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JP2019534847A - ビスフランジハライド、ビスフランジハライドの製造方法、及びビスフランジハライドを用いたビスフラン二酸、ビスフランジオール又はビスフランジアミンの製造方法 - Google Patents

ビスフランジハライド、ビスフランジハライドの製造方法、及びビスフランジハライドを用いたビスフラン二酸、ビスフランジオール又はビスフランジアミンの製造方法 Download PDF

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JP2019534847A
JP2019534847A JP2019507866A JP2019507866A JP2019534847A JP 2019534847 A JP2019534847 A JP 2019534847A JP 2019507866 A JP2019507866 A JP 2019507866A JP 2019507866 A JP2019507866 A JP 2019507866A JP 2019534847 A JP2019534847 A JP 2019534847A
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勇司 江口
ユージン ワイ.−エックス. チェン
ユージン ワイ.−エックス. チェン
ルー ワン
ルー ワン
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Sekisui Chemical Co Ltd
Colorado State University Research Foundation
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Abstract

下記一般式(1)で表される構造を有するビスフランジハライド。[化1][式中、R1は、−CR2R3−(R2及びR3は、それぞれ独立して水素原子、又は一価の炭化水素基を表し、R2とR3とが一緒になって環状構造を形成してもよい)で表される二価の炭化水素基、又はカルボニル基(−C(=O)−)を表し;各Xは、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。]

Description

本発明は、ビスフランジハライド、ビスフランジハライドの製造方法、及びビスフランジハライドを用いたビスフラン二酸、ビスフランジオール又はビスフランジアミンの製造方法に関する。
近年、石油、石炭等の化石燃料消費量を削減し、地球温暖化の緩和に貢献する手段として、再生可能なバイオマスを原料として製造されるバイオベースポリマーの技術開発が進んでいる。バイオベースポリマーを得る際のモノマー原料として、2つのフラン環が2価の炭化水素基等を介して結合した構造を有するビスフラン化合物(重合性単量体)は、ビスフェノール型化合物に類似した構造を有するバイオベースの原料として注目を集めている。前記ビスフラン化合物としては、ビスフラン二酸、ビスフランジオール及びビスフランジアミン等が知られている。
ビスフランジオールの合成に関しては、バイオマス由来のヘミセルロースを加水分解して得たフルフラールを出発原料として、(1)フルフラールのアルデヒド基を1,3−ジチオランに変換し、(2)得られた化合物をフリーデル・クラフツ アルキル化反応により二量体化し、(3)得られた二量体の脱チオアセタール化によってビスフランジアルデヒドを得、(4)これを更にビスフランジオールに変換する方法が知られている(非特許文献1)。ビスフラン二酸の合成に関しては、上記と同様にフルフラールを出発原料として考えた場合、(1)フルフラールの酸化によりフランカルボン酸を得、(2)これをエステル化することによりフランカルボン酸エチルとし、(3)得られたフランカルボン酸エチルとアセトンとの酸触媒縮合反応によりビスフランジカルボン酸ジエチルを得、(4)これを加水分解することによりビスフランジカルボン酸を得る方法が知られている(非特許文献2)。また、ビスフランジアミンの合成に関しては、フルフリルアミンをケトンと反応させて二量体化する方法が知られている(非特許文献3)。
このようにこれらのビスフラン化合物は、異なる中間体を経て合成されるが、種々のビスフラン化合物の合成過程全体の効率化等の観点から、共通の中間体の開発が望まれていた。
Vishwanath Gaitonde et al.,"Bio-Based Bisfuran: Synthesis, Crystal Structure and Low Molecular Weight Amorphous Polyester", Tetrahedron Lett. 2014 Jul 23; 55(30): 4141-4145 Abid, M., Aden Ali, M., Bernard, J. et al., "Preparation of new poly(ester triazole) and poly(amide triazole) by ‘click chemistry’", Polym. Sci. Ser. B (2014) 56: 290 Irina Delidovich et al.,"Alternative Monomers Based on Lignocellulose and Their Use for Polymer Production", Chem. Rev., 2016, 116 (3), pp 1540-1599
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ビスフラン二酸、ビスフランジオール及びビスフランジアミン等の種々のバイオベースのビスフラン化合物(重合性単量体)を合成する際に共通の中間体として使用することができる化合物を提供することを課題とする。
[1]下記一般式(1)で表される構造を有するビスフランジハライド。
Figure 2019534847
[式中、Rは、−CR−(R及びRは、それぞれ独立して水素原子、又は一価の炭化水素基を表し、RとRとが一緒になって環状構造を形成してもよい)で表される二価の炭化水素基、又はカルボニル基(−C(=O)−)を表し;各Xは、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。]
[2]R及びRが、それぞれ独立して一価の炭化水素基であることを特徴とする[1]に記載のビスフランジハライド。
