JP4157361B2 - Method for producing 9-spirofluorene compound - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能性色素、具体的にはフォトクロミック化合物として有用なフェナントレン型スピロインデノナフトピラン化合物の原料となるフルオレン化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェナントレン型スピロインデノナフトピラン化合物は、発色感度が高く、退色速度が早く、耐久性に優れるフォトクロミック化合物であり、(i)スピロフルオレノールから製造できること及び(ii)該スピロフルオレノールは、ヒドロキシフルオレノンと４−フェナントリルリチウム等の有機金属化合物を反応させ、酸性条件下にスピロ化することにより得られることが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、上記スピロ化反応で使用する有機金属化合物は、下記の反応スキームに示されるようにフルオレンの９位にＣＨ２ＯＨ基が結合したアルコール化合物を原料として製造できることが知られている。
【０００４】
【化５】
（式中、Xはハロゲン原子、ＭはＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉである。）
従来、このようなアルコール化合物は、下記反応式に示されるように、フルオレン化合物とフェニルリチウムを反応させた後、二酸化炭素と反応させることにより９−カルボキシルフルオレンを合成し、更にこれに塩化チオニルを反応させることによりカルボキシル基をハロホルミル基に変換後、水素化リチウムアルミニウムで還元することにより得られることが知られている（非特許文献１参照）。
【０００６】
【化６】
（式中、Xはハロゲン原子、ＭはＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉである。）
【特許文献１】
特開２００１−１９２３７８号公報
【非特許文献１】
「ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー」（J.Org.Chem.），１９６９年，第３４巻，ｐ．１９０４−１９０６
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献１に開示されている方法に従って、スピロ化反応時に使用する有機金属化合物の原料となるアルコール化合物を製造する場合には、工程が多いことおよびフルオレンにハロゲン原子が置換している場合においてはハロゲン原子の置換により目的とするアルコール化合物の収率が低下するという問題があった。
【０００９】
また、フェナントレン型スピロインデノナフトピラン化合物の直接原料であるスピロフルオレノールをヒドロキシフルオレノンと有機金属化合物とを反応させて得ようとする場合には、ヒドロキシフルオレノンにはフェノール性水酸基が存在するため、反応を完結させるためには大過剰の有機金属化合物が必要になるといった問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、フェナントレン型スピロインデノナフトピラン化合物の直接原料として有用な化合物を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記目標を達成すべく、上記有機金属化合物の原料となるアルコール化合物を得る方法およびスピロフルオレノールの水酸基の保護基について鋭意検討を行った。
【００１２】
その結果、下記式
【００１３】
【化７】
（式中、Ｘは、ハロゲン原子である。）
に示す反応スキーム（スキーム１ともいう）に従って合成を試みたところ、従来の方法と比べて工程数を短縮できるばかりでなく、副反応が抑制され高収率でアルコール化合物が得られるを提供することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
即ち、本発明は、下記工程Ａ及びＢを含んでなることを特徴とする下記式（Ｉ）
【００１６】
【化８】
｛式中、
Ｙは、当該基が結合するベンゾ環の２つの炭素原子と共に芳香族炭化水素環基または不飽和複素環基を形成する基であり、
Ｚは水素原子又は保護基であり、
ｐおよびｑはそれぞれ独立して０〜３の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立にアルキル基、アラルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、アルコキシ基、アラルコキシ基、アミノ基、一置換アミノ基、二置換アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、−ＯＺ基（但し、Ｚは水素原子又は保護基である）、置換または非置換の複素環基、及び芳香族炭化水素環または複素環が縮環した置換または非置換の縮合複素環基よりなる群より選ばれる少なくとも１種の基であり、ｐおよびｑがそれぞれ２又は３のとき複数のＲ1およびＲ2はそれぞれ互いに異なっていてもよい。｝
で示される９−スピロフルオレン化合物の製造方法である。
【００１８】
〔工程Ａ〕
（１） 下記式（II）
【００１９】
【化９】
（式中、Ｘは、ハロゲン原子である。）
で示されるフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物とを非プロトン性溶媒中で混合して得られた生成物と蟻酸エステルとを反応させてフルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を得、
（２）得られた該フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を還元して９−フルオレニルメタノールとし、次いで
（３）該アルコールを酸又は酸化剤と反応させて脱水転移させることにより４−ハロフェナントレンを得、更に
（４）得られた４−ハロフェナントレンの４位のハロゲン原子をＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉに置換することにより下記式（III）
【００２１】
【化１０】
（式中、ＭはＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉである。）
で示される有機金属化合物を製造する工程。
【００２３】
〔工程Ｂ〕
前記工程Ａで得られた前記式（III）で示される有機金属化合物と、下記式（IV）
【００２４】
【化１１】
｛式中、Ｙ、Ｚ、Ｒ１、Ｒ２、ｐおよびｑはそれぞれ前記式（Ｉ）におけるのと同義である。｝
で示されるフルオレノン化合物と、を反応させて前記式（Ｉ）で表される９−スピロフルオレン化合物を製造する工程。
【００２６】
上記本発明の製造方法の中でも、前記一式（Ｉ）及び（III）における保護基Ｚとして珪素原子に結合する置換基の炭素数の合計が５〜１２である置換シリル基を用いた場合には、通常一般的に使用されている保護基を用いた場合に比べて、保護基導入時の収率が高く、有機金属試薬との反応では保護基がはずれにくく、更には脱保護時には、収率よく反応が進行する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法は、前記式（III）で示される有機金属化合物を製造する工程Ａおよび該工程Ａで得られた有機金属化合物を用いて目的物である前記式（Ｉ）で示される９−スピロフルオレン化合物を製造する工程Ｂを含んでなる。
【００２８】
そして、該工程Ａは、下記工程（１）〜（４）よりなる。
【００２９】
工程（１）：前記式（II）で示されるフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物とを非プロトン性溶媒中で混合して得られた生成物と蟻酸エステルとを反応させてフルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を得る工程
工程（２）：上記工程（１）で得られた該フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を還元して９−フルオレニルメタノールとする工程
工程（３）：上記工程（２）で得られたアルコールを酸又は酸化剤と反応させて脱水転移させることにより４−ハロフェナントレンを得る工程
工程（４）：上記工程（３）で得られた４−ハロフェナントレンの４位のハロゲン原子をＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉに置換することにより前記式（III）で示される有機金属化合物を製造する工程。
【００３０】
上記工程（１）で使用するフルオレン化合物は、前記式（II）で示される化合物であれば、特に限定されない。なお、前記式（II）中のXは、ハロゲン原子である。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子が挙げられるが、合成上の便利さから臭素が好適である。
【００３１】
該工程（１）では、先ず前記式（II）で示されるフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物とを非プロトン性溶媒中で混合して反応させる。反応溶媒としてを非プロトン性溶媒以外の溶媒を用いた場合には、反応中間体となる９位にマイナス電荷を有する陰イオン（スキーム１におけるアニオン）が安定に存在することができず、蟻酸エステルとの反応がうまく進行しない。このとき用いられる非プロトン性の溶媒は、特に限定されないが、好適に使用できるものを例示すれば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶媒；酢酸エチル等のエステル類；ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族溶媒などを挙げることができる。これら溶媒の使用量は特に限定されないが、反応性の観点から上記フルオレン化合物１重量部に対して、１重量部から１００重量部、特に１０重量部から５０重量部をであるのが好適である。
