(57)【要約】【課題】ボランのハイドロボレーション反応においてボランを簡便に使用できる化合物としてテトラヒドロピランを選択し、ボランの安定性の確保、悪臭の防止、反応性低下などの課題を解決する。【解決手段】ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物のハイドロボレーション反応方法、及び前記ハイドロボレーション反応の後、水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出するハイドロボレーション反応生成物の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いることを特徴とする炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物のハイドロボレーション反応方法。
【請求項２】
テトラヒドロピランにジボランを溶解させて調製したボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる請求項１に記載のハイドロボレーション反応方法。
【請求項３】
炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物が、アルケン化合物、ジエン化合物、アレン化合物またはアルキン化合物である請求項１または２に記載のハイドロボレーション反応方法。
【請求項４】
ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用い、炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物をハイドロボレーション反応に付し、次いで、水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出するハイドロボレーション反応生成物の製造方法。
【請求項５】
炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物が、アルケン化合物、ジエン化合物、アレン化合物またはアルキン化合物である請求項４に記載のハイドロボレーション反応生成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイドロボレーション反応において、テトラヒドロピランとボランからなる組成物またはボランテトラヒドロピラン錯体（以下、両者を一括して、単に「テトラヒドロピランとボランからなる組成物」と言う。）を用いて反応を行う方法に関する。さらに詳しく言えば、テトラヒドロピランとボランからなる組成物を用いる、アルケン化合物、ジエン化合物、アレン化合物またはアルキン化合物等の、炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物のハイドロボレーション反応方法、及びその方法による反応生成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボランによるハイドロボレーション反応は簡便なハイドロボレーション方法として重要な有機合成の手法となっている（Borane Reagent, Academic Press 1988 p153；非特許文献１）。ハイドロボレーション反応を起こすのはボランであるが、ボランは二量体のジボランとして常温でガス状化合物なので、取り扱いが煩雑で、量を正確に計りにくい。そのため液体または固体で使用し易いボランテトラヒドロフラン錯体（Journal of the American Chemical Society, vol.97, p1637 (1970)；非特許文献２）、ボランジメチルスルフィド錯体（Jouranl of Organic Chemistry, vol.39, p3052 (1974)；非特許文献３）などがボランの試薬として通常用いられている。ボランテトラヒドロフランはボランに直接ハイドロボレーションされてしまいホウ酸エステルになり、ハイドロボレーション反応に有効なヒドリドが損失してしまう問題がある。ボランジメチル錯体は反応後遊離するジメチルスルフィドの悪臭の問題とハイドロボレーション反応後の酸化処理によりスルホキシドやスルホンが生成し、反応生成物と分離しにくい問題がある。一方、ボランとテトラヒドロピランの組成物は知られており（Journal of the American Chemical Society, vol81, p3534 (1959) ；非特許文献４）、11Ｂ−ＮＭＲの測定によりその存在が確認されているが（Inorganic Chemistry, vol.3, p1475 (1964)；非特許文献５）、安定性や反応に関する知見はない。
【０００３】
【非特許文献１】Borane Reagent, Academic Press 1988 p153-156
【非特許文献２】Journal of the American Chemical Society, vol.97, p1637 (1970)
【非特許文献３】Jouranl of Organic Chemistry, vol.39, p3052 (1974)
【非特許文献４】Journal of the American Chemical Society, vol.81, p3534 (1959)
【非特許文献５】Inorganic Chemistry, vol.3, p1475 (1964)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ボランのハイドロボレーション反応においてボランを簡便に使用できる化合物としてテトラヒドロピランを選択することにより、ボランの安定性の確保、悪臭の防止、反応性低下などの課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ハイドロボレーション反応にテトラヒドロピランとボランからなる組成物を用いることにより前記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は下記のハイドロボレーション反応方法及び反応生成物の製造方法を提供する。
