JP4526801B2 - 複素環化合物の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生理活性物質の合成中間体として、特に医薬中間体等として有用な複素環化合物、特にベンズキサゾール誘導体等の製造に有用な環化、脱水素反応に関するものである。
ベンズキサゾール誘導体等の製造法としては、(1)アミノフェノール化合物とカルボン酸誘導体を強酸触媒の存在下でカップリングさせる方法(非特許文献1)(2)アミノフェノール化合物とアルデヒド化合物を縮合させ、シッフ塩基を合成してから、酸化的に環化させる方法(非特許文献2, 3,4)が知られていた。従来のベンズキサゾール誘導体等の製造法としては、(1)については、カルボン酸誘導体を活性化させるため、強酸条件下で高温で加熱する必要があり、(2)については、いずれも反応基質に対して化学量論量あるいは過剰なDDQやマンガン酸化物等の酸化剤が用いられており、反応後の重金属塩の廃棄物処理が問題となっていた。
また、複素環化合物の脱水素化反応には、(3)パラジウム、ニッケル、白金等の遷移金属触媒を用いる方法(非特許文献5)及び(4)硫黄、セレン、キノン等の化学量論的脱水素化剤を用いる方法が知られていた(非特許文献5)。これらの方法には、高価な貴金属触媒を用いるため製造コストが高くなること、化学量論的に発生する還元副生成物の廃棄処理に問題があった。
Terashima,M. Synthesis, 1982, p484-485 Chang,J. Tetrahedron Lett. 2002, 43, p951-954 Varma, R. S. J. Heterocyclic Chem.,1998, 35, p1539-1540 Varma, R. S. J. Tetrahedron Lett. 1997, 38, p2621-2622 Larock,R.C. Comprehensive Organic Transformations, VCH Publishers: New York, 1989, p93-97
本発明は、かかる観点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、生理活性物質の合成中間体として、特に医薬中間体として有用なベンズキサゾール類、ベンズイミダゾール類、ベンズチアゾール類の重要性に鑑み、その簡便で効率的な製造方法を提供することにある。
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、活性炭触媒を使用した酸化脱水素及び環化反応が可能であり、これによりベンズキサゾール類、ベンズイミダゾール類、ベンズチアゾール類が高収率で製造されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物と、下記一般式(2)で表されるアルデヒド化合物を、活性炭触媒を使用し、酸素含有ガスの存在下で環化、脱水素させることを特徴とする下記一般式(3)で表される複素環化合物の製造方法である。
Figure 0004526801
(但し、XはO、S又はNR1を示し、R1は水素原子、アルキル基、アリール基又はアミノ基の保護基を示す。R4〜R7は独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、アルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、ハロアルキル基、ハロアルコキシ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ハロゲン原子、アシル基、アルケニル基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有していてもよいアリサイクリック基、置換基を有していてもよいアラルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基を示すが、隣接する基と一緒になって炭素数3〜7の環を構成してもよい。また、Yは置換基を有してもよいアルキル基、アリール基又は複素環基を示す。)
また、他の発明は、下記一般式(4)で表される化合物を、活性炭触媒を使用し、酸素含有ガスの存在下で環化、脱水素させることを特徴とする一般式(3)で表される複素環化合物の製造方法である。
Figure 0004526801
(但し、X、Y及びR4〜R7は、一般式(1)及び(2)と同じ意味を有する)
本発明において、1)上記一般式(1)、一般式(3)及び一般式(4)において、XがOであり、得られる複素環化合物がベンズキサゾール類であること、2)一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物又は一般式(4)で表される化合物に対して、活性炭触媒を1〜200重量%使用すること、又は、3)一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物又は一般式(4)で表される化合物を含む溶液に、活性炭触媒を添加、酸素含有ガスの存在下、0〜200℃で環化、脱水素反応することは好ましい態様である。
以下、本発明を詳細に説明する。
