JPWO2011062109A1 - パラジウム触媒及びそれを用いたビスアリール化合物の製造方法 - Google Patents

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Abstract

漏洩がなくリサイクル使用可能であり、リン系配位子の使用を必要としない高い触媒活性を有する新規のパラジウム触媒と、このパラジウム触媒を用いた新規のビスアリール化合物の製造方法を提供する。パラジウム触媒及び塩基の存在下において、芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸とを反応させてビスアリール化合物を製造するに際し、前記パラジウム触媒として、シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させてなるパラジウム触媒を用いた。

Description

本発明は、鈴木−宮浦反応用のパラジウム触媒と、このパラジウム触媒を用いたビスアリール化合物の製造方法に関する。
鈴木−宮浦反応は、芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸とのカップリング反応である。この反応は、塩基の存在下、パラジウムにより触媒され、通常は触媒の活性化のためリン系の配位子が必要である。そして、生成物であるビスアリール化合物は、医薬品や有機電子材料として有用な物質であるため、基礎研究のみならず工業的にも利用されている有用な反応である。
しかし、パラジウムは高価であり、また、製品中への混入が規制されているため、漏洩がなくリサイクル使用可能なパラジウム触媒の開発が期待されている。併せて、高価で毒性のあるリン系配位子の使用を必要としない高い触媒活性も要求されている。
なお、反応後のパラジウム触媒のリサイクル使用に関し、非特許文献1には、ヒドロキシアパタイト固定化パラジウム触媒が、ブロモベンゼンとフェニルホウ酸を用いた鈴木−宮浦カップリングに活性を示し、触媒回転効率(TON)も高いことが示されているが、触媒の活性がやや低く、反応温度120℃という厳しい反応条件が必要であるという欠点があった。
また、非特許文献2には、配位子としてアリールホスフィンを有する非架橋性両親媒性高分子を用いた固相パラジウム触媒が鈴木−宮浦カップリングに活性を示し、TONも高いことが示されているが、非特許文献1と同様、反応温度100℃という厳しい反応条件が必要である。さらに、非架橋性両親媒性高分子を作成するためのコストが高いという欠点があった。
なお、本発明者は、これらの欠点を解消するために、イオン液体に溶解したパラジウム化合物を多孔質担体に固定化させたパラジウム触媒を開発している(特許文献1)が、より高性能のパラジウム触媒の開発が望まれている。
特開2008−184418号公報
金田清臣,有機合成化学協会誌,61, 436(2003) 山田陽一,薬学雑誌,125, 749(2005)
そこで、本発明は、漏洩がなくリサイクル使用可能であり、リン系配位子の使用を必要としない高い触媒活性を有する新規のパラジウム触媒と、このパラジウム触媒を用いた新規のビスアリール化合物の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体を用いて酢酸パラジウムを担持させてなるパラジウム触媒を用いることで、鈴木−宮浦反応を収率よく進行させることができることを見出し、本発明に想到した。
すなわち、本発明のビスアリール化合物の製造方法は、パラジウム触媒及び塩基の存在下において、芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸とを反応させてビスアリール化合物を製造するに際し、前記パラジウム触媒として、シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させてなるパラジウム触媒を用いることを特徴とする。
また、前記シリカ粒子を核とするデンドリマーが下記式(式中、R、Rは、水素又はメチル基)で表されるものであることを特徴とする。
Figure 2011062109
また、前記シリカ粒子の粒子径が1〜100nmの範囲であることを特徴とする。
また、前記パラジウム化合物が酢酸パラジウムであることを特徴とする。
また、前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする。
また、前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドであることを特徴とする。
また、前記イオン液体が1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする。
また、前記塩基は炭酸カリウムであり、前記芳香族ハロゲン化物と前記芳香族ボロン酸との反応が水とエタノールの混合溶媒中において行われることを特徴とする。
