JPH11510429A - 相間移動触媒反応での触媒または共補助剤としてのデンドリマー型の高分子の用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、相間移動触媒反応の触媒または共補助剤として、ポリオキサアルキレン鎖を含むデンドリマー型の分岐状高分子の用途に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 相間移動触媒反応での触媒または共補助剤としてのデンドリマー型の高分子の 用途 本発明は、相間移動触媒反応の触媒または共補助剤として、ポリオキサアルキ レン鎖を含むデンドリマー型（dendrimeric-type）の分岐状高分子の用途に関す る。 過去１０年間を通じて、用いる重合反応プロセスの結果によって高い多分散を 示す傾向がある、より一般的な直鎖状または分岐状のポリマーとは特性が多少異 なるため、デンドリマー型高分子（例えば、Adv．In Dendritic Macromolecules ，Vol.1，1994，Jai Press，London; Voegtle F．et al.，Angew Chem．Int．Ed .，1994，33，2413参照）は、興味を大きく呼び起こしてきた。一方で、デンド リマー類は、連続的な成長の結果として、分子量、寸法および形態を強く制御し 得る合成プロセスによって得られる。 デンドリマー型分子は、中心から末端へと鎖（「デンドラ（dendra）」）が離 れ、分岐する中心核（「コア（core）」）の存在により特徴づけられる。それに より得られた構造は、外表面上の数多くの官能基をもつように秩序づけられ、多 分岐される。デンドリマー型分子は、例えば、ポリマー単位あたりの物質の高濃 度なトランスポーター(transporter)として働くような、特定の用途のために合 成されてきた。さらに、内部が親油性であり、外部が親水性であるデンドリマー 類を合成することは可能である；そのような分子は、ミセルとして働き、そして 、これらの特性に基づき、非常に良好な安定性を与えることができる。加えて、 これらの分子は、広い表面積を有しており、かつ有機溶媒への溶解度の高さと組 合わされて、触媒のトランスポーターとして有用にすることが でき、その利点は、反応の終りに、簡単な抽出またはろ過により、容易に回収で きるという点である。 デンドリマー類は、例えば、農業用の化学物質の「キャリヤー」として、接着 剤、吸収剤、油／水乳化剤、プラスチック材料用の増粘剤、限外ろ過膜の検定標 準、立体排除クロマトグラフィーの検定標準、電子顕微鏡の検定標準、染料およ び塗料のレオロジー的特性の改良剤のような多くの他の用途を有することができ る。しかしながら、これらの分子を同系統のキャリヤーとしてだけではなく、反 応触媒として直接用いる可能性は、研究されていない。 驚いたことに、我々は、構造中にオキサエチレン−ＯＣＨ₂ＣＨ₂−またはオキ サプロピレン−ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−のようなポリオキサアルキレン単位を含有 するデンドリマー型の高分子（これは、例えば、国際特許出願WO95/25763号に記 載されている）を、相間移動触媒反応の触媒として用いること(相間移動触媒反 応条件下での反応の一般的概要: W.E．Keller，Fluka Compedium of phase tran sfer reactions，vol.3，1992)は、直鎖ポリエチエレングリコール（ＰＥＧ）を 用いた場合(Balasubramanian，D.，Sukamar，P.，Chandani，B.，Tetrahedron L etters，979，37，3543-3544)より優れた結果でなくとも、少なくとも同じくら い優れた結果を与えることをいまや発見したのであり、それは本発明の目的であ る。 そのような結果は、相間移動触媒反応の触媒として、トマリア(Tomalia)によ り記載されたもの（Tomalia，D.A.，et al．