JP2000510849A - 還元的脱ハロゲン化による２―フルオロ―１―シクロプロパンカルボン酸誘導体の製造プロセス - Google Patents
還元的脱ハロゲン化による２―フルオロ―１―シクロプロパンカルボン酸誘導体の製造プロセスInfo
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Abstract
(57)【要約】
ハロゲノシクロプロパンカルボン酸誘導体を塩基の存在下、水素添加あるいは無添加で金属と反応させ、反応の間塩基を添加するならば、有利にシクロプロパンカルボン酸誘導体が製造される。本発明のプロセスにより、良好な選択率と収率及び反応生成物中のシス異性体の高い比率が得られる。
Description
【発明の詳細な説明】
還元的脱ハロゲン化による2-フルオロ-1-シクロプロパンカルボン酸誘導体の製
造プロセス
本発明は、2-ハロゲノ-2-フルオロ−1-シクロプロパンカルボン酸誘導体を金
属と塩基の添加で反応させることによって、2-フルオロ-1-シクロプロパンカル
ボン酸誘導体を製造する改良プロセスに関する。
2-フルオロ-1-シクロプロパンカルボン酸誘導体は、薬理活性化合物、特にキ
ノロンからなる群から抗感染剤を製造するための中間体である(例えば、Antimic
robial Agents and Chemotherapy37(12),2747-2753(1993)及び38(3),611-615(19
94)及びJ.Med.Chem.37(20),3344-3352(1994)参照)。
ジェム-ハロゲノ-フルオロシクロプロパン誘導体のハロゲンを水素により還元
的置換することは、既に文献に記載されている。
一つの反応はトリ-n-ブチル-錫ハイドライドを使用する方法である（例えば、
J.Am.Chem.Soc.89,5719(1967)、Tetrahedron Lett.1967,1123、J.Org.Chem.35,3
3(1970)及びSynthesis1970,499）。トリ-n-ブチル-錫ハイドライドの使用は、毒
性、高コストをもたらす入手の困難性、及び大量に必要なことのために、経済的
、エコロジー的に殆ど得策でない。
別な方法は液体アンモニア中のナトリウムを使用する反応である(Chem.Ber.10 4
,1921,(1971)を参照)。このプロセスもまた、工業的な手順の場合には極めて複
雑であるという短所を有する。
更に別のプロセスにおいては、脱ハロゲン化は、水素と塩基の存在下
で他の金属、好ましくはラネーニッケルを使用することにより行なう(J.Fluorin
e Chem.49,127(1990)及びWO95/04712を参照)。Bull.Chem.Soc.Jap.45,1926(1972
)には、7-クロロ-7-フルオロビシクロ［4.1.0]ヘプタンのラネーニッケルを用い
た水素による(hydrogenolytic)脱ハロゲン化において、所望の製品の、7-フルオ
ロビシクロ[4.1.0]ヘプタンは、1,2-ジアミノエタンを塩基として使用した時の
みに得られ、他の塩基を使用すると、反応は起こらなかったことが記載されてい
る。
このプロセスは、選択性が低いという欠点を持つ。低温(例えば、室温)を適用
すると、選択性は増大する。しかしながら、これでは、転化が不完全で50時間以
上の反応時間を要する。大過剰のラネーニッケルと塩基を使用する場合でも、転
化率は僅かに増加するに過ぎず、反応時間も僅かに短縮できるだけである。この
ように、最後に引用した文献においては、852モル％のラネーニッケルと6000％
の1,2-ジアミノエタン(各々出発物質に基づき)を使用しても、24時間、18から22
℃で僅か58％の転化率が得られるだけである。また、WO95/04712によっても、大
過剰のラネーニッケルと1,2-ジアミノエタン、正確には、466から3785モル％の
ラネーニッケルと300から1000モル％の1,2-ジアミノエタンが使用されている。
しかしながら、出発物質から所望の製品、特にシス異性体を妥当なコストで蒸
留分離することができないので、可能な限り高い転化率を得ることが必須である
。
反応温度を上げた場合、反応はかなり早く進行し、ラネーニッケルと1,2-ジア
ミノエタンの必要量も低減されるが、同時に選択性も大幅に低下する。このよう
に、80℃では、理論値の10％の収率しか得られない(J.
