(57)【要約】【課題】  芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物から、毒性の高いシアニド化合物や高価な触媒を用いることなく、芳香族ニトリル化合物を製造する方法を提供する。【解決手段】  ニッケル触媒と有機ケイ素化合物の存在下、アセトニトリルをシアニド源として、芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物をシアノ化させることにより、芳香族ニトリル化合物を製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の一般式で示される芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物に対し、アセトニトリルをシアニド源、ニッケル化合物を触媒、有機ケイ素化合物を還元剤として反応させることを特徴とする、芳香族ニトリルの製造方法。
【化１】
2018138534.tif 000004
(一般式(１)中、Ａｒは場合により置換された芳香族または複素芳香族基であり、Ｘは塩素、臭素、ヨウ素、トリフラート、メシラートまたはトシラートを表す。)
【請求項２】
前記ニッケル化合物として、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナートを用いることを特徴とする、請求項１に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【請求項３】
前記有機ケイ素化合物として、以下の一般式(２)で示される構造を有する化合物を使用することを特徴とする、請求項１または２に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【化２】
2018138534.tif 000005
(一般式(２)中、ＸはＣＨまたはＮを表し、Ｒ1〜Ｒ4はＨまたはメチル基を表す。)
【請求項４】
前記一般式(１)において、Ｘが臭素であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【請求項５】
前記一般式(１)において、Ｘがトリフラートであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法
【請求項６】
さらなる添加剤として、配位原子となる中性の窒素原子を少なくとも一つ有する二座配位子を用いることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【請求項７】
前記二座配位子として、２，２’−ビピリジル誘導体または１，１０−フェナントロリン誘導体を用いることを特徴とする、請求項６に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【請求項８】
さらなる添加剤として、金属塩化物を用いることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【請求項９】
前記添加剤として塩化亜鉛、または塩化マンガンを用いることを特徴とする、請求項８に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族ニトリルの製造方法に関する。より詳しくは、芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物を原料とし、ニッケル触媒存在下、アセトニトリルをシアニド源とする触媒的シアノ化反応により芳香族ニトリルを高い収率で製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物をシアノ化して、芳香族ニトリルを得る方法として、例えば、パラジウム触媒存在下、アルカリ金属シアン化物(特許文献１)や、シアン化ニッケル(非特許文献１)、シアン化亜鉛(非特許文献２)を用いる方法が知られている。しかし、これらの金属シアン化物は高い毒性を有するため、優れた方法とは言えない。これに対し、低毒性のシアニド源を用いる芳香族ハロゲン化物のシアノ化反応が報告されている。たとえば、トリメチルシリルシアニドをシアニド源として、パラジウム触媒を用いる方法(非特許文献３)、アセトンシアノヒドリンをシアニド源として、パラジウムあるいはニッケル触媒を用いる方法(非特許文献４、５)が知られている。しかし、これらのシアニド源は反応中あるいは反応処理後に有毒なシアン化水素を発生する危険性があり、工業的に使用するには安全対策を講じる必要がある。非毒性で取り扱い容易なシアニド源として、ヘキサシアノ鉄(ＩＩ)酸カリウムを用い、パラジウム触媒存在下で芳香族ハロゲン化物をシアノ化する方法が知られているが、高価なパラジウムを触媒として必要としていた(特許文献２)。また、芳香族ハロゲン化物にホルムアミド化合物とアンモニア水を作用させることで芳香族ニトリルを得る方法が知られているが、モル当量の高価な有機金属試薬を用いる必要があるため、実用的な方法とはいえない(特許文献３)。
【０００３】
一方、シアニド源として有機ニトリル化合物を用いることができれば、毒性も少なく、分解して有毒なシアン化水素を生成する恐れもないため、工業的に有用である。例えば、ベンジルシアニドをシアニド源をとし、パラジウム触媒により芳香族ハロゲン化物をシアノ化する方法が知られているが、ベンジルシアニドは有機ニトリル化合物として比較的高価である(非特許文献６)。より安価な有機ニトリル化合物として、アセトニトリルをシアニド源として、パラジウム触媒存在下でシアノ化反応を行う方法が知られているが、過剰量の亜鉛粉末を還元剤として用いる必要がある上、１６０℃の高温条件を要する(非特許文献７)。また、いずれの方法も高価なパラジウムを触媒として用いる必要がある。
【０００４】
したがって、非毒性のシアニド源を用い、安価な触媒かつ少ない添加剤の使用量で、温和な条件において効率よく芳香族ハロゲン化物を芳香族ニトリルへと変換する方法の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６４０４０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８９６５６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４１１９６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J.Org.Chem.2003、68、9122.
