少なくとも若干の生成物の場合、モノ臭素化生成物は分
離および／または生成物の精製を行う前に、例えば加水
分解によりさらに反応させて、対応するアルコールへ転
化することができる。

本発明は一般的見地から説明、してきたが、今やその特
定の実施態様について実施例を用いてより詳ａＫ説明す
ること圧する。

〔実施例〕

比較例ＣＡ−ＣＥおよび実施例１〜４ これらの比較例および実施例では、同じ装置および同じ
実験方法が用いられ、そして同一規模であり、表中の１
単位の試薬は０．２モルを表し、これらの実験間の主な
差異は使用する反応体の割合と、反応媒体中の非反応註
有機希釈削の有無である。それぞれの差異に関係する条
件を以下の表に要約する。

装置は攪拌機、温度計、還流冷却器および試薬導入用注
入口を備えた多重口の５０（１１７ガラス製フラスコか
ら成り、これを温度制御のために水浴中に保持した。こ
のフラスコは昼光スペクトル電球、特に８５００ルーメ
ンの公称光束を有するＴｈｏｒｎＡｌ／２５８２４　ホ
ルト２５０ワット電球、をフラスコから約２０　ｔ：ｍ
　磐して設置ｌすることにより照射した。

実験方法は全部の。−二トロトルエン（表ではＯＮＴと
略記する）および全部の非反応性希釈剤クロロホルム１
００　ｒｕｔ　（それを用いる場合）をフラスコ中に導
入し、　　６２ｗ／ｗ　％水溶液として全部の臭化水素
を導入し、この混合物を所望の反応温度ω℃に加熱し、
その後６５　ｗ／ｗチ水溶液としての過酸化水素を約１
時間かけて徐々に導入する、ことから成っていた。仁の
反応混合物は上記温度に保ち、そして臭化水素と過酸化
水素との反応によりその場で生成された臭素の赤色が消
失するまで十分に撹拌した。全体の反応時間は一般に２
〜５ＦＦ９間であった。その後、反応混合物を冷却し、
この反応と副反応を止めるために照射をやめ、そしても
し固体の産物が存在していたら、それを分離して除いた
。

この混合物はＧＬＣＫより分析して、ＯＮＴの消費量（
表中に消費ＯＮＴとしてモル数で示す）を決定し、同様
に産物を分析して目的生成物の臭化ｏ”ニトロベンジル
（表中に収量モノとして示す）お、よび副生物の収量を
求めた。比較例ＣＡ−ＣＤ　のように、１単位のみのＯ
ＮＴが存在する場合は、表の選択率の欄に示した数字は
前掲の２つの欄の比（チで表す）である。比較例ＣＥお
よび実施例では、基質が反応媒体の有機相の少なくとも
かなりの部分を占めており、従って固体産物の分離はそ
の中に測定可能な量の基質を物理的に随伴していた。そ
の基質は化学的に反応しなかったものであり、その後そ
こから回収および分離することができた。それ故に、消
費のための記録された数字は転化された豪よりもかなり
大きい。従って、これらの方法に対する誤った貧弱な印
象を避けるために、選択率のための数字は井印を付けら
れ、モノ臭素化産物対ジ臭素化副産物の比として表され
る。

実施例／　　モル比　　反応体　　　消費　収量　選択
率比較例ＨＢｒ　　ＨＩＯ２ＯＮＴ溶媒ＯＮＴ　　モノ
ＣＡ　　　１　　　、１　　１　　　＋　　、１５１　
　．１４０　　９２．４ＣＢ　　　１　　　、５　　１
　　　＋　　、１６４　　．１４３　　８７．９ＣＣ２
１，１１＋　　、１８５　　．１４２　　７９．８ＣＤ
　　　２　　　、１　　１　　−．０３６　　．０３４
　　９０ＣＥ　　　１，５　　、１　　２　　　＋　　
、２３８　　．１４０　　　）９３／７１　　　１！５
り、１　　３　　　＋　　、２４８　　．１７６　　１
９７／３２　　　、５　　、１　　４　　　＋　　、２
１３　　．１７８　　１）９６／４３　　　、５　　、
１　　４．６５−　．２３０　　．１７８　　　ｎｍ４
　　　２　　　、１　　４．６５−　．２２１　　．１
６９　　　給９８／２上記の表から、非反応性希釈剤ク
ロロホルムが存在する場合の比較例ＣＡ−ＣＥのすべて
において、 モノ臭素化産物の収量は約０．１４モルのままであるこ
とが分かる。これはほぼ化学量論的量のｔ（Ｂｒ　５Ｈ
２０２および０−ニトロトルエンを使用した場合、また
は過剰のＨＢｒもしくは過剰のＨ２Ｏ２を用いた場合、
あるいは同様に過剰の０−二トロトルエンを用いた場合
にもそのようであった。溶媒の不在下で得られた比較例
ＣＤの結果を調べると５ｏ−ニトロトルエンの転化度が
類似の、しかし溶媒を用いた比較例ＣＣの結果と比べて
極端に低下したことが分かるであろう。このことから誘
導しうる推論は、溶媒を排除することが有害であるとい
うことである。適正に誘導しうる第二の推論は、有機希
釈剤が一存在する場合、３種の試薬類の比を変えること
から観察された結果が自己相殺的傾向にあるということ
である。こうして、例えば、過酸化水素対地の２つの試
薬の比を増加させると、ｏ−二トロトルエンの転化率が
高まるが、同時に望ましい反応の選択率を低下させ、こ
れら２つを合わせると結局同量のモノ臭素化産物が得ら
れることになった。臭化物およびＯ−ニトロトルエンそ
れぞれの他の試薬に対する比を増加させた変法の場合に
も同様の解析がなされる。自明なこととして。

