有機ハロゲン化合物のヒドロ脱ハロゲン化方法 |
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申请号 | JP2007538796 | 申请日 | 2006-10-05 | 公开(公告)号 | JPWO2007040259A1 | 公开(公告)日 | 2009-04-16 |
申请人 | 第一三共株式会社; | 发明人 | 佐藤 耕司; 耕司 佐藤; 今井 誠; 誠 今井; | ||||
摘要 | 本発明は、有機化合物の炭素 原子 上のハロゲン原子を、 水 素原子で置換して脱離させるヒドロ脱ハロゲン化方法、及び脱ハロゲン化化合物の製造方法に関する。炭素原子上にハロゲン原子を有する有機化合物を溶媒中、下記式(1)M1XmLn(1)(式中、M1は第VIII族金属を示し、Xはハロゲン原子を示し、Lは中性配位子を示し、mは1〜2の整数を示し、nは2〜3の整数を示し、かつ、mとnとの和は4である。)で表される第VIII族金属錯体の存在下に、式(2−1)M2BHpR1q(2−1)または式(2−2)M3(BHpR1q)2(2−2)(式中、M2はアルカリ金属原子を示し、M3はアルカリ土類金属原子または亜鉛原子を示し、R1は水素原子、シアノ基、炭素数2〜13のアシルオキシ基または炭素数1〜6のアルコキシ基を示し、pは1〜4の整数を示し、qは0〜3の整数を示し、かつ、pとqとの和は4である。)で表される化合物で処理することを特徴とするヒドロ脱ハロゲン化方法。 | ||||||
权利要求 | 炭素原子上にハロゲン原子を有する有機化合物を溶媒中、下記式(1) で表される第VIII族金属錯体の存在下に、式(2−1) で表される化合物で処理することを特徴とするヒドロ脱ハロゲン化方法。 M 1が、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、白金、コバルトまたはニッケルである請求項1記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 M 1が、ロジウムである請求項1記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 Xが塩素原子である請求項1記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 Lが下記式(3) で表される化合物である、請求項1記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 式(1)で表わされる化合物が、RhCl(PPh 3 ) 3である請求項1に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 M 2が、ナトリウム原子である請求項1〜6のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 式(2−1)で表される化合物が、水素化ホウ素ナトリウムである請求項1〜6のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 溶媒が、炭化水素系溶媒、ハロゲン化炭化水素系溶媒、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、アミド系溶媒、水、スルホキシド系溶媒、ニトリル、酢酸エステル系溶媒、およびケトン系溶媒からなる群から選ばれる単独または2以上の混合溶媒である請求項1〜8のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 溶媒が、アミド系溶媒である請求項1〜8のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 溶媒が、N−メチル−2−ピロリドンまたはジメチルアセトアミドである請求項1〜8のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 炭素原子上にハロゲン原子を有する有機化合物が、芳香族ハロゲン化合物または脂肪族ハロゲン化合物である請求項1〜11のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 炭素原子上のハロゲン原子が、塩素原子および/またはフッ素原子である請求項1〜11のいずれか1項に記載のヒドロ脱ハロゲン化方法。 炭素原子上にハロゲン原子を有する有機化合物を溶媒中、下記式(1) で表される第VIII族金属錯体の存在下に、式(2−1) で表される化合物で処理することを特徴とする脱ハロゲン化化合物の製造方法。 脱ハロゲン化化合物が、芳香族化合物または脂肪族化合物である請求項14に記載の製造方法。 |
