JP6275378B2 - カルバゾール類の製造方法およびこの方法により製造されたカルバゾール類。 - Google Patents

Description

本発明は、不均一系触媒を用いたカルバゾール類の製造方法に関する。

カルバゾール類は様々な用途で有望な材料であり、このようなカルバゾール類の製造方法の一つとして、パラジウム錯体触媒を使用してビフェニルアミン類から所望のカルバゾール類を製造する均一系反応による方法が知られている（非特許文献１〜２）。

J.Am.Chem.Soc.,2005,127,p14560. J.Org.Chem.,2008,73,p7603.

しかし、このような従来の均一系反応によるカルバゾール類の製造方法では、触媒としてパラジウム錯体を使用することから、反応後に触媒であるパラジウム錯体の分離が容易とはいえず、製造工程が複雑になりがちであった。また、均一系の反応では触媒の回収、再利用も困難であることから、これらの方法は工業的に用いられてはいなかった。そのため、工業的に用いることのできる、より簡単なカルバゾール類の製法方法の開発が望まれていた。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究したところ、アミノ基として特定の構造を有する２−アミノビフェニル類を、不均一系触媒を用い、特定の溶媒中、特定の温度範囲で反応させることによりカルバゾール類を高い収率で製造できることおよび反応後に触媒を系から容易に除去できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は２−アミノビフェニル類であって、アミノ基が下記式（１）

（式中、Ｒ_１は、Ｓ（＝Ｏ）_２Ｒ_２、Ｃ（＝Ｏ）Ｒ_３または炭素数１〜３のアルキル基
を示す（ただし、Ｒ_２は、炭素数１〜２のアルキル基またはニトロ基で置換されて
いてもよいフェニル基、または炭素数１〜３のアルキル基を示し、Ｒ_３は炭素数１
〜５のアルキル基を示す）
で表される２−アミノビフェニル類を、イオウ系溶媒、酸素、パラジウムを担持した不均一系触媒の存在下、１１０〜１３０℃で反応させることを特徴とするカルバゾール類の製造方法である。

また、本発明は上記製造方法により製造されたカルバゾール類である。

本発明によれば、アミノ基として特定の構造を有する２−アミノビフェニル類からカルバゾール類を高い収率で合成できる。

また、本発明では、合成に使用した触媒の分離も、ろ過等の分離手段を経るだけでよく、反応後の精製工程の簡略化が可能になり、更に、触媒の再利用も容易になる。

本発明のカルバゾール類の製造方法（以下、「本発明方法」という）において、使用される基質は、２−アミノビフェニル類であって、アミノ基が下記式（１）で表される２−アミノビフェニル類である。

ここで、式（１）中、Ｒ_１は、Ｓ（＝Ｏ）_２Ｒ_２、Ｃ（＝Ｏ）Ｒ_３または炭素数１〜３のアルキル基を示す（ただし、Ｒ_２は、炭素数１〜２のアルキル基またはニトロ基で置換されていてもよいフェニル基、または炭素数１〜３のアルキル基を示し、Ｒ_３は炭素数１〜５のアルキル基を示す）。このような基であればアミノ基に対する保護基となり得る。また、これらの中でも、好ましいＲ_１としては、−Ｓ(＝Ｏ)_２−ＣＨ_３、−Ｓ(＝Ｏ)_２−Ｃ_６Ｈ_５、−Ｓ(＝Ｏ)_２−Ｃ_６Ｈ_４−ＣＨ_３等のスルホニル基またはＣ（＝Ｏ）ＣＨ_３等のアルデヒド基が挙げられ、特に好ましいＲ_１としては、−Ｓ(＝Ｏ)_２−ＣＨ_３（メシル基）が挙げられる。

なお、上記２−アミノビフェニル類は、式（１）で表されるアミノ基を有するものであれば特に限定されず、例えば、ビフェニルを構成するフェニル基が何らかの置換基で置換されていてもよいし、置換されていなくてもよい。

上記２−アミノビフェニル類の具体的なものとしては、例えば、下記式（２）で表されるものが挙げられる。

ここで、式（２）中、Ｒ_１は、式（１）と同じ基を示し、Ｒ_４およびＲ_５は、同一または異なっていてもよく、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数１〜３のアルキル基、水素、ハロゲン、ニトロ基、炭素数１〜３のアルコキシ基または炭素数１〜３のアルコキシカルボニル基を示す。これらの中でも好ましいＲ_４、Ｒ_５としては、アルキル基またはメトキシ基が挙げられ、特に好ましいＲ_４、Ｒ_５としては、メトキシ基が挙げられる。

