JPS63190186A - カルボン酸の電気化学合成法 - 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】 本発明は、二酸化炭素の存在下、電解槽中の有機媒体中
で行なわれる、少なくとも１種の単共有炭素ヘテロ結合
を含む有機化合物の電気化学還元によるカルゲン酸の電
気合成法に関する。

カルゲン酸は、通常化学産業において、特に医薬品また
は植物保護に用いられる物質の合成用の中間体として用
いられる物質である。特にペニシリンの合成および抗炎
症剤並びに殺虫剤の合成用に用いられる。

本出願会社が所有するＰＨ１，５６６，４３４には、二
酸化炭素の存在下、有機ハロゲン化物の電気化学還元に
よるカルぎン酸の合成が記載されている。

実施において、この方法は出発物質である有機ハロゲン
化物の毒性および／または不安定性並びにこれらの化合
物を得ることが困難な点から、強く制限されている。

例えば、大部分のハロゲン化ベンジルは催涙剤、刺激剤
および腐食剤である。最も反応的なものは特に不安定で
あり、ｐ−メトキシ塩化ベンジル。

およびクロロメチル−並びにクロロエチル−チオフェン
は、多量の塩化水素ガスの発生を伴ない、周囲温度にお
いて自然重合する。このα−アリールクロロエタンは、
望ましくないスチレン誘導体となる脱塩酸反応をうける
。これらすべての妨害反応は、しばしば電気カルブキモ
ル化の操作条件（極性溶媒および金属塩の存在）のため
促進される。従って、ｐ−メトキシ塩化ベンジルの電気
力フルがキシル化は、出発物質が完全に消失した場合で
も、はんの５０％の収率でｐ−メトキシフェニル酢酸が
得られるのみである。

α−クロロエチルチオフェンの電気カルボキモル化は、
−１０℃未満の温度においてのみ、満足な結果が得られ
、これは強制である。

ハロゲン化ペンシルは入手困難である。最も直接的な合
成方法は、芳香族または芳香族複素環式化合物のクロロ
メチル化である（クロロメチルチオフェンおよびクロロ
メチルナフタレンの合成）。

かなり発癌性の高い副生成物の形成は、その適用を著し
く制限する。

通常、はとんどすべてのケースにおいて、有機分子への
ハロゲンの導入は、塩酸、臭化水素酸。

塩化チオニル、塩化燐、塩素ま六は臭素のような危険か
つ腐食性の試薬の使用を必要とする。

さらに、Ｊ、０．０．３７　、１２　、１９５１〜６０
゜１９７２、においてＢＡＩＺＥＲは、二酸化炭素の存
在下、支持電解質として塩化テトラエチルアンモ二９ム
を有する有機媒体（ジメチルホルムアミド。

Ｄ■゛）中で相当するハロゲン化ペンシルまたはアリル
の電気化学還元によりベンジルエステルｔ７’ｈはアリ
ルエステルを得た。

従って、得られたアリルまたはベンジルエステルは、そ
れらがすぐれた収率で単離されるので電気カルゲキシル
化に対し全く安定である。

さらに、有機ハロダン化物の電気カルブキモル化の間存
在する多量のテトラエチルアンモニウム塩の代わりに、
そのカルゲキシル化よシ誘導される酸は形成されない。

これらの事実は、当業者に第四アンモニウム塩またはエ
ステルの電気カルゲキシル化よりカルデン酸を製造する
要求を思いとどまらせる。

この教示に反する本発明に係る方法は、ＦＲ２，５６６
，４３４に述べられた方法と比較して、その欠点、特に
上述の有機ハロゲン化物の使用に関する欠点を有さすに
、保持すべきＰＲ２，５６６，４３４に述べた利点をす
べて可能とする。

本発明に従い、二酸化炭素の存在下、電極をとりつけた
電解槽中の有機媒体内で行なわれる。少なくとも１１１
の単共有炭素ヘテロ原子結合を含む有機化合物の電気化
学還元によるカルゲン酸の電気合成法は、陽極が還元金
属およびその合金からなる群より選ばれた金属でできて
おり、およびヘテロ原子が酸素、窒素、硫黄、および燐
からなる群より選ばれることを特徴とする。