[3]各Xが、臭素原子であることを特徴とする[1]に記載のビスフランジハライド。
[4]下記一般式(2)で表される構造を有するビスフランと、ハロゲン化剤とを反応させることを含む、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のビスフランジハライドの製造方法。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
[5][1]〜[3]のいずれか一項に記載のビスフランジハライドを酸化させることを含む、下記一般式(3)で表される構造を有するビスフラン二酸の製造方法。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
[6][1]〜[3]のいずれか一項に記載のビスフランジハライドを加水分解させることを含む、下記一般式(4)で表される構造を有するビスフランジオールの製造方法。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
[7][1]〜[3]のいずれか一項に記載のビスフランジハライドを出発原料とする、下記一般式(5)で表される構造を有するビスフランジアミンの製造方法。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
本発明によれば、ビスフラン二酸、ビスフランジオール及びビスフランジアミン等の種々のバイオベースのビスフラン化合物(重合性単量体)を合成する際に共通の中間体として使用することができる化合物を提供することが可能となる。
(ビスフランジハライド)
本発明の一つの態様によれば、前記一般式(1)で表される構造を有するビスフランジハライドが提供される。
Figure 2019534847
式(1)において、Rは、−CR−(R及びRは、それぞれ独立して水素原子、又は一価の炭化水素基を表し、RとRとが一緒になって環状構造を形成してもよい)で表される二価の炭化水素基、又はカルボニル基(−C(=O)−)である。
及びRは、同じであっても異なっていても良いが、ビスフランジハライドの合成の容易性の観点から、共に一価の炭化水素基であることが好ましい。一価の炭化水素基の例としては、例えば炭素数1〜12のアルキル基、炭素数5〜12のシクロアルキル基、炭素数6〜12のシクロアルキルアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を挙げることができる。また、Rは、これらにヒドロキシ基が置換したもの、即ち、ヒドロキシアルキル基等であってもよい。アルキル基は、直鎖状、分岐状のいずれであってもよく、シクロアルキル基、シクロアルキルアルキル基、及びアリール基は、環上に低級アルキル基などの置換基を有していてもよい。
また、RとRとが相互に結合して、環状構造を形成していても良い。例えば、RとRとが結合することにより、Rがシクロヘキサン環構造を有していても良い。
前記アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられる。前記シクロアルキル基の例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロへプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基等が挙げられる。前記シクロアルキルアルキル基の例としては、シクロプロピルメチル、シクロブチルメチル、シクロペンチルメチル、シクロへキシルメチル、シクロヘプチルエチル、シクロオクチルエチル等が挙げられる。前記アリール基の例としては、フェニル基、トリル基、エチルフェニル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、メトキシフェニル基(o−、m−、及びp−)、エトキシフェニル基(o−、m−、及びp−)、ナフチル基(1−ナフチル基及び2−ナフチル基等)、並びにビフェニル基等が挙げられる。
上記したもののうち、R及びRとしては、原料入手および合成の容易さの観点から、メチル基、エチル基、イソブチル基、フェニル基等が好ましい。
式(1)において、各Xは、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。ハロゲン原子の例としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。これらのうち、塩素、臭素およびヨウ素が好ましく、臭素であることがより好ましい。
2つのXは、同じであっても異なっていても良いが、ビスフランジハライドの合成の容易性の観点からは、同じであることが好ましい。
(ビスフランジハライドの製造方法)
次に、本発明のビスフランジハライドの製造方法について説明する。
本発明のビスフランジハライドは、下記一般式(2)で表される構造を有するビスフランと、ハロゲン化剤とを反応させる(以下、屡々「ハロゲン化反応」と称す。)ことを含む方法により製造することができる。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
前記ビスフランは、公知の方法により製造することができる。例えば、2−メチルフランとアセトンとを公知の方法で反応させることにより、Rがイソプロピリデン基であるビスフラン(即ち、(5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−メチルフラン))を得ることができる。
前記ハロゲン化剤としては、公知のものを使用することができる。例えば、フッ素(F2)、フルオロキシトリフルオロメタン、二フッ化キセノン、フッ化過クロリル、フッ化硫酸セシウム、アセチルハイポフルオライト、N−フルオロスルホンアミド、ジエチルアミノサルファトリフルオリド、N−フルオロピリジニウム、N−フルオロ−2,6−ジ(メトキシカルボニル)ピリジニウム、N−フルオロ−3,5−ジクロロピリジニウム、N−フルオロ−2,4,6−トリメチルピリジニウム等のフッ素化剤;塩素(Cl2)、塩化チオニル、N−クロロスクシンイミド、塩化第二銅、スルフリルクロライド、トリクロロイソシアヌル酸、四塩化チタン、2,3,4,5,6,6−ヘキサクロロ−2,4−シクロヘキサジエノン、2,3,4,4,5,6−ヘキサクロロ−2,5−シクロヘキサジエノン、N−クロロトリエチルアンモニウムクロライド、ベンゼンセレネニルクロライド等の塩素化剤;臭素(Br2)、臭化水素、N−ブロモスクシンイミド(NBS)、臭化第二銅、テトラメチルアンモニウムトリブロマイド、トリフルオロアセチルハイポブロマイト、ジブロモイソシアヌル酸(DBI)、2,4,4,6−テトラブロモシクロヘキサ−2,5−ジエンオン、2,4−ジアミノ−1,3−チアゾールハイドロトリブロマイド等の臭素化剤;ヨウ素(I2)、塩化ヨウ素(ICl)、1,3−ジヨード−5,5−ジメチルヒダントイン、トリフルオロアセチルハイポヨーダイト、エチレンヨードクロライド、N−ヨードスクシンイミド等のヨウ素化剤が挙げられえる。これらのうち、N−クロロスクシンイミド、N−ブロモスクシンイミド、N−ヨードスクシンイミドが好ましい。