また、式（２）中、ｍおよびｎは、同一または異なっていてもよい１〜２の整数を示し、好ましくはｍおよびｎの両方が１である。なお、ｍが２の場合には、置換基は２−アミノビフェニル類のアミノ基に対して２位と４位に置換することが好ましい。

本発明方法は、アミノ基が上記式（１）で表される２−アミノビフェニル類を、イオウ系溶媒、酸素、パラジウムを担持した不均一系触媒の存在下、１１０〜１３０℃、好ましくは１２０℃で反応させればよい。温度が高すぎると生成物や溶媒の分解が懸念され、低すぎると反応が促進しないことがある。

本発明方法で用いるイオウ系溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジエチルスルホキシド等の分子内にイオウ原子を含むものが挙げられる。本発明方法においては、これらの中でもジメチルスルホキシドが好ましい。このイオウ系溶媒は本発明方法において溶剤として用いられる。なお、イオウ系溶媒としてＤＭＳＯを用いれば酸化剤としての作用も有することから反応の促進に有利である。

また、本発明方法で用いる酸素としては、例えば、酸素ガスや、不活性ガスと酸素との混合ガス、大気等の酸素を含むガスが挙げられる。本発明方法においては、これらの酸素の中でも純粋な酸素ガスが好ましい。この酸素は本発明方法を行っている間、系内に供給されていればよく、特にその条件は限定されない。

更に、本発明方法で用いるパラジウムを担持した不均一系触媒としては、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等のカーボン、アルミナ、シリカ等の担体にパラジウムを担持させたものが挙げられる。このパラジウムを担持した不均一系触媒は本発明方法を行っている間、系内に存在していればよいが、例えば、２−アミノビフェニル類に対して、１〜５０ｍｏｌ％、好ましくは５〜２０ｍｏｌ％である。なお、このような不均一系触媒は、反応後の触媒の分離、分離した触媒の再使用が容易であり、生成物であるカルバゾール類への触媒成分の残留も極めて少なくすることができる。

上記したパラジウムを担持した不均一系触媒の中でもカーボンにパラジウムを担持させたものが好ましく、特に活性炭にパラジウムを担持させたものが好ましい。なお、活性炭は比表面積値が大きく、担持するパラジウムの分散性を向上することができ、安価で高活性の不均一系触媒を得ることができる。

また、上記した活性炭にパラジウムを担持させた不均一系触媒の中でも下記（ａ）および（ｂ）の性質を有するものが好ましい。

（ａ）パラジウムを活性炭に対しパラジウム金属換算で１〜２０ｗｔ％、好ましくは５〜１５ｗｔ％含有する
なお、パラジウム量が少なすぎると反応性が低下することがあり、多すぎても使用量にみあった活性が得られないことがある。また、パラジウム量が多すぎると触媒上のパラジウム同士が凝集してしまうことがあり、その場合パラジウム粒子全体の表面積が低下して活性も低下してしまうことがある。

（ｂ）活性炭の比表面積値（ＢＥＴ値）が５００〜２,０００ｍ^２／ｇ、好ましくは８００〜１,５００ｍ^２／ｇである
なお、活性炭の比表面積値が小さすぎるとパラジウムの分散性が低下してしまい反応性が低下してしまうことがある。また、理由は定かではないが、比表面積値が大きすぎても、本発明方法では反応性が低下することがある。

上記した性質を有する活性炭にパラジウムを担持させた不均一系触媒としては、公知の方法に従って調製しても良いし、例えば、［Ｐ９−Ｔｙｐｅ］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値；１,０００ｍ^２／ｇ）、［Ｋ−タイプ触媒］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値；１,１００ｍ^２／ｇ）、［ＵＬ−Ｔｙｐｅ］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値１,１５０ｍ^２／ｇ）、［Ｐ６０−Ｔｙｐｅ］（パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値１,５５０ｍ^２／ｇ）（いずれもエヌ・イー ケムキャット（株）製）等の市販品を利用することもできる。