【非特許文献２】Tetrahedron.Lett.2006、47、3303.
【非特許文献３】J.Organomet.Chem.2003、684、50.
【非特許文献４】Angew.Chem.Int.Ed.2003、42、1661.
【非特許文献５】Org.Process.Rec.Dev.2016、20、1540.
【非特許文献６】RSC.Adv.2012、2、6167.
【非特許文献７】Organometallics、1998、17、1025.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を克服するためになされたもので、金属シアン化物やパラジウムなどの高価な触媒を使用することなく、効率的に芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物から芳香族ニトリル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】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、ニッケル化合物を触媒、有機ケイ素化合物を還元剤として用いることにより、アセトニトリルをシアニド源として、芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物から芳香族ニトリルを効率良く製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本出願は、以下の発明を提供するものである。
〈１〉以下の一般式で示される芳香族ハロゲン化物または芳香族擬ハロゲン化物に対し、アセトニトリルをシアニド源、ニッケル化合物を触媒、有機ケイ素化合物を還元剤として反応させることを特徴とする、芳香族ニトリルの製造方法。
【化１】
2018138534.tif 000002
(一般式(１)中、Ａｒは場合により置換された芳香族または複素芳香族基であり、Ｘは塩素、臭素、ヨウ素、トリフラート、メシラートまたはトシラートを表す。)
〈２〉前記ニッケル化合物として、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナートを用いることを特徴とする〈１〉に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
〈３〉前記有機ケイ素化合物として、以下の一般式(２)で示される構造を有する化合物を使用することを特徴とする〈１〉または〈２〉に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【化２】
2018138534.tif 000003
(一般式(２)中、ＸはＣＨまたはＮを表し、Ｒ1〜Ｒ4はＨまたはメチル基を表す。)
〈４〉前記一般式(１)において、Ｘが臭素であることを特徴とする、〈１〉-〈３〉のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
〈５〉前記一般式(１)において、Ｘがトリフラートであることを特徴とする、〈１〉-〈３〉のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
〈６〉さらなる添加剤として、配位原子となる中性の窒素原子を少なくとも一つ有する二座配位子を用いることを特徴とする、〈１〉-〈５〉のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
〈７〉前記二座配位子として、２，２’−ビピリジル誘導体または１，１０−フェナントロリン誘導体を用いることを特徴とする、〈６〉に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
〈８〉さらなる添加剤として、金属塩化物を用いることを特徴とする〈１〉-〈７〉のいずれかに記載の芳香族ニトリルの製造方法。
