芳香族へテロ環化合物のニトリル化法
【課題】毒性が高い原料が不要であり、副生成物の量を低減でき、使用原料の構造上の制約が少ない新規の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法の提供。
【解決手段】下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物を得ることを特徴とする、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
[化１]
【解決手段】下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物を得ることを特徴とする、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
[化１]
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
芳香族化合物のニトリル化物（アリールニトリル化合物）は、芳香族環にシアノ基が結合した化合物であり、種々の官能基を有するアリール化合物に変換可能であり、さらに、医農薬、各種化成品、高機能性材料等の中間体となるため、極めて重要な化合物である。なかでも、窒素原子（Ｎ）、酸素原子（Ｏ）、硫黄原子（Ｓ）等のヘテロ原子が芳香族環中に含まれる芳香族ヘテロ環化合物のニトリル化物（ヘテロアリールニトリル化合物）は、極めて有用である。
【０００３】
芳香族化合物をニトリル化する方法は、これまでに多数報告されているが、芳香族環に直接シアノ基（−ＣＮ）を導入する方法としては、ハロゲン化アリールを遷移金属触媒存在下で金属シアン化物と反応させる方法が最も一般的であると考えられる。これに関連した方法で初めて報告されたものは、ハロゲン化ベンゼン又はハロゲン化ナフタレンを、パラジウム（Ｐｄ（ＩＩ））触媒存在下でシアン化カリウム（ＫＣＮ）と反応させる方法（非特許文献１参照）であると考えられる。
しかし、非特許文献１に記載の方法では、触媒反応でシアノ化が進行するものの、毒物であるシアン化カリウムを使用するため、安全面から極めて限られた環境下でしか行うことができず、汎用性に乏しいという問題点があった。
【０００４】
そこで、プロセス上の制約が少なく、より有用な芳香族化合物のニトリル化法が検討され、例えば、ベンゼン骨格又はナフタレン骨格に２−ピリジル基が結合したアリール化合物を、銅塩存在下で、シアノ基供給源であるニトロメタンと反応させる方法（非特許文献２参照）が開示されている。この方法では、２−ピリジル基が結合している炭素原子に隣り合う炭素原子に、シアノ基を高選択的に導入できるとされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋｅｎｔａｒｏ Ｔａｋａｇｉ ｅｔ．ａｌ．， Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｐｐ．４７１−４７４（１９７３）
【非特許文献２】Ｘｉａｏ Ｃｈｅｎ ｅｔ．ａｌ．， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２８，６７９０−６７９１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献２に記載の方法では、基質となる芳香族化合物は、シアノ化を誘導するために２−ピリジル基を有することが必要となり、適用できる分子構造が極めて狭い範囲に限定されるという問題点があった。また、銅塩は化学量論量必要であり、金属を含む副生成物が大量に副生されるため、環境負荷が大きいという問題点があった。そして、これら芳香族化合物はもとより、窒素原子が芳香族環中に含まれる含窒素芳香族ヘテロ環化合物等についても同様に、直接シアノ基を導入する有用な方法がこれまでに開示されていないのが実情である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、毒性が高い原料が不要であり、副生成物の量を低減でき、使用原料の構造上の制約が少ない新規の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、
本発明は、下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物を得ることを特徴とする、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を提供する。
【０００９】
【化１】
（式中、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基であり；Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基であり；ｌは０〜４の整数であり、ｌが２〜４である場合には、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｍは０又は１であり；ｎは０〜３の整数であり、ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１であり；ｎが２又は３である場合には、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；l及びmがいずれも０ではなく、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく； l 、m及びｎがいずれも０ではない場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｐは１〜３の整数であり、ｐが２又は３である場合には、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【００１０】
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法においては、前記Ｒ１が水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、前記Ｒ２が炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、前記Ｒ３がハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることが好ましい。
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法においては、前記亜鉛触媒が、炭素数１〜１０の亜鉛フルオロアルキルスルホナート及び亜鉛フルオロアルキルスルホンアミド、並びに亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法においては、前記Ｒ４が炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、毒性が高い原料が不要であり、副生成物の量を低減でき、使用原料の構造上の制約が少ない新規の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法は、下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物（以下、「化合物（１）」と略記する）と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物（以下、「化合物（２）」と略記する）と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒（以下、「亜鉛触媒」と略記する）存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物（以下、「化合物（３）」と略記する）を得ることを特徴とする。
【００１３】
【化２】
（式中、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基であり；Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基であり；ｌは０〜４の整数であり、ｌが２〜４である場合には、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｍは０又は１であり；ｎは０〜３の整数であり、ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１であり；ｎが２又は３である場合には、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；l及びmがいずれも０ではなく、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく； l 、m及びｎがいずれも０ではない場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｐは１〜３の整数であり、ｐが２又は３である場合には、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【００１４】
＜化合物（１）＞
化合物（１）において、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基である。また、Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基である。Ｒ２は、化合物（１）のピロール環骨格を構成している炭素原子に結合している。
化合物（１）において、水素原子以外のＲ１と、Ｒ２とは、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００１５】
Ｒ１及びＲ２における脂肪族基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状（脂肪族環式基）のいずれでもよく、飽和脂肪族基及び不飽和脂肪族基のいずれでもよい。
前記脂肪族基は、炭化水素基であることが好ましい。
【００１６】
Ｒ１及びＲ２の飽和脂肪族基における炭化水素基としては、アルキル基が例示できる。
Ｒ１及びＲ２の飽和脂肪族基における鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数が１〜２０であることが好ましく、１〜１５であることがより好ましく、１〜１０であることが特に好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、１−メチルブチル基、ｎ−ヘキシル基、２−メチルペンチル基、３−メチルペンチル基、２，２−ジメチルブチル基、２，３−ジメチルブチル基、ｎ−ヘプチル基、２−メチルヘキシル基、３−メチルヘキシル基、２，２−ジメチルペンチル基、２，３−ジメチルペンチル基、２，４−ジメチルペンチル基、３，３−ジメチルペンチル基、３−エチルペンチル基、２，２，３−トリメチルブチル基、ｎ−オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基が例示できる。
【００１７】
Ｒ１及びＲ２の飽和脂肪族基における環状のアルキル基は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、炭素数が３〜１０であることが好ましく、より具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、１−アダマンチル基、２−アダマンチル基、トリシクロデシル基が例示できる。
【００１８】
Ｒ１及びＲ２の不飽和脂肪族基としては、前記飽和脂肪族基における隣接する炭素原子間の単結合（Ｃ−Ｃ）の一つ以上が二重結合（Ｃ＝Ｃ）又は三重結合（Ｃ≡Ｃ）に置換されたものが例示できる。該不飽和脂肪族基における二重結合（Ｃ＝Ｃ）及び三重結合（Ｃ≡Ｃ）の総数は少ないほど好ましく、１〜３であることが好ましい。
前記不飽和脂肪族基は、不飽和炭化水素基であることが好ましく、アルケニル基又はアルキニル基が例示できる。より具体的には、飽和脂肪族基における直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基における炭素原子間の一つの単結合が、不飽和結合（炭素原子間の二重結合又は三重結合）に置換されたものが例示できる。
Ｒ１及びＲ２の不飽和脂肪族基におけるアルケニル基又はアルキニル基は、直鎖状又は分岐鎖状である場合には、炭素数が２〜２０であることが好ましく、２〜１５であることがより好ましく、２〜１０であることが特に好ましい。また、環状である場合には、炭素数が５〜１０であることが好ましい。
【００１９】
