タイトル: | 公開特許公報(A)_カルボン酸エステルの製造方法 |
出願番号: | 2008180336 |
年次: | 2010 |
IPC分類: | C07C 67/03,C07C 69/76,C07B 61/00 |
藤田 誠 河野 正規 兒玉 智己 中西 清 JP 2010018548 公開特許公報(A) 20100128 2008180336 20080710 カルボン酸エステルの製造方法 国立大学法人 東京大学 504137912 トヨタ自動車株式会社 000003207 岸本 達人 100104499 星野 哲郎 100108800 山下 昭彦 100101203 藤田 誠 河野 正規 兒玉 智己 中西 清 C07C 67/03 20060101AFI20091225BHJP C07C 69/76 20060101ALI20091225BHJP C07B 61/00 20060101ALN20091225BHJP JPC07C67/03C07C69/76 AC07B61/00 300 7 2 OL 10 4H006 4H039 4H006AA02 4H006AC48 4H006BA02 4H006BA03 4H006BA06 4H006BA29 4H006BA69 4H006BB14 4H006BC10 4H006BC19 4H006BC31 4H006BJ50 4H006KA03 4H006KC30 4H039CA66 4H039CE10 本発明は、毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑え、且つ、効率よくエステルを生成するカルボン酸エステルの製造方法に関する。 カルボン酸エステルは、一般式R1‐C(O)O‐R2に相当する構造を有する有機化合物であり、天然物としては、ろう(高級1価アルコールのカルボン酸エステル)、脂肪(グリセリンのカルボン酸エステル)等、工業製品としては、主に医薬品として用いられるサリチル酸メチルや、高分子化合物であるポリエチレンテレフタラート(PET)等が代表例として挙げられる。 縮合多環芳香族基を有するカルボン酸エステルの合成例は、これまでにも例が少ない。 非特許文献1は、トリフェニレンカルボン酸メチルエステルを、出発物質であるトリフェニレンから3段階の反応を経て得る技術を開示している。Barfield, M. et al. Journal of the American Chemical Society, 1989, 111, 4285−90. しかし、非特許文献1に開示された合成例は、3段階の合計収率が45%と中程度にとどまっており、また、使用される毒劇物も、6種類(ニトロベンゼン、塩酸、水酸化ナトリウム水溶液、臭素、メタノール、硫酸)と多い。 本発明は、毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑え、且つ、効率よくエステルを生成するカルボン酸エステルの製造方法を提供することを目的とする。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、下記式(1)で表される、エステル(R1‐C(O)O‐R2)とアルコール(R3‐OH)を金属水酸化物の存在下で反応させて、エステル(R1‐C(O)O‐R3)を得ることを特徴とする。(ただし、R1は縮合多環芳香族基、R2、R3は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基から選ばれる基である。) このような構成のカルボン酸エステルの製造方法は、毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑えることができるため、人体に優しく、且つ、環境負荷が少ない。また、本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、高収率で目的化合物であるカルボン酸エステルを得ることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法の一形態としては、前記式(1)中のR1が、1−トリフェニレニル基、2−トリフェニレニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、5−アントラセニル基、コロネニル基、1−ペリレニル基、2−ペリレニル基、3−ペリレニル基、1−アズレニル基、2−アズレニル基、4−アズレニル基、5−アズレニル基、6−アズレニル基、1−アンタンスレニル基、2−アンタンスレニル基、3−アンタンスレニル基、4−アンタンスレニル基、5−アンタンスレニル基、6−アンタンスレニル基、1−フェナントレニル基、2−フェナントレニル基、3−フェナントレニル基、4−フェナントレニル基、9−フェナントレニル基、1−フェナジニル基、2−フェナジニル基から選ばれる基であるという構成をとることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法の一形態としては、前記式(1)中のR2が、炭素数1〜20の直鎖脂肪族炭化水素基であるという構成をとることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法の一形態としては、前記式(1)中のR3が、炭素数1〜20の直鎖脂肪族炭化水素基であるという構成をとることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、前記式(1)中の前記アルコール(R3‐OH)を、前記エステル(R1‐C(O)O‐R2)1モルに対して、5900モル以上用いることが好ましい。 