(57)【要約】  芳香族化合物の芳香環水素を、位置選択的で直接に高収率で簡便にハロゲン置換することにより、安全性が高くて安価で簡易な工業的大量生産に適したハロゲノ芳香族化合物を製造する方法を、提供する。  本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインと芳香族化合物とを、ルイス酸存在下、混合することにより、前記芳香族化合物の芳香環水素の少なくとも一部をハロゲン置換することを、特徴とするものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインと芳香族化合物とを、ルイス酸存在下、混合することにより、前記芳香族化合物の芳香環水素の少なくとも一部をハロゲン置換することを特徴とするハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項２】
前記Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインが、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジアルキルヒダントイン、Ｎ,Ｎ'-ジブロモ-５,５-ジアルキルヒダントイン、又はＮ,Ｎ'-ジクロロ-５,５-ジアルキルヒダントインであることを特徴とする請求項１に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項３】
前記ルイス酸が、金属ハロゲン化物、半金属ハロゲン化物、有機スルホン酸金属塩、及び有機スルホン酸半金属塩から選ばれる少なくとも何れかであることを特徴とする請求項１に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項４】
前記ルイス酸が、前記金属ハロゲン化物又は前記有機スルホン酸金属塩であってその金属をＡｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ及び／又はＢｉとするものであり、若しくは前記半金属ハロゲン化物又は前記有機スルホン酸半金属塩であってその半金属をＢ及び／又はＳｉとするものであることを特徴とする請求項３に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項５】
前記芳香族化合物が、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、アラルキル基、ヒドロキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、ジアルキルホスフィノ基、ジアルキルホスフィニル基、ジアリールホスフィノ基、及びジアリールホスフィニル基から選ばれる少なくとも何れかの置換基を有し又は無置換であって、ベンゼン誘導体、ビナフチル誘導体、ビフェニル誘導体、又はトリアリールアミン誘導体であることを特徴とする請求項１に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項６】
前記ハロゲノ芳香族化合物が、下記化学式(１)〜(６)
【化１】
2011099232.tif 000014
（各化学式(１)〜(６)中、Ｘは、夫々が同一又は異なりヨウ素原子と臭素原子と塩素原子との何れかのハロゲン原子又は水素原子であって１分子中の少なくとも何れかのＸが前記ハロゲン原子であり、Ｒは、夫々が同一又は異なり炭素数１〜１８のアルキル基であり、Ａｒは、夫々がアリール基である）で示される化合物のうちの何れかであることを特徴とする請求項１に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項７】
前記ハロゲノ芳香族化合物が、前記化学式(２)で示されるものであって、下記化学式(２-１)〜(２-３)
【化２】
2011099232.tif 000015
で示される何れかであることを特徴とする請求項６に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法。
【請求項８】
下記化学式(２-１)〜(２-３)
【化３】
2011099232.tif 000016
で示される何れかであることを特徴とするハロゲノ芳香族化合物。
【請求項９】
Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインとルイス酸とからなり、芳香族化合物の芳香環水素の少なくとも一部をハロゲン置換することを特徴とする芳香族化合物のハロゲン化試薬。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族化合物の芳香環水素をハロゲン原子に置換して、ハロゲノ芳香族化合物を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ハロゲン化物、特に有機ヨウ素化物は、遷移金属を触媒として用いるクロスカップリング反応において、高い反応性を示す優れた前駆体であり、生理活性天然物や医薬有効成分の中間体などの合成における鍵化合物である。有機ヨウ素化物とのカップリング反応として、パラジウム触媒存在下での有機ホウ素化物との鈴木−宮浦カップリングを始めとして、グリニャル(Grignard)試薬との玉尾カップリング、有機亜鉛化合物との根岸カップリング、有機スズ化合物との小杉−右田−スティレカップリングなどの様々な反応が知られている。【０００３】
これら有機ヨウ素化物、特にヨウ素化芳香族化合物を、ヨウ素化剤でヨウ素導入して調製するのは容易でない。例えば不飽和炭化水素化合物に対するヨウ素化剤として汎用されるヨウ素単体やＮ-ヨードスクシンイミドは、芳香族化合物へのヨウ素化の反応性や位置選択性が低かったり、煩雑な複数の反応工程を必要としたり、しかも高価であって工業的なヨウ素化に向かなかったりするなど多くの問題を抱えている。【０００４】
本発明者らは、非特許文献１で、下記化学式〔Ｉ〕に示すように、