Ｒ１及びＲ２におけるアリール基は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、炭素数が６〜１５であることが好ましい。なかでも、好ましいものとしては、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基が例示できる。さらに、これらの基の一つ以上の水素原子が、炭化水素基で置換されていてもよく、該炭化水素基としては、前記脂肪族基における炭化水素基と同様のものが例示できる。そして、炭化水素基の置換位置は、特に限定されない。
【００２０】
Ｒ１及びＲ２における脂肪族基又はアリール基は、置換基を有していてもよい。ここで「脂肪族基又はアリール基が置換基を有する」とは、脂肪族基又はアリール基を構成する一つ以上の水素原子が、水素原子以外の基で置換されているか、あるいは脂肪族基又はアリール基を構成する一つ以上の炭素原子が、炭素原子以外の基で置換されていることを指す。そして、水素原子及び炭素原子が共に置換基で置換されていてもよい。
置換基を有する前記脂肪族基又はアリール基は、置換基も含めて炭素数が前記範囲内であることが好ましい。
【００２１】
Ｒ１及びＲ２における水素原子を置換する置換基としては、アルキル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、シアノアルキル基、トリアルキルシリル基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アリールオキシ基、アリールアルキルオキシ基、アルキルアリールオキシ基、水酸基（−ＯＨ）、シアノ基（−ＣＮ）及びハロゲン原子が例示できる。
【００２２】
水素原子を置換するアルキル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基と同様のものが例示できる。
水素原子を置換するアルキルオキシカルボニル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基がオキシカルボニル基に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルキルカルボニルオキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基がカルボニルオキシ基に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルコキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基が酸素原子に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルキルカルボニル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基がカルボニル基に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するシアノアルキル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基の一つの水素原子がシアノ基で置換された基が例示できる。
水素原子を置換するトリアルキルシリル基としては、三つの前記脂肪族基におけるアルキル基がケイ素原子に結合した一価の基が例示できる。ここで、三つのアルキル基は互いに同一でもよく、異なっていてもよい。すなわち、三つのアルキル基の内、二つが同一でもよく、三つ全てが同一でもよく、三つ全てが異なっていてもよい。
【００２３】
水素原子を置換するアルケニル基としては、前記脂肪族基におけるアルケニル基と同様のものが例示できる。
水素原子を置換するアルケニルオキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルケニル基が酸素原子に結合した基が例示できる。
【００２４】
水素原子を置換するアリール基は、前記と同様である。
水素原子を置換するアルキルアリール基としては、前記アリール基の芳香族環を構成する炭素原子に結合している一つの水素原子が、前記脂肪族基におけるアルキル基で置換された基が例示できる。
水素原子を置換するアリールアルキル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基の一つの水素原子が前記アリール基で置換された基が例示できる。
水素原子を置換するアリールオキシ基としては、前記アリール基が酸素原子に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアリールアルキルオキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基から一つの水素原子を除いたアルキレン基に、前記アリール基と酸素原子が結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルキルアリールオキシ基としては、前記アリール基から、芳香族環を構成する炭素原子に結合している一つの水素原子を除いたアリーレン基に、前記脂肪族基におけるアルキル基と酸素原子が結合した一価の基が例示できる。
【００２５】
水素原子を置換するハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。
【００２６】
水素原子を置換する置換基の数は特に限定されず、Ｒ１及びＲ２の種類に応じて任意に調整でき、一つでもよいし、複数でもよく、すべての水素原子が置換基で置換されていてもよい。ただし、通常は１〜４であることが好ましい。
また、置換基で置換される水素原子の位置は特に限定されない。
【００２７】
Ｒ１及びＲ２における炭素原子を置換する置換基としては、カルボニル基（−Ｃ（＝Ｏ）−）、エステル結合（−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−）、アミド結合（−ＮＨ−Ｃ（＝Ｏ）−）、ヘテロ原子が例示できる。
炭素原子を置換するヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ホウ素原子が例示できる。
炭素原子を置換する置換基の数は特に限定されず、Ｒ１及びＲ２の種類に応じて任意に調整でき、一つでもよいし、複数でもよい。ただし、通常は１〜４であることが好ましい。
また、置換基で置換される炭素原子の位置は特に限定されない。
【００２８】
置換基を有するＲ１及びＲ２としては、水素原子が置換基で置換された脂肪族基であれば、アリールアルキル基が例示でき、炭素原子が置換基で置換された脂肪族基であれば、アルコキシ基が例示できる。ただし、これらはごく一例に過ぎず、置換基を有するＲ１及びＲ２としては、上記説明に該当する多種多様なものが適用できる。
【００２９】
化合物（１）において、Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基である。Ｒ３は、化合物（１）のベンゼン環骨格を構成している炭素原子（インドール環骨格の４位、５位、６位又は７位の炭素原子）に結合している。
Ｒ３におけるハロゲン原子としては、Ｒ１及びＲ２における水素原子を置換するハロゲン原子と同様のものが例示できる。
Ｒ３における置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基としては、Ｒ１及びＲ２における置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基と同様のものが例示できる。
【００３０】
化合物（１）において、ｌは０〜４の整数である。
ｌが２〜４である場合、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、すべてのＲ３が同一であってもよく、一部のＲ３が互いに異なっていてもよく、すべてのＲ３が互いに異なっていてもよい。
ｌが１〜４である場合、Ｒ３のインドール環骨格への結合位置は特に限定されない。
【００３１】
ｌが２〜４である場合、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、複数のＲ３同士が結合して、これら複数のＲ３と、これらが結合しているインドール環骨格を構成している炭素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数（環の骨格を構成する原子の数）も特に限定されない。
【００３２】
化合物（１）において、ｍは０又は１であり、ｎは０〜３の整数である。ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１である。すなわち、化合物（１）は、ｍが１である場合には、下記一般式（１１）で表されるインドール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（１１）」と略記する）であり、ｍが０である場合には、下記一般式（１２）で表されるピロール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（１２）」と略記する）である。
【００３３】
【化３】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びｌは前記と同様であり；ｎ１は０又は１であり；ｎ２は０〜３の整数であり、ｎ２が２又は３である場合、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【００３４】
化合物（１１）において、ｎ１は０又は１であり、ｎ１が１である場合には、Ｒ２は、化合物（１１）におけるインドール環骨格の２位又は３位の炭素原子に結合している。この場合、Ｒ２は、インドール環骨格の２位の炭素原子に結合していることが好ましい。すなわち、化合物（１１）としては、下記一般式（１１ａ）で表される化合物と、下記一般式（１１ｂ）で表される化合物が挙げられるが、下記一般式（１１ａ）で表される化合物が好ましい。
【００３５】
【化４】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ｌ及びｎ１は前記と同様である。）
【００３６】
化合物（１２）において、ｎ２は０〜３の整数であり、ｎ２が１〜３である場合には、Ｒ２は、化合物（１２）におけるピロール環骨格の２位〜５位のいずれかの炭素原子に結合している。この場合、Ｒ２は、ピロール環骨格の２位又は５位の炭素原子に結合していることが好ましい。
化合物（１２）においてｎ２が２又は３である場合（化合物（１）においてｎが２又は３である場合）、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、すべてのＲ２が同一であってもよく、一部のＲ２が互いに異なっていてもよく、すべてのＲ２が互いに異なっていてもよい。
【００３７】
化合物（１２）においてｎ２が２又は３である場合（化合物（１）においてｎが２又は３である場合）、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、複数のＲ２同士が結合して、これら複数のＲ２と、これらが結合しているピロール環骨格を構成している炭素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００３８】
ｎ２は０〜２であることが好ましく、０又は１であることがより好ましい。
【００３９】
化合物（１）において、Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合（すなわち、化合物（１１）において、Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎ１が０ではない場合、化合物（１２）において、Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎ２が０ではない場合）には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、Ｒ１と一つ以上のＲ２とが結合して、これらＲ１及びＲ２と、これらが結合している、ピロール環骨格を構成している炭素原子及び窒素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００４０】
化合物（１）において、l及びmがいずれも０ではなく（すなわち、化合物（１１）においてlが０ではなく）、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、Ｒ１と一つ以上のＲ３とが結合して、これらＲ１及びＲ３と、これらが結合している、インドール環骨格を構成している炭素原子及び窒素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００４１】
