(57)【要約】  第1の工程において、リチウム金属をアンモニアと接触させてリチウムブロンズを形成させ、そして第2の工程において、リチウムブロンズと1,3-ジエンもしくはアリールオレフィン(例えば、ブタジエン、イソプレン、ピペリレン、ジメチルブタジエン、ヘキサジエン、スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ナフタレン、またはアントラセン)とを溶媒の存在下で反応させ、このとき温度をアンモニアの沸点以下に維持する、というリチウムアミド組成物の製造方法が提供されている。溶媒の例としては、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、クメン、エチルベンゼン、テトラリン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチル-THF、テトラヒドロピラン、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン、メチル-tert-ブチルエーテル、またはグリコールエーテルなどがある。前記の製造方法によって得られるリチウムアミド組成物は、特に、エノラートの形成を含んだ反応において改良された活性を示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の工程において、リチウム金属をアンモニアと接触させてリチウムブロンズを形成させ、そして第2の工程において、リチウムブロンズと1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンとを溶媒の存在下で反応させ、このとき温度をアンモニアの沸点以下に維持する、リチウムアミド組成物の製造方法。
【請求項２】
第1の工程において、リチウム金属にアンモニアを加えることによってリチウム金属をアンモニアと接触させる、請求項1に記載の製造方法。
【請求項３】
1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンが、ブタジエン、イソプレン、ピペリレン、ジメチルブタジエン、ヘキサジエン、スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ナフタレン、またはアントラセンである、請求項1または2に記載の製造方法。
【請求項４】
1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンが、スチレン、メチルスチレン、またはジビニルベンゼンである、請求項3に記載の製造方法。
【請求項５】
溶媒が、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、クメン、エチルベンゼン、テトラリン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチル-THF、テトラヒドロピラン、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン、メチル-tert-ブチルエーテル、またはグリコールエーテルである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
第1の工程において、リチウム金属1モル当量当たり4〜5当量の無水アンモニアが存在する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
両方の反応工程の温度が−33℃〜−78℃に維持され、さらに好ましくは−35℃〜−65℃に維持され、そして最も好ましくは−40℃に維持される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
過剰のアンモニアが−33℃〜−78℃の温度で減圧蒸留によって排出され、得られるリチウムアミド組成物が、リチウムアミドとアンモニアを1:0.5(LiNH2:NH3)より大きいモル比で、さらに好ましくは1:1(LiNH2:NH3)より大きいモル比で含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法によって得られるリチウムアミド組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムアミドの製造方法、および前記製造方法によって得られる組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムアミドは、合成有機化学において試剤として使用されている強い無機塩基である(Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, Vol.5, 3031, L.A.Paquette, John Wiley 1995)。
【０００３】
リチアムアミドの製造に対しては、種々の方法が知られている。1つの公知の方法は、リチウム金属とアンモニアガスとを高温(しばしば約400℃)で反応させることを含む。
