説明

光学活性第2級アルコールの製造方法

【課題】 医農薬品の原料化合物、機能性材料化合物の製造原料等として有用である光学活性第2級アルコールを、従来の問題を解決し、高い光学純度で製造する方法を提供する。
【解決手段】 光学活性コバルト(II)錯体触媒の触媒量の存在下、オレフィンを共存させることにより、ラセミ体第2級アルコールを酸素分子により酸化して未反応の第2級アルコールを回収することを特徴とする、光学活性第2級アルコールの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学活性第2級アルコールの製造方法に関し、より詳しくは、光学活性コバルト(II)錯体触媒の存在下、オレフィン、特にスチレン類を共存させることにより、光学活性第2級アルコールを得る方法に関する。
【背景技術】
【0002】
これまで、光学活性第2級アルコールの製造方法としては、不斉還元法および速度論的光学分割法が報告されている。
不斉還元法は、原料のケトンを触媒の存在下でエナンチオ選択的に還元する方法である。この方法は、触媒の選定に多数回の実験を必要とし、また、同一分子内に還元反応を受ける官能基が他にも存在する場合、目的とする反応と区別する必要があるという問題がある(特許文献1参照)。
【0003】
一方、酵素による光学分割法は、第2級アルコールに限定した反応に基づきラセミ体の光学分割が行われ、操作は安全であるが、生体反応を利用するため、基質特異性が高いこと、容積効率が低いことが問題として指摘されている(特許文献2参照)。
また、パラジウム(II)錯体を用いた酸化反応による光学分割法が報告されているが(非特許文献1および2参照)、これらは天然の(−)−スパルテインに由来する光学活性配位子を用いることから、片方の光学活性体しか製造できないという問題がある。さらに、パラジウムは希少金属の一つであり、代替技術の開発が強く望まれている。
【特許文献1】特開平8−310981号公報
【特許文献2】特開平3−259094号公報
【非特許文献1】Mandal, S. K.; Jensen, D. R.; Pugsley, J. R.; Sigman, M. S. J. Org. Chem. 2003, 68, 4600-4603.
【非特許文献2】Bagdanoff. J. T.; Stoltz, B. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 353-357.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、従来の製造方法における上記問題を解決した光学活性第2級アルコールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討した結果、ラセミ体第2級アルコールを、光学活性コバルト(II)錯体触媒の触媒量の存在下、オレフィン、特にスチレン類の共存条件で酸素分子を用いて酸化すると、光学異性体の片方のみが選択的に酸素酸化を受け、対応するケトンに変換され、未反応の第2級アルコールが高い光学純度で回収されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
すなわち本発明は、
1.ラセミ体第2級アルコールを、光学活性コバルト(II)錯体触媒の触媒量の存在下、オレフィンを共存させることにより、溶媒中で、酸素分子により酸化して未反応の第2級アルコールを回収することを特徴とする、光学活性第2級アルコールの製造方法。
【0007】
2.光学活性コバルト(II)錯体触媒が、式:
【化1】

[式中、R1とR2は異なる基であり、それぞれ、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、2個のR1同士または2個のR2同士は、相互に結合して環を形成してもよく、R3、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、アリール基、−COR’(ここでR’は水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アダマンチル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい)または−CO2R”(ここでR”は水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アダマンチル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい)であり、これらは置換基を有していてもよい]
で表される化合物である、上記1.に記載の製造方法。
【0008】
3.R1とR2のいずれか一方が水素であり、もう一方がアリール基であり、R3、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、−COR’(ここでR’は直鎖もしくは分岐状のアルキル基またはアリール基である)または−CO2R”(ここでR”は直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基またはアダマンチル基である)である、上記2.に記載の製造方法。
【0009】
4.R1とR2のいずれか一方が水素であり、もう一方がメシチル基であり、R3は水素原子であり、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、メチル、アセチル、メシチルカルボニル、エトキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニル、または(2−アダマンチル)オキシカルボニルである、上記3.に記載の製造方法。
【0010】
5.光学活性コバルト(II)錯体触媒が、[N,N’−ビス(2−エトキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II)、[N,N’−ビス(2−シクロヘキシルオキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II)、および[N,N’−ビス(2−(2−アダマンチル)オキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II)から選択される、上記4.に記載の製造方法。
【0011】
6.オレフィンが電子求引基で置換されていてもよいスチレンである、上記1.〜5.に記載の製造方法。
7.オレフィンがスチレンまたはp−クロロスチレンである、上記6.に記載の製造方法。
【0012】
8.ラセミ体第2級アルコールが、式:
【化2】