このような構成のカルボン酸エステルの製造方法は、出発原料であるエステルに対して、アルコールを小過剰かそれ以上用いることにより、平衡反応であるエステル交換反応(式(1))において、望みのエステル生成物を収率よく得ることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、前記式(1)中の金属水酸化物が、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムから選ばれる化合物であることが好ましい。 このような構成のカルボン酸エステルの製造方法は、アルコールの有するプロトン(H+)を引き抜きやすくし、アルコールの、カルボン酸エステルの有するカルボニルへの求核性を向上する役目を果たす、塩基触媒を金属水酸化物として用いることにより、望みのエステル生成物を収率よく得ることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、前記式(1)の反応を、50〜90℃で1〜3時間攪拌することによって進行させることが好ましい。 このような構成のカルボン酸エステルの製造方法は、望みのエステル生成物を収率よく得ることができる。 本発明によれば、毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑えることができるため、人体に優しく、且つ、環境負荷が少ないカルボン酸エステルの製造を達成することができる。また、本発明によれば、高収率で目的化合物であるカルボン酸エステルを得ることができる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、下記式(1)で表される、エステル(R1‐C(O)O‐R2)とアルコール(R3‐OH)を金属水酸化物の存在下で反応させて、エステル(R1‐C(O)O‐R3)を得ることを特徴とする。(ただし、R1は縮合多環芳香族基、R2、R3は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基から選ばれる基である。) 縮合多環芳香族基を有するカルボン酸エステルの合成法は、上述した様に例が少なく、また、合成例としては、上述した非特許文献1に開示された合成例のように毒劇物の種類を多く用いるものが主であった。 前記文献によれば、まず初めに、無置換のトリフェニレンにアセチル基を導入するフリーデル‐クラフツ反応(下記式(2))において、劇物であるニトロベンゼンが用いられ、また、前記反応を終結させるために、劇物である塩酸が用いられる。 次に、アセチル基をカルボキシル基に変換するハロホルム反応(下記式(3))において、劇物である水酸化ナトリウム水溶液及び臭素が用いられる。 最後に、カルボン酸のエステル化反応(下記式(4))において、劇物であるメタノール及び硫酸が用いられ、目的物である縮合多環芳香族基を有するカルボン酸エステルが得られる。このように、従来技術の製造方法においては、6種類の劇物が使用され、3段階工程(全体収率45%)を経て目的生成物が得られる。 しかし、本発明のカルボン酸エステルの製造方法によれば、例えば後述する実施例に記載されたような2−カルボキシメチルエステルトリフェニレンの合成においては、使用される劇物は酢酸タリウム、アセトニトリル、メタノール、水酸化ナトリウム水溶液の4種類に抑えることができ、2段階の反応工程で、全体収率72%で目的生成物を得ることができる。このように、本発明によれば、毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑えることができるため、人体に優しく、且つ、環境負荷が少ないカルボン酸エステルの製造を達成することができる。 縮合多環芳香族基としては、2〜7環性の化合物が挙げられる。このような縮合多環芳香族基としては、下記式(5)で表されるものが挙げられる。なお、下記式(5)中の波線は、カルボン酸エステル基が置換する位置を表している。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法の一形態としては、前記式(1)中のR1が、1−トリフェニレニル基、2−トリフェニレニル基(以上式5(a))、1−ピレニル基、2−ピレニル基(以上式5(b))、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、5−アントラセニル基(以上式5(c))、コロネニル基(以上式5(d))、1−ペリレニル基、2−ペリレニル基、3−ペリレニル基(以上式5(e))、1−アズレニル基、2−アズレニル基、4−アズレニル基、5−アズレニル基、6−アズレニル基(以上式5(f))、1−アンタンスレニル基、2−アンタンスレニル基、3−アンタンスレニル基、4−アンタンスレニル基、5−アンタンスレニル基、6−アンタンスレニル基(以上式5(g))、1−フェナントレニル基、2−フェナントレニル基、3−フェナントレニル基、4−フェナントレニル基、9−フェナントレニル基(以上式5(h))、1−フェナジニル基、2−フェナジニル基(以上式5(i))から選ばれる基であるという構成をとることができる。 