本発明のパラジウム触媒は、シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させてなることを特徴とする。
また、前記シリカ粒子を核とするデンドリマーが下記式(式中、R、Rは、水素又はメチル基)で表されるものであることを特徴とする。
Figure 2011062109
また、前記シリカ粒子の粒子径が1〜100nmの範囲であることを特徴とする。
また、前記パラジウム化合物が酢酸パラジウムであることを特徴とする。
また、前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする。
また、前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドであることを特徴とする。
また、前記イオン液体が1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする。
本発明によれば、漏洩がなくリサイクル使用可能であり、リン系配位子の使用を必要としない高い触媒活性を有する新規のパラジウム触媒と、このパラジウム触媒を用いた新規のビスアリール化合物の製造方法が提供される。
本発明のパラジウム触媒は、シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させてなるものである。
ここで、シリカ粒子を核とするデンドリマーとしては、デンドリマーの種類、デンドリマーの分岐の数などに限定されず、イオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させることができるものであれば任意のものを用いることができるが、例えば、下記式(式中、R、Rは、水素又はメチル基)で表されるものを用いることができる。また、シリカ粒子としては、好ましくは、粒子径が1〜100nmの範囲のものが用いられる。
Figure 2011062109
また、パラジウム化合物には、酢酸パラジウム(Pd(OAc)、ここで(OAc)は酢酸残基)、塩化パラジウム(PdCl)などのパラジウム塩、パラジウムブラック(Pd)、テトラ(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh、ここでPhはフェニル基)などのパラジウム錯体など、一般に知られているパラジウム化合物が含まれる。これらの中では、特に酢酸パラジウムが好適に用いられる。
そして、パラジウム化合物は、イオン液体に溶解した状態でデンドリマーに担持されている。イオン液体としては、常温、好ましくは35℃以下で液体であって、パラジウム化合物を溶解できるものであればよく、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート([bmim]PF)、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート([hmim]PF)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミド([bmim]NTf)などを用いることができる。
本発明のビスアリール化合物の製造方法は、パラジウム触媒及び塩基の存在下において、芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸とを反応させてビスアリール化合物を製造するに際し、上記の本発明のパラジウム触媒を用いるものである。なお、芳香族ハロゲン化物、芳香族ボロン酸としては、特定のものに限定されず、あらゆる種類の芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸の組合せにて、鈴木−宮浦反応によるビスアリール化合物の製造が可能である。
ここで、塩基としては有機及び無機の塩基を用いることができ、特定のものに限定されないが、特に炭酸カリウムが好適に用いられる。また、芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸との反応は通常用いられる有機溶媒中でも進行するが、エタノールと水の混合溶媒中において最も効率よく行われる。
以上の本発明のパラジウム触媒は、触媒回転効率(TON)が10万に達する極めて高い活性を示し、濾過により容易に回収されリサイクル可能であり、マイクロリアクター中でも使用可能である、という利点を有する。また、このパラジウム触媒を用いたビスアリール化合物の製造方法は、反応に配位子を必要とせず、反応はエタノールと水の混合溶媒中で進行して環境対応度が高い。また、反応は室温で進行して加熱の必要がなく、さまざまな化合物を反応させることができる。また、立体障害により従来は高い収率での合成が困難であったオルト位に置換基のあるビフェニル化合物を高い収率で合成可能である。さらに、生成物の単離に抽出操作を必要とせず、簡単に生成物を単離できる。
以下、具体的な実施例に基づいて、本発明について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって制限されるものではない。
