JPH0688961B2

JPH0688961B2 - ニトロン類の製造方法

Info

Publication number: JPH0688961B2
Application number: JP61306679A
Authority: JP
Inventors: ロバート・アール・ウィリアムズ，ジュニア
Original assignee: マイクロサイ，インコーポレイテッド
Priority date: 1985-12-30
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPS62223157A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の背景）本発明は、ジアリールニトロン、ジアルキルニトロンお
よびアルキルアリールニトロンを含めたニトロン官能性
化合物（ニトロン類）の製造方法に係る。さらに特定的
にいうと本発明は、副生物を大量に生ずることなく高収
率でニトロン類を製造するための一段階方法に関する。

ある種のジアリールニトロンはコントラスト増強ホトリ
ソグラフィーに特に有用であることが、グリッフィング
（Griffing）らによる1985年５月17日付けで出願された
米国特許出願第735,016号（米国特許第4,702,996号）、
1984年12月31日付けで出願された米国特許出願第687,68
1号（米国特許第4,661,433号）、1984年11月28日付けで
出願された米国特許出願番号675,918号（米国特許第4,8
59,789号、同第4,990,665号、同5,108,874号）、および
1984年11月28日付けで出願された米国特許出願第675,91
5号（米国特許第4,677,049号）に開示されている。上記
の特許出願はすべて本発明と同じ譲受入に譲渡されてい
る。グリッフィング（Griffing）らの教示によればジア
リールニトロンは、Methodender Organischen Chemie−
ホーベン−バイル（Houben-Weyl）、第10巻、第４部、1
968年、第315-416頁に記載されている方法や、ケミカル
レビュー（Chemical Reviews）1 （64）、ジャンヘイマ
ー（Jan Hamer）およびアントニーマカルソ（Anthony M
acaluso）著、ニトロン類（Nitrones）、第476-483頁に
記載されている方法のような方法によって製造すること
ができる。

デービス（Davis）らは、同時係属中の米国特許出願第7
86,937号（米国特許第4,709,107号）（引用により本明
細書中に含ませる）でニトロン類の改良された製造方法
を開示している。この方法は（ａ）ニトロ化合物を亜鉛
で還元してヒドロキシルアミン類と酸化亜鉛を生成さ
せ、次いで、（ｂ）ほとんどすべての酸化亜鉛を希酸溶
液中に溶解させ、かつヒドロキシルアミン類をアルデヒ
ドと反応させてニトロン類を生成せしめることを包含す
る。このような方法は多くの目的に適しているとはいう
ものの、これに代わるニトロン類の製造方法、特に一段
階しか必要としない方法があれば望ましい。

（発明の要旨）本発明の目的はニトロン類の一段階製造方法を提供する
ことである。

本発明のもう１つ別の目的は有機副産物の生成を最小限
に抑えたニトロン類の製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、ニトロ化合物が優先的にヒドロキ
シルアミン類に還元され、ヒドロキシルアミンが還元さ
れ過ぎたりまたはアルデヒドの還元が生起したりする前
にヒドロキシルアミンがアルデヒドと縮合してニトロン
類を形成するという、ニトロン類の製造方法を提供する
ことである。

上記の目的に従い、（ａ）少なくとも１種のニトロ化合
物、（ｂ）少なくとも１種のアルデヒド、（ｃ）水素
源、および（ｄ）水素化触媒を包含し、該ニトロ化合物が、一般式：（NO₂ _ａ R×_b ［式中、Ｒは炭素原子６〜20個の芳香族炭化水素基であ
り、Ｘはハロゲン、シアノ基、炭素原子１〜８個の脂肪
族アシル基、炭素原子１〜８個のアルキル基および置換
アルキル基、炭素原子６〜13個のアリールおよび置換ア
リール基、ならびに炭素原子２〜８個のアルコキシカル
ボニル基から成る群から選択され、ｂは０〜３の整数で
あり、ａは１または２に等しい］を有することを特徴と
する、ニトロン類の一段階製造方法が提供される。

（発明の説明）本発明によって、（ａ）少なくとも１種のニトロ化合
物、（ｂ）少なくとも１種のアルデヒド、（ｃ）水素
源、および（ｄ）水素化触媒を含む混合物を反応させる
ことによる、ニトロン類の一段階製造方法が提供され
る。この本発明のプロセスが単一の段階で実施できると
いうことは予想されなかったことである。というのは、
よく知られているようにアルデヒド類はほとんど水素化
条件下で非常に急速に還元されてアルコール類になるか
らである。1972年W.A.ベンジャミン社（W.A.Benjamin,I
nc.）刊、ハウス（H.O.House）著、Modern Synthetic R
eactions、第２版、第９頁参照。

