KR20050086652A - 복소환의 중수소화 방법 - Google Patents

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노부히로 이토
츠네아키 마에사와
카즈시게 무토
코사쿠 히로타
히로나오 사지키
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와코 쥰야꾸 고교 가부시키가이샤
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Abstract

중수소화된 용매 중, 활성화된 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매로부터 선택되는 촉매의 존재하, 복소환을 갖는 화합물을 밀봉환류하에 두는 것을 특징으로 하는 복소환의 중수소화 방법을 개시한다. 본 발명의 방법에 의하면, 중수소화 반응온도를 용매의 비등점보다 높은 온도로 유지할 수가 있기 때문에, 복소환을 갖는 화합물의 복소환의 수소원자를 극히 효율좋게 중수소화하는 것이 가능하게 된다. 또, 본 발명의 중수소화 방법은, 초임계조건 또는 산성조건에서 분해하는 것과 같은 여러가지 복소환을 갖는 화합물 등의 중수소화에도 널리 이용할 수가 있으며, 복소환을 갖는 화합물을 공업적으로 또한, 효율적으로 중수소화할 수가 있다.

Description

복소환의 중수소화 방법{METHOD FOR DEUTERATION OR TRITIATION OF HETEROCYCLIC RING}
본 발명은, 활성화 된 촉매를 사용하여 실시되는 복소환의 중수소화 방법에 관한 것이다.
중수소화(듀테륨화 및 트리튬화)된 화합물은 여러가지의 목적에 유용한 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 듀테륨화 된 화합물은, 반응메커니즘 및 물질대사 등의 해명에 극히 유용하고, 표지화합물로서 널리 사용되고 있으며, 또한 상기 화합물은 그 동위체효과(同位體效果)에 의하여 화합물 자체의 안정성이나 성질이 변화하기 때문에, 의약품, 농약품, 유기EL재료 등으로서도 유용한 것으로 되어 있다. 또한, 트리튬화 된 화합물은, 의약품 등의 흡수, 분포, 혈중농도, 배설, 대사 등을 동물실험 등으로 조사하는 경우의 표지화합물로서 유용한 것으로 되어 있다. 이와 같은 이유로, 최근 이들 분야에 있어서도 중수소화(듀테륨화 및 트리튬화)된 화합물을 사용한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래, 이와 같은 중수소화된 화합물을 얻기 위하여 여러 가지 방법이 사용되고 있으나, 그 중에서도 복소환을 중수소화하는 기술은 아직 문제점이 많으며, 중수소화된 복소환을 갖는 화합물을 효율적, 공업적으로 얻는다는 것은 어려웠다.
종래의 기술로서는, 예를 들면, 중수, 중염산 및 메르캅토초산을 사용하여 복소환을 갖는 화합물을 중수소화하는 방법(Tetrahedron Letters 43 (2002) 2389-2392), 초임계(超臨界)중수 및 중수소화 음이온을 사용하여, 초임계조건하에서 복소환을 갖는 화합물을 중수소화하는 방법(Chemical Society Reviews, 1997, volume26 401-406), 미리 수소가스로 환원시킨 팔라듐촉매를 사용하여, 100℃에서 복소환을 갖는 화합물을 중수소화하는 방법(Chem. Commun., 2001, 367-368) 등을 들 수 있다.
그러나, 반응계에 산을 첨가하는 방법에 있어서는 산성조건하에서 분해되는 것과같은 복소환을 갖는 화합물의 중수소화는 불가능하며, 예를 들면, 산성조건하에서 분해되지 않는 화합물을 기질로서 사용한 경우에도, 반응액의 액성이 중성이 아니기 때문에, 상기 방법에 의하여 중수소화된 화합물을 단리하기 위해서는 번잡한 정제조작이 필요해진다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 초임계중수를 사용하는 방법에서는 초임계수의 반응성이 극히 높기 때문에, 반응기질이 되는 화합물이 분해되기 쉽고, 반응자체도 초임계조건이라는 지나치게 가혹한 조건하에서 실시할 필요가 있다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 사전에 수소가스에 의해 환원된 팔라듐 촉매 및 중수를 사용하고, 100℃에서 중수소화 반응을 실시하는 방법에 있어서는, 수소가스에 의해 환원한 팔라듐 촉매는 중수소화 반응에 사용하기 전에 반복하여 동결탈기(freeze-pump)해야 하는 번잡한 조작이 필요하였다.
상기한 바와 같은 실정때문에, 치환기의 유무나 종류에 관계없이 효율적이며 공업적으로 복소환을 갖는 화합물을 중수소화하는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 중수소화된 용매 중, 활성화된 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매 중에서 선택되는 촉매의 존재하에 복소환을 갖는 화합물을 밀봉환류(密封還流)의 조건하에 두는것을 특징으로 하는 복소환의 중수소화 방법의 발명이다.
본 발명에 있어서, 중수소라는 것은 듀테륨(D) 또는 트리튬(T)을 의미하며, 중수소화는 듀테륨화 및 트리튬화를 의미한다. 또, 본 명세서에 있어서는 복소환을 갖는 화합물이 갖는 수소원자 중에서 중수소원자로 치환된 비율을 중수소화율이라고 한다.
본 발명의 중수소화의 방법에 있어서 중수소화되는 복소환을 갖는 화합물로서는, 헤테로원자를 1개 이상, 바람직하게는 1~3개 포함하는 복소환을 가지며, 또한 상기 복소환상에 수소원자가 1개 이상 존재하고 있는 것을 들 수 있다.
복소환이 갖는 헤테로원자로서는 통상 질소원자, 산소원자, 유황원자 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 질소원자가 바람직하다.
상기한 바와 같은 복소환으로서는, 방향족성을 가지고 있어도 좋은 통상 3~20원, 바람직하게는 3~14원, 보다 바람직하게는 5~10원의 단환식복소환 또는 다환식복소환을 들 수 있으며, 단환식복소환의 경우에는 5~6원의 것이 더욱 바람직하며, 다환식복소환의 경우에는 9~10원, 특히 9원인 것이 바람직하고, 이들은 쇄상(사슬형상), 분지상 혹은 환상으로 환이 축합하여 이들이 평면구조을 가지고 있어도 좋으며 또는 입체구조를 가지고 있어도 좋다.
또, 상기 복소환은 통상 1~5개, 바람직하게는 1~2개, 보다 바람직하게는 1개의 치환기를 가지고 있어도 좋다.
단환식복소환으로서는 예를 들면, 옥시란환, 아지리딘환 등의 헤테로원자 1개를 갖는 3원복소환, 예를 들면, 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 2H-피롤환, 피롤린환, 2-피롤린환, 피롤리딘환 등의 헤테로 원자를 1개 갖는 5원복소환, 예를 들면, 1,3-디옥소란환, 옥사졸환, 이소옥사졸환, 1,3-옥사졸환, 티아졸환, 이소티아졸환, 1,3-티아졸환, 이미다졸환, 이미다졸린환, 2-이미다졸린환, 이미다졸리딘환, 피라졸환, 피라졸린환, 3-피라졸린환, 피라졸리딘환 등의 헤테로원자를 2개 갖는 5원복소환, 예를 들면, 푸라잔환, 트리아졸환, 티아디아졸환, 옥사디아졸환 등의 헤테로원자를 3개 갖는 5원복소환, 예를 들면, 피란환, 2H-피란환, 피리딘환, 피페리딘환 등의 헤테로원자를 1개 갖는 6원복소환, 예를 들면, 티오피란환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 피페라진환, 몰포린환 등의 헤테로원자를 2개 갖는 6원복소환, 1,2,4-트리아진환 등의 헤테로원자를 3개 갖는 6원복소환 등을 들 수 있다.
다환식복소환으로서는, 2~3개의 단환식복소환끼리 축합한 것, 또는 단환식복소환과, 예를 들면, 벤젠환, 나프탈렌환 등의 방향족환 1~2개가 축합하여 이루어지는 이환계복소환, 삼환계복소환 등을 들 수있다.
이환계복소환으로서는, 예를 들면, 벤조푸란환, 이소벤조푸란환, 1-벤조티오펜환, 2-벤조티오펜환, 인돌환, 3-인돌환, 이소인돌환, 인돌리진환, 인돌린환, 이소인돌린환, 2H-크로멘환, 크로만환, 이소크로만환, 1H-2-벤조피란환, 퀴놀린환, 이소퀴놀린환, 4H-퀴놀리진환 등의 헤테로원자를 1개 갖는 복소환, 예를 들면, 벤조이미다졸환, 벤조티아졸환, 1H-인다졸환, 1,8-나프티리딘환, 퀴녹살린환, 퀴나졸린환, 퀴나졸리딘환, 신놀린환, 프타라진환 등의 헤테로원자를 2개 갖는 복소환, 예를 들면, 푸린환, 프테리딘환 등의 헤테로원자를 4개 갖는 복소환 등을 들 수 있다.
삼환계복소환으로서는, 예를 들면, 카르바졸환, 4aH-카르바졸환, 크산텐환, 페난트리딘환, 아크리딘환 등의 헤테로원자를 1개 갖는 복소환, 예를 들면, β-카르볼린환, 페리미딘환, 1,7-페난트롤린환, 1,10-페난트롤린환, 티안트렌환, 페녹사티인환, 페녹사진환, 페노티아진환, 페나진환 등의 헤테로원자를 2개 갖는 복소환 등을 들 수 있다.
상기한 바와 같은 복소환이 가지고 있어도 좋은 치환기로서는, 예를 들면, 할로겐원자, 하이드록실기, 메르캅토기, 옥소기, 티옥소기, 카르복실기, 술포기, 술피노기, 술페노기, 포스피노기, 포스피노일기, 포르밀기, 아미노기, 시아노기, 니트로기 등, 예를 들면, 또한 치환기를 가지고 있어도 좋은 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬술포닐기, 아릴술포닐기, 알킬술피닐기, 아릴술피닐기, 알킬포스피노기, 아릴포스피노기, 알킬포스피노일기, 아릴포스피노일기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 알콕시술포닐기, 아릴옥시술포닐기, 아실기, 아실옥시기 등을 들 수 있다.