Fluorine Chem.49,127(1990)を参照)。
従って、短い反応時間と少量の金属と塩基を用いて、所望の生成物を良好な収率
と選択率で与えるプロセスの必要性がなお存在する。
ここで、
式
（ここで、Rは式(Ｉ)で特定した意味を持ち、Xは塩素、臭素あるいは沃素を表わ
す）
のハロゲノシクロプロパンカルボン酸誘導体を、反応の間塩基を添加し、プロト
ン性溶媒中で扱うことを含む、金属と塩基の添加により反応することによって、
式（ここで、Rは、OR1あるいはNR2R3を表わし、R1、R2およびR3は、互いに独立に
直鎖もしくは分岐C1-C4アルキル基を表わす）
のシクロプロパンカルボン酸誘導体を製造するプロセスが見出された。
高温により反応時間の短縮がはかられ、また金属と塩基の使用量を減少するこ
とができ、それにも拘わらず式(Ｉ)の製品が良好な収率と選択率で得られる。C1
-C4アルキル基は、特に、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、
イソブチル、s-ブチル及びt-ブチル、好ましく
は、メチルおよびエチル、特に好ましくは、エチルを意味する。
式(Ｉ)において、Xは好ましくは、塩素及び臭素、特に好ましくは、塩素を表
わす。
本発明により使用される金属は例えば、元素の周期律表の2族及び/または8族
の亜族の一つ以上の金属、例えば、亜鉛、鉄、コバルト及び/またはニッケルと
することができる。金属は、適当であれば、支持体に塗布することができ、ある
いは特に活性な形、例えば、ラネー形で存在することもできる。好ましくは、コ
バルト及び/またはニッケル、特に好ましくは、ニッケル、極めて特に好ましく
は、ラネーニッケルが使用される。
本発明によるプロセスに好適な塩基は、特に、有機塩基、例えば、式(ＩＩＩ)
(ここで、R4からR11は、互いに独立に水素あるいは直鎖もしくは分岐のC1-C4ア
ルキル基を表わし、mは1、2あるいは3を表わし、nは1あるいは2を表わす）
のアミンである。
このようなアミンは例えば、1,2-エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、
トリエチレンテトラアミン及びテトラメチルエチレンジアミンである。好ましく
は、1.2-エチレンジアミンである。通常、一種の塩基のみを使用するが、適当な
らば、異なる塩基の混合物も使用することが
できる。
本発明によるプロセスは、プロトン性溶媒の存在下で行なわれる。好適な溶媒
は、例えば、アルコール及びアルコールと他の溶媒の混合物、例えば、エーテル
及び/または芳香族炭化水素及び/または脂肪族炭化水素との混合物である。
エステルが出発物質として使われるならば(式(ＩＩ)で、R=0R1)、このエステ
ル中のアルコール成分を溶媒として使用するのが得策である。好ましくは、無水
の溶媒、あるいは5重量％以下の水を含むものが使用される。
例えば、式(ＩＩ)の化合物に基づき重量で1から6倍、好ましくは、2から4倍の
量の溶媒が使用できる。
本発明によるプロセスは、0から120℃、好ましくは、20から100℃、特に好ま
しくは、50から80℃の範囲の温度で行なう。
反応期間中塩基を添加するのが本発明によるプロセスの必須の特徴である。例
えば、溶媒に溶解した出発物質及び金属を導入し、この混合物を攪拌しながら所
望の反応条件に至らしめ、次に塩基を、例えば、5から20時間、好ましくは、10
から15時間にわたって反応容器に連続的に注入するという方法で行なうことがで
きる。塩基は少量に分けて、例えば、一回に全量の1から10重量％の量を反応混
合物に導入しても良く、各回の添加の後、混合物を反応条件下で、例えば、3分
から2時間の間攪拌する。好ましくは、連続添加である。
本発明によるプロセスは、水素を添加して、あるいは添加せずに行なうことが
できる。水素を添加する場合、圧力は広範囲に変えることができる。圧力は、例
えば、1.5から200バール、好ましくは5から150バール、
特に好ましくは10から100バールとすることができる。理論的には、水素添加の
手順においては、1モルの式(ＩＩ)の化合物を完全に転化するには、1/2モルの金
属が必要である。従って、この場合には式(ＩＩ)の化合物に基づいて少なくとも
50モル％の金属を使用するのが得策である。
水素無添加の手順においては、理論的には、1モルの式(ＩＩ)の化合物を完全に