本明細書中で使用する「ニトロ化合物」という用語は本
発明に従って還元される分子種を指し、これには炭素原
子約６〜約30個の芳香核をもつニトロ芳香属化合物が含
まれる。好ましいのは次式のものである。

（NO₂ _ａ R×_b （Ｉ）ここで、Ｒは炭素原子が６〜20個の芳香族炭化水素基で
あり、Ｘはハロゲン、シアノ基、炭素原子が１〜８個の
脂肪族アシル基、炭素原子が１〜８個のアルキル基およ
び置換アルキル基、炭素原子が６〜13個のアリールおよ
び置換アリール基、ならびに炭素原子２〜８個のアルコ
キシカルボニル基から選択され、ｂは０〜３の整数であ
り、ａは１か２に等しい。最も好ましいものとしてはニ
トロベンゼン、ｐ−エトキシニトロベンゼン、ｐ−ニト
ロエチルベンゾエート、ｐ−ニトロメチルベンゾエー
ト、ｐ−ニトロブチルベンゾエートおよびｐ−ニトロア
エトフェノンがある。

また、「ニトロ化合物」という用語には次式のニトロア
ルカンも含まれる。

（NO₂ _ｃ R¹ （II）ここで、R¹は炭素原子が１〜約15個のアルキル基または
置換アルキル基であり、ｃは１か２に等しい。適当なニ
トロアルカンの例としてはニトロメタン、ニトロエタ
ン、１−ニトロプロパン、２−ニトロプロパン、１−ニ
トロブタン、１−ニトロペンタン、ニトロシクロヘキサ
ン、３−ニトロ−２−メチルペンタン、２−ニトロ−２
−メチルペンタンなどがある。もちろん式ＩとIIにはビ
スニトロ化合物も包含される。

「アルデヒド」という用語にはアルキルアルデヒドとア
リールアルデヒドの両者が含まれる。本発明で使用でき
るアリールアルデヒドは炭素原子が約６〜約30個の芳香
核を有しており、アルキルアルデヒドは炭素原子が約15
個までのアルキル骨格を有している。好ましいアリール
アルデヒドは次式のものである。

好ましいアルキルアルデヒドは次式のものである。

ここで、Ｚは（R⁵ _ｄ Q−R⁶またはR⁷であり、Ｑは一
価、二価または三価の置換基または結合基であり、R²、
R³、R⁵の各々はそれぞれ独立に水素、炭素原子を１〜８
個含有するアルキル基もしくは置換アルキル基、または
炭素原子を６〜13個含有する芳香族もしくは置換芳香族
基であり、R⁴は炭素原子１〜15個の脂肪族基または脂環
式基であり、R⁶は炭素原子を６〜13個含有する芳香族基
であり、R⁷は炭素原子を約４〜約20個含有する芳香族複
素環式基（このヘテロ原子は酸素、窒素およびイオウか
ら選択された少なくとも１個の原子である）であり、ｄ
は０〜２の整数、ｍは１か２に等しく、ｑは０か１に等
しく、ｎは０〜４の整数である式IIIから明らかなようにこのアリールアルデヒドで
は、アリール基とカルボキシ基との間に共役炭素結合が
存在し得る。式IIIとIVアルデヒドにはビスアルデヒド
も包含される。（ｍが２の場合）が、そのとき２つのア
ルデヒド官能基は芳香核Ｚもしくはアルキル骨格R⁴に結
合しているか、または互いに結合している。R²とR³の両
者が水素かメチル基であるのが典型である。

Ｑの種類はさほど重要なものではなく、適切なものは当
業者には明らかである。ｄの値が０、１または２に応じ
てＱは一価、二価または三価となる。適当な一価のＱの
例としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素原子が１
〜６個のアルキル基、および炭素原子が６〜13個のアル
ール基がある。二価のＱの例としては酸素、イオウ、カ
ルボニル、アルキレンおよびアリーレンがある。適当な
三価のＱの例としては窒素がある。ハロゲン、酸素、イ
オウまたは窒素が好ましい。

