(57)【要約】【課題】ジアリールアルキンを酸化してベンジル化合物を製造する方法として、酸素以外の酸化剤を必要とせず、反応後の触媒の分離を容易にし再利用を可能にすることができる製造方法を提供する。【解決手段】パラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒を用いて、ジメチルスルホキシド中で、酸素存在下でジアリールアルキンを酸化することによるベンジル化合物の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒を用いて、ジメチルスルホキシド中で、酸素存在下でジアリールアルキンを酸化することによるベンジル化合物の製造方法。
【請求項２】
酸化剤として酸素のみの存在下で前記の酸化を行う、請求項１に係るベンジル化合物の製造方法。
【請求項３】
パラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒１ｇ当たりのパラジウム成分あるいは白金成分の担持量が、パラジウム元素に換算して1.0μmol〜5mmolである、請求項１または２に係るベンジル化合物の製造方法。
【請求項４】
前記のジアリールアルキンが下記一般式（Ｉ）：
Ar1-C≡C-Ar2                              （Ｉ）
（式中、Ar1およびAr2はおのおの独立に置換または置換のアリール基を表す。）
で表される化合物であり、前記のベンジル化合物が下記一般式（ＩＩ）：
Ar1-CO−CO-Ar2                            （ＩＩ）
（式中、Ar1およびAr2は式（Ｉ）に関し定義の通りである。）
で表される化合物である請求項１〜３のいずれか１項に係るベンジル化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジアリールアルキンの酸化によるベンジル化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
1，２−ジケトンは、イミダゾールやキノキサリン、ピラジン、トリアジン等、様々な化合物の有用な前駆体である。特にベンジル誘導体は、軟鋼の酸腐食防止剤、光増感剤あるいは天然物にみられる重要な骨格である。ベンジル誘導体は、（１）ベンゾインあるいはヒドロベンゾインの酸化、（２）１，２−ジオールの酸化、（３）エポキサイドの酸化等の方法により合成される。しかしながらこれらの手法では、高価で毒性の高い試薬が使用されるため、コスト及び環境面で問題となる。
【０００３】
一方、ジアリールアルキンを基質としたベンジル誘導体合成法には、Co(OAc)2/Mn(OAc)2/NaBr、ZnCr2O7・7H2O、SO3-ジオキサン錯体、H5IO6、MeReO3/H2O2などを酸化剤とした手法が知られているが、これらの方法はいずれも毒性が高い、反応条件が厳しい、反応時間が長い、収率が低い等の問題を有している。比較的環境に優しい手法としてＮ−ブロモスクシンイミドあるいは塩化パラジウムの存在下に、ジメチルスルホキシドを酸化剤とした反応が開発されている。（非特許文献１、２）また、同じくジメチルスルホキシドを酸化剤として利用した反応として、マイクロウェーブ中にて臭化鉄（III）の存在下での１，２−ジアリールケトンの合成が報告されている（非特許文献３）。この手法は様々なジアリールケトンに適用可能であるが、特殊な装置が必要で、反応温度が高温である等の問題があり、さらに、均一系の鉄触媒が使用されているため、触媒の分離・回収が困難であるという欠点を抱えている。
【０００４】
この欠点を補うべく不均一系触媒を利用したジアリールアルキンの酸化反応が検討されており、エポキシドを含むポリスチレン系ポリマーにルテニウムを固定化した触媒（非特許文献４）、パラジウム炭素触媒（非特許文献５）を使用した例が報告されている。しかしながら、前者ではルテニウム触媒以外に基質と等量以上の添加物が必要であり、また、後者ではパラジウム炭素触媒に加え、均一系の銅塩も使用しているため、依然、製造工程が複雑になるという問題を抱えている。
【０００５】
そこで、生成物との分離の容易な固体触媒を用い、かつ、添加物を必要としない、ベンジル化合物の合成方法の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Wolfe, W. R. Pilgrim, T. F. Garrard, P. Chamberlain, Can. J. Chem. 1971, 49, 1099.
【非特許文献２】M. S. Yubusov, V. D. Filimonov, Synth. Commun. 1994, 24, 2119.
【非特許文献３】A. Giraud, O. Provot, J.-F. Peyrat, M. Alami, J.-D. Brion, Tetrahedron, 2006, 62, 7667.