リチウム金属を液体アンモニア中に溶解し、引き続き遷移金属化合物の触媒作用のもとで反応させる、という低温プロセスも知られている(例えば、米国特許第4,206,191号においてはコバルトを使用することが、そしてグメリン、リチウム、補遺２０巻、２７９頁（Gmelin, Lithium, Supplementary Volume 20, 279）においては硝酸鉄(III)を使用することが説明されている)。
【０００４】
米国特許第5,486,343号は、溶媒の存在下でリチウム金属をアンモニア中に溶解してリチウムブロンズ(lithium bronze)を形成させ、引き続きこのリチウムブロンズを熱分解して、リチウムアミド、水素、およびアンモニアを形成させる、というリチウムアミドの製造方法を開示している。
【０００５】
これらの方法はいずれも、多量の水素が反応の副生物として生じる、という欠点を有する。
EP1238944においては、ジエンまたはアリールオレフィンを存在させることによって水素の生成を抑える、という方法が開示されている。しかしながら、我々の検討によれば、EP1238944に記載の方法にしたがって製造されるリチウムアミドは、特に、特定のカルボン酸エステルの脱プロトン化によるエノラートの生成及び反応を含んだ反応において使用されるときには活性を示さない、ということが見いだされた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、先行技術が持つこれらの欠点を解消すること、特に、水素ガスの生成を抑えつつ活性なリチウムアミドを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、第1の工程において、リチウム金属をアンモニアと接触させてリチウムブロンズを形成させ、そして第2の工程において、リチウムブロンズと1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンとを溶媒の存在下で反応させ、このとき温度をアンモニアの沸点以下に維持する、というリチウムアミド組成物の製造法が提供される。
【０００８】
リチウム金属をアンモニアと接触させるという第1の工程では、これは、アンモニアにリチウム金属を加えることによって果たすことができる。より好ましいのは、リチウム金属にアンモニアを加えることによってリチウム金属をアンモニアと接触させる、というやり方である。
【０００９】
好ましい1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンは、ブタジエン、イソプレン、ピペリレン、ジメチルブタジエン、ヘキサジエン、スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ナフタレン、またはアントラセンである。
【００１０】
第1の反応工程は、溶媒なしで行うことができる。しかしながら、第1の反応工程においても、操作は溶媒中で行うのが好ましい。好ましい溶媒としては、非環式もしくは環式の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル、またはこれらの混合物などがある。適切な溶媒の例としては、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、クメン、エチルベンゼン、テトラリン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチル-THF、テトラヒドロピラン、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン、メチル-tert-ブチルエーテル、またはグリコールエーテルなどがある。
【００１１】
反応において使用されるリチウム金属のサイズと物理的形態は、広範囲にわたって変えることができる。リチウムは、分散法によって得られる粉末として使用することもできるし、サイズに応じてサンドもしくはショットと呼ばれこともある顆粒として使用することもできるし、あるいはバルクメタル(市販のあらゆる形態のリチウム片を意味している)として使用することもできる。
【００１２】
無水アンモニアは、リチウム金属1モル当量当たり1〜10、またはそれ以上の当量にて使用される。1〜6当量のアンモニアが好ましく、4〜5当量のアンモニアが最も好ましい。10当量以上のアンモニアを使用することができるけれども、このことは、転化やアッセイに対して大きな利益をもたらすとは思われず、多くの過剰なアンモニアを回収・再利用しなければならなくなる。
【００１３】
アンモニアを導入する方法は重要ではない。アンモニアは、溶媒-リチウム相の表面の上でも下でも反応器中に導入することができる。アンモニアを溶媒-リチウム相の表面より下に導入すると、反応混合物の有効な攪拌が生じる。
【００１４】
両方の反応工程の間中、温度は−33℃〜−78℃に維持するのが好ましく、−35℃〜−65℃の維持するのがさらに好ましい。温度は−40℃に維持するのが最も好ましい。
第1の反応工程における反応熱は、例えば、アンモニアをリチウムに加える速度を調節することによって制御することができる。
【００１５】
第1の反応工程において溶媒が使用される場合は、リチウムとアンモニアとの反応によって形成されるリチウムブロンズが溶媒上に浮遊するので、精製のため、必要に応じてこれを分離することができる。
【００１６】