【化１】
2011099232.tif 000002
バルエンガ(Barluenga)試薬を用いたビナフチルビス(ジアリールホスフィン)(ＢＩＮＡＰ)ジオキシド誘導体の簡便で完全な位置選択的ヨウ素化試薬を、開示している。ＢＩＮＡＰジオキシドのビナフチル骨格は、その２位に置換されているジアリールホスフィニル基(ＰＯ-Ａｒ２)が電子吸引基である所為で、４,４'位と５,５'位とにヨウ素が導入される可能性があるにも関わらず、このヨウ素化試薬を用いて５,５'位に選択的かつ高収率でヨウ素化された。しかし、このヨウ素化試薬は、毒性が強く環境負荷が高い水銀を用いて調製しなければならず、実用的で工業的な芳香族化合物のヨウ素化に向かないという製造上の問題を抱えていた。【０００５】
また、ＢＩＮＡＰジオキシド誘導体を始めとするビナフチル誘導体やベンゼン誘導体やビフェニル誘導体のような芳香族化合物に選択的に安全なヨウ素化試薬でヨウ素を導入したり、有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子の構成材料として有用だがヨウ素化し難いトリアリールアミン類のような芳香族化合物にヨウ素を導入したりする簡便な方法が、望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Toyoshi Shimada(トヨシ シマダ)ら、ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー(Journal of OrganicChemistry)、2005年、第70巻、p.10178-10181
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、芳香族化合物の芳香環水素を、位置選択的で直接に高収率で簡便にハロゲン置換することにより、安全性が高くて安価で簡易な工業的大量生産に適したハロゲノ芳香族化合物を製造する方法を、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】
前記の目的を達成するためになされた請求の範囲の請求項１に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインと芳香族化合物とを、ルイス酸存在下、混合することにより、前記芳香族化合物の芳香環水素の少なくとも一部をハロゲン置換することを特徴とする。【０００９】
請求項２に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、請求項１に記載されたもので、前記Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインが、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジアルキルヒダントイン、Ｎ,Ｎ'-ジブロモ-５,５-ジアルキルヒダントイン、又はＮ,Ｎ'-ジクロロ-５,５-ジアルキルヒダントインであることを特徴とする。【００１０】
請求項３に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、請求項１に記載されたもので、前記ルイス酸が、金属ハロゲン化物、半金属ハロゲン化物、有機スルホン酸金属塩、及び有機スルホン酸半金属塩から選ばれる少なくとも何れかであることを特徴とする。【００１１】
請求項４に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、請求項３に記載されたもので、前記ルイス酸が、前記金属ハロゲン化物又は前記有機スルホン酸金属塩であってその金属をＡｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ及び／又はＢｉとするものであり、若しくは前記半金属ハロゲン化物又は前記有機スルホン酸半金属塩であってその半金属をＢ及び／又はＳｉとするものであることを特徴とする。【００１２】
請求項５に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、請求項１に記載されたもので、前記芳香族化合物が、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、アラルキル基、ヒドロキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、ジアルキルホスフィノ基、ジアルキルホスフィニル基、ジアリールホスフィノ基、及びジアリールホスフィニル基から選ばれる少なくとも何れかの置換基を有し又は無置換であって、ベンゼン誘導体、ビナフチル誘導体、ビフェニル誘導体、又はトリアリールアミン誘導体であることを特徴とする。【００１３】
請求項６に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、請求項１に記載されたもので、前記ハロゲノ芳香族化合物が、下記化学式(１)〜(６)
【化２】
2011099232.tif 000003
（各化学式(１)〜(６)中、Ｘは、夫々が同一又は異なりヨウ素原子と臭素原子と塩素原子との何れかのハロゲン原子又は水素原子であって１分子中の少なくとも何れかのＸが前記ハロゲン原子であり、Ｒは、夫々が同一又は異なり炭素数１〜１８のアルキル基であり、Ａｒは、夫々がアリール基である）で示される化合物のうちの何れかであることを特徴とする。【００１４】
請求項７に記載のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、請求項６に記載されたもので、前記ハロゲノ芳香族化合物が、前記化学式(２)で示されるものであって、下記化学式(２-１)〜(２-３)
【化３】
2011099232.tif 000004
で示される何れかであることを特徴とする。【００１５】