【００３２】
また、工程（１）で使用するアルカリ金属水素化物としては、リチウムハイドライド、ナトリウムハイドライド、カリウムハイドライド、ルビジウムハイドライド、セシウムハイドライド、フランシウムハイドライド等を挙げることが出来るが、これらの中でも入手のし易さの点からナトリウムハイドライドを使用するのが好適である。これらアルカリ金属水素化物の使用量は特に限定されないが、反応性の観点から、上記フルオレン化合物１モル対してモル数で１〜５モル、特に１〜３モルであるのが好適である。
【００３３】
前記式（II）で示されるフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物と非プロトン性溶媒中で混合する方法は特に限定されず、反応容器内に溶媒、フルオレン化合物、アルカリ金属水素化物をほぼ同時に仕込んでもよいし、有機溶媒が仕込まれている反応容器内にアルカリ金属水素化物、フルオレン化合物を別々に同時に、或いは順次添加してもよい。このとき、撹拌を行うことが好適である。なお、アルカリ金属水素化物は水分で失活するので、上記混合は乾燥雰囲気下で行うのが好適である。系内に水分が存在する場合には、アルカリ金属水素化物の失活分を考慮して少し過剰量使用するのが好適である。また、混合時の温度は特に限定されず、常温（２５℃）付近で行うことができ、特に厳密な温度制御は特に必要ない。このようにして混合を行うことにより反応中間体となる９位にマイナス電荷を有する陰イオンが生成する。
【００３４】
工程（１）では、このようにして得られた反応中間体を蟻酸エステルとを反応させてフルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を得る。このとき用いられるギ酸エステルとしては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸n-プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸イソブチル、ギ酸-t-ブチル等が挙げられるが、入手のし易さの点という理由からギ酸エチルを使用するのが特に好適である。ギ酸エステルの使用量は、上記反応中間体との反応に十分な量であれば特に限定されないが、フルオレン化合物１モルに対して１〜５モル、特に１〜２モルであるのが好適である。
【００３５】
前記反応中間体とギ酸エステルとの反応方法はフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物との混合により反応中間体が僅かにでも生成した後にこれと蟻酸エステルとを接触させる方法であれば特に限定されず、例えばフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物とを非プロトン性溶媒中で混合した後の反応系内に蟻酸エステルを添加することにより好適に行うことができる。このとき蟻酸エステルの添加方法は特に限定されず、一度に加えても、連続的又は断続的に添加してもよく、また溶媒で希釈して添加してもよい。反応条件は特に限定されず、フルオレン化合物とアルカリ金属水素化物とを混合するときと同様の条件下で十分反応は進行する。このようにして得られたフルオレン−９−カルバアルデヒド化合物は、反応終了後、水を加えて、有機溶媒による抽出処理の後、溶媒を留去することにより、次工程（２）に供せられる。
【００３６】
工程（２）では、上記工程（１）で得られたフルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を還元して９−フルオレニルメタノールとする。フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物の還元は一般的なアルデヒドの還元試薬により９−フルオレニルメタノールへと還元できるが、取り扱いの容易さから水素化ほう素ナトリウムを使用するのが好適である。この反応は、フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物のアルコール溶液に水素化ほう素ナトリウムを加えることにより進行する。反応条件は特に限定されず、室温で混合することにより十分に反応する。水素化ほう素ナトリウムの使用量は、フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物１モルに対して１〜５モル、特に１〜３モルであるのが好適である。このとき用いられる溶媒のアルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール等の脂肪族１級アルコール等が使用できるが、入手のしやすさの点からメタノールを使用するのが好適である。メタノールの使用量は、フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物の１重量部に対して、１から１００重量部、特に１から５０重量部が好適である。このようにして得られた９−フルオレニルメタノールは、反応終了後、水を加えて、有機溶媒による抽出処理の後、溶媒を留去することにより、次工程（３）に供せられる。
【００３７】
工程（３）では、上記工程（２）で得られた９−フルオレニルメタノールを酸又は酸化剤と反応させて脱水転移反応させて４−ハロフェナントレンを得る。このとき用いられる酸および酸化剤としては、５酸化２リン、リン酸、パラトルエンスルホン酸硫酸等が上げられるが、反応収率が高いことから５酸化２リンの使用が好ましい。反応は、水が存在すると５酸化２リンが失活するため脱水条件下で行う。５酸化２リンの使用量は９−フルオレニルメタノール１モルに対して１−５モル、特に１−２モルであるのが好適である。反応溶媒は、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族類が使用できるが、反応温度よりトルエンの使用が好ましい。反応温度は８０から１１０の間が好ましいが、特にトルエンの還流温度である１１０度が好ましい。トルエンの使用量は、９−フルオレニルメタノール１重量部に対して５−１００重量部、特に１０−５０重量部が好ましい。このため、この反応はトルエンの還流下で行う。このようにして得られた４−ハロフェナントレンは反応終了後、水を加えて、有機溶媒による抽出処理の後、溶媒を留去後、カラムクロマトグラフィーで精製することにより次工程（４）に供せられる。
【００３８】
工程（４）では、上記工程（３）で得られた４−ハロフェナントレンの４位のハロゲン原子をＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉに置換することにより前記式（III）で示される有機金属化合物を製造する。４−ハロフェナントレンの４位のハロゲン原子の置換方法は特に限定されず、４−ハロフェナントレンを溶媒の存在下にリチウム金属、マグネシウム金属或いは有機リチウム化合物と混同するか又は４−ハロフェナントレンを溶媒の存在下にリチウム金属と混合させた後に生成物を更に銅化合物と反応させることにより好適に行うことができる。このとき使用する有機リチウム化合物としてはブチルリチウム、フェニルリチウム等が使用でき、銅化合物としてはヨウ化銅等のハロゲン化第一銅が使用できるが、収率が高いことからブチルリチウムの使用が好ましい。有機リチウム化合物は水の存在で失活するため、反応は脱水条件下で行われる。４−ハロフェナントレンの脱水溶液中に有機リチウム化合物を加えることにより反応は進行する。溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族類が使用できるが、生成する有機金属化合物の安定性からヘプタンの使用が好ましい。ヘプタンの使用量は、４−ハロフェナントレンの１重量部に対して５−１００重量部、特に１０−５０重量部が好ましい。有機リチウム化合物の使用量は４−ハロフェナントレン１モルに対して１−２モル、特に１．１−１．５モルが好ましい。反応系中の水分量が多い場合は、失活するためさらに多くの量の使用が必要となる。このようにして得られた式（III）で示される有機金属化合物は単離することなく、そのまま次工程Ｂに供せられる。
【００３９】
本発明の製造方法では、工程Ｂにおいて前記工程Ａで得られた式（III）で示される有機金属化合物と前記式(IV)で示されるフルオレノン化合物を反応させて、目的物である前記式（Ｉ）で示される９−スピロフルオレン化合物を製造する。
【００４０】
前記式(IV)及び（Ｉ）において、Ｙは、当該基が結合するベンゾ環の２つの炭素原子と共に芳香族炭化水素環基または不飽和複素環基を形成する基である。このときＹ及びそれが結合するベンゾ環によって形成される芳香族炭化水素環としては、ベンゾフルオレ環やナフトフルオレン環、等が挙げられ、不飽和複素環としてはフロフルオン環やインドーロフルオレン環、等を挙げることができる。
【００４１】
前記式(IV)及び（Ｉ）におけるＺは水素原子又は保護基であるが、Ｚが水素の場合にはフェノール性水酸基が存在するために(IV)の反応を完結させるためには大過剰の有機金属化合物が必要となるという観点からＺは保護基であるのが好適である。当該保護基は一般的な水酸基の保護基として使用できるものであれば特に限定されず、メチル基、ベンジル基の他、メトキシメチル基やテトラヒドロピラニル基等のアセタール型、アセチル基やベンゾイル基等のエステル型、ベンジルオキシカルボニル基やｔ−ブトキシカルボニル基等のカーボネート型、トリメチルシリル基等のシリルエーテル型等が使用できる。これら保護基の中でも、反応中に保護基がはずれることなく、目的物である前記一般式(Ｉ)で表される９−スピロフルオレン化合物を効率よく製造することが出来るという理由から、Ｚは珪素原子に結合する置換基の炭素数の合計が５〜１２である置換シリル基であるのが特に好適であり、中でも保護基導入時に使用する原料化合物（シリル化剤）の入手が容易で効果も高いという理由から、ｔ−ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基又は２−メチル−３，３−ジメチル−２−ブチルジメチルシリルを採用するのが最も好適である。