転化するには、1モルの金属が必要である。従って、この場合には式(ＩＩ)の化
合物に基づいて少なくとも100モル％の金属を使用するのが得策である。各金属
を過剰に使用するのが有利であるが、300モル％以上の量の金属(式(ＩＩ)の化合
物に基づいて)を使用しても通常、なんら利点をもたらさず、経済的に不利であ
る。水素を添加する、しないに無関係に、好ましくは、110から250モル％、特に
、120から200モル％の金属が使用される(式(ＩＩ)の化合物に基づいて)。
理論的には、水素添加の手順においては、式(ＩＩ)の化合物1モルを完全に転
化するには、式(ＩＩＩ)のアミン1.5モルが必要である。従って、この場合には
式(ＩＩ)の化合物に基づいて少なくとも150モル％の式(ＩＩＩ)のアミンを使用
するのが得策である。この場合、式(ＩＩ)の化合物に基づいて400モル％以上の
量の式(ＩＩＩ)のアミンを用いても通常、なんら利点をもたらさず、経済的に不
利である。この場合、式(ＩＩ)の化合物に基づいて、好ましくは、200から300モ
ル％、特に、220から270モル％の式(ＩＩＩ)のアミンが使用される。式(ＩＩＩ)
のアミン以外の塩基を当量で使用することができる。
水素無添加の手順においては、理論的には、式(ＩＩ)の化合物1モルを完全に
転化するには、式(ＩＩＩ)のアミン3モルが必要である。従って、この場合には
式(ＩＩ)の化合物に基づいて少なくとも300モル％の
式(ＩＩＩ)のアミンを使用するのが得策である。この場合、式(ＩＩ)の化合物に
基づいて600モル％以上の量の式(ＩＩＩ)のアミンを用いることは通常、なんら
利点をもたらさず、経済的に不利である。水素無添加の手順を使用する場合には
、式(ＩＩ)の化合物に基づいて、好ましくは、320から500モル％、特に、350か
ら400モル％の式(ＩＩＩ)のアミンを使用する。この場合にも、式(ＩＩＩ)のア
ミン以外の塩基を当量で使用することができる。
水素無添加の手順を使用する場合には、本発明によるプロセスは、例えば、大
気圧で運転する攪拌槽中で行なうことができる。
水素添加の手順には、耐圧容器、例えば、オートクレーブが必要である。
徹底的に反応させた反応混合物は、最初に、例えば、濾過により存在する固体
成分を分別し、次に、なお存在する塩基を残らず対応するアンモニウム塩に変換
するために、酸、例えば、塩酸水溶液を濾液に添加するというような方法で、仕
上げをすることができる。次に、生成する有機層を分別し、水層を適当な溶媒、
例えば、ジクロロメタンあるいはトルエンで抽出し、最後に分離した有機層と抽
出物を別々あるいは一緒に蒸留する。
あるいは、存在する溶媒を大部分除去した後にのみ、濾液に酸を添加すること
ができる。
別の仕上げの方法は、水を添加して、最初に存在する金属塩を溶解し、次に金
属を濾別し、酸を添加し、上記のように更に行う。
上述の利点に加えて、2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エステルの製造に
おいては、本発明によるプロセスによって、屡々特に望ましい
シス異性体を特に良好な収率と選択率で得ることができる。
水素添加の手順が有利か、あるいは水素無添加の手順が有利かは、個々のケー
スに依る。水素無添加では、使用する装置が少ないが(耐圧装置や、水素を扱う
安全予防策が不要)、プロセスの効率は最適でない(薬品の所要量が多い、収率と
選択率がそれほど良好でない、仕上げと廃棄が複雑である)。従って、比較的少
量の2-フルオロ−1-シクロプロパンカルボン酸誘導体の製造には、むしろ水素無
添加の手順が有利である。
高効率を達成でき、この手順に必要な高設備投資をより迅速に回収できるため
、比較的大量の2-フルオロシクロプロパンカルボン酸誘導体の製造には、むしろ
水素添加の手順が有利である。
本発明による塩基の添加は、大きな範囲で有利な結果を有し(比較例を参照)、
本発明によれば水素無添加でこの手順を使用することもできる。
例
下記の実施例において、「シス」及び「トランス」という語は各々、カルボキ
シル基について弗素原子の位置を指す。
実施例１
270.0gの2-クロロ−2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(異性体比率
シス:トランス=3:2)、1350mlのエタノールと無水エタノールで洗浄した135gのラ