[パラジウム触媒の調製]
(1)シリカ粒子を核とするデンドリマーの調製
シリカゲル(5.0g、粒径16nm、表面積200m/g)およびγ−アミノトリエトキシシラン(150mL、5%トルエン溶液)の懸濁液を8時間加熱還流した。遠心分離後、ソックスレー抽出器を用い24時間トルエンにてシリカゲルを抽出した。その後、室温で減圧下乾燥した。
続いて、上記シリカゲル0.5gにメタノール20mLおよびメチルアクリレート(0.2mL)を加え、50℃にて24時間撹拌した。遠心分離によりシリカゲルを単離し、メタノールで数回洗浄した。
続いて、上記シリカゲルにメタノール(20mL)およびエチレンジアミン(1.0mL)を加え、50℃にて24時間撹拌した。遠心分離によりシリカゲルを単離し、メタノールで数回洗浄した。
続いて、上記シリカゲルにメタノール20mLおよびメチルアクリレート(0.4mL)を加え、50℃にて24時間撹拌した。遠心分離によりシリカゲルを単離し、メタノールで数回洗浄した。
続いて、上記シリカゲルにメタノール(20mL)およびエチレンジアミン(2.0mL)を加え、50℃にて24時間撹拌した。遠心分離によりシリカゲルを単離し、メタノールで数回洗浄した。
続いて、上記シリカゲルにメタノール20mLおよびメチルアクリレート(0.4mL)を加え、50℃にて24時間撹拌した。遠心分離によりシリカゲルを単離し、メタノールで数回洗浄した。
最後に、上記シリカゲルにメタノール(20mL)およびN,N−ジメチルエチレンジアミン(2.0mL)を加え、50℃にて24時間撹拌した。遠心分離によりシリカゲルを単離し、メタノールで数回洗浄し、下記式で表されるデンドリマーを得た。
Figure 2011062109
(2)パラジウム触媒の調製
イオン液体として1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート([bmim]PF)を用いてパラジウム触媒を調製した。
10ml試験管に上記の方法で調製したデンドリマー(200mg)を入れた。そこに、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(19mg、10質量%)及び酢酸パラジウム(36mg、0.16mmol)のテトラヒドロフラン(2ml)溶液を加え、室温で4時間攪拌した。THFを減圧留去し、表面をジエチルエーテルでゆすいだ。さらに減圧下で乾燥し、担持触媒(247mg)を得た。酢酸パラジウムの担持量は0.65mmol/gであった。
以下、実施例1で得たパラジウム触媒を用いてビスアリール化合物を合成した。
[反応例1]
10ml試験管に4−ブロモアセトフェノン(100mg、0.50mmol)、フェニルボロン酸(85mg、0.70mmol、1.4eq)、炭酸カリウム(138mg、1.0mmol、2.0eq)、パラジウム触媒(8mg、0.005mmol、0.01eq)、50%エタノール水溶液(2ml)を加え、室温で撹拌を開始した。30分撹拌後、反応を止め、遠心分離機で触媒を分離し、ジエチルエーテル/エタノールでデカンテーション、ショートカラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/3)、カラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/10)により分離精製を行い、下記の目的物(102mg、100%)を得た。
Figure 2011062109
なお、反応液中へのパラジウムの漏洩は2.4ppm(1%)と、極めて低レベルであった。また、使用済みの触媒は、少なくとも5回、平均収率93%でリサイクルすることができた。
[反応例2]
10ml試験管に4−ブロモアセトフェノン(100mg、0.50mmol)、2−フェニルフェニルボロン酸(138mg、0.70mmol、1.4eq)、炭酸カリウム(139mg、1.0mmol、2.0eq)、パラジウム触媒(8mg、0.005mmol、0.01eq)、50%エタノール水溶液(2ml)を加え、室温で撹拌を開始した。30分撹拌後、反応を止め、遠心分離機で触媒を分離し、ジエチルエーテル/エタノールでデカンテーション、ショートカラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/3)、カラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/10)により分離精製を行い、下記の目的物(134mg、98%)を得た。
Figure 2011062109
[反応例3]