また同じく請求項８に記載のハロゲノ芳香族化合物は、下記化学式(２-１)〜(２-３)
【化４】
2011099232.tif 000005
で示される何れかであることを特徴とする。【００１６】
また同じく請求項９に記載の芳香族化合物のハロゲン化試薬は、Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインとルイス酸とからなり、芳香族化合物の芳香環水素の少なくとも一部をハロゲン置換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法によれば、置換基を有していてもよい、ベンゼン誘導体、ビフェニル誘導体、ビナフチル誘導体、トリアリールアミン誘導体のような様々な芳香族化合物の芳香環水素を、実験室スケールから工業的スケールに至る広範囲において、簡便なワンポットで、直接にハロゲン置換して、位置選択的かつ高収率で、所望のハロゲノ芳香族化合物を得ることができる。【００１８】
このハロゲノ芳香族化合物の製造方法によれば、生理活性天然物や医薬有効成分の中間体や、不斉触媒の原料成分や、有機エレクトロルミネセンス素子の原料成分などとして有用な様々なハロゲノ芳香族化合物を、得ることができる。しかも、簡便な後処理だけで所望の高品質のハロゲノ芳香族化合物を高純度で得ることができる。【００１９】
このハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、有害な重金属を使用しておらず、安全で、環境負荷が小さく、大量生産しても、環境を汚染せず、しかも安価で済むものである。【００２０】
特にこのハロゲノ芳香族化合物の製造方法で得られるトリアリールアミン誘導体は、有機エレクトロルミネセンス素子の原料成分や機能性を付与する基質となり得る。【００２１】
このハロゲノ芳香族化合物の製造方法のための本発明のハロゲン化試薬は、簡易な構造で１分子中にハロゲン化できる２原子のハロゲンを有しているＮ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインである反応性化合物とルイス酸である反応促進性の触媒とからなるもので、反応性化合物の１分子当たりの反応効率が高く、しかも簡易に調製でき安価で安全なものである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２３】
本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法の好ましい一形態は、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインとルイス酸とからなるハロゲン化試薬、及び芳香族化合物を、溶媒中で混合することにより、この芳香族化合物の芳香環水素の一部を、位置選択的に、ハロゲン置換するというものである。
【００２４】
Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインは、５,５-ジメチルヒダントインを氷冷下、水酸化ナトリウムで処理した後、ＩＣｌと反応させることにより高収率で簡易に得られるものである。このＮ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインは、フェノール類のようなベンゼン誘導体、ビナフチル誘導体、ビフェニル誘導体、芳香族アミン類、電子豊富な環状複素芳香族化合物などの各種芳香族化合物である基質に対するヨウ素化剤として、有用なものである。
【００２５】
ヨウ素化剤として汎用されているＮ-ヨードスクシンイミドは、ヨウ素化すべき基質に対し当量のヨウ素源として作用するものであるが、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインは、基質に対して２当量のヨウ素源として作用して確実に反応するものであるので、その１分子当たりの反応効率が良く、有用で経済的なヨウ素化試薬である。
【００２６】
Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインの例として、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインの例を示したが、炭素数１〜１０程度のアルキル基や、ベンジルのようなアラルキル基が、５位に二置換したＮ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインであってもよい。中でもＮ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジアルキルヒダントイン、Ｎ,Ｎ'-ジブロモ-５,５-ジアルキルヒダントイン、又はＮ,Ｎ'-ジクロロ-５,５-ジアルキルヒダントインが好ましい。特に、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインが好ましい。Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインは、基質の芳香族化合物へ導入すべきハロゲン量１モルに対して、０．５〜１モル量用いられることが好ましい。
【００２７】