化合物（１）において、l 、m及びｎがいずれも０ではない（すなわち、化合物（１１）においてl及びｎ１が０ではない）場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、一つ以上のＲ２と一つ以上のＲ３とが結合して、これらＲ２及びＲ３と、これらが結合している、インドール環骨格を構成している原子（炭素原子、あるいは炭素原子及び窒素原子）とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００４２】
そして、化合物（１）が水素原子以外のＲ１、Ｒ２及びＲ３を有する場合には、これらＲ１〜Ｒ３がすべて相互に結合して環を形成していてもよい。
【００４３】
＜化合物（２）＞
化合物（２）において、Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基（−ＮＨ２）である。
【００４４】
Ｒ４における炭素数１〜１５のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、Ｒ１及びＲ２におけるアルキル基と同様のものが例示でき、炭素数が１〜１０であることが好ましい。
Ｒ４における炭素数１〜１５のアルコキシ基としては、Ｒ４における前記アルキル基が酸素原子に結合した一価の基が例示でき、炭素数が１〜５であるものが特に好ましい。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアリール基は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、炭素数が６〜１５であることが好ましい。なかでも、好ましいものとしては、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基が例示できる。さらに、これらの基の一つ以上の水素原子が、炭化水素基で置換されていてもよく、該炭化水素基としては、前記脂肪族基における炭化水素基と同様のものが例示できる。そして、炭化水素基の置換位置は、特に限定されない。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアリールオキシ基としては、Ｒ４における前記アリール基が酸素原子に結合した一価の基が例示できる。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアリールアルキル基としては、Ｒ４における前記アルキル基の一つの水素原子が、Ｒ４における前記アリール基で置換された基が例示でき、炭素数が６〜１５であることが好ましく、好ましいものとしては、ベンジル基（Ｃ６Ｈ５−ＣＨ２−）が例示できる。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアルキルアリール基としては、Ｒ４における前記アリール基の芳香族環を構成する炭素原子に結合している一つの水素原子が、Ｒ４における前記アルキル基で置換された基が例示でき、炭素数が６〜１５であることが好ましい。
【００４５】
化合物（２）において、ｐは１〜３の整数である。
ｐが２又は３である場合、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、すべてのＲ４が同一であってもよく、一部のＲ４が互いに異なっていてもよく、すべてのＲ４が互いに異なっていてもよい。
【００４６】
ｐが２又は３である場合、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、複数のＲ４同士が結合して、これら複数のＲ４と、これらが結合しているケイ素原子とで、環を形成していてもよい。
【００４７】
化合物（２）の使用量は、化合物（１）に対して１〜１０倍モル量であることが好ましく、１．５〜７．５倍モル量であることがより好ましい。下限値以上とすることで、化合物（３）の生成量をより向上させることができる。また、上限値以下とすることで、化合物（２）の過剰使用を抑制できる。
【００４８】
＜亜鉛触媒＞
本発明においては、亜鉛触媒として、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド又は亜鉛ハライドを使用する。
【００４９】
亜鉛スルホナートは、亜鉛フルオロアルキルスルホナートが好ましく、亜鉛パーフルオロアルキルスルホナートがより好ましい。
そして、亜鉛スルホナートは、炭素数が１〜１０であることが好ましい。
特に好ましい亜鉛スルホナートとしては、下記式（４１）で表される化合物（以下、「Ｚｎ（ＯＴｆ）２」と略記する）及び下記式（４２）で表される化合物（以下、「Ｚｎ（ＯＮｆ）２」と略記する）が例示できる。
【００５０】
【化５】
【００５１】
亜鉛スルホンアミドは、亜鉛フルオロアルキルスルホンアミドが好ましく、亜鉛パーフルオロアルキルスルホンアミドがより好ましい。
そして、亜鉛スルホンアミドは、炭素数が１〜１０であることが好ましい。
特に好ましい亜鉛スルホンアミドとしては、下記式（４３）で表される化合物（以下、「Ｚｎ（ＮＴｆ２）２」と略記する）が例示できる。
【００５２】
【化６】
【００５３】
亜鉛ハライドとしては、フッ化亜鉛（ＺｎＦ２）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）、臭化亜鉛（ＺｎＢｒ２）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）が例示でき、塩化亜鉛、臭化亜鉛が好ましい。
【００５４】
亜鉛触媒の使用量は、化合物（１）を基準として、１〜３０モル％であることが好ましく、１〜２０モル％であることがより好ましい。下限値以上とすることで、化合物（３）の生成量をより向上させることができる。また、上限値以下とすることで、副生成物の量をより低減できる。本発明においては、このように、亜鉛触媒の使用量が少量なので、例えば、化学量論量の金属塩を使用する従来の方法のように、金属を含む副生成物が大量に副生することがない。
【００５５】
亜鉛触媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すればよい。
【００５６】
＜ニトロメタン＞
本発明において、ニトロメタンは、シアノ基供給源として機能すると考えられる。
ニトロメタンの使用量は、使用するその他の原料の種類や、反応条件等を考慮して適宜設定すればよいが、化合物（１）に対して２倍モル量以上であることが好ましく、５倍モル量以上であることがより好ましい。下限値以上とすることで、化合物（３）の生成量をより向上させることができる。上限値は特に限定されず、本発明の効果を妨げない範囲内において適宜設定すればよい。
本発明においては、後述する溶媒を使用せずに、大過剰量のニトロメタンを溶媒兼用で使用してもよい。この場合のニトロメタンの使用量は、例えば、化合物（１）に対して７〜１５倍モル量であることが好ましい。
【００５７】
＜その他の反応条件＞
本発明においては、化合物（１）、化合物（２）、亜鉛触媒及びニトロメタン以外に、本発明の効果を妨げない範囲内において、さらにその他の成分を使用して、反応させてもよい。
【００５８】
前記その他の成分としては、ニトロメタン以外の溶媒が例示でき、反応を妨げないものから適宜選択できる。
前記溶媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すればよい。
本発明においては、条件によっては、前記溶媒を使用しなくても十分な量の化合物（３）が得られるので、前記溶媒の使用の有無、使用する場合の使用量は、行う反応ごとに判断すればよい。
【００５９】
化合物（３）は、化合物（１）、化合物（２）、亜鉛触媒、ニトロメタン、及び必要に応じてその他の成分を混合し、反応させることで、生成させることができる。
反応温度は、適宜調整すればよく、特に限定されないが、通常は、５０〜１３０℃が好ましく、６５〜１１５℃がより好ましい。このように、極端な低温又は高温等の特殊な温度ではなく、実用的な温度で反応させることができるので、本発明は極めて汎用性が高い。
反応時間は、反応温度等、その他の反応条件に応じて適宜調整すればよいが、通常は、２〜１００時間が好ましい。
【００６０】
化合物（３）の製造時には、反応終了後、常法により必要に応じて後処理を行い、生成物を取り出せばよい。すなわち、適宜必要に応じて、ろ過、洗浄、抽出、ｐＨ調整、脱水、濃縮等の後処理操作をいずれか単独で、又は二つ以上組み合わせて行い、濃縮、結晶化、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等により、生成物を取り出せばよい。また、取り出した生成物は、さらに必要に応じて、結晶化、再沈殿、カラムクロマトグラフィー、抽出、溶媒による結晶の撹拌洗浄等の操作をいずれか単独で、又は二つ以上組み合わせて一回以上行うことで、精製してもよい。
【００６１】
本発明においては、使用する化合物（１）に対応して、化合物（３）として、下記一般式（３１）で表されるインドール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（３１）」と略記する）又は下記一般式（３２）で表されるピロール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（３２）」と略記する）を製造できる。
【００６２】
【化７】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ｌ、ｎ１及びｎ２は前記と同様である。）
【００６３】
化合物（３１）としては、下記一般式（３１ａ）で表される化合物と、下記一般式（３１ｂ）で表される化合物が挙げられるが、本発明は、下記一般式（３１ａ）で表される化合物の製造に好適である。
【００６４】
【化８】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ｌ及びｎ１は前記と同様である。）
【００６５】
化合物（３２）としては、下記一般式（３２ａ）で表される化合物と、下記一般式（３２ｂ）で表される化合物が挙げられるが、本発明は、ｎ２が０又は１であるこれら化合物の製造に好適である。
【００６６】
【化９】
（式中、Ｒ１、Ｒ２及びｎ２は前記と同様である。）
【００６７】
本発明によれば、化合物（１）を構成する芳香族環（ピロール環骨格）に直接シアノ基を導入することで、化合物（３）を効率よく製造できる。この時、金属シアン化物等の毒性が高い原料を使用する必要がなく、特殊な反応条件も必要としないので、特殊な設備が不要であり、プロセス上の制約が少ない。また、使用する金属化合物は亜鉛触媒であり、使用量が少ないので、例えば、金属塩を化学量論量使用した場合よりも、副生成物の量を大幅に低減できる。さらに、化合物（１）としては、インドール環骨格又はピロール環骨格を有するものであればいずれも使用でき、シアノ化を誘導するための特殊な官能基を有している必要性はないので、使用原料の構造上の制約が少ない。
このように、本発明によれば、極めて有用で多様なアリールニトリル化合物を、環境負荷が小さく、安全で、汎用性が高い方法によって製造できる。
【実施例】
【００６８】
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下に示す亜鉛触媒の使用量（ｍｏｌ％）は、すべて化合物（１）を基準とした量である。また、「ｍｍｏｌ」は１０−３モルを示す。さらに、各略号はそれぞれ以下の基を示す。
Ｍｅ：メチル基
Ｅｔ：エチル基
ｎ−Ｏｃｔ：ｎ−オクチル基
Ｐｈ：フェニル基
【００６９】
［実施例１］
表１及び２に示すように、化合物（１）としてインドール（０．８ｍｍｏｌ）と、化合物（２）としてジフェニルシラン（２．４ｍｍｏｌ）と、ニトロメタン（０．４ｍｌ、７．４ｍｍｏｌ）と、亜鉛触媒としてＺｎ（ＯＴｆ）２（１０ｍｏｌ％と）を混合し、９０℃で１０時間反応させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的物である化合物（３１０１）を単離収率７４％で得た。単離収率は、検量線を用いてガスクロマトグラフィーの測定値から算出した収率（以下、ＧＣ収率と略記する）（７６％）とほぼ一致した。
得られた化合物（３１０１）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.30-7.37 (m, 2 H), 7.47 (d, J = 6.4 Hz, 1 H), 7.74 (d, J = 2.4 Hz , 1 H), 7.79 (d, J = 6.2 Hz, 1 H), 8.60 (bs, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 87.5, 112.1, 115.8, 119.7, 122.4, 124.4, 126.9, 131.8, 134.8.