その他の適したニトロ化合物とアルデヒドは当業者には
自明であるか、あるいは余計な実験をすることなく確か
めることができる。

水素源は通常水素ガス（H₂）であるが、ヒドリド（H^-）
のような別の水素源を利用するどんな変形も特許請求の
範囲に記載した本発明の範囲内に入る。

水素化触媒は通常、白金、パラジウム、ルテニウム、イ
リジウム、ロジウム、オスミウム、レニウムなどのよう
な貴金属（これらの酸化物も含む）である。水素化の速
度は利用する支持体（担体）を含めて使用する触媒のタ
イプや金属によって変化することが知られている。一般
に炭素に支持された金属が好ましいがアルミナやシリカ
のような他の支持体を使用してもよい。木炭に担持され
た白金が特に好ましい。一般に炭素に支持された触媒は
35重量％までの貴金属を含有する。貴金属の濃度が２〜
10％であるのが最も好ましい。出発材料の触媒に対する
割合はおよそ100:0.1〜100:5の範囲が好ましい。本発明
の実施に際しては金属錯体、特に白金錯体を使うことも
できる。その他の水素化触媒も当業者には自明である
か、あるいは不必要な実験をすることなく適したものを
定めることができる。

本発明のプロセスは適当な有機溶媒中で行なうのが好ま
しい。そのような溶媒の例としては、たとえばメタノー
ル、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブ
タノールなどのような低級脂肪族アルコール類がある。
その他の水と混和し得る有機溶媒（たとえばアセニトリ
ルなど）も適しているがメタノールとエタノールが最も
好ましい。有機溶媒の使用量は大きく変化し得るが、好
ましい割合は反応混合物の約１重量％から約75重量％ま
での範囲である。

場合によって本発明のプロセスでは反応（速度）調節剤
を使用してもよく、その方が好ましい。本発明で使用す
るのに適した反応調節剤は業界でよく知られており、た
とえば1970年の Annals of the NY Academy of Science
s、第171巻、第266頁にライランダー（Rylander）らが
記載している。適した反応調節剤の例としては複素環式
窒素化合物、ホスフィン類、ホスファイト類、スルフィ
ド類、スルホキシド類などがある。より詳細な説明は同
時係属中の米国特許出願第762,358号（米国特許第4,72
3,030号）とそこで引用している文献に挙げられてい
る。ジメチルスルホキシド（DMSO）は本発明の実施に特
に有効であることが判明している。調節剤の使用量は金
属触媒の使用量に対応させるべきである。金属触媒対調
節剤のモル割合は約1:0.5〜約1:5の範囲が好ましく、約
1:1〜1:2の範囲が最も好ましい。出発材料対調節剤の重
量割合は通常100:0.5〜100:7.5の範囲であるが、100:0.
5〜100:2の割合が好ましい。

ヒドロキシルアミン類とアルデヒドの縮合速度を早める
ために適当な酸を用いてもよい。これには鉱酸と有機酸
の両方が含まれる。最も好ましい酸はヘキサン酸、ギ
酸、ペンタン酸、酢酸、フェニル酢酸、プロパン酸、ブ
タン酸などのようなカルボン酸であり、酢酸が特に好ま
しい。その他の好ましい酸としては、メチルスルホン
酸、エチルスルホン酸、フェニルスルホン酸などのよう
なスルホン酸、塩酸、リン酸、硫酸、亜硫酸、硝酸など
のような鉱酸、ロームアンドハース社（Rohm and Hass
Company）がアンバーリスト（Amberlyst）XN-1005とい
う商標で市販しているような官能化ポリマー樹脂があ
る。

本発明のプロセスは適当な反応容器中で上記の物質を混
合することで実施する。一般に反応はおよそ−50℃〜お
よそ150℃の温度で行なうことができ、０℃〜およそ100
℃が好ましく、室温からおよそ50℃までが最も好まし
い。圧力は0.1気圧程度の低圧から100気圧程度またはそ
れ以上の高圧までの範囲でよく、30psi〜75psiで反応を
行なうのが好ましく、40psi〜50psiが特に好ましい。

当業者がより容易に本発明を実施できるように以下に実
施例を例示するが、本発明はこれらの実施例に限定され
ることはない。部およびパーセントは他に示されない限
り全て重量基準である。

（実施例）以下の各実施例１〜９において、次式で示される化合物
（α−（４−ジエチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニル
ニトロン）を、種々の条件下で製造した。