「その合金」とは、少なくとも１種の還元金属を含むあ
らゆる合金を意味する。

還元金属は、マグネシウム、アルミニクム、亜鉛および
それらの合金からなる群より選ばれることが好ましい。

本発明の範囲において用いられる少なくとも１種の単共
有炭素ヘテロ原子結合を含む有機化合物は、一般式Ｒ−
Ｙ（式中、Ｒは有機基を表わし。

Ｙはヘテロ原子含有基を表わす）に相当し、とのヘテロ
原子は、単共有結合により有機基の炭素原子Ｋｍ！［接
結合する酸素、窒素、硫黄および燐からなる群より選ば
れる。

一般式Ｒ−ＣＯＯＴ（のカルーン酸は、Ｒ−Ｙにおいて
、基Ｒの炭素原子に対する基Ｙのヘテロ原子の共有結合
の開裂およびこの炭素原子上でのＣＯ２の固定により得
られる。

反応の間、基凡の異性化が時には起こる。例えば、これ
はＲがアリル基である場合である。

ヘテロ原子が窒素の場合、Ｙは必然的にアンモ二９ム基
。

ヘテロ原子が燐である場合、Ｙは必然的にホスホニクム
基。

以下余白 である。

ヘテロ原子が酸素である場合、Ｙは例えば。

スルホネート（−０８０□Ｒ４）、　　スルフィネート
（−０ＳＯＲ，）。

スルフェート（−０８０，Ｒ，）、　　　ニトレー）　
（−ＯＮＯ，）。

基である。

ヘテロ原子が硫黄である場合、Ｙは例えば。

プルキルチオ（−８Ｒ，）、チオシアネート（−８ＣＮ
）。

この基Ｒ，，Ｒ２およびＲ３は置換または未置換脂肪族
、芳香族あるいは複素環式炭化水素基である。それらは
、その間または基Ｒとの間に環を形成してもよい。

本発明の他の変形に従い、不飽和カルボン酸を得る。こ
の場合、基Ｙのヘテロ原子に直接結合している有機基Ｒ
の炭素原子は「ＳＰ３」混成であシ（時には、このよう
な炭素原子は「飽和」炭素原子であゐと言われる）およ
び基Ｙのヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの少なくとも
１種の炭素原子はｒｓｐ２」混成である（時には、その
ような炭素原子は「エチレン系不飽和」炭素原子である
と言われる）。月並みにおよび定義によシ、「ＳＰ３」
混成は四面体混成であシ、「ＳＰ２」ｆｉ成は平面三角
形混成である。

ヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの「ＳＰ２」混成炭素
原子は、エチレン系炭素原子または置換あるいは未置換
芳香族複素環または環の一部を形成する炭素原子である
ことが特に好ましい。

ヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの「ＳＰ２」混成炭素
原子がエチレン系炭素原子である場合、この基Ｒは３〜
１０−の炭素原子を含む脂肪族基であることが好ましい
。これは、Ｒがアリル基である場合である。

ヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒのｒ８Ｐ２Ｊ混成炭素
原子が置換または未置換芳香族環の一部を形成する場合
、ヘテロ原子に直接結合している基Ｒの「ＳＰｓ」混成
炭素原子は、２′個の水素原子または水素原子とメチル
あるいはエチルあるいはイソプロピル基を運ぶことが好
ましい。この場合、基Ｒがベンジル基であることが特に
好ましい。

ヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒのｒ８Ｐ２Ｊ混成炭素
原子が、置換または未置換芳香族複素環の一部を形成す
る場合、この芳香族複素環は、チオフェン、Ｎ−メチル
ピロール、インドールまたはぎリジンであることが好ま
しい。

これは、例えばＲが基 である場合である。

β位にある基Ｒの炭素原子は、アセチレン系炭素（「Ｓ
Ｐ３」混成）またはカルゲニルあるいはニトリル基の炭
素でもよい。

有機基Ｒは、電気合成の条件下で還元されない少なくと
も１種の官能基を含む。例えば、カル？ニル、ニトリル
、三級アミンおよびアミド基並びに弗化物である。

上述の一般式Ｒ−Ｙの有機化合物は、有機化学における
従来の方法によりて通常容易に製造される。その合成は
、工業スケールにおいてさえ特に問題はない。

陽極は、どんな形でもよく、特に金属電極用の従来の形
（標準ワイヤー、平坦ロッド、円筒形ロッド、直交差部
を有するロンド、板、回復性ペッド、金属布、格子、帯
、ビーズ、シ璽ット、粉末等）でよい。