(式中、R6およびR7は異なる有機基であり、ここで該有機基は互いに結合してもよい)で表される化合物である、上記1.〜7.に記載の製造方法。
【0013】
9.R6およびR7は、それぞれ、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、直鎖もしくは分岐状のアルケニル基またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、または、R6およびR7とが互いに結合してシクロアルキル基を形成し、これはヘテロ原子を含んでいてもよく、置換基を有していてもよく、スピロ炭素を含んでスピロ環を形成してもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい、上記8.に記載の製造方法。
10.R6およびR7は、いずれか一方がアリール基であり、もう一方が直鎖もしくは分岐状のアルキル基であり、または、R6とR7とが互いに結合してシクロアルキル基を形成し、これは置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合している、上記9.に記載の製造方法。
【発明の効果】
【0014】
本発明の方法によれば、不斉還元法、酵素による光学分割法、およびパラジウム(II)錯体を用いた酸化反応による光学分割法における上記問題点を解決するものであって、基質の適応範囲が広く、比較的温和な条件で反応が進行し、しかも高い光学純度で第2級アルコールを回収することができる。
また、光学分割法では反応の転換率の制御が重要であるが、従来法では反応の進行度を逐次モニターしながら適切に反応を停止させる必要があった。本反応の発明によれば、使用するオレフィンの量を調整することにより反応の転換率を容易にかつ任意に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明は、以下に例示するような反応機構によるものと考えられている。
【化3】

【0016】
すなわち、本発明の反応では、ラセミ体第2級アルコールが光学活性コバルト(II)触媒による酸化反応の基質となり、オレフィンが酸素アクセプターとして働くことにより、ラセミ体第2級アルコールの一方の光学異性体が対応したケトンに変換され、他方の光学異性体を得ることができると考えられる。
【0017】
本発明の方法において、触媒として用いられる光学活性コバルト(II)錯体は、好ましくは、式:
【化4】

で表され、R1とR2は異なる基であり、それぞれ、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよい。
【0018】
本明細書において「直鎖もしくは分岐状のアルキル基」とは、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ブチル基等のC1-12直鎖もしくは分岐状のアルキル基等をいう。
本明細書において「アリール基」とは、例えばフェニル基、置換フェニル基、例えばメシチル基、p−メトキシフェニル基、p−クロロフェニル基、p−フルオロフェニル基、ナフチル基、置換ナフチル基等のC6-18アリール基等をいう。
【0019】
本明細書において「置換基」とは、同一でも異なっていてもよく、例えばC1-12直鎖もしくは分岐状のアルキル基、C1-6直鎖もしくは分岐状のアルコキシ基、例えばメトキシ基もしくはエトキシ基、またはハロゲン原子、例えばフッ素、塩素、もしくは臭素であるが、これらに限定されるものではない。これらの置換基は任意の位置に任意の数、好ましくは1〜3個、置換することができる。
【0020】
また、2個のR1同士または2個のR2同士は、相互に結合して環を形成してもよく、例えば、−(CH24−等の基を介して相互に結合して6員環等の環を形成してもよい。
さらに、R3、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、アリール基、−COR’(ここでR’は水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アダマンチル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい)または−CO2R”(ここでR”は水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アダマンチル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい)であり、これらは置換基を有していてもよい。
【0021】
本明細書において「シクロアルキル基」とは、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル等の、ヘテロ原子を含んでいてもよいC3-8シクロアルキル基をいう。ここで、本明細書において「ヘテロ原子」とは、例えば窒素、硫黄および酸素から選択される1〜4個のヘテロ原子をいう。
本明細書において「置換もしくは非置換のベンゼン環」とは、0〜5個の置換基により置換されたベンゼン環をいう。
【0022】
「−COR’」としては、例えばアセチル基、パーフルオロアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、メシチルカルボニル基等が挙げられ、「−COOR”」としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、シクロオクチルオキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、アダマンチルオキシカルボニル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0023】
光学活性コバルト(II)錯体の具体例として、下記式で表されるものが挙げられる。
【化5】