상기 알킬기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환(環)상이라도 좋으며, 통상 탄소 수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6인 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, n-헥실기, 이소헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 1,2-디메틸부틸기, n-헵틸기, 이소헵틸기, sec-헵틸기, n-옥틸기, 이소옥틸기, sec-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-운데실기, n-도데실기, n-트리데실기, n-테트라데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기, n-이코실기, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로노닐기, 시클로데실기, 시클로도데실기, 시클로운데실기, 시클로트리데실기, 시클로테트라데실기, 시클로펜타데실기, 시클로헥사데실기, 시클로헵타데실기, 시클로옥타데실기, 시클로노나데실기, 시클로이코실기 등을 들 수 있다.
알케닐기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 상기 알킬기 중에서 탄소수가 2 이상인 것의 사슬중에 탄소-탄소 이중결합이 1개 이상 포함되어 있는, 통상 탄소수 2~20, 바람직하게는 2~10, 보다 바람직하게는 2~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 비닐기, 알릴기, 1-프로페닐기, 이소프로페닐기, 3-부테닐기, 2-부테닐기, 1-부테닐기, 1,3-부타디에닐기, 4-펜테닐기, 3-펜테닐기, 2-펜테닐기, 1-펜테닐기, 1,3-펜타디에닐기, 2,4-펜타디에닐기, 1,1-디메틸-2-프로페닐기, 1-에틸-2-프로페닐기, 1,2-디메틸-1-프로페닐기, 1-메틸-1-부테닐기, 5-헥세닐기, 4-헥세닐기, 2-헥세닐기, 1-헥세닐기, 1-메틸-1-헥세닐기, 2-메틸-2-헥세닐기, 3-메틸-1,3-헥사디에닐기, 1-헵테닐기, 2-옥테닐기, 3-노네닐기, 4-데세닐기, 1-도데세닐기, 1-테트라데세닐기, 1-헥사데세닐기, 1-옥타데세닐기, 1-이코세닐기, 1-시클로프로페닐기, 2-시클로펜테닐기, 2,4-시클로펜타디에닐기, 1-시클로헥세닐기, 2-시클로헥세닐기, 3-시클로헥세닐기, 2-시클로헵테닐기, 2-시클로노네닐기, 3-시클로데세닐기, 2-시클로트리데세닐기, 1-시클로헥사데세닐기, 1-시클로옥타데세닐기, 2-시클로이코세닐기 등을 들 수 있다.
아릴기로서는 통상 탄소수 6~14, 바람직하게는 6~10의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 등을 들 수 있다.
아랄킬기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 상기 알킬기에 상기 아릴기가 치환한 통상 탄소수 7~34, 바람직하게는 7~20, 보다 바람직하게는 7~15의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 벤질기, 페닐에틸기, 페닐프로필기, 페닐부틸기, 페닐펜틸기, 페닐헥실기, 페닐헵틸기, 페닐옥틸기, 페닐노닐기, 페닐데실기, 페닐도데실기, 페닐운데실기, 페닐트리데실기, 페닐테트라데실기, 페닐펜타데실기, 페닐헥사데실기, 페닐헵타데실기, 페닐옥타데실기, 페닐노나데실기, 페닐이코실기, 나프틸에틸기, 나프틸프로필기, 나프틸부틸기, 나프틸펜틸기, 나프틸헥실기, 나프틸헵틸기, 나프틸옥틸기, 나프틸노닐기, 나프틸데실기, 나프틸도데실기, 나프틸운데실기, 나프틸트리데실기, 나프틸테트라데실기, 나프틸펜타데실기, 나프틸헥사데실기, 나프틸헵타데실기, 나프틸옥타데실기, 나프틸노나데실기, 나프틸이코실기, 안트릴에틸기, 안트릴프로필기, 안트릴부틸기, 안트릴펜틸기, 안트릴헥실기, 안트릴헵틸기, 안트릴옥틸기, 안트릴노닐기, 안트릴데실기, 안트릴도데실기, 안트릴운데실기, 안트릴트리데실기, 안트릴테트라데실기, 안트릴펜타데실기, 안트릴헥사데실기, 안트릴헵타데실기, 안트릴옥타데실기, 안트릴노나데실기, 안트릴이코실기, 페난트릴에틸기, 페난트릴프로필기, 페난트릴부틸기, 페난트릴펜틸기, 페난트릴헥실기, 페난트릴헵틸기, 페난트릴옥틸기, 페난트릴노닐기, 페난트릴데실기, 페난트릴도데실기, 페난트릴운데실기, 페난트릴트리데실기, 페난트릴테트라데실기, 페난트릴펜타데실기, 페난트릴헥사데실기, 페난트릴헵타데실기, 페난트릴옥타데실기, 페난트릴노나데실기, 페난트릴이코실기 등을 들 수 있다.
알콕시기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환상이라도 좋으며, 통상 탄소수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로필옥시기, 이소프로필옥시기, 부톡시기, 이소부틸옥시기, sec-부틸옥시기, tert-부틸옥시기, 펜틸옥시기, 네오펜틸옥시기, 헥실옥시기, 이소헥실옥시기, tert-헥실옥시기, 헵틸옥시기, 옥틸옥시기, 노닐옥시기, 데실옥시기, 운데실옥시기, 테트라데실옥시기, 헥사데실옥시기, 헵타데실옥시기, 노나데실옥시기, 이코실옥시기, 시클로헥실옥시기, 시클로옥틸옥시기, 시클로데실옥시기, 시클로노나데실옥시기 등을 들 수 있다.
아릴옥시기로서는, 통상 탄소수 6~14, 바람직하게는 6~10의 것을 들 수 있으며 구체적으로는, 예를 들면, 페녹시기, 나프틸옥시기, 안트릴옥시기 등을 들 수 있다.
알킬티오기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 상기 알콕시기의 산소원자가 유황원자로 치환된 통상 탄소수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6의 것을 들 수 있으며 구체적으로는, 예를 들면, 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기, 이소프로필티오기, 부틸티오기, 이소부틸티오기, tert-부틸티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 노닐티오기, 데실티오기, 트리데실티오기, 테트라데실티오기, 헥사데실티오기, 옥타데실티오기, 이코실티오기, 시클로헥실티오기, 시클로데실티오기, 시클로헵타데실티오기 등을 들 수 있다.
아릴티오기로서는, 상기 알킬티오기의 알킬기 부분이 상기 아릴기로 치환된 것을 들 수 있으며 구체적으로 예를 들면, 페닐티오기, 나프틸티오기, 안트릴티오기 등을 들 수 있다.
알킬술포닐기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환상이라도 좋으며, 통상 탄소수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6의 것을 들 수 있고, 구체적으로 예를 들면, 메틸술포닐기, 에틸술포닐기, n-프로필술포닐기, 이소프로필술포닐기, n-부틸술포닐기, 이소부틸술포닐기, tert-부틸술포닐기, 펜틸술포닐기, 네오펜틸술포닐기, 헥실술포닐기, 이소헥실술포닐기, tert-헥실술포닐기, 헵틸술포닐기, 옥틸술포닐기, 노닐술포닐기, 데실술포닐기, 운데실술포닐기, 테트라데실술포닐기, 헥사데실술포닐기, 헵타데실술포닐기, 노나데실술포닐기, 이코실술포닐기, 시클로헥실술포닐기, 시클로옥틸술포닐기, 시클로데실술포닐기, 시클로노나데실술포닐기 등을 들 수 있다.
아릴술포닐기로서는 통상 탄소수 6~14, 바람직하게는 6~10의 것을 들 수 있으며, 페닐술포닐기, 나프틸술포닐기, 안트릴술포닐기 등을 들 수 있다.
알킬술피닐기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환상이라도 좋으며, 통상 탄소수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메틸술피닐기, 에틸술피닐기, n-프로필술피닐기, 이소프로필술피닐기, n-부틸술피닐기, 이소부틸술피닐기, tert-부틸술피닐기, 펜틸술피닐기, 네오펜틸술피닐기, 헥실술피닐기, 이소헥실술피닐기, tert-헥실술피닐기, 헵틸술피닐기, 옥틸술피닐기, 노닐술피닐기, 데실술피닐기, 운데실술피닐기, 테트라데실술피닐기, 헥사데실술피닐기, 헵타데실술피닐기, 노나데실술피닐기, 이코실술피닐기, 시클로헥실술피닐기, 시클로옥틸술피닐기, 시클로데실술피닐기, 시클로노나데실술피닐기 등을 들 수 있다.
아릴술피닐기로서는, 상기 알킬술피닐기의 알킬기 부분이 상기 아릴기로 치환된 것을 들 수 있으며 구체적으로는 예를 들면, 페닐술피닐기, 나프틸술피닐기, 안트릴술피닐기 등을 들 수 있다.
알킬포스피노기로서는, 포스피노기 수소원자의 1개 또는 2개가 독립하여 상기한 바와 같은 알킬기로 치환된 것을 들 수 있으며 구체적으로 예를 들면, 메틸포스피노기, 에틸포스피노기, n-프로필포스피노기, 이소프로필포스피노기, n-부틸포스피노기, 이소부틸포스피노기, tert-부틸포스피노기, 펜틸포스피노기, 헥실포스피노기, 헵틸포스피노기, 옥틸포스피노기, 노닐포스피노기, 데실포스피노기, 도데실포스피노기, 데트라데실포스피노기, 펜타데실포스피노기, 헥사데실포스피노기, 헵타데실포스피노기, 노나데실포스피노기, 이코실포스피노기, 시클로펜틸포스피노기, 시클로헥실포스피노기, 시클로헵틸포스피노기, 디메틸포스피노기, 에틸메틸포스피노기, 디에틸포스피노기, 메틸프로필포스피노기, 디프로필포스피노기, 에틸헥실포스피노기, 디부틸포스피노기, 헵틸메틸포스피노기, 메틸옥틸포스피노기, 데실메틸포스피노기, 도데실에틸포스피노기, 메틸펜타데실포스피노기, 에틸옥타데실포스피노기, 시클로펜틸메틸포스피노기, 시클로헥실메틸포스피노기, 시클로헥실에틸포스피노기, 시클로헥실프로필포스피노기, 시클로헥실부틸포스피노기, 디시클로헥실포스피노기 등을 들 수 있다.