（実施例１）ニトロベンゼン20g（162ミリモル）、４−ジエチルアミ
ノベンズアルデヒド23g（130ミリモル）、酢酸15.6g（2
60ミリモル）、無水エタノール125ml、ジメチルスルホ
キシド1ml、および木炭に担持された５％白金0.4gを１
リットルのパー（Parr）水素化装置に入れた。反応容器
を密封し、水素でフラッシングして洗浄し、水素で50ps
iに加圧し、振盪して激しく攪拌した。圧力は40psiと50
psiとの間に保った。水素が２当量消費された（約５時
間）後、反応容器を開け、窒素でフラッシングして洗浄
し、溶液を濾過して触媒を除去した。濾液を水200mlで
希釈し、重炭酸ナトリウム水溶液で中和した。中和した
溶液をメチレンクロライドで抽出し（100mlで２回）、
メチレンクロライドで抽出物を合わせて重炭酸塩溶液、
水および塩水で洗浄した。この溶液を硫酸マグネシウム
で乾燥し、濾過し、溶媒を蒸発させて赤褐色で半固体の
粗生成物を得た。この粗生成物を熱テトラヒドロフラン
200mlに溶解し、60℃でヘキサン250mlを添加し、室温に
冷却して生成物を再結晶した。これを濾過すると融点が
107℃の黄色い結晶の生成物が15.5g得られた（収率45
％）。

（実施例２）実施例１の手順を繰り返した。ただし酢酸は7.8g（130
ミリモル）だけとした。反応時間は３時間に減り、収率
は69％に上昇した。生成物の融点は108℃であり、これ
は純度が高まっていることを示している。HPLC（高圧液
体クロマトグラフィー）で分析したところ、生成物ニト
ロンの純度は98％を越えていた。プロトンNMRの結果
は、公知の方法で得られたニトロンのサンプルと一致し
た。

（実施例３）実施例２の手順を繰り返した。ただし触媒としては酸化
白金（0.15g）を用いた。反応時間はやはり３時間であ
ったが、生成物の収率は37％に落ちていた。このように
木炭に担持された白金が水素化触媒として好ましい。

（実施例４）実施例２の手順を繰り返した。ただし反応調節剤として
のDMSOは使わなかった。反応時間は1.2時間であり、生
成物の収率は29％であった。したがって反応調節剤を用
いる方が好ましい。

（実施例５）再現性を確かめるために実施例２の手順をそのまま繰り
返した。生成物の収量は25.5g、収率は73％であった。

（実施例６）実施例２の手順を繰返した。ただし溶媒はエタノール13
5mlと水15mlとした。生成物の収量は25.9g、収率は74％
であった。したがって無水エタノールである必要はな
い。

（実施例７）実施例２の手順を繰返した。ただし溶媒はメタノールと
した。生成物の収量は28.3g、収率は81％であった。生
成物の融点は、110〜112℃であり、λmax（nm）は388、
そしてεmaxは41000であった。

（実施例８）ニトロベンゼン20g（162ミリモル）、４−ジエチルアミ
ノベンズアルデヒド23g（130ミリモル）、無水エタノー
ル150ml、ジメチルスルホキシド1ml、および木炭に担持
された白金0.4gを、１リットルのパー（parr）水素化装
置に入れた。反応容器を密封し、水素でフラッシングし
て洗浄し、水素で50psiに加圧し、振盪して激しく攪拌
した。圧力は40psiと50psiの間に保った。水素が２当量
消費された（３時間）後、容器を窒素でフラッシングし
て洗浄し、酢酸を15.6g（260ミリモル）加え、攪拌を0.
3時間続けた。反応混合物を濾過し、濾液を水200mlで希
釈し、重炭酸ナトリウム溶液で中和した。中和した溶液
をメチレンクロライドで抽出し（100mlで２回）、メチ
レンクロライドで抽出し（100mlで２回）、メチレンク
ロライドで抽出物を合わせて重炭酸ナトリウム溶液、水
および塩水で洗浄した。このメチレンクロライド溶液を
硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過し、回転蒸発器で濃縮
して赤褐色の固体を得た。この固体を1:1のテトラヒド
ロフラン／ヘキサン溶液から再結晶すると黄色い結晶の
生成物が9.7g（28％）の収量で得られた。したがって最
初の反応混合物中に酢酸を入れた方が好ましい。

