KR20230091990A

KR20230091990A - 시클로펜타디엔의 선택적 알킬화

Info

Publication number: KR20230091990A
Application number: KR1020237017267A
Authority: KR
Inventors: 폴 힌클; 스콧 에이. 레인맨; 빅토리아 바이드너
Original assignee: 엔테그리스, 아이엔씨.
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2023-06-23
Also published as: WO2022087215A1; TW202304939A; TW202222744A; EP4232452A1; CA3199235A1; TWI797784B; US11708380B2; US20220127294A1; JP2023546688A; CN116568692A

Abstract

시클로펜타디엔 마그네슘 할라이드 및 공-반응물로서의 알킬 또는 아릴 술포네이트의 금속 염을, 알킬 할라이드 알킬화 반응물과 함께 이용하는, 시클로펜타디엔의 모노-알킬화 방법이 제공된다. 상기 방법은 약 96 %만큼 높은 전환율 및 약 99 %만큼 높은 모노-알킬화에 대한 선택성(디- 또는 트리-와 같은 보다 높은 차수의 알킬화에 비해)을 갖는, 시클로펜타디엔의 모노-알킬화에 대한 용이한 방법론을 제공한다.

Description

시클로펜타디엔의 선택적 알킬화

본원 개시내용은 시클로펜타디엔의 선택적 모노-알킬화를 위한 방법론에 관한 것이다.

시클로펜타디엔은 많은 다른 유용한 유기 화합물에 대한 중간체로서 유용하다. 특정 알킬-치환된 시클로펜타디엔은 합성 윤활제로서 유용하다. (예를 들어, 미국 특허 번호 5,144,095 및 5,012,022 참조). 추가적으로, 시클로펜타디엔 구조는 또한 특정 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 제조하는데 사용되는 다수의 소위 단일 부위 메탈로센 촉매에서 발견될 수 있다. (예를 들어, 미국 특허 번호 7,579,415 참조).

시클로펜타디엔의 취급에 있어서 하나의 고유한 어려움은 딜스-알더 반응을 통해 이량체화되는 경향이 있다는 것이다. 이러한 이량체화는 실온에서 수시간에 걸쳐 진행되지만, 가열의 이용에 의해 역전될 수 있고, 이는 일부 경우에 크래킹 절차를 필요로 한다. 추가적으로, 알킬-치환된 시클로펜타디엔 구조를 제조하고자 시도할 때, 디- 및 트리-알킬 종의 형성은 수율을 감소시키고 추가적인 정제를 요구함으로써 합성 방식을 더욱 복잡하게 한다.

따라서, 시클로펜타디엔 구조의 모노-알킬화를 위한 개선된 방법론에 대한 필요성이 존재한다.

요약하면, 본원 개시내용은 시클로펜타디엔의 개선된 모노-알킬화 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 시클로펜타디에닐 마그네슘 할라이드는 화학식 MO₃SR'의 화합물과 반응하며, 여기서 M은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로부터 선택되고, R'는 C₁-C₈ 알킬; 페닐; 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐이다. 이 단계는 계내에서 반응성 중간체를 형성하고, 이는 이에 따라 화학식 R-X'의 알킬 할라이드와 반응하여 화학식 (I)의 화합물을 제공하는 것으로 여겨진다:

(I)

상기 식에서, R은 C₁-C₈ 알킬로부터 선택된다.

따라서 상기 방법은 적어도 약 96 %의 전환율 및 적어도 약 99 %의 모노-알킬화에 대한 선택성(디- 또는 트리-와 같은 보다 높은 차수의 알킬화에 비해)을 갖는, 시클로펜타디엔의 모노-알킬화에 대한 용이한 방법론을 제공한다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 단수 형태는 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않는 한 복수 지시대상을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로 문맥이 달리 명백하게 지시하지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다.

용어 "약"은 일반적으로 언급된 값과 동등한 것으로 간주되는(예를 들어, 동일한 기능 또는 결과를 갖는) 수의 범위를 지칭한다. 많은 경우에서, 용어 "약"은 가장 가까운 유효 숫자로 반올림된 수를 포함할 수 있다.

종점을 사용하여 표현된 수치 범위는 그 범위 내에 포함된 모든 수를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함한다).