ネーニッケルをイカリ型攪拌機を備えた3リットルのステンレスオートクレーブ
に導入した。オートクレーブを窒素で掃気し、攪拌しながら60℃迄加熱した。21
6.0gの1,2-エチレンジアミンを、15時間かけて50バールの水素圧下で連続的に注
入した。これは、14.4g/時間の添加に相当する。混合物を更に、16時間攪拌した
。全反応期間と
更なる攪拌期間中に、合計で18リットル(S.T.P.)の水素が吸収された。
反応混合物の固体成分を濾別し、500mlのエタノールで洗浄した。濾液と洗浄
液を合わせ、大部分のエタノールを留去した。
GC分析によれば、留出液は、エタノールに加えて35.6gのトランス-2-フルオロ
シクロプロパンカルボン酸エチル(使用したトランス出発原料に基づき42.3％)、
4.6gのシス-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(使用したシス出発原料
に基づき3.6％)と4.7gの酪酸エチル(使用したシス及びトランス出発原料の合計
に基づき2.5％)を含んでいた。
250mlの水を蒸留残渣に加え、22℃の温度で37重量％の塩酸を使用して、pH3と
した。塩酸の添加の間に分離し始めた有機層を分別し、水層を各回100mlの塩化
メチレンで3回抽出し、有機層を合わせて硫酸ナトリウムで乾燥した。GC分析に
よれば、合わせた有機層はもはや、出発原料を含んでいなかった。
合わせた有機層を20ミリバール、35から60℃の塔底温度と38から58℃の塔頂温
度で蒸留し、20.1gのトランス-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(使
用したトランス出発原料に基づき23.9％)、108.6gのシス-2-フルオロシクロプロ
パンカルボン酸エチル(使用したシス出発原料に基づき85.9％)と0.5gの酪酸エチ
ル(使用したシス及びトランス出発原料の合計に基づき0.3％)の混合物を得た。
実施例２
270.0gの2-クロロ-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(異性体比率シ
ス:トランス=3:2)、1350mlのエタノールと無水エタノールで洗浄した135gのラネ
ーニッケルをイカリ型攪拌機を備えた3リットルのステンレスオートクレーブに
導入した。オートクレーブを窒素で掃気し、
攪拌しながら60℃迄加熱した。234.0gのエチレンジアミンを、11時間かけて10バ
ールの水素圧下で連続的に注入した。混合物を更に、14時間攪拌した。合計で18
リットル(S.T.P.)の水素が吸収された。
反応液に20℃で1400mlの水を添加した。吸引しながら残存する固体成分を濾別
し、濾液は30重量％の塩酸を使用して、pH3に調整した。濾液を各回100mlのトル
エンで6回抽出した。有機層を飽和炭酸水素ナトリウム溶液で洗浄した。引き続
き蒸留し、48.9gのトランス-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(使用
したトランス出発原料に基づき58.2％)、99.9gのシス-2-フルオロシクロプロパ
ンカルボン酸エチル(使用したシス出発原料に基づき79.1％)と6.8gの酪酸エチル
(使用したシス及びトランス出発原料の合計に基づき3.7％)を得た。
実施例３
30.0gの2-クロロ-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(異性体比率シ
ス:トランス=3:2)、300mlのエタノールと無水エタノールで洗浄した30gのラネー
ニッケルを1リットルの3ツ口フラスコに導入した。フラスコの内容物を攪拌しな
がら80℃迄加熱し、33gのエチレンジアミンを、13時間かけて連続的に注入した
。混合物を更に、12時間攪拌した。室温に冷却後、吸引により反応混合物の固体
成分を濾別し、100mlの水を濾液に添加し、37重量％の塩酸水溶液を使用して、p
H3とした。濾液を各回50mlのトルエンで5回抽出し、合わせた有機層を硫酸ナト
リウムで乾燥した。蒸留し、3.8gのトランス-2-フルオロシクロプロパンカルボ
ン酸エチル(使用したトランス出発原料に基づき40.7％)、9.1gのシス-2-フルオ
ロシクロプロパンカルボン酸エチル(使用したシス出発原料に基づき64.8％)と0.