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说明书全文 | 本発明は、有機化合物の炭素原子上のハロゲン原子を、水素原子で置換して脱離させるヒドロ脱ハロゲン化方法、及び脱ハロゲン化化合物の製造方法に関する。 塩素等のハロゲン原子を含む有機ハロゲン化合物は、PCBやダイオキシン類のように生体に有害なものが多い。 これらは自然界では安定で分解され難いため、一度環境中に放出されると蓄積されて環境を汚染していく。 このような有害な有機ハロゲン化合物も化合物中のハロゲンを除去する(脱ハロゲン化する)ことにより無害化・低毒化することができる。 この様な処理手段としては、化学抽出分解技術、金属ナトリウムによる分解および超臨界水酸化技術等があり、この他無害化・無毒化のために焼却処理技術がある。 しかしながら、これらの技術は比較的過酷な反応条件を必要とするため、設備や装置にコストがかかるとの欠点があった。 一方、有機化学の分野においては、有機ハロゲン化合物の脱ハロゲン化は広く用いられている反応であり、多くの脱ハロゲン化法や脱ハロゲン化試薬が開発されてきた。 しかしながら、芳香族塩素化合物やフッ素化合物に関しては、簡便な方法はなかった。 芳香族塩素化合物のヒドロ脱塩素化については、近年、PdCl 2存在下におけるEt 3 SiHとの反応(非特許文献1参照)、RhCl(PPh 3 ) 3 (Wilkinson錯体)存在下におけるEt 3 SiHとの反応(非特許文献2参照)およびFeCl 3存在下におけるグリニャール試薬類との反応(非特許文献3参照)等の方法が報告されている。 しかしながら、これらの方法で使用される試剤、例えばEt 3 SiHは反応性が高いものの沸点が107−108℃であるため、生成物の沸点がその温度に近い場合には生成物との分離が困難となり、かつ、試薬自体が高価であること、またグリニャール試薬は禁水試薬で取り扱いが簡便ではないといったように、工業的な観点からは満足のいく方法ではなかった。 また、芳香族フッ素化合物のヒドロ脱フッ素化については、CpTiCl 3存在下におけるグリニャール試薬類との反応(特許文献1参照)が報告されているものの、前述したように禁水試薬であるグリニャール試薬が使用されており、これも工業的な観点からは満足のいく方法ではなかった。 R. Boukherroub et al. ,Organometallics,15,1508,1996 Miguel A. Esteruelas et al. , Organometallics,18,1110,1999 H. Guo et al. ,Chemistry Letter,33,10,1356,2004 本発明は、工業的な観点からスケールアップが容易な試薬類を用いて、簡便かつ効率的に、有機ハロゲン化合物のハロゲン原子を水素原子で置換して除去する、ヒドロ脱ハロゲン化方法を提供することを目的とする。 本発明者は鋭意研究した結果、有機ハロゲン化合物のヒドロ脱ハロゲン化反応において、有機ハロゲン化合物を、触媒量の第VIII族金属錯体及び水素源の存在下で処理することにより、脱ハロゲン化化合物が高収率にて得られること、しかもこの水素源として安価で取り扱いの簡便な還元試薬が使用できることを見出し、本発明を完成するに至った。 すなわち、本発明は、炭素原子上にハロゲン原子を有する有機化合物を溶媒中、下記式(1) (式中、M 1は第VIII族金属を示し、Xはハロゲン原子を示し、Lは中性配位子を示し、mは1〜2の整数を示し、nは2〜3の整数を示し、かつ、mとnとの和は4である。) または式(2−2) (式中、M 2はアルカリ金属原子を示し、M 3はアルカリ土類金属原子または亜鉛原子を示し、R 1は水素原子、シアノ基、炭素数2〜13のアシルオキシ基または炭素数1〜6のアルコキシ基を示し、pは1〜4の整数を示し、qは0〜3の整数を示し、かつ、pとqとの和は4である。) また、本発明は、炭素原子上にハロゲン原子を有する有機化合物を溶媒中、下記式(1) (式中、M 1は第VIII族金属を示し、Xはハロゲン原子を示し、Lは中性配位子を示し、mは1〜2の整数を示し、nは2〜3の整数を示し、かつ、mとnとの和は4である。) または式(2−2) (式中、M 2はアルカリ金属原子を示し、M 3はアルカリ土類金属原子または亜鉛原子を示し、R 1は水素原子、シアノ基、炭素数2〜13のアシルオキシ基または炭素数1〜6のアルコキシ基を示し、pは1〜4の整数を示し、qは0〜3の整数を示し、かつ、pとqとの和は4である。) 本発明のヒドロ脱ハロゲン化方法は、金属水素化ホウ素化合物を水素源としているため、コスト面および操作面の観点から従来法では困難であった工業的利用が可能となった。 また、本発明によれば、比較的緩和な条件において、環境ホルモン等として有害でかつ分解が困難な芳香族ハロゲン化物等の有機ハロゲン化物のヒドロ脱ハロゲン化を完結できるという優れた効果ももたらされる。 