そのルイス酸は、電子対を受容するものであり、金属ハロゲン化物、半金属ハロゲン化物、トリフルオロメタンスルホン酸(ＴｆＯＨ)やメタンスルホン酸やｐ−トルエンスルホン酸のような有機スルホン酸の金属塩、これら有機スルホン酸の半金属塩であることが好ましい。金属ハロゲン化物や有機スルホン酸金属塩は、その金属をＡｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉとするものであることが好ましく、半金属ハロゲン化物や有機スルホン酸半金属塩は、その半金属をＢ、Ｓｉとするものであることが好ましい。より具体的には、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、ＦｅＣｌ３、ＺｎＣｌ２、ＺｒＣｌ４、ＮｂＣｌ５、ＢｉＣｌ３のような金属の塩化物、ＢｉＢｒ３のようなそれら金属の臭化物、ＢｉＩ３のようなそれら金属のヨウ化物で例示される金属ハロゲン化物や、ＢＦ３のような半金属ハロゲン化物やそのエーテル錯体、Ａｌ(ＯＴｆ)３、Ｓｃ(ＯＴｆ)３、Ｂｉ(ＯＴｆ)３、Ｉｎ(ＯＴｆ)３のようなトリフルオロメタンスルホン酸金属塩や、トリフルオロメタンスルホン酸ホウ素、ＴｆＯ-Ｓｉ(ＣＨ３)３のようなトリフルオロメタンスルホン酸半金属塩が挙げられる。これらトリフルオロメタンスルホン酸塩に代えて、メタンスルホン酸の金属塩又は半金属塩であってもよく、ｐ−トルエンスルホン酸の金属塩又は半金属塩であってもよい。ルイス酸は、基質の芳香族化合物１モルに対して、１ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％用いられることが好ましい。
【００２８】
その溶媒は、ハロゲン置換を阻害しないものであれば特に限定されないが、ジクロロメタンや１,２-ジクロロエタンやクロロホルムのようなハロゲン系溶媒、アセトンのようなケトン系溶媒、テトラヒドロフランのようなエーテル系溶媒が挙げられる。溶媒は、芳香族化合物の１重量部に対して、例えば１０〜１００重量部、好ましくは３７〜５３重量部用いられる。
【００２９】
基質となるハロゲン化すべき芳香族化合物は、芳香環基を有するものであれば特に限定されないが、アニソールのようなベンゼン誘導体、１,１'-ビナフチルのようなビナフチル誘導体、ビフェニル誘導体、トリフェニルアミン(ＴＰＡ)やＮ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラフェニルベンジジン(ＴＰＢ)やＮ,Ｎ'-ジフェニル-Ｎ,Ｎ'-ジ(ｍ-トリル)ベンジジン(ＴＰＤ)のようなトリアリールアミン誘導体が挙げられる。これらの芳香族化合物は、置換基を有していてもよい。置換基が、電子供与基であるか電子吸引基であるか等の性質に応じ、芳香族化合物中の何処の芳香環水素がハロゲン置換されるかが左右される。
【００３０】
置換基として、炭素数１〜１８の直鎖状、分岐鎖状又は環状のものでアルキル基、アルケニル基、アルコキシル基、アラルキル基、ジアルキルアミノ基、ジアルキルホスフィノ基、ジアルキルホスフィニル基；ヒドロキシ基；フェニルのようなアルール基を有するものでジアリールアミノ基、ジアリールホスフィノ基、ジアリールホスフィニル基が挙げられる。これらの置換基が、さらに前記アルキル基のような置換基で置換されていてもよい。
【００３１】
ハロゲノ芳香族化合物の製造方法について、以下に、より具体的に説明する。
【００３２】
先ず、基質として最も簡素な芳香族化合物の一つであるアニソールのヨウ素化について示す。
【００３３】
アニソールの１モル量と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインの０．５モル量とを、それの活性化剤として金属塩化物のような金属ハロゲン化物であるルイス酸の触媒量存在下で、ジクロロメタン中、１２時間反応させたところ、選択的に４位にヨウ素が導入された４-ヨードアニソールが高収率乃至定量的に得られた。一方、ルイス酸が存在しないと反応が全く進行しない。
【００３４】
次に、芳香族化合物として２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルのヨウ素化について示す。
【００３５】
２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルの１モル量と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインの約１又は２モル量とを、それの活性化剤として適切な金属塩化物のような金属ハロゲン化物やトリフルオロメタンスルホン酸金属塩であるルイス酸の存在下で、ジクロロメタン中、反応させたところ、夫々、選択的に６,６'位にヨウ素が導入された６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルと、３,３',６,６'位にヨウ素が導入された３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルとが主生成物として得られた。一方、ルイス酸が存在しないと反応が全く進行せず、ルイス酸に代えてブレンステッド酸であるトリフルオロメタンスルホン酸が存在しても反応が全く進行しない。このことから、ルイス酸固有の触媒特性によってヨウ素化が進行しているものと推察される。
【００３６】
２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルのメチル基は三臭化ホウ素で容易に脱保護することが可能であり、その脱保護された生成物は、不斉合成反応において非常に重要な前駆体であるビナフトール(ＢＩＮＯＬ)である。このことから、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインにより直接ヨウ素化されたこれらの６,６'-又は３,３',６,６'-ヨウ素化-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルは、ヨウ素化ＢＩＮＯＬの等価体である。
【００３７】
このヨウ素化ＢＩＮＯＬは、不斉触媒の原材料等として知られているが、従来、６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルは、ＢＩＮＯＬから、Ｂｒ２による臭素化、メトシキメチルクロリドによる保護、ｎ-ブチルリチウムによるリチオ化並びにヨウ素によるヨウ素化、及び塩酸による脱保護という多工程を経て合成され、また３,３',６,６'-ヨウ素化-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルは、ＢＩＮＯＬから、Ｂｒ２による臭素化、メトシキメチルクロリドによる保護、ｎ-ブチルリチウムによるリチオ化並びにトリメチルクロロシランによるシリル化、ｓ-ブチルリチウム存在下でＩ２との反応、ＩＣｌとの反応、及びＨＣｌによる脱保護という多工程を経て合成されていた。しかし本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法によれば、１工程でヨウ素化のような直接的なハロゲン化を簡易に行うことができ、工程の簡素化、省力化に資する。