【００４２】
また、前記式(IV)及び（Ｉ）におけるｐおよびｑはそれぞれ独立して０〜３の整数、好適には０又は１であり、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立にアルキル基、アラルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、アルコキシ基、アラルコキシ基、アミノ基、一置換アミノ基、二置換アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、−ＯＺ基（但し、Ｚは水素原子又は保護基である）、置換または非置換の複素環基、及び芳香族炭化水素環または複素環が縮環した置換または非置換の縮合複素環基よりなる群より選ばれる少なくとも１種の基である。なお、ｐおよびｑがそれぞれ２又は３のとき複数のＲ1およびＲ2はそれぞれ互いに異なっていてもよい。
【００４３】
上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基、シクロヘキシル基等の炭素数１〜６のアルキル基が好適であり、上記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、トリチル基等の炭素数７〜２０のアラルキル基が好適であり、上記置換もしくは非置換のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アルコキシフェニル基等の炭素数６〜２０の置換もしくは非置換のアリール基が好適である。また、アルコキシ基としては、メトキシ基、ｔ−ブトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基が、アラルコキシ基としてはベンジルオキシ基、トリチルオキシ基等の炭素数７〜２０のアラルコキシ基が好適である。更に一置換アミノ基としては、アミノ基、メチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基等が、二置換アミノ基としては、ジメチルアミノ基、ジシクロヘキシルアミノ基等が、ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子基等が好適である。更にまた、置換または非置換の複素環基としては、２−オキサゾリル基、４−モルホリノ基、２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジノ基等が、芳香族炭化水素環または複素環が縮環した置換または非置換の縮合複素環基としては２−ベンゾオキサゾリル基、１−ベンゾトリアゾリル基、９−カルバゾリル基、８−キノリル基等が好適である。
【００４４】
本発明の製法により得られる９−スピロフルオレン化合物を原料として得られるフォトクロミック化合物のフォトクロミック特性が良好であるという観点から、Ｂ工程で使用される式(IV)で示されるフルオレノン化合物としては、前記式（IV）において、Ｙが当該基が結合するベンゾ環の２つの炭素原子と共にナフトフルオレン環又はベンゾフルオレン環を形成する基であり、Ｚが珪素原子に結合する置換基の炭素数の合計が５〜１２である置換シリル基であり、ｐおよびｑがそれぞれ独立して０又は１であり、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に炭素数１〜６のアルキル基、炭素数７〜２０のアラルキル基、炭素数６〜２０の置換もしくは非置換のアリール基、ヒドロキシ基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数７〜２０までのアラルコキシ基、一置換アミノ基、二置換アミノ基、ハロゲン原子および置換または非置換の複素環基、芳香族炭化水素環または複素環が縮環した置換または非置換の縮合複素環基
よりなる群より選ばれる基であるのが好適である。このようなフルオレノン化合物を具体的に例示すると、３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシベンゾ［ｃ］フルオレン−７−オン等を挙げることができる。
【００４５】
Ｂ工程において式（III）で示される有機金属化合物と前記式(IV)で示されるフルオレノン化合物とを反応させて目的物である９−スピロフルオレン化合物を得る方法は、先ず式（III）で示される有機金属化合物と前記式(IV)で示されるフルオレノン化合物と溶媒中で混合して反応させて対応するヒドロキシ−アリールフルオレノールを得、次いでそのまま又は該ヒドロキシ−アリールフルオレノール単離、精製した後に酸性条件下で環化してスピロ化することにより行うことができる。
【００４６】
上記前段の反応において使用する溶媒は、有機金属化合物と反応しない溶剤であれば特に限定されず、例えばヘキサン、シクロヘキサン等の非環状または環状の脂肪族炭化水素；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の非環状または環状のエーテル等；あるいは混合溶媒が使用できる。
【００４７】
これら溶媒中で、式（III）で示される有機金属化合物と前記式(IV)で示されるフルオレノン化合物とを混合して反応させる方法は特に限定されず、例えばフルオレン化合物を溶媒の存在下に有機金属化合物を混合し、撹拌することにより好適に行うことができる。このとき式（III）で示される有機金属化合物と前記式(IV)で示されるフルオレノン化合物との量比は用いる(IV)で示されるフルオレノン化合物によっても異なるが、高収率で目的物を得るためには該フルオレン化合物１モルに対して式（III）で示される有機金属化合物１〜２モル、特に１〜１．５モルとするのが好適である。なお、式（IV）におけるＺが珪素原子に結合する置換基の炭素数の合計が５〜１２である置換シリル基である場合には式（III）で示される有機金属化合の使用量をフルオレン化合物１モルに対して１〜１．２モルと少なくしても高い収率で目的物を得ることができる。反応温度および反応時間も特に限定されず、反応系に応じて適宜設定すればよいが、−１０℃〜溶剤の沸点程度の温度範囲で０．５〜１０時間程度反応させればよい。反応終了後は水を添加してクエンチし、ヒドロキシ−アリールフルオレノールを得ればよい。このようにして得られたヒドロキシ−アリールフルオレノールは、定法に従って単離、精製してもよいが、該ヒドロキシ−アリールフルオレノールを含む有機層をそのまま次の反応に用いることもできる。
【００４８】
Ｂ工程の後段の反応、即ちスピロ化反応は、ヒドロキシ−アリールフルオレノールを酸性条件下溶媒中で処理することにより好適に行うことができる。このとき溶媒としては、後述する酸や脱水剤と反応しないものであれば特に限定されず、ヘキサン、シクロヘキサン等の非環状または環状の脂肪族炭化水素；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素等が好適に使用できる。また、反応系を酸性条件下とするためには、硫酸、リン酸等の無機酸；ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸；塩化アルミニウム、四塩化チタン等の無機のルイス酸；酸性アルミナ、酸性イオン交換樹脂等の固体酸；五酸化リン、五塩化リン、塩化チオニル、塩化スルフリルといった脱水剤を共存させればよい。これらの使用量は酸等の種類にも依り適宜決定すればよいが、通常はヒドロキシ−アリールフルオレノール１００重量部に対して１重量部〜５０重量部の範囲である。また、反応温度および反応時間も特に限定されず反応系に応じて適宜決定すればよいが、通常は室温〜溶剤の沸点程度の温度範囲で、０．５時間〜１０時間程度反応させればよい。反応終了後、反応溶液を中和、水洗した後に定法に従って単離、精製すればよい。このようにして製造された式（Ｉ）で示される９−スピロフルオレン化合物はフォトクロミック化合物の原料として使用できる。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの十実施例に限定されるものではない。
【００５０】
実施例１
乾燥窒素雰囲気下、４−ブロモフルオレン２．０１ｇ（８．２０ｍｍｏｌ）、水素化ナトリウム０．４２ｇ（６０％鉱油分散品、１０．５ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン５０ｍｌを混合し、２５℃で１時間撹拌した。これに、ギ酸エチル０．６６ｇ（８．９０ｍｍｏｌ）を加え、そのまま２５℃で４時間撹拌した。その後、水を加え、反応溶液を中性にした後、有機層を分離した。分離した有機層を液体クロマトグラフィーで分析したところ、目的物である４−ブロモフルオレン−９−カルバアルデヒドが収率８７％で得られていた。
【００５１】
次いで、単離した４−ブロモフルオレン−９−カルバアルデヒド１．９５ｇ（７．１４ｍｍｏｌ）をメタノール５０ｍｌに溶解し、水素化ホウ素ナトリウム１．０２ｇ（２７．０ｍｍｏｌ）を室温で少量ずつ加えた後、反応液を室温で２時間撹拌した。その後、水を加え、反応溶液を２０％塩酸水溶液により中和した後、テトラヒドロフラン５０ｍｌを加え、有機層を分離した。有機層を水洗後、留去することにより、４−ブロモ−９−フルオレニルメタノールを収率８２％（フルオレン−９−カルバアルデヒドを基準とした収率）で得た。
【００５２】
得られた４−ブロモ−９−フルオレニルメタノール１．６１ｇ（５．８５ｍｍｏｌ）をトルエン１６ｍｌに溶解し、五酸化二燐を１．２５ｇ（８．８１ｍｍｏｌ）加え、還流温度で３０分加熱した後に室温まで冷却し、次いで５％塩水５ｍｌを加え、反応を停止した。その後、トルエン１０ｍｌを加え、有機層を分離した。有機層を水洗後、溶媒を留去することにより、４−ブロモフェナントレンを収率８４％（４−ブロモ−９−フルオレニルメタノールを基準とした収率）で得た。