本発明の方法で使用する第VIII族金属錯体は、下記式(1) で表わされる化合物(以下「化合物(1)」という。)である。 Xで表されるハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等を挙げることができる。 Lは、中性配位子を意味する。 中性配位子としては、金属の反応性を調節する機能を果たすことができれば特に限定はなく、中性配位子の具体例としては、例えば、ホスフィン、トリアルキルアミン、ニトリル、イソニトリル、ジエン、アレーン、カルボニル、カルベン、アルケン、アルキン、シクロブタジエン、シクロヘプタトリエンエーテル、オレフィン、チオエーテル等を挙げることができ、さらには反応基質自体が配位子として機能するものと考えられる。 これらのうちでは、ホスフィン(PR 2 R 3 R 4 )を配位子として好適に用いることができる。 ここで、R 2 、R 3及びR 4は、脂肪族(炭化水素)基または芳香族(炭化水素)基を意味するが、これらは各々同一でも異なっていてもよい。 芳香族基としては、例えばフェニル基、ナフチル基等の炭素数6〜14の芳香族炭化水素基、フェノキシ基等の炭素数6〜14の芳香族炭化水素オキシ基を挙げることができ、これらには通常考えられる官能基が1個以上置換していてもよい。 脂肪族基としては炭素数1〜30のアルキル基または炭素数1〜30のアルコキシ基を挙げることができ、直鎖状、分枝鎖状あるいは環状であってもいずれでもよい。 例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基等を挙げることができる。 このようなホスフィン配位子としては、例えば、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン、ジフェニルメチルホスフィン、2−ジ−tert−ブチルホスフィノ−1,1'−ビナフチル、2−(ジ−tert−ブチルホスフィノ)ビフェニル、2−ジ−tert−ブチルホスフィノ−2'−(N,N−ジメチルアミノ)ビフェニル、2−ジ−tert−ブチルホスフィノ−2'−メチルビフェニル、2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)ビフェニル、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2',6'−ジメトキシ−1,1'−ビフェニル、2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)−2'−(N,N−ジメチル アミノ)ビフェニル、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2'−メチルビフェニル、2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)−2',4',6'−トリ−イソプロピル−1,1'−ビフェニル等の三級ホスフィン等を挙げることができる。 化合物(1)としては、RhCl(PPh 3 ) 3 (Wilkinson錯体)、RuCl 2 (PPh 3 ) 2 、NiCl 2 (PPh 3 ) 2 、PdCl 2 (PPh 3 ) 2 、CoCl 2 (PPh 3 ) 2 、CoCl(PPh 3 ) 3等を挙げることができる。 このうち、RhCl(PPh 3 ) 3 (Wilkinson錯体)を用いるのが特に好ましい。 本発明において、第VIII族金属錯体(1)は、有機ハロゲン化合物に対して、0.03〜1モル当量の範囲で使用することが好ましく、より好ましくは0.05〜0.5モル当量の範囲である。 第VIII族金属錯体(1)は、市販されているものを用いてもよいし、相当する第VIII族金属塩と中性配位子より合成してもよい。 本発明の方法で使用する水素源(還元剤)は、M 2 BH p R 1 q (2−1)またはM 3 (BH p R 1 q ) 2 (2−2)で表わされる化合物(以下、化合物(2−1)または化合物(2−2)という。)である。 R 1は、水素原子、シアノ基、炭素数1〜6のアルコキシ基または炭素数2〜13のアシルオキシ基を意味する。 炭素数1〜6のアルコキシ基としては、炭素数1〜6の直鎖または分岐鎖のアルコキシ基、炭素数3〜6の環状アルキルオキシ基を挙げることができ、例えばメトキシ基、エトキシ基、シクロペンチルオキシ基等を挙げることができる。 pは1〜4の整数を意味し、qは0〜3の整数を意味し、かつ、pとqとの和は4である。 化合物(2−1)または化合物(2−2)としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素亜鉛、水素化ホウ素カルシウム、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルコキシホウ素ナトリウム等を挙げることができる。 