ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる還元反応
【課題】ボランの還元反応においてボランを簡便に使用できるテトラヒドロピランを選択し、ボランの安定性の確保、悪臭の防止、反応性低下などの課題を解決する。
【解決手段】ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる有機化合物の還元反応方法、及び前記有機化合物の還元反応の後、水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出する還元反応生成物の製造方法。本発明による還元反応方法はカルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、ニトリル化合物などの各種有機化合物に適用できる。
【解決手段】ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる有機化合物の還元反応方法、及び前記有機化合物の還元反応の後、水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出する還元反応生成物の製造方法。本発明による還元反応方法はカルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、ニトリル化合物などの各種有機化合物に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は還元反応において、テトラヒドロピランとボランからなる組成物またはボランテトラヒドロピラン錯体（以下、両者を一括して、単に「テトラヒドロピランとボランからなる組成物」と言う。）を用いて反応を行う方法に関する。さらに詳しく言えば、テトラヒドロピランとボランからなる組成物を用いる、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、ニトリル化合物などの各種有機化合物の還元反応方法、及びその還元反応方法による還元反応生成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボランによる還元反応は簡便な還元方法として重要な有機合成の手法となっている（Borane Reagent, Academic Press 1988 p165；非特許文献１）。還元反応を起こすのはボランであるが、ボランは二量体のジボランとして常温でガス状化合物なので、取り扱いが煩雑で、量を正確に計りにくい。そのため液体または固体で使用し易いボランテトラヒドロフラン錯体（Journal of the American Chemical Society, vol.97, p1637 (1970)；非特許文献２）、ボランジメチルスルフィド錯体（Jouranl of Organic Chemistry, vol.39, p3052 (1974)；非特許文献３）などがボランの試薬として通常用いられている。ボランテトラヒドロフランはボランに直接還元されてしまいホウ酸エステルになり、還元反応に有効なヒドリドが損失してしまう問題がある。ボランジメチル錯体は反応後遊離するジメチルスルフィドの悪臭の問題と還元反応後の酸化処理によりスルホキシドやスルホンが生成し、反応生成物と分離しにくい問題がある。一方、ボランとテトラヒドロピランの組成物は知られており（Journal of the American Chemical Society, vol81, p3534 (1959) ；非特許文献４）、11Ｂ−ＮＭＲの測定によりその存在が確認されているが（Inorganic Chemistry, vol.3, p1475 (1964)；非特許文献５）、安定性や反応に関する知見はない。
【０００３】
【非特許文献１】Borane Reagent, Academic Press 1988 p165
【非特許文献２】Journal of the American Chemical Society, vol.97, p1637 (1970)
【非特許文献３】Jouranl of Organic Chemistry, vol.39, p3052 (1974)
【非特許文献４】Journal of the American Chemical Society, vol.81, p3534 (1959)
【非特許文献５】Inorganic Chemistry, vol.3, p1475 (1964)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ボランの還元反応においてボランを簡便に使用できる化合物としてテトラヒドロピランを選択することにより、ボランの安定性の確保、悪臭の防止、反応性低下などの課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、還元反応にテトラヒドロピランとボランからなる組成物を用いることにより前記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は下記の有機化合物の還元反応方法及び還元反応生成物の製造方法を提供する。
１．ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いることを特徴とする有機化合物の還元反応方法。
２．テトラヒドロピランにジボランを溶解させて調製したボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる前記１に記載の還元反応方法。
３．有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である前記１または２に記載の還元反応方法。
４．ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用い、有機化合物を還元反応に付し、次いで水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出する還元反応生成物の製造方法。
５．有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である前記４に記載の還元反応生成物の製造方法。