Angew．Chem．Int．Ed.，1990，29 ，138-175 and Padias et al．A.B．et al.，J．Org．Chem.，1987，52，5305-5 312）のような、他のよく知られたデンドリマー類で同様の実験が行われ、それ では、いかなる確定された生成物の 回収もされず、副生物のみを回収したこと（実験部分を参照）を考慮すると、さ らにより驚くべきことである。 相間移動触媒反応において、触媒または共補助剤として用いることができるデ ンドリマー型分子は、下記の一般式（Ｉ）： Ａ［Ｇ_{1 →p}］_r （Ｉ） （式中、 Ａは、中心核または「コア」であり、脂肪族の開鎖の基、分岐状もしくは分岐 していない残基、または脂環式残基またはＮ、Ｏおよび／もしくはＳを含有する 複素環式残基；あるいは芳香族またはヘテロ芳香族残基であることができる多価 の有機残基から誘導され、それは第一世代のポリオキサアルキレン鎖が結合して いるｒ個の末端基の存在により特徴づけられ； ｒは、「コア」Ａの多様性を表す２〜１０の整数であり； Ｇ_{1 →p}は、第一世代(ｇ₁)から最後の世代(ｇ_p)までの世代ｇでのｐ個のレベル を含む高分子の分岐状の構造を表し、そこで前記の世代数ｐの総計は１〜２０で 変化することができ、異なる世代は同じかまたは異なっていることができ、そし て ａ）最後の一つを除く世代ｇのそれぞれが、数多くのくり返し単位を含み、そ れは下記式： −Ｂ−Ｍ− （上記式中、 Ｂは、下記式： （上記式中、 ｎは、高分子の少なくとも１個の世代でｎが０と異なることを条件として、０ 〜２５で変化することができ、世代から世代で異なるか、または異ならない）で 示されるポリオキサエチレンまたはポリオキサプロピレンであり； Ｍは、多価の脂肪族残基から誘導された分岐点を表し、以下のものを含む、 鎖Ｂの末端基と架橋し得るＯＨ、ＮＨ₂、ＳＨ、ＣＯＯＨのような単官能基、 またはその誘導体、 次の世代のポリオキサアルキレン鎖を架橋させるためのｍ個の反応性基であっ て、ｍは、２〜５の整数であり、Ｍにより導入された分岐の多様性を表し、世代 から世代で異なるか、または異ならないｍである）である） で表される残基であり、 ｂ）最後の世代ｇ_pが、下記式： （上記式中、 Ｂ_p、Ｍ_pおよびｍ_pは、Ｍ_pの反応性残基のｍ_p個すべてを、基Ｔに結合させる 以外は、Ｂ、Ｍおよびｍと同義であり； Ｔは、水素原子、(Ｃ₁−Ｃ₃)アルキル基またはヒドロキシル基のいずれかであ ることができる末端基であり、そしてそのような末端基は遊離し、解離もしくは 非解離のいずれかであるか、またはピラニル基、ケタール基、アセチル基、環式 オルトエステル基などのような適切な保護基で保護されており； Ｍ_pは、単結合であることができ、この場合、ｍ_pが１と等しく（すなわち、分 岐がない）、そして、結果として最後の世代ｇ_pは、下記式： −Ｂ_p−Ｔ （上記式中、Ｂ_pおよびＴは上記と同義である）で示される残基を含む） で示される残基を含み；さらに ｃ）ｐ＝１である場合、すなわち、高分子が１個の世代のみを含有する場合に は、ｇ_pはｇ₁に対応し、すなわち、下記式： （上記式中、Ｂ₁、Ｍ₁、ｍ₁およびＴは、Ｂ_p、Ｍ_p、ｍ_pおよびＴと同義である） の基を表す） で表すことができる。 結果として、この場合、高分子は下記式： Ａ［ｇ₁］_r、すなわち （上記式中、Ｂ₁、Ｍ₁、ｍ₁およびＴは、上記と同義である）により表される。 本発明の高分子構造の模式的な表示を、下記の一連の式により段階的に展開す る。 Ａ［Ｇ_{1 →p}］_r （Ｉ） （上記式中、 Ｂ₂−Ｍ₂は、ｇ₂などに対応し、最後の世代に到達するまで続き、そ る。 上記の展開は、より完全な形式で下記の拡張された一般式（II）： で示される式により、より詳細に説明することができる。 特に好ましい本発明の化合物は、ｒが２〜６、好ましくは２〜４で変化し、「 コア」Ａが下記式： で示される基を有するネオペンチル残基である化合物である。 