前記ハロゲン化剤の使用量は、基質である一般式(2)で表されるビスフラン1モルに対し、好ましくは2.0〜4.0モル、より好ましくは2.1〜3.5モル、最も好ましくは2.2〜3.0モルである。
前記ハロゲン化反応は、通常溶媒中で行われる。前記ハロゲン化反応に用いられる溶媒としては、例えば、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ペンタン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエ−テル、アニソール、メチルtert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、N,N−ジメチルホルムアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等の酸アミド類、酢酸エチル、酢酸メチル等のエステル類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、およびこれらの混合物が挙げられる。
また、前記ハロゲン化反応は、ラジカル開始剤の存在下で行っても良い。ラジカル開始剤の例としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)(V−40)、及び過酸化ベンゾイル(BPO)等が挙げられる。
前記ラジカル開始剤の使用量は、前記ビスフラン1モルに対し、好ましくは0.01〜0.5モル、より好ましくは0.02〜0.4モル、最も好ましくは0.05〜0.3モルである。
前記ハロゲン化反応の好ましい反応条件は以下の通りである。反応温度は、好ましくは−50℃〜150℃であり、より好ましくは−30℃〜120℃であり、更に好ましくは0℃〜100℃である。
本発明の別の態様によれば、前記ビスフランジハライドを酸化させる(以下、屡々「二酸合成反応」と称す。)ことを含む、下記一般式(3)で表される構造を有するビスフラン二酸の製造方法が提供される。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
前記の酸化は、例えばアルカリ金属の水酸化物の存在下で行うことができる。アルカリ金属の水酸化物としては、ナトリム、カリウム、セシウム、及びリチウムなどアルカリ金属の水酸化物を挙げることができる。これらの水酸化物のうち、水酸化ナトリウムが特に好ましい。
前記アルカリ金属の水酸化物の使用量は、前記ビスフランジハライド1モルに対し、好ましくは2〜100モル、より好ましくは3〜90モル、最も好ましくは4〜80モルである。
また、前記二酸合成反応は、KMnO、活性酸化マンガン等のマンガン化合物、酸化クロム(IV)、ニクロム酸ピリジニウム等のクロム化合物、過酸化水素、有機過酸化物等の過酸化物等の酸化剤の存在下で行っても良い。酸化剤の使用量は、前記ビスフランジハライド1モルに対し、好ましくは2〜20モル、より好ましくは3〜15モル、最も好ましくは4〜10モルである。
また、前記二酸合成反応は、通常、水中で行う。また、水と親水性溶媒とを混合して用いても良い。親水性溶媒としては、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、メタノール及びエタノール等を挙げることができる。
前記二酸合成反応の好ましい反応条件は以下の通りである。反応温度は、好ましくは−20℃〜100℃であり、より好ましくは0℃〜80℃であり、更に好ましくは10℃〜60℃である。
得られたビスフラン二酸は、公知の方法により単離、洗浄することができる。
本発明の更に別の態様によれば、前記ビスフランジハライドを加水分解させる(以下、屡々「ジオール合成反応」と称す。)ことを含む、下記一般式(4)で表される構造を有するビスフランジオールの製造方法が提供される。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
前記の加水分解は、例えばアルカリ金属の炭酸塩の存在下で行うことができる。前記アルカリ金属の炭酸塩の例としては、炭酸ナトリウム(NaCO)や炭酸カリウム(KCO)を挙げることができる。
前記アルカリ金属の炭酸塩の使用量は、前記ビスフランジハライド1モルに対し、好ましくは2.0〜6.0モル、より好ましくは2.0〜5.0モル、最も好ましくは2.0〜4.0モルである。
また、前記ジオール合成反応は、通常、水中で行う。また、水と親水性溶媒とを混合して用いても良い。親水性溶媒としては、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、メタノール及びエタノール等を挙げることができる。
前記ジオール合成反応の好ましい反応条件は以下の通りである。反応温度は、好ましくは−20℃〜100℃であり、より好ましくは0℃〜80℃であり、更に好ましくは10℃〜60℃である。
得られたビスフランジオールは、公知の方法により単離、洗浄することができる。
本発明の更に別の態様によれば、前記ビスフランジハライドを出発原料とする、下記一般式(5)で表される構造を有するビスフランジアミンの製造方法が提供される。
Figure 2019534847
[式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
前記ビスフランジアミンを製造するための具体的な方法は、前記ビスフランジハライドのハロゲン原子をアミノ基(−NH)で置換できる限り特に制限されないが、例えば、下式(6)で表される反応スキームにより製造することができる。
Figure 2019534847
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
以下の実施例及び比較例において、H−NMR及び13C−NMRは、Varian社製 Inova 400 MHz分光光度計を用いて測定した。
また、高分解能質量分析(HRMS)は、アジレント社製Agilent 6220 Accurate time-of-flight LC/MS分光計を用いて測定した。
[参考例1]