【００７０】
【化１０】
【００７１】
［実施例２］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０２）を単離収率５８％で得た。
得られた化合物（３１０２）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 3.86 (s, 3 H), 7.29-7.32 (m, 1 H), 7.37 (td, J = 7.8, 1.3 Hz, 1 H), 7.40 (d, J = 8.0 Hz, 1 H), 7.57 (s, 1 H), 7.77 (dt, J = 8.0, 1.3 Hz, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 33.6, 85.4, 110.3, 116.0, 119.8, 122.1, 123.8, 127.8, 135.5, 136.0.
【００７２】
【化１１】
【００７３】
［実施例３］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０３）を単離収率６０％で得た。
得られた化合物（３１０３）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.29-7.36 (m, 2H), 7.46-7.51 (m, 2H), 7.53-7.57 (m, 2 H), 7.78 (dd, J = 8.5, 2.0 Hz, 1 H), 7.88-7.91 (m, 2H), 8.77 (bs, 1H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 84.1, 111.6, 116.8, 119.6, 122.5, 124.5, 126.8, 127.9, 128.9, 129.4, 129.5, 130.1, 134.3, 135.0, 144.7.
【００７４】
【化１２】
【００７５】
［実施例４］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０４）を単離収率５０％で得た。
得られた化合物（３１０４）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.49 (s, 3 H), 7.16 (dd, J = 8.4, 1.2 Hz, 1 H), 7.35 (d, J = 8.4 Hz, 1 H), 7.57 (s, 1 H), 7.69 (d, J = 2.8 Hz, 1 H), 8.54 (bs, 1 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 21.4, 86.9, 111.7, 116.0, 119.3, 126.0, 127.2, 131.7, 132.1, 133.1.
【００７６】
【化１３】
【００７７】
［実施例５］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０５）を単離収率４２％で得た。
得られた化合物（３１０５）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.36 (d, J = 8.8 Hz, 1 H), 7.44 (dd, J = 8.6, 1.8 Hz, 1 H), 7.74 (d, J = 1.6 Hz, 1 H), 7.93 (d, J = 2.0 Hz, 1 H), 8.74 (bs, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 87.4, 113.5, 115.0, 116.0, 122.4, 127.6, 128.5, 132.7, 133.5.
【００７８】
【化１４】
【００７９】
［実施例６］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０６）を単離収率４１％で得た。
得られた化合物（３１０６）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 3.89 (s, 3 H), 6.98 (dd, J = 8.8, 2.6 Hz, 1 H), 7.19 (d, J = 2.0 Hz, 1 H), 7.35 (d, J = 9.2 Hz, 1 H), 7.68 (d, J = 3.2 Hz, 1 H), 8.49 (bs, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 55.8, 86.9, 100.5, 113.0, 115.1, 116.2, 127.8, 129.7, 132.0, 156.0.
【００８０】
【化１５】
【００８１】
［実施例７］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３２０１）を単離収率３２％で得た。化合物（３２０１）は、シアノ基が３位に導入された化合物（３２０１ａ）４１モル％、及びシアノ基が２位に導入された化合物（３２０１ｂ）５９モル％の混合物であった。すなわち、化合物（３２０１ａ）の単離収率は１３％、化合物（３２０１ｂ）の単離収率は１９％であった。
得られた化合物（３２０１）のＮＭＲデータを以下に示す。
（化合物（３２０１ａ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.60 (dd, J = 3.2, 2.0 Hz, 1 H), 7.04 (dd, J = 3.2, 2.4 Hz, 1 H), 7.36-7.40 (m, 3 H), 7.46-7.52 (m, 3 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 95.0, 113.4, 116.3, 121.0, 121.31, 121.35, 126.4, 127.6, 129.89, 129.92, 139.2.
（化合物（３２０１ｂ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.35 (dd, J = 4.0, 2.8 Hz, 1 H), 7.00 (dd, J = 4.2, 1.8 Hz, 1 H), 7.09 (dd, J = 2.6, 1.8 Hz, 1 H), 7.41-7.47 (m, 3 H), 7.48-7.53 (m, 2 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 104.0, 110.6, 113.80, 113.83, 122.2, 124.11, 124.13, 126.9, 128.3, 129.7, 138.2.
【００８２】
【化１６】
【００８３】
［実施例８］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３２０２）を単離収率５１％で得た。化合物（３２０２）は、シアノ基が３位に導入された化合物（３２０２ａ）５５モル％、及びシアノ基が２位に導入された化合物（３２０２ｂ）４５モル％の混合物であった。すなわち、化合物（３２０２ａ）の単離収率は２８％、化合物（３２０２ｂ）の単離収率は２３％であった。
得られた化合物（３２０２）のＮＭＲデータを以下に示す。
（化合物（３２０２ａ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 5.07 (s, 2H), 6.45 (dd, J = 2.8, 1.8 Hz, 1 H), 6.65 (dd, J = 2.8, 2.4 Hz, 1 H), 7.13 (dd, J = 8.0, 1.6 Hz, 2 H), 7.16 (dd, J = 2.2, 1.8 Hz, 1 H), 7.31-7.39 (m, 3 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 54.0, 93.1, 112.5, 116.7, 122.4, 127.3, 128.11, 128.13, 128.46, 129.1, 135.9.
（化合物（３２０２ｂ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 5.21 (s, 2H), 6.20 (dd, J = 4.0, 2.8 Hz, 1 H), 6.83 (dd, J = 3.8, 1.4 Hz, 1 H), 6.85 (dd, J = 2.8, 2.0 Hz, 1 H), 7.18 (s, 1 H), 7.20 (d, J = 1.6 Hz, 1 H), 7.30-7.38 (m, 3 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 52.4, 104.1, 109.9, 113.8, 120.31, 120.33, 126.64, 126.67, 127.4, 128.4, 129.0, 136.0.