Ｂが、下記式： （上記式中、ｎは、０〜２５、好ましくは０〜１５の整数である）で示されるポ リオキサエチレン鎖である化合物が、同じくらい好ましい。 Ｍが、下記式： （上記式中、ｑは、０〜４、好ましくは０〜２の整数である）で示される残基の いずれかの２または３官能性分岐点である化合物も、また、好ましい。 世代が、１〜２０、好ましくは１〜１５である高分子化合物は、同じくらい好 ましい。 相間移動反応用の触媒または共補助剤として好ましい化合物の一つの部類は、 下記の一般式（III）： （式中、 ｎは、０〜２０、好ましくは０〜１５の整数であり； ｇ’₁は、２または３のいずれかの分岐多様性を有する第一の世代であり； Ｌは、Ｔまたはｇ’₂〜ｇ’_pの連続する世代であり、そこでｇ’₁を除いたそ れぞれのｇ’がｇ’₁と同様にして定義され、同一の意味を有するか、または有 していないこともでき、そこでｇ’_pはｇ’₁−Ｔに対応しており、ｐは、２０ま での大きさであることができるが、好ましくは１５であり、Ｔは、ｎが少なくと も１の世代で０とは異なるという条件で上記と同義である） で示される基を有する。 上記の相間移動触媒反応の触媒としてのデンドリマー型分子の用途は、前記の 分子を溶媒としてか、または触媒量（初期生成物を考慮して１０〜４０、好まし くは１０〜３０mol ％）のいずれかで用いることにより達成することができる。 さらに、驚くべきことに、より適切に共補助剤として定義することができる効 果を、本発明のデンドリマー型分子について発見している；伝統的な相間移動触 媒反応での収率より増大した収率を、デンドリマー型分子を出発物質の１０％よ り大きい量で、第四級アンモニウム塩ような触媒に付随して存在する場合に得る ことができる。 その反応の触媒または共補助剤として、本発明のデンドリマー型分子の用途か ら、簡単なろ過または適切な多孔度の膜を通す限外ろ過により、反応の終りに簡 便に分離することができるという他の利点が浮上し、それゆえ、それは経済的、 かつエコロジー的に有利なプロセスであり、触媒のいかなる痕跡もなく、最終生 成物を回収することができる。 下記の実験部分においてポリオキサエチレン鎖、ＰＥＧのデンドリマー型高分 子およびトマリアのデンドリマー型高分子を含有するデンドリマー型高分子での 研究の結果を、求核置換反応、特にフェノールエーテルの生成反応および塩化ベ ンジルのベンジルチオシアネートへの転化反応で比較している。 溶媒および／または触媒として用いた生成物は、下記の式を有する： ＡＩ ポリエチレングリコール ４００（ＰＥＧ４００） ＨＯ（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）₄Ｈ ＡII ポリエチレングリコール １５００（ＰＥＦ１５００） ＨＯ（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）₄Ｈ ＡIII ３，６，１０，１３−テトラオキサ−８，８−ビス−（２，５−ジオ キサ−７−ヒドロキシヘプチル）ペンタデカン−１，１５−ジオール （Ｃ₂₁Ｈ₁₄ Ｏ₁₂） Ｃ（ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＨ）₄ ＡIV １８，１８−ビス［１０，１０−ビス（２，５−ジオキサ−７−ヒドロ キシヘプチル）２，５，８，１２，１５−ペンタオキサ−１７−ヒドロキシヘプ タデシル］８，８，２８，２８−テトラ（２，５−ジオキサ−７−ヒドロキシヘ プチル）−３，６，１０，１３，１６，２０，２３，２６，３０，３３−デカオ キサペンタトリアコンタン−１，３５−ジオール （Ｃ₈₉Ｈ₁₈₀Ｏ₄₈） Ｃ［ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂Ｃ（ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂Ｃ Ｈ₂ＯＨ）₃］₄ ＡＶ ４，８−ジオキサ−２，２，１０，１０−テトラ（ヒドロキシメチル） −６，６−ビス［２−オキサ−４，４−ビス（ヒドロキシメチル）−５−ヒドロ キシメチル］−ウンデカン−１，１１−ジオール（トマ リア化合物） Ｃ［ＣＨ₂ＯＣＨ₂Ｃ（ＣＨ₂ＯＨ）₃］₄ ＡＩおよびＡIIの生成物は、商業的に入手可能であり、ＡIII およびＡIVは、 特許出願WO95／25763 号（実施例３および１２）に記載されているようにして得 られ、ＡＶは、Padias et al．