なお、これら縮合多環芳香族基上の1つ以上の水素原子がカルボン酸エステルに置換していても、本発明の効果は十分に得られる。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法の一形態としては、前記式(1)中のR2が、炭素数1〜20の直鎖脂肪族炭化水素基であるという構成をとることができる。なお、前記式(1)中のR2が、炭素数1〜15の直鎖脂肪族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1〜10の直鎖脂肪族炭化水素基であることが特に好ましく、炭素数1〜5の直鎖脂肪族炭化水素基であることが最も好ましい。 また、本発明のカルボン酸エステルの製造方法の一形態としては、前記式(1)中のR3が、炭素数1〜20の直鎖脂肪族炭化水素基であるという構成をとることができる。なお、前記式(1)中のR3が、炭素数1〜15の直鎖脂肪族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1〜10の直鎖脂肪族炭化水素基であることが特に好ましく、炭素数1〜5の直鎖脂肪族炭化水素基であることが最も好ましい。 前記式(1)中の反応剤であるアルコール(R3‐OH)を、出発原料であるエステル(R1‐C(O)O‐R2)1モルに対して、5000モル以上用いることが好ましい。これは、出発原料であるエステルに対して、アルコールを小過剰かそれ以上用いることにより、平衡反応であるエステル交換反応(式(1))において、望みのエステル生成物を収率よく得ることができるからである。なお、前記アルコールを前記エステル1モルに対して5900モル以上用いることが特に好ましく、前記アルコールを溶媒量用いることが最も好ましい。 本反応は溶液中の反応であることが好ましい。上述した様に、前記アルコールを溶媒として用いるのが最も好ましいが、炭素数が大きくなるにつれて、前記アルコールを溶媒として用いるのは難しくなることから、場合によっては無反応性溶媒を用いてもよい。当該無反応性溶媒としては、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル等を用いることができる。なお、無反応性溶媒を用いる場合は、前記アルコールの濃度が2×105mol/L以上であることが好ましい。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、前記式(1)中の金属水酸化物が、1価又は2価の金属水酸化物を形成する、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等の金属を有する、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムから選ばれる化合物であることが好ましい。これは、アルコールの有するプロトン(H+)を引き抜きやすくし、アルコールの、カルボン酸エステルの有するカルボニルへの求核性を向上させる役目を果たす塩基触媒を、金属水酸化物として用いることにより、望みのエステル生成物を収率よく得ることができるからである。 なお、前記金属水酸化物を前記エステル(R1‐C(O)O‐R2)1モルに対して1〜4モル用いることが好ましい。 本発明のカルボン酸エステルの製造方法は、前記式(1)の反応を、50〜90℃で1〜6時間攪拌することによって進行させることが好ましい。これは、望みのエステル生成物を収率よく得ることができるからである。なお、前記式(1)の反応を、55〜80℃で1〜4時間攪拌することによって進行させることが特に好ましく、65〜75℃で1〜3時間攪拌することが最も好ましい。 本発明によれば、毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑えることができるため、人体に優しく、且つ、環境負荷が少ないカルボン酸エステルの製造を達成することができる。また、本発明によれば、高収率で目的化合物であるカルボン酸エステルを得ることができる。 出発原料のカルボン酸エステルとして、2−カルボキシエチルエステルトリフェニレンを用意した。2−カルボキシエチルエステルトリフェニレンは、例えば、2−(トリメチルシリル)フェニルトリフルオロメチルスルホネートと4−ヨード安息香酸エチルエステルから、パラジウム触媒を用いる方法で得ることができる(Larock, R. C. et al. The Journal of Organic Chemistry,2007,72,223−232.)。なお、この際、劇物である酢酸タリウムとアセトニトリルを用いる。 1.カルボン酸エステルの合成 50mLのナスフラスコに、本発明の出発原料である縮合多環芳香族基を有するカルボン酸エステルとして2−カルボキシエチルエステルトリフェニレン61.4mg(0.20mmol)、及びメタノール2mLを加え、60℃で10分加熱攪拌し、メタノールにカルボン酸エステルを完全に溶かした。その後、0.1M水酸化ナトリウム水溶液2mL(0.2mmol)を加え、70℃で2時間加熱攪拌した後、濃縮乾固し、余分なメタノール及び水分を留去した。