【００８４】
【化１７】
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
［実施例９〜２９］
表３〜６に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０１）を得た。
【００８８】
【表３】
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
【００９１】
【表６】
【００９２】
上記実施例においては、ヘテロ原子として窒素原子を含む芳香族へテロ環化合物のニトリル化法の例を示したが、本発明の反応機序を考慮すれば、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、芳香族ヘテロ環を構成するヘテロ原子として、酸素原子、硫黄原子等の窒素原子以外のものが含まれる芳香族ヘテロ環化合物についても、本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、医農薬、各種化成品、高機能性材料等の製造に利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
芳香族化合物のニトリル化物（アリールニトリル化合物）は、芳香族環にシアノ基が結合した化合物であり、種々の官能基を有するアリール化合物に変換可能であり、さらに、医農薬、各種化成品、高機能性材料等の中間体となるため、極めて重要な化合物である。なかでも、窒素原子（Ｎ）、酸素原子（Ｏ）、硫黄原子（Ｓ）等のヘテロ原子が芳香族環中に含まれる芳香族ヘテロ環化合物のニトリル化物（ヘテロアリールニトリル化合物）は、極めて有用である。
【０００３】
芳香族化合物をニトリル化する方法は、これまでに多数報告されているが、芳香族環に直接シアノ基（−ＣＮ）を導入する方法としては、ハロゲン化アリールを遷移金属触媒存在下で金属シアン化物と反応させる方法が最も一般的であると考えられる。これに関連した方法で初めて報告されたものは、ハロゲン化ベンゼン又はハロゲン化ナフタレンを、パラジウム（Ｐｄ（ＩＩ））触媒存在下でシアン化カリウム（ＫＣＮ）と反応させる方法（非特許文献１参照）であると考えられる。
しかし、非特許文献１に記載の方法では、触媒反応でシアノ化が進行するものの、毒物であるシアン化カリウムを使用するため、安全面から極めて限られた環境下でしか行うことができず、汎用性に乏しいという問題点があった。
【０００４】
そこで、プロセス上の制約が少なく、より有用な芳香族化合物のニトリル化法が検討され、例えば、ベンゼン骨格又はナフタレン骨格に２−ピリジル基が結合したアリール化合物を、銅塩存在下で、シアノ基供給源であるニトロメタンと反応させる方法（非特許文献２参照）が開示されている。この方法では、２−ピリジル基が結合している炭素原子に隣り合う炭素原子に、シアノ基を高選択的に導入できるとされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋｅｎｔａｒｏ Ｔａｋａｇｉ ｅｔ．ａｌ．， Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｐｐ．４７１−４７４（１９７３）
【非特許文献２】Ｘｉａｏ Ｃｈｅｎ ｅｔ．ａｌ．， Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２８，６７９０−６７９１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献２に記載の方法では、基質となる芳香族化合物は、シアノ化を誘導するために２−ピリジル基を有することが必要となり、適用できる分子構造が極めて狭い範囲に限定されるという問題点があった。また、銅塩は化学量論量必要であり、金属を含む副生成物が大量に副生されるため、環境負荷が大きいという問題点があった。そして、これら芳香族化合物はもとより、窒素原子が芳香族環中に含まれる含窒素芳香族ヘテロ環化合物等についても同様に、直接シアノ基を導入する有用な方法がこれまでに開示されていないのが実情である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、毒性が高い原料が不要であり、副生成物の量を低減でき、使用原料の構造上の制約が少ない新規の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、
本発明は、下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物を得ることを特徴とする、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を提供する。
【０００９】
【化１】
（式中、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基であり；Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基であり；ｌは０〜４の整数であり、ｌが２〜４である場合には、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｍは０又は１であり；ｎは０〜３の整数であり、ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１であり；ｎが２又は３である場合には、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；l及びmがいずれも０ではなく、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく； l 、m及びｎがいずれも０ではない場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｐは１〜３の整数であり、ｐが２又は３である場合には、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【００１０】
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法においては、前記Ｒ１が水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、前記Ｒ２が炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、前記Ｒ３がハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることが好ましい。
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法においては、前記亜鉛触媒が、炭素数１〜１０の亜鉛フルオロアルキルスルホナート及び亜鉛フルオロアルキルスルホンアミド、並びに亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法においては、前記Ｒ４が炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、毒性が高い原料が不要であり、副生成物の量を低減でき、使用原料の構造上の制約が少ない新規の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法は、下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物（以下、「化合物（１）」と略記する）と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物（以下、「化合物（２）」と略記する）と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒（以下、「亜鉛触媒」と略記する）存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物（以下、「化合物（３）」と略記する）を得ることを特徴とする。
【００１３】
【化２】
（式中、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基であり；Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基であり；ｌは０〜４の整数であり、ｌが２〜４である場合には、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｍは０又は１であり；ｎは０〜３の整数であり、ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１であり；ｎが２又は３である場合には、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；l及びmがいずれも０ではなく、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく； l 、m及びｎがいずれも０ではない場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｐは１〜３の整数であり、ｐが２又は３である場合には、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【００１４】
＜化合物（１）＞
化合物（１）において、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基である。また、Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基である。Ｒ２は、化合物（１）のピロール環骨格を構成している炭素原子に結合している。
化合物（１）において、水素原子以外のＲ１と、Ｒ２とは、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００１５】
Ｒ１及びＲ２における脂肪族基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状（脂肪族環式基）のいずれでもよく、飽和脂肪族基及び不飽和脂肪族基のいずれでもよい。
前記脂肪族基は、炭化水素基であることが好ましい。
【００１６】
Ｒ１及びＲ２の飽和脂肪族基における炭化水素基としては、アルキル基が例示できる。
Ｒ１及びＲ２の飽和脂肪族基における鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数が１〜２０であることが好ましく、１〜１５であることがより好ましく、１〜１０であることが特に好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、１−メチルブチル基、ｎ−ヘキシル基、２−メチルペンチル基、３−メチルペンチル基、２，２−ジメチルブチル基、２，３−ジメチルブチル基、ｎ−ヘプチル基、２−メチルヘキシル基、３−メチルヘキシル基、２，２−ジメチルペンチル基、２，３−ジメチルペンチル基、２，４−ジメチルペンチル基、３，３−ジメチルペンチル基、３−エチルペンチル基、２，２，３−トリメチルブチル基、ｎ−オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基が例示できる。
【００１７】
Ｒ１及びＲ２の飽和脂肪族基における環状のアルキル基は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、炭素数が３〜１０であることが好ましく、より具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、１−アダマンチル基、２−アダマンチル基、トリシクロデシル基が例示できる。
【００１８】
Ｒ１及びＲ２の不飽和脂肪族基としては、前記飽和脂肪族基における隣接する炭素原子間の単結合（Ｃ−Ｃ）の一つ以上が二重結合（Ｃ＝Ｃ）又は三重結合（Ｃ≡Ｃ）に置換されたものが例示できる。該不飽和脂肪族基における二重結合（Ｃ＝Ｃ）及び三重結合（Ｃ≡Ｃ）の総数は少ないほど好ましく、１〜３であることが好ましい。
前記不飽和脂肪族基は、不飽和炭化水素基であることが好ましく、アルケニル基又はアルキニル基が例示できる。より具体的には、飽和脂肪族基における直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基における炭素原子間の一つの単結合が、不飽和結合（炭素原子間の二重結合又は三重結合）に置換されたものが例示できる。
Ｒ１及びＲ２の不飽和脂肪族基におけるアルケニル基又はアルキニル基は、直鎖状又は分岐鎖状である場合には、炭素数が２〜２０であることが好ましく、２〜１５であることがより好ましく、２〜１０であることが特に好ましい。また、環状である場合には、炭素数が５〜１０であることが好ましい。
【００１９】
Ｒ１及びＲ２におけるアリール基は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、炭素数が６〜１５であることが好ましい。なかでも、好ましいものとしては、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基が例示できる。さらに、これらの基の一つ以上の水素原子が、炭化水素基で置換されていてもよく、該炭化水素基としては、前記脂肪族基における炭化水素基と同様のものが例示できる。そして、炭化水素基の置換位置は、特に限定されない。
