(57)【要約】【課題】シクロアルカジエン構造を有する化合物を脱水素し、芳香族化合物を選択性良く製造する方法を提供する。【解決手段】シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物を、水系溶媒中で不均一系パラジウム触媒を用いて脱水素することを特徴とする芳香族化合物の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物を、水系溶媒中で不均一系パラジウム触媒を用いて脱水素することを特徴とする芳香族化合物の製造方法。
【請求項２】
脱水素を７０〜１５０℃で行う請求項１記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項３】
水系溶媒が水である請求項１記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項４】
水系溶媒に、更に、水素補足剤を添加するものである請求項１記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項５】
水素補足剤が、アクリル酸である請求項４記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項６】
脱水素化を不活性ガス雰囲気下で行う請求項１〜５の何れかに記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項７】
シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物が、シクロヘキサジエンまたはシクロヘキセン構造を有する化合物である請求項１記載の芳香族化合物の製造方法。
【請求項８】
下記化学式で表される化合物。
【化１】
2018197218.tif 000019
【化２】
2018197218.tif 000020
【化３】
2018197218.tif 000021
【化４】
2018197218.tif 000022
【化５】
2018197218.tif 000023
【化６】
2018197218.tif 000024
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不均一系パラジウム触媒を用いたシクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物の脱水素反応による芳香族化合物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビアリール等の芳香族化合物は、生物活性物質や医薬品等の機能性材料を構成する基本骨格であり、系統的かつ簡便な合成法の開発は重要である。ジエンとアルキンのＤｉｅｌｓ‐Ａｌｄｅｒ 反応から調製されたシクロアルカジエン構造を有する化合物は、一般に、有機溶媒中、ＤＤＱ（2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-p-ベンゾキノン）等の化学量論量の酸化剤により芳香環へと変換される。
【０００３】
一方、遷移金属が触媒する脱水素反応は、水素(Ｈ２)のみが副生するアトムエコノミーに優れたクリーンな酸化法として注目されているが、シクロアルカジエン構造を有する化合物の芳香化反応に適用された例は少ない。有機溶媒中で行われた反応（非特許文献１）は報告されているが、工業的にも取り扱いやすく安価な水系溶媒中での報告はない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】D. Thrion et al Chem. Eur. J. 2010, 16, 13646.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、シクロアルカジエン構造を有する化合物を脱水素し、芳香族化合物を選択性良く製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、回収・再利用可能な不均一系パラジウムを触媒として、水系溶媒中でシクロアルカジエン構造を有する化合物の脱水素反応が進行し、それにより芳香族化合物が製造できることを見出した。また、本発明者らは、シクロアルカジエン構造を有する化合物だけでなく、シクロアルケン構造を有する化合物についても同様の脱水素反応が進行することを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は、シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物を、水系溶媒中で不均一系パラジウム触媒を用いて脱水素することを特徴とする芳香族化合物の製造方法である。
【０００８】
また、本発明は、下記化学式で表される化合物である。
【化１】
2018197218.tif 000002
【化２】
2018197218.tif 000003
【化３】
2018197218.tif 000004
【化４】
2018197218.tif 000005
【化５】
2018197218.tif 000006
【化６】
2018197218.tif 000007
【発明の効果】
【０００９】
本発明の芳香族化合物の製造方法は、温和な条件でも反応が進行し、かつ、選択性や収率が良く、芳香族化合物を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の芳香族化合物の製造方法（以下、「本発明方法」という）は、シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物を、水系溶媒中で不均一系パラジウム触媒を用いて脱水素する方法である。以下、本発明方法の構成について説明する。
【００１１】
（基質）
本発明方法で用いる基質は、シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物であって、脱水素により芳香族化合物となるものであれば特に限定されない。シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物としては、例えば、シクロヘキサジエンまたはシクロヘキセン構造を有する化合物が好ましく、シクロヘキセンやシクロヘキサジエンの水素がアリール基、フェニル基、アルキル基、エステル、複素環で置換されている化合物がより好ましい。また、シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物において、環構造における炭素は、窒素、酸素、硫黄等で置換されていて、複素環を形成していても良い。