１．ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いることを特徴とする炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物のハイドロボレーション反応方法。
２．テトラヒドロピランにジボランを溶解させて調製したボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる前記１に記載のハイドロボレーション反応方法。
３．炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物が、アルケン化合物、ジエン化合物、アレン化合物またはアルキン化合物である前記１または２に記載のハイドロボレーション反応方法。
４．ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用い、炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物をハイドロボレーション反応に付し、次いで、水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出するハイドロボレーション反応生成物の製造方法。
５．炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物が、アルケン化合物、ジエン化合物、アレン化合物またはアルキン化合物である前記４に記載のハイドロボレーション反応生成物の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による炭素―炭素不飽和結合へのハイドロボレーション反応において、テトラヒドロピラン−ボランの組成物を用いることにより、反応の当量性が保証され、かつ試薬の反応溶媒と抽出溶媒を同一とすることができるため、反応工程の簡素化、エネルギーコストの低減などが実現できる。また、溶媒として毒性の低いテトラヒドロピランを用いるので、生体への安全性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の具体的内容について詳細に説明する。
まず、本反応方法のハイドロボレーション反応について説明する。
本発明に用いるボランとしては、ジボランガスを用いても良いし、化学的に発生させて使用しても良い。化学的に発生させる場合は水素化ホウ素ナトリウムのような水素化ホウ素化合物とジメチル硫酸や三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体のような酸性化合物を反応させることにより行う。
【０００９】
本ハイドロボレーション反応方法に用いるテトラヒドロピランとボランからなる組成物について説明する。
テトラヒドロピランとボランからなる組成物は通常ボランをテトラヒドロピランに溶解させて調製する。テトラヒドロピランとボランからなる組成物の簡便な調製方法として水素化ホウ素化合物と酸性化合物をテトラヒドロピラン中に溶解あるいは分散させる方法がある。例えば、水素化ホウ素ナトリウム１ｍｏｌとジメチル硫酸１ｍｏｌをテトラヒドロピラン中で混合するか、または水素化ホウ素ナトリウム３ｍｏｌと三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体１ｍｏｌをテトラヒドロピラン中で混合してテトラヒドロピランとボランからなる組成物を調製する。
【００１０】
テトラヒドロピランとボランがテトラヒドロピラン中でどのような組成物を形成しているのかは明らかになってはいないが、ボランがテトラヒドロピラン中に溶解している以外にテトラヒドロピランとボランは錯体を形成しているものと推定される（下記反応式１）。
【化１】
2010030914.tif 000002
【００１１】
本ハイドロボレーション反応法に用いる溶媒について説明する。溶媒としては、ハイドロボレーション反応が進行するものであれば特に制限はないが、１，２−ジメトキシメタン、ジグライム、トリグライム、テトラヒドロフラン、テトラヒロドピラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒が好適に用いられる。混合溶媒も使用することができるが、回収、再利用をする観点から、ボランとの組成物にも使用するテトラヒドロピラン単独で用いることが望ましい。テトラヒドロピランは通常特別の前処理をすることなく使用される。反応基質に対して２〜５０倍質量、好適には５〜３０倍用いられる。また、テトラヒドロピランは蒸留回収後、適宜脱水処理をして再使用することができ、これにより溶媒の使用量を低減することができる。
【００１２】
本ハイドロボレーション反応は、通常窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気下で行われる。
ボランの使用量について説明する。ハイドロボレーションはアルケンやアルキンなどの炭素−炭素不飽和結合にホウ素ヒドリドが付加する反応である。ボランは１分子内に３ｍｏｌ当量のヒドリドをもつので、ハイドロボレーションされる化合物により用いられるボランの当量数が変わる。アルケンの場合二重結合ひとつにつきボランは少なくとも１／３ｍｏｌ量必要である。アルキンの場合三重結合ひとつにつきボランは少なくとも２／３ｍｏｌ量必要である。
【００１３】
反応温度はテトラヒドロピランの融点（−４５℃）〜還流温度の間で行うことができる。０〜８８℃の間が好適である。
【００１４】
本発明は種々の炭素−炭素不飽和結合を有する有機化合物のハイドロボレーション反応に用いることができる。一般的に、ボランによるハイドロボレーションが可能であれば、いずれの化合物にも本発明が適用可能であるが、特に以下に挙げる化合物のハイドロボレーション反応に好適に用いることができる。
【００１５】
［アルケン化合物］