上記化学式(化1)及び(化2)は、反応式を示し、下段に記した(1)〜(4)の番号は、化学物の番号を意味する。以下、(化1)及び(化2)で表される反応式を反応式1及び反応式2という。反応式1では、一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物(以下、芳香族アミノ化合物ということがある)と一般式(2)で表されるアルデヒド化合物(以下、アルデヒド化合物ということがある)を、活性炭触媒を使用し、酸素含有ガスの存在下で環化、脱水素して一般式(3)で表される複素環化合物(以下、複素環化合物ということがある)を製造するものである。反応式2の反応は、一般式(4)で表される化合物(以下、シッフ塩基ということがある)を、活性炭触媒を使用し、酸素含有ガスの存在下で環化、脱水素して複素環化合物を製造するものである。ここで、一般式(4)で表される化合物は、上記芳香族アミノ化合物とアルデヒド化合物を反応させることにより得られる化合物であるので、反応式1の中間体ということもできるが、反応式1ではこの中間体を経由する必要は必ずしもない。
一般式(1)、(3)及び(4)において、XはO、SあるいはNR1を示すが、好適にはOである。R1は本発明における環化、脱水素反応を阻害しないものであれば、特に制約を受けることはない。
1の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノナニル基、デシル基等のアルキル基類、フェニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、メトキシフェニル基、ジメトキシフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、フェナンスリル基、アントラニル基、ピリジル基等のアリール基類、水素原子、ホルミル基、アリル基、ヒドロキシメチル基、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、プロパンスルホニル基、ベンゼンスルホニル基、p−トルエンスルホニル基、メシチレンスルホニル基、p−メトキシフェニルスルホニル基等のスルホニル基類、アセチル基、ジクロロアセチル基、トリフルオロアセチル基、ピバロイル基、ベンズイル基等のアシル基類、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロピルオキシカルボニル基、イソプロピルオキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、2,2,2−トリクロロエチルオキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基類、メトキシメチル基、エトキシメチル基、2−クロロエトキシメチル基、t−ブトキシメチル基、ピバロイルオキシメチル基、ベンジルオキシメチル基等のアルコキシメチル基類、2−クロロエチル基、(1−エトキシ)エチル基、エトキシエチル基、2−(4−ニトロフェニル)エチル基等の置換エチル基類、ベンジル基、3−メトキシベンジル基、4−メトキシベンジル基、3,4−ジメトキシベンジル基、3,5−ジメトキシベンジル基、2−ニトロベンジル基等のベンジル基類が例示できる。
好ましいR1としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノナニル基、デシル基、フェニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、メトキシフェニル基、ジメトキシフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、フェナンスリル基、アントラニル基、ピリジル基水素原子、ホルミル基、アリル基、ヒドロキシメチル基、メタンスルホニル基、ベンゼンスルホニル基、p−トルエンスルホニル基、アセチル基、ジクロロアセチル基、トリフルオロアセチル基、ピバロイル基、ベンズイル基、2,2,2−トリクロロエチルオキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、ジエトキシメチル基、2−クロロエトキシメチル基、ピバロイルオキシメチル基、ベンジルオキシメチル基、2−クロロエチル基、2−(4−ニトロフェニル)エチル基、ベンジル基、3−メトキシベンジル基、4−メトキシベンジル基が例示できる。
4〜R7はそれぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、ハロアルキル基、ハロアルコキシ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ハロゲン原子、アシル基、アルケニル基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有していてもよいアリサイクリック基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基から選ばれる同一又は異なる基、又は、隣接基同士により、置換基を有していてもよい飽和又は不飽和で縮合した炭素数3〜7の環を形成している基を表す。)で表される化合物であり、本発明における環化、脱水素反応を阻害しないものであれば、特に制約を受けることはない。
