JPH08511788A - リン含有カリックスアレーン - Google Patents
リン含有カリックスアレーンInfo
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Abstract
(57)【要約】
一般式I:
のリン含有カリックスアレーン並びにその製法及びC3−C20−オレフィンを、ロジウム−又はルテニウム−カルボニル錯体を用いてヒドロホルミル化し、その際、式Iのリン含有カリックスアレーンを、リガンドとして使用することによるアルデヒドの製法。
Description
【発明の詳細な説明】
リン含有カリックスアレーン
本発明は、リン含有カリックスアレーンに関する。
カルボニル化反応とは、有機化合物と一酸化炭素及び有利には、もう1つの反
応成分、殊に水素とを、触媒の存在下に反応させることにより、酸素含有生成物
を製造することである。工業的に特に重要な反応は、一酸化炭素と水素とを反応
させることによるオレフィンの、出発物質よりも炭素原子を1個多く有するアル
デヒドの形成下でのヒドロホルミル化である。触媒としては、リン含有リガンド
、例えば、ホスファイトを含有する第VIII族遷移金属錯体が使用される(s
.J.Falbe, New Synthesis with Carbon Monoxide,Springer Verlag,New York
1980)。
コバルト触媒と並んで、近年ますますロジウム触媒が、低級α−オレフィンの
ヒドロホルミル化のために重要になってきており、これは、この触媒が、より低
い圧力での反応実施を可能にするためである。リンリガンドとして、一般に、ト
リフェニルホスフィンが過剰に使用され、その際、商業的に望ましいn−アルデ
ヒド生成物への反応の選択率を高めるために、高いリガンド/ロジウム−比が必
要である。
近年、より有効なリンリガンドを、ヒドロホルミル
化のために発見する実験が試みられた。種々に置換されたホスファイトと並んで
、ホスファイトも、その適性の故に触媒として試みられた。ホスファイトは、遷
移金属中心に配位すると、上昇された活性の触媒を生ぜしめるが、この触媒系の
耐用特性は、ホスファイトリガンドの強い加水分解不安定性の故に不充分である
。ヨーロッパ特許(EP−A)第214622号明細書中に記載されているよう
に、かなり減少した加水分解不安定性を、ビスアリールジオールにより置換され
たキレート化性ポリホスファイトは有する。これらのリガンドのロジウム錯体は
、極めて活性のヒドロホルミル触媒を形成する。ヨーロッパ特許(EP−A)第
213639号明細書は、リン原子の所に、ジオルガノ−、第二のリン原子の所
にトリオルガノホスファイト−官能性を有するキレート−ビスホスファイトを記
載している。更に、ヨーロッパ特許(EP−A)第155508号明細書から、
立体的に障害されたオレフィン、例えばイソブテンのロジウム触媒作用下でのヒ
ドロホルミル化の際に、ビスアリールジオール置換されたモノホスファイトを使
用することが公知である。ヨーロッパ特許(EP−A)第472071号明細書
中に、その中でビスアリールジオールが、ビスホスファイトエステル−橋を介し
て、アルカンジオール又はo−アリールジオールと結合しているキレート−ビス
ホスファイト−リガンドが開示されている。最後に、ヒ
ドロホルミル化の際のジオール−及びトリオール置換されたモノホスファイト及
びその使用が、ヨーロッパ特許(EP−A)149894号明細書、ヨーロッパ
特許(EP−A)96988号明細書及びヨーロッパ特許(EP−A)9698
6号明細書中に記載されている。
オレフィンのヒドロホルミル化の際に、一酸化炭素が付加される2重結合の位
置に応じて、n−アルデヒドと称される直鎖のアルデヒド又は分枝鎖のアルデヒ
ド、いわゆるイソーアルデヒドが生じる。このことは、式(1)で図示される:
しかし、一般に、ヒドロホルミル化生成物中で、n−アルデヒド分(以下では
、n−分と称する)が、イソーアルデヒド分よりも可能な限り大きいことが望ま
れる。それというのも、アルデヒドを更に処理して軟化剤−アルコール及び軟化
剤にする際に、n−アルデヒドは、特に良好な軟化剤特性を有する生成物をもた
らすからである(例えば、米国特許(US−A)第4426542号明細書参照
)。
前記の技術水準のキレート−ビスホスファイト−リ
ガンドを使用する場合には、オレフィンをロジウム−触媒作用下でのヒドロホル
ミル化の際に、ヒドロホルミル化生成物は、96%までの非常に高いn−分を有
して得ることができる。