槽の大きさに適合した直径を有するシリンダーロッドを
用いることが好ましい。

使用前に、陽極の表面を化学的および機械的にきれいに
することが好ましい。

陽極を形成する金属（または合金）の純度は重要なパラ
メーターではなく、工業用グレードが適当である。

陰極は、ステンレス鋼、ニッケル、白金、金。

銅またはグラファイトのようなどんな金属でもよい。こ
れは、陽極のまわりに同心的に配置された円筒形である
グリッドまたは板からなることが好ましい。経済的理由
のため、ステンレス鋼を用いることが好ましい。

電極には、安定化電源より直流が流される。

本発明の範囲内で用いられる有機溶媒は１通常、有機電
気化学で用いられる。あらゆる溶媒である。

例えば、ヘキサメチルホスホロトリアミド（ＨＭＰＴ）
、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ　）、ＴＩＰ−ＨＭＰＴ
混合物、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ　）、テトラメ
チル尿素（ＴＭＵ　）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＰ
　）　、およびアセトニトリルである。中程度の導電性
またはより高い導電性製造用に用いられる支持電解質は
、通常有機電気化学において用いられるものでよい。

例えば、テトラブチルアンそニウムテトラフルオｏｙｆ
レート（ＮＢ　ｕ　４Ｂｒ　ａ　）、過塩素酸リチウム
（Ｌｔｃω４）。

塩化テトラブチルアンそニウム（ＮＢ　ｕ　ａ　Ｃｔ）
−塩化テトラエチルアンモニウム（■ｔ４ＣＺ）、過塩
素酸テトラブチルアンモニウム（ＮＢｕ４Ｃ７ω４）、
および亜鉛、マグネシウムまたはアルミニウム塩である
。

支持電解質がアンモニウム塩である場合、本発明により
少なくとも部分的にカルゲキシル化されておシ、一方で
支持電解質の量は誘導体Ｒ−Ｙにくらぺ低く、他方では
この電解質のカルブキモル化によシ形成される酸は、誘
導体Ｒ−Ｙのカルフキシル化によシ得られる酸の源よシ
、容易に分離される。

還元すべき化合物Ｒ−Ｙがイオン性である場合、側光ば
アンモニウム、スルホニウムまたはホスホニウム塩であ
る場合、支持電解質を加える必要はない。

支持電解質を加えることが必要である場合、有機溶媒中
のその濃度は、５　Ｘ　１０−’Ｍ〜５　Ｘ　１０−２
Ｍの間が好ましい。

同様に、有機溶媒中の還元すべき化合物Ｒ−Ｙの濃度は
１０−１〜ＩＭの間であることが好ましい。

この濃度が比較的高くてもよいが、これは電気合成にお
いてはまれである。このことは経済的観点から、とても
有利なことである。

この電気合成は、 １）　簡単な実行上の理由のため１通常０℃〜６０℃、
好ましくは約ｌＯ〜３０℃の間の温度において、 ２）　　１０　’　〜１００ｍＡ７１２．通常１０〜５
０ｍｋ／ｃｒｒｔ２の間の範囲の陽極電流において１区
画に分けない槽中で行なわれることが好ましい。この工
程は通常一定の電流で行なわれるが、制御電位または可
変電流および電位において、 ３）　　Ｃｏ２大気下、槽中の二酸化炭素圧が１０−１
〜５０パール、好ましくは大気圧下で。