アルキル基としては、直鎖又は分枝状のものであるが、好ましくは、炭素原子数が1〜6個のものであり、更に好ましくは、炭素原子数が1〜3個のものである。例えば、メチル基、エチル基、プロピル基を挙げることができる。
アルコキシ基としては、直鎖又は分枝状のものであるが、好ましくは、炭素原子数が1〜4個のものであり、更に好ましくは、炭素原子数が1〜3個のものである。例えば、メトキシ基,エトキシ基,プロピルオキシ基,イソプロピルオキシ基を挙げることができる。
ハロアルキル基としては、直鎖又は分枝状のものであるが、好ましくは、フッ素原子,塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子を有する炭素原子数が1〜4個のものであり、更に好ましくは、炭素原子数が1〜3個のものである。例えば、クロロメチル基、クロロエチル基、トリフルオロメチル基を挙げることができる。
ハロアルコキシ基としては、直鎖又は分枝状のもので、好ましくは、炭素原子数が1〜4個のものであり、更に好ましくは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を有する炭素原子数が1〜3個のものである。例えば、トリフルオロメトキシ基、トリフルオロエトキシ基、フルオロメトキシ基、クロロメトキシ基を挙げることができる。
ハロゲン原子としては、好ましくは、塩素原子である。
アルコキシカルボニル基としては、直鎖又は分枝状のものであるが、好ましくは、炭素原子数が1〜4個のアルコキシ基を有するものであり、更に好ましくは、炭素原子数が1〜3個のアルコキシ基を有するものである。例えば、メトキシカルボニル基,エトキシカルボニル基,イソプロポキシカルボニル基を挙げることができる。
アルケニル基としては、直鎖又は分枝状のものであるが、好ましくは、炭素原子数が3〜6個のものであり、更に好ましくは、炭素原子数が3〜5個のものである。例えば、2−プロペニル基、1−メチル-2−プロペニル基、2−メチル-プロペニル基、2-ブテニル基、2-ペンテニル基、2-ヘキセニル基等を挙げることができる。
置換基を有してもよいアリサイクリック基としては、好ましくは、炭素原子数が1〜6個のものであり、例えば、置換基を有してもよいシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基を挙げることができる。
置換基を有していてもよいアラルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基としては、置換基を有してもよいフェニル基、ベンジル基、ナフチル基等を挙げることができる。
隣接する基が一緒になって、環構成炭素原子と共にベンゼン環と縮合した環を構成する場合は、その環は置換基を有していてもよい飽和又は不飽和で縮合した炭素数3〜7の環を形成している。かかる環としては、シクロプロパン環、シクロヘキシル環、ベンゼン環等があり、これらの環はベンゼン環と縮合している。
一般式(2)において、Yは置換基を有してもよいアルキル基、アリール基、複素環基を示す。
アルキル基としては、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、n-ヘキシル、4-メチルペンチル等のような直鎖又は分枝鎖アルキル基、シクロプロピル基、シクロブタン基、シクロペンタン基、シクロヘキサン基等のようなシクロアルキル基が挙げられる。好ましくはt-ブチル基、シクロヘキサン基が挙げられる。
アリール基としては、置換基を有してもよいフェニル基、ナフチル基、ベンジル基等が挙げられ、最適には、4-メチル-フェニル基、4−メトキシ−フェニル基、4−クロロ-フェニル基、3−クロロフェニル、4−シアノ-フェニル基、4−ニトロ-フェニル基、4−安息香酸等である。
複素環基としては、置換又は無置換のN-ピペラジン環、N−モルホリノ環、フラン環、ピロール環、インドール環、イミダゾール環、オキサゾール環、ピリジン環等から生じる基が挙げられる。
上記で置換基を有してもよい基の場合、置換基としては本発明の反応を阻害しないものであれば、制限はない。代表的には、アルキル基、アリール基、ハロゲン、アシル基、アシロキシ基等が挙げられるが、アミノ基、ヒドロキシ基及びメルカプト基は除かれる。
上記反応式(1)では、中間体であるシッフ塩基を経由すると考えられるが、これを単離することなく目的とする複素環化合物を直接、純度、収率よく製造する方法である。反応式(2)では、このシッフ塩基から、目的とする複素環化合物を直接、純度、収率よく製造する方法である。
反応式(1)又は反応式(2)で表される本発明の反応(環化、脱水素反応の他、反応式(1)の場合は中間体のシッフ塩基を生成する反応を含む。以下、本反応ともいう。)に使用する触媒として、活性炭を使用する。その他の環化、脱水素触媒能を有する成分は、実質的に存在させないことがよい。
本発明で使用する触媒は、活性炭である。その他の脱水素触媒能を有する成分は、実質的に存在させないことがよい。しかし、不純物程度の量が存在することは差し支えない。活性炭だけを触媒とすることにより、その入手及び再生又は廃棄処理が容易となる。