〈９〉前記添加剤として塩化亜鉛、または塩化マンガンを用いることを特徴とする、〈８〉に記載の芳香族ニトリルの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により提供される芳香族ニトリルの製造方法は、入手しやすく毒性の低いアセトニトリルをシアニド源として使用し、安価なニッケル化合物を触媒とし、少ない還元剤の量で効率的に製造できる。また、本発明方法で合成される芳香族ニトリル化合物は、医農薬品の中間体の出発原料などのファインケミカルズとして工業的に重要である。したがって、本発明方法は工業的に多大な効果をもたらす発明ということができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明方法の芳香族ニトリルの製造方法は、芳香族ハロゲン化物または擬ハロゲン化物を、ニッケル化合物と有機ケイ素化合物の存在下、シアニド源となるアセトニトリル溶液中で適切な反応温度で反応を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の製造法において用いられる芳香族ハロゲン化物または擬ハロゲン化物は式(１)で示される。式中、Ａｒは芳香族基あるいは複素芳香族基を示す。これらの環が有する水素原子は他の置換基により置換されていてもよい。また、Ｘはハロゲン原子、擬ハロゲン基を示す。
【００１３】
前記一般式(１)において、Ａｒが芳香族基であるの場合の芳香族としては、炭素数６〜２０の芳香環が挙げられ、具体例としては例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基等が挙げられる。
【００１４】
前記一般式(１)において、Ａｒが複素芳香族基であるの場合の芳香族としては、炭素数４〜２０の複素芳香族環が挙げられ、具体例としては例えば、ピリジル基、フリル基、チエニル基、キノリル基、キノキサリル基、インドリル基、ベンゾフラニル基等が挙げられる。
【００１５】
前記一般式(１)において、Ａｒが置換されていてもよい芳香族基あるいは複素芳香族基である場合の置換基としては、直鎖または分岐鎖状の炭素数１〜１２のアルキル基、直鎖または分岐鎖状の炭素数１〜１２のアルコキシ基、ハロゲン原子、芳香族基、複素芳香族基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。
【００１６】
前記一般式(１)において、Ｘが擬ハロゲン基である場合、擬ハロゲン基としてはトリフラート、メシラート、トシラート等が挙げられる。
【００１７】
本発明においては、このような一般式(１)で示される芳香族ハロゲン化物あるいは芳香族擬ハロゲン化物として、種々のものを用いることができるが、好ましくは、ブロモベンゼン、４−ブロモアニソール、４−ブロモトルエン、１−ブロモ−４−クロロベンゼン、４−ブロモ安息香酸メチル、３−ブロモトルエン、２−ブロモナフタレン、２−ブロモチオフェン、２−ブロモ―６−メチルピリジン、フェニルトリフラート、４−メトキシフェニルトリフラートを用いることが望ましい。
【００１８】
本発明において使用されるニッケル化合物は、例えばニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナート、ヘキサアセトニトリルテトラフルオロホウ酸ニッケル(ＩＩ)、臭化ニッケル(ＩＩ)、塩化ニッケル(ＩＩ)、酢酸ニッケル(ＩＩ)、ビス(シクロオクタジエン)ニッケル(０)等が挙げられるが、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナート、もしくはヘキサアセトニトリルテトラフルオロホウ酸ニッケル(ＩＩ)が好ましい。これらは単独で使用しても、２種以上を混合使用してもよい。その使用量は、基質に対して０.００１〜０.４モル当量、好ましくは０.０１〜０.２モル当量の範囲から選ばれる。
【００１９】
本発明の製造法において用いられる還元剤は、一般式(２)で示される有機ケイ素化合物である。なお、一般式(２)中、ＸはＣＨまたはＮを表し、Ｒ1〜Ｒ4はＨまたはメチル基を表す。これらの中でも、Ｘ＝Ｎ、Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4＝Ｍｅである有機ケイ素化合物(Ｍｅ4ＢＴＤＰ)が好ましい。これらは単独で使用しても、２種以上を混合使用してもよい。その使用量は、基質に対して１〜５モル当量、好ましくは１〜３モル当量の範囲から選ばれる。
【００２０】
本発明の製造法において用いられるアセトニトリルの使用量は、基質に対して重量比１０〜１００００倍、好ましくは１００〜１０００倍の範囲から選ばれる。
【００２１】
本発明の製造法においては、ニッケル化合物、有機ケイ素化合物、アセトニトリルのみでも反応が進行するが、添加剤として二座配位子を用いてもよい。本製法において用いられる二座配位子として、例えば、２，２’―ビビリジン、４，４’―ジメチル―２，２’―ビビリジン、４，４’―ジｔｅｒｔ―ブチル―２，２’―ビビリジン、１，１０―フェナントロリンなどが挙げられるが、特に２，２’―ビビリジン、１，１０―フェナントロリンが好ましい。これらは単独で使用しても、２種以上を混合使用してもよい。その使用量は基質に対して０.００１〜０.４モル当量、好ましくは０.０１〜０.２モル当量の範囲から選ばれる。