【００５３】
得られた４−ブロモフェナントレン１．２６ｇ（５．０ｍｍｏｌ）をヘプタン２６ｍｌに溶解し、ブチルリチウム３．２ｍｌ（１．６ｍｏｌ／ｌ、５．１ｍｍｏｌ）を室温で加えて４−リチオフェナントレンとし、−５℃まで冷却してから３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシベンゾ［ｃ］フルオレン−７−オン１．３ｇ（３．１ｍｍｏｌ）を加え、さらにＴＨＦを０℃以下で加えてその温度で２時間攪拌した。この時の転化率を液体クロマトグラフィーで確認したところ転化率は９９％であった。反応後、１Ｎ塩酸５．１ｍｌ、水６ｍｌで洗浄し、溶媒を減圧留去て得た粗生成物を、メタノール１２ｍｌを用いて晶析し、１．５ｇ（純度９７％、収率８２％）の３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシ−７−ヒドロキシ−７−フェナントレン−１−イルベンゾ［ｃ］フルオレンを得た。
【００５４】
得られた上記３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシ−７−ヒドロキシ−７−フェナントレン−１−イルベンゾ［ｃ］フルオレン１．５ｇのうち１．０ｇ（１．７ｍｍｏｌ）を酢酸１０ｇに懸濁し、６０℃に加熱した。その後反応液に酢酸３．５ｇ、濃硫酸０．７ｇ、水２．１ｇからなる溶液を添加して６０℃で３時間攪拌した。この時の転化率を液体クロマトグラフィーで確認したところ転化率は９９％であった。その後、反応液を冷却してから５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液４６ｍｌ及びＴＨＦ５０ｍｌを加えて洗浄し、さらに水２０ｍｌで２回洗浄してから溶媒を減圧留去することにより粗生成物を得た。得られた粗生成物を、メタノール３０ｍｌを用いて晶析して０．８７ｇ（純度９６％、収率９０％）の３’，７’−ジメトキシ−５’−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシスピロ［（１Ｈ−シクロペント［ｄ，ｅ，ｆ］フェナントレン）−１，７’−ベンゾ［ｃ］フルオレン］を得た。
【００５５】
実施例２
実施例１において４−ブロモフルオレンから４−ブロモフルオレン−９−カルバアルデヒドを製造するときの溶媒をヘプタンとする他は実施例１と同様の方法で反応を行った。その結果、４−ブロモフルオレン−９−カルバアルデヒドを収率８５％得た。以降の製造結果は実施例１と同様であった。
【００５６】
比較例１〜２
実施例１において４−ブロモフルオレンから４−ブロモフルオレン−９−カルバアルデヒドを製造するときのアルカリ金属水素化物をアルキル金属、金属アルコキシドに変えた他は実施例１と同様にして反応を行った。そのときの４−ブロモフルオレン−９−カルバアルデヒドの収率を表１に示す。
【００５７】
【表１】
実施例３
実施例１と同様に４−リチオフェナントレンを製造した。その後、実施例１で用いた３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシベンゾ［ｃ］フルオレン−７−オンの代わりに３，７−ジメトキシ−５−ベンジルオキシベンゾ［ｃ］フルオレン−７−オンを用いる他は同様にしてヒドロキシ−アリールフルオレノールを得、それを脱水環化（スピロ化）して３’，７’−ジメトキシ−５’−ベンジルオキシスピロ［（１Ｈ−シクロペント［ｄ，ｅ，ｆ］フェナントレン）−１，７’−ベンゾ［ｃ］フルオレン］を得た。なお、ヒドロキシ−アリールフルオレノールの収率は８５％であり、最終目的物の収率は９０％であった。
【００５９】
実施例４
施例１と同様に４−リチオフェナントレンを製造した。その後、実施例１で用いた３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブチルジメチルシリルオキシベンゾ［ｃ］フルオレン−７−オンの代わりに３，７−ジメトキシ−５−ｔ−ブトキシカルボニルオキシベンゾ［ｃ］フルオレン−７−オンを用い同様にしてヒドロキシ−アリールフルオレノールを得、それを脱水環化（スピロ化）して３’，７’−ジメトキシ−５’−ヒドロキシスピロ［（１Ｈ−シクロペント［ｄ，ｅ，ｆ］フェナントレン）−１，７’−ベンゾ［ｃ］フルオレン］を得た。なお、ヒドロキシ−アリールフルオレノールの収率は６１％であり、最終目的物の収率は４３％であった。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、優れたフォトクロミック特性を有するフェナントレン型スピロインデノナフトピラン化合物の原料として有用な９−スピロフルオレン化合物を効率よく製造すること可能となる。具体的には、その中間原料となる９−フルオレニルメタノールの合成工程が「フルオレン化合物とフェニルリチウムを反応させた後、二酸化炭素と反応させる」従来の製法と比べて少なくなっているばかりでなく、収率も高くなっている。また、特に原料となる(IV)で示されるフルオレノン化合物としてフェノール性の水酸基が珪素原子に結合する置換基の炭素数の合計が５〜１２である置換シリル基で保護されたものを使用した場合には、上記効果に加えて、使用する前記式（III）でしめされる有機金属化合物の量を少なくすることができ、更に収率も高くなるという効果が得られる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a fluorene compound as a raw material for a functional dye, specifically, a phenanthrene-type spiroindenonaphthopyran compound useful as a photochromic compound.
[0002]
[Prior art]
The phenanthrene-type spiroindenonaphthopyran compound is a photochromic compound having high color development sensitivity, fast fading speed, and excellent durability, and can be produced from (i) spirofluorenol, and (ii) the spirofluorenol is It is known that it can be obtained by reacting hydroxyfluorenone with an organometallic compound such as 4-phenanthryllithium and spiroling under acidic conditions (see Patent Document 1).
[0003]
In addition, the organometallic compound used in the spiro-reaction is CH 9 at fluorene as shown in the following reaction scheme. 2 It is known that an alcohol compound to which an OH group is bonded can be produced as a raw material.
[0004]
[Chemical formula 5]
(In the formula, X is a halogen atom, M is Li, MgCl, MgBr, MgI, or CuLi.)
Conventionally, as shown in the following reaction formula, such an alcohol compound is prepared by reacting a fluorene compound with phenyl lithium and then reacting with carbon dioxide to synthesize 9-carboxyl fluorene, and further adding thionyl chloride thereto. It is known that a carboxyl group can be converted into a haloformyl group by reaction and then reduced with lithium aluminum hydride (see Non-Patent Document 1).
[0006]
[Chemical 6]
(In the formula, X is a halogen atom, M is Li, MgCl, MgBr, MgI, or CuLi.)
[Patent Document 1]
JP 2001-192378 A
[Non-Patent Document 1]
“Journal of Organic Chemistry” (J. Org. Chem.), 1969, Vol. 34, p. 1904-1906
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the method disclosed in Non-Patent Document 1, when producing an alcohol compound as a raw material for the organometallic compound used in the spiro-reaction, there are many steps and a halogen atom is substituted for fluorene. In such a case, there is a problem that the yield of the target alcohol compound decreases due to substitution of halogen atoms.