本発明で使用されるアルケンについては特に制限はなく、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、２−ヘキセン、３−ヘキセン、１−オクテン、などの鎖式アルケン化合物、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプテン、１−メチルシクロヘキセンなど環式アルケン化合物、スチレン、アリルベンゼン、１−フェニル−１−プロペン、４−メチルスチレン、スチルベン、１，１−ジフェニル−１−プロペンなどの芳香族置換アルケン化合物などを用いることができる。
【００１６】
［ジエン化合物］
本発明で使用されるジエン化合物については特に制限はなく、１，３−ブタジエン、１，２−ペンタジエン、１，３−ペンタジエン、１，４−オクタジエン、２，４−オクタジエンなどの鎖式ジエン化合物、シクロペンタジエン、１，３−シクロヘキサジエン、シクロヘプタジエンなどの環式ジエン化合物などを用いることができる。
【００１７】
［アレン化合物］
本発明で使用されるアレン化合物については特に制限はなく、アレン、メチルアレン、ブチルアレンなどのアレン化合物などを用いることができる。
【００１８】
［アルキン化合物］
本発明で使用されるアルキン化合物については特に制限はなく、１−ブチン、２−ブチン、１−ヘキシン、３−ヘキシン、１−オクチン、２−オクチンなどの鎖式アルキン化合物、フェニルアセチレン、フェニルメチルアセチレン、１−フェニル−１−ブチンなおＤの芳香族置換アルキン化合物などを用いることができる。
【００１９】
［エンイン化合物］
本発明で使用されるエンイン化合物については特に制限はなく、ビニルアセチレン、１−ペンテン−３−イン、１−ヘキセン−３−イン、１−エチニルシクロヘプテン、２−メチル−１−エチニル−１−シクロヘキセンなどのエンイン化合物を用いることができる。
【００２０】
ハイドロボレーション反応について説明する。ハイドロボレーションは炭素−炭素不飽和結合にホウ素−水素結合が付加する反応であり、ホウ素上に水素があれば段階的に反応は進行し、最終的にトリアルキルボラン化合物となる（下記反応式２）。
【化２】
2010030914.tif 000003
（式中、Ｒは、アルキル基、アリール基または水素原子を表す。）
【００２１】
トリアルキルボランをこのまま使用してもよいが、これから容易に誘導される有用な化合物はアルコールである。トリアルキルボランをアルカリ性で過酸化水素などの酸素酸化剤と反応させると対応するアルコールが生成する（下記反応式３）。
【化３】
2010030914.tif 000004
【００２２】
本発明では、ハイドロボレーション反応に使用した溶媒がテトラヒドロピランの場合、ハイドロボレーション反応後に水を加えることにより、無機物を水層に、生成したアルコール化合物等の生成物をテトラヒドロピラン層に抽出分離することができる。すなわち、テトラヒドロピランが反応溶媒と抽出溶媒を兼ねるので、反応生成物は反応溶媒を濃縮したり、別途抽出溶媒を加えたりすることなしに直接抽出分離することができ、反応工程の簡素化及びエネルギーコストの低減が可能となる。
【実施例】
【００２３】
以下に本発明について代表的な例を示し具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
なお、実施例における各成分の分析はガスクロマトグラフ装置（アジレント製  ６８９０Ｎ）を用い、分析カラムとしてＪ＆Ｗ製ＤＢ−１カラム（長さ３０ｍ、直径０．３２ｍｍ、膜厚１μｍ）を用いた。また、難揮発物質の分析には高速液体クロマトブラフ装置（ＧＣ）（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製，ＬＣ−２０１０ＨＴ）を用い、分析カラムとして関東化学製ＲＰ−１８（ＯＤＳ）フェルドキャップ処理を用いた。
【００２４】
実施例１：ボラン−テトラヒドロピラン組成物の調製
［ボランガスの発生］
容量５００ｍｌのナスフラスコに室温下、撹拌子、水素化ホウ素ナトリウム７．４６ｇ（２００ｍｍｏｌ）、ジグライム２００ｍｌを加えジメチル硫酸２５．２ｇ（２００ｍｍｏｌ）を内温が６０℃以下になるように適加える。水素化ホウ素ナトリウムとジメチル硫酸が反応し、ジボランガスが発生する。
【００２５】
［ボラン−テトラヒドロピラン組成物の調製］
容量２００ｍｌのナスフラスコにガス導入管を付け、テトラヒドロピラン１００ｍｌを加え、塩氷バスで冷却した。この中にジボランガスを導入しボラン−テトラヒドロピラン組成物を調製した。ガスビュレットで活性水素を定量すると０．７３ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液を以下、ＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液と略す。
【００２６】
比較例１：ボラン−テトラヒドロフラン組成物の調製
実施例１と同様の方法でボラン−テトラヒドロフラン溶液を調製した。活性水素は０．９５ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液を以下、ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液と略す。
【００２７】
実施例２：ボラン−テトラヒドロピラン組成物の安定性試験
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液（ＳＤＫ  ＢＨ3−ＴＨＰ）、比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（ＳＤＫ  ＢＨ3−ＴＨＦ）、アルドリッチ製試薬のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（ｒｅａｇｅｎｔ  ＢＨ3−ＴＨＦ）を３０℃で保存した。経日後、各溶液を水で分解しＧＣで分析した（図１）。ボランとＴＨＦが反応して生成するブタノールと残存するＴＨＦとの面積百分率比、ボランとＴＨＰが反応して生成するペンタノールと残存するＴＨＰとの面積百分率比で安定性を評価した（下記反応式４）。
【化４】
2010030914.tif 000005
ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液からは分解物のブタノールが検出され、ＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液からは分解物のペンタノールは検出されなかった。