方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるカルボニル化合物、カルボン酸誘導体化合物等の有機化合物の還元方法において、テトラヒドロピラン−ボランの組成物を用いることにより、反応の当量性が保証され、かつ試薬の反応溶媒と抽出溶媒を同一とすることができるため、反応工程の簡素化、エネルギーコストの低減などが実現できる。また、溶媒として毒性の低いテトラヒドロピランを用いるので、生体への安全性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の具体的内容について詳細に説明する。
本反応方法の還元反応について説明する。
本発明に用いるボランについて説明する。ボランとしてはジボランガスを用いても良いし、化学的に発生させて使用しても良い。化学的に発生させる場合は、水素化ホウ素ナトリウムのような水素化ホウ素化合物とジメチル硫酸や三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体のような酸性化合物を反応させることにより行う。
【０００９】
本還元反応方法に用いるテトラヒドロピランとボランからなる組成物について説明する。テトラヒドロピランとボランからなる組成物は通常ボランをテトラヒドロピランに溶解させて調製する。テトラヒドロピランとボランからなる組成物の簡便な調製方法として水素化ホウ素化合物と酸性化合物をテトラヒドロピラン中に溶解あるいは分散させる方法がある。例えば、水素化ホウ素ナトリウム１ｍｏｌとジメチル硫酸１ｍｏｌをテトラヒドロピラン中で混合するか、または水素化ホウ素ナトリウム３ｍｏｌと三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体１ｍｏｌをテトラヒドロピラン中で混合してテトラヒドロピランとボランからなる組成物を調製する。
【００１０】
テトラヒドロピランとボランがテトラヒドロピラン中でどのような組成物を形成しているのかは明らかになってはいないが、ボランがテトラヒドロピラン中に溶解している以外にテトラヒドロピランとボランは錯体を形成しているものと推定される（下記反応式１）。
【化１】
【００１１】
本還元反応法に用いる溶媒について説明する。溶媒としては、還元反応が進行する溶媒であれば特に制限はないが、１，２−ジメトキシメタン、ジグライム、トリグライム、テトラヒドロフラン、テトラヒロドピラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒が好適に用いられる。混合溶媒も使用することができるが、回収、再利用をする観点から、ボランとの組成物にも使用するテトラヒドロピラン単独で用いることが望ましい。テトラヒドロピランは通常特別の前処理をすることなく使用される。反応基質に対して２〜５０倍質量、好適には５〜３０倍質量用いられる。また、テトラヒドロピランは蒸留回収後、適宜脱水処理をして再使用することができ、これにより溶媒の使用量を低減することができる。
【００１２】
本還元反応は、通常窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気下で行われる。
ボランの使用量について説明する。ボランは１分子内に３ｍｏｌ当量のヒドリドをもつので、還元される化合物により用いられるボランの当量数が変わる。アルデヒド、ケトン化合物などのカルボニル化合物を還元する場合では少なくとも１／３ｍｏｌ量必要である。エステル化合物を還元する場合では２／３ｍｏｌ当量、カルボン酸化合物を還元する場合では１ｍｏｌ当量、１級アミド化合物を還元する場合では４／３ｍｏｌ当量、２級アミド化合物を還元する場合では１ｍｏｌ当量、ニトリル化合物を還元する場合では２／３ｍｏｌ当量のボランが用いられる。
【００１３】
反応温度はテトラヒドロピランの融点（−４５℃）〜還流温度の間で行うことができる。０〜８８℃の間が好適である。
【００１４】
本発明は種々の有機化合物の還元反応に用いることができる。一般的に、ボランによる還元が可能であれば、いずれの有機化合物にも本発明が適用可能であるが、特に以下に挙げる有機化合物の還元反応に好適に用いることができる。
【００１５】
［カルボニル化合物］
本発明で使用されるカルボニル化合物については特に制限はなく、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、クロトンアルデヒド、３−フェニルプロピオンアルデヒド、プロピオンアルデヒド、バレロアルデヒド、シクロヘキサンサンカルボアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、グリオキザール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒドなどの脂肪族アルデヒド化合物、ベンズアルデヒド、アニスアルデヒド、ｐ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−メチルベンズアルデヒド、バニリン、２−ナフタレンアルデヒド、テレフタルアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、１，２−ナフタレンジカルボアルデヒドなどの芳香族アルデヒド化合物、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、イソホロン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘキシルアセトン、アセチルアセトン、アセト酢酸メチルなどの脂肪族ケトン化合物、アセトフェノン、プロピオフェノン、ベンゾフェノンデオキシベンゾイン、アセトナフトフェノン、ブチロナフトフェノン、インデン−１−オン、フルオレン−９−オンなどの芳香族ケトン化合物などを用いることができる。
【００１６】
［エステル化合物］