아릴포스피노기로서는, 포스피노기 수소원자의 1개 또는 2개가 상기한 바와 같은 아릴기로 치환된 것을 들 수 있으며 구체적으로 예를 들면, 페닐포스피노기, 디페닐포스피노기, 나프틸포스피노기, 안트릴포스피노기 등을 들 수 있다.
알킬포스피노일기로서는, 포스피노일기 수소원자의 1개 또는 2개가 독립하여 상기한 바와 같은 알킬기로 치환된 것을 들 수 있으며 구체적으로는, 예를 들면, 메틸포스피노일기, 에틸포스피노일기, n-프로필포스피노일기, 이소프로필포스피노일기, n-부틸포스피노일기, 이소부틸포스피노일기, tert-부틸포스피노일기, 펜틸포스피노일기, 헥실포스피노일기, 헵틸포스피노일기, 옥틸포스피노일기, 노닐포스피노일기, 데실포스피노일기, 도데실포스피노일기, 테트라데실포스피노일기, 펜타데실포스피노일기, 헥사데실포스피노일기, 헵타데실포스피노일기, 노나데실포스피노일기, 이코실포스피노일기, 시클로펜틸포스피노일기, 시클로헥실포스피노일기, 시클로헵틸포스피노일기, 디메틸포스피노일기, 에틸메틸포스피노일기, 디에틸포스피노일기, 메틸프로필포스피노일기, 디프로필포스피노일기, 에틸헥실포스피노일기, 디부틸포스피노일기, 헵틸메틸포스피노일기, 메틸옥틸포스피노일기, 데실메틸포스피노일기, 도데실에틸포스피노일기, 메틸펜타데실포스피노일기, 에틸옥타데실포스피노일기, 시클로펜틸메틸포스피노일기, 시클로헥실메틸포스피노일기, 시클로헥실에틸포스피노일기, 시클로헥실프로필포스피노일기, 시클로헥실부틸포스피노일기, 디시클로헥실포스피노일기 등을 들 수 있다.
아릴포스피노일기로서는, 포스피노일기 수소원자의 1개 또는 2개가 상기한 바와 같은 아릴기로 치환된 것을 들 수 있으며 구체적으로 예를 들면, 페닐포스피노일기, 디페닐포스피노일기, 나프틸포스피노일기, 안트릴포스피노일기 등을 들 수 있다.
알킬아미노기로서는 아미노기 수소원자의 1개 또는 2개가 각각 독립하여 상기한 바와 같은 알킬기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메틸아미노기, 에틸아미노기, n-프로필아미노기, 이소프로필아미노기, n-부틸아미노기, 이소부틸아미노기, tert-부틸아미노기, 펜틸아미노기, 헥실아미노기, 헵틸아미노기, 옥틸아미노기, 노닐아미노기, 데실아미노기, 도데실아미노기, 테트라데실아미노기, 펜타데실아미노기, 헥사데실아미노기, 헵타데실아미노기, 노나데실아미노기, 이코실아미노기, 시클로펜틸아미노기, 시클로헥실아미노기, 시클로헵틸아미노기, 디메틸아미노기, 에틸메틸아미노기, 디에틸아미노기, 메틸프로필아미노기, 디프로필아미노기, 에틸헥실아미노기, 디부틸아미노기, 헵틸메틸아미노기, 메틸옥틸아미노기, 데실메틸아미노기, 도데실에틸아미노기, 메틸펜타데실아미노기, 에틸옥타데실아미노기, 시클로펜틸메틸아미노기, 시클로헥실메틸아미노기, 시클로헥실에틸아미노기, 시클로헥실프로필아미노기, 시클로헥실부틸아미노기, 디시클로헥실아미노기 등을 들 수 있다.
아릴아미노기로서는, 아미노기 수소원자의 1개 또는 2개가 상기한 바와 같이 아릴기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 페닐아미노기, 디페닐아미노기, 나프틸아미노기, 안트릴아미노기 등을 들 수 있다.
알콕시카르보닐기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환상이라도 좋으며, 상기 알콕시기의 산소원자에 카르보닐기가 더 결합된, 통상 탄소수 2~21, 바람직하게는 2~15, 보다 바람직하게는 2~10, 더욱 바람직하게는 2~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, n-프로필옥시카르보닐기, n-부톡시카르보닐기, tert-부톡시카르보닐기, 펜틸옥시카르보닐기, sec-펜틸옥시카르보닐기, 네오펜틸옥시카르보닐기, 헥실옥시카르보닐기, 시클로헥실옥시카르보닐기, 헵틸옥시카르보닐기, 시클로헵틸옥시카르보닐기, 옥틸옥시카르보닐기, 노닐옥시카르보닐기, 데실옥시카르보닐기, 시클로데실옥시카르보닐기, 운데실옥시카르보닐기, 테트라데실옥시카르보닐기, 헵타데실옥시카르보닐기, 시클로헵타데실옥시카르보닐기, 노나데실옥시카르보닐기, 이코실옥시카르보닐기, 시클로펜틸옥시카르보닐기, 시클로헥실옥시카르보닐기, 시클로옥틸옥시카르보닐기, 시클로헵타데실옥시카르보닐기 등을 들 수 있다.
아릴옥시카르보닐기로서는, 통상 탄소수 7~15, 바람직하게는 7~11의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 페닐옥시카르보닐기, 나프틸옥시카르보닐기, 안트릴옥시카르보닐기 등을 들 수 있다.
알콕시술포닐기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환상이라도 좋으며, 상기 알콕시기의 산소원자에 술포닐기가 더 결합된, 통상 탄소수 2~21, 바람직하게는 2~15, 보다 바람직하게는 2~10, 더욱 바람직하게는 2~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메톡시술포닐기, 에톡시술포닐기, n-프로필옥시술포닐기, n-부톡시술포닐기, tert-부톡시술포닐기, 펜틸옥시술포닐기, sec-펜틸옥시술포닐기, 네오펜틸옥시술포닐기, 헥실옥시술포닐기, 시클로헥실옥시술포닐기, 헵틸옥시술포닐기, 시클로헵틸옥시술포닐기, 옥틸옥시술포닐기, 노닐옥시술포닐기, 데실옥시술포닐기, 시클로데실옥시술포닐기, 운데실옥시술포닐기, 테트라데실옥시술포닐기, 헵타데실옥시술포닐기, 시클로헵타데실옥시술포닐기, 노나데실옥시술포닐기, 이코실옥시술포닐기, 시클로펜틸옥시술포닐기, 시클로헥실옥시술포닐기, 시클로옥틸옥시술포닐기, 시클로헵타데실옥시술포닐기 등을 들 수 있다.
아릴옥시술포닐기로서는, 통상 탄소수 7~15, 바람직하게는 7~11의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 페닐옥시술포닐기, 나프틸옥시술포닐기, 안트릴옥시술포닐기 등을 들 수 있다.
아실기로서는 카르본산 유래, 또는 술폰산 유래의 것을 들 수 있으며, 카르본산 유래의 아실기로서는 지방족 카르본산 유래 및 방향족 카르본산 유래의 것을 들 수 있으며, 술폰산 유래의 아실기로서는 지방족 술폰산 유래 및 방향족 카르본산 유래의 것을 들 수 있다.
지방족 카르본산 유래의 아실기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 또한 사슬중에 2중결합을 가지고 있어도 좋으며, 통상 탄소수 2~20, 바람직하게는 탄소수 2~15, 보다 바람직하게는 2~10, 더욱 바람직하게는 2~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 아세틸기, 프로피오닐기, 부티릴기, 이소부티릴기, 발레릴기, 이소발레릴기, 피발로일기, 헥사노일기, 헵타노일기, 옥타노일기, 데카노일기, 라우로일기, 미리스토일기, 팔미토일기, 스테아로일기, 이코사노일기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 크로토노일기, 올레오일기 등을 들 수 있으며, 방향족 카르본산 유래의 아실기로서는, 통상 탄소수 7~15, 바람직하게는 7~11의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 벤조일기, 나프토일기, 안트로일기 등을 들 수 있다.
또, 지방족 술폰산 유래의 아실기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 통상 탄소수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메틸술포닐기, 에틸술포닐기, n-프로필술포닐기, 이소프로필술포닐기, n-부틸술포닐기, 이소부틸술포닐기, tert-부틸술포닐기, n-펜틸술포닐기, n-헥실술포닐기, 헵틸술포닐기, 옥틸술포닐기, 데실술포닐기, 트리데실술포닐기, 헥사데실술포닐기, 이코실술포닐기, 시클로헥실술포닐기, 시클로데실술포닐기 등을 들 수 있으며, 방향족 술폰산 유래의 아실기로서는, 통상 탄소수 6~14, 바람직하게는 6~10의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 페닐술포닐기, 나프틸술포닐기, 안트릴술포닐기 등을 들 수 있다.
아실옥시기로서는, 상기한 바와 같은 카르본산 유래의 아실기에 -0-가 결합된 카르본산 유래의 아실옥시기 및 상기한 바와 같은 술폰산 유래의 아실기에 -0-가 결합된 술폰산 유래의 아실옥시기를 들 수 있다. 카르본산 유래의 아실옥시기로서는 지방족 카르본산 유래 및 방향족 카르본산 유래의 아실옥시기를 들 수 있으며, 술폰산 유래의 아실옥시기로서는, 지방족 술폰산 유래 및 방향족 술폰산 유래의 아실옥시기를 들 수 있다.