3gの酪酸エチル(使用したシス及びトランス出発原料
の合計に基づき1.5％)を得た。
比較例
手順は実施例1に従ったが、1,2-エチレンジアミンは、反応の間連続的に注入
せず、全量を他の反応成分と一緒にオートクレーブに導入した。
GC分析によれば、留去したメタノールは、22.9gのトランス-2-フルオロシクロプ
ロパンカルボン酸エチル(使用したトランス出発原料に基づき２7.2％)、4.1gの
シス-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチル(使用したシス出発原料に基づ
き3.2％)と4.5gの酪酸エチル(使用したシス及びトランス出発原料の合計に基づ
き2.4％)を含んでいた。仕上げの後、合わせた有機層はもはや、出発原料を含ん
でおらず、蒸留で、12.1gのトランス-2-フルオロシクロプロパンカルボン酸エチ
ル(使用したトランス出発原料に基づき14.4％)、86.9gのシス-2-フルオロシクロ
プロパンカルボン酸エチル(使用したシス出発原料に基づき68.8％)と0.3gの酪酸
エチル(使用したシス及びトランス出発原料の合計に基づき0.2％)を得た。
反応期間中アミンを添加することを含む本発明の手順によれば、シス-2-フル
オロシクロプロパンカルボン酸エチルの選択率と収率に関してかなり良い結果が
得られることが分かる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １．式 （ここで、Rは式(Ｉ)で特定した意味を持ち、Xは塩素、臭素、沃素を表わす） のハロゲノシクロプロパンカルボン酸誘導体を、反応期間中塩基を添加し、プロ トン性溶媒中で扱うことを含む、金属と塩基の添加により反応することによって 、 式 （ここで、Rは、OR1あるいはNR2R3を表わし、R1、R2およびR3は、互いに独立に 直鎖もしくは分岐C1-C4アルキル基を表わす） のシクロプロパンカルボン酸誘導体を製造するプロセス。 ２．金属として、元素の周期律表の2族及び/または8族の亜族の一種又はそれ以 上の元素を使用する請求項１に記載のプロセス。 ３．使用する金属がラネーニッケルである請求項１に記載のプロセス。 ４．使用する塩基が式 （ここで、R4からR11は、互いに独立に水素あるいは直鎖もしくは分岐C1-C4アル キル基を表わし、mは1、2あるいは3を表わし、nは1あるいは2を表わす） のアミンである請求項１に記載のプロセス。 ５．使用する塩基が1,2-エチレンジアミンである請求項１に記載のプロセス。 ６．プロセスを0から120℃の範囲の温度で行なう請求項１に記載のプロセス。 ７．式(ＩＩ)の化合物に基づいて110から250モル％の金属を使用する請求項１に 記載のプロセス。 ８．水素を添加し、1.5から200バールの圧力で、式(ＩＩ)の化合物に基づいて20 0から300モル％の式(ＩＩＩ)のアミンを添加して手順を行なう請求項１に記載の プロセス。 ９．水素を添加せず、大気圧で、式(ＩＩ)の化合物に基づいて320から500モル％ の式(ＩＩＩ)のアミンを添加して手順を行なう請求項１に記載のプロセス。 １０．塩基を連続的に反応容器に注入するか、あるいは、各回全量の1から10重 量％といった少量に分けて反応容器に導入し、各回の添加の後、混合物を反応条 件下で、３分〜２時間攪拌する請求項１に記載のプロセス。
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