【００３８】
特にヨウ素化した芳香族化合物が、ブロモ化した芳香族化合物よりも、クロスカップリング等の反応への高い反応性を有していることから、様々な合成への応用に有用である。
【００３９】
このハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、不斉炭素の有無に関わり無くハロゲノ芳香族化合物へ誘導することができるものであり、特に何れかの不斉な芳香族化合物からラセミ化することなく不斉なハロゲノ芳香族化合物のみへ誘導することができる。
【００４０】
得られた６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルは、メチル基の脱保護によりヨウ素化ＢＩＮＯＬに誘導され、触媒の配位子となり得る。例えば、その不斉なヨウ素化ＢＩＮＯＬから誘導されたキラルなビスチタニウムルイス酸触媒は、ニトロンとメタクロレインとの不斉１,３-双極子環化付加反応において、ヨウ素化による電子的効果に起因して、未ヨウ素化ＢＩＮＯＬ由来触媒よりも遥かに高い光学収率と位置選択性とを発現する。また、その不斉なヨウ素化ＢＩＮＯＬから誘導されたキラルなジルコニウムルイス酸触媒は、アルデヒドとダニシェフスキー(Danishefsky)ジエンとのヘテロ ディールス−アルダー(Diels-Alder)反応において、高い不斉誘導を発現する。
【００４１】
次に、ＢＩＮＡＰジオキシドのヨウ素化について示す。基質であるＢＩＮＡＰジオキシドの１モル量と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインの約１モル量とを、それの活性化剤であるトリフルオロメタンスルホン酸の３モル量存在下で、ジクロロメタン中、２時間反応させたところ、有害な水銀を用いるBarluenga試薬による場合と同様に、５,５'位のみへ完全に選択的に、ヨウ素が導入された５,５'-ジヨードＢＩＮＡＰジオキシドが、定量的に得られた。しかし高価なトリフルオロメタンスルホン酸を活性化剤として工業的にヨウ素化を行うには経済的に問題があり、しかもブレンステッド酸であるトリフルオロメタンスルホン酸があまりにも強酸過ぎる所為で官能基耐性に欠け、適用できる基質が制限されてしまうことがあるが、ブレンステッド酸以外のルイス酸は、基質の官能基への影響が少なく、適用できる基質が殆ど制限されない。
【００４２】
このような場合に、本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法のように、安価な塩化アルミニウムのようなルイス酸を用いて、位置選択的に高収率でハロゲン化を行うことが可能である。
【００４３】
さらに本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法によれば、含窒素芳香族化合物、例えば有機エレクトロルミネセンス素子の構成材料として汎用されているトリアリールアミン誘導体について、同様にルイス酸を用いて、Ｎ,Ｎ'-ジヨードヒダントインによるヨウ素化を、行うことができる。
【００４４】
有機エレクトロルミネセンス素子は、一般的に、ガラス基板上に透明電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極の順に積層された構造を持つ。トリアリールアミン類は正孔輸送層を構成し、正孔注入を陽極から受け輸送する正孔輸送材料として働く。そのトリアリールアミン類を正孔輸送層として効果的に組み込むために、それらの誘導化による機能性付加が必要とされる。その誘導化の際、トリアリールアミン類がハロゲン化物であれば、正孔輸送層として優れており、さらに種々のカップリング反応の基質として用いて、各種な誘導化により、様々な幅広く効果的なエレクトロルミネセンス機能性を付与することが可能となる。
【実施例】
【００４５】
以下に、本発明を適用するハロゲン化試薬を用いたハロゲノ芳香族化合物の製造方法を実際に行った例について、詳細に説明する。【００４６】
先ず、最も簡素な芳香族化合物の一つであるアニソールについて、ヨウ素化を検討した。【００４７】
（実施例１）
基質であるアニソール(５４.１ｍｇ，０.５ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントイン(９３ｍｇ，０.２５ｍｍｏｌ)と、ジクロロメタン(２ｍＬ)との混合液に、撹拌しながらルイス酸である塩化アルミニウム(３．３ｍｇ，０.０２５ｍｍｏｌ)を加え、さらに室温で１時間攪拌して反応させた。反応混合液に、飽和亜硫酸ナトリウム水溶液を加え、クエンチした。その後、水層をクロロホルムで抽出し、合わせた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後、ろ過、濃縮し、粗生成物を得た。粗生成物を、シリカゲルクロマトグラフィー（展開溶媒；クロロホルム）によって単離精製したところ、白色結晶として４-ヨードアニソールと、無色の液体として２-ヨードアニソールとを、全収率９０％(４-ヨード体：２ヨード体＝９３：７)で得た。【００４８】
その１Ｈ-核磁気共鳴スペクトル法（１Ｈ-ＮＭＲ）の測定結果は、以下の通りであり、夫々の構造式を支持する。
[４-ヨードアニソール]
1H-NMR(400 MHz) (CDCl3/TMS) δ(ppm) 3.78 (s, 3H),6.68 (d, J = 9.2 Hz, 2H), 7.56 (d, J = 9.2 Hz, 2H).