[0009]
In addition, when spirofluorenol, which is a direct raw material of the phenanthrene-type spiroindenonaphthopyran compound, is obtained by reacting hydroxyfluorenone with an organometallic compound, there is a phenolic hydroxyl group in hydroxyfluorenone. In order to complete the reaction, there is a problem that a large excess of organometallic compound is required.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a compound useful as a direct raw material for a phenanthrene-type spiroindenonaphthopyran compound.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned goal, the present inventors have intensively studied a method for obtaining an alcohol compound as a raw material for the organometallic compound and a protecting group for the hydroxyl group of spirofluorenol.
[0012]
As a result, the following formula
[0013]
[Chemical 7]
(In the formula, X is a halogen atom.)
When synthesis was attempted according to the reaction scheme (also referred to as Scheme 1), the number of steps can be shortened as compared with the conventional method, and side reactions are suppressed and an alcohol compound can be obtained in a high yield. As a result, the present invention has been completed.
[0015]
That is, the present invention comprises the following formula (I) characterized by comprising the following steps A and B:
[0016]
[Chemical 8]
{Where,
Y is a group that forms an aromatic hydrocarbon ring group or an unsaturated heterocyclic group together with two carbon atoms of the benzo ring to which the group is bonded;
Z is a hydrogen atom or a protecting group,
p and q are each independently an integer of 0 to 3,
R 1 And R 2 Each independently represents an alkyl group, aralkyl group, substituted or unsubstituted aryl group, alkoxy group, aralkoxy group, amino group, monosubstituted amino group, disubstituted amino group, cyano group, nitro group, halogen atom, trifluoromethyl. Group, -OZ group (where Z is a hydrogen atom or a protecting group), a substituted or unsubstituted heterocyclic group, and a substituted or unsubstituted condensed heterocyclic group condensed with an aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic ring At least one group selected from the group consisting of a plurality of R when p and q are 2 or 3, respectively. 1 And R 2 May be different from each other. }
It is a manufacturing method of 9-spirofluorene compound shown by these.
[0018]
[Process A]
(1) The following formula (II)
[0019]
[Chemical 9]
(In the formula, X is a halogen atom.)
A fluorene-9-carbaldehyde compound obtained by reacting a product obtained by mixing a fluorene compound represented by the formula (I) and an alkali metal hydride in an aprotic solvent with a formate ester,
(2) The obtained fluorene-9-carbaldehyde compound is reduced to 9-fluorenylmethanol,
(3) 4-halophenanthrene is obtained by reacting the alcohol with an acid or an oxidizing agent to cause dehydration and transfer, and
(4) By substituting the halogen atom at the 4-position of the obtained 4-halophenanthrene with Li, MgCl, MgBr, MgI or CuLi, the following formula (III)
[0021]
Embedded image
(In the formula, M is Li, MgCl, MgBr, MgI or CuLi.)
The process of manufacturing the organometallic compound shown by these.
[0023]
[Process B]
An organometallic compound represented by the formula (III) obtained in the step A, and the following formula (IV):
[0024]
Embedded image
{Where Y, Z, R 1 , R 2 , P and q have the same meanings as in the formula (I). }
A process for producing a 9-spirofluorene compound represented by the formula (I) by reacting with a fluorenone compound represented by formula (I).
[0026]
Among the production methods of the present invention, when a substituted silyl group in which the total number of carbon atoms of the substituents bonded to the silicon atom is 5 to 12 is used as the protective group Z in the formulas (I) and (III). Compared to the case of using commonly used protecting groups, the yield at the time of introduction of the protecting group is high, the protecting group is difficult to be removed by reaction with an organometallic reagent, and the yield is further reduced at the time of deprotection. The reaction proceeds well.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The production method of the present invention comprises a step A for producing an organometallic compound represented by the above formula (III) and a compound 9 represented by the above formula (I) which is a target product using the organometallic compound obtained in the step A. -It comprises the process B which manufactures a spirofluorene compound.
[0028]
And this process A consists of following process (1)-(4).
[0029]
Step (1): A fluorene-9-carbaldehyde obtained by reacting a product obtained by mixing a fluorene compound represented by the formula (II) and an alkali metal hydride in an aprotic solvent with a formate ester. Step of obtaining a compound
Step (2): A step of reducing the fluorene-9-carbaldehyde compound obtained in the step (1) to 9-fluorenylmethanol.
Step (3): A step of obtaining 4-halophenanthrene by reacting the alcohol obtained in the above step (2) with an acid or an oxidant to cause dehydration transfer.
Step (4): The organometallic compound represented by the above formula (III) by substituting the halogen atom at the 4-position of the 4-halophenanthrene obtained in the above step (3) with Li, MgCl, MgBr, MgI or CuLi. Manufacturing process.
[0030]
The fluorene compound used in the step (1) is not particularly limited as long as it is a compound represented by the formula (II). X in the formula (II) is a halogen atom. Examples of the halogen atom include fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms, but bromine is preferred for the convenience of synthesis.
[0031]
In the step (1), first, the fluorene compound represented by the formula (II) and the alkali metal hydride are mixed and reacted in an aprotic solvent. When a solvent other than an aprotic solvent is used as the reaction solvent, a negative anion (anion in Scheme 1) at the 9-position, which is a reaction intermediate, cannot stably exist, and a formate ester Reaction does not proceed well. The aprotic solvent used at this time is not particularly limited. Examples of suitable aprotic solvents include ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene; ethyl acetate and the like. Esters: Aliphatic solvents such as hexane and heptane. The amount of these solvents to be used is not particularly limited, but from the viewpoint of reactivity, it is preferable that the amount is 1 to 100 parts by weight, particularly 10 to 50 parts by weight with respect to 1 part by weight of the fluorene compound. .
[0032]
Examples of the alkali metal hydride used in the step (1) include lithium hydride, sodium hydride, potassium hydride, rubidium hydride, cesium hydride, and francium hydride. In view of this, it is preferable to use sodium hydride. Although the usage-amount of these alkali metal hydrides is not specifically limited, From a reactive viewpoint, it is suitable that it is 1-5 mol with respect to 1 mol of said fluorene compounds, and especially 1-3 mol.
[0033]
The method for mixing the fluorene compound represented by the formula (II), the alkali metal hydride and the aprotic solvent is not particularly limited, and the reaction vessel may be charged with the solvent, the fluorene compound and the alkali metal hydride almost simultaneously. In addition, the alkali metal hydride and the fluorene compound may be separately added simultaneously or sequentially into a reaction vessel charged with an organic solvent. At this time, it is preferable to perform stirring. In addition, since the alkali metal hydride is deactivated by moisture, the mixing is preferably performed in a dry atmosphere. When water is present in the system, it is preferable to use a slight excess amount in consideration of the deactivation of the alkali metal hydride. Moreover, the temperature at the time of mixing is not specifically limited, It can carry out at normal temperature (25 degreeC) vicinity, and especially strict temperature control is not especially required. By mixing in this way, an anion having a negative charge at the 9-position, which becomes a reaction intermediate, is generated.
[0034]
In the step (1), the reaction intermediate thus obtained is reacted with formic acid ester to obtain a fluorene-9-carbaldehyde compound. Examples of the formate used at this time include methyl formate, ethyl formate, n-propyl formate, isopropyl formate, isobutyl formate, and t-butyl formate, but ethyl formate is preferred because of its availability. It is particularly preferred to use it. The amount of formic acid ester used is not particularly limited as long as it is sufficient for the reaction with the above reaction intermediate, but it is preferably 1 to 5 mol, particularly 1 to 2 mol, relative to 1 mol of the fluorene compound. .