【００２０】
Ｒ１及びＲ２における脂肪族基又はアリール基は、置換基を有していてもよい。ここで「脂肪族基又はアリール基が置換基を有する」とは、脂肪族基又はアリール基を構成する一つ以上の水素原子が、水素原子以外の基で置換されているか、あるいは脂肪族基又はアリール基を構成する一つ以上の炭素原子が、炭素原子以外の基で置換されていることを指す。そして、水素原子及び炭素原子が共に置換基で置換されていてもよい。
置換基を有する前記脂肪族基又はアリール基は、置換基も含めて炭素数が前記範囲内であることが好ましい。
【００２１】
Ｒ１及びＲ２における水素原子を置換する置換基としては、アルキル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、シアノアルキル基、トリアルキルシリル基、アルケニル基、アルケニルオキシ基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アリールオキシ基、アリールアルキルオキシ基、アルキルアリールオキシ基、水酸基（−ＯＨ）、シアノ基（−ＣＮ）及びハロゲン原子が例示できる。
【００２２】
水素原子を置換するアルキル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基と同様のものが例示できる。
水素原子を置換するアルキルオキシカルボニル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基がオキシカルボニル基に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルキルカルボニルオキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基がカルボニルオキシ基に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルコキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基が酸素原子に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルキルカルボニル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基がカルボニル基に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するシアノアルキル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基の一つの水素原子がシアノ基で置換された基が例示できる。
水素原子を置換するトリアルキルシリル基としては、三つの前記脂肪族基におけるアルキル基がケイ素原子に結合した一価の基が例示できる。ここで、三つのアルキル基は互いに同一でもよく、異なっていてもよい。すなわち、三つのアルキル基の内、二つが同一でもよく、三つ全てが同一でもよく、三つ全てが異なっていてもよい。
【００２３】
水素原子を置換するアルケニル基としては、前記脂肪族基におけるアルケニル基と同様のものが例示できる。
水素原子を置換するアルケニルオキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルケニル基が酸素原子に結合した基が例示できる。
【００２４】
水素原子を置換するアリール基は、前記と同様である。
水素原子を置換するアルキルアリール基としては、前記アリール基の芳香族環を構成する炭素原子に結合している一つの水素原子が、前記脂肪族基におけるアルキル基で置換された基が例示できる。
水素原子を置換するアリールアルキル基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基の一つの水素原子が前記アリール基で置換された基が例示できる。
水素原子を置換するアリールオキシ基としては、前記アリール基が酸素原子に結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアリールアルキルオキシ基としては、前記脂肪族基におけるアルキル基から一つの水素原子を除いたアルキレン基に、前記アリール基と酸素原子が結合した一価の基が例示できる。
水素原子を置換するアルキルアリールオキシ基としては、前記アリール基から、芳香族環を構成する炭素原子に結合している一つの水素原子を除いたアリーレン基に、前記脂肪族基におけるアルキル基と酸素原子が結合した一価の基が例示できる。
【００２５】
水素原子を置換するハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が例示できる。
【００２６】
水素原子を置換する置換基の数は特に限定されず、Ｒ１及びＲ２の種類に応じて任意に調整でき、一つでもよいし、複数でもよく、すべての水素原子が置換基で置換されていてもよい。ただし、通常は１〜４であることが好ましい。
また、置換基で置換される水素原子の位置は特に限定されない。
【００２７】
Ｒ１及びＲ２における炭素原子を置換する置換基としては、カルボニル基（−Ｃ（＝Ｏ）−）、エステル結合（−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−）、アミド結合（−ＮＨ−Ｃ（＝Ｏ）−）、ヘテロ原子が例示できる。
炭素原子を置換するヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ホウ素原子が例示できる。
炭素原子を置換する置換基の数は特に限定されず、Ｒ１及びＲ２の種類に応じて任意に調整でき、一つでもよいし、複数でもよい。ただし、通常は１〜４であることが好ましい。
また、置換基で置換される炭素原子の位置は特に限定されない。
【００２８】
置換基を有するＲ１及びＲ２としては、水素原子が置換基で置換された脂肪族基であれば、アリールアルキル基が例示でき、炭素原子が置換基で置換された脂肪族基であれば、アルコキシ基が例示できる。ただし、これらはごく一例に過ぎず、置換基を有するＲ１及びＲ２としては、上記説明に該当する多種多様なものが適用できる。
【００２９】
化合物（１）において、Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基である。Ｒ３は、化合物（１）のベンゼン環骨格を構成している炭素原子（インドール環骨格の４位、５位、６位又は７位の炭素原子）に結合している。
Ｒ３におけるハロゲン原子としては、Ｒ１及びＲ２における水素原子を置換するハロゲン原子と同様のものが例示できる。
Ｒ３における置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基としては、Ｒ１及びＲ２における置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基と同様のものが例示できる。
【００３０】
化合物（１）において、ｌは０〜４の整数である。
ｌが２〜４である場合、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、すべてのＲ３が同一であってもよく、一部のＲ３が互いに異なっていてもよく、すべてのＲ３が互いに異なっていてもよい。
ｌが１〜４である場合、Ｒ３のインドール環骨格への結合位置は特に限定されない。
【００３１】
ｌが２〜４である場合、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、複数のＲ３同士が結合して、これら複数のＲ３と、これらが結合しているインドール環骨格を構成している炭素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数（環の骨格を構成する原子の数）も特に限定されない。
【００３２】
化合物（１）において、ｍは０又は１であり、ｎは０〜３の整数である。ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１である。すなわち、化合物（１）は、ｍが１である場合には、下記一般式（１１）で表されるインドール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（１１）」と略記する）であり、ｍが０である場合には、下記一般式（１２）で表されるピロール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（１２）」と略記する）である。
【００３３】
【化３】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びｌは前記と同様であり；ｎ１は０又は１であり；ｎ２は０〜３の整数であり、ｎ２が２又は３である場合、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【００３４】
化合物（１１）において、ｎ１は０又は１であり、ｎ１が１である場合には、Ｒ２は、化合物（１１）におけるインドール環骨格の２位又は３位の炭素原子に結合している。この場合、Ｒ２は、インドール環骨格の２位の炭素原子に結合していることが好ましい。すなわち、化合物（１１）としては、下記一般式（１１ａ）で表される化合物と、下記一般式（１１ｂ）で表される化合物が挙げられるが、下記一般式（１１ａ）で表される化合物が好ましい。
【００３５】
【化４】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ｌ及びｎ１は前記と同様である。）
【００３６】
化合物（１２）において、ｎ２は０〜３の整数であり、ｎ２が１〜３である場合には、Ｒ２は、化合物（１２）におけるピロール環骨格の２位〜５位のいずれかの炭素原子に結合している。この場合、Ｒ２は、ピロール環骨格の２位又は５位の炭素原子に結合していることが好ましい。
化合物（１２）においてｎ２が２又は３である場合（化合物（１）においてｎが２又は３である場合）、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、すべてのＲ２が同一であってもよく、一部のＲ２が互いに異なっていてもよく、すべてのＲ２が互いに異なっていてもよい。
【００３７】
化合物（１２）においてｎ２が２又は３である場合（化合物（１）においてｎが２又は３である場合）、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、複数のＲ２同士が結合して、これら複数のＲ２と、これらが結合しているピロール環骨格を構成している炭素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００３８】
ｎ２は０〜２であることが好ましく、０又は１であることがより好ましい。
【００３９】
化合物（１）において、Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合（すなわち、化合物（１１）において、Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎ１が０ではない場合、化合物（１２）において、Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎ２が０ではない場合）には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、Ｒ１と一つ以上のＲ２とが結合して、これらＲ１及びＲ２と、これらが結合している、ピロール環骨格を構成している炭素原子及び窒素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００４０】
化合物（１）において、l及びmがいずれも０ではなく（すなわち、化合物（１１）においてlが０ではなく）、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、Ｒ１と一つ以上のＲ３とが結合して、これらＲ１及びＲ３と、これらが結合している、インドール環骨格を構成している炭素原子及び窒素原子とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００４１】
化合物（１）において、l 、m及びｎがいずれも０ではない（すなわち、化合物（１１）においてl及びｎ１が０ではない）場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、一つ以上のＲ２と一つ以上のＲ３とが結合して、これらＲ２及びＲ３と、これらが結合している、インドール環骨格を構成している原子（炭素原子、あるいは炭素原子及び窒素原子）とで、環を形成していてもよい。この時の環は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、環員数も特に限定されない。
【００４２】
そして、化合物（１）が水素原子以外のＲ１、Ｒ２及びＲ３を有する場合には、これらＲ１〜Ｒ３がすべて相互に結合して環を形成していてもよい。
【００４３】
＜化合物（２）＞
化合物（２）において、Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基（−ＮＨ２）である。
【００４４】
Ｒ４における炭素数１〜１５のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状のいずれでもよく、Ｒ１及びＲ２におけるアルキル基と同様のものが例示でき、炭素数が１〜１０であることが好ましい。