本発明で使用されるエステル化合物については特に制限はなく、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、ヘキサン酸メチル、オクチル酸メチル、シクロヘキサンカルボン酸メチル、フェニル酢酸、アセト酢酸エチル、シュウ酸ジメチル、マロン酸ジエチル、コハク酸メジチル、マレイン酸ジメチル、グルタル酸ジエチルなどの脂肪族エステル化合物、安息香酸エチル、アニス酸メチル、２−ナフタレンカルボン酸メチル、テレフタル酸ジメチル、イソフタル酸ジエチル、フタル酸ジオクチル、トリメリット酸トリメチル、ピロメリット酸テトラメチルなどの芳香族エステル化合物などを用いることができる。
【００１７】
［カルボン酸化合物］
本発明で使用されるカルボン酸化合物については特に制限はなく、ギ酸、酢酸、プロピオン、ブタン酸、酪酸、ヘキサン酸、オクチル酸、シクロヘキサンカルボン酸、フェニル酢酸、アセト酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、グルタル酸などの脂肪族カルボン酸化合物、安息香酸、アニス酸、２−ナフタレンカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸などの芳香族カルボン酸化合物などを用いることができる。
【００１８】
［アミド化合物］
本発明で使用されるアミド化合物については特に制限はなく、ギ酸アミド、酢酸アミド、Ｎ−メチル酢酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル酢酸アミド、酪酸アミド、Ｎ−ブチル酪酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジエチル酪酸アミド、アセト酢酸アミド、オキザミドのどの脂肪族第１、２級アミド化合物、ベンズアミド、Ｎ−エチルベンズアミド、Ｎ，Ｎ’−ジエチルベンズアミド、テレフタラミドなどの芳香族アミド化合物などを用いることができる。
【００１９】
［ニトリル化合物］
本発明で使用されるニトリル化合物については特に制限はなく、アセトニトリル、アクリロニトリル、プロピオニトリル、クロトノニトリル、バレロニトリル、マロノジニトリルなど脂肪族ニトリル化合物、ベンゾニトリル、トルニトリル、フタロニトリル、テレフタロニトリル、イソフタロニトリルなどの芳香族ニトリル化合物を用いることができる。
【００２０】
本発明では、還元反応に使用した溶媒がテトラヒドロピランの場合、還元反応後に水を加えることにより、無機物を水層に、生成したアルコール化合物等の生成物をテトラヒドロピラン層に抽出分離することができる。すなわち、テトラヒドロピランが反応溶媒と抽出溶媒を兼ねるので、反応生成物は反応溶媒を濃縮したり、別途抽出溶媒を加えたりすることなしに直接抽出分離することができ、反応工程の簡素化及びエネルギーコストの低減が可能となる。
【００２１】
上述の本発明の還元反応方法が適用できる反応例を以下に示す。
【化２】
（式中、Ｒ、Ｒ’及びＲ''は、それぞれ独立してアルキル基、アルケニル基、アリール基または水素原子を表す。）
【実施例】
【００２２】
以下に本発明について代表的な例を示し具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
なお、実施例における各成分の分析はガスクロマトグラフ装置（ＧＣ）（アジレント製，６８９０Ｎ）を用い、分析カラムとしてＪ＆Ｗ製ＤＢ−１カラム（長さ３０ｍ、直径０．３２ｍｍ、膜厚１μｍ）を用いた。また、難揮発物質の分析には高速液体クロマトブラフ装置（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製，ＬＣ−２０１０ＨＴ）を用い、分析カラムとして関東化学製ＲＰ−１８（ＯＤＳ）フェルドキャップ処理を用いた。
【００２３】
実施例１：ボラン−テトラヒドロピラン組成物の調製
［ボランガスの発生］
容量５００ｍｌのナスフラスコに室温下、撹拌子、水素化ホウ素ナトリウム７．４６ｇ（２００ｍｍｏｌ）、ジグライム２００ｍｌを加え、ジメチル硫酸２５．２ｇ（２００ｍｍｏｌ）を内温が６０℃以下になるように滴下する。水素化ホウ素ナトリウムとジメチル硫酸が反応し、ジボランガスが発生する。
【００２４】
［ボラン−テトラヒドロピラン組成物の調製］
容量２００ｍｌのナスフラスコにガス導入管を付け、テトラヒドロピラン（以下、「ＴＨＰ」と記載する場合もある。）１００ｍｌを加え、塩氷バスで冷却した。この中にジボランガスを導入し、ボラン−テトラヒドロピラン組成物を調製した。ガスビュレットで活性水素を定量すると０．７３ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液を以下、ＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液と略す。
【００２５】
比較例１：ボラン−テトラヒドロフラン組成物の調製
実施例１と同様の方法でボラン−テトラヒドロフラン溶液を調製した。活性水素は０．９５ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液を以下、ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液と略す。
【００２６】
実施例２、比較例２および比較例３：安定性試験
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＰ）、比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＦ）、アルドリッチ製試薬のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）を３０℃で保存した。経日後、各溶液を水で分解しＧＣで分析した（図１）。ボランとＴＨＦが反応して生成するブタノールと残存するＴＨＦとの面積百分率比、ボランとＴＨＰが反応して生成するペンタノールと残存するＴＨＰとの面積百分率比で安定性を評価した（下記反応式２）。
なお、実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＰ）の場合を実施例２、比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＦ）の場合を比較例２、アルドリッチ製試薬のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）の場合を比較例３とする。
【化３】
ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液からはＴＨＦの分解物であるブタノールが検出され、ＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液からはＴＨＰの分解物であるペンタノールは検出されなかった。
【００２７】
実施例３：カルボン酸化合物の還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液３０ｍｌに表１に示すカルボン酸化合物（酢酸、３−フェニルプロピオン酸、安息香酸）（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出された各アルコールの生成をＧＣで確認した。各アルコールの収率について、結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
比較例４：ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液によるカルボン酸の還元
比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液２４ｍｌに安息香酸０．６１ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロフランを濃縮した。残渣に酢酸エチルと水を加えた後、分液操作を行い、酢酸エチルに抽出されたベンジルアルコールの生成をＧＣで確認した。アルコールの収率について、結果を表２に示す。
【００３０】
実施例４：in-situによるＢＨ3−ＴＨＰ組成物によるカルボン酸の還元
塩氷冷却下、ＴＨＰ１０ｍｌに水素化ホウ素ナトリウム０．３４ｇ（９ｍｍｏｌ）を加え、三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体１．８５ｇ（１２ｍｍｏｌ）を内温が０℃以下になるように滴下した。滴下終了後安息香酸０．６１ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたアルコールの生成をＧＣで確認した。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
実施例５：アルデヒドの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液１０ｍｌに３−フェニルプロピオンアルデヒド０．６７ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出された３−フェニルプロパノールの生成をＧＣで確認した。収率９６％であった。
【００３３】
実施例６：ケトンの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液に１０ｍｌにアセトフェノン０．６ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに３時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出された１−フェニルエタノールの生成をＧＣで確認した。収率８６％であった。
【００３４】
実施例７：エステルの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液に２０ｍｌに安息香酸メチル０．６８ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに８時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたベンジルアルコールの生成をＧＣで確認した。収率８１％であった。
【００３５】
実施例８：アミドの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液５０ｍｌにアミド（Ｎ，Ｎ’−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ’−ジエチルベンズアミド）（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、還流下１０時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたアミンの生成をＧＣで確認した。結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】
実施例９：ニトリルの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液に２０ｍｌにベンゾニトリル０．５１ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに８時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたベンジルアミンの生成をＧＣで確認した。
ｒ
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１で調製したボラン−テトラヒドロピラン組成物（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＰ）、比較例１で調製したボラン−テトラヒドロフラン組成物（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＦ）及び市販のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液試薬（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）の安定性（経日による分解で生成するアルコール量）を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は還元反応において、テトラヒドロピランとボランからなる組成物またはボランテトラヒドロピラン錯体（以下、両者を一括して、単に「テトラヒドロピランとボランからなる組成物」と言う。）を用いて反応を行う方法に関する。