本発明方法は、反応を促進させるために、系内に酸化剤を存在させてもよい。本発明方法で用いる酸化剤としては、特に限定されず、固体、液体、気体等の何れでもよいが、例えば、酢酸銅（ＩＩ）、トリフルオロメタンスルホン酸銅（ＩＩ）等の銅系酸化剤、酢酸銀（Ｉ）等の銀系酸化剤、ピリジンＮ−オキシド、Ｎ−メチルモルホリンＮ−オキシド、４−ニトロキノリンＮ−オキシド、３−ヒドロキシピリジンＮ−オキシド、４−ニトロピリジンＮ−オキシド、２,２,６,６−テトラメチルピペリジン １−オキシル、メタクロロ過安息香酸等の有機系酸化剤等が挙げられる。これらの酸化剤は１種または２種以上を用いることができる。これらの酸化剤の中でも酢酸銅（ＩＩ）、トリフルオロメタンスルホン酸銅（ＩＩ）、酢酸銀（Ｉ）、ピリジンＮ−オキシド、Ｎ−メチルモルホリンＮ−オキシド、４−ニトロキノリンＮ−オキシドが好ましく、特に酢酸銅（ＩＩ）を用いると他の酸化剤よりも反応を促進することができ、また、ピリジンＮ−オキシドを用いると、他の酸化剤よりも転化率、選択率の高さや銅や銀などの重金属混入が抑制することができるため好ましい。

本発明方法で用いられる酸化剤の量は、特に限定されないが、例えば、２−アミノビフェニル類に対するパラジウムを担持した不均一系触媒量が５〜４０ｍｏｌ％の時に、パラジウムを担持した不均一系触媒に含まれるパラジウム金属と酸化剤のモル比が４以下となる量である。

本発明方法の反応時間は、特に限定されないが、例えば、０.５〜４８時間、好ましくは２〜２４時間である。また、反応の際には撹拌をすることが好ましい。

本発明方法の反応が終了した後は、ろ過等の公知の分離手段によりパラジウムを担持させた不均一系触媒を回収することができる。更に、回収した生成物を含む溶液から目的物を回収する際には、分別結晶、再結晶、液体クロマトグラフィー等の公知の精製手段を用いればよい。

本発明方法は、具体的に次のようにして実施することができる。まず、アミノ基が上記式（１）で表される２−アミノビフェニル類を、イオウ系溶媒、パラジウムを担持した不均一系触媒、必要により酸化剤を試験管、フラスコ、シュレンク管等の容器に投入した後、真空で１〜４回程度脱気し、酸素置換する。次いで、５００〜２０００ｒｐｍ程度撹拌しながら所定の温度に加熱し、所定の時間反応させる。反応後、ろ過によりパラジウムを担持した不均一系触媒を除去し、更に 再結晶、分別結晶、液体クロマトグラフィー等で精製を行う。

本発明方法によりアミノ基が上記式（１）で表される２−アミノビフェニル類が分子内環化し、カルバゾール類が得られる。なお、カルバゾール類が得られたことは^１Ｈ ＮＭＲ等の公知の分析手段で確認することができる。

具体的に、本発明方法において２−アミノビフェニル類が、下記式（２）、

（式中、Ｒ_１、Ｒ_４、Ｒ_５、ｍ、ｎは前記と同じ意味を示す）
で表される２−アミノビフェニル類の場合、下記式（２）’

（式中、Ｒ_１、Ｒ_４、Ｒ_５、ｍ、ｎは前記と同じ意味を示す）
で表されるカルバゾール類が得られる。

これらのカルバゾール類の中でも特に下記式（３）で表されるカルバゾール類は新規の化合物である。

ここで、式（３）中、Ｒ_６は、Ｓ（＝Ｏ）_２Ｒ_７を示し（ただし、Ｒ_７は、炭素数１〜２のアルキル基またはニトロ基で置換されていてもよいフェニル基、または炭素数１〜３のアルキル基を示す）、Ｒ_８およびＲ_９は、何れか一方が、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数１〜３のアルキル基、ハロゲン、炭素数１〜３のアルコキシ基または炭素数１〜３のアルコキシカルボニル基を示し、もう一方が水素を示す。

以上説明した本発明方法によれば、アミノ基が上記式（１）で表される２−アミノビフェニル類からカルバゾール類が得られ、その収率は、例えば、７０〜１００％、好ましくは８５〜１００％である。