[0035]
The reaction method of the reaction intermediate and formic acid ester is not particularly limited as long as it is a method of bringing the reaction intermediate into contact with the formic acid ester after the reaction intermediate is generated even slightly by mixing the fluorene compound and the alkali metal hydride, For example, it can be suitably carried out by adding a formate in the reaction system after mixing a fluorene compound and an alkali metal hydride in an aprotic solvent. At this time, the method for adding the formate is not particularly limited, and it may be added at once, continuously or intermittently, or diluted with a solvent. The reaction conditions are not particularly limited, and the reaction proceeds sufficiently under the same conditions as when the fluorene compound and the alkali metal hydride are mixed. The fluorene-9-carbaldehyde compound thus obtained is subjected to the next step (2) by adding water after completion of the reaction, followed by extraction with an organic solvent, and then distilling off the solvent. .
[0036]
In the step (2), the fluorene-9-carbaldehyde compound obtained in the above step (1) is reduced to 9-fluorenylmethanol. The reduction of the fluorene-9-carbaldehyde compound can be reduced to 9-fluorenylmethanol by a general aldehyde reducing reagent. However, it is preferable to use sodium borohydride because of easy handling. This reaction proceeds by adding sodium borohydride to an alcohol solution of a fluorene-9-carbaldehyde compound. Reaction conditions are not specifically limited, It reacts fully by mixing at room temperature. The amount of sodium borohydride to be used is preferably 1 to 5 mol, particularly 1 to 3 mol, relative to 1 mol of the fluorene-9-carbaldehyde compound. As the alcohol of the solvent used at this time, aliphatic primary alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol and the like can be used, but it is preferable to use methanol from the viewpoint of easy availability. The amount of methanol used is preferably 1 to 100 parts by weight, particularly 1 to 50 parts by weight, per 1 part by weight of the fluorene-9-carbaldehyde compound. The 9-fluorenylmethanol thus obtained is subjected to the next step (3) by adding water after the completion of the reaction, followed by extraction with an organic solvent, and then distilling off the solvent.
[0037]
In the step (3), the 9-fluorenylmethanol obtained in the above step (2) is reacted with an acid or an oxidizing agent to undergo a dehydration transfer reaction to obtain 4-halophenanthrene. As the acid and oxidizing agent used at this time, phosphorous pentoxide, phosphoric acid, para-toluenesulfonic acid sulfuric acid and the like can be raised. However, it is preferable to use phosphorous pentoxide because the reaction yield is high. The reaction is carried out under dehydrating conditions because phosphorous pentoxide is deactivated in the presence of water. The amount of phosphorous pentoxide used is preferably 1-5 mol, particularly 1-2 mol, per 1 mol of 9-fluorenylmethanol. As the reaction solvent, aromatics such as benzene, toluene and xylene can be used, but use of toluene is preferable from the reaction temperature. The reaction temperature is preferably between 80 and 110, particularly 110 degrees C. which is the reflux temperature of toluene. The amount of toluene used is preferably 5 to 100 parts by weight, particularly 10 to 50 parts by weight per 1 part by weight of 9-fluorenylmethanol. For this reason, this reaction is carried out under reflux of toluene. The 4-halophenanthrene thus obtained is subjected to the next step (4) by adding water after completion of the reaction, extracting with an organic solvent, distilling off the solvent, and purifying by column chromatography. It is made.
[0038]
In step (4), the 4-position halogen atom of 4-halophenanthrene obtained in step (3) above is replaced with Li, MgCl, MgBr, MgI, or CuLi, and the organometallic represented by the above formula (III) A compound is produced. The substitution method of the halogen atom at the 4-position of 4-halophenanthrene is not particularly limited, and 4-halophenanthrene is confused with lithium metal, magnesium metal or organolithium compound in the presence of a solvent, or 4-halophenanthrene is used as a solvent. After mixing with lithium metal in the presence, the product can be further reacted by further reacting with a copper compound. As the organic lithium compound used at this time, butyl lithium, phenyl lithium or the like can be used, and as the copper compound, cuprous halides such as copper iodide can be used. However, the use of butyl lithium is preferable because the yield is high. . Since the organolithium compound is deactivated in the presence of water, the reaction is performed under dehydrating conditions. The reaction proceeds by adding an organolithium compound into the dehalogenated aqueous solution of 4-halophenanthrene. As the solvent, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and aliphatics such as hexane and heptane can be used, but heptane is preferred in view of the stability of the organometallic compound to be produced. The amount of heptane used is preferably 5-100 parts by weight, particularly 10-50 parts by weight, per 1 part by weight of 4-halophenanthrene. The amount of the organic lithium compound used is preferably 1-2 mol, particularly 1.1-1.5 mol, per 1 mol of 4-halophenanthrene. If the amount of water in the reaction system is large, it will be deactivated, so that it is necessary to use a larger amount. The organometallic compound represented by the formula (III) thus obtained is used as it is in the next step B without being isolated.
[0039]
In the production method of the present invention, the organometallic compound represented by the formula (III) obtained in the step A and the fluorenone compound represented by the formula (IV) obtained in the step A are reacted in the step B, and the above-mentioned formula ( A 9-spirofluorene compound represented by I) is produced.
[0040]
In the formulas (IV) and (I), Y is a group that forms an aromatic hydrocarbon ring group or an unsaturated heterocyclic group together with two carbon atoms of the benzo ring to which the group is bonded. At this time, examples of the aromatic hydrocarbon ring formed by Y and the benzo ring to which Y is bonded include a benzofluore ring and a naphthofluorene ring, and the unsaturated heterocycle includes a furofluon ring and an indolofluorene ring. Can be mentioned.
[0041]
Z in the above formulas (IV) and (I) is a hydrogen atom or a protecting group, but when Z is hydrogen, a phenolic hydroxyl group is present, so that a large excess is required to complete the reaction of (IV). From the viewpoint that an organometallic compound is required, Z is preferably a protective group. The protecting group is not particularly limited as long as it can be used as a protecting group for a general hydroxyl group. In addition to methyl group and benzyl group, acetal type such as methoxymethyl group and tetrahydropyranyl group, acetyl group and benzoyl group Ester type, carbonate type such as benzyloxycarbonyl group and t-butoxycarbonyl group, silyl ether type such as trimethylsilyl group etc Can be used. Among these protecting groups, Z is silicon because it can efficiently produce the target 9-spirofluorene compound represented by the general formula (I) without detaching the protecting group during the reaction. A substituted silyl group having a total number of carbon atoms of the substituents bonded to the atoms of 5 to 12 is particularly suitable, and in particular, it is easy to obtain a raw material compound (silylating agent) to be used at the time of introduction of the protective group, and also has an effect. It is most preferable to employ a t-butyldimethylsilyl group, a triisopropylsilyl group, or 2-methyl-3,3-dimethyl-2-butyldimethylsilyl because it is expensive.
[0042]
In the formulas (IV) and (I), p and q are each independently an integer of 0 to 3, preferably 0 or 1, and R 1 And R 2 Each independently represents an alkyl group, aralkyl group, substituted or unsubstituted aryl group, alkoxy group, aralkoxy group, amino group, monosubstituted amino group, disubstituted amino group, cyano group, nitro group, halogen atom, trifluoromethyl. Group, -OZ group (where Z is a hydrogen atom or a protecting group), a substituted or unsubstituted heterocyclic group, and a substituted or unsubstituted condensed heterocyclic group condensed with an aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic ring And at least one group selected from the group consisting of: When p and q are 2 or 3, respectively, a plurality of R 1 And R 2 May be different from each other.