以下の式(7)に示す反応スキームにより、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−メチルフラン)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
アセトン(5.36mL、73.0mmol)及び2−メチルフラン(10.0g、121.8mmol)を0℃にて100mLの丸底フラスコ中で混合した。次に、HSO水溶液(0.325mL(6.09mmol);濃度98%のHSOを予め0.325mLのHOで希釈した水溶液)を攪拌しながら反応混合物に滴下した。次いで、フラスコを密閉し、反応混合物をさらに50℃で20時間撹拌した。反応混合物を飽和NaHCO水溶液で中和した。次いで、混合物を酢酸エチル(3×100mL)で抽出し、形成された有機層を、脱イオン水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−メチルフラン)(以下、屡々「原料化合物(rm−1)」と称す。)を橙黄色の液体(11.8g、収率95%)として得た。
得られた原料化合物(rm−1)のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.60 (s, 6H, C(CH3)2), 2.25 (s, 6H, CH3), 5.85 (d, J = 2.8 Hz, 2H, furan ring H), 5.87 (d, J = 2.8 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 13.72, 26.60, 37.33, 104.64, 105.84, 150.63, 158.72 ppm。
HRMS calculated for [C13H16O2 + H]+ [M + H]+: m/z = 205.1229, found: 205.1223。
参考までに、上記HSO水溶液に代えて、触媒として37%HClを12.18mmol(1.03mL)用いた場合も、原料化合物(rm−1)が上記と同等の収率で得られた。しかし、上記HSO水溶液を用いた場合の方が、原料化合物(rm−1)の純度の点で若干優れていた。
[実施例1]
以下の式(8)に示す反応スキームにより、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−(ブロモメチル)フラン)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
100mLの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、前記原料化合物(rm−1)のシクロヘキサン溶液(2.0g、9.8mmol)を30mL、ハロゲン化剤としてのN−ブロモスクシンイミド(NBS)(4.19g、23.5mmol)、及びラジカル開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(161mg、0.98mmol)を添加した。得られた混合物を5時間80℃で撹拌した。反応後、200mLのジクロロメタン及び75mLの脱イオン水を加えた。混合物を約10分間攪拌し、次いで相分離させた。有機層をさらに脱イオン水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過し、乾燥するまで濃縮した。この結果、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(2−(ブロモメチル)フラン)(以下、屡々「中間体化合物(i−1)」と称す。)(3.54g)を黒色の粘稠な液体として得た。得られた中間体化合物(i−1)は、さらに精製することなく、その後の反応に直接使用した。
得られた中間体化合物(i−1)のH−NMRデータ、及び13C−NMRデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.65 (s, 6H, C(CH3)2), 4.49 (s, 4H, CH2Br), 5.98 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.29 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 24.49, 26.29, 37.93, 106.09, 110.73, 148.92, 160.82 ppm。
[実施例2]
以下の式(9)に示す反応スキームによって、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−2−カルボン酸)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに、NaOH(13.3g、332mmol)及びHO(90ml)を加えた。室温で攪拌しながら、得られた混合物に、上記中間体化合物(i−1)(2.0グラム、5.52mmol;予め、1,4−ジオキサン30mLに溶解したもの)を加え、続いてKMnO(5.24グラム、33.2mmol)を加えた。反応混合物を室温で2時間撹拌した。酸化マンガンの沈殿物を濾取し、脱イオン水で洗浄した。濾液を加圧下で濃縮し、1,4−ジオキサン溶媒を除去し、水性濾液のpHを、37%HClを用いて<1となるよう調整した。酸化マンガンの沈殿物を、さらに酢酸エチルで洗浄した。酢酸エチル濾液を上記の酸性化した水性濾液と混合した。その後、混合物を酢酸エチル(3×100mL)で抽出した。酢酸エチル相を硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−2−カルボン酸)を淡黄色粉末(1.35g、収率92%)として得た。
得られた化合物のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)測定値: δ 1.64 (s, 6H, C(CH3)2), 6.42 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H), 7.14 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, DMSO-d6) 測定値: δ 25.67, 37.59, 107.55, 118.65, 143.91, 159.26, 162.54 ppm。
HRMS calculated for [C13H12O6 + Na]+ [M+Na]+: m/z = 287.0532, found: 287.0526.