지방족 카르본산 유래의 아실옥시기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 또한, 사슬 중에 2중결합을 가지고 있어도 좋으며 통상 탄소수 2~20, 바람직하게는 2~15, 보다 바람직하게는 2~10, 더욱 바람직하게는 2~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 아세틸옥시기, 프로피오닐옥시기, 부티릴옥시기, 이소부티릴옥시기, 발레릴옥시기, 이소발레릴옥시기, 피발로일옥시기, 헥사노일옥시기, 헵타노일옥시기, 옥타노일옥시기, 데카노일옥시기, 라우로일옥시기, 미리스토일옥시기, 팔미토일옥시기, 스테아로일옥시기, 이코사노일옥시기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기, 크로토노일옥시기, 올레오일옥시기, 시클로헥사노일옥시기, 시클로데카노일옥시기 등을 들 수 있으며, 방향족 카르본산 유래의 아실옥시기로서는, 통상 탄소수 7~15, 바람직하게는 7~11의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 벤조일옥시기, 나프토일옥시기, 안트로일옥시기 등을 들 수 있다.
또, 지방족 술폰산 유래의 아실옥시기로서는 직쇄상, 분지상 또는 환상이라도 좋으며, 통상 탄소수 1~20, 바람직하게는 1~15, 보다 바람직하게는 1~10, 더욱 바람직하게는 1~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메틸술포닐옥시기, 에틸술포닐옥시기, n-프로필술포닐옥시기, 이소프로필술포닐옥시기, n-부틸술포닐옥시기, 이소부틸술포닐옥시기, tert-부틸술포닐옥시기, n-펜틸술포닐옥시기, n-헥실술포닐옥시기, 헵틸술포닐옥시기, 옥틸술포닐옥시기, 데실술포닐옥시기, 트리데실술포닐옥시기, 헥사데실술포닐옥시기, 이코실술포닐옥시기, 시클로펜틸술포닐옥시기, 시클로헥실술포닐옥시기 등을 들 수 있으며, 방향족 술폰산 유래의 아실옥시기로서는, 통상 탄소수 6~14, 바람직하게는 6~10의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 페닐술포닐옥시기, 나프틸술포닐옥시기, 안트릴술포닐옥시기 등을 들 수 있다.
할로겐원자로서는 예를 들면, 염소원자, 브롬원자, 불소원자, 요오드원자 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 염소가 바람직하다.
또, 카르복실기, 술포기, 술피노기, 술페노기, 포스피노기 및 포스피노일기로서는, 이들 기가 갖는 수소원자가, 예를 들면, 나트륨, 칼륨, 리튬 등의 알칼리 금속원자로 치환된 것도 포함한다.
상기한 바와 같이 복소환이 갖는 치환기 중에서도, 예를 들면, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 시아노기 등의 산성조건에서 분해되기 쉬운 치환기를 갖는 화합물을 본 발명의 방법에 의하여 중수소화 한다면, 이들 치환기가 분해되는 일은 없다.
치환기를 가지고 있어도 좋은 복소환의 치환기인 상기 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 아랄킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알킬술포닐기, 아릴술포닐기, 알킬술피닐기, 아릴술피닐기, 알킬포스피노기, 아릴포스피노기, 알킬포스피노일기, 아릴포스피노일기, 일킬아미노기, 아릴아미노기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 알콕시술포닐기, 아릴옥시술포닐기, 아실기 및 아실옥시기가 가지고 있어도 좋은 치환기로서는, 예를 들면, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 수산기, 알콕시기, 아미노기, 알킬아미노기, 메르캅토기, 알킬티오기, 포르밀기, 아실기, 카르복실기, 알콕시카르보닐기, 카르바모일기, 알킬카르바모일기 등을 들 수 있으며, 이들은 방향환의 치환기에 통상 1~6개, 바람직하게는 1~4개, 보다 바람직하게는 1~2개 존재하고 있어도 좋다.
복소환이 가지고 있어도 좋은 치환기의 치환기인 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 알콕시기, 알킬아미노기, 알킬티오기, 아실기, 카르복실기 및 알콕시카르보닐기는 상기 복소환이 갖는 치환기와 동일한 것을 들 수 있다.
복소환이 갖는 치환기의 치환기인 알키닐기로서는 직쇄상, 분지상, 또는 환상이라도 좋으며, 상기 알킬기 중에서 탄소수가 2 이상인 것의 사슬 중에 탄소-탄소 3중결합이 1개이상 포함되어있는, 통상 탄소수 2~20, 바람직하게는 2~10, 보다 바람직하게는 2~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 에테닐기, 2-프로피닐기, 2-펜티닐기, 2-노닐-3-부티닐기, 시클로헥실-3-이닐, 4-옥티닐기, 1-메틸데실-5-이닐기 등을 들 수 있다.
복소환이 갖는 치환기의 치환기인 알킬카르바모일기로서는, 카르바모일기 수소원자의 1개 또는 2개가 독립하여 상기한 바와 같은 알킬기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 메틸카르바모일기, 에틸카르바모일기, n-프로필카르바모일기, 이소프로필카르바모일기, n-부틸카르바모일기, 이소부틸카르바모일기, tert-부틸카르바모일기, 펜틸카르바모일기, 헥실카르바모일기, 헵틸카르바모일기, 옥틸카르바모일기, 노닐카르바모일기, 데실카르바모일기, 도데실카르바모일기, 테트라데실카르바모일기, 펜타데실카르바모일기, 헥사데실카르바모일기, 헵타데실카르바모일기, 노나데실카르바모일기, 이코실카르바모일기, 시클로펜틸카르바모일기, 시클로헥실카르바모일기, 시클로헵틸카르바모일기, 디메틸카르바모일기, 에틸메틸카르바모일기, 디에틸카르바모일기, 메틸프로필카르바모일기, 디프로필카르바모일기, 에틸헥실카르바모일기, 디부틸카르바모일기, 헵틸메틸카르바모일기, 메틸옥틸카르바모일기, 데실메틸카르바모일기, 도데실에틸카르바모일기, 메틸펜타데실카르바모일기, 에틸옥타데실카르바모일기, 시클로펜틸메틸카르바모일기, 시클로헥실메틸카르바모일기, 시클로헥실에틸기, 시클로헥실프로필기, 시클로헥실부틸카르바모일기, 디시클로헥실카르바모일기 등을 들 수 있다.
본 발명의 중수소화 방법에 있어서의 복소환을 갖는 화합물로서는, 상기한 바와 같은 치환기를 가지고 있어도 좋은 복소환 그 자체, 또는 이 복소환에 예를 들면, 당사슬(sugar chain)을 비롯한 여러 가지의 화합물 또는 폴리머 등이 결합하여 이루어지는 것도 포함되며, 후자의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 아데노신, 디옥시아데노신, 구아노신, 티미딘, 우리딘, 이노신, 디옥시구아노신, 디옥시티미딘, 디옥시우리딘 등의 뉴클레오시드, 예를 들면, 트립토판 등의 아미노산 등을 들 수 있다.
본 발명의 중수소화 방법에 있어서, 복소환을 중수소화하는 중수소원으로서 사용되는 중수소화된 용매로서는, 중수소가 듀테륨인 경우에는, 예를 들면, 중수(D 2 O), 예를 들면, 중메탄올, 중에탄올, 중이소프로판올, 중부탄올, 중tert-부탄올, 중펜탄올, 중헥산올, 중헵탄올, 중옥탄올, 중노난올, 중데칸올, 중운데칸올, 중도데칸올 등의 중알코올류, 예를 들면, 중포름산, 중초산, 중프로피온산, 중부티르산, 중이소부티르산, 중발레르산, 중이소발레르산, 중피발산 등의 중카르본산류, 예를 들면, 중아세톤, 중메틸에틸케톤, 중메틸이소부틸케톤, 중디에틸케톤, 중디프로필케톤, 중디이소프로필케톤, 중디부틸케톤 등의 중케톤류, 중디메틸술폭시드 등의 유기용매 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 중수, 중알코올류가 바람직하며, 중수, 중메탄올을 보다 바람직한 것으로서 들 수 있으며, 또한, 환경이나 작업성을 고려한다면 중수를 특히 바람직한 것으로서 들 수 있으며, 중수소가 트리튬인 경우에는, 예를 들면, 중수(T 2 O) 등을 들 수 있다.
중수소화된 용매는, 분자중 1개 이상의 수소원자가 중수소화 되어있는 것이라면 좋으며, 예를 들면, 중알코올류에서는 하이드록실기의 수소원자, 중카르본산류에서는 카르복실기의 수소원자가 중수소화되어 있다면, 본 발명의 중수소화 방법에 사용할 수 있으나, 분자중의 수소원자 전체가 중수소화되어 있는 것이 특히 바람직하다.
중수소화된 용매의 사용량은 많을수록 본 발명의 중수소화의 진행이 용이해지나, 경제적인 면을 고려하면 반응기질인 복소환을 갖는 화합물의 중수소화가 가능한 수소원자에 대하여, 이 용매중의 중수소원자가, 하한으로서 통상 등(等) 몰 이상, 순서에 따라 바람직하게는 10배 몰, 20배 몰, 30배 몰, 40배 몰이며, 상한으로서 통상 250배 몰, 바람직하게는 150배 몰 정도 포함되는 양이다.
또한, 본 발명의 중수소화 방법의 기질인 복소환을 갖는 화합물이 고체여서 중수소화된 용매에 용해되기 어려운 경우에는, 필요에 따라 반응용매를 중수소화된 용매와 함께 사용하여도 좋다.