[0043]
The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a t-butyl group, a cyclohexyl group, and the aralkyl group is a benzyl group, a phenethyl group, or a trityl group. Aralkyl groups having 7 to 20 carbon atoms such as a group are preferred, and the substituted or unsubstituted aryl group is a substituted or unsubstituted aryl having 6 to 20 carbon atoms such as a phenyl group, a naphthyl group, and an alkoxyphenyl group. A group is preferred. Further, as the alkoxy group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group and a t-butoxy group is preferable, and as the aralkoxy group, an aralkoxy group having 7 to 20 carbon atoms such as a benzyloxy group and a trityloxy group is preferable. is there. Furthermore, as monosubstituted amino groups, amino groups, methylamino groups, cyclohexylamino groups, etc., as disubstituted amino groups, dimethylamino groups, dicyclohexylamino groups, etc., as halogen atoms, chlorine atoms, bromine atom groups, etc. Is preferred. Furthermore, examples of the substituted or unsubstituted heterocyclic group include 2-oxazolyl group, 4-morpholino group, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidino group and the like, aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic ring. Preferred examples of the substituted or unsubstituted condensed heterocyclic group having a condensed ring include 2-benzoxazolyl group, 1-benzotriazolyl group, 9-carbazolyl group, and 8-quinolyl group.
[0044]
From the viewpoint that the photochromic compound obtained from the 9-spirofluorene compound obtained by the production method of the present invention has good photochromic properties, the fluorenone compound represented by the formula (IV) used in the step B includes In (IV), Y is a group that forms a naphthofluorene ring or a benzofluorene ring together with two carbon atoms of the benzo ring to which the group is bonded, and Z is a total of 5 carbon atoms of the substituents bonded to the silicon atom. A substituted silyl group that is ~ 12, p and q are each independently 0 or 1, R 1 And R 2 Are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, a hydroxy group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, carbon Aralkyloxy group, monosubstituted amino group, disubstituted amino group, halogen atom and substituted or unsubstituted heterocyclic group, aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic condensed condensed or substituted heterocyclic Ring group
It is preferably a group selected from the group consisting of Specific examples of such a fluorenone compound include 3,7-dimethoxy-5-t-butyldimethylsilyloxybenzo [c] fluoren-7-one.
[0045]
In Step B, the method of obtaining the target 9-spirofluorene compound by reacting the organometallic compound represented by the formula (III) with the fluorenone compound represented by the formula (IV) is first shown by the formula (III). The organic metal compound and the fluorenone compound represented by formula (IV) are mixed and reacted in a solvent to obtain the corresponding hydroxy-aryl fluorenol, and then isolated or purified as it is or the hydroxy-aryl fluorenol Then, it can be carried out by cyclization under acidic conditions.
[0046]
The solvent used in the above reaction is not particularly limited as long as it does not react with the organometallic compound. For example, acyclic or cyclic aliphatic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene Acyclic or cyclic ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; or a mixed solvent can be used.
[0047]
In these solvents, the method of mixing and reacting the organometallic compound represented by the formula (III) and the fluorenone compound represented by the formula (IV) is not particularly limited. For example, the fluorene compound is organically present in the presence of the solvent. It can carry out suitably by mixing and stirring a metal compound. At this time, the amount ratio of the organometallic compound represented by the formula (III) and the fluorenone compound represented by the formula (IV) varies depending on the fluorenone compound represented by the formula (IV), but the target product is obtained in a high yield. For this purpose, it is preferable to use 1 to 2 mol, particularly 1 to 1.5 mol of the organometallic compound represented by the formula (III) with respect to 1 mol of the fluorene compound. When Z in the formula (IV) is a substituted silyl group in which the total number of carbon atoms of the substituents bonded to the silicon atom is 5 to 12, the amount of the organometallic compound represented by the formula (III) is changed to fluorene. The target product can be obtained in a high yield even if it is reduced to 1 to 1.2 mol per mol of the compound. The reaction temperature and reaction time are also not particularly limited, and may be set as appropriate according to the reaction system, but may be reacted for about 0.5 to 10 hours in a temperature range from -10 ° C to the boiling point of the solvent. After completion of the reaction, the reaction may be quenched by adding water to obtain hydroxy-aryl fluorenol. The hydroxy-aryl fluorenol thus obtained may be isolated and purified according to a conventional method, but the organic layer containing the hydroxy-aryl fluorenol can also be used in the next reaction as it is.
[0048]
The reaction at the latter stage of Step B, that is, the spirating reaction, can be suitably performed by treating hydroxy-arylfluorenol in a solvent under acidic conditions. At this time, the solvent is not particularly limited as long as it does not react with an acid or a dehydrating agent described later. Acyclic or cyclic aliphatic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; Aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; Chlorinated hydrocarbons such as chloroform can be preferably used. In order to make the reaction system acidic, inorganic acids such as sulfuric acid and phosphoric acid; organic acids such as p-toluenesulfonic acid and trifluoroacetic acid; inorganic Lewis acids such as aluminum chloride and titanium tetrachloride; A solid acid such as acidic alumina or acidic ion exchange resin; a dehydrating agent such as phosphorus pentoxide, phosphorus pentachloride, thionyl chloride, or sulfuryl chloride may coexist. The amount to be used may be appropriately determined depending on the type of acid or the like, but is usually in the range of 1 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of hydroxy-arylfluorenol. Also, the reaction temperature and reaction time are not particularly limited and may be appropriately determined according to the reaction system. Usually, the reaction may be carried out in the temperature range from room temperature to the boiling point of the solvent for about 0.5 hours to 10 hours. . After completion of the reaction, the reaction solution may be neutralized and washed with water, and then isolated and purified according to a conventional method. The 9-spirofluorene compound represented by the formula (I) thus produced can be used as a raw material for the photochromic compound.
[0049]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these ten Examples.
[0050]
Example 1
Under a dry nitrogen atmosphere, 2.01 g (8.20 mmol) of 4-bromofluorene, 0.42 g of sodium hydride (60% mineral oil dispersion, 10.5 mmol) and 50 ml of tetrahydrofuran were mixed and stirred at 25 ° C. for 1 hour. To this, 0.66 g (8.90 mmol) of ethyl formate was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 4 hours. Thereafter, water was added to neutralize the reaction solution, and then the organic layer was separated. When the separated organic layer was analyzed by liquid chromatography, 4-bromofluorene-9-carbaldehyde, which was the target product, was obtained in a yield of 87%.
[0051]
Next, 1.95 g (7.14 mmol) of isolated 4-bromofluorene-9-carbaldehyde was dissolved in 50 ml of methanol, and 1.02 g (27.0 mmol) of sodium borohydride was added little by little at room temperature. The reaction was stirred at room temperature for 2 hours. Thereafter, water was added and the reaction solution was neutralized with a 20% aqueous hydrochloric acid solution, and then 50 ml of tetrahydrofuran was added to separate the organic layer. The organic layer was washed with water and evaporated to give 4-bromo-9-fluorenylmethanol in a yield of 82% (yield based on fluorene-9-carbaldehyde).
[0052]
1.61 g (5.85 mmol) of 4-bromo-9-fluorenylmethanol obtained was dissolved in 16 ml of toluene, 1.25 g (8.81 mmol) of diphosphorus pentoxide was added, and the mixture was heated at reflux temperature for 30 minutes. Later it was cooled to room temperature and then 5 ml of 5% brine was added to stop the reaction. Thereafter, 10 ml of toluene was added, and the organic layer was separated. After the organic layer was washed with water, the solvent was distilled off to obtain 4-bromophenanthrene in a yield of 84% (yield based on 4-bromo-9-fluorenylmethanol).
[0053]
1.26 g (5.0 mmol) of 4-bromophenanthrene obtained was dissolved in 26 ml of heptane, and 3.2 ml (1.6 mol / l, 5.1 mmol) of butyllithium was added at room temperature to form 4-lithiophenanthrene. After cooling to 5 ° C., 1.3 g (3.1 mmol) of 3,7-dimethoxy-5-t-butyldimethylsilyloxybenzo [c] fluoren-7-one was added, and THF was added at 0 ° C. or lower. Stir at that temperature for 2 hours. When the conversion rate at this time was confirmed by liquid chromatography, the conversion rate was 99%. After the reaction, it was washed with 5.1 ml of 1N hydrochloric acid and 6 ml of water, and the solvent was distilled off under reduced pressure to crystallize the crude product using 12 ml of methanol to obtain 1.5 g (purity 97%, yield 82%). Of 3,7-dimethoxy-5-t-butyldimethylsilyloxy-7-hydroxy-7-phenanthren-1-ylbenzo [c] fluorene.