[２-ヨードアニソール]
1H-NMR(400 MHz) (CDCl3/TMS) δ(ppm) 3.87 (s, 3H),6.68-6.73 (m, 1H), 6.81-6.83 (m, 1H), 7.28-7.32 (m, 1H), 7.75-7.78 (m, 1H).【００４９】
（実施例２〜８及び比較例１）
実施例１のアニソールのヨウ素化反応において、ルイス酸として表１に記載のものを用いたことと、ジクロロメタンの量を１．５ｍＬにしたことと、１２時間撹拌して反応したこと以外は、実施例１と同様にして、反応を行い、同定した。その結果を纏めて表１に示す。【００５０】
【表１】
2011099232.tif 000006
【００５１】
表１から明らかな通り、実施例２〜８に示すように、ヨウ素化は、ＢＦ３・Ｅｔ２Ｏ、ＦｅＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＴｉＣｌ４、ＮｂＣｌ５をルイス酸として用いたとき、ほぼ同収率で２,４位の位置選択性も変わらないが、ＺｒＣｌ４やＺｎＣｌ２をルイス酸として用いたとき、収率が低下した。一方、比較例１に示すように、ルイス酸を用いなければ、アニソールをヨウ素化できなかった。【００５２】
アニソールは電子供与基であるメトキシ基を有するため、オルト‐パラ配向性を示し、ルイス酸存在下、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインにより、２位又は４位のヨウ素化が起こり、その４位ヨード体が主生成物であるが、これら二種の位置異性体の混合物としてヨウ素化アニソールが得られた。【００５３】
そこで、最も扱い易く安価で元素戦略的に優れていると考えられるＡｌＣｌ３をルイス触媒として用いて、温度制御による位置選択性の向上について、検討した。【００５４】
（実施例９）
実施例１の反応温度を、室温に代えて０℃としたこと以外は、実施例１と同様にして、ヨウ素化を行った。その結果を、纏めて表２に示す。【００５５】
【表２】
2011099232.tif 000007
【００５６】
表２から明らかな通り、０℃で反応させると、室温で反応させるよりも、収率が低下したが、パラ位選択性、即ち４位ヨード体が、９３％から９７％へ向上した。【００５７】
このように、本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、安価なルイス酸を触媒量用い、環境負荷の少ない下Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインを用いて、位置選択的に収率良くヨウ素化を達成でき、実用的価値が非常に高いものである。【００５８】
次に、同じくルイス酸としてＡｌＣｌ３を用い、更に複雑な構造の芳香族化合物である不斉な２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルについて、ヨウ素化を検討した。【００５９】
（実施例１０〜１４）
２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチル(５０ｍｇ，０．１５９ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインと、ジクロロメタン(２ｍＬ)との混合物に、撹拌しながらルイス酸であるＡｌＣｌ３を加え、さらに撹拌して反応させた。その反応条件は、表３に示す通りである。その反応混合液に、飽和亜硫酸ナトリウム水溶液を加え、クエンチした。その後、水層をクロロホルムで抽出し、合わせた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後、ろ過、濃縮し、粗生成物を得た。その組成生物について、１Ｈ-ＮＭＲで測定し、生成比を定量した結果を、纏めて表３に示す。【００６０】
（比較例２〜３）
実施例１０のルイス酸に代えて、ルイス酸を用いないこと、又はトリフルオロメタンスルホン酸(ＴｆＯＨ)を用いたこと以外は、実施例１０と同様にして、反応を行った。その結果を、纏めて表３に示す。【００６１】
【表３】
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【００６２】
表３から明らかな通り、実施例１０〜１４では、比較的低収率ながら６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルが得られ、僅かに３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルと推察される副生成物が得られたが、ルイス酸を用いない比較例２、及びルイス酸に代えてブレンステッド酸であるトリフルオロメタンスルホン酸を用いた比較例３では、ヨウ素化が全く起こらなかった。【００６３】
次に、種々のルイス酸を用いて、２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルのヨウ素化について、検討した。【００６４】
（実施例１５）
２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチル(２００ｍｇ，０．６３６ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントイン(４８３ｍｇ，１.２７ｍｍｏｌ)と、ジクロロメタン(８ｍＬ)との混合液に、撹拌しながら、ルイス酸としてＳｃ(ＯＴｆ)３(１２.３ｍｇ，０．０６３６ｍｍｏｌ)を加え、さらに室温で１２時間攪拌して反応させた。反応混合液に１０重量％亜硫酸ナトリウム水溶液を加え、クエンチした。その後、水層をクロロホルムで抽出し、合わせた有機層を水と飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後、ろ過・濃縮し、６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルである生成物を、収率９６％で得た。【００６５】
その１Ｈ-ＮＭＲの測定結果は、以下の通りであり、その構造式を支持する。
1H-NMR(270 MHz) (CDCl3/TMS) δ(ppm) 3.76 (s, 6H),6.77 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.42 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.44 (d, J = 8.9 Hz, 2H),7.85 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 8.24 (s, 2H).【００６６】