（実施例９）ニトロベンゼン20g（162ミリモル）、ジメチルスルホキ
シド1ml、エタノール150ml、および木炭に担持された白
金0.2gを、１リットルのパー（Parr）水素化装置に入れ
た。水素が２モル消費される（１時間）まで混合物をH₂
40〜50psiで水素化した。反応容器を窒素でフラッシン
グして洗浄し、４−ジエチルアミノベンズアルデヒド
（23g、130ミリモル）および酢酸（39g、650ミリモル）
をエタノール50mlに溶かした溶液を加えた。室温で混合
物を0.7時間攪拌し、濾過して白金触媒を除き、重炭酸
ナトリウム水溶液で中和し、メチレンクロライドで抽出
し、抽出物を濃縮して粗生成物を得た。この粗生成物を
1:1のテトラヒドロフラン／ヘキサン溶液で再結晶する
と生成物のニトロンが18.7g（収率54％）得られた。こ
のように、本発明の一段階ニトロン製造方法によれば、
触媒、溶媒、温度および圧力が同様な条件下では対応す
る二段階プロセスよりも高い収率が達成される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）少なくとも１種のニトロ化合物、（ｂ）少なくとも１種のアルデヒド、（ｃ）水素源、および（ｄ）水素化触媒、を含む混合物を反応させることを包含するニトロン類の
一段階製造方法であって、該ニトロ化合物が、一般式：（NO₂ _ａ R×_b ［式中、Ｒは炭素原子６〜20個の芳香族炭化水素基であ
り、Ｘはハロゲン、シアノ基、炭素原子１〜８個の脂肪
族アシル基、炭素原子１〜８個のアルキル基および置換
アルキル基、炭素原子６〜13個のアリールおよび置換ア
リール基、ならびに炭素原子２〜８個のアルコキシカル
ボニル基から成る群から選択され、ｂは０〜３の整数で
あり、ａは１または２に等しい］を有することを特徴と
する、ニトロン類の一段階製造方法。
【請求項２】前記ニトロ化合物が、一般式：（NO₂ _ｃ R¹ ［式中、R¹は炭素原子が１〜約15個のアルキルまたは置
換アルキル基であり、ｃは１または２に等しい］を有す
るニトロアルカンであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の方法。
【請求項３】前記アルデヒドが、炭素原子約６〜30個の
芳香核を有する芳香族アルデヒドであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項４】前記アルデヒドが、一般式：［式中、Ｚは（R⁵ _ｄ Q−R⁶またはR⁷であり、Ｑは一
価、二価または三価の置換基または結合基であり、R²、
R³およびR⁵は、各々独立して、水素、炭素原子を１〜８
個含有するアルキルもしくは置換アルキル基、または炭
素原子を６〜13個含有する芳香族もしくは置換芳香族基
であり、R⁶は炭素原子を６〜13個含有する芳香族基であ
り、R⁷は、炭素原子を約４〜約20個含有し、酸素、窒
素、およびイオウから成る群から選択されたヘテロ原子
が少なくとも１個存在する芳香族複素環式基であり、ｄ
は０〜２の整数であり、ｍは１または２に等しく、ｎは
０〜４の整数である］を有することを特徴とする特許請
求の範囲第３項に記載の方法。
【請求項５】前記アルデヒドが、一般式：［式中、R⁴は炭素原子が１〜15個の脂肪族または脂環式
基であり、ｍは１または２に等しく、ｑは０または１に
等しい］を有する脂肪族アルデヒドであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項６】前記水素源が水素ガスであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項７】前記水素化触媒が貴金属であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第６項に記載の方
法。
【請求項８】前記貴金属が白金であることを特徴とする
特許請求の範囲第７項に記載の方法。
【請求項９】前記反応混合物がさらに有機溶媒も含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項１０】前記有機溶媒が低級脂肪族アルコールで
あることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方
法。
【請求項１１】前記有機溶媒が反応混合物の約１重量％
〜約75重量％の量で存在することを特徴とする特許請求
の範囲第９項に記載の方法。
【請求項１２】前記反応混合物がさらに反応調節剤も含
むことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第６項また
は第９項に記載の方法。
【請求項１３】前記反応混合物がさらに縮合速度を高め
るのに有効な量の酸も含むことを特徴とする特許請求の
範囲第12項に記載の方法。
【請求項１４】およそ−50℃〜およそ150℃の温度で反
応を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の方法。
【請求項１５】およそ０℃〜およそ100℃の温度で反応
を行うことを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
方法。
【請求項１６】室温〜およそ50℃の温度で反応を行うこ
とを特徴とする特許請求の範囲第13項に記載の方法。
【請求項１７】0.1気圧〜100気圧の圧力で反応を行うこ
とを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載の方法。
【請求項１８】30psi〜75psiの圧力で反応を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第13項に記載の方法。
【請求項１９】40psi〜50psiの圧力で反応を行うことを
特徴とする特許請求の範囲第16項に記載の方法。