필요에 따라서 사용되는 반응용매의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디이소프로필에테르, 에틸메틸에테르, tert-부틸메틸에테르, 1,2-디메톡시에탄, 옥시란, 1,4-디옥산, 디하이드로피란, 테트라하이드로푸란 등의 에테르류, 예를 들면, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 시클로헥산 등의 지방족탄화수소류 등의 중수소가스에 의해 중수소화되지 않는 유기용매, 예를 들면, 물, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, tert-부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올 등의 알코올류, 예를 들면, 포름산, 초산, 프로피온산, 부티르산, 이소부티르산, 발레르산, 이소발레르산, 피발산 등의 카르본산류, 예를 들면, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디에틸케톤, 디프로필케톤, 디이소프로필케톤, 디부틸케톤 등의 케톤류, 예를 들면, 디메틸술폭시드 등의 중수소가스에 의해 중수소화되어도 본 발명의 중수소원으로서 사용할 수 있는 유기용매 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 활성화되어 있는 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매로부터 선택되는 촉매(이하, 활성화되어 있는 촉매라고 약기할 수 있다.)라는 것은, 이른바, 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 또는 코발트 촉매(「활성화되어 있지 않은 촉매」또는, 단순히「촉매」라 약기할 수 있다.)가 수소가스 또는 중수소가스와의 접촉에 의하여 활성화된 것을 말한다.
본 발명의 중수소화 방법에 있어서는 미리 활성화시켜 놓은 촉매를 사용하여 중수소화를 실행하여도 좋으며, 또, 활성화되어 있지 않은 촉매를 중수소화 반응계에서 수소가스 또는 중수소가스와 공존시켜, 촉매의 활성화와 반응기질의 중수소화를 동시에 실시하여도 좋다.
미리 수소가스 또는 중수소가스에 의하여 활성화된 촉매를 사용하여 중수소화를 실시하는 경우, 중수소화 반응용기의 기층부분은 예를 들면, 질소아르곤 등의 불활성가스에 의하여 치환되어 있어도 좋다. 또한, 중수소화 반응의 기질이 수소가스 등으로 환원되기 어려운 것이라면, 반응용기의 기층부분은 상기의 불활성가스 외에 수소가스 또는 중수소가스 등으로 치환되어 있어도 좋다.
촉매의 활성화와 반응기질의 중수소화를 동시에 실시하는 경우에는, 반응용기의 기층부분을 수소가스 또는 중수소가스로 치환하거나, 또는 반응액에 직접 수소가스 혹은 중수소가스를 통과시킨 후에 반응을 실시하면 좋다. 즉, 활성화되어 있지 않은 촉매는 중수소화의 반응계 내에 존재시킨 수소가스 또는 중수소가스에 의하여 활성화 된다.
또한, 본 발명의 중수소화 방법에 있어서는, 반응용기를 밀봉상태 또는 그것에 가까운 상태(이하,「밀봉상태」라고 약기할 수 있다.)가 되도록 하여, 반응계가 결과적으로 가압상태가 되어 있는 것이 바람직하다. 밀봉에 가까운 상태라는 것은, 예를 들면, 소위 연속반응과 같이, 반응기질이 연속적으로 반응용기에 투입되어, 연속적으로 생성물이 만들어져 나오는 것과 같은 경우를 포함한다.
상기와 같이, 본 발명의 중수소화 방법에 있어서는, 반응용기가 밀봉상태로 되어있기 때문에, 반응계의 온도를 용이하게 상승시킬 수 있으며, 중수소화를 효율좋게 실시하는 것이 가능해 진다.
또, 촉매의 활성화와 반응기질의 중수소화를 동시에 실시하는 경우에는, 미리 촉매를 활성화시킨다는 번잡한 공정을 필요로 하지 않으며, 또한, Chem.Commun., 2001, 367-368에 기재되어 있는것과 같은 동결탈기(freeze-pump)를 반복한다는 번잡한 조작도 필요로 하지 않는다.
또한, 미리 수소가스 또는 중수소가스로 활성화시킨 촉매를 밀봉상태로 중수소화에 사용하면, 중수소화의 반응계에 수소가스 또는 중수소가스가 존재하지 않기 때문에, 일반적으로 수소가스 등으로 환원되기 쉬운 기질이라도, 전혀 환원되지 않고 기질의 중수소화만이 진행된다.
본 발명에 있어서의 활성화된 촉매로서는, 상기한 바와 같은 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매를 들 수 있으며, 그 중에서도 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매가 바람직하고, 또한 팔라듐촉매 및 백금촉매가 더욱 바람직하며, 특히 팔라듐촉매가 바람직하다. 이들 촉매는 단독으로, 또는 적당히 조합시켜 사용하여도 본 발명의 중수소화 방법에 유효하게 사용 할 수 있다.
팔라듐촉매로서는 팔라듐원자의 원자가가 통상 0~4가(價), 바람직하게는 0~2가, 보다 바람직하게는 0가의 것을 들 수 있다.
백금촉매로서는 백금원자의 원자가가 통상 0~4가, 바람직하게는 0~2가, 보다 바람직하게는 0가의 것을 들 수 있다.
로듐촉매로서는 로듐원자의 원자가가 통상 0 또는 1가, 바람직하게는 0가의 것을 들 수 있다.
루테늄촉매로서는 루테늄원자의 원자가가 통상 0~2가, 바람직하게는 0가의 것을 들 수 있다.
니켈촉매로서는 니켈원자의 원자가가 통상 0~2가, 바람직하게는 0가의 것을 들 수 있다.
코발트촉매로서는 코발트원자의 원자가가 통상 0 또는 1가, 바람직하게는 1가의 것을 들 수 있다.
상기한 바와 같은 촉매는, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 니켈, 또는 코발트의 금속 그 자체라도, 이들 금속의 산화물, 할로겐화물, 초산염이라도, 혹은 배위자가 배위하고 있는 것이라도 좋으며, 또한, 이들 금속, 금속산화물, 할로겐화물, 초산염 또는 금속착체(錯體)가 여러 가지의 담체에 담지되어 이루어지는 것이라도 좋다. 이하, 담체에 담지되어있는 촉매를「담체담지금속촉매」,담체에 담지되어 있지 않은 촉매를「금속촉매」라고 약기할 수 있다.
본 발명의 중수소화 방법에 있어서의 촉매 중, 배위자가 배위하고 있어도 좋은 금속촉매의 배위자로서는, 1,5-시클로옥타디엔(COD), 디벤질리덴아세톤(DBA), 비피리딘(BPY), 페난트롤린(PHE), 벤조니트릴(PhCN), 이소시아니드(RNC), 트리에틸아르신(As(Et)3), 아세틸아세토네이트(acac), 예를 들면, 디메틸페닐포스핀(P(CH3)2PH), 디페닐포스피노페로센(DPPF), 트리메틸포스핀(P(CH3)3), 트리에틸포스핀(PEt3), 트리tert-부틸포스핀(PtBu3), 트리시클로헥실포스핀(PCy3), 트리메톡시포스핀(P(OCH3)3), 트리에톡시포스핀(P(OEt)3), 트리tert-부톡시포스핀(P(OtBu)3), 트리페닐포스핀(PPh3), 1,2-비스(디페닐포스피노)에탄(DPPE), 트리페녹시포스핀(P(OPh)3), o-톨릴포스핀(P(o-tolyl)3) 등의 유기포스핀 배위자 등을 들 수 있다.
팔라듐 금속촉매의 구체적인 예로서는, 예를 들면, Pd, 예를 들면 Pd(OH)2 등의 수산화팔라듐 촉매, 예를 들면, PdO 등의 산화팔라듐 촉매, 예를 들면, PdBr2, PdCl2, PdI2 등의 할로겐화팔라듐 촉매, 예를 들면, 팔라듐 아세테이트(Pd(OAc)2), 팔라듐트리플루오로아세테이트(Pd(OCOCF3)2), 등의 팔라듐초산염 촉매, 예를 들면Pd(RNC)2Cl2, Pd(acac)2, 디아세테이트비스(트리페닐포스핀)팔라듐[Pd(OAc)2(PPh3)2], Pd(PPh3)4, Pd2(dba)3, Pd(NH3)2Cl2, Pd(CH3CN)2Cl2, 디클로로비스(벤조니트릴)팔라듐[Pd(PhCN)2Cl2], Pd(dppe)Cl2, Pd(dppf)Cl2, Pd[PCy3]2Cl2, Pd(PPh3)2Cl2, Pd[P(o-tolyl)3]2Cl2, Pd(cod)2Cl2, Pd(PPh3)(CH3CN)2Cl2 등의 배위자에 배위된 팔라듐 금속착체촉매 등을 들 수 있다.
백금 금속촉매의 구체적인 예로서는 예를 들면, Pt, 예를 들면, PtO2 등의 산화백금촉매, 예를 들면, PtCl4, PtCl2, K2PtCl4 등의 할로겐화 백금촉매, 예를 들면, PtCl2(cod), PtCl2(dba), PtCl2(PCy3)2, PtCl2(P(OEt)3)2, PtCl2(P(OtBu)3)2, PtCl2(bpy), PtCl2(phe), Pt(PPh3)4, Pt(cod)2, Pt(dba)2, Pt(bpy)2, Pt(Phe)2 등의 배위자에 배위된 백금 금속착체촉매 등을 들 수 있다.
로듐 금속촉매의 구체적인 예로서는, 예를 들면, Rh, 예를 들면, RhCl(PPh3)3 등의 배위자에 배위된 로듐 금속착체촉매 등을 들 수 있다.
루테늄 금속촉매의 구체적인 예로서는, 예를 들면, Ru, 예를 들면, RuCl2(PPh3)3 등의 배위자에 배위된 루테늄 금속착체촉매 등을 들 수 있다.