【化6】

【化7】

【0024】
この一般式で表される光学活性コバルト(II)錯体は、公知の方法にしたがって調製することができる(例えば、Y. Nishida, et al,. Inorg. Chim. Acta, 38,213(1980)、E.G. Jager, Z. Chem., 8,30, 392, and 475(1968)を参照)。例えば、上記錯体に対応する配位子と水酸化ナトリウム水溶液を、窒素雰囲気下、メタノール中で加熱後、塩化コバルト(II)水溶液を添加する方法により調製することができる。
【0025】
本発明において用いる光学活性コバルト(II)錯体触媒の「触媒量」とは、ラセミ体第2級アルコール1モルに対して、0.1〜50モル%、好ましくは1〜10モル%である。
【0026】
本発明においては、上記触媒にオレフィンを共存させることが必要である。本発明において用いる「オレフィン」とは、1つ以上の炭素二重結合を持つ不飽和炭化水素をいい、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、イソブテン、2−エチル−1−ブテン、2−メチル−1−ペンテン、2,3,3−トリメチル−1−ブテン、スチレン、特に電子求引基で置換されたスチレン、例えばo−、m−、p−フルオロスチレン、o−、m−、p−クロロスチレン、o−、m−、p−ブロモスチレン、o−、m−、p−メトキシスチレン、o−、m−、p−トリフルオロメチルスチレン、o−、m−、p−メチルスチレン等が挙げられる。特に好ましいものとしては、スチレン、p−クロロスチレンである。ここで「電子求引基」とは、水素原子と比べて結合原子側から電子を引きつけやすい基をいい、特に限定されるものでなく、好ましくはハロゲン原子、特に好ましくは塩素である。
【0027】
本発明において用いるオレフィンの使用量は適宜変更し得るものであり、例えば第2級アルコール1モルに対して、10〜150モル%、好ましくは20〜120モル%、さらに好ましくは40〜80モル%の割合である。高い光学収率および高い化学収率で光学活性第2級アルコールを得るためには、好ましくは第2級アルコール1モルに対して、50〜80モル%、好ましくは60〜70モル%の割合である。
【0028】
本発明の方法において、ラセミ体第2級アルコールは、式:
【化8】

で表され、R6およびR7は異なる有機基であり、ここで該有機基は互いに結合してもよい。
【0029】
本明細書において「有機基」とは、炭素原子を基本骨格とする基をいい、例えば直鎖もしくは分岐状のアルキル基、直鎖もしくは分岐状のアルケニル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよい。
【0030】
本明細書において「直鎖もしくは分岐状のアルケニル基」とは、例えばビニル基、アリル基、イソプロペニル基、2−メチルアリル基、1−プロペニル基、2−メチル−1−プロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基等のC1-12直鎖もしくは分岐状のアルケニル基等をいう。
または、R6とR7とが互いに結合してシクロアルキル基を形成し、これはヘテロ原子を含んでいてもよく、置換基を有していてもよく、スピロ炭素を含んでスピロ環を形成してもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい。
【0031】
該シクロアルキル基がスピロ環を形成する場合、スピロ炭素と共に新たなC3-7シクロアルカン環を形成し、これには例えば4’−ヒドロキシ−スピロ[シクロヘキサン−1,2’−クロマン]、4’−ヒドロキシ−スピロ[シクロペンタン−1,2’−クロマン]等が挙げられる。
【0032】
ラセミ体第2級アルコールの具体例として、下記式で表されるものが挙げられる。
【化9】