第2の反応工程における反応熱は、例えば、1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンをリチウムブロンズに加える速度を調節することによって制御することができる。形成されるリチウムアミドは不溶性であって、反応溶媒より重い。1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンの水素化によって形成される副生物は、通常は、反応溶媒に対して可溶性である。
【００１７】
一般には、リチウム1モル当量当たり0.5当量の1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンが使用される。しかしながら、複数のオレフィン結合を有する特定のアリールオレフィン(例えばジビニルベンゼン)の場合、通常は0.25当量のアリールオレフィンが必要とされる。
【００１８】
過剰のアンモニアは、必要に応じて気体の状態で排出することができる(過剰のアンモニアは、再利用または回収されることが多い)。過剰のアンモニアの排出は、減圧蒸留によって−33℃〜−78℃で行うのが好ましい。
【００１９】
リチウムアミド組成物は、通常は溶媒スラリーとして単離される。有利なことに、本発明の第1の態様に従ったプロセスによって得られるリチウムアミド組成物は改良された活性を示し、有機反応に対して直接使用することができる。例えば、本発明の第1の態様に従ったプロセスによって得られるリチウムアミド組成物は、酢酸tert-ブチルを脱プロトンする場合に改良されたレベルの活性を示す。エノラートの形成に対する(種々の供給源からの)リチウムアミド組成物の活性は、酢酸tert-ブチルのアリコートをリチウムアミドで処理したときに形成されるエノラート自己縮合生成物の量を観察することによって容易に比較することができる。
【００２０】
本発明の第1の態様に従ったプロセスによって得られるリチウムアミド組成物は、リチウムアミド、アンモニア、および必要に応じて1種以上の溶媒を含むのが好ましい。
リチウムアミド組成物中のアンモニアは、遊離のアンモニアとして存在してもよいし、あるいはリチウムアミドと何らかの形で結び付いていてもよい(例えば錯体として存在)。
【００２１】
任意の溶媒は、本発明の第1の態様において記載されている溶媒を含み、そしてさらに、1,3-ジエンもしくはアリールオレフィンの水素化によって得られる副生物も含む。
本発明の第1の態様のプロセスによって得られるリチウムアミド組成物は、リチウムアミドとアンモニアを1:0.5(LiNH2:NH3)より大きいモル比で含むのが好ましく、1.1(LiNH2:NH3)より大きいモル比で含むのがさらに好ましい。
【００２２】
以下に実施例を挙げて本発明を説明する。
【実施例】
【００２３】
実施例1:  Liブロンズの形成とリチウムアミドへの転化(スチレンを使用して、THF中4重量%のLi)
1.  冷却がなされたときの凝縮を防止するために、反応容器(1リットルのジャケット付き容器)をアルゴンでパージして空気を除去する。
【００２４】
2.  −65℃に冷却する。
3.  反応容器に、必要とされるTHF(60.90g)を装入する。
4.  不活性雰囲気を確実に形成させるために、反応容器と装入ラインをアルゴンでフラッシングする(注記:LiブロンズはN2と反応するので、アルゴンによるフラッシングが必要)。
【００２５】
5.  反応容器にリチウム(4.0g)を2〜3分にわたって徐々に装入する。
6.  反応容器にアンモニアを加えるために弁を開く。
7.  必要とされるアンモニアを反応容器中に凝縮させて、リチウムブロンズの形成を完了させる(39g)(注記:反応混合物の上面にブロンズ層が形成される。相当量の発熱が起こる。温度は−33℃を超えてはならない)。
【００２６】
8.  アンモニアの添加が完了したら、アンモニアの供給を止める(温度を−40℃に維持する)。
9.  10%のスチレンアリコート(99%スチレンの3.33ml)を、シリンジポンプを介して0.8ml/分の速度で反応容器に装入する(注記:発熱はリチウムアミドの形成を示している;この発熱は、NH3の凝縮によって観察される発熱より大きい)。
【００２７】
10.  発熱が検知されない場合は、アンモニアの供給弁を開き、リチウムアミドが形成され始めるまで、さらなるアンモニアを凝縮させる(すなわち、発熱が検知されるまで;一般には1〜2gが必要とされる)。
【００２８】
11.  リチウムアミドの形成が始まったら、アンモニアの供給弁と主弁を閉じる。
12.  さらに30.00mlの99%スチレンを、シリンジポンプを介して0.8ml/分の速度で反応容器に装入する(注記:灰色の懸濁液が形成される。相当量の発熱及びそれに伴う温度上昇が予測される。加える速度は、温度が−40℃付近に維持されるように、反応容器の熱伝達特性によって決定される)。
【００２９】
実施例2:  Liブロンズの形成とリチウムアミドへの転化(ジビニルベンゼンを使用して、ヘキサン中1重量%のLi)
1.  1リットルのジャケット付き容器中における凝縮を防止するために、反応容器をアルゴンでパージする。
【００３０】
2.  −65℃に冷却する。
3.  必要とされるヘキサン(171.8g)を反応容器に装入する。
4.  不活性雰囲気を確実に得るために、反応容器と装入ラインをアルゴンでフラッシングする(注記:LiブロンズはN2と反応する-したがってアルゴンによるフラッシングが必要)。