[実施例3]
以下の式(10)に示す反応スキームにより、5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル)ジメタノールを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに、KCO(2.29g、16.58mmol)及びHO(50ml)を添加した。室温で攪拌しながら、上記中間体化合物(i−1)(3.0g、8.29mmol;予め、THF50mLに溶解したもの)をゆっくりと混合物に添加した。反応混合物を室温で2時間撹拌した。その後、THF溶媒の大部分を減圧下で除去し、そして混合物を酢酸エチル(3×80mL)で抽出した。ここで水相は、生成物の実質的に定量的な抽出のためにNaClで飽和させた。酢酸エチル相を、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(アセトン/ヘキサン=3/7、v/v)で精製した。この結果、精製した5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル)ジメタノールを淡黄色の固体(1.92g、収率98%)として得た。
得られた化合物のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.63 (s, 6H, C(CH3)2), 4.54 (s, 4H, CH2OH), 5.97 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.18 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 26.31, 37.44, 57.26, 104.89, 108.34, 152.92, 159.98 ppm。
HRMS calculated for [C13H16O4 + Na]+ [M+Na]+: m/z = 259.0946, found: 259.0941.
[実施例4]
以下の式(11)に示す反応スキームにより、2,2’−((5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ビス(メチレン))ビス(イソインドリン−1,3−ジオンを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、フタルイミドカリウム(3.38g、18.24mmol)及び前記中間体化合物(i−1)(3.0g、8.29mmol;予め、乾燥DMF30mlに溶解したもの)を添加した。反応混合物を12時間80℃で撹拌した。室温に冷却後、溶液を濾過し、脱イオン水100mlに加えた。沈殿物を回収し、水で十分に洗浄し、DCMに溶解した。DCM溶液を、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、2,2’−((5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ビス(メチレン))ビス(イソインドリン−1,3−ジオン(以下、屡々「中間体化合物(i−1’)」と称す。)を褐色粉末(3.61g、収率88%)として得た。
得られた中間体化合物(i−1’)のH−NMRデータ、及び13C−NMRデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.54 (s, 6H, CH3), 4.78 (s, 4H, NCH2), 5.86 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.16 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 7.71 (m, 4H, benzene ring H), 7.84 (m, 4H, benzene ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 26.27, 34.60, 37.50, 105.26, 109.01, 123.42, 132.12, 134.03, 147.80, 159.59, 167.55 ppm。
[実施例5]
以下の式(12)に示す反応スキームにより、((5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ジメタンアミン)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに上記中間体化合物(i−1’)(3.0g、6.07mmol)、ヒドラジン一水和物(1.8g、36mmol)及びエタノール(75ml)を添加した。反応混合物を1時間還流下で撹拌した。溶液を室温まで冷却した後、37%HCl(15mL;予め、脱イオン水60mLで希釈したもの)を滴下し、そして溶液をさらに0.5時間還流下で撹拌した。冷却後、溶液を濾過し、濾過により回収した白色沈殿物を、更なるエタノール(50mL)で洗浄した。濾液をロータリーエバポレーターにより濃縮した。残渣を100mLのHOに溶解し、NaOHペレットでアルカリ性にし、DCM(3×100mL)で抽出した。ここで水相は、生成物を最大限に抽出するためにNaClで飽和させた。DCM相を、さらに、飽和NaCl水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、((5,5’−(プロパン−2,2−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ジメタンアミン)を橙赤色の粘稠な液体(1.35g、収率95%)として得た。
得られた化合物のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.61 (s, 6H, CH3), 3.76 (s, 4H, CH2NH2), 5.90 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.01 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3) 測定値: δ 26.35, 37.38, 39.31, 104.60, 105.52, 155.07, 159.15 ppm。
HRMS calculated for [C13H18N2O2 + Na]+ [M+Na]+: m/z = 257.1266, found: 257.1261。
[参考例2]
以下の式(13)に示す反応スキームにより、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(2−メチルフラン)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