【００２８】
実施例３：スチレンのハイドロボレーション
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液１０ｍｌにスチレン０．５２ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。３Ｎ−ＮａＯＨ水溶液３ｍｌを加え、内温が２０℃を越えないように３０％過酸化水素水３ｍｌを加えた後３０分撹拌した。テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、生成したアルコールをＧＣで定量した。１−フェニルエタノールと２−フェニルエタノールの生成比は８４．３／１５．７であった。１−フェニルエタノールと２−フェニルエタノールを合わせた収率は９８％であった。
【００２９】
比較例２：ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液によるスチレンのハイドロボレーション
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液８ｍｌにスチレン０．５２ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。３Ｎ−ＮａＯＨ水溶液３ｍｌを加え、内温が２０℃を越えないように３０％過酸化水素水３ｍｌを加えた後３０分撹拌した。亜硫酸ナトリウムで過剰の過酸化水素を分解し、テトラヒドロフランを濃縮した。残渣に酢酸エチルと水を加えた後、分液操作を行い、酢酸エチルに抽出されたアルコールをＧＣで定量した。１−フェニルエタノールと２−フェニルエタノールの生成比は８４．９／１５．１であった。１−フェニルエタノールと２−フェニルエタノールを合わせた収率は９２％であった。
【００３０】
実施例４：in-situによるＢＨ3−ＴＨＰ組成物によるスチレンのハイドロボレーション］
塩氷冷却下、ＴＨＰ１０ｍｌに水素化ホウ素ナトリウム０．１１ｇ（３ｍｍｏｌ）、スチレン０．５２ｇ（５ｍｍｏｌ）を加え、ジメチル硫酸０．３７ｇ（３ｍｍｏｌ）を内温が０℃以下になるように滴下した。１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。３Ｎ−ＮａＯＨ水溶液３ｍｌを加え、内温が２０℃を越えないように３０％過酸化水素水３ｍｌを加えた後３０分撹拌した。テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、生成したアルコールをＧＣで定量した。１−フェニルエタノールと２−フェニルエタノールの生成比は８７．２／１２．８であった。１−フェニルエタノールと２−フェニルエタノールを合わせた収率は８８％であった。
【００３１】
実施例５：１−ヘキセンのハイドロボレーション
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液１０ｍｌに１−ヘキセン０．４２ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。３Ｎ−ＮａＯＨ水溶液３ｍｌを加え、内温が２０℃を越えないように３０％過酸化水素水３ｍｌを加えた後３０分撹拌した。テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、生成したアルコールをＧＣで定量した。１−ヘキサノールと２−ヘキサノールの生成比は９３．２／６．８であった。１−ヘキサノールと２−ヘキサノールを合わせた収率は９６％であった。
【００３２】
比較例３：ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液による１−ヘキセンのハイドロボレーション
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液８ｍｌにスチレン０．５２ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。３Ｎ−ＮａＯＨ水溶液３ｍｌを加え、内温が２０℃を越えないように３０％過酸化水素水３ｍｌを加えた後３０分撹拌した。亜硫酸ナトリウムで過剰の過酸化水素を分解し、テトラヒドロフランを濃縮した。残渣に酢酸エチルと水を加えた後、分液操作を行い、酢酸エチルに抽出されたアルコールをＧＣで定量した。１−ヘキサノールと２−ヘキサノールの生成比は９３．５／６．５であった。１−ヘキサノールと２−ヘキサノールを合わせた収率は９１％であった。
【００３３】
実施例６： in-situによるＢＨ3−ＴＨＰ組成物による１−ヘキセンのハイドロボレーション
塩氷冷却下、ＴＨＰ１０ｍｌに水素化ホウ素ナトリウム０．１１ｇ（３ｍｍｏｌ）、１−ヘキセン０．５２ｇ（５ｍｍｏｌ）を加え、ジメチル硫酸０．３７ｇ（３ｍｍｏｌ）を内温が０℃以下になるように滴下した。１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。３Ｎ−ＮａＯＨ水溶液３ｍｌを加え、内温が２０℃を越えないように３０％過酸化水素水３ｍｌを加えた後３０分撹拌した。テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、生成したアルコールをＧＣで定量した。１−ヘキサノールと２−ヘキサノールの生成比は９４．１／５．９であった。１−ヘキサノールと２−ヘキサノールを合わせた収率は７８％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１で調製したボラン−テトラヒドロピラン組成物（ＳＤＫ  ＢＨ3−ＴＨＰ）、比較例１で調製したボラン−テトラヒドロフラン組成物（ＳＤＫ  ＢＨ3−ＴＨＦ）及び市販のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液試薬（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）の安定性（経日による分解で生成するアルコール量）を示すグラフである。
【図１】
2010030914.tif 000006