さて、本発明の課題は、それを用いて、ヒドロホルミル化生成物中のn−分を
更に高めることができる、ロジウム−又はルテニウム−触媒によるオレフィンの
ヒドロホルミル化のためのリガンドを発見することであった。
相応して、一般式I:
[式中、nは、2〜4の整数であり、
R1は、水素、C1〜C20−アルキル基、C1〜C20−アルコキシ基、スルホネ
ート基又はカルボキシレート基を表し、
R2の個々の基は、同じか又は異なり、かつ水素又はC1〜C20−アルキル基で
あり、かつ
Xは、水素、C1〜C20−アルキル基、C1〜C20−アルコキシ基又は非置換の
、又は1〜3個のC1〜C20−アルキル基、C1〜C20−アルコキシ基、スルホネ
ート基、カルボキシレート基、C1〜C20−アルキルチオ基及び/又はC2〜C20
−ジアルキルアミノ基で置換されているフェニル−又はフェノキシ基である]の
リン含有カリックスアレーンを発見した。
更に、式Iのリン含有カリックスアレーンの製法を発見し、これは、一般式I
V:
[式中、n及び基R1及びR2は、前記の意味を有する]のカリックスアレーン
と、一般式V:
XPHal2 V
[式中、Xは、前記の意味を有し、かつHalは、フッ素、塩素、臭素又はヨ
ウ素である]のリン化合物とを、塩基の存在下に反応させることを特徴とする。
更に、C2〜C20−オレフィンを、CO/H2−気体
混合物を用いて、リン含有リガンドを有するロジウム−又はルテニウム−カルボ
ニル錯体の存在下及び溶剤の存在下に、ヒドロホルミル化することによるアルデ
ヒドの製法を発見し、これは、リガンドとして、式Iのリン含有カリックスアレ
ーンを使用することを特徴とする。
本発明のリン含有カリックスアレーンは、水酸化されたカリックスアレーンの
環状ホスファイト及びホスホナイトである。
本発明の一般式Iのリン含有カリックスアレーン中で、基R1は、水素又はC1
〜C20−、有利にC1〜C6−アルキル基、C1〜C20−、有利にC1〜C6−アル
コキシ基、スルホネート基又はカルボキシレート基であってよい。基R1として
は、t−ブチル基、スルホネート基又はカルボキシレート基が特に有利である。
本発明の式Iのリン含有カリックスアレーン中の基R2は、それぞれ同じか又
は異なり、かつ水素又はC1〜C20−、有利にC1〜C6−アルキル基を表す。R2
は、水素であるのが特に有利である。
本発明の式Iのリン含有カリックスアレーン中の基Xは、水素、C1〜C20−
、有利にC1〜C6−アルキル基、C1〜C20−、有利にC1〜C6−アルコキシ基
又は非置換の、又は1〜3個の、有利に、1又は2個のC1〜C20−、有利にC1
〜C6−アルキル基、C1〜C20−、有利にC1〜C6−アルコキシ基、C1〜C20
−、有利にC1〜C6−アルキルチオ基、C2〜C20−、有利にC2〜C10−ジアル
キルアミノ基、スルホネート基又はカルボキシレート基で置換されたフェニル−
又はフェノキシ基であってよい。有利なリン含有カリックスアレーンは、式中の
基Xが、一般式II:
[式中、基R3及びR4は、同じか又は異なっていてよく、かつ水素、C1〜C20
−、有利にC1〜C6−アルキル基、C1〜C20−、有利にC1〜C6−アルコキシ
基、C1〜C20−、有利にC1〜C6−アルキルチオ基及び/又はC2〜C20−、有
利にC2〜C10−ジアルキルアミノ基であってよく、その際、基R4は、付加的に
更に、スルホネート−又はカルボキシレート基であってよい]のフェノキシ基で
あるものである。
本発明のカリックスアレーン誘導体中のスルホネート−及びカルボキシレート
基は、プロトン化された形、即ち、スルホン酸−又はカルボン酸基の形で存在し
てもよく、式中のこれらの基が、塩の形、例えばアルカリ金属−、アルカリ土類
金属−又はオニウム塩として、殊に、アンモニウム−又はホスホニウム塩として
存在しているようなカリックスアレーンが有利である。本発明のリン含有カリッ
クスアレーン中にスルホネート
−又はカルボキシレート基が存在することは、該カリックスアレーンの水溶性を
高め、かつそれにより、水性媒体中でのヒドロホルミル化の実施を促進する。
特に有利なリン含有カリックスアレーンを、式IIIに示す。
本発明のリン含有カリックスアレーンは、一般式IV:
[式中、n及び基R1及びR2は、前記の意味を有する]のヒドロキシル基含有カ
リックスアレーンと、一般式V:
XPHal2 V
[式中、基Xは、前記の意味を有し、かつHalは、フッ素、塩素、臭素又はヨ
ウ素、有利に塩素である]のリン化合物とを、塩基の存在下に反応させることに