제1 측면에서, 본원 개시내용은 하기 화학식 (I)의 화합물의 제조 방법으로서,

(I)

상기 식에서, R은 C₁-C₈알킬로부터 선택되며, 방법은

(A) (a) 하기 화학식의 화합물:

(여기서, X는 클로로 또는 브로모임), 및 (b) 화학식 MO₃SR'의 화합물 (여기서, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로부터 선택되고, R'는 C₁-C₈알킬; 페닐; 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐임)의 반응 생성물; 및

(B) 화학식 R-X'의 화합물(여기서, X'는 클로로, 브로모, 아이오도, 알킬-술포네이트 또는 아릴-술포네이트로부터 선택됨)

을 접촉시켜 화학식 (I)의 화합물을 제조하는 단계를 포함한다.

한 실시양태에서, R은 이소프로필이다.

한 실시양태에서, M은 알칼리 토금속으로부터 선택된다.

한 실시양태에서, M은 알칼리 금속으로부터 선택된다.

또 다른 실시양태에서, M은 나트륨, 리튬 또는 칼륨으로부터 선택된다.

특정 실시양태에서, R'는 트리플루오로메틸, p-메틸페닐 또는 1,3,5-트리메틸페닐로부터 선택된다.

특정 실시양태에서, 알킬-술포네이트는 C₁-C₆ 알킬 술포네이트로부터 선택되고; 다른 실시양태에서, 아릴-술포네이트는 페닐 술포네이트이다.

유리하게는, 본원 개시내용의 방법은 높은 수율 및 높은 선택성(모노-알킬화에 대해)으로 모노-알킬화 생성물을 제조하기 위해 수행될 수 있다. 본 발명자들은 화학식 MO₃SR'의 공-반응물의 이용이 적어도 약 70, 75, 80, 85, 90, 또는 96 %의 전환율 및 적어도 약 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 99 %의 모노-알킬화에 대한 선택성으로 시클로펜타디엔-유형 구조의 모노-알킬화를 가져온다는 것을 발견하였다. 따라서, 이와 같이 제조된 생성물은 또한 비스-알킬화 부산물이 실질적으로 없고, 이로써 방법의 직접 생성물이 최소한의 가공을 거쳐 추가적인 반응에 이용될 수 있게 된다.

방법은 에테르와 같은 극성 비양성자성 용매 중에서 수행될 수 있다. 예시적인 에테르는 디메틸 에테르; 디에틸 에테르; 테트라히드로푸란; 2-메틸테트라히드로푸란; 3-메틸테트라히드로푸란; 1,4-디옥산; 메틸 t-부틸 에테르; 메틸 n-부틸 에테르 등을 포함한다. 방법은 실온 또는 승온, 예를 들어 약 23 ℃ 내지 약 60 ℃, 및 대기압 하에서 수행될 수 있다.

이 반응에서 화학식 R-X'의 화합물은, 그 자체가 (i) 화학식 CpMgX(Cp = 시클로펜타디엔)의 화합물 및 (ii) 화학식 MO₃SR'의 화합물의 반응 생성물인 반응성 중간체 종과 반응하는 것으로 여겨진다. 이와 관련하여, 이러한 중간체 반응성 종은 하기 화학식을 가지며

,

여기서 R'는 C₁-C₈ 알킬, 페닐, 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐로부터 선택되고, 이는 이후에 유리하게는 화학식 R-X'의 화합물과 반응하여 화학식 (I)의 모노-알킬화 생성물을 제공한다고 여겨진다.

따라서, 또 다른 측면에서, 본원 개시내용은 하기 화학식을 갖는 중간체 반응성 종을 제공하며

,

여기서 R'는 C₁-C₈ 알킬, 페닐, 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐로부터 선택된다.

실시예

시클로펜타디엔 마그네슘 클로라이드의 제조

시클로펜타디엔 마그네슘 클로라이드는 본원에 참조로 포함된 미국 특허 번호 6,175,027에 기재된 방법론을 사용하여 메틸마그네슘 클로라이드 및 시클로펜타디엔으로부터 제조될 수 있다.

NMR (1H-NMR, 양성자화 THF, 내부 표준 1,5-시클로옥타디엔): 6.01 ppm (5H, b, Cp-H), 2.75 ppm (2H, b, 잔류 Cp-CH₂), 0.2 ppm (4H, b, 반응으로부터 생성된 CH₄), -2.06ppm (3H, b, 과량의 MeMgCl).