10ml試験管に4−ブロモアセトフェノン(101mg、0.50mmol)、4−メトキシフェニルボロン酸(106mg、0.70mmol、1.4eq)、炭酸カリウム(138mg、1.0mmol、2.0eq)、パラジウム触媒(8mg、0.005mmol、0.01eq)、50%エタノール水溶液(2ml)を加え、室温で撹拌を開始した。30分撹拌後、反応を止め、遠心分離機で触媒を分離し、ジエチルエーテル/エタノールでデカンテーション、ショートカラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/1)、カラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/3)により分離精製を行い、下記の目的物(104mg、90%)を得た。
Figure 2011062109
[その他の反応例]
種々の芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸に、上記のパラジウム触媒(0.01eq)を用いて、50%エタノール水溶液中で反応を行った。その結果を表に示す。多様な基質に対応して、高収率で目的物が得られた。
Figure 2011062109
[パラジウム触媒の調製]
イオン液体として1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミド([bmim]NTf)を用いてパラジウム触媒を調製した。
10ml試験管に実施例1に記載の方法で調製したデンドリマー(50mg)を入れた。そこに、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(13mg、26質量%)及び酢酸パラジウム(15mg、0.06mmol)のテトラヒドロフラン(4ml)溶液を加え、室温で4時間攪拌した。THFを減圧留去し、表面をジエチルエーテルでゆすいだ。さらに減圧下で乾燥し、担持触媒(60mg)を得た。酢酸パラジウムの担持量は0.83mmol/gであった。
[反応例]
実施例3で得たパラジウム触媒を用いてビスアリール化合物を合成した。
10ml試験管に4−ブロモアセトフェノン(100mg、0.50mmol)、フェニルボロン酸(85mg、0.70mmol、1.4eq)、炭酸カリウム(138mg、1.0mmol、2.0eq)、パラジウム触媒(6mg、0.005mmol、0.01eq)、50%エタノール水溶液(2ml)を加え、室温で撹拌を開始した。45分撹拌後、反応を止め、遠心分離機で触媒を分離し、ジエチルエーテル/エタノールでデカンテーション、ショートカラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/3)、カラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/10)により分離精製を行い、下記の目的物(100mg、100%)を得た。
Figure 2011062109
[パラジウム触媒の調製]
イオン液体として1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート([hmim]PF)を用いてパラジウム触媒を調製した。
10ml試験管に実施例1に記載の方法で調製したデンドリマー(50mg)を入れた。そこに、1−ブチル−3−ヘキシルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(21mg、30質量%)及び酢酸パラジウム(15mg、0.06mmol)のテトラヒドロフラン(4ml)溶液を加え、室温で4時間攪拌した。THFを減圧留去し、表面をジエチルエーテルでゆすいだ。さらに減圧下で乾燥し、担持触媒(75mg)を得た。酢酸パラジウムの担持量は0.84mmol/gであった。
[反応例]
実施例5で得たパラジウム触媒を用いてビスアリール化合物を合成した。
10ml試験管に4−ブロモアセトフェノン(100mg、0.50mmol)、フェニルボロン酸(85mg、0.70mmol、1.4eq)、炭酸カリウム(138mg、1.0mmol、2.0eq)、パラジウム触媒(6mg、0.005mmol、0.01eq)、50%エタノール水溶液(2ml)を加え、室温で撹拌を開始した。15分撹拌後、反応を止め、遠心分離機で触媒を分離し、ジエチルエーテル/エタノールでデカンテーション、ショートカラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/3)、カラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/10)により分離精製を行い、下記の目的物(100mg、100%)を得た。
Figure 2011062109
比較例1
イオン液体を用いずに酢酸パラジウムをデンドリマーに担持した触媒を調製し、この触媒を用いた反応を試みた。
窒素雰囲気下、10ml試験管に、実施例1に記載の方法で調製したデンドリマー(99.9mg)を加えた。さらに酢酸パラジウム(22.4mg、0.10mmol)をテトラヒドロフラン(1.5ml)に溶解させ、その溶液をカヌラーで滴下し、室温で4時間攪拌した。攪拌後、溶媒を減圧除去し、ジエチルエーテルで洗浄し、減圧下で乾燥し、担持触媒(106.3mg)を得た。酢酸パラジウムの担持量は0.94mmol/gであった。