【００１２】
（水系溶媒）
本発明方法で用いる水系溶媒は、特に限定されないが、例えば、水、エタノール、メタノール、酢酸、ギ酸等のプロトン性極性溶媒が好ましく、特に水が好ましい。また、これらの水系溶媒は複数の溶媒を混合しても良い。
【００１３】
（水素補足剤）
本発明方法においては、水系溶媒に更に水素補足剤を添加することが、選択性や収率の点から好ましい。水素補足剤は、脱水素後に発生する水素を補足できるものであれば特に限定されないが、例えば、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸メチル、酢酸ビニル、１−ヘキセン等の炭素―炭素二重結合をもつ化合物または炭素―炭素三重結合をもつ化合物が好ましく、特にアクリル酸が好ましい。この水素補足剤は、本発明方法を行っている間、発生する水素を補足するのに十分な量が系内に存在していれば良いが、例えば、理論的に基質から発生する水素量に対して、１当量以上、好ましくは１〜５０当量、より好ましくは３〜１０当量である。
【００１４】
（不均一系パラジウム触媒）
本発明方法で用いる不均一系パラジウム触媒は、水系溶媒中でシクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物からの脱水素が進行するものであれば特に限定されないが、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等のカーボン、アルミナ、シリカ等の担体にパラジウムを担持させたものが挙げられる。この不均一系パラジウム触媒は、本発明方法を行っている間、系内に存在していれば良いが、例えば、基質であるシクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物に対して、１〜５０ｍｏｌ％、好ましくは３〜２０ｍｏｌ％である。なお、このような不均一系触媒は、反応後の触媒の分離、分離した触媒の再使用が容易である。
【００１５】
上記した不均一系パラジウム触媒の中でもカーボンにパラジウムを担持させたものが好ましく、特に活性炭にパラジウムを担持させたものが好ましい。なお、活性炭は比表面積値が大きく、担持するパラジウムの分散性を向上することができ、安価で高活性の不均一系触媒を得ることができる。
【００１６】
また、上記した活性炭にパラジウムを担持させた不均一系パラジウム触媒の中でも下記（ａ）および（ｂ）の性質を有するものが好ましい。
（ａ）パラジウムを活性炭に対しパラジウム金属換算で１〜２０ｗｔ％、好ましくは５〜１５ｗｔ％含有する
なお、パラジウム量が少なすぎると反応性が低下することがあり、多すぎても使用量にみあった活性が得られないことがある。また、パラジウム量が多すぎると触媒上のパラジウム同士が凝集してしまうことがあり、その場合パラジウム粒子全体の表面積が低下して活性も低下してしまうことがある。
【００１７】
（ｂ）活性炭の比表面積値（ＢＥＴ値）が５００〜２,０００ｍ２／ｇ、好ましくは８００〜１,５００ｍ２／ｇである
なお、活性炭の比表面積値が小さすぎるとパラジウムの分散性が低下してしまい反応性が低下してしまうことがある。また、理由は定かではないが、比表面積値が大きすぎても、本発明方法では反応性が低下することがある。
【００１８】
上記した性質を有する活性炭にパラジウムを担持させた不均一系触媒としては、公知の方法に従って調製しても良いし、例えば、［Ｐ９−Ｔｙｐｅ］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値；１,０００ｍ２／ｇ）、［Ｋ−タイプ触媒］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値；１,１００ｍ２／ｇ）、［ＵＬ−Ｔｙｐｅ］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値１,１５０ｍ２／ｇ）、［Ｐ６０−Ｔｙｐｅ］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値１,５５０ｍ２／ｇ）（いずれもエヌ・イー  ケムキャット（株）製）等の市販品を利用することもできる。
また、これら触媒は、反応の前に水素等の還元雰囲気下で活性化しても良い。
【００１９】
（脱水素反応）
本発明方法において、脱水素反応は、シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物を、水系溶媒中で不均一系パラジウム触媒存在下で行われる。反応条件は特に限定されず、例えば、反応温度、反応時間、雰囲気等の条件を適宜制御して行えば良い。
また、本発明方法を行う前に、Ｄｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ反応を行い、本発明方法の基質となるシクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物を調製し、そのまま同じ系で、本発明方法を行うことも可能である。
【００２０】
（反応温度）
本発明方法の反応温度は、脱水素反応が進行するのであれば特に限定されないが、６０〜２００℃が好ましく、特に７０〜１５０℃が好ましい。
【００２１】
（反応時間）
本発明方法の反応時間は、特に限定されないが、例えば、１〜４８時間、好ましくは６〜２６時間である。また、反応の際には撹拌をすることが好ましい。
【００２２】
（雰囲気）
本発明方法での反応雰囲気は、パラジウム触媒存在下で脱水素反応が進行するものであれば特に限定されないが、例えば、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気で行われることが好ましく、特にアルゴンが好ましい。
【００２３】
（反応容器）
本発明方法で用いる容器は、特に限定されず、試験管、フラスコ等、反応のスケールにあわせたものを用いれば良い。また、本発明方法においては、同一容器内で、基質であるシクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物の合成を行い、更に、脱水素反応を行うこともできる。
【００２４】