Ｒ４における炭素数１〜１５のアルコキシ基としては、Ｒ４における前記アルキル基が酸素原子に結合した一価の基が例示でき、炭素数が１〜５であるものが特に好ましい。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアリール基は、単環構造及び多環構造のいずれでもよく、炭素数が６〜１５であることが好ましい。なかでも、好ましいものとしては、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基が例示できる。さらに、これらの基の一つ以上の水素原子が、炭化水素基で置換されていてもよく、該炭化水素基としては、前記脂肪族基における炭化水素基と同様のものが例示できる。そして、炭化水素基の置換位置は、特に限定されない。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアリールオキシ基としては、Ｒ４における前記アリール基が酸素原子に結合した一価の基が例示できる。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアリールアルキル基としては、Ｒ４における前記アルキル基の一つの水素原子が、Ｒ４における前記アリール基で置換された基が例示でき、炭素数が６〜１５であることが好ましく、好ましいものとしては、ベンジル基（Ｃ６Ｈ５−ＣＨ２−）が例示できる。
Ｒ４における炭素数６〜２０のアルキルアリール基としては、Ｒ４における前記アリール基の芳香族環を構成する炭素原子に結合している一つの水素原子が、Ｒ４における前記アルキル基で置換された基が例示でき、炭素数が６〜１５であることが好ましい。
【００４５】
化合物（２）において、ｐは１〜３の整数である。
ｐが２又は３である場合、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよい。すなわち、すべてのＲ４が同一であってもよく、一部のＲ４が互いに異なっていてもよく、すべてのＲ４が互いに異なっていてもよい。
【００４６】
ｐが２又は３である場合、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。すなわち、複数のＲ４同士が結合して、これら複数のＲ４と、これらが結合しているケイ素原子とで、環を形成していてもよい。
【００４７】
化合物（２）の使用量は、化合物（１）に対して１〜１０倍モル量であることが好ましく、１．５〜７．５倍モル量であることがより好ましい。下限値以上とすることで、化合物（３）の生成量をより向上させることができる。また、上限値以下とすることで、化合物（２）の過剰使用を抑制できる。
【００４８】
＜亜鉛触媒＞
本発明においては、亜鉛触媒として、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド又は亜鉛ハライドを使用する。
【００４９】
亜鉛スルホナートは、亜鉛フルオロアルキルスルホナートが好ましく、亜鉛パーフルオロアルキルスルホナートがより好ましい。
そして、亜鉛スルホナートは、炭素数が１〜１０であることが好ましい。
特に好ましい亜鉛スルホナートとしては、下記式（４１）で表される化合物（以下、「Ｚｎ（ＯＴｆ）２」と略記する）及び下記式（４２）で表される化合物（以下、「Ｚｎ（ＯＮｆ）２」と略記する）が例示できる。
【００５０】
【化５】
【００５１】
亜鉛スルホンアミドは、亜鉛フルオロアルキルスルホンアミドが好ましく、亜鉛パーフルオロアルキルスルホンアミドがより好ましい。
そして、亜鉛スルホンアミドは、炭素数が１〜１０であることが好ましい。
特に好ましい亜鉛スルホンアミドとしては、下記式（４３）で表される化合物（以下、「Ｚｎ（ＮＴｆ２）２」と略記する）が例示できる。
【００５２】
【化６】
【００５３】
亜鉛ハライドとしては、フッ化亜鉛（ＺｎＦ２）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）、臭化亜鉛（ＺｎＢｒ２）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ２）が例示でき、塩化亜鉛、臭化亜鉛が好ましい。
【００５４】
亜鉛触媒の使用量は、化合物（１）を基準として、１〜３０モル％であることが好ましく、１〜２０モル％であることがより好ましい。下限値以上とすることで、化合物（３）の生成量をより向上させることができる。また、上限値以下とすることで、副生成物の量をより低減できる。本発明においては、このように、亜鉛触媒の使用量が少量なので、例えば、化学量論量の金属塩を使用する従来の方法のように、金属を含む副生成物が大量に副生することがない。
【００５５】
亜鉛触媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すればよい。
【００５６】
＜ニトロメタン＞
本発明において、ニトロメタンは、シアノ基供給源として機能すると考えられる。
ニトロメタンの使用量は、使用するその他の原料の種類や、反応条件等を考慮して適宜設定すればよいが、化合物（１）に対して２倍モル量以上であることが好ましく、５倍モル量以上であることがより好ましい。下限値以上とすることで、化合物（３）の生成量をより向上させることができる。上限値は特に限定されず、本発明の効果を妨げない範囲内において適宜設定すればよい。
本発明においては、後述する溶媒を使用せずに、大過剰量のニトロメタンを溶媒兼用で使用してもよい。この場合のニトロメタンの使用量は、例えば、化合物（１）に対して７〜１５倍モル量であることが好ましい。
【００５７】
＜その他の反応条件＞
本発明においては、化合物（１）、化合物（２）、亜鉛触媒及びニトロメタン以外に、本発明の効果を妨げない範囲内において、さらにその他の成分を使用して、反応させてもよい。
【００５８】
前記その他の成分としては、ニトロメタン以外の溶媒が例示でき、反応を妨げないものから適宜選択できる。
前記溶媒は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は、目的に応じて適宜選択すればよい。
本発明においては、条件によっては、前記溶媒を使用しなくても十分な量の化合物（３）が得られるので、前記溶媒の使用の有無、使用する場合の使用量は、行う反応ごとに判断すればよい。
【００５９】
化合物（３）は、化合物（１）、化合物（２）、亜鉛触媒、ニトロメタン、及び必要に応じてその他の成分を混合し、反応させることで、生成させることができる。
反応温度は、適宜調整すればよく、特に限定されないが、通常は、５０〜１３０℃が好ましく、６５〜１１５℃がより好ましい。このように、極端な低温又は高温等の特殊な温度ではなく、実用的な温度で反応させることができるので、本発明は極めて汎用性が高い。
反応時間は、反応温度等、その他の反応条件に応じて適宜調整すればよいが、通常は、２〜１００時間が好ましい。
【００６０】
化合物（３）の製造時には、反応終了後、常法により必要に応じて後処理を行い、生成物を取り出せばよい。すなわち、適宜必要に応じて、ろ過、洗浄、抽出、ｐＨ調整、脱水、濃縮等の後処理操作をいずれか単独で、又は二つ以上組み合わせて行い、濃縮、結晶化、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等により、生成物を取り出せばよい。また、取り出した生成物は、さらに必要に応じて、結晶化、再沈殿、カラムクロマトグラフィー、抽出、溶媒による結晶の撹拌洗浄等の操作をいずれか単独で、又は二つ以上組み合わせて一回以上行うことで、精製してもよい。
【００６１】
本発明においては、使用する化合物（１）に対応して、化合物（３）として、下記一般式（３１）で表されるインドール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（３１）」と略記する）又は下記一般式（３２）で表されるピロール環骨格を有する化合物（以下、「化合物（３２）」と略記する）を製造できる。
【００６２】
【化７】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ｌ、ｎ１及びｎ２は前記と同様である。）
【００６３】
化合物（３１）としては、下記一般式（３１ａ）で表される化合物と、下記一般式（３１ｂ）で表される化合物が挙げられるが、本発明は、下記一般式（３１ａ）で表される化合物の製造に好適である。
【００６４】
【化８】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ｌ及びｎ１は前記と同様である。）
【００６５】
化合物（３２）としては、下記一般式（３２ａ）で表される化合物と、下記一般式（３２ｂ）で表される化合物が挙げられるが、本発明は、ｎ２が０又は１であるこれら化合物の製造に好適である。
【００６６】
【化９】
（式中、Ｒ１、Ｒ２及びｎ２は前記と同様である。）
【００６７】
本発明によれば、化合物（１）を構成する芳香族環（ピロール環骨格）に直接シアノ基を導入することで、化合物（３）を効率よく製造できる。この時、金属シアン化物等の毒性が高い原料を使用する必要がなく、特殊な反応条件も必要としないので、特殊な設備が不要であり、プロセス上の制約が少ない。また、使用する金属化合物は亜鉛触媒であり、使用量が少ないので、例えば、金属塩を化学量論量使用した場合よりも、副生成物の量を大幅に低減できる。さらに、化合物（１）としては、インドール環骨格又はピロール環骨格を有するものであればいずれも使用でき、シアノ化を誘導するための特殊な官能基を有している必要性はないので、使用原料の構造上の制約が少ない。
このように、本発明によれば、極めて有用で多様なアリールニトリル化合物を、環境負荷が小さく、安全で、汎用性が高い方法によって製造できる。
【実施例】
【００６８】
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下に示す亜鉛触媒の使用量（ｍｏｌ％）は、すべて化合物（１）を基準とした量である。また、「ｍｍｏｌ」は１０−３モルを示す。さらに、各略号はそれぞれ以下の基を示す。
Ｍｅ：メチル基
Ｅｔ：エチル基
ｎ−Ｏｃｔ：ｎ−オクチル基
Ｐｈ：フェニル基
【００６９】
［実施例１］
表１及び２に示すように、化合物（１）としてインドール（０．８ｍｍｏｌ）と、化合物（２）としてジフェニルシラン（２．４ｍｍｏｌ）と、ニトロメタン（０．４ｍｌ、７．４ｍｍｏｌ）と、亜鉛触媒としてＺｎ（ＯＴｆ）２（１０ｍｏｌ％と）を混合し、９０℃で１０時間反応させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的物である化合物（３１０１）を単離収率７４％で得た。単離収率は、検量線を用いてガスクロマトグラフィーの測定値から算出した収率（以下、ＧＣ収率と略記する）（７６％）とほぼ一致した。
得られた化合物（３１０１）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.30-7.37 (m, 2 H), 7.47 (d, J = 6.4 Hz, 1 H), 7.74 (d, J = 2.4 Hz , 1 H), 7.79 (d, J = 6.2 Hz, 1 H), 8.60 (bs, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 87.5, 112.1, 115.8, 119.7, 122.4, 124.4, 126.9, 131.8, 134.8.
【００７０】
【化１０】
【００７１】
［実施例２］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０２）を単離収率５８％で得た。
得られた化合物（３１０２）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 3.86 (s, 3 H), 7.29-7.32 (m, 1 H), 7.37 (td, J = 7.8, 1.3 Hz, 1 H), 7.40 (d, J = 8.0 Hz, 1 H), 7.57 (s, 1 H), 7.77 (dt, J = 8.0, 1.3 Hz, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 33.6, 85.4, 110.3, 116.0, 119.8, 122.1, 123.8, 127.8, 135.5, 136.0.
【００７２】
【化１１】
【００７３】
［実施例３］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０３）を単離収率６０％で得た。
得られた化合物（３１０３）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.29-7.36 (m, 2H), 7.46-7.51 (m, 2H), 7.53-7.57 (m, 2 H), 7.78 (dd, J = 8.5, 2.0 Hz, 1 H), 7.88-7.91 (m, 2H), 8.77 (bs, 1H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 84.1, 111.6, 116.8, 119.6, 122.5, 124.5, 126.8, 127.9, 128.9, 129.4, 129.5, 130.1, 134.3, 135.0, 144.7.