【００２２】
本発明の製造法においては、ニッケル化合物、有機ケイ素化合物、アセトニトリルのみでも反応が進行するが、添加剤として塩化亜鉛、塩化マンガンなどの金属塩化物を用いてもよい。これらは単独で使用しても、２種以上を混合使用してもよい。その使用量は基質に対して０.０１〜０.５モル当量、好ましくは０.１〜０.３モル当量の範囲から選ばれる。
【００２３】
本発明方法の反応条件には、特に制約はないが、通常、反応は０〜１５０℃、好ましくは５０〜１３０℃の範囲で行われる。
【００２４】
本発明の製造法における反応時間は、用いる触媒の量や反応温度等により左右され、一概に定めることはできないが、通常は１０〜１００時間の範囲で、好ましくは１０〜４０時間の範囲で行われる。
【００２５】
本発明方法で得られる芳香族ニトリルは、例えば、ベンゾニトリル、４−メトキシベンゾニトリル、４−メチルベンゾニトリル、４−クロロベンゾニトリル、４−シアノ安息香酸メチル、３−メチルベンゾニトリル、２−シアノナフタレン、２−シアノチオフェン、２−シアノ―６−メチルピリジンなどが例示される。
【００２６】
本発明の一般的な実施態様は、反応器に触媒、基質を入れて混合し、内部を不活性ガスで置換して所定の温度で反応を行うものである。反応終了後、蒸留、クロマト分離、再結晶や昇華等の通常の方法によって、得られた芳香族ニトリルを取り出すことができる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【００２８】
参考例１：有機ケイ素化合物の合成
本製造法で用いる有機ケイ素化合物は、特開２０１６―１２４８２４号公報に記載された方法に基づいて合成した。
【００２９】
実施例１
３ｍＬコレクションバイヤル(関谷理化株式会社製)に、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナート(Sigma-Aldrich製)２.６ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、４−ブロモアニソール(東京化成工業株式会社製)１２.５μＬ(１００ｍｍｏｌ)を加え、アセトニトリル(関東化学株式会社製)３.０ｍＬに溶解させた。Ｍｅ４ＢＴＤＰ ７０.６ｍｇ(２５０ｍｍｏｌ)を加え、Ａｒ雰囲気下、８０℃で２４時間撹拌した。その後、内部標準としてフェロセン(東京化成工業株式会社製) ３.７ｍｇ(２０ｍｍｏｌ)を加え、反応液を濃縮し、1Ｈ ＮＭＲ(４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3)測定を行ったところ、４−メトキシベンゾニトリルの収率は６０％であった。
【００３０】
実施例２
３ｍＬコレクションバイヤル(関谷理化株式会社製)に、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナート(Sigma-Aldrich製)２.６ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、２，２’―ビピリジン(東京化成工業株式会社製)１.６ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、４−ブロモアニソール(東京化成工業株式会社製)１２.５μＬ(１００ｍｍｏｌ)を加え、アセトニトリル(関東化学株式会社製)３.０ｍＬに溶解させた。Ｍｅ４ＢＴＤＰ ７０.６ｍｇ(２５０ｍｍｏｌ)を加え、Ａｒ雰囲気下、８０℃で２４時間撹拌した。その後、内部標準としてフェロセン(東京化成工業株式会社製) ３.７ｍｇ  (２０ｍｍｏｌ) を加え、反応液の一部を濃縮し、1Ｈ ＮＭＲ(４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3)測定を行ったところ、４−メトキシベンゾニトリルの収率は７２％であった。
【００３１】
実施例３