[0054]
1.0 g (1.7 mmol) of 1.5 g of the obtained 3,7-dimethoxy-5-t-butyldimethylsilyloxy-7-hydroxy-7-phenanthren-1-ylbenzo [c] fluorene was added to 10 g of acetic acid. And heated to 60 ° C. Thereafter, a solution consisting of 3.5 g of acetic acid, 0.7 g of concentrated sulfuric acid, and 2.1 g of water was added to the reaction solution, followed by stirring at 60 ° C. for 3 hours. When the conversion rate at this time was confirmed by liquid chromatography, the conversion rate was 99%. Thereafter, the reaction solution was cooled, washed by adding 46 ml of 5N aqueous sodium hydroxide and 50 ml of THF, and further washed twice with 20 ml of water, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product. The obtained crude product was crystallized using 30 ml of methanol, and 0.87 g (purity 96%, yield 90%) of 3 ′, 7′-dimethoxy-5′-t-butyldimethylsilyloxyspiro [ (1H-cyclopent [d, e, f] phenanthrene) -1,7′-benzo [c] fluorene] was obtained.
[0055]
Example 2
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that heptane was used as the solvent for producing 4-bromofluorene-9-carbaldehyde from 4-bromofluorene in Example 1. As a result, 85% yield of 4-bromofluorene-9-carbaldehyde was obtained. The subsequent production results were the same as those in Example 1.
[0056]
Comparative Examples 1-2
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that the alkali metal hydride used in the production of 4-bromofluorene-9-carbaldehyde from 4-bromofluorene in Example 1 was changed to an alkyl metal or metal alkoxide. The yield of 4-bromofluorene-9-carbaldehyde at that time is shown in Table 1.
[0057]
[Table 1]
Example 3
4-Lithiophenanthrene was produced in the same manner as in Example 1. Then, instead of 3,7-dimethoxy-5-t-butyldimethylsilyloxybenzo [c] fluoren-7-one used in Example 1, 3,7-dimethoxy-5-benzyloxybenzo [c] fluorene- Hydroxy-aryl fluorenol was similarly obtained except that 7-one was used, and it was dehydrocyclized (spirated) to give 3 ', 7'-dimethoxy-5'-benzyloxyspiro [(1H-cyclopent [ d, e, f] phenanthrene) -1,7′-benzo [c] fluorene]. The yield of hydroxy-aryl fluorenol was 85%, and the yield of the final target product was 90%.
[0059]
Example 4
4-Lithiophenanthrene was produced in the same manner as in Example 1. Then, instead of 3,7-dimethoxy-5-t-butyldimethylsilyloxybenzo [c] fluoren-7-one used in Example 1, 3,7-dimethoxy-5-t-butoxycarbonyloxybenzo [c ] Using fluoren-7-one, hydroxy-arylfluorenol was obtained in the same manner, and it was dehydrocyclized (spirated) to give 3 ', 7'-dimethoxy-5'-hydroxyspiro [(1H-cyclopent [ d, e, f] phenanthrene) -1,7′-benzo [c] fluorene]. The yield of hydroxy-aryl fluorenol was 61%, and the yield of the final target product was 43%.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, it becomes possible to efficiently produce a 9-spirofluorene compound useful as a raw material for a phenanthrene-type spiroindenonaphthopyran compound having excellent photochromic properties. Specifically, the process for synthesizing 9-fluorenylmethanol, which is an intermediate raw material, has been reduced compared to the conventional production method of “reacting a fluorene compound with phenyllithium and then reacting with carbon dioxide”. The yield is also high. In particular, when the fluorenone compound (IV) used as a raw material is protected with a substituted silyl group in which the total number of carbon atoms of the phenolic hydroxyl group bonded to the silicon atom is 5 to 12 In addition to the above effects, the amount of the organometallic compound represented by the formula (III) to be used can be reduced, and the yield can be increased.
Claims (2)
Ｙは、当該基が結合するベンゾ環の２つの炭素原子と共に芳香族炭化水素環基または不飽和複素環基を形成する基であり、
Ｚは水素原子又は保護基であり、
ｐおよびｑはそれぞれ独立して０〜３の整数であり、
Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立にアルキル基、アラルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、アルコキシ基、アラルコキシ基、アミノ基、一置換アミノ基、二置換アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、−ＯＺ基（但し、Ｚは水素原子又は保護基である）、置換または非置換の複素環基、及び芳香族炭化水素環または複素環が縮環した置換または非置換の縮合複素環基よりなる群より選ばれる少なくとも１種の基であり、ｐおよびｑがそれぞれ２又は３のとき複数のＲ1およびＲ2はそれぞれ互いに異なっていてもよい。｝
で示される９−スピロフルオレン化合物の製造方法。
〔工程Ａ〕
（１） 下記式（II）
で示されるフルオレン化合物とアルカリ金属水素化物とを非プロトン性溶媒中で混合して得られた生成物と蟻酸エステルとを反応させてフルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を得、
（２）得られた該フルオレン−９−カルバアルデヒド化合物を還元して９−フルオレニルメタノールとし、次いで
（３）該アルコールを酸又は酸化剤と反応させて脱水転移させることにより４−ハロフェナントレンを得、更に
（４）得られた４−ハロフェナントレンの４位のハロゲン原子をＬｉ、ＭｇＣｌ、ＭｇＢｒ、ＭｇＩ又はＣｕＬｉに置換することにより下記式（III）
で示される有機金属化合物を製造する工程
〔工程Ｂ〕
前記工程Ａで得られた前記式（III）で示される有機金属化合物と、下記式（IV）
で示されるフルオレノン化合物と、を反応させて前記式（Ｉ）で表される９−スピロフルオレン化合物を製造する工程The following formula (I), which comprises the following steps A and B
Y is a group that forms an aromatic hydrocarbon ring group or an unsaturated heterocyclic group together with two carbon atoms of the benzo ring to which the group is bonded;
Z is a hydrogen atom or a protecting group,
p and q are each independently an integer of 0 to 3,
R 1 and R 2 are each independently an alkyl group, aralkyl group, substituted or unsubstituted aryl group, alkoxy group, aralkoxy group, amino group, monosubstituted amino group, disubstituted amino group, cyano group, nitro group, halogen Atoms, trifluoromethyl groups, —OZ groups (where Z is a hydrogen atom or a protecting group), substituted or unsubstituted heterocyclic groups, and substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon rings or heterocyclic rings And a plurality of R 1 and R 2 may be different from each other when p and q are 2 or 3, respectively. }
The manufacturing method of 9-spirofluorene compound shown by these.
[Process A]
(1) The following formula (II)
A fluorene-9-carbaldehyde compound obtained by reacting a product obtained by mixing a fluorene compound represented by the formula (I) and an alkali metal hydride in an aprotic solvent with a formate ester,
(2) The obtained fluorene-9-carbaldehyde compound is reduced to 9-fluorenylmethanol, and (3) 4-halophenanthrene is obtained by reacting the alcohol with an acid or an oxidizing agent for dehydration transfer. And (4) by substituting the halogen atom at the 4-position of the obtained 4-halophenanthrene with Li, MgCl, MgBr, MgI or CuLi, the following formula (III)
The process of manufacturing the organometallic compound shown by [process B]
An organometallic compound represented by the formula (III) obtained in the step A, and the following formula (IV):
A process for producing a 9-spirofluorene compound represented by the formula (I) by reacting with a fluorenone compound represented by formula (I)
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