【非特許文献４】S. Kobayashi et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9251
【非特許文献５】M. S. Yusubov et al., Bull. Kor. Chem. Soc. 1995, 16, 86
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、生成物との分離の容易な固体触媒である貴金属炭素触媒を用い、かつ酸化剤として分子状酸素のみを使用したジアリールアルキンの酸化によりベンジル化合物の合成法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ジアリールアルキンの酸化反応について鋭意検討した結果、炭素粒子にパラジウムあるいは白金を固定した貴金属炭素触媒を用いると、反応系に分子状酸素以外の添加物を存在させることなく、ベンジル化合物が良好な収率で得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、パラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒を用いて、ジメチルスルホキシド中で、酸素存在下でジアリールアルキンを酸化することによるベンジル化合物の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、反応系中に触媒以外の添加物がなく、触媒も不均一系の触媒であることから、生成物と触媒を容易に分離することができるので、反応工程、装置等を簡略化することができる。また、本発明で用いるパラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒は、反応後に分離し回収した後の触媒活性の低下は僅かであり、繰り返しの再使用が可能であるため、生産コストを低減することができる。
また、本発明の製造方法では分子状酸素以外の他の酸化剤として働く物質を加える必要がない。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
＜パラジウム炭素触媒および白金炭素触媒＞
本発明で用いるパラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒は、炭素粒子からなる担体と、該担体に固定されたパラジウム成分あるいは白金成分を有するものである。
【００１２】
−担体−
担体として用いられる炭素粒子は、好ましくは活性炭からなるものである。
【００１３】
担体の比表面積は、1000 m2/g以上が好ましく、1,000〜2,000 m2/gが更に好ましく、1100〜1500 m2/gであるのが特に好ましい。かかる比表面積を有する活性炭が最も好ましい。比表面積はＢＥＴ法で測定した値である。
【００１４】
また、炭素粒子担体の粒径については特に限定されないが、メジアン径が0.5〜500μmの範囲であることが好ましく、5〜500μmが特に好ましい。メジアン径はレーザー散乱法により測定した値である。
【００１５】
−パラジウムあるいは白金の固定−
炭素担体へのパラジウム成分あるいは白金成分の固定は、該炭素担体にパラジウムあるいは白金を含む溶液を接触させることにより行うことができる。
【００１６】
具体的には、本発明で用いるパラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒は、例えば、パラジウム化合物あるいは白金化合物を溶媒に溶解し、当該溶液中に炭素担体を投入し、パラジウム化合物あるいは白金化合物を炭素担体に吸着または含浸させることにより行う。
【００１７】
こうして、通常、パラジウム成分あるいは白金成分が炭素担体に固定されたパラジウム触媒あるいは白金炭素触媒が得られる。
【００１８】
触媒調製において、パラジウム化合物あるいは白金化合物とそれを溶解する溶媒とは、用いるパラジウム化合物あるいは白金化合物が溶媒に十分に溶解するように選択する。即ち、水溶性のパラジウム化合物あるいは水溶性の白金化合物には溶媒として水を選択することが好ましく、非水溶性で有機溶媒に可溶なパラジウム化合物あるいは白金化合物の場合には、エタノール、アセトン、クロロホルム等の有機溶媒であって該パラジウム化合物あるいは白金化合物を溶解するものが好適である。
【００１９】
具体的には、パラジウム化合物としては、例えば、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム塩化物、テトラアンミンパラジウム臭化物、テトラアンミンパラジウム硝酸塩、テトラアンミンパラジウム硫酸塩、塩化パラジウム酸等の水溶性化合物；ビス（２，４−ペンタンジオナト）パラジウム、ジクロロ（１，５−シクロオクタジエン）パラジウム、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、トリス（ジベンジリデンアセトン）二パラジウム等の有機溶媒に可溶な錯体が使用できる。中でも、硝酸パラジウム、塩化パラジウム酸、ジクロロ（１，５−シクロオクタジエン）パラジウムが好ましい。