（実施例１６〜１７）
実施例１５のルイス酸及びその量と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインの量と、反応時間とを、表４に記載の条件にしたこと以外は、実施例１５と同様にして、ヨウ素化を行った。その結果を、纏めて表４に示す。【００６７】
【表４】
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【００６８】
表４から明らかな通り、ルイス酸として、Ｓｃ(ＯＴｆ)３やＩｎ(ＯＴｆ)３を用いた実施例１５〜１６では、極めて高収率で６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルのみが得られたが、Ｂｉ(ＯＴｆ)３を用いた実施例１７では、それと共に、比較的高収率で３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルと、僅かにヘキサヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルと推察される副生成物が得られた。なお、ルイス酸としてＢｉ(ＯＴｆ)３を僅か１ｍｏｌ％という触媒量で反応させると、高収率で６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルのみがほぼ定量的に得られた。【００６９】
次に、ルイス酸としてＳｃ(ＯＴｆ)３を用いて、６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルでの位置選択性の向上について、検討した。【００７０】
（実施例１８〜２６）
実施例１５の基質である２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルとＮ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインとＳｃ(ＯＴｆ)３との量、溶媒、反応温度、及び反応時間を、表５に記載の条件にしたこと以外は、実施例１５と同様にして、ヨウ素化を行った。その結果を、纏めて表５に示す。【００７１】
【表５】
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【００７２】
表５から明らかな通り、比較的高収率で、６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルが得られた。【００７３】
次に、ルイス酸としてＢｉ(ＯＴｆ)３を用いて、３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルでの位置選択性の向上について、検討した。【００７４】
（実施例２７）
２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチル(１０００ｍｇ，３.１８ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントイン(１２１０ｍｇ，３.１８ｍｍｏｌ)と、ジクロロメタン(４０ｍＬ)との混合液を０℃に冷却した後、Ｂｉ(ＯＴｆ)３(１１３．９ｍｇ，０.３１８ｍｍｏｌ)を加え、０℃で１時間攪拌した。その後１時間ごとにＮ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインを１当量ずつ３回加え(計３６３０ｍｇ，９.５４ｍｍｏｌ)、４時間攪拌した。その後Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントイン(２４２０ｍｇ，６.３６ｍｍｏｌ)とＢｉ(ＯＴｆ)３(１１３．９ｍｇ，０.３１８ｍｍｏｌ)とを加え、１８時間攪拌した。反応混合液に、１０重量％亜硫酸ナトリウム水溶液を加え、クエンチした。その後、水層をクロロホルムで抽出し、合わせた有機層を水と飽和塩化ナトリウム水溶液とで洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後、ろ過・濃縮し、３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルである生成物を、２．４７ｇ（収率９５％）得た。【００７５】
その１Ｈ-ＮＭＲの測定結果は、以下の通りであり、その構造式を支持する。
1H-NMR(270 MHz) (CDCl3) δ(ppm) 3.75 (s, 6H), 6.72(d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.44 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.99 (s, 2H), 8.47 (s, 2H).【００７６】
（実施例２８〜４５）
反応条件は、２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチル(０.１５９ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインと、とＢｉ(ＯＴｆ)３とを、ジクロロメタン(２ｍＬ)中で行うというものであり、実施例２７の２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルとＮ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインとＢｉ(ＯＴｆ)３との量、溶媒、反応温度、及び反応時間を、表６に記載の条件にしたこと以外は、実施例２７と同様にして、ヨウ素化を行った。その結果を、纏めて表６に示す。【００７７】
【表６】
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【００７８】
表６から明らかな通り、比較的収率良く、３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルが、最大９３％の収率で得られた。【００７９】
これらの結果、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインやルイス酸の量などの反応条件と適宜調製することにより、６,６'-ジヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチル３,３',６,６'-テトラヨード-２,２'-ジメトキシ-１,１'-ビナフチルを作り分けることが可能である。【００８０】