乾固した後、水で洗浄し、ろ過して乾燥させることで、目的生成物である2−カルボキシメチルエステルトリフェニレンを50.9mg、収率89%で得ることができた。 2.カルボン酸エステル生成物の同定 続いて、得られた目的生成物のガスクロマトグラフ質量分析(以下、GC−MSと略す。)測定、及び核磁気共鳴(以下、NMRと略す。)分光測定を行った。 図1は、前記目的生成物のGC−MSスペクトルである。286の質量ピークが観測され、このことから、分子式がC20H14O2である2−カルボキシメチルエステルトリフェニレンの生成が確認された。また、255及び227のピークは、それぞれ、生成物である2−カルボキシメチルエステルトリフェニレンからメトキシ基が脱離したフラグメントイオンと、同じく生成物からメチルエステルが脱離したフラグメントイオンをそれぞれ示すことが分かった。 図2は、前記目的生成物の1HNMRスペクトルである(重クロロホルム中で測定)。4.05ppmにメチル基上の3つの水素を示すシグナル(s)が、7.69〜7.76ppmの範囲にトリフェニレン骨格上の6位、7位、10位、11位の4つの水素を示すシグナル(m)が、8.26ppmにトリフェニレン骨格上の3位の水素を示すシグナル(d)が、8.66〜8.79ppmの範囲にトリフェニレン骨格上の4位、5位、8位、9位、12位の5つの水素を示すシグナル(m)が、9.39ppmにトリフェニレン骨格上の1位の水素を示すシグナル(s)が、それぞれ観測された。 3.考察 本実施例の2−カルボキシメチルエステルトリフェニレンの製造方法においては、使用する劇物を、酢酸タリウム、アセトニトリル、メタノール、水酸化ナトリウム水溶液の4種類に抑えることができ、2段階の反応工程で、全体収率72%で目的生成物を得ることができる。このことから、本発明のカルボン酸エステルの製造方法によれば、上述した非特許文献1の製造方法と比較して、毒劇物の使用数を少なく抑えることができ、且つ、高収率で目的化合物であるカルボン酸エステルを得られることが分かった。実施例で得られた目的生成物のGC−MSスペクトルである。実施例で得られた目的生成物の1HNMRスペクトルである 下記式(1)で表される、エステル(R1‐C(O)O‐R2)とアルコール(R3‐OH)を金属水酸化物の存在下で反応させて、エステル(R1‐C(O)O‐R3)を得ることを特徴とする、カルボン酸エステルの製造方法。(ただし、R1は縮合多環芳香族基、R2、R3は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基から選ばれる基である。) 前記式(1)中のR1が、1−トリフェニレニル基、2−トリフェニレニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、5−アントラセニル基、コロネニル基、1−ペリレニル基、2−ペリレニル基、3−ペリレニル基、1−アズレニル基、2−アズレニル基、4−アズレニル基、5−アズレニル基、6−アズレニル基、1−アンタンスレニル基、2−アンタンスレニル基、3−アンタンスレニル基、4−アンタンスレニル基、5−アンタンスレニル基、6−アンタンスレニル基、1−フェナントレニル基、2−フェナントレニル基、3−フェナントレニル基、4−フェナントレニル基、9−フェナントレニル基、1−フェナジニル基、2−フェナジニル基から選ばれる基である、請求項1に記載のカルボン酸エステルの製造方法。 前記式(1)中のR2が、炭素数1〜20の直鎖脂肪族炭化水素基である、請求項1又は2に記載のカルボン酸エステルの製造方法。 前記式(1)中のR3が、炭素数1〜20の直鎖脂肪族炭化水素基である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のカルボン酸エステルの製造方法。 前記式(1)中の前記アルコール(R3‐OH)を、前記エステル(R1‐C(O)O‐R2)1モルに対して、5900モル以上用いる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のカルボン酸エステルの製造方法。 前記式(1)中の金属水酸化物が、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムから選ばれる化合物である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のカルボン酸エステルの製造方法。 前記式(1)の反応を、50〜90℃で1〜3時間攪拌することによって進行させる、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のカルボン酸エステルの製造方法。 【課題】毒劇物の使用数を従来よりも少なく抑え、且つ、効率よくエステルを生成するカルボン酸エステルの製造方法を提供する。【解決手段】 下記式(1)で表される、エステル(R1‐C(O)O‐R2)とアルコール(R3‐OH)を金属水酸化物の存在下で反応させて、エステル(R1‐C(O)O‐R3)を得ることを特徴とする、カルボン酸エステルの製造方法。(ただし、R1は縮合多環芳香族基、R2、R3は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基から選ばれる基である。)【選択図】図2