活性炭としては、特に制限は無く、粒状、粉末状共に好適に使用でき、市販の活性炭が使用できる。活性炭は多数の細孔と高い比表面を有するが、平均細孔径はおおむね約0.1〜10nm、好ましくは約1〜6nmであることが望ましい。比表面積は、100m2/g以上、好ましくは約500〜1500m2/gであることが望ましい。
活性炭の使用量は通常反応原料(反応式1の場合は、一般式(1)及び(2)で表される化合物をいい、反応式2の場合は、一般式(4)で表される化合物をいう)に対して1〜200重量%であり、好ましくは5〜50重量%の範囲である。活性炭は多量使用しても特に差し支えないが、大過剰量使用しても格別の意味は無い。
活性炭存在下における本反応は通常、反応原料と活性炭を、液相にて加熱し、酸素含有ガス、好ましくは空気の存在する雰囲気下で行われる。本反応の反応温度は原料化合物の種類及び反応溶媒等によって異なるが、通常、0℃〜200℃、好ましくは50℃〜180℃である。反応圧力は、本反応が許容し得る速度で進行し、目的の複素環化合物が生成するように選択される。通常は、0.05〜10MPaの範囲であるが、好ましくは、常圧又はその近辺である。
酸素含有ガスの使用量は、原料化合物1モル当たり、約0.1〜5モル、好ましくは0.5〜3モルであるが、脱水素反応を完全にさせるためには理論量以上の酸素が必要である。しかし、大過剰の酸素含有ガスの存在は副反応の発生や発熱や爆発の恐れがあるので、酸素含有ガスを分割して添加することも有利である。気液を混合するためには、攪拌や固定相に気液を共に流通させる等の公知の手段が採用できる。
原料化合物又は目的化合物が、反応条件において固体の場合は、これらを溶解する溶媒を使用する。固体ではない場合であっても、反応を制御するために溶媒を使用することが好ましいことが多い。
溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、石油エーテル等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン系溶剤類、アセトニトリル、ベンズニトリルのようなニトリル類、ギ酸、酢酸等の有機酸類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、ジメチルアセトアミド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、スルフォラン等の所謂非プロトン性極性溶媒類、メタノール、エタノール、2−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アニリン、トリエチルアミン、ピリジン、キノリン、イソキノリン等のアミン類及び水を例示することができる。これらは、原料化合物又は目的化合物に対する溶解度、反応条件と沸点の関係、原料化合物と比較しての反応性等の関係から選択される。
反応時間又は原料化合物の供給速度は、触媒と反応物とを十分な時間接触させるように設定される。これは、触媒の性状、原料化合物の種類、反応温度等により変化するが、反応時間として1〜48hr程度であり、液体空間速度(LHSV)として0.01〜1hr-1程度である。
本反応は、任意の好適な反応装置で行うことができる。バッチタイプの反応装置を用いることができるが、工業的には流通式反応装置が好ましい。典型的には、空気含有ガスと反応原料液を混合した後、触媒と接触させる方法がある。
反応終了後は、ろ過等により活性炭触媒を分離し、液状物を蒸留等で分離、精製することにより目的化合物を得る。回収された活性炭触媒はそのまま再使用しても、水蒸気や空気等と接触させて再生してもよい。触媒活性がなくなったり、再生不能となった場合は、廃棄することになるが可燃性であるため、安全に処理可能である。
入手や後処理が容易な触媒を用いて、生理活性物質の合成中間体として、特に医薬中間体として有用なベンズキサゾール類、ベンズイミダゾール類、ベンズチアゾール類を簡便で効率的な製造できる。
2-(4'−メトキシベンジリデンアミノ)フェノール2.3g(10mmol)、アルドリッチ社製活性炭(DarcoKB)1.1g、キシレン20ml の溶液を酸素雰囲気下で120℃、3時間攪拌した。1H−NMRにより分析した結果、2-(4-メトキシフェニル)ベンズキサゾールが得られたことが確認された。収率85モル%。
2-アミノフェノール873mg(8mmol)、ベンズアルデヒド849mg(8mmol)、アルドリッチ社製活性炭(DarcoKB)1g、キシレン15mlの溶液を酸素雰囲気下で120℃、4時間攪拌した。冷却後、活性炭を濾別し、溶媒を減圧下で留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製して1.2gの2-フェニルベンズキサゾールを得た。収率78モル%。
実施例2と同様にして、4位がR1で置換された2-アミノフェノール類8mmol、4位がR2で置換されたベンズアルデヒド類8mmol、アルドリッチ社製活性炭(DarcoKB)1gをキシレン15ml中、酸素雰囲気下、120℃で反応させることにより5位がR1で置換され2位がR2で置換されたベンズキサゾール類を得た。
反応式を次に示し、R1及びR2の種類と反応条件及び結果を表1に示す。
Figure 0004526801
Figure 0004526801