さらに詳しく言えば、テトラヒドロピランとボランからなる組成物を用いる、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、ニトリル化合物などの各種有機化合物の還元反応方法、及びその還元反応方法による還元反応生成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボランによる還元反応は簡便な還元方法として重要な有機合成の手法となっている（Borane Reagent, Academic Press 1988 p165；非特許文献１）。還元反応を起こすのはボランであるが、ボランは二量体のジボランとして常温でガス状化合物なので、取り扱いが煩雑で、量を正確に計りにくい。そのため液体または固体で使用し易いボランテトラヒドロフラン錯体（Journal of the American Chemical Society, vol.97, p1637 (1970)；非特許文献２）、ボランジメチルスルフィド錯体（Jouranl of Organic Chemistry, vol.39, p3052 (1974)；非特許文献３）などがボランの試薬として通常用いられている。ボランテトラヒドロフランはボランに直接還元されてしまいホウ酸エステルになり、還元反応に有効なヒドリドが損失してしまう問題がある。ボランジメチル錯体は反応後遊離するジメチルスルフィドの悪臭の問題と還元反応後の酸化処理によりスルホキシドやスルホンが生成し、反応生成物と分離しにくい問題がある。一方、ボランとテトラヒドロピランの組成物は知られており（Journal of the American Chemical Society, vol81, p3534 (1959) ；非特許文献４）、11Ｂ−ＮＭＲの測定によりその存在が確認されているが（Inorganic Chemistry, vol.3, p1475 (1964)；非特許文献５）、安定性や反応に関する知見はない。
【０００３】
【非特許文献１】Borane Reagent, Academic Press 1988 p165
【非特許文献２】Journal of the American Chemical Society, vol.97, p1637 (1970)
【非特許文献３】Jouranl of Organic Chemistry, vol.39, p3052 (1974)
【非特許文献４】Journal of the American Chemical Society, vol.81, p3534 (1959)
【非特許文献５】Inorganic Chemistry, vol.3, p1475 (1964)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ボランの還元反応においてボランを簡便に使用できる化合物としてテトラヒドロピランを選択することにより、ボランの安定性の確保、悪臭の防止、反応性低下などの課題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、還元反応にテトラヒドロピランとボランからなる組成物を用いることにより前記課題が解決できることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は下記の有機化合物の還元反応方法及び還元反応生成物の製造方法を提供する。
１．ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いることを特徴とする有機化合物の還元反応方法。
２．テトラヒドロピランにジボランを溶解させて調製したボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる前記１に記載の還元反応方法。
３．有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である前記１または２に記載の還元反応方法。
４．ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用い、有機化合物を還元反応に付し、次いで水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出する還元反応生成物の製造方法。
５．有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である前記４に記載の還元反応生成物の製造方法。
方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるカルボニル化合物、カルボン酸誘導体化合物等の有機化合物の還元方法において、テトラヒドロピラン−ボランの組成物を用いることにより、反応の当量性が保証され、かつ試薬の反応溶媒と抽出溶媒を同一とすることができるため、反応工程の簡素化、エネルギーコストの低減などが実現できる。また、溶媒として毒性の低いテトラヒドロピランを用いるので、生体への安全性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の具体的内容について詳細に説明する。
本反応方法の還元反応について説明する。
本発明に用いるボランについて説明する。ボランとしてはジボランガスを用いても良いし、化学的に発生させて使用しても良い。化学的に発生させる場合は、水素化ホウ素ナトリウムのような水素化ホウ素化合物とジメチル硫酸や三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体のような酸性化合物を反応させることにより行う。
【０００９】
本還元反応方法に用いるテトラヒドロピランとボランからなる組成物について説明する。テトラヒドロピランとボランからなる組成物は通常ボランをテトラヒドロピランに溶解させて調製する。テトラヒドロピランとボランからなる組成物の簡便な調製方法として水素化ホウ素化合物と酸性化合物をテトラヒドロピラン中に溶解あるいは分散させる方法がある。例えば、水素化ホウ素ナトリウム１ｍｏｌとジメチル硫酸１ｍｏｌをテトラヒドロピラン中で混合するか、または水素化ホウ素ナトリウム３ｍｏｌと三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体１ｍｏｌをテトラヒドロピラン中で混合してテトラヒドロピランとボランからなる組成物を調製する。