シクロヘキサノン(5.98g、60.9mmol)及び2−メチルフラン(10.0g、121.8mmol)を0℃にて100mLの丸底フラスコ中で混合した。次にHSO水溶液(0.325mL(6.09mmol);予め0.325mLのHOで希釈した濃度98%のHSO水溶液)を攪拌しながら反応混合物に滴下した。次いで、フラスコを密閉し、反応混合物をさらに20時間50℃で撹拌した。反応混合物を飽和NaHCO水溶液で中和した。次いで、混合物を酢酸エチル(3×100mL)で抽出し、形成された有機層を脱イオン水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(2−メチルフラン)(以下、屡々「原料化合物(rm−2)」と称す。)を橙黄色の粘稠な液体(14.2g、収率95%)として得た。
得られた原料化合物(rm−2)のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.40-2.15 (m, 10H, cyclohexane ring H), 2.24 (s, 6H, CH3), 5.84 (s, 4H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3) 測定値: δ 13.73, 22.65, 26.02, 34.10, 41.72, 105.69, 105.88, 150.31, 157.76 ppm。
HRMS calculated for [C16H20O2 + H]+ [M + H]+: m/z = 245.1542, found: 245.1536。
[実施例6]
以下の式(14)に示す反応スキームにより、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(2−(ブロモメチル)フラン)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
100mLの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、前記原料化合物(rm−2)のシクロヘキサン溶液(3.0g、12.3mmol)を40mL、ハロゲン化剤としてのNBS(5.25g、29.5mmol)、及びラジカル開始剤としてのAIBN(202mg、1.23mmol)を添加した。混合物を5時間80℃で撹拌した。反応後、250mLのジクロロメタン及び100mLの脱イオン水を添加した。混合物を約10分間攪拌し、次いで相分離させた。有機層をさらに脱イオン水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過し、乾燥するまで濃縮した。この結果、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(2−(ブロモメチル)フラン)(以下、屡々「中間体化合物(i−2)」と称す。)(4.93g)を黒色固体として得た。得られた中間体化合物(i−2)は、さらに精製することなく、その後の反応に直接使用した。
得られた中間体化合物(i−2)のH−NMRデータ、及び13C−NMRデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.40-2.20 (m, 10H, cyclohexane ring H), 4.48 (s, 4H, CH2Br), 5.95 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.29 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 22.46, 24.61, 25.70, 33.82, 42.36, 107.11, 110.83, 148.66, 160.00 ppm。
[実施例7]
以下の式(15)に示す反応スキームにより、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−2−カルボン酸)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに、NaOH(14.9グラム、373mmol)及びHO(110mL)を加えた。室温で攪拌しながら、得られた混合物に、上記中間体化合物(i−2)(2.5グラム、6.22mmol;予め1,4−ジオキサン40mLに溶解したもの)を加え、続いてKMnO(5.89グラム、37.3mmol)を加えた。反応混合物を室温で2時間撹拌した。酸化マンガンの沈殿物を濾取し、脱イオン水で洗浄した。濾液を加圧下で濃縮し、1,4−ジオキサン溶媒を除去し、水性濾液のpHを、37%HClを用いて<1となるように調整した。酸化マンガンの沈殿物を、さらに酢酸エチルで洗浄した。酢酸エチル濾液を上記の酸性化した水性濾液と混合した。その後、混合物を酢酸エチル(3×100mL)で抽出した。酢酸エチル相を硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−2−カルボン酸)を淡黄色粉末(1.74g、収率92%)として得た。
得られた化合物のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)測定値: δ 1.30-2.25 (m, 10H, cyclohexane ring H), 6.41 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H), 7.14 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, DMSO-d6)測定値: δ 22.06, 24.97, 33.49, 41.98, 108.52, 118.80, 143.80, 159.32, 161.02 ppm。
HRMS calculated for [C16H16O6 + Na]+ [M+Na]+: m/z = 327.0845, found: 327.0839。
[実施例8]
以下の式(16)に示す反応スキームにより、5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル)ジメタノールを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに、KCO(1.72g、12.44mmol)及びHO(40ml)を添加した。室温で攪拌しながら、上記中間体化合物(i−2)(2.5グラム、6.22mmol;予め、THF40mLに溶解したもの)をゆっくりと混合物に添加した。反応混合物を室温で2時間撹拌した。その後、THF溶媒の大部分を減圧下で除去し、そして混合物を酢酸エチル(3×80mL)で抽出した。ここで水相は、生成物の実質的に定量的な抽出のためにNaClで飽和させた。酢酸エチル相を硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(アセトン/ヘキサン=3/7、v/v)で精製した。この結果、精製した5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル)ジメタノールを淡黄色の固体(1.69g、収率98%)として得た。