３ｍＬコレクションバイヤル(関谷理化株式会社製)に、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナート(Sigma-Aldrich製)２.６ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、１，１０―フェナントロリン(Sigma-Aldrich製)１.８ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、４−ブロモアニソール(東京化成工業株式会社製)１２.５μＬ(１００ｍｍｏｌ)を加え、アセトニトリル(関東化学株式会社製)３.０ｍＬに溶解させた。Ｍｅ４ＢＴＤＰ ４２.３ｍｇ(１５０ｍｍｏｌ)を加え、Ａｒ雰囲気下、８０℃で２４時間撹拌した。その後、内部標準としてフェロセン(東京化成工業株式会社製) ３.７ｍｇ(２０ｍｍｏｌ)を加え、反応液の一部を濃縮し、1Ｈ ＮＭＲ(４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3)測定を行ったところ、４−メトキシベンゾニトリルの収率は５８％であった。
【００３２】
実施例４
実施例２の条件のもと、添加剤として、２，２’―ビピリジンに加えて、さらに塩化亜鉛(ナカライテスク製)２.７ｍｇ(２０ｍｍｏｌ)を加えて反応を行った。その結果４−メトキシベンゾニトリルの収率は９３％であった。
【００３３】
実施例５
実施例２の条件のもと、添加剤として、２，２’―ビピリジンに加えて、さらに塩化マンガン(Merck製)２.５ｍｇ(２０ｍｍｏｌ)を加えて反応を行った。その結果４−メトキシベンゾニトリルの収率は９４％であった。
【００３４】
実施例６
３ｍＬコレクションバイヤル(関谷理化株式会社製)に、ニッケル(ＩＩ)アセチルアセトナート(Sigma-Aldrich製)２.６ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、２，２’―ビピリジン(東京化成工業株式会社製)１.６ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、４−メトキシフェニルトリフラート(東京化成工業株式会社製)１８.０μＬ(１００ｍｍｏｌ)を加え、アセトニトリル(関東化学株式会社製)３.０ｍＬに溶解させた。Ｍｅ４ＢＴＤＰ ７０.６ｍｇ(２５０ｍｍｏｌ)を加え、Ａｒ雰囲気下、８０℃で２４時間撹拌した。その後、内部標準としてフェロセン(東京化成工業株式会社製) ３.７ｍｇ(２０ｍｍｏｌ)を加え、反応液を濃縮し、1Ｈ ＮＭＲ(４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3)測定を行ったところ、４−メトキシベンゾニトリルの収率は６４％であった。
【００３５】
実施例７
３ｍＬコレクションバイヤル(関谷理化株式会社製)に、ヘキサアセトニトリルテトラフルオロホウ酸ニッケル(ＩＩ)４.８ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、１，１０―フェナントロリン(Sigma-Aldrich製)１.８ｍｇ(１０ｍｍｏｌ)、４−ブロモアニソール(東京化成工業株式会社製)１２.５μＬ(１００ｍｍｏｌ)を加え、アセトニトリル(関東化学株式会社製)２.０ｍＬに溶解させた。Ｍｅ４ＢＴＤＰ ４２.３ｍｇ(１５０ｍｍｏｌ)を加え、Ａｒ雰囲気下、８０℃で２４時間撹拌した。その後、内部標準としてフェロセン(東京化成工業株式会社製) ３.７ｍｇ(２０ｍｍｏｌ) を加え、反応液の一部を濃縮し、1Ｈ ＮＭＲ(４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3)測定を行ったところ、４−メトキシベンゾニトリルの収率は８４％であった。
【００３６】
実施例８
３ｍＬコレクションバイヤル(関谷理化株式会社製)に、ヘキサアセトニトリルテトラフルオロホウ酸ニッケル(ＩＩ)２.４ｍｇ(５ｍｍｏｌ)、１，１０―フェナントロリン(Sigma-Aldrich製)０.９ｍｇ(５ｍｍｏｌ)、４−ブロモアニソール(東京化成工業株式会社製)１２.５μＬ(１００ｍｍｏｌ)を加え、アセトニトリル(関東化学株式会社製)４.０ｍＬに溶解させた。Ｍｅ４ＢＴＤＰ ７０.６ｍｇ(２５０ｍｍｏｌ)を加え、Ａｒ雰囲気下、８０℃で２４時間撹拌した。その後、内部標準として１，３，５−トリメトキシベンゼン(Sigma-Aldrich製) １１.２ｍｇ(６７ｍｍｏｌ)を加え、反応液の一部を濃縮し、1Ｈ ＮＭＲ(４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3)測定を行ったところ、４−メトキシベンゾニトリルの収率は８８％であった。