【００１０】
テトラヒドロピランとボランがテトラヒドロピラン中でどのような組成物を形成しているのかは明らかになってはいないが、ボランがテトラヒドロピラン中に溶解している以外にテトラヒドロピランとボランは錯体を形成しているものと推定される（下記反応式１）。
【化１】
【００１１】
本還元反応法に用いる溶媒について説明する。溶媒としては、還元反応が進行する溶媒であれば特に制限はないが、１，２−ジメトキシメタン、ジグライム、トリグライム、テトラヒドロフラン、テトラヒロドピラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒が好適に用いられる。混合溶媒も使用することができるが、回収、再利用をする観点から、ボランとの組成物にも使用するテトラヒドロピラン単独で用いることが望ましい。テトラヒドロピランは通常特別の前処理をすることなく使用される。反応基質に対して２〜５０倍質量、好適には５〜３０倍質量用いられる。また、テトラヒドロピランは蒸留回収後、適宜脱水処理をして再使用することができ、これにより溶媒の使用量を低減することができる。
【００１２】
本還元反応は、通常窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気下で行われる。
ボランの使用量について説明する。ボランは１分子内に３ｍｏｌ当量のヒドリドをもつので、還元される化合物により用いられるボランの当量数が変わる。アルデヒド、ケトン化合物などのカルボニル化合物を還元する場合では少なくとも１／３ｍｏｌ量必要である。エステル化合物を還元する場合では２／３ｍｏｌ当量、カルボン酸化合物を還元する場合では１ｍｏｌ当量、１級アミド化合物を還元する場合では４／３ｍｏｌ当量、２級アミド化合物を還元する場合では１ｍｏｌ当量、ニトリル化合物を還元する場合では２／３ｍｏｌ当量のボランが用いられる。
【００１３】
反応温度はテトラヒドロピランの融点（−４５℃）〜還流温度の間で行うことができる。０〜８８℃の間が好適である。
【００１４】
本発明は種々の有機化合物の還元反応に用いることができる。一般的に、ボランによる還元が可能であれば、いずれの有機化合物にも本発明が適用可能であるが、特に以下に挙げる有機化合物の還元反応に好適に用いることができる。
【００１５】
［カルボニル化合物］
本発明で使用されるカルボニル化合物については特に制限はなく、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、クロトンアルデヒド、３−フェニルプロピオンアルデヒド、プロピオンアルデヒド、バレロアルデヒド、シクロヘキサンサンカルボアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、グリオキザール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒドなどの脂肪族アルデヒド化合物、ベンズアルデヒド、アニスアルデヒド、ｐ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−メチルベンズアルデヒド、バニリン、２−ナフタレンアルデヒド、テレフタルアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、１，２−ナフタレンジカルボアルデヒドなどの芳香族アルデヒド化合物、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、イソホロン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘキシルアセトン、アセチルアセトン、アセト酢酸メチルなどの脂肪族ケトン化合物、アセトフェノン、プロピオフェノン、ベンゾフェノンデオキシベンゾイン、アセトナフトフェノン、ブチロナフトフェノン、インデン−１−オン、フルオレン−９−オンなどの芳香族ケトン化合物などを用いることができる。
【００１６】
［エステル化合物］
本発明で使用されるエステル化合物については特に制限はなく、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、ヘキサン酸メチル、オクチル酸メチル、シクロヘキサンカルボン酸メチル、フェニル酢酸、アセト酢酸エチル、シュウ酸ジメチル、マロン酸ジエチル、コハク酸メジチル、マレイン酸ジメチル、グルタル酸ジエチルなどの脂肪族エステル化合物、安息香酸エチル、アニス酸メチル、２−ナフタレンカルボン酸メチル、テレフタル酸ジメチル、イソフタル酸ジエチル、フタル酸ジオクチル、トリメリット酸トリメチル、ピロメリット酸テトラメチルなどの芳香族エステル化合物などを用いることができる。
【００１７】
［カルボン酸化合物］
本発明で使用されるカルボン酸化合物については特に制限はなく、ギ酸、酢酸、プロピオン、ブタン酸、酪酸、ヘキサン酸、オクチル酸、シクロヘキサンカルボン酸、フェニル酢酸、アセト酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、グルタル酸などの脂肪族カルボン酸化合物、安息香酸、アニス酸、２−ナフタレンカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸などの芳香族カルボン酸化合物などを用いることができる。
【００１８】
［アミド化合物］
本発明で使用されるアミド化合物については特に制限はなく、ギ酸アミド、酢酸アミド、Ｎ−メチル酢酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル酢酸アミド、酪酸アミド、Ｎ−ブチル酪酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジエチル酪酸アミド、アセト酢酸アミド、オキザミドのどの脂肪族第１、２級アミド化合物、ベンズアミド、Ｎ−エチルベンズアミド、Ｎ，Ｎ’−ジエチルベンズアミド、テレフタラミドなどの芳香族アミド化合物などを用いることができる。
【００１９】
［ニトリル化合物］