得られた化合物のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.40-2.25 (m, 10H, cyclohexane ring H), 4.54 (s, 4H, CH2OH), 5.95 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.19 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3) 測定値: δ 22.54, 25.85, 33.91, 41.94, 57.57, 106.01, 108.50, 152.63, 159.19 ppm。
HRMS calculated for [C16H20O4 + Na]+ [M+Na]+: m/z = 299.1259, found: 299.1254。
[実施例9]
以下の式(17)に示す反応スキームにより、2,2’−((5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ビス(メチレン))ビス(イソインドリン−1,3−ジオンを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、フタルイミドカリウム(3.04g、16.4mmol)及び前記中間体化合物(i−2)(3.0g、7.46mmol;予め、乾燥DMF30mlに溶解したもの)を添加した。反応混合物を12時間80℃で撹拌した。室温に冷却後、溶液を濾過し、脱イオン水100mlに加えた。沈殿物を回収し、水で十分に洗浄し、DCMに溶解した。DCM溶液を、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、2,2’−((5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ビス(メチレン))ビス(イソインドリン−1,3−ジオン(以下、屡々「中間体化合物(i−2’)」と称す。)を褐色粉末(3.47g、収率87%)として得た。
得られた化合物(i−2’)のH−NMRデータ、及び13C−NMRデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.30-2.20 (m, 10H, cyclohexane ring H), 4.77 (s, 4H, NCH2), 5.83 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.15 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 7.71 (m, 4H, benzene ring H), 7.86 (m, 4H, benzene ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 22.37, 25.65, 33.77, 34.62, 41.87, 106.25, 109.05, 123.41, 132.13, 134.02, 147.56, 158.72, 167.57 ppm。
[実施例10]
以下の式(18)に示す反応スキームにより、((5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ジメタンアミン)を製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
250mLの丸底フラスコに上記中間体化合物(i−2’)(3.0g、5.61mmol)、ヒドラジン一水和物(1.68g、33.6mmol)及びエタノール(75ml)を添加した。反応混合物を1時間還流下で撹拌した。溶液を室温まで冷却した後、37%HCl(15mL;予め、脱イオン水60mLで希釈したもの)を滴下し、そして溶液をさらに0.5時間還流下で撹拌した。冷却後、溶液を濾過し、濾過により回収した白色沈殿物を、更なるエタノール(50mL)で洗浄した。濾液をロータリーエバポレーターにより濃縮した。残渣を100mLのHOに溶解し、NaOHペレットでアルカリ性にし、DCM(3×100mL)で抽出した。ここで水相は、生成物を最大限に抽出するためにNaClで飽和させた。DCM相を、さらに、飽和NaCl水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、((5,5’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(フラン−5,2−ジイル))ジメタンアミン)を橙赤色の粘稠な液体(1.46g、収率95%)として得た。
得られた化合物のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 1.40-2.20 (m, 10H, cyclohexane ring H), 3.77 (s, 4H, CH2NH2), 5.89 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H), 6.03 (d, J = 3.2 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3)測定値: δ 22.50, 25.82, 33.92, 39.42, 41.85, 105.55, 105.66, 154.93, 158.27 ppm。
HRMS calculated for [C16H22N2O2 + Na]+ [M+Na]+: m/z = 297.1579, found: 297.1573。
[参考例3]
以下の式(19)に示す反応スキームにより、ビス(5−メチルフラン−2−イル)メタンを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
ホルムアルデヒド(FA)溶液(10〜15重量%のメタノールで安定化した37重量%水溶液)(10.88mL、146mmol)及び2−メチルフラン(20.0g、243.6mmol)を0℃にて100mLの丸底フラスコ中で混合した。次に、HSO水溶液(0.65mL(12.18mmol);予め0.65mLのHOで希釈した、濃度98%のHSO水溶液)を攪拌しながら反応混合物に滴下した。次いで、フラスコを密閉し、反応混合物をさらに室温で24時間撹拌した。反応混合物を飽和NaHCO水溶液で中和した。次いで、混合物を酢酸エチル(3×150mL)で抽出し、形成された有機層を、脱イオン水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、ビス(5−メチルフラン−2−イル)メタン(以下、屡々「原料化合物(rm−3)」と称す。)を橙黄色の液体(20.4g、収率95%)として得た。