【００３１】
5.  反応容器にリチウム(2.0g)を2〜3分にわたって徐々に装入する。
6.  反応容器にアンモニアを加えるために弁を開く。
7.  必要とされるアンモニアを反応容器中に凝縮させて、リチウムブロンズの形成を完了させる(20g)(注記:反応混合物の上面にブロンズ層が形成される。相当量の発熱が起こる。温度は−33℃を超えてはならない)。
【００３２】
8.  アンモニアの添加が完了したら、アンモニアの供給を止める(温度を−40℃に維持する)。
9.  10%のジビニルベンゼンアリコート(80%ジビニルベンゼンの1.27ml)を、シリンジポンプを介して0.4ml/分の速度で反応容器に装入する(注記:発熱はリチウムアミドの形成を示している;この発熱は、NH3の凝縮によって観察される発熱より大きい。ジビニルベンゼンは2つの反応性結合を有するので、スチレンの場合の半分の量が必要とされる)。
【００３３】
10.  発熱が検知されない場合は、アンモニアの供給弁を開き、リチウムアミドが形成され始めるまで、さらなるアンモニアを凝縮させる(すなわち、発熱が検知されるまで;一般には1〜2gが必要とされる)。
【００３４】
11.  リチウムアミドの形成が始まったら、アンモニアの供給弁と主弁を閉じる。
12.  さらに11.4mlの80%ジビニルベンゼンを、シリンジポンプを介して0.4ml/分の速度で反応容器に装入する(注記:白色の懸濁液が形成される。相当量の発熱及びそれに伴う温度上昇が予測される。添加速度は、温度が−40℃に維持されるように、反応容器の熱伝達特性によって決定される)。
【００３５】
比較例1:スチレンを使用するヘキサン中でのブロンズの形成とリチウムアミドへの転化(EP1238944に記載)
1.  冷却がなされたときの凝縮を防止するために、反応容器(1リットルのジャケット付き容器)をアルゴンでパージして空気を除去する。
【００３６】
2.  反応容器を確実に20℃に維持する。
3.  反応容器にヘキサン(153.2g)を装入する。
4.  不活性雰囲気を確実に形成させるために、反応容器と装入ラインをアルゴンでフラッシングする(注記:LiブロンズはN2と反応するので、アルゴンによるフラッシングが必要)。
【００３７】
5.  反応容器にリチウム(4.0g,0.576モル)を2〜3分にわたって徐々に装入する。
6.  反応容器にアンモニアを加えるために弁を開く。
7.  反応容器中に気泡を3時間にわたって吹き込んで、リチウムブロンズの形成を完了させる(40g,2.35モル,4.07当量)(注記:反応混合物の上面にブロンズ層が形成される。相当量の発熱が起こる)。
【００３８】
8.  アンモニアの添加が完了したら、アンモニアの供給を止める。
9.  スチレンアリコート(99%スチレンの33.3ml)を、シリンジポンプを介して0.28ml/分の速度で反応容器に装入する(注記:発熱はリチウムアミドの形成を示している;この発熱は、NH3の凝縮によって観察される発熱より大きい。灰色の懸濁液が形成される。相当量の発熱及びそれに伴う温度上昇が予測される。)。
【００３９】
リチウムアミドの活性試験 - アルキルアセテートエノラートの自己縮合
リチウムアミドに酢酸アルキルを加えることによるエノラートの形成は、ミキシング時間内に効率的に完了する。得られる生成物のほうが最初のエノラートより酸性が強いので、少量の未反応の酢酸アルキルが自己付加(self-addition)を触媒する(スキームを参照)。したがって、周囲温度に加温したときの自己付加生成物(self-addition product)と遊離のTBAとの比が、エノラートの活性を示している。
【００４０】
【化１】
2007523039.tif 000002
【００４１】
方法:
リチウムアミドスラリー(1当量)にTBA(1.05当量)を加える。アリコートを水中に混合し、酢酸エチルで抽出し、GCMSによって分析する。標準および記録されているピーク面積比と比較することによって化合物を同定する。
【００４２】
A.  フィッシャー(Fisher)(商標)から購入したリチウムアミド。(アリコートは、−40℃と20℃で試験した)
結果:  TBAAは検出されなかった。
【００４３】
B.  フィッシャーから購入したリチウムアミド。TBAを加える前に、リチウムアミドを1当量の液体アンモニア中に懸濁させた。
結果:  TBAAは検出されなかった。
【００４４】
C.  比較例1からのリチウムアミド。
結果:  TBAAは検出されなかった。
D.  比較例1からのリチウムアミド。TBAを装入する前に追加のアンモニア(4当量)を加え、1時間放置した。
【００４５】
結果:  微量のTBAAが検出された。
E.  実施例1からのリチウムアミド。アリコートを−40℃に維持し、TBAを導入し、直ちにTBAAが存在するかどうかを試験した。
【００４６】
結果:  TBA:TBAA 2.5:1
F.  実施例2からのリチウムアミド。アリコートを−40℃に維持し、TBAを導入し、直ちにTBAAが存在するかどうかを試験した。
【００４７】
結果:  TBA:TBAA 2.5:1
【国際調査報告】
2007523039.tif 000003
2007523039.tif 000004