層神で一列η４ｆＬ”３゛６゜・この場合、二酸化炭素
は溶液中へ人名７：＋、−７１ｚ鹿ｒ”’ｒ；ｅ立？Ａ
’ン、る。

４）　この溶液は、例えば磁気攪拌機を用いて攪拌され
る。ミ習　゛　　　　　　− 電気分解後、形成したカルゲン酸および未転化の出発物
質を単離する。

本発明は以下の限定しない例により説明される。

例１〜２５ これらの例を製造するため１区画に分けていない、２つ
の部分からなる従来の電解槽を用いる。

ガラス製の上部に、二酸化炭素の入口および出口をとり
つけ、所望により電気的接続および電気分解の間、溶液
のサンプリングを行なう。

下部は、ガラス製の上部にねじ込んだ、シールにより供
給されたプラグからなる。

この槽の総体積は１５０ｃＩ！Ｌ３である。

陽極はマグネシウム製の円筒形ロッドであり、その直径
は１ｃＩｒＬである。これは中央のチューブを通し檜へ
入れられ、約２０（Ｍ１１溶液中に入る。この電極の最
初の作動表面積は６３ｃＷＬ２である。

陰極は、陽極のまわりに同心円形に配列された円筒形の
ステンレス鋼クロスである。

１００ｃＩ！Ｌ３のジメチルホルムアミド（ＤＭＰ）、
　１０ｇの還元すべき化合物Ｒ−Ｙ、および化合物Ｒ−
Ｙがイオン性でない場合、溶液を導電性にするため加え
られるヨウ化テトラブチルアンモニウムを０．５ｇが槽
中に加えられる。

この溶液に入れたチ、−プを用い、溶液を通してＣＯ２
を泡立てる。Ｃ０２圧は大気圧である。

この溶液を磁気攪拌機により攪拌し、温度は約１０℃に
保つ。

電極には、定電源を用い直流が供給され、３２ｍＡ／α
２の電流密度の食である２人の一定強度をこのマグネシ
ウム陽極に流す。

電気分解およびＤＭＦの蒸発後１反応媒体を水性塩酸で
加水分解する。

次いで有機化合物をエチルエーテルで抽出し、　′アル
カリ抽出によって酸を除去する。

得られた生成物を従来の分析法、特ＫＮＭＲ１ＩＲ。

ＧＣおよび質量スペクトルによシ定性する。

各実験において用いた電流の量および結果を以下の表に
示す。

以下余白 例２６ 塩化ｐ−メトキシベンジルエチルジメチルアンモニウム
の電気分解を、例２３と同じ条件であるが、ステンレス
鋼槽中、５パールのＣＯ２圧および３０℃の温度で行う
。

アンモニウム塩のモルあ九５２．７ｘｘｏｃの通過後に
相当する電気分解後、収率７３％でアニシル酢酸が単離
される。

例２７ 例２６の条件下で、塩化ベンジル）　ＩＪブチルアンモ
ニウムの電気分解（アンモニウム塩のモルあたり２．４
Ｘ１０Ｃ）によシ、収率８３係でフェニル酢酸が単離さ
れる。

例２８ 例１１と同じ条件であるが、ジブチルホルムアミドをア
セトニトリルに、マグネシウム陽極を同じ大きさのアル
ミニウム陽極ととり換えて、ジベンジルエーテルの電気
分解（３，４Ｘ１０　　Ｃ／ジベンジルエーテル１モル
）によす、ジベンジルエーテルの転化率５４％および転
化したジベンジルエーテルに対し９０％の単離したフェ
ニル酢酸の収率で得られる。