次に、ヨウ素化芳香族化合物は他のハロゲン化芳香族化合物よりも反応性が高いことから様々な誘導化に適している。そこで、有機エレクトロルミネセンス素子の原料として有用なトリアリールアミン誘導体を機能化するために、最も簡素なトリアリールアミン誘導体の一つであるトリフェニルアミンを、ルイス酸触媒存在下で、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントインによりヨウ素化することについて、検討した。【００８１】
（実施例４６）
トリフェニルアミン(５０ｍｇ，０.２０４ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントイン(２３２.３ｍｇ，０.６１１ｍｍｏｌ)と、ジクロロメタン(２ｍＬ)との混合物に、さらに０℃にて、Ｓｃ(ＯＴｆ)３(１０.０３ｍｇ，０.０２０４ｍｍｏｌ)を加え、室温で３時間撹拌して反応させた。反応混合液に、０℃にて５重量％亜硫酸ナトリウム水溶液を加え、クエンチした。その後、室温にて、水層をクロロホルムで抽出し、合わせた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥させた後、ろ過・濃縮し、４,４',４”-トリヨードトリフェニルアミンである生成物（１２１.４ｍｇ，収率９６％）を、得た。【００８２】
その１Ｈ-ＮＭＲの測定結果は、以下の通りであり、その構造式を支持する。
1H-NMR(CDCl3)δ 7.54(d, J = 8.91 Hz, 6H), 6.81(d, J = 8.91 Hz, 6H).【００８３】
（実施例４７）
実施例４６のＳｃ(ＯＴｆ)３に代えて、Ｂｉ(ＯＴｆ)３の１３.４ｍｇ(０.０２０４ｍｍｏｌ)を用いたこと以外は、実施例４６と同様にして、４,４',４”-トリヨードトリフェニルアミンである生成物（１０５.９ｍｇ，収率８３％）を、得た。【００８４】
それらの結果を纏めて表７に示す。【００８５】
【表７】
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【００８６】
表７から明らかな通り、ルイス酸としてＳｃ(ＯＴｆ)３、Ｂｉ(ＯＴｆ)３の何れを用いても、トリアリールアミン誘導体を、高収率でトリヨウ素化を行うことができた。【００８７】
次に、別なトリアリールアミン誘導体であるＮ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラキス(フェニル)-ビフェニル-４,４'-ジアミンのヨウ素化についても検討した。【００８８】
（実施例４８〜５１）
実施例４６のトリフェニルアミンに代えて、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラキス(フェニル)-ビフェニル-４,４'-ジアミンの５０ｍｇを用いたことと、表８の条件で反応したこと以外は、実施例４６と同様にして、ヨウ素化を行った。その結果を纏めて、表８に示す。【００８９】
【表８】
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【００９０】
表８から明らかな通り、何れも、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラキス(ｐ-ヨードフェニル)-ビフェニル-４,４'-ジアミンを定量的に、得た。【００９１】
次に、スケールアップして、ヨウ素化を行った。【００９２】
（実施例５２）
Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラキス(フェニル)-ビフェニル-４,４'-ジアミン(１０００ｍｇ，２.０ｍｍｏｌ)と、Ｎ,Ｎ'-ジヨード-５,５-ジメチルヒダントイン(３.５０ｇ，９.２１ｍｍｏｌ)と、１,２-ジクロロエタン(４０ｍＬ)との混合物に、０℃にて、Ｂｉ(ＯＴｆ)３(１０ｍｏｌ％)を加え、４０℃で３時間撹拌して反応させた。反応混合液に０℃にて、５重量％亜硫酸ナトリウム水溶液を加え、クエンチした。その後、室温にて、水層をクロロホルムで抽出し、合わせた有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた後、ろ過・濃縮し、Ｎ,Ｎ,Ｎ',Ｎ'-テトラキス(ｐ-ヨードフェニル)-ビフェニル-４,４'-ジアミンの組成生物(２２８０ｍｇ)を、定量的に得た。【００９３】
その１Ｈ-ＮＭＲ及び１３Ｃ-ＮＭＲの測定結果は、以下の通りであり、その構造式を支持する。
1H-NMR(CDCl3)δ 7.54(d, J = 8.91 Hz, 8H), 7.45(d, J = 8.64 Hz, 4H), 7.10(d, J = 8.64 Hz, 4H),6.87(d, J = 8.91 Hz, 8H).
13C-NMR(CDCl3)δ 86.00, 124.65, 125.85, 127.63, 135.51, 138.25, 145.69,146.85.【００９４】
なお、全ての１Ｈ-ＮＭＲ及び１３Ｃ-ＮＭＲは、ＪＥＯＬ ＪＮＮ ＬＡ５００スペクトルメーター、又はＪＥＯＬ ＥＸ−２７０スペクトルメーター（何れもＪＥＯＬ社製）を用いて、測定したものである。【００９５】
このようなビナフチル誘導体やビフェニル誘導体やトリアリールアミン誘導体のように複雑な構造を有する芳香族化合物は、Ｎ,Ｎ'-ジハロゲノヒダントインで、トリフルオロメタンスルホン酸のような強いブレンステッド酸存在下、ハロゲン化が進行しないか複雑な混合物が生成してしまうのに対し、金属ハロゲン化物やトリフルオロメタンスルホン酸金属塩のようなルイス酸存在下、所望のハロゲン化が進行する。【００９６】
また、別なトリアリールアミン誘導体であるＮ,Ｎ'-ジフェニル-Ｎ,Ｎ'-ジ(ｍ-トリル)ベンジジンからも同様にして、テトラヨウ素化、又はテトラ臭素化を行うことができ、例えば前記化学式(２-２)や(２-３)を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明のハロゲノ芳香族化合物の製造方法は、直接ハロゲン化し難い芳香族化合物の芳香環水素をハロゲン置換するのに有用である。これにより得られたハロゲノ芳香族化合物は、生理活性天然物や医薬有効成分の中間体や、不斉触媒の配位子や、有機エレクトロルミネッセンス素子の原料又はその機能性向上のための基質として、有用である。
【国際調査報告】
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