これらの比較例は選択率および／またはモノ臭素化産物
の製造収率を高める方法について何も教示していない。

しかしながら、上記の表から、０−ニトロトルエン対地
の試薬の比を３：ｌまたはそれ以上に実質的に増加させ
た場合、モノ臭素化産物の収量を０．１４モルから０．
１８モル（基本収量の約３０％増加）へ有意に高めつつ
、モノおよびジ臭素化産物のモル比を比較することから
分かるように高い選択率を依然として保つことができる
と分かった。さらに、このようなかなり過剰の０−ニト
ロトルエンでは、０−ニトロトルエンの生成物への転化
を不当に損なうことなくＳ　Ｏ−ニトロトルエンをツレ
自体の反応媒体として作用させ得ることが明らかである
。実施例３を他の点では同一条件下で繰り返した場合に
、目的のモノ臭素化産物の収量は０．１８３モルであり
、選択率はモノ臭素化産物対ジ臭素化産物の比として９
５：５であった。実抱例３および４を比較すると、モノ
臭素化産物の収量はＨＢｒ　：　ＨｚＯ２のモル比がや
や高い比２　：　１，１の場合よりも低い比、５　：　
、１の方が良好であることが分かる。しかし、モノ産物
ニジ産物の比として表した最良の選択率は）ｔＢｒ　：
　Ｈ＊Ｏｔの高い方のモル比２　：　１，１において得
られた。この後者の観察は、臭化水素量のこのような増
加がより高度に臭素化された生成物をもたらすであろう
と当業者に予測させるために、それ自体やや意外なこと
であり、従って本発明の予測し得ない性質を確証するも
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）水相および有機相から成る２相反応混合物を用い
   てアルキルアレーン基質を臭素化する方法であつて、該
   基質は実質的に非反応性の有機溶媒を含んでいてもよい
   有機相を形成し、該水相は臭化水素を含有し、その中に
   過酸化水素が少なくとも１０分間にわたつて導入され、
   過酸化水素対基質のモル比は０．１：１〜０．４：１の
   範囲から選ばれ、そして過酸化水素対臭化水素のモル比
   は１：１．２〜１：２の範囲から選ばれ、該反応混合物
   は２０〜８０℃の温度に維持して臭素を臭素ラジカルへ
   解離させるべく十分に高い周波数の光を少なくとも１時
   間の反応期間にわたり照射されることを特徴とする上記
   方法。 （２）アレーン部分は不活性化基により置換されていて
   もよいベンゼン基である、請求項１記載の方法。 （３）アレーン部分はシアノ基、スルホ基またはニトロ
   基から選ばれる不活性化基で置換されている、請求項１
   または２記載の方法。 （４）不活性化基はニトロ基である、請求項３記載の方
   法。 （５）アルキル部分はメチル基である、請求項１〜４の
   いずれか１項記載の方法。 （６）基質対過酸化水素のモル比は３：１〜５：１の範
   囲から選ばれる、請求項１〜５のいずれか１項記載の方
   法。 （７）臭化物対過酸化水素のモル比は１．３：１〜１．
   ８：１の範囲から選ばれる、請求項１〜６のいずれか１
   項記載の方法。 （８）反応混合物は５０〜７０℃、好ましくは６０〜７
   ０℃の範囲の温度に維持される、請求項１〜７のいずれ
   か１項記載の方法。 （９）反応混合物は２５０〜６００ｎｍの波長範囲に主
   放射を有する光を照射される、請求項１〜８のいずれか
   １項記載の方法。 （１０）反応媒体は不活性溶媒を全く含まないか、ある
   いは基質の容量当たり３倍容量までの溶媒を含む、請求
   項１〜９のいずれか１項記載の方法。 （１１）溶媒は塩素化炭化水素から選ばれる、請求項１
   ０記載の方法。 （１２）過酸化水素は臭化物と基質を含む反応混合物中
   に１０〜１２０分間にわたつて導入される、請求項１〜
   １１のいずれか１項記載の方法。 （１３）全反応期間は２〜８時間持続する、請求項１〜
   １２のいずれか１項記載の方法。（１４）請求項１に記
   載の、および実質的に本明細書中で記載した通りの、ア
   ルキルアレーンを臭素化して該アルキル基のモノ臭素化
   誘導体を選択的に製造する方法。 （１５）実施例のいずれか１つに関して本明細書中で記
   載した通りの、アルキルアレーンを臭素化して該アルキ
   ル基のモノ臭素化誘導体を選択的に製造する方法。 （１６）前記請求項のいずれか１項記載の方法により製
   造されたアルキルアレーンのモノ臭素化誘導体。