【００２０】
また、白金化合物としては、例えば、ヘキサクロロ白金酸、ヘキサクロロ白金酸カリウム、ヘキサクロロ白金酸アンモニウム、テトラクロロ白金酸、テトラクロロ白金酸カリウム、テトラクロロ白金酸ナトリウム、テトラアンミン白金塩化物、テトラアンミン白金硫酸塩、ジクロロジアンミン白金、ジニトロジアンミン白金等の水溶性化合物；ビス（アセチルアセトナト）白金、ジクロロ（１，５−シクロオクタジエン）白金、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）白金、テトラキス（トリフェニルホスフィン）白金、ビス（ジベンジリデンアセトン）白金等の有機溶媒に可溶な錯体が使用できる。中でも、ヘキサクロロ白金酸、ジクロロ（１，５−シクロオクタジエン）白金が好ましい。
【００２１】
パラジウム化合物あるいは白金化合物を吸着または含浸などの方法で担体に担持した触媒は、必要に応じて還元処理を実施してもよい。湿式で還元する場合には、メタノール、ホルムアルデヒド、蟻酸などの還元剤を用いることができる。乾式で還元する場合にはガス状水素を用いることができるが、水素ガスを窒素等の不活性ガスで希釈して使用することも可能である。
【００２２】
前記炭素担体１ｇ当たりのパラジウム成分あるいは白金成分の担持量は、特に制限されないが、パラジウム元素に換算して、通常、1.0μmol〜5mmol、好ましくは10μmol〜3mmol、特に好ましくは100μmol〜2mmolである。
【００２３】
なお、本発明の方法に使用される際に担体に担持された白金成分またはパラジウム成分の存在状態は特に限定されない。例えば、元素状態でもよいし少なくとも一部が酸化された状態にあってもよい。通常、白金金属またはパラジウム金属の金属状態や酸化白金(II)または酸化パラジウム(II)の酸化状態にあると考えられる。
【００２４】
＜ジアリールアルキンの酸化によるベンジル化合物の製造方法＞
パラジウム炭素触媒あるいは白金炭素触媒を用いて、ジメチルスルホキシド中で、酸素存在下でジアリールアルキンを酸化することによるベンジル化合物を製造することができる。
【００２５】
−基質のジアリールアルキン−
本発明で反応の基質となるジアリールアルキンは、代表的には、下記一般式（Ｉ）：
Ar1-C≡C-Ar2                                          （Ｉ）
〔式中、Ar1およびAr2は、独立に、置換若しくは非置換のアリール基である。〕
で表される有機化合物であり、この場合、生成物であるベンジル化合物として、一般式（ＩＩ）：
Ar1-CO−CO-Ar2                                        （ＩＩ）
（式中、Ar1およびAr2はおのおの独立に置換または非置換のアリール基を表す。）
で表される化合物が得られる。
【００２６】
式（Ｉ）中、Ar1およびAr2で表される非置換のアリール基としては、例えば、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、インデニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基等が挙げられ、これは１つまたは二つ以上の置換基で置換されていてもよい。置換基としては、Ｃ１−Ｃ２０アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ドデカニル基等）、Ｃ１−Ｃ２０アルコキシ基（例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ基等）、−ＣＯＯ（Ｃ１−Ｃ２０アルキル）基（例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル基等）、−ＣＯＯ−アリール基（例えば、フェノキシカルボニル、ベンジルオキシカルボニル基）、−ＣＯＣＨ３基、−ＣＮ基、−ＮＯ２基、ハロゲン原子などから選ばれる一種または２種以上が挙げられる。
【００２７】
Ar1およびAr2は、好ましくは、置換若しくは非置換のフェニル基であり、特に好ましくは、非置換のフェニル基、および上で例示した少なくとも１種の置換基を１つまたは２つ以上有するフェニル基である。
【００２８】
本発明の方法において、触媒は、ジアリールアルキンに対して、パラジウム元素あるいは白金元素として、通常、0.01〜20モル％の間で用いられ、好ましくは0.1〜10モル％、より好ましくは0.5〜5モル％の範囲で用いられる。
【００２９】
−ジメチルスルホキシド中で−
本発明の酸化反応はジメチルスルホキシド中で行う。本発明の一特徴は反応溶媒としてジメチルスルホキシドを選択した点にある。他の溶媒では反応が進行しないか、十分な進行が得られない。
【００３０】
−酸素の存在下で−
本発明の方法において、酸化反応は空気の存在下で行われる。通常、空気雰囲気中または酸素雰囲気中で行えばよい。その他の酸化剤の使用を排除はしないが、通常使用する必要がない。
【００３１】