[실시예 1]

CpMgCl 용액(1.0 M; 50 mL, 50 mmol) 및 나트륨 p-톨루엔술포네이트(9.71 g, 50 mmol)를 55 ℃에서 수시간(2-6) 동안 반응시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 주위 온도로 냉각시키고, 순수한 이소프로필 브로마이드(6.76 g, 55 mmol)를 슬러리에 천천히 첨가하였다. 반응을 20시간에 걸쳐 GC로 모니터링하고, 데이터를 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

CpMgCl(1.0 M; 65 mL, 65 mmol)을 60 ℃로 가열하고, 10분에 걸쳐 이소프로필 브로마이드(7.86 g, 64 mmol) 및 THF(1.83 g, 25 mmol) 상으로, 또한 60 ℃에서 옮겼다. 반응물을 65 ℃에서 4시간 동안 환류시키고, GC로 1일에 걸쳐 모니터링하였으며 데이터를 표 1에 나타내었다.

표 1의 데이터는 CpMgCl 및 iPrBr의 반응에 대한 토실레이트의 첨가가 4시간에서의 전환율을 실질적으로 증가시킬 뿐만 아니라, iPr₂Cp 부산물의 형성을 제거함을 나타낸다.

[실시예 3]

CpMgCl 용액(1.0 M; 50 mL, 50 mmol) 및 나트륨 p-톨루엔술포네이트(9.71 g, 50 mmol)를 55 ℃에서 수시간(2-6) 동안 반응시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 주위 온도로 냉각시키고, 순수한 부틸 브로마이드(7.54 g, 55 mmol)를 슬러리에 천천히 첨가하였다. 반응을 20시간에 걸쳐 GC로 모니터링하고, 데이터를 표 2에 나타내었다.

[실시예 4]

CpMgCl 용액(1.0 M; 50 mL, 50 mm)을 주위 온도로 냉각시키고, 순수한 부틸 브로마이드(7.54 g, 55 mmol)를 투명한 용액에 천천히 첨가하였다. 반응을 20시간에 걸쳐 GC로 모니터링하고, 데이터를 표 2에 나타내었다.

표 2의 데이터는 CpMgCl 및 nBuBr의 반응에 토실레이트를 첨가한 것이 4시간에서의 전환율의 적절한 증가를 제공한다는 것을 보여준다.

[실시예 5]

CpMgCl 용액(1.0 M; 1 L, 1 mol) 및 나트륨 p-톨루엔술포네이트(194 g, 1 mol)를 55 ℃에서 수시간(2-6) 동안 반응시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 10 ℃로 냉각시키고, 순수한 이소프로필 브로마이드(135.3 g, 1.1 mol)를 슬러리에 천천히 첨가하였다. 생성물에 대한 자유 Cp의 양이 5 % 미만이 될 때까지 GC로 반응을 모니터링하였다. 완결시에, 이것을 1.5 당량 탄화수소 및 묽은 아세트산 중 용액으로 옮김으로써 급냉하였다. 유기 층을 분리하고, 탄산나트륨으로 세척하였다. 이어서, 저비점 화합물을 제거하여 THF/탄화수소 중 10-20 % 이소프로필시클로펜타디엔의 용액을 수득하였다. 이 용액의 용액 분석은 iPrCp에 비해 < 0.1 % Cp 및 < 0.1 %iPr₂Cp를 보였다.

NMR (1H, C6D6): 1.08 ppm (6H, d, 이소프로필 CH₃), 2.62 ppm (1H, m, 이소프로필 CH), 2.82 ppm (2H, b, Cp-CH₂), 5.85-6.5 (5H, m, Cp-H)

잔류 이소프로필 브로마이드: 1.62 ppm (6H, d), 4.25 ppm (1H, m)

측면

제1 측면에서, 본원 개시내용은 하기 화학식 (I)의 화합물의 제조 방법을 제공하며:

(I)

상기 식에서, R은 C₁-C₈알킬로부터 선택되며, 방법은

(A) (a) 하기 화학식의 화합물:

(여기서, X는 클로로 또는 브로모임), 및 (b) 화학식 MO₃SR'의 화합물 (여기서, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로부터 선택되고, R'는 C₁-C₈알킬, 페닐, 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐임)의 반응 생성물; 및

을 접촉시켜 화학식 (I)의 화합물을 제조하는 것을 포함한다.