斯くして得られるカルバゾール類は、公知のカルバゾール類と同様に抗炎症薬、抗腫瘍薬、抗高血圧薬、電子材料、農薬、感光材料、発光材料、有機ＥＬ材料、液晶材料およびこれらの中間体として用いることができる。

以下、本発明を実施例等を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

実 施 例 １
保護基適用性：
下記表１に示す各基質０.２５ｍｍｏｌに対し、触媒として金属換算１０ｗｔ％のパラジウムを含むパラジウムカーボン触媒（エヌ・イー ケムキャット（株）製［Ｋ−タイプ触媒］：パラジウム含量；１０ｗｔ％、比表面積値；１,１００ｍ^２／ｇ）を基質に対してパラジウム金属換算で１０ｍｏｌ％、酸化剤としてのピリジンＮ−オキシドを基質に対して２０ｍｏｌ％、溶剤として無水ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）１ｍｌをシリコン製密閉容器（セプタム）に密閉後、脱気した後に酸素置換した上で温度１２０℃に加熱し撹拌した。

反応後、触媒を濾過し、濾液を酢酸エチル１０ｍｌと水１０ｍｌで抽出し、更に水相を酢酸エチル１０ｍｌで２回抽出した。これら酢酸エチル相を飽和食塩水２０ｍｌで洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し更に溶剤を減圧留去した後、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ジクロロメタン：メタノール＝１０００：１）で精製した。この反応の概要を下記に示し、結果を表１に示した。なお、各基質は式ＩにおけるＲ_１を変更したもので、Ｒ_１も下記表１中に示した。各化合物の^１Ｈ ＮＭＲ測定を行い、構造の決定と選択率を求めた。

表１の結果から、本発明方法は、基質として使用できる２−アミノビフェニル類において優れた転化率、選択率を示していることがわかった。

実 施 例 ２
添加剤適用性：
下記の酸化剤を加える以外は、実施例１と同様の条件のもと反応を行った。この反応の概要を下記に示すと共に、結果を表２に示した。なお、用いた酸化剤も下記表２中に示した。

上記の結果から、本発明方法に用いられる酸化剤としては、実施例１で使用したピリジンＮ−オキシドの他、Ｃｕ（ＯＴｆ）_２、Ｃｕ（ＯＡｃ）_２、Ｎ−メチルモルホリンＮ−オキシド、４−ニトロキノリンＮ−オキシドが特に有効であることがわかった。

実 施 例 ３
溶媒適用性：
溶媒を変更する以外は、実施例１と同様の条件で反応を行った。この反応の概要を下記に示すと共に、結果を表３に示した。なお、用いた溶剤も下記表３中に示した。

上記の結果から、本発明方法に使用される溶媒としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が好ましく、ＤＭＳＯが僅か３時間で完全に反応が完了するのに比べて、他の溶剤では２４時間経過後も殆ど反応が進行していないことがわかった。

実 施 例 ４
好適な反応温度：
反応温度を変更する以外は、実施例１と同様の条件で反応を行った。この反応概要を下記に示すと共に、表４に示した。なお、用いた反応温度も下記表４中に示した。

上記の結果から、本発明方法における反応温度は特に１２０℃が好ましいことがわかった。

実 施 例 ５
好適な触媒と添加剤の量：
酸化剤と触媒の量を変更する以外は、実施例１と同様の条件で反応を行った。この反応の概要を下記に示すと共に、結果を表５に示した。なお、酸化剤と触媒の量も下記表５中に示した。表５中、酸化剤の量は基質に対する使用割合を示し、触媒の量は基質に対する触媒中の金属換算のパラジウムの使用割合を示す。

上記の結果から、触媒Ｘと添加剤Ｙの使用量は、基質に対する触媒量が５〜４０ｍｏｌ％である時に、［触媒Ｘ／酸化剤Ｙ］のモル比が４以下で優れた触媒活性を発揮することがわかった。

実 施 例 ６
基質適用性：
基質を変更する以外は、実施例１と同様の条件で反応を行った。この反応の概要を下記に示すと共に、結果を表６に示した。なお、用いた基質も下記表６中に示した。また、反応物ＶＩＩの^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）におけるピーク位置を構造式と共に下記表６中に示した。