（J．Org．Chem．52，5305-5312，1987）によっ て合成できる。 下記の実施例に本発明のプロセスおよび目的を実施するための好ましい実験条 件を詳細に説明する。 実施例１ 相間移動触媒反応用の溶媒および触媒の両方でテスト分子を用いたβ−ナフト ールの塩化ベンジルとのアルキル化反応 β−ナフトール(０．００１mol)を、所望のポリオキサエチレンアルコール（ ０．００１５mol）（ＡＩ、ＡIII、ＡIV）中にマグネティックスターラーで溶解 した。溶解後、ただちに、水(０．１mol)中のＫＯＨ(０．００２５mol)と、つい で塩化ベンジル(０．００２mol)を添加した。室温で２時間撹拌した後、混合物 を水（１０ml）で希釈し、酢酸エチル（１０ml×３回）で抽出した。有機相を合 わせ、硫酸ナトリウム上で乾燥し、ろ過し、蒸発乾固させた。粗生成物を溶離剤 としてｎ−ヘキサン／酢酸エチル（８５／１５）の混合物を用いたシリカゲルカ ラムでのクロマトグラフィーに付した。 約８０％の反応収率は、試験した化合物（ＡＩ、ＡIII、ＡIV）のそれぞれに ついて同等である。生成物の¹Ｈ−ＮＭＲ、¹³Ｃ−ＮＭＲおよびマススペクトル は、提案した構造と一致した。反応条件を表Ｉに示した。 実施例２ 相間移動触媒反応用の触媒としてテスト分子を用いたβ−ナフトールの塩化ベ ンジルとのアルキル化反応 実施例１に記載したβ−ナフトールのアルキル化反応を、溶媒ではなく、触媒 のみとして化合物ＡＩ、ＡIIIおよびＡIVを用いて行った。トルエンおよびＣＨ₂ Ｃｌ₂を、反応溶媒の代わりとして用いた。 トマリアの第一世代化合物ＡＶも、これらの条件下に試験したが、いかなるア ルキル化生成物の生成をも触媒化することに失敗した。結果を表IIに示す。ＡＩ 、ＡIIIおよびＡIVなしで同様に行った実験例は、副生成物のみを得た。 同様の結果が、５〜２０％の範囲の触媒量で行ったときに得られた。実施例３ 相間移動触媒反応用の触媒としてテスト分子を用いたベンジルチオシアネート の合成 塩化ベンジル(０．０５mol)をＣＨＣｌ₃(２０ml)に溶解し、ＫＳＣＮ(０．０ ７mol)および所望の触媒（ＡＩ、ＡIII、ＡIV、ＡＶ）(０．０２mol)を添加した 後、マグネティックスターラーで撹拌し、２時間還流した（６０℃）。放置冷却 後、溶媒を真空下に蒸発させ、粗生成物を真空蒸留により精製した（沸点：１５ ０℃；１０^-2mbar）。 生成物の¹Ｈ−ＮＭＲ、¹³Ｃ−ＮＭＲおよびマススペクトルは、提案した構造 と一致した。反応条件を表III に示した。 同様の結果が、５〜２０％の範囲の触媒量で行ったときに得られた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．下記の一般式（Ｉ）： Ａ［Ｇ_{1 →p}］_r （Ｉ） （式中、 Ａは、中心核または「コア」であり、脂肪族の開鎖の基、分岐状もしくは分岐 していない残基であって、または脂環式残基、またはＮ、Ｏおよび／もしくはＳ を含有する複素環式残基；あるいは芳香族またはヘテロ芳香族残基であることが できる多価の有機残基から誘導され、それは第一世代のポリオキサアルキレン鎖 が結合しているｒ個の末端基の存在により特徴づけられ； ｒは、「コア」Ａの多様性を表す２〜１０の整数であり； Ｇ_{1 →p}は、第一世代（ｇ₁）から最後の世代（ｇ_p）までの世代ｇでのｐ個のレ ベルを含む高分子の分岐状の構造を表し、そこで該世代数ｐの総計は１〜２０で 変化することができ、異なる世代は同じかまたは異なっていることができ、かつ ａ）最後の一つを除く世代ｇのそれぞれが、数多くのくり返し単位を含み、そ れは下記式： −Ｂ−Ｍ− （上記式中、 Ｂは、下記式： （上記式中、 