反応は、室温から200℃の温度領域で１〜48時間程度で行われる。反応温度は80〜140℃であることが特に好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の記載において、担体の比表面積は、株式会社島津製作所製、比面積自動測定装置「フローソーブＩＩ２３００形（商品名）」を用いてＢＥＴ法により測定された値であり、粒径は、日機装株式会社製、レーザー粒度測定装置「ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ  ＨＲＡ」（商品名）を用いてレーザー散乱法で測定されたメジアン径を意味する。
【００３３】
＜実施例１＞
〔ジフェニルアセチレンの酸化によるベンジルの合成〕 
ジフェニルアセチレン0.5mmolを  大気雰囲気下、ジメチルスルホキシド0.5 mlに溶解させた。この溶液に10質量％パラジウム炭素粉末触媒（担体の比表面積1190m2/g、メジアン径：26μm、炭素粒子担体１ｇ当たりのパラジウムの担持量：パラジウム元素に換算して0.94mmol、エヌ・イー ケムキャット（株）製）をパラジウム元素として50μmol（ジフェニルアセチレンに対して１０モル％）を加え、酸素雰囲気下、120℃で24時間攪拌した。反応後、触媒をろ過分離した後、酢酸エチル（20 mL)及び水(20 mL)を加え、２層に分離したうちの有機層をとり、該有機層を水20 mLで洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、濾過、減圧濃縮した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィ精製（ヘキサン：酢酸エチル＝20：1）して、ベンジルを得た。反応に使用したジフェニルアセチレン対するベンジルの収率は86%であった。
【００３４】
＜実施例２＞
〔１−メチル−４−（２−フェニルエチニル）ベンゼンの酸化による４−メチルベンジルの合成〕
実施例１において、ジフェニルアセチレンの代わりに１−メチル−４−（２−フェニルエチニル）ベンゼンを用いた以外は実施例１と同様にして、４−メチルベンジルを得た。収率は74%であった。
【００３５】
＜実施例３＞
〔１−クロロ−４−（２−フェニルエチニル）ベンゼンの酸化による４−クロロベンジルの合成〕
実施例１において、ジフェニルアセチレンの代わりに１−クロロ−４−（２−フェニルエチニル）ベンゼンを用いた以外は実施例１と同様にして、４−クロロベンジルを得た。収率は76%であった。
【００３６】
＜実施例４＞
〔１−（４−メトキシフェニル）−２−（４−ニトロフェニル）アセチレンの酸化による４−メトキシ−４’−ニトロベンジルの合成〕
実施例１において、ジフェニルアセチレンの代わりに１−（４−メトキシフェニル）−２−（４−ニトロフェニル）アセチレンを用いた以外は実施例１と同様にして、４−メトキシ−４’−ニトロベンジルを得た。収率は62%であった。
【００３７】
＜実施例５＞
〔１−［４−［２−（４−メトキシフェニル）エチニル］フェニル］エタノンの酸化による１−（４−アセチルフェニル）−２−（４−メトキシフェニル）−１，２−エタンジオンの合成〕
実施例１において、ジフェニルアセチレンの代わりに１−［４−［２−（４−メトキシフェニル）エチニル］フェニル］エタノンを用いた以外は実施例１と同様にして、１−（４−アセチルフェニル）−２−（４−メトキシフェニル）−１，２−エタンジオンを得た。収率は74%で
あった。
【００３８】
＜実施例６＞
〔１，２−（４−メトキシフェニル）アセチレンの酸化によるｐ−アニシルの合成〕
実施例１において、ジフェニルアセチレンの代わりに１，２−（４−メトキシフェニル）アセチレンを用いた以外は実施例１と同様にして、ｐ−アニシル（即ち、４，４’−ジメトキシベンジル）を得た。収率は83%であった。
【００３９】
＜実施例７＞
〔ジフェニルアセチレンの酸化によるベンジルの合成）〕
ジフェニルアセチレン0.5mmolを  大気雰囲気下、ジメチルスルホキシド0.5 mlに溶解させた。この溶液に10質量％白金炭素粉末触媒（担体の比表面積1190m2/g、メジアン径：26μm、炭素粒子担体１ｇ当たりの白金の担持量：白金元素に換算して0.51mmol、エヌ・イー ケムキャット（株）製）を白金元素として25μmol（ジフェニルアセチレンに対して５モル％）を加え、酸素雰囲気下、120℃で24時間攪拌した。反応後、触媒をろ過分離した後、酢酸エチル（20 mL)及び水(20 mL)を加え、２層に分離したうちの有機層をとり、水20 mLで洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、濾過、減圧濃縮した。残渣をシリカゲルクロマト精製（ヘキサン：酢酸エチル＝20：1）して、ベンジルを得た。反応に使用したジフェニルアセチレン対するベンジルの収率は79%であった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、軟鋼の酸腐食防止剤、光増感剤等として有用である各種ベンジル化合物またはその中間体の製造に有用である。