上記の結果から、本発明方法によれば、多様な置換基を有するカルバゾ−ル類を高い収率で得られることがわかった。

実 施 例 ７
触媒物性：
実施例１で用いた１０％Ｐｄ／Ｃ（１０ｍｏｌ％）の活性炭担体について、比表面積の異なるものを用いた以外は実施例１と同様の条件のもと反応を行った。結果を表７に示した。表中、比表面積値１,０００の触媒はエヌ・イーケムキャット（株）製［Ｐ９−Ｔｙｐｅ］、比表面積値１,１５０の触媒はエヌ・イーケムキャット（株）製［ＵＬ−Ｔｙｐｅ］、比表面積値１,５５０の触媒はエヌ・イーケムキャット（株）製［Ｐ６０−Ｔｙｐｅ］を用いた。

上記の結果から、本発明方法に用いられる担体の比表面積値が８００から１,５００の範囲にあることで、高い選択率で目的とするカルバゾール類を得られることがわかった。比表面積値が高すぎる場合、低い場合と比べて、基質や生成した目的物の担体単位質量あたりの表面濃度が高くなる傾向があると考えられ、反応生成物が活性点から溶媒へ離脱する際の妨げとなって目的物による活性点の被毒や好ましくない副反応が起きるためではないかと推察される。また、比表面積が低すぎる場合は、パラジウム粒子の分散が十分ではなくなり活性が低下すると考えられる。

本発明方法で得られるカルバゾール類は、抗炎症薬、抗腫瘍薬、抗高血圧薬、電子材料、農薬、感光材料、発光材料、有機ＥＬ材料、液晶材料並びにこれらの中間体として有用である。

以 上

Claims (7)

1. ２−アミノビフェニル類であって、アミノ基が下記式（１）
   

   

   （式中、Ｒ_１は、Ｓ（＝Ｏ）_２Ｒ_２、Ｃ（＝Ｏ）Ｒ_３または炭素数１〜３のアルキル基
   を示す（ただし、Ｒ_２は、炭素数１〜２のアルキル基またはニトロ基で置換されて
   いてもよいフェニル基、または炭素数１〜３のアルキル基を示し、Ｒ_３は炭素数１
   〜５のアルキル基を示す））
   で表される２−アミノビフェニル類を、ジメチルスルホキシド、酸素、パラジウムを担持させた活性炭の存在下、１１０〜１３０℃で反応させることを特徴とするカルバゾール類の製造方法。
2. ２−アミノビフェニル類が、下記式（２）、
   

   

   （式中、Ｒ_１は、式（１）と同じ基を示し、Ｒ_４およびＲ_５は、同一または異なってい
   てもよく、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数１〜３のアルキル基、水素、ハ
   ロゲン、ニトロ基、炭素数１〜３のアルコキシ基または炭素数１〜３のアルコキシ
   カルボニル基を示し、ｍおよびｎは、同一または異なっていてもよい１〜２の整数
   を示す）
   で表されるものである請求項１記載のカルバゾール類の製造方法。
3. 更に酸化剤の存在下で反応させるものである請求項１または２記載のカルバゾール類の製造方法。
4. 酸化剤が、酢酸銅（ＩＩ）、トリフルオロメタンスルホン酸銅（ＩＩ）、酢酸銀（Ｉ）、ピリジンＮ−オキシド、Ｎ−メチルモルホリンＮ−オキシドおよび４−ニトロキノリンＮ−オキシドからなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項３記載のカルバゾール類の製造方法。
5. パラジウムを担持させた活性炭が、下記（ａ）および（ｂ）、
   （ａ）パラジウムを活性炭に対しパラジウム金属換算で１〜２０ｗｔ％含有する
   （ｂ）活性炭の比表面積値が５００〜２,０００ｍ^２／ｇである
   の性質を有するものである請求項１〜４の何れかに記載のカルバゾール類の製造方法。
6. 基質である２−アミノビフェニル類に対するパラジウムを担持させた活性炭量が５〜４０ｍｏｌ％の時に、パラジウムを担持させた活性炭に含まれるパラジウム金属と酸化剤のモル比が４以下である請求項３〜５の何れかに記載のカルバゾール類の製造方法。
7. 以下の式、
   

   

   で示されるカルバゾール類。