제2 측면에서, 본원 개시내용은 R이 이소프로필인 제1 측면의 방법을 제공한다.

제3 측면에서, 본원 개시내용은 R이 sec-부틸인 제1 측면의 방법을 제공한다.

제4 측면에서, 본원 개시내용은 M이 나트륨, 리튬 또는 칼륨으로부터 선택되는 것인 제1, 제2 또는 제3 측면의 방법을 제공한다.

제5 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 1,3,5-트리메틸페닐인 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나의 방법을 제공한다.

제6 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 트리플루오로메틸인 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나의 방법을 제공한다.

제7 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 p-메틸페닐인 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나의 방법을 제공한다.

제8 측면에서, 본원 개시내용은 화학식 (I)의 화합물이 적어도 약 70, 80, 90 또는 96 %의 전환율로 생성되는 것인 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나의 방법을 제공한다.

제9 측면에서, 본원 개시내용은 화학식 (I)의 화합물이 약 96 % 이하의 전환율로 생성되는 것인 제1 내지 제8 측면 중 어느 하나의 방법을 제공한다.

제10 측면에서, 본원 개시내용은 하기 화학식의 화합물을 제공하며:

여기서 R'는 C₁-C₈ 알킬; 페닐; 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐로부터 선택된다.

제11 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 1,3,5-트리메틸페닐, 트리플루오로메틸 또는 4-메틸페닐로부터 선택된 것인 제10 측면에 따른 화합물을 제공한다.

제12 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 4-메틸페닐인 제10 또는 제11 측면에 따른 화합물을 제공한다.

제13 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 1,3,5-트리메틸페닐인 제10 또는 제11 측면에 따른 화합물을 제공한다.

제14 측면에서, 본원 개시내용은 R'가 트리플루오로메틸인 제10 또는 제11 측면에 따른 화합물을 제공한다.

본원 개시내용의 여러 예시적 실시양태를 이와 같이 기재하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 본원에 첨부된 청구범위의 범주 내에서 또 다른 실시양태가 제조되고 사용될 수 있음을 용이하게 인지할 것이다. 본 문헌에 의해 커버되는 본원 개시내용의 수많은 이점이 상기 설명에 제시되었다. 그러나, 본원 개시내용은, 많은 측면에서, 단지 예시적인 것으로 이해될 것이다. 물론, 본원 개시내용의 범주는 첨부된 청구범위가 표현되는 언어로 정의된다.

Claims

하기 화학식 (I)의 화합물의 제조 방법으로서,

(I)
상기 식에서, R은 C₁-C₈알킬로부터 선택되며, 상기 방법은
(A) (a) 하기 화학식의 화합물:

(여기서, X는 클로로 또는 브로모임), 및 (b) 화학식 MO₃SR'의 화합물(여기서, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로부터 선택되고, R'는 C₁-C₈알킬, 페닐, 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐임)의 반응 생성물; 및
(B) 화학식 R-X'의 화합물(여기서, X'는 클로로, 브로모, 아이오도, 알킬-술포네이트 또는 아릴-술포네이트로부터 선택됨)
을 접촉시켜 화학식 (I)의 화합물을 제조하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, R이 이소프로필인 방법.
제1항에 있어서, R이 sec-부틸인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, M이 나트륨, 리튬 또는 칼륨으로부터 선택되는 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, R'가 1,3,5-트리메틸페닐인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, R'가 트리플루오로메틸인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, R'가 p-메틸페닐인 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 화합물이 적어도 약 70 퍼센트의 전환율로 생성되는 것인 방법.
하기 화학식의 화합물:

여기서 R'는 C₁-C₈ 알킬, 페닐, 또는 1개 이상의 C₁-C₈ 알킬 기 또는 페닐로 치환된 페닐로부터 선택된다.
제9항에 있어서, R'가 1,3,5-트리메틸페닐, 트리플루오로메틸 또는 4-메틸페닐로부터 선택된 것인 화합물.
제9항 또는 제10항에 있어서, R'가 4-메틸페닐인 화합물.
제9항 또는 제10항에 있어서, R'가 1,3,5-트리메틸페닐인 화합물.
제9항 또는 제10항에 있어서, R'가 트리플루오로메틸인 화합물.