本発明で使用されるニトリル化合物については特に制限はなく、アセトニトリル、アクリロニトリル、プロピオニトリル、クロトノニトリル、バレロニトリル、マロノジニトリルなど脂肪族ニトリル化合物、ベンゾニトリル、トルニトリル、フタロニトリル、テレフタロニトリル、イソフタロニトリルなどの芳香族ニトリル化合物を用いることができる。
【００２０】
本発明では、還元反応に使用した溶媒がテトラヒドロピランの場合、還元反応後に水を加えることにより、無機物を水層に、生成したアルコール化合物等の生成物をテトラヒドロピラン層に抽出分離することができる。すなわち、テトラヒドロピランが反応溶媒と抽出溶媒を兼ねるので、反応生成物は反応溶媒を濃縮したり、別途抽出溶媒を加えたりすることなしに直接抽出分離することができ、反応工程の簡素化及びエネルギーコストの低減が可能となる。
【００２１】
上述の本発明の還元反応方法が適用できる反応例を以下に示す。
【化２】
（式中、Ｒ、Ｒ’及びＲ''は、それぞれ独立してアルキル基、アルケニル基、アリール基または水素原子を表す。）
【実施例】
【００２２】
以下に本発明について代表的な例を示し具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
なお、実施例における各成分の分析はガスクロマトグラフ装置（ＧＣ）（アジレント製，６８９０Ｎ）を用い、分析カラムとしてＪ＆Ｗ製ＤＢ−１カラム（長さ３０ｍ、直径０．３２ｍｍ、膜厚１μｍ）を用いた。また、難揮発物質の分析には高速液体クロマトブラフ装置（ＳＨＩＭＡＤＺＵ製，ＬＣ−２０１０ＨＴ）を用い、分析カラムとして関東化学製ＲＰ−１８（ＯＤＳ）フェルドキャップ処理を用いた。
【００２３】
実施例１：ボラン−テトラヒドロピラン組成物の調製
［ボランガスの発生］
容量５００ｍｌのナスフラスコに室温下、撹拌子、水素化ホウ素ナトリウム７．４６ｇ（２００ｍｍｏｌ）、ジグライム２００ｍｌを加え、ジメチル硫酸２５．２ｇ（２００ｍｍｏｌ）を内温が６０℃以下になるように滴下する。水素化ホウ素ナトリウムとジメチル硫酸が反応し、ジボランガスが発生する。
【００２４】
［ボラン−テトラヒドロピラン組成物の調製］
容量２００ｍｌのナスフラスコにガス導入管を付け、テトラヒドロピラン（以下、「ＴＨＰ」と記載する場合もある。）１００ｍｌを加え、塩氷バスで冷却した。この中にジボランガスを導入し、ボラン−テトラヒドロピラン組成物を調製した。ガスビュレットで活性水素を定量すると０．７３ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液を以下、ＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液と略す。
【００２５】
比較例１：ボラン−テトラヒドロフラン組成物の調製
実施例１と同様の方法でボラン−テトラヒドロフラン溶液を調製した。活性水素は０．９５ｍｏｌ／Ｌであった。この溶液を以下、ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液と略す。
【００２６】
実施例２、比較例２および比較例３：安定性試験
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＰ）、比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＦ）、アルドリッチ製試薬のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）を３０℃で保存した。経日後、各溶液を水で分解しＧＣで分析した（図１）。ボランとＴＨＦが反応して生成するブタノールと残存するＴＨＦとの面積百分率比、ボランとＴＨＰが反応して生成するペンタノールと残存するＴＨＰとの面積百分率比で安定性を評価した（下記反応式２）。
なお、実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＰ）の場合を実施例２、比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＦ）の場合を比較例２、アルドリッチ製試薬のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）の場合を比較例３とする。
【化３】
ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液からはＴＨＦの分解物であるブタノールが検出され、ＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液からはＴＨＰの分解物であるペンタノールは検出されなかった。
【００２７】
実施例３：カルボン酸化合物の還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液３０ｍｌに表１に示すカルボン酸化合物（酢酸、３−フェニルプロピオン酸、安息香酸）（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出された各アルコールの生成をＧＣで確認した。各アルコールの収率について、結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
比較例４：ＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液によるカルボン酸の還元
比較例１で調製したＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液２４ｍｌに安息香酸０．６１ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロフランを濃縮した。残渣に酢酸エチルと水を加えた後、分液操作を行い、酢酸エチルに抽出されたベンジルアルコールの生成をＧＣで確認した。アルコールの収率について、結果を表２に示す。
【００３０】
実施例４：in-situによるＢＨ3−ＴＨＰ組成物によるカルボン酸の還元
塩氷冷却下、ＴＨＰ１０ｍｌに水素化ホウ素ナトリウム０．３４ｇ（９ｍｍｏｌ）を加え、三フッ化ホウ素テトラヒドロピラン錯体１．８５ｇ（１２ｍｍｏｌ）を内温が０℃以下になるように滴下した。滴下終了後安息香酸０．６１ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたアルコールの生成をＧＣで確認した。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