得られた原料化合物(rm−3)のH−NMRデータ、13C−NMRデータ、及びHRMSデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 2.26 (s, 6H, CH3), 3.89 (s, 2H, CH2), 5.87 (d, J = 2.8 Hz, 2H, furan ring H), 5.95 (d, J = 2.8 Hz, 2H, furan ring H)。
13C NMR (100 MHz, CDCl3) 測定値: δ 13.62, 27.62, 106.21, 107.02, 150.09, 151.03 ppm。
HRMS calculated for [C11H12O2 + H]+ [M + H]+: m/z = 177.0916, found: 177.0910。
[参考例4]
以下の式(20)に示す反応スキームにより、ビス(5−メチルフラン−2−イル)メタノンを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
前記原料化合物(rm−3)(2.0g、11.3mmol)のアセトニトリル溶液(80mL)中に15分間かけてKMnO(10.7g、67.8mmol)を少しずつ加えた。混合物を室温で3時間激しく撹拌した。反応混合物を濾過し、残渣をジクロロメタンで洗浄した。ろ液を、硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過し、減圧下で濃縮した。この結果、ビス(5−メチルフラン−2−イル)メタノン(以下、屡々「原料化合物(rm−3’)」と称す。)を橙黄色の粘稠な液体(0.54g、収率25%)として得た。
得られた原料化合物(rm−3’)のH−NMRデータ、及び13C−NMRデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 2.44 (s, 6H, CH3), 6.20 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H), 7.41 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H)
13C NMR (100 MHz, CDCl3) 測定値: δ 14.10, 109.08, 120.88, 150.32, 157.74, 167.90 ppm。
[実施例11]
以下の式(21)に示す反応スキーム(前記原料化合物(rm−3’)を介する)により、ビス(5−メチルフラン−2−イル)メタノンを製造した。
Figure 2019534847
以下に具体的に説明する。
100mLの丸底フラスコに、窒素雰囲気下、前記原料化合物(rm−3’)のベンゼン溶液(1.2g、6.3mmol)を30mL、ハロゲン化剤としてのNBS(2.69g、15.1mmol)、及びラジカル開始剤としてのAIBN(103.5mg、0.63mmol)を添加した。混合物を5時間80℃で撹拌した。反応後、150mLのジクロロメタン及び75mLの脱イオン水を添加した。混合物を約10分間攪拌し、次いで相分離させた。有機層をさらに脱イオン水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過し、乾燥するまで濃縮した。この結果、ビス(5−メチルフラン−2−イル)メタノン(以下、屡々「中間体化合物(i−3)」と称す。)(2.15g、収率98%)を褐色固体として得た。
得られた中間体化合物(i−3)のH−NMRデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3)測定値: δ 4.54 (s, 4H, CH2Br), 6.60 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H), 7.51 (d, J = 3.6 Hz, 2H, furan ring H)。
本発明のビスフランジハライドは、ビスフラン二酸、ビスフランジオール及びビスフランジアミン等の種々のバイオベースのビスフラン化合物(重合性単量体)を合成する際に共通の中間体として使用することができる。

Claims (7)

  1. 下記一般式(1)で表される構造を有するビスフランジハライド。
    Figure 2019534847
    [式中、Rは、−CR−(R及びRは、それぞれ独立して水素原子、又は一価の炭化水素基を表し、RとRとが一緒になって環状構造を形成してもよい)で表される二価の炭化水素基、又はカルボニル基(−C(=O)−)を表し;各Xは、それぞれ独立してハロゲン原子を表す。]
  2. 及びRが、それぞれ独立して一価の炭化水素基であることを特徴とする請求項1に記載のビスフランジハライド。
  3. 各Xが、臭素原子であることを特徴とする請求項1に記載のビスフランジハライド。
  4. 下記一般式(2)で表される構造を有するビスフランと、ハロゲン化剤とを反応させることを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のビスフランジハライドの製造方法。
    Figure 2019534847
    [式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
  5. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のビスフランジハライドを酸化させることを含む、下記一般式(3)で表される構造を有するビスフラン二酸の製造方法。
    Figure 2019534847
    [式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
  6. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のビスフランジハライドを加水分解させることを含む、下記一般式(4)で表される構造を有するビスフランジオールの製造方法。
    Figure 2019534847
    [式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
  7. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のビスフランジハライドを出発原料とする、下記一般式(5)で表される構造を有するビスフランジアミンの製造方法。
    Figure 2019534847
    [式中、Rは、式(1)におけるRと同意義である。]
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