【0033】
本発明において用いられる「酸素分子」の圧力は、特に限定されないが、0.1MPa〜10MPaであり、好ましくは0.2MPa〜5MPa、さらに好ましくは0.2MPa〜2MPaの範囲である。本発明で使用される酸素分子は混合ガスの状態で用いてもよく、例えば純酸素に代えて、空気を使用することができる。
本発明において用いる溶媒としては、特に、芳香族炭化水素類、アルコール類、例えばt−ブチルアルコール、t−アミルアルコール、m−キシレン、メシチレン、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、1,2,3,5−テトラメチルベンゼン、2−メチルナフタレン、トルエン、n−プロピルベンゼン、n−ヘキシルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン等が挙げられ、好ましくはt−ブチルアルコール、t−アミルアルコール、t−ブチルベンゼンである。
反応温度は、通常、0℃〜90℃であり、特に室温から50℃が好ましい。ここで「室温」とは15℃〜30℃の温度を意味する。
反応時間は、反応規模、反応条件、例えばスチレンの量により異なる。
【実施例】
【0034】
製造例1
[N,N’−ビス(2−エトキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II):
【化10】

製造に用いられる水およびメタノールは予め脱気した。メタノール(2ml)中のN,N’−ビス[2−エトキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミン(0.37mmol)透明溶液に、60℃で、N2下、トリエチルアミン(0.11ml、0.77mmol)を添加した。10分間撹拌した後、メタノール(1ml)中の塩化コバルト(II)(73mg、0.55mmol)を滴下した。次いで、水(0.5ml)を添加し、橙色固体を沈殿させた。室温に冷まし、液相をN2下で濾別し、得られた橙色固体を水(0.5ml)で洗浄した。分析的に純粋なコバルト(II)錯体を、油浴で真空乾燥した後、橙色粉末として得た。73%収率 ; Mp 218 ℃ (DSC); MS (FAB+) m/z 633 (M+).
【0035】
製造例2
[N,N’−ビス(2−シクロヘキシルオキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II):
【化11】

製造例1と同様の方法により、表題化合物を得た。74%収率 ; Mp 250 ℃ (DSC); MS (FAB+) m/z 741 (M+).
【0036】
製造例3
[N,N’−ビス(2−(2−アダマンチル)オキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II):
【化12】

製造例1と同様の方法により、表題化合物を得た。75%収率 ; Mp 334 ℃ (DSC); MS (FAB+) m/z 845 (M+).
【0037】
実施例1
t−BuOH(1.5mL)中の製造例2から得られたコバルト(II)錯体(18.54mg、0.025mmol)および1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフトール(37.05mg、0.25mmol)の溶液に、スチレン(18.6ml、0.65当量)をO2下、室温で添加し、この溶液を50℃で12時間撹拌した。反応を飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液の添加によりクエンチし、そして生成物を酢酸エチルで抽出した。この有機層をブラインで洗浄し、そして無水硫酸ナトリウム上で乾燥させた。溶媒を真空で蒸発させ、シリカゲルのカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル、8:1)により精製し、無色油状物として対応のアルコール(16.6mg、45%収率、91%ee、krel値21)を得た。
【0038】
実施例2〜18
実施例2〜18の反応は、実施例1に記載される方法と同様に、t−BuOH(1.5mL)中、製造例2から得られたコバルト(II)錯体(0.025mmol)、基質(0.25mmol)、およびスチレン(0.65当量)を用い、50℃、O2下で実施した。
ただし、実施例2、7、8、11、13および15では、触媒は製造例3から得られたコバルト(II)錯体を用い、実施例2、3、4、6、7、8、14、15、17および18では、スチレンの代わりにp−クロロスチレンを用い、そして実施例8、9、10および11では、溶媒はt−ブチルベンゼンを用い、反応温度は65℃とした。
【0039】
実施例の結果を下表に示す。
【表1】