니켈 금속촉매의 구체적인 예로서는, 예를 들면, Ni, 예를 들면, NiO 등의 산화니켈촉매, 예를 들면, NiCl2 등의 할로겐화 니켈촉매, 예를 들면, NiCl2(dppe), NiCl2(PPh3)2, Ni(PPh3)4, Ni(P(OPh)3)4, Ni(cod)2 등의 배위자에 배위된 니켈 금속착체촉매 등을 들 수 있다.
코발트 금속촉매의 구체적인 예로서는, 예를 들면, Co(C3H5){P(OCH3)3}3 등의 배위자에 배위된 코발트 금속착체촉매 등을 들 수 있다.
상기한 바와 같은 금속촉매가 담체에 담지된 것인 경우의 담체로서는, 예를 들면, 카본, 알루미나, 실리카겔, 제오라이트, 모레큘러 시브, 이온교환수지, 폴리머 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 카본이 바람직하다.
담체로서 사용되는 이온 교환수지로서는, 본 발명의 중수소화에 악영향을 끼치지 않는 것이라면 좋으며, 예를 들면, 양이온 교환수지, 음이온 교환수지를 들 수 있다.
양이온 교환수지로서는, 예를 들면, 약산성 양이온 교환수지, 강산성 양이온 교환수지를 들 수 있으며, 음이온 교환수지로서는, 예를 들면, 약염기성 음이온 교환수지, 강염기성 음이온 교환수지 등을 들 수 있다.
이온 교환수지는 일반적으로 골격폴리머로서 2관능성 모노머로 가교한 폴리머를 포함하고 있으며, 이것에 산성기 또는 염기성기가 결합되어 각각 여러 가지의 양이온 또는 음이온(쌍이온;counter ion)으로 교환되고 있다.
약산성 양이온 교환수지의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 디비닐벤젠으로 가교한 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르의 폴리머를 가수분해하여 얻어지는 것 등을 들 수 있다.
강산성 양이온 교환수지의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 스티렌-디비닐벤젠의 코폴리머를 술폰화한 것을 들 수 있다.
강염기성 음이온 교환수지로서는, 예를 들면, 스티렌-디비닐벤젠의 코폴리머의 방향환에 아미노기가 결합된 것을 들 수 있다.
염기성 음이온 교환수지의 염기성의 강도는, 결합하고 있는 아미노기가 제1급 아미노기, 제2급 아미노기, 제3급 아미노기, 제4급 암모늄염이 되는 것에 따라 차례로 강해진다.
또한, 시판의 이온교환수지도 상기한 바와 같은 이온교환수지와 마찬가지로 본 발명의 중수소화에 있어서의 촉매의 담체로서 사용이 가능하다.
또한, 담체로서 사용되는 폴리머로서는, 본 발명의 중수소화에 악영향을 끼치지 않는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 이와 같은 폴리머의 예로서, 예를 들면, 하기 일반식[1] 로 나타내는 모노머가 중합 또는 공중합하여 얻어지는 것 등을 수 있다.
일반식[1]
(식중, R1 은 수소원자, 저급알킬기, 카르복실기, 카르복시알킬기, 알킬옥시카르보닐기, 하이드록시알킬옥시카르보닐기, 시아노기 또는 포르밀기를 나타내며, R2 는 수소원자, 저급알킬기, 카르복실기, 알킬옥시카르보닐기, 하이드록시알킬옥시카르보닐기, 시아노기 또는 할로겐원자를 나타내며, R3은 수소원자, 저급알킬기, 할로알킬기, 하이드록실기, 치환기를 가지고 있어도 좋은 아릴기, 지방족 헤테로환기, 방향족 헤테로환기, 할로겐원자, 알킬옥시카르보닐기, 하이드록시알킬옥시카르보닐기, 술포기, 시아노기, 함시아노알킬기, 아실옥시기, 카르복실기, 카르복시알킬기, 알데히드기, 아미노기, 아미노알킬기, 카르바모일기, N-알킬카르바모일기, 하이드록시알킬기, 또 R2 와 R3 이 결합하여 인접하는 -C=C-와 하나로 되어 지방족환을 형성하고 있어도 좋다.)
상기 일반식[1]에 있어서, R1~R3 로 나타내는 저급알킬기로서는 직쇄상, 분지상, 환상의 어느것 이라도 좋으며, 예를 들면, 탄소수 1~6의 알킬기를 들 수 있으며, 구체적으로 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, tert-펜틸기, 1-메틸펜틸기, n-헥실기, 이소헥실기, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 들 수 있다.
R1 및 R2 로 나타내는 카르복시알킬기로서는, 예를 들면, 상기한 바와 같이 저급알킬기 수소원자의 일부가 카르복실기로 치환된 것 등을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 카르복시메틸기, 카르복시에틸기, 카르복시프로필기, 카르복시부틸기, 카르복시펜틸기, 카르복시헥실기 등을 들 수 있다.
R1~R3 로 나타내는 알킬옥시카르보닐기로서는, 예를 들면, 탄소수 2~11의 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, 메톡시카르보닐기, 에톡시카르보닐기, 프로폭시카르보닐기, 부톡시카르보닐기, 펜틸옥시카르보닐기, 헥실옥시카르보닐기, 헵틸옥시카르보닐기, 2-에틸헥실옥시카르보닐기, 옥틸옥시카르보닐기, 노닐옥시카르보닐기, 데실옥시카르보닐기 등을 들 수 있다.
R1~R3 로 나타내는 하이드록시알킬옥시카르보닐기로서는, 상기한 바와 같은 탄소수 2~11의 알킬옥시카르보닐기의 수소원자의 일부가 하이드록실기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 하이드록시메틸옥시카르보닐기, 하이드록시에틸옥시카르보닐기, 하이드록시프로필옥시카르보닐기, 하이드록시부틸옥시카르보닐기, 하이드록시펜틸옥시카르보닐기, 하이드록시헥실옥시카르보닐기, 하이드록시헵틸옥시카르보닐기, 하이드록시옥틸옥시카르보닐기, 하이드록시노닐옥시카르보닐기, 하이드록시데실옥시카르보닐기 등을 들 수 있다.
R2 및 R3 로 나타내는 할로겐원자로서는, 예를 들면, 불소, 염소, 브롬, 요오드 등을 들 수 있다.
R3 로 나타내는 할로알킬기로서는, 예를 들면, R1~R3 로 나타내는 상기 저급알킬기가 할로겐화(예를 들면, 불소화, 염소화, 브롬화, 요오드화 등)된, 탄소수 1~6의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 클로로메틸기, 브로모메틸기, 트리플루오로메틸기, 2-클로로에틸기, 3-클로로프로필기, 3-브로모프로필기, 3,3,3-트리플루오로프로필기, 4-클로로부틸기, 5-클로로펜틸기, 6-클로로헥실기 등을 들 수 있다.
치환기를 가지고 있어도 좋은 아릴기의 아릴기로서는, 예를 들면, 페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 나프틸기 등을 들 수 있으며, 또한, 상기 치환기로서는, 예를 들면, 아미노기, 하이드록실기, 저급알콕시기, 카르복실기 등을 들 수 있다. 치환아릴기의 구체적인 예로서는, 예를 들면 아미노페닐기, 톨루이디노기, 하이드록시페닐기, 메톡시페닐기, tert-부톡시페닐기, 카르복시페닐기 등을 들 수 있다.
지방족헤테로환기로서는, 예를 들면, 5원환 또는 6원환이며, 이성원자로서 1~3개의, 예를 들면, 질소원자, 산소원자, 유황원자 등의 헤테로원자를 포함하고 있는 것 등이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, 피롤리딜-2-온기, 피페리딜기, 피페리디노기, 피페라지닐기, 몰폴리노기 등을 들 수 있다.
방향족 헤테로환기로서는, 예를 들면, 5원환 또는 6원환이며, 이성원자로서 1~3개의, 예를 들면, 질소원자, 산소원자, 유황원자 등의 헤테로원자를 포함하고 있는 것 등이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, 피리딜기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 프라닐기, 피라닐기 등을 들 수 있다.
함시아노알킬기로서는, 예를 들면, 상기한 바와 같은 저급알킬기의 수소원자의 일부가 시아노기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적인 예로서는 시아노메틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노프로필기, 3-시아노프로필기, 2-시아노부틸기, 4-시아노부틸기, 5-시아노펜틸기, 6-시아노헥실기 등을 들 수 있다.
아실옥시기로서는 예를 들면, 탄소수 2~20의 카르본산 유래의 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 아세틸옥시기, 프로피오닐옥시기, 부티릴옥시기, 펜타노일옥시기, 노나노일옥시기, 데카노일옥시기, 벤조일옥시기 등을 들 수 있다.
아미노알킬기로서는, 상기한 바와 같은 저급알킬기의 수소원자의 일부가 아미노기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 아미노메틸기, 아미노에틸기, 아미노프로필기, 아미노부틸기, 아미노펜틸기, 아미노헥실기 등을 들 수 있다.
N-알킬카르바모일기로서는, 카르바모일기의 수소원자의 일부가 알킬기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, N-메틸카르바모일기, N-에틸카르바모일기, N-n-프로필카르바모일기, N-이소프로필카르바모일기, N-n-부틸카르바모일기, N-t-부틸카르바모일기 등을 들 수 있다.
하이드록시알킬기로서는, 상기한 바와 같은 저급알킬기의 수소원자의 일부가 하이드록실기로 치환된 것을 들 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 하이드록시메틸기, 하이드록시에틸기, 하이드록시프로필기, 하이드록시부틸기, 하이드록시펜틸기, 하이드록시헥실기 등을 들 수 있다.
또, R2 와 R4 가 결합하여 인접하는 -C=C-와 하나로 되어 지방족환을 형성하고 있는 경우의 지방족환으로서는, 예를 들면, 탄소수 5~10의 불포화지방족환을 들 수 있으며 환은 단환이라도 좋으며, 다환이라도 좋다. 이들 환의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 노보넨환, 시클로펜텐환, 시클로헥센환, 시클로옥텐환, 시클로데센환 등을 들 수 있다.