例２９ ５℃で１１０９のＤ■゛中の１５９のジメチルベンジル
アミンの溶液に９９の塩化アセチルを加えることにより
、塩化ジメチルベンジルアセチルアンモニウムが得られ
る。５℃、２人の電流で例１に述べた装置中のこの溶液
の電気分解により、塩化ジメチルベンジルアセチルアン
モニウムのモルあたり２．３Ｘ１０５Ｃ通過後、収率１
５％で単離されたフェニル酢酸が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二酸化炭素の存在下、一般式Ｒ−Ｙ（式中、Ｒは有
   機基を表わし、Ｙはヘテロ原子含有基を表わし、この基
   Ｙのヘテロ原子は単共有結合によりて基Ｒの炭素原子に
   直接結合している）に相当する有機化合物の電気化学還
   元による、一般式Ｒ−ＣＯＯＨ（式中Ｒは有機基を表わ
   す）で表わされるカルボン酸の電気合成法であり、電極
   をとりつけた電解槽中の有機媒体中で行なわれ、陽極が
   、還元金属およびその合金からなる群より選ばれた金属
   製であり、単共有結合によって基Ｒの炭素原子に直接結
   合している基Ｙのヘテロ原子が、酸素、窒素、硫黄、お
   よび燐からなる群より選ばれ、ヘテロ原子含有基Ｙが、
   ヘテロ原子が窒素の場合アンモニウム基であり、ヘテロ
   原子が燐の場合ホスホニウム基であることを特徴とする
   方法。 ２、陽極が、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛および
   それらの合金からなる群より選ばれた金属製であること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、ヘテロ原子含有基Ｙが、カルボキシレート、カルボ
   ネート、カルバメート、アルコキシ、スルホネート、ス
   ルフィネート、スルフェート、ニトレート、ホスフェー
   ト、ホスフィット、アルキルチオ、チオシアネート、ス
   ルフィニル、スルホニル、アルコキシスルフィニル、ア
   ルコキシスルホニルおよびスルホニウム基からなる群よ
   り選ばれることを特徴とする、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の方法。 ４、基Ｙのヘテロ原子に直接結合している有機基Ｒの炭
   素原子が「ＳＰ＾３」混成であり、基Ｙのヘテロ原子に
   対しβ位にある少なくとも１種の基Ｒの炭素原子が「Ｓ
   Ｐ＾２」混成であることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項から第３項までのいずれか１項に記載の方法。 ５、基Ｙのヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの「ＳＰ＾
   ２」混成炭素原子が、置換または未置換芳香族複素環ま
   たは環の一部を形成する炭素原子またはエチレン系炭素
   原子であることを特徴とする、特許請求の範囲第４項記
   載の方法。 ６、基Ｙのヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの「ＳＰ＾
   ２」混成炭素原子がエチレン系炭素原子であり、基Ｒが
   ３〜１０個の炭素原子を含む脂肪族基であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第４項または第５項記載の方法
   。 ７、ヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの「ＳＰ＾２」混
   成炭素原子が置換または未置換芳香族環を形成し、ヘテ
   ロ原子に直接結合している基Ｒの「ＳＰ＾３」混成炭素
   原子が２個の水素原子または水素原子とメチルあるいは
   エチルあるいはイソプロピル基を有することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第４項または第５項記載の方法。 ８、基Ｒがベンジル基であることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載の方法。 ９、ヘテロ原子に対しβ位にある基Ｒの「ＳＰ＾２」混
   成炭素原子が、チオフェン、Ｎ−メチルピロール、イン
   ドールおよびピリジンからなる群から選ばれた芳香族複
   素環の一部を形成することを特徴とする、特許請求の範
   囲第４項または第５項記載の方法。 １０、ヘキサメチルホスホロトリアミド（ＨＭＰＴ）、
   テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ＴＨＦ−ＨＭＰＴ混合
   物、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、テトラメチル尿
   素（ＴＭＵ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＰ）および
   アセトニトリルからなる群より選ばれた有機溶媒が用い
   られることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第
   ９項までのいずれか１項に記載の方法。 １１、媒体を導電性またはより導電性にするため支持電
   解質の存在下行うことを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項から第１０項までのいずれか１項に記載の方法。 １２、支持電解質の濃度が５×１０＾−＾３Ｍ〜５×１
   ０＾−＾２Ｍの間であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１１項記載の方法。 １３、有機溶媒中の一般式Ｒ−Ｙに相当する有機化合物
   の濃度が１０＾−＾１Ｍ〜１Ｍの間であることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項から第１２項までのいずれ
   か１項に記載の方法。 １４、この電気合成が１０〜３０℃の間の温度で行なわ
   れることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第１
   ３項までのいずれか１項に記載の方法。 １５、二酸化炭素圧が大気圧であることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項から第１４項までのいずれか１項
   に記載の方法。 １６、この電気合成が一定の強度で行なわれることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項から第１５項までのい
   ずれか１項に記載の方法。 １７、陰極がステンレス鋼製であることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項から第１６項までのいずれか１項
   に記載の方法。