このうち、水素化ホウ素ナトリウムを用いることが特に好ましい。 化合物(2−1)または(2−2)は、有機ハロゲン化合物に対して、1.0〜10.0モル当量の範囲で使用することが好ましく、1.1〜3.0モル当量の範囲で使用することがより好ましい。 本発明の方法で使用する反応溶媒は、各種反応を阻害しないものであればいずれの溶媒を使用することができる。 これらのうちで炭化水素系としては、脂肪族、芳香族いずれでもよく、n−ヘキサン、n−ペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等を挙げることができる。 アルコール系としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール(IPA)、n−ブタノール、t−ブタノールを挙げることができる。 エーテル系としては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル(IPE)、メチルt−ブチルエーテル(MTBE)、テトラヒドロフラン(THF)、シクロペンチルメチルエーテル、ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン等を挙げることができる。 アミド系としてはジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等を挙げることができる。 環状ウレア系としては、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(DMPU)を挙げることができる。 ハロゲン化炭化水素系としては、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン(EDC)等を挙げることができる。 この他に、水、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン、アセトニトリル、酢酸エステル類、アセトン等を挙げることができる。 これらの溶媒は単独でもよいが複数種を組み合わせてもよい。 これら溶媒のうち、ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等のアミド系、メタノール、エタノール、イソプロパノール(IPA)のアルコール系、ジメチルスルホキシド、酢酸エチルおよびテトラヒドロフラン(THF)が好ましく、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等のアミド系、イソプロパノール等のアルコール系がより好ましく、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等のアミド系が特に好ましい。 溶媒の使用量は、全量で第VIII族金属錯体(1)に対して、1〜20(v/w)の範囲であればよく、3〜10(v/w)の範囲であることがより好ましい。 反応温度としては、0℃〜溶媒の沸点の温度範囲にて行うことができるが、50〜80℃の温度範囲で行うことが特に好ましい。 本発明の方法によれば、有機ハロゲン化合物がヒドロ脱ハロゲン化される。 すなわち、有機ハロゲン化合物のハロゲン原子が水素原子に置換され脱離するのである。 脱離にかかるハロゲン原子は、炭素原子上のハロゲン原子であり、芳香族化合物あるいは脂肪族化合物を構成する炭素原子に置換しているハロゲン原子である。 したがって、本発明の方法が適用できる化合物は芳香族ハロゲン化合物または脂肪族ハロゲン化合物である。 「単環式芳香環化合物」としては、ベンゼン、そして、5員または6員の芳香族複素環化合物を挙げることができる。 「5員または6員の複素環化合物」としては、フラン、チオフェン、ピロール、ピラン、チオピラン、ピリジン、チアゾール、イミダゾール、ピリミジン、1,3,5−トリアジン等を挙げることができる。 「多環式芳香環化合物」としては、多環式芳香族炭化水素化合物、多環式複素芳香環化合物を挙げることができる。 「多環式芳香族炭化水素化合物」としては、ビフェニル、トリフェニル、ナフタレン、インデン、アントラセン、フェナントレン等を挙げることができる。 「多環式複素芳香環化合物」としては、インドール、キノリン、プリン等を挙げることができる。 芳香族ハロゲン化合物は、上記「芳香族化合物」のうち置換可能な位置にハロゲン原子が1個以上導入されており、好ましくは1個〜4個導入される。 ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、フッ素原子および塩素原子が好ましい。 また、複数のハロゲン原子が導入されている場合には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が組み合わされて導入されていてもよい。 