1,2-フェニレンジアミン872mg(8mmol)、ベンズアルデヒド849mg(8mmol)、アルドリッチ社製活性炭(DarcoKB)1g、キシレン15mlの溶液を酸素雰囲気下で120℃、26時間攪拌した。冷却後、活性炭を濾別し、溶媒を減圧下で留去して粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製して目的物の2−フェニル−ベンズイミダゾール0.98gを得た。収率は64モル%であった。
比較例1
2-(4'−メトキシベンジリデンアミノ)フェノール2.3g、10%パラジウム炭素1.1g、キシレン15mlの溶液を酸素雰囲気下で120℃、3時間攪拌した。1H−NMRにより分析した結果、2-(4-メトキシフェニル)ベンズキサゾールの収率は75モル%であった。
比較例2
比較例1においてパラジウム炭素をパラジウム黒1.1gに変更した以外は同じ操作を行なった。1H−NMRにより分析した結果、2-(4−メトキシフェニル)ベンズキサゾールの収率は27モル%であった。

Claims (8)

  1. 下記一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物と、下記一般式(2)で表されるアルデヒド化合物を、活性炭触媒を使用し、酸素含有ガスの存在下で環化、脱水素させることを特徴とする下記一般式(3)で表される複素環化合物の製造方法。
    Figure 0004526801
    (但し、XはO、S又はNR1を示し、R1は水素原子、アルキル基、アリール基又はアミノ基の保護基を示す。R4〜R7は独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、アルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、ハロアルキル基、ハロアルコキシ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ハロゲン原子、アシル基、アルケニル基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有してもよいアリサイクリック基、置換基を有していてもよいアラルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基を示すが、隣接する基と一緒になって炭素数3〜7の環を構成してもよい。また、Yは置換基を有してもよいアルキル基、アリール基又は複素環基を示す。上記で置換基を有してもよい基の場合、これらの置換基は上記環化、脱水素反応を阻害しないものから選ばれる。
  2. 下記一般式(4)で表される化合物を、活性炭触媒を使用し、酸素含有ガスの存在下で環化、脱水素させることを特徴とする下記一般式(3)で表される複素環化合物の製造方法。
    Figure 0004526801
    (但し、XはO、S又はNR1を示し、R1は水素原子、アルキル基、アリール基又はアミノ基の保護基を示す。R4〜R7は独立に、水素原子、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、アルキル基、アルコキシ基、カルボキシル基、ハロアルキル基、ハロアルコキシ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ハロゲン原子、アシル基、アルケニル基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有していてもよいアリサイクリック基、置換基を有していてもよいアラルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基を示すが、隣接する基と一緒になって炭素数3〜7の環を構成してもよい。また、Yは置換基を有してもよいアルキル基、アリール基又は複素環基を示す。上記で置換基を有してもよい基の場合、これらの置換基は上記環化、脱水素反応を阻害しないものから選ばれる。
  3. 一般式(1)及び一般式(3)において、XがOである請求項1に記載の複素環化合物の製造方法。
  4. 一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物に対して、活性炭触媒を1〜200重量%使用する請求項1又は3に記載の複素環化合物の製造方法。
  5. 一般式(1)で表される芳香族アミノ化合物を含む溶液に、活性炭触媒を添加、酸素含有ガスの存在下、0〜200℃で環化、脱水素反応することを特徴とする請求項1、3又は4に記載の複素環化合物の製造方法。
  6. 一般式(3)及び一般式(4)において、XがOである請求項2に記載の複素環化合物の製造方法。
  7. 一般式(4)で表される化合物に対して、活性炭触媒を1〜200重量%使用する請求項2又は6に記載の複素環化合物の製造方法。
  8. 一般式(4)で表される化合物を含む溶液に、活性炭触媒を添加、酸素含有ガスの存在下、0〜200℃で環化、脱水素反応することを特徴とする請求項2、6又は7に記載の複素環化合物の製造方法。
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