일반식[1]로 나타내는 모노머의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌 등의 탄소수 2~20의 에틸렌성 불포화지방족 탄화수소류, 예를 들면, 스티렌, 4-메틸스티렌, 4-에틸스티렌, 디비닐벤젠 등의 탄소수 8~20의 에틸렌성 불포화방향족 탄화수소류, 예를 들면, 포름산비닐, 초산비닐, 프로피온산비닐, 초산이소프로페닐 등의 탄소수 3~20의 알케닐에스테르류, 예를 들면, 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐리덴, 테트라플루오로에틸렌 등의 탄소수 2~20의 함할로겐에틸렌성 불포화 화합물류, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레인산, 푸말산, 크로톤산, 비닐초산, 알릴초산, 비닐안식향산 등의 탄소수 3~20의 에틸렌성 불포화 카르본산류(이들 산류는, 예를 들면, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속염이나 암모늄염 등, 염의 형태로 되어있는 것이라도 좋다.), 예를 들면, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 부틸, 메타크릴산2-에틸헥실, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 프로필, 아크릴산 부틸, 아크릴산2-에틸헥실, 메타크릴산 라우릴, 아크릴산 스테아릴, 이타콘산 메틸, 이타콘산 에틸, 말레인산 메틸, 말레인산 에틸, 푸말산 메틸, 푸말산 에틸, 크로톤산 메틸, 크로톤산 에틸, 3-부텐산 메틸 등의 에틸렌성 불포화 카르본산 에스테르류, 예를 들면, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 시안화알릴 등의 탄소수 3~20의 함시아노에틸렌성 불포화화합물류, 예를 들면 아크릴아미드, 메타크릴아미드 등의 탄소수 3~20의 에틸렌성 불포화아미드화합물류, 예를 들면, 아크롤레인, 크로톤알데히드 등의 탄소수 3~20의 에틸렌성 불포화 알데히드류, 예를 들면, 비릴술폰산, 4-비닐벤젠술폰산 등의 탄소수 2~20의 에틸렌성 불포화 술폰산류(이들 산류는, 예를 들면 나트륨, 칼륨 등의 알칼리금속염 등, 염의 형태로 되어 있는 것이라도 좋다.), 예를 들면, 비닐아민, 알릴아민 등의 탄소수 2~20의 에틸렌성 불포화지방족아민류, 예를 들면, 비닐아닐린 등의 탄소수 8~20의 에틸렌성 불포화방향족 아민류, 예를 들면, N-비닐피롤리돈, 비닐피페리딘 등의 탄소수 5~20의 에틸렌성 불포화지방족 헤테로환상아민류, 예를 들면, 알릴알코올, 크로틸 알코올 등의 3~20의 에틸렌성 불포화알코올류, 예를 들면, 4-비닐페놀 등의 탄소수 8~20의 에틸렌성 불포화페놀류 등을 들 수 있다.
상기한 바와 같은 폴리머 등을 담체로서 사용하는 경우에는, 본 발명의 중수소화에 의하여 담체자체가 중수소화되기 어려운 것을 사용하는 것이 바람직하나, 그 자체가 중수소화될 수 있는 담체에 담지된 촉매도 본 발명의 중수소화에 사용 할 수가 있다.
본 발명의 중수소화 방법에 있어서는, 상기한 바와 같은 담체담지금속촉매 중에서도 팔라듐카본, 수산화팔라듐카본, 또는 백금카본을 사용하는 것이 바람직하며, 그 중에서도 팔라듐카본 및 수산화팔라듐카본은 공업적으로도 취급하기 쉽고, 또한 우수한 촉매활성을 가지고 있으며, 특히 팔라듐카본을 사용하면, 더욱 효율좋게 중수소화 반응을 실시할 수 있는 경우가 많다.
담체에 담지된 촉매에 있어서, 촉매금속인 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 니켈 또는 코발트의 비율은 통상 전체의 1~99중량%, 바람직하게는 1~50중량%, 보다 바람직하게는 1~30중량%, 더욱 바람직하게는 1~20중량%, 특히 바람직하게는 5~10중량%이다.
본 발명의 중수소화 방법에 있어서 활성화된 촉매, 또는 활성화되어 있지 않은 촉매의 사용량은, 그것이 담체 등에 담지되어 있는지 아닌지에 관계없이, 반응의 기질로서 사용되는 복소환을 갖는 화합물에 대하여, 통상, 소위 촉매량, 계속하여 차례로 바람직하게는 0.01~200중량%, 0.01~100중량%, 0.01~50중량%, 0.01~20중량%, 0.1~20중량%, 1~20중량%, 10~20중량%가 되는 양이며, 또한, 이 촉매전체에 포함되는 촉매금속량의 상한이 차례로 바람직하게는 20중량%, 10중량%, 5중량%, 2중량%이며, 하한이 순서대로 바람직하게 0.0005중량%, 0.005중량%, 0.05중량%, 0.5중량%가 되는 양이다.
또한, 복소환을 갖는 화합물을 중수소화 할 때에, 상기한 바와 같은 여러 가지 촉매를 2종이상 적당히 조합시켜 사용하는 것도 가능하다.
촉매를 2종이상 조합시켜 사용하는 경우의 촉매사용량은, 촉매의 합계가 상기한 바와 같은 촉매의 사용량이 되도록 설정하면 좋다.
활성화되어 있지 않은 촉매를 본 발명의 반응에 사용하는 경우에 있어서, 촉매를 활성화시키기 위하여 반응계에 수소가스를 존재시키는 경우의 이 수소가스의 사용량은, 너무 많으면 중수소원으로 되는 중수소화된 용매가 수소화되어, 본 발명의 중수소화 반응에 악영향을 끼칠 가능성도 있으나, 촉매의 활성화에 필요한 정도의 양보다 다소 많은 편이 촉매의 활성화를 효율적으로 실시할 수 있으며, 이와 같은 수소가스의 양은, 통상 촉매에 대하여 1~20000당량, 바람직하게는 10~700당량이 되는 양이다.
또한, 촉매를 활성화시키기 위하여 반응계에 중수소를 존재시키는 경우의 중수소의 사용량은, 촉매의 활성화에 필요한 정도의 양이면 좋으며, 그 양은, 통상 촉매에 있어서 1~20000당량, 바람직하게는 10~700당량이 되는 양이나, 반응계 중에서 이 중수소는 중수소화된 용매에 접촉하고 있기 때문에, 이 용매를 더욱 중수소화시키는 효과도 있으며, 사용량이 많아도 문제없이 본 발명의 중수소화를 실시할 수가 있다.
본 발명의 중수소화 방법은, 통상, 용매의 비등점(상압)보다 높은 온도에서 환류상태가 되도록 설정하면 좋으며, 이와 같은 반응온도의 하한은 차례로 바람직하게는, 용매의 비등점 +3℃, +5℃, +10℃, +20℃이며, 상한은 차례로 바람직하게는, 용매의 비등점 +100℃, +80℃, +70℃, +60℃이다.
밀봉상태의 반응용기 안이 상기한 바와 같은 반응온도가 되도록 설정하기 위해서는 가열 및/ 또는 가압하면 좋으며, 이에 따라 결과적으로 계 내가 가압상태가 되어 있으면 좋다.
반응계를 가압하기 위해서는, 촉매를 활성화하기 위한 수소가스를 사용하여 실시하면 좋으나, 예를 들면, 질소가스, 아르곤가스 등의 불활성가스를 또한 사용하여 실시하여도 좋다.
본 발명의 중수소화의 반응시간은 통상, 30분~100시간, 바람직하게는 1~50시간, 보다 바람직하게는 1~30시간, 더욱 바람직하게는 3~30이다.
본 발명의 중수소화 방법을, 중수소원으로서 중수를 사용하고, 활성화되어 있지 않은 촉매로서 팔라듐카본(Pd10%)을 사용한 경우를 예로 들어 설명한다.
즉, 예를 들면, 복소환을 갖는 화합물(기질) 및 팔라듐촉매를 중수소화된 용매에 주입하여, 반응계를 밀봉하고, 계 내를 수소가스로 치환한 후, 기름통 중에서 약 103~200℃로 약 30분~100시간 교반반응시킨다. 반응종료 후, 생성물이 중수소화 된 용매에 가용(可溶)한 경우에는, 반응액을 여과하여 촉매를 제거하고, 여과액을 그대로로 1H-NMR, 2H-NMR 및 Mass스펙트럼을 측정하여 구조해석을 실시한다. 생성물이 중수소화된 용매에 난용(難溶)한 경우에는, 반응액으로부터 이것을 단리한 후 1H-NMR, 2H-NMR 및 Mass스펙트럼 측정하여 구조해석을 실시한다.
생성물이 중수소화 된 용매에 용해되기 어려운 경우에, 반응액으로부터 생성물을 단리하기 위해서는, 예를 들면, 생성물이 용해하는 유기용매 등에 의하여 반응액으로부터 생성물을 추출하며, 다시 여과에 의하여 촉매를 제거한다는 공지의 정제방법에 의하여 이를 실시하면 좋다.
또, 활성화된 촉매로서 미리 활성화시켜 둔 촉매를 사용하고, 또한 중수소원으로서 중수소화된 용매를 사용하여 본 발명의 중수소화 방법을 실시하는 것에 의하여 복소환을 갖는 화합물이 할로겐원자를 치환기로서 가지고 있는 경우에서도, 상기 할로겐원자는 수소원자 또는 중수소원자로 치환되는 일 없이, 복소환만의 중수소화가 실시되고, 또, 복소환을 갖는 화합물이 예를 들면, 니트로기, 시아노기 등의 치환기를 가지고 있는 경우에 있어서도 이들 치환기가 환원되는 일 없이 복소환만의 중수소화가 실시된다.