更に、通常知られている官能基が1個以上導入されていてもよい。 本発明において、芳香族ハロゲン化合物としては、芳香族フッ素化合物および芳香族塩素化合物を好ましく挙げることができ、具体的には、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、1−フルオロナフタレン、2−フルオロナフタレン、2−フルオロピリジン、3−フルオロピリジン、6−フルオロキノリン、7−フルオロキノリン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、テトラクロロベンゼン、1−クロロナフタレン、2−クロロナフタレン、2−クロロピリジン、3−クロロピリジン、6−クロロキノリン、7−クロロキノリン等を挙げることができる。 上記のハロゲノベンゼン化合物からベンゼンを取得することができ、同様にしてハロゲノナフタレン化合物、ハロゲノピリジン化合物、ハロゲノキノリン化合物から、ナフタレン、ピリジン、キノリンを得ることができる。 また、脂肪族炭化水素ハロゲン化合物の「脂肪族炭化水素化合物」とは、鎖式炭化水素化合物、脂環式炭化水素化合物等を挙げることができる。 ここで、「鎖式炭化水素」としては、C 1 〜C 20アルカン、C 2 〜C 20アルケン、C 2 〜C 20アルキンを挙げることができる。 「C 1 〜C 20アルカン」は、C 1 〜C 20アルカンであることが好ましく、C 1 〜C 6アルカンであることが更に好ましい。 アルカンの例としては、特に制限するわけではないが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等を挙げることができる。 「C 2 〜C 20アルケン」は、C 2 〜C 20アルケンであることが好ましく、C 2 〜C 6アルケンであることが更に好ましい。 アルケンの例としては、特に制限するわけではないが、エテン、プロペン、ブテン等を挙げることができる。 「C 2 〜C 20アルキン」は、C 2 〜C 20アルキンであることが好ましく、C 2 〜C 6アルキンであることが更に好ましい。 アルキンの例としては、特に制限するわけではないが、アセチレン、プロピン、ブチン等を挙げることができる。 これらは直鎖状であっても、分枝鎖状でもあってもよい。 「脂環式炭化水素」としては、C 3 〜C 20シクロアルカン、C 3 〜C 20シクロアルケン等を挙げることができる。 「C 3 〜C 20シクロアルカン」は、C 3 〜C 10シクロアルカンであることが好ましい。 シクロアルカンの例としては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等を挙げることができる。 「C 3 〜C 20シクロアルケン」は、C 3 〜C 10シクロアルケンであることが好ましい。 シクロアルケンの例としては、特に制限するわけではないが、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン等を挙げることができる。 脂肪族炭化水素ハロゲン化合物は、上記「脂肪族炭化水素化合物」のうち置換可能な位置にハロゲン原子が1個以上導入されており、好ましくは1個〜4個導入される。 ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、フッ素原子および塩素原子が好ましい。 また、複数のハロゲン原子が導入されている場合には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が組み合わされて導入されていてもよい。 更に、通常考えられる官能基が1個以上導入されていてもよい。 本発明において、脂肪族炭化水素ハロゲン化合物としては、脂肪族炭化水素フッ素化合物、脂肪族炭化水素塩素化合物および脂肪族炭化水素塩素フッ素化合物を好ましく挙げることができ、具体的には、1−クロロ−2−フルオロシクロプロパンカルボン酸誘導体および2−クロロ−2−フルオロシクロプロパンカルボン酸誘導体等を好適に挙げることができ、本発明の方法によってシクロプロパンカルボン酸化合物を取得することができる。 以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 実施例1 クロロベンゼンのヒドロ脱クロロ化 実施例2−9 クロロベンゼンのヒドロ脱クロロ化 実施例10−15 クロロベンゼンのヒドロ脱クロロ化 実施例16 1,2−ジクロロベンゼンのヒドロ脱クロロ化 実施例17 フルオロベンゼンのヒドロ脱フッ素化 実施例18 1−フルオロナフタレンのヒドロ脱フッ素化 実施例19 1−クロロ−2−フルオロシクロプロパンカルボン酸tert−ブチルエステルのヒドロ脱ハロゲン化 実施例20 1−クロロ−1−フルオロシクロプロパンカルボン酸tert−ブチルエステルのヒドロ脱ハロゲン化 |