10ml試験管に4−ブロモアセトフェノン(100.0mg、0.50mmol)、フェニルボロン酸(85.4mg、0.70mmol、1.4eq)、炭酸カリウム(139.8mg、1.0mmol、2.0eq)、パラジウム触媒(26.9mg、0.025mmol、0.05eq)、50%エタノール水溶液(2ml)を加え、室温で撹拌を開始した。24時間撹拌後、反応を止め、ジエチルエーテルを加えデカンテーションし、ショートカラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/7)、カラム(酢酸エチル/n−ヘキサン=1/7)により分離精製を行い、目的物と原料の混合物(79.8mg)を得た。H−NMR(270MHz)の積分値より、目的物を49.6mg(50.6%)、原料を30.2mg(30.3%)と算出した。
以上のように、イオン液体を用いずに酢酸パラジウムをデンドリマーに担持した触媒の活性は低く、50%エタノール中の4−ブロモアセトフェノンとフェニルボロン酸との反応において、室温24時間で生成物の収率は51%であった。
比較例2
デンドリマーを用いずに触媒を調製し、この触媒を用いた反応を試みた。
ジエチルアミノプロピル基で表面修飾した無定形アルミナに1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートを用いて酢酸パラジウムを固定化した。この触媒を用い、50%エタノール水溶液中で4−ブロモアセトフェノンと2−メチルフェニルボロン酸との反応を加熱還流下、8時間行ったが、原料を完全回収した。また、4−ブロモアセトフェノンと2,6−ジメチルフェニルボロン酸との反応も原料を完全回収した。
以上のように、デンドリマーを用いずに触媒を調製した場合、反応は全く進行しなかった。

Claims (15)

  1. パラジウム触媒及び塩基の存在下において、芳香族ハロゲン化物と芳香族ボロン酸とを反応させてビスアリール化合物を製造するに際し、前記パラジウム触媒として、シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させてなるパラジウム触媒を用いることを特徴とするビスアリール化合物の製造方法。
  2. 前記シリカ粒子を核とするデンドリマーが下記式(式中、R、Rは、水素又はメチル基)で表されるものであることを特徴とする請求項1記載のビスアリール化合物の製造方法。
    Figure 2011062109
  3. 前記シリカ粒子の粒子径が1〜100nmの範囲であることを特徴とする請求項2記載のビスアリール化合物の製造方法。
  4. 前記パラジウム化合物が酢酸パラジウムであることを特徴とする請求項2記載のビスアリール化合物の製造方法。
  5. 前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする請求項4記載のビスアリール化合物の製造方法。
  6. 前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドであることを特徴とする請求項4記載のビスアリール化合物の製造方法。
  7. 前記イオン液体が1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする請求項4記載のビスアリール化合物の製造方法。
  8. 前記塩基は炭酸カリウムであり、前記芳香族ハロゲン化物と前記芳香族ボロン酸との反応が水とエタノールの混合溶媒中において行われることを特徴とする請求項2記載のビスアリール化合物の製造方法。
  9. シリカ粒子を核とするデンドリマーにイオン液体に溶解したパラジウム化合物を担持させてなることを特徴とするパラジウム触媒。
  10. 前記シリカ粒子を核とするデンドリマーが下記式(式中、R、Rは、水素又はメチル基)で表されるものであることを特徴とする請求項9記載のパラジウム触媒。
    Figure 2011062109
  11. 前記シリカ粒子の粒子径が1〜100nmの範囲であることを特徴とする請求項10記載のパラジウム触媒。
  12. 前記パラジウム化合物が酢酸パラジウムであることを特徴とする請求項10記載のパラジウム触媒。
  13. 前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする請求項12記載のパラジウム触媒。
  14. 前記イオン液体が1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドであることを特徴とする請求項12記載のパラジウム触媒。
  15. 前記イオン液体が1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェートであることを特徴とする請求項12記載のパラジウム触媒。
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