実施例５：アルデヒドの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液１０ｍｌに３−フェニルプロピオンアルデヒド０．６７ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに１時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出された３−フェニルプロパノールの生成をＧＣで確認した。収率９６％であった。
【００３３】
実施例６：ケトンの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液に１０ｍｌにアセトフェノン０．６ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに３時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出された１−フェニルエタノールの生成をＧＣで確認した。収率８６％であった。
【００３４】
実施例７：エステルの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液に２０ｍｌに安息香酸メチル０．６８ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに８時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたベンジルアルコールの生成をＧＣで確認した。収率８１％であった。
【００３５】
実施例８：アミドの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液５０ｍｌにアミド（Ｎ，Ｎ’−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ’−ジエチルベンズアミド）（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、還流下１０時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたアミンの生成をＧＣで確認した。結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】
実施例９：ニトリルの還元
実施例１で調製したＢＨ3−ＴＨＰのＴＨＰ溶液に２０ｍｌにベンゾニトリル０．５１ｇ（５ｍｍｏｌ）を氷冷下加え、１時間後に室温に昇温し、さらに８時間反応させた。反応後、水１０ｍｌを加えて反応を停止させ、テトラヒドロピラン層と水層との分液操作を行い、前者に抽出されたベンジルアミンの生成をＧＣで確認した。
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【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１で調製したボラン−テトラヒドロピラン組成物（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＰ）、比較例１で調製したボラン−テトラヒドロフラン組成物（ＳＤＫ ＢＨ3−ＴＨＦ）及び市販のＢＨ3−ＴＨＦのＴＨＦ溶液試薬（reagent ＢＨ3−ＴＨＦ）の安定性（経日による分解で生成するアルコール量）を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いることを特徴とする有機化合物の還元反応方法。
【請求項２】
テトラヒドロピランにジボランを溶解させて調製したボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる請求項１に記載の還元反応方法。
【請求項３】
有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である請求項１または２に記載の還元反応方法。
【請求項４】
ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用い、有機化合物を還元反応に付し、次いで水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出する還元反応生成物の製造方法。
【請求項５】
有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である請求項４に記載の還元反応生成物の製造方法。
【請求項１】
ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いることを特徴とする有機化合物の還元反応方法。
【請求項２】
テトラヒドロピランにジボランを溶解させて調製したボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用いる請求項１に記載の還元反応方法。
【請求項３】
有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である請求項１または２に記載の還元反応方法。
【請求項４】
ボランとテトラヒドロピランからなる組成物を用い、有機化合物を還元反応に付し、次いで水を加え、反応により生成した化合物をテトラヒドロピラン層へ抽出する還元反応生成物の製造方法。
【請求項５】
有機化合物が、カルボニル化合物、エステル化合物、カルボン酸化合物、アミド化合物、またはニトリル化合物である請求項４に記載の還元反応生成物の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−３０９１３（Ｐ２０１０−３０９１３Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２１８６（Ｐ２００８−１９２１８６）
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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