以上説明した本発明方法により、シクロアルカジエンまたはシクロアルケン構造を有する化合物が脱水素され、芳香族化合物が得られる。脱水素した後は、冷却、ろ過等をし、更に、常法に従って精製等を行っても良い。なお、芳香族化合物が得られたかどうかはＮＭＲ等公知の方法で確認することができる
【００２５】
また、本発明方法を終了した後は、ろ過、遠心分離等で不均一系パラジウム触媒を回収し、再利用することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定さえるものではない。
【００２７】
実  施  例  １
内容量１７ｍＬの試験管（Ｃｈｅｍｉｓｔａｔｉｏｎ（登録商標）用）中で、基質である１（０．１ｍｍｏｌ）、１０％Ｐｄ／Ｃ（エヌ・イー  ケムキャット（株）製のＫ−タイプ触媒）（５ｍｏｌ％）、表１の水素補足剤（ａｃｃｅｐｔｏｒ）、水（１ｍＬ）の順に加え、セプタムで密封した。試験管内部の気体をＡｒ  ｂａｌｌｏｏｎで３回置換した。Ａｒ雰囲気下、Ｃｈｅｍｉｓｔａｔｉｏｎ（登録商標）（東京理化器械（株）製）を用いて、１２０℃で６時間、加熱攪拌した。反応終了後、反応液を室温まで放冷し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液（１ｍＬ）を加え、メンブランフィルター（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ社製、製品名：Ｍｉｌｌｅｘ−ＬＨ、０．２０ｍｍ）でろ過した。反応容器内部とフィルター上の触媒を酢酸エチル（１０ｍＬ）で３回と蒸留水（１０ｍＬ）で３回洗浄し、ろ液と合わせた。ろ液を二層に分離後、水層を酢酸エチル（１０ｍＬ）で抽出した。有機層を合わせて、蒸留水（１０ｍＬ）で２回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過した。ろ液を減圧留去し、脱水素化された芳香族化合物２が表１の収率で得られた。収率は内標物質として１，２−メチレンジオキシベンゼンを用いて、Ｈ１−ＮＭＲにより算出した。
【００２８】
【数１】
2018197218.tif 000008
【００２９】
【表１】
2018197218.tif 000009
【００３０】
本発明方法は、水素補足剤を添加しなくても進行するが、水素補足剤を添加することで、目的物の収率は高く、副生成物が少なくなった。特に水素補足剤としてアクリル酸を用いた場合、目的物の収率はより高く、副生成物がより少なくなった。
【００３１】
実  施  例  ２
実施例１の水素補足剤を全てアクリル酸にして添加量と反応温度を変更したときの結果を表２に示す。収率は、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した単離収率である。
【００３２】
【表２】
2018197218.tif 000010
【００３３】
本発明方法は、種々の水素補足剤量、反応温度で進行することが分かった。水素補足剤は１当量以上加えれば、例１の場合と比較して目的化合物１の収率は良くなることが分かった。
【００３４】
実  施  例  ３
実施例１の基質を変更したときの結果を表３に示す。収率は、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した単離収率である。
【００３５】
【数２】
2018197218.tif 000011
【００３６】
【表３】
2018197218.tif 000012
【００３７】
本発明方法は、種々の基質で進行することが分かった。
【００３８】
実  施  例  ４
実施例１の基質を変更したときの結果を表４に示す。収率は、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した単離収率である。
【００３９】
【数３】
2018197218.tif 000013
【００４０】
【表４】
2018197218.tif 000014
【００４１】
本発明方法は、種々の基質で進行することが分かった。
【００４２】
実  施  例  ５
実施例１の基質（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を変更したときの結果を表５に示す。収率は、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した単離収率である。
【００４３】
【数４】
2018197218.tif 000015
【００４４】
【表５】
2018197218.tif 000016
【００４５】
本発明方法は、種々の基質で進行することが分かった。
【００４６】
実  施  例  ６
Ｄｉｅｌｓ‐Ａｌｄｅｒ 反応からの同一容器内での脱水素反応：
Ｄｉｅｌｓ‐Ａｌｄｅｒ 反応の生成物であるシクロヘキサジエン誘導体（式１の基質）を単離せずに、同一容器でそのまま脱水素反応を行った（式５）。収率は、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した単離収率である。
【００４７】
【数５】
2018197218.tif 000017
【００４８】
Ｄｉｅｌｓ‐Ａｌｄｅｒ 反応の生成物であるシクロヘキサジエン誘導体を単離せずにそのまま本発明方法を行っても目的物を収率良く得ることができた。
【００４９】
実  施  例  ７
触媒の繰り返し使用：
実施例１の例６の反応を繰り返し行った際の収率と反応後に回収できた触媒の回収率を表６に示す。触媒の回収方法は反応後の溶液を室温まで放冷し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液（１ｍＬ）を加え、吸引ろ過（桐山ロート（４０ｍｍ、１μｍ））した。反応容器内部、ろ紙上の触媒を酢酸エチル（１０ｍＬ）と蒸留水（１０ｍＬ）で洗浄し、ろ液と合わせた。ろ取した触媒をメタノール（１０ｍＬ）で５回と蒸留水（１０ｍＬ）で５回洗浄し、デシケータ内で減圧して２４時間乾燥した。２の収率は内標物質として１，２−メチレンジオキシベンゼンを用いて、Ｈ１−ＮＭＲにより算出した。
【００５０】
【表６】
2018197218.tif 000018
【００５１】
本発明方法では触媒を繰り返し使用しても収率良く目的物を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明方法は、種々の医薬、農薬、その他種々の工業分野において有用な芳香族化合物を温和な条件で安全に製造することができる。
以    上