상기한 바와 같이, 중수소화된 용매 중, 활성화된 촉매의 존재하, 복소환을 갖는 화합물을 밀봉 환류하에 두는 본 발명의 중수소화 방법에 의하면, 중수소화 반응온도를 용매의 비등점보다 높은 온도로 유지할 수가 있기 때문에, 복소환을 갖는 화합물의 복소환의 수소원자를 극히 효율좋게 중수소화하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 중수소화에 의하면, 복소환상에 존재하는 수소원자 이외에도 복소환이 갖는 치환기 중에 존재하는 탄소원자(예를 들면, 알킬기 유래의 것, 알케닐기 유래의 것, 아랄킬기 유래의 것, 알콕시기 유래의 것, 알킬티오기 유래의 것, 알킬술포닐기 유래의 것, 알킬술피닐기 유래의 것, 알킬포스피노기 유래의 것, 알킬포스피노일기 유래의 것, 알킬아미노기 유래의 것, 알콕시카르보닐기 유래의 것, 알콕시술포닐기 유래의 것, 아실기 유래의 것 등)나, 복소환과 결합하고 있는 당사슬을 비롯한 각종 화합물 또는 폴리머 중에 존재하는 탄소원자에 결합하고 있는 수소원자도 중수소화하는 것이 가능해지는 경우가 있다.
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하의 실시예에 있어서 단리수율이란, 중수소화되었는지 아닌지에 관계없이 반응 종료후에 단리된 화합물의 수득율이며, 중수소화율이란, 반응종료후에 단리된 화합물에 있어서의 수소원자의 중수소화율이다. 이하의 실시예에서는 단리된 화합물의 각 위치의 수소원자의 중수소화율을 나타낸다.
(실시예1)
이미다졸 500mg, 팔라듐 카본(Pd 10%) 50mg을 중수(D20) 17mL에 현탁시키고, 밀봉한 반응계를 수소가스로 치환한 후, 기름통 중에서 160℃로 약 24시간 반응시켰다. 반응 종료후, 반응액을 에테르로 추출하여 얻어진 추출액으로부터 촉매를 여과제거하고, 여과액을 감압농축하여 중수소화된 화합물 500mg을 얻었다.(단리 수율 95%). 얻어진 화합물의 1H-NMR, 2H-NMR 및 Mass 스텍트럼을 측정하여 구조해석을 실시한 결과, 얻어진 화합물의 각 수소원자의 중수소화율은 하기 식으로 나타내는 (1)의 위치의 총 수소원자에 대한 중수소화율이 99%, (2)의 위치의 수소원자에 대한 중수소화율은 99%이었다.
(실시예2~5)
하기 표1에 나타낸 기질을 사용한 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 중수소화된 각 화합물의 단리 수율 및 중수소화율을 표1에 정리하여 나타낸다. 또한, 이하, 각 실시예에 있어서의 중수소화율은 실시예1과 동일하게 하여 산출된 것이다.
(실시예 6~7)
기질로서 아데닌을 사용하고, 하기 표2에 나타낸 반응조건으로 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리 수율 및 중수소화율을 표2에 아울러 나타낸다.
반응온도 반응시간 단리수율(%) 중수소화율(%)
실시예6 110℃ 24시간 94 48
실시예7 140℃ 48시간 36 95
단, 표2에 있어서의 중수소화율은, 상기 화학식에 있어서의 (1) 및 (2)의 총 수소원자에 대한 중수소화율이다.
(실시예 8~9)
기질로서 아데노신을 사용하고, 하기 표3에 나타낸 반응조건으로 반응시킨 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율 및 중수소화율을 표3에 아울러 나타낸다.
반응온도 반응시간 단리수율(%) 중수소화율(%)
실시예8 110℃ 48시간 99 (1)94, (2)92
실시예9 140℃ 48시간 74 (1)91, (2)91
(실시예 10~12)
기질로서 구아노신을 사용하고, 하기 표4에 나타낸 반응조건으로 반응시킨 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율 및 중수소화율을 표4에 아울러 나타낸다.
반응온도 반응시간 단리수율(%) 중수소화율(%)
실시예10 110℃ 48시간 94 (1)94
실시예11 140℃ 48시간 99 (2)93
실시예12 160℃ 24시간 98 (1)96
(실시예 13~14)
기질로서 티민을 사용하고, 하기 표5에 나타낸 반응조건으로 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율 및 중수소화율을 표5에 아울러 나타낸다.
반응온도 반응시간 단리수율(%) 중수소화율(%)
실시예13 110℃ 24시간 96 (1)99, (2)64
실시예14 140℃ 48시간 65 (1)96, (2)94
(실시예 15)
기질로서 시토신을 사용하고, 160℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 98%, 중수소화율은 (1)96%, (2)96%이었다.
(실시예 16)
기질로서 우라실을 사용하고, 160℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 94%, 중수소화율은 (1)98%, (2)93%이었다.
(실시예 17)
기질로서 우리딘을 사용하고, 160℃의 밀봉상태에서 24시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 85%, 중수소화율은 (1)48%, (2)95%이었다.
(실시예 18~19)
기질로서 이노신을 사용하고, 하기 표6에 나타낸 반응조건으로 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율 및 중수소화율을 표6에 아울러 나타낸다.
반응온도 반응시간 단리수율(%) 중수소화율(%)
실시예18 110℃ 48시간 98 (1)79, (2)84
실시예19 140℃ 48시간 90 (1)85, (2)97
(실시예 20)
기질로서 하이폭산틴을 사용하고, 110℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 62%, (1)과 (2)의 총 수소원자에 대한 중수소화율은 95%이었다.
(실시예 21~22)
기질로서 3-메틸인돌을 사용하고, 하기 표7에 나타낸 반응조건으로 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율 및 중수소화율을 표7에 아울러 나타낸다.
반응온도 반응시간 단리수율(%) 중수소화율(%)
실시예21 110℃ 24시간 50 (2)+(5)44, (8)97, (4)0, (6)0, (7)97
실시예22 140℃ 48시간 82 (2)+(5)53, (8)92, (4)28, (6)20, (7)81
단, 표7 중, (2)+(5)는 (2)와 (5)의 총 수소원자에 대한 중수소화율을 나타낸다.
(실시예 23)
기질로서 5-메틸인돌을 사용하고, 140℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 65%, 중수소화율은 (2)100%, (3)90%, (4)27%, (5)95%, (6)99%, (7)38%이었다.
(실시예 24)
기질로서 7-메틸인돌을 사용하고, 140℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 79%, 중수소화율은 (2)96%, (3)95%, (4)95%, (5)+(6)59%, (7)96%이었다.
(실시예 25)
기질로서 3,5-디메틸피라졸을 사용하고, 140℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 55%, 중수소화율은 (3)+(5)96%, (4)95%이었다.
(실시예 26)
기질로서 5-메틸벤즈이미다졸을 사용하고, 140℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 99%, 중수소화율은 (2)98%, (4)98%, (5)95%, (6)19%, (7)98%이었다.
(실시예 27)
기질로서 7-아자인돌을 사용하고, 140℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 92%, 중수소화율은 (2)95%, (3)94%, (4)94%, (5)69%, (6)96%이었다.
(실시예 28)
기질로서 L-트립토판을 사용하고, 160℃에서 48시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 93%, 중수소화율은 (1)45%, (2)47%, (3)+(4)22%, (5)0%이었다.
(실시예 29)
기질로서 2,3-루티딘을 사용하고, 160℃에서 6시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 74%, (1)~(5)의 총 수소원자에 대한 중수소화율은 98%이었다.
(실시예 30)
기질로서 2-메틸이미다졸을 사용하고, 120℃에서 24시간 반응시킨 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 99%이며, 중수소화율은 (1)99%, (2)20%이었다.
(실시예 31)
중수 대신에 중메탄올을 사용한 것 이외는 실시예30과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 88%이며, 중수소화율은 (1)86%, (2)9%이었다.
실시예 30 및 31로부터 명확히 알 수 있듯이, 중수소화된 유기용매도 중수와 마찬가지로 본 발명의 중수소화 방법에 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
(실시예 32)
기질로서 2-메틸이미다졸을 사용하고, 팔라듐카본의 대신에 백금카본(Pt5%)을 사용한 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 중수소화 반응을 실시하였다. 얻어진 화합물의 단리수율은 95%이며, 중수소화율은 (1)93%, (2)67%이었다.
중수소화된 용매 중, 활성화된 촉매의 존재하, 복소환을 갖는 화합물을 밀봉환류의 조건하에 둔다는 본 발명의 중수소화 방법에 의하면, 중수소화 반응온도를 용매의 비등점 이상으로 유지할 수가 있기 때문에, 복소환을 갖는 화합물의 복소환의 수소원자를 극히 효율좋게 중수소화하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 중수소화 방법은, 초임계 조건 또는 산성조건에서 분해하는 것과 같은 각종 복소환을 갖는 화합물 등의 중수소화에도 널리 이용할 수가 있으며, 복소환을 갖는 화합물을 공업적 또한, 효율적으로 중수소화할 수가 있다.

Claims (6)

  1. 중수소화된 용매 중, 활성화된 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매로부터 선택되는 촉매의 존재하, 복소환을 갖는 화합물을 밀봉환류하에 두는 것을 특징으로 하는 복소환의 중수소화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    활성화된 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매로부터 선택되는 촉매가, 활성화된 팔라듐촉매를 포함하는 것인 중수소화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    활성화된 팔라듐촉매가 활성화된 팔라듐카본인 중수소화 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    활성화된 팔라듐촉매, 백금촉매, 로듐촉매, 루테늄촉매, 니켈촉매 및 코발트촉매로부터 선택되는 촉매가 중수소화의 반응계 내에 존재시킨 수소가스 또는 중수소가스로 활성화된 것인 중수소화 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    중수소화된 용매가 중수(D20)인 중수소화 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    복소환을 갖는 화합물의 복소환이 3~20원의 환인 중수소화 방법.
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