ｎは、高分子の少なくとも１個の世代でｎが０と異なることを条件として、０ 〜２５で変化することができ、世代から世代で異なるか、または異 ならない）で示されるポリオキサエチレンまたはポリオキサプロピレンであり； Ｍは、多価の脂肪族残基から誘導される分岐点であり、以下のものを含む、 鎖Ｂの末端基と架橋し得るＯＨ、ＮＨ₂、ＳＨ、ＣＯＯＨのような単官能基、 またはその誘導体、 次の世代のポリオキサアルキレン鎖を架橋させるためのｍ個の反応性基であっ て、ｍは、２〜５の整数であり、Ｍにより導入された分岐多様性を表し、世代か ら世代で異なるか、または異ならないｍである）である） で表される残基であり、 ｂ）最後の世代ｇ_pが、下記式： （上記式中、 Ｂ_p、Ｍ_pおよびｍ_pは、Ｍ_pの反応性基ｍ_p個すべてを、基Ｔに結合させる以外 は、Ｂ、Ｍおよびｍと同義であり； Ｔは、水素原子、（Ｃ₁−Ｃ₃）アルキル基またはヒドロキシル基のいずれかで あることができる末端基であり、そしてそのような末端基は遊離であり、かつ解 離もしくは非解離のいずれかであるか、またはピラニル基、ケタール基、アセチ ル基、環式オルトエステル基などのような適切な保護基で保護されており； Ｍ_pは、単結合であることができ、この場合、ｍ_pが１と等しく（すなわち、分 岐がない）、そして、結果として最後の世代ｇ_pは、下記式： −Ｂ_p−Ｔ （上記式中、Ｂ_pおよびＴは上記と同義である）で示される残基を含む） で示される残基を含み；さらに ｃ）ｐ＝１である場合、すなわち、高分子が１個の世代のみを含有する場合に は、ｇ_pはｇ₁に対応し、すなわち、下記式： （上記式中、Ｂ₁、Ｍ₁、ｍ₁およびＴは、Ｂ_p、Ｍ_p、ｍ_pおよびＴと同義である） の基を表す） で示されるデンドリマー型高分子の相間移動触媒反応の触媒または共補助剤とし ての用途。 ２．「コア」Ａが、下記式： で示されるネオペンチル残基であり、 最後の世代を除くそれぞれの世代が、基： Ｂ’−Ｍ’− （式中、 Ｂ’は、下記式： （上記式中、ｎは、０〜１５の変数であり、少なくとも１の世代が０と異なるこ とを条件として、世代から世代で変化し得る） で示されるポリオキサエチレン基であり； Ｍ’は、２または３の分岐多様性を有する分岐点であり、下記式： （上記式中、ｑは、０〜４間で変化し得る整数である） で示される基のいずれか１つである）） で示される基を含み、 最後の世代が、下記式： −Ｂ’_p−Ｍ_p［Ｔ］_2-3 （上記式中、Ｂ’_p、Ｍ’_pおよびＴは、請求項１のＢ’、Ｍ’およびＴと同義で あり；または Ｍ’_pは、単結合であり、最後の世代は、下記式： −Ｂ’_p−Ｔ （上記式中、Ｂ’_pおよびＴは、上記と同義であり、そこで世代の総数は、１〜 １５で変化することができる）で示される基を含む）） で示される基を含む、請求項１記載のデンドリマー型高分子の、相間移動触媒反 応の触媒または共補助剤としての用途。 ３．一般式（III）： （式中、 ｎは、０〜２０、好ましくは０〜１５の整数であり； ｇ’₁は、２または３のいずれかの分岐多様性を有する第一の世代であり； Ｌは、Ｔまたはｇ’₂〜ｇ’_pの連続する世代であり、そこでｇ’₁を除いたそ れぞれのｇ’がｇ’₁と同様にして定義され、同一の意味を有するか、または有 していないこともでき、そこでｇ’_pはｇ’₁−Ｔに対応しており、ｐは、２０ま での大きさであることができるが、好ましくは１５であり、Ｔは、ｎが少なくと も１の世代で０とは異なるという条件で上記と同義である） で示される基を有する、請求項２記載のデンドリマー型高分子の、相間移動触媒 反応の触媒または共補助剤としての用途。 ４．反応溶媒として、請求項１記載の少なくとも１つの化合物を用いることを含 む、相間移動触媒反応の方法。 ５．初期生成物の１〜４０％、好ましくは１０〜３０％mol の量を触媒として、 請求項１記載の少なくとも１つの化合物を用いることを含む、相間移動触媒反応 の方法。 ６．触媒を、反応終期にろ過または多孔質膜を通す限外ろ過により回収する、請 求項５記載の方法。