【００７４】
【化１２】
【００７５】
［実施例４］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０４）を単離収率５０％で得た。
得られた化合物（３１０４）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.49 (s, 3 H), 7.16 (dd, J = 8.4, 1.2 Hz, 1 H), 7.35 (d, J = 8.4 Hz, 1 H), 7.57 (s, 1 H), 7.69 (d, J = 2.8 Hz, 1 H), 8.54 (bs, 1 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 21.4, 86.9, 111.7, 116.0, 119.3, 126.0, 127.2, 131.7, 132.1, 133.1.
【００７６】
【化１３】
【００７７】
［実施例５］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０５）を単離収率４２％で得た。
得られた化合物（３１０５）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.36 (d, J = 8.8 Hz, 1 H), 7.44 (dd, J = 8.6, 1.8 Hz, 1 H), 7.74 (d, J = 1.6 Hz, 1 H), 7.93 (d, J = 2.0 Hz, 1 H), 8.74 (bs, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 87.4, 113.5, 115.0, 116.0, 122.4, 127.6, 128.5, 132.7, 133.5.
【００７８】
【化１４】
【００７９】
［実施例６］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０６）を単離収率４１％で得た。
得られた化合物（３１０６）のＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 3.89 (s, 3 H), 6.98 (dd, J = 8.8, 2.6 Hz, 1 H), 7.19 (d, J = 2.0 Hz, 1 H), 7.35 (d, J = 9.2 Hz, 1 H), 7.68 (d, J = 3.2 Hz, 1 H), 8.49 (bs, 1 H).
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 55.8, 86.9, 100.5, 113.0, 115.1, 116.2, 127.8, 129.7, 132.0, 156.0.
【００８０】
【化１５】
【００８１】
［実施例７］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３２０１）を単離収率３２％で得た。化合物（３２０１）は、シアノ基が３位に導入された化合物（３２０１ａ）４１モル％、及びシアノ基が２位に導入された化合物（３２０１ｂ）５９モル％の混合物であった。すなわち、化合物（３２０１ａ）の単離収率は１３％、化合物（３２０１ｂ）の単離収率は１９％であった。
得られた化合物（３２０１）のＮＭＲデータを以下に示す。
（化合物（３２０１ａ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.60 (dd, J = 3.2, 2.0 Hz, 1 H), 7.04 (dd, J = 3.2, 2.4 Hz, 1 H), 7.36-7.40 (m, 3 H), 7.46-7.52 (m, 3 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 95.0, 113.4, 116.3, 121.0, 121.31, 121.35, 126.4, 127.6, 129.89, 129.92, 139.2.
（化合物（３２０１ｂ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.35 (dd, J = 4.0, 2.8 Hz, 1 H), 7.00 (dd, J = 4.2, 1.8 Hz, 1 H), 7.09 (dd, J = 2.6, 1.8 Hz, 1 H), 7.41-7.47 (m, 3 H), 7.48-7.53 (m, 2 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 104.0, 110.6, 113.80, 113.83, 122.2, 124.11, 124.13, 126.9, 128.3, 129.7, 138.2.
【００８２】
【化１６】
【００８３】
［実施例８］
表１及び２に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３２０２）を単離収率５１％で得た。化合物（３２０２）は、シアノ基が３位に導入された化合物（３２０２ａ）５５モル％、及びシアノ基が２位に導入された化合物（３２０２ｂ）４５モル％の混合物であった。すなわち、化合物（３２０２ａ）の単離収率は２８％、化合物（３２０２ｂ）の単離収率は２３％であった。
得られた化合物（３２０２）のＮＭＲデータを以下に示す。
（化合物（３２０２ａ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 5.07 (s, 2H), 6.45 (dd, J = 2.8, 1.8 Hz, 1 H), 6.65 (dd, J = 2.8, 2.4 Hz, 1 H), 7.13 (dd, J = 8.0, 1.6 Hz, 2 H), 7.16 (dd, J = 2.2, 1.8 Hz, 1 H), 7.31-7.39 (m, 3 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 54.0, 93.1, 112.5, 116.7, 122.4, 127.3, 128.11, 128.13, 128.46, 129.1, 135.9.
（化合物（３２０２ｂ））
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 5.21 (s, 2H), 6.20 (dd, J = 4.0, 2.8 Hz, 1 H), 6.83 (dd, J = 3.8, 1.4 Hz, 1 H), 6.85 (dd, J = 2.8, 2.0 Hz, 1 H), 7.18 (s, 1 H), 7.20 (d, J = 1.6 Hz, 1 H), 7.30-7.38 (m, 3 H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 52.4, 104.1, 109.9, 113.8, 120.31, 120.33, 126.64, 126.67, 127.4, 128.4, 129.0, 136.0.
【００８４】
【化１７】
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
［実施例９〜２９］
表３〜６に示す条件で反応を行ったこと以外は実施例１と同様にして、目的物である化合物（３１０１）を得た。
【００８８】
【表３】
【００８９】
【表４】
【００９０】
【表５】
【００９１】
【表６】
【００９２】
上記実施例においては、ヘテロ原子として窒素原子を含む芳香族へテロ環化合物のニトリル化法の例を示したが、本発明の反応機序を考慮すれば、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、芳香族ヘテロ環を構成するヘテロ原子として、酸素原子、硫黄原子等の窒素原子以外のものが含まれる芳香族ヘテロ環化合物についても、本発明の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法を適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、医農薬、各種化成品、高機能性材料等の製造に利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物を得ることを特徴とする、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【化１】
（式中、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基であり；Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基であり；ｌは０〜４の整数であり、ｌが２〜４である場合には、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｍは０又は１であり；ｎは０〜３の整数であり、ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１であり；ｎが２又は３である場合には、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；l及びmがいずれも０ではなく、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく； l 、m及びｎがいずれも０ではない場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｐは１〜３の整数であり、ｐが２又は３である場合には、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【請求項２】
前記Ｒ１が水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、
前記Ｒ２が炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、
前記Ｒ３がハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【請求項３】
前記亜鉛触媒が、炭素数１〜１０の亜鉛フルオロアルキルスルホナート及び亜鉛フルオロアルキルスルホンアミド、並びに亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【請求項４】
前記Ｒ４が炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【請求項１】
下記一般式（１）で表される含窒素芳香族へテロ環化合物と、下記一般式（２）で表されるケイ素化合物と、ニトロメタンとを、亜鉛スルホナート、亜鉛スルホンアミド及び亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上の亜鉛触媒存在下で反応させ、下記一般式（３）で表される、芳香族へテロ環化合物のニトリル化物を得ることを特徴とする、芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【化１】
（式中、Ｒ１は水素原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ２は置換基を有していてもよい脂肪族基又はアリール基であり；Ｒ３はハロゲン原子、又は置換基を有していてもよい脂肪族基若しくはアリール基であり；Ｒ４は炭素数１〜１５のアルキル基若しくはアルコキシ基、炭素数６〜２０のアリール基、アリールオキシ基、アリールアルキル基若しくはアルキルアリール基、又はアミノ基であり；ｌは０〜４の整数であり、ｌが２〜４である場合には、複数のＲ３は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｍは０又は１であり；ｎは０〜３の整数であり、ただし、ｍが１である場合には、ｎは０又は１であり；ｎが２又は３である場合には、複数のＲ２は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；Ｒ１が水素原子ではなく、且つｎが０ではない場合には、Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成していてもよく；l及びmがいずれも０ではなく、且つＲ１が水素原子ではない場合には、Ｒ１及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく； l 、m及びｎがいずれも０ではない場合には、Ｒ２及びＲ３は相互に結合して環を形成していてもよく；ｐは１〜３の整数であり、ｐが２又は３である場合には、複数のＲ４は互いに同一でも異なっていてもよく、複数のＲ４は相互に結合して環を形成していてもよい。）
【請求項２】
前記Ｒ１が水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、
前記Ｒ２が炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であり、
前記Ｒ３がハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基若しくはアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【請求項３】
前記亜鉛触媒が、炭素数１〜１０の亜鉛フルオロアルキルスルホナート及び亜鉛フルオロアルキルスルホンアミド、並びに亜鉛ハライドからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【請求項４】
前記Ｒ４が炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、又は炭素数６〜１５のアリール基若しくはアリールアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の芳香族へテロ環化合物のニトリル化法。
【公開番号】特開２０１２−１８８３８０（Ｐ２０１２−１８８３８０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２８９２（Ｐ２０１１−５２８９２）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]