ここで「ee」とは、エナンチオマー過剰率(enantiomeric excess)を表し、これは試料中に占めるR体とS体の割合をそれぞれRおよびSとすると、次式:
ee(%)={(R−S)/(R+S)または(S−R)/(R+S)}×100
で求められる。
また、「krel」とは、ラセミ体第2級アルコールの各光学異性体の反応速度比を表し、以下により示される:
【化13】

本発明において、krelは10以上、好ましくは15以上、特に好ましくは20以上である。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明によれば、医農薬品の原料化合物、機能性材料化合物の製造原料として有用な光学活性第2級アルコールを、高い光学純度で提供することができ、しかも使用するオレフィンの量を調整することにより反応の転換率を容易にかつ任意に制御することができるので、その工業的価値は非常に高い。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ラセミ体第2級アルコールを、光学活性コバルト(II)錯体触媒の触媒量の存在下、オレフィンを共存させることにより、溶媒中で、酸素分子により酸化して未反応の第2級アルコールを回収することを特徴とする、光学活性第2級アルコールの製造方法。
【請求項2】
光学活性コバルト(II)錯体触媒が、式:
【化1】

[式中、R1とR2は異なる基であり、それぞれ、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、2個のR1同士または2個のR2同士は、相互に結合して環を形成してもよく、R3、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、アリール基、−COR’(ここでR’は水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アダマンチル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい)または−CO2R”(ここでR”は水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基、アダマンチル基、またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい)であり、これらは置換基を有していてもよい]
で表される化合物である、請求項1に記載の製造方法。
【請求項3】
1とR2のいずれか一方が水素であり、もう一方がアリール基であり、R3、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、水素原子、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、−COR’(ここでR’は直鎖もしくは分岐状のアルキル基またはアリール基である)または−CO2R”(ここでR”は直鎖もしくは分岐状のアルキル基、シクロアルキル基またはアダマンチル基である)である、請求項2に記載の製造方法。
【請求項4】
1とR2のいずれか一方が水素であり、もう一方がメシチル基であり、R3は水素原子であり、R4およびR5は、同一でも異なっていてもよく、メチル、アセチル、メシチルカルボニル、エトキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニル、または(2−アダマンチル)オキシカルボニルである、請求項3に記載の製造方法。
【請求項5】
光学活性コバルト(II)錯体触媒が、[N,N’−ビス(2−エトキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II)、[N,N’−ビス(2−シクロヘキシルオキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II)、および[N,N’−ビス(2−(2−アダマンチル)オキシカルボニル−3−オキソブチリデン)−(1S,2S)−ジメシチルエチレンジアミナト]コバルト(II)から選択される、請求項4に記載の製造方法。
【請求項6】
オレフィンが電子求引基で置換されていてもよいスチレンである、請求項1〜5に記載の製造方法。
【請求項7】
オレフィンがスチレンまたはp−クロロスチレンである、請求項6に記載の製造方法。
【請求項8】
ラセミ体第2級アルコールが、式:
【化2】

(式中、R6およびR7は異なる有機基であり、ここで該有機基は互いに結合してもよい)で表される化合物である、請求項1〜7に記載の製造方法。
【請求項9】
6およびR7は、それぞれ、直鎖もしくは分岐状のアルキル基、直鎖もしくは分岐状のアルケニル基またはアリール基であり、これらは置換基を有していてもよく、または、R6およびR7とが互いに結合してシクロアルキル基を形成し、これはヘテロ原子を含んでいてもよく、置換基を有していてもよく、スピロ炭素を含んでスピロ環を形成していてもよく、置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合していてもよい、請求項8に記載の製造方法。
【請求項10】
6およびR7は、いずれか一方がアリール基であり、もう一方が直鎖もしくは分岐状のアルキル基であり、または、R6とR7とが互いに結合してシクロアルキル基を形成し、これは置換もしくは非置換のベンゼン環と縮合している、請求項9に記載の製造方法。

【公開番号】特開2009−91337(P2009−91337A)
【公開日】平成21年4月30日(2009.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−266039(P2007−266039)
【出願日】平成19年10月12日(2007.10.12)
【出願人】(899000079)学校法人慶應義塾 (742)
【Fターム(参考)】