より製造することができる。
パラ置換されたフェノール及びアルデヒド、有利にホルムアルデヒドからの環
状縮合生成物は、カリックスアレーンと称される(Chemie in unserer Zeit 25
,195(1991)参照)。これらは、例えば、Gutsche,”Calixarenes”,第2章
、27〜66頁、The Royal Society of Chemistry,Cambridge 1989に記載され
ているような自体公知の方法で製造することができる。
カリックスアレーンホスファイトの製造のために必要な式Vのリン含有化合物
は、自体公知の方法(Houben Weyl,Methoden der Org.Chemie 第XII巻/2、第
2章、Thieme,Stuttgart 1964参照)で、例えば、三ハロゲン化リン、例えば、
三塩化リン、三臭化リン又は三ヨウ化リンとアルコール又はフェノールとを、塩
基、例えば水酸化−又は炭酸アルキル金属又は−アルカリ土類金属又は有利に、
三級アミンの存在下に反応させることにより製造することができる。
同様に、カリックスアレーンホスホナイトの製造の
ために必要な式Vのリン含有化合物は、公知の方法により(Houben-Weyl,Metho
den der Org.Chemie 第XII巻/1、302〜318頁、Thieme,Stuttgart 1963参照)
、例えば、三ハロゲン化リン、例えば三塩化リンと、芳香族化合物、例えばベン
ゼンとを、フリーデル−クラフツ−触媒、例えば、塩化アルミニウムの存在下に
反応させることにより得ることができる。
本発明のカリックスアレーン誘導体の製造のために、該カリックスアレーンI
Vと、有利に、使用カリックスアレーンのモノマー単位当たりの化学量論的な量
のリン含有化合物Vとを反応させる。カリックスアレーンのモノマー単位として
は、式IVの角形の括弧中に示されている式単位を定義する。
カリックスアレーンIVとリン化合物Vとの反応を、塩基の存在下に実施する
。
塩基としては、無機塩基、例えば、アルカリ金属−又はアルカリ土類金属酸化
物、アルカリ金属−又はアルカリ土類金属水酸化物又はアルカリ金属−又はアル
カリ土類金属炭酸塩を使用することができるが、この反応を3級アミン、有利に
3〜30個の炭素原子を有する3級脂肪族アミン、例えば、トリメチルアミン、
トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、エチルジイソプロピルアミン、
トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン等の存在下に実施するのが有利であ
る。これらの塩基を、使用リン化合物Vの量に対して、
1〜200、有利に1.5〜100及び特に有利に、2〜10のモル比で添加す
る。
本発明のカリックスアレーン誘導体の製造を、溶剤中で行うのが有利である。
溶剤としては、反応条件下で不活性である全ての溶剤、有利に、芳香族炭化水素
、例えばベンゼン、トルエン、キシレン又はエーテル、例えばジエチルエーテル
、ジイソプロピルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン
、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル等を使用することができる
。
反応を一般に、−40℃〜100℃の温度で実施する。適用圧力は、この反応
のために一般に厳密ではないが、大気圧下、又はこの反応系の自己圧下で操作す
るのが有利である。
ロジウム又はルテニウムの触媒作用下でのC3〜C20−オレフィンのヒドロホ
ルミル化の際に、本発明のリン含有カリックスアレーンは、ロジウム及びルテニ
ウムのためのリガンドとして役立つ。オレフィンとしては、内部二重結合を有す
るオレフィンを使用することができ、本発明の方法では、α−オレフィンをヒド
ロホルミル化するのが有利である。
ロジウム及びルテニウムを、常法で、塩の形で、例えば、酢酸ロジウム又は−
ルテニウム又はロジウム−又はルテニウムアセトニルアセトネートとして、酸化
ロジウム又は酸化ルテニウムとして、又はロジウム−
又はルテニウムカルボニルとして、本発明の方法に導入する。その中に、ロジウ
ム又はルテニウムが、本発明の方法で使用される化合物の種類は、一般的に厳密
ではなく、このことは、これらの化合物が、全て、使用ヒドロホルミル化条件下
、CO/H2−反応気体の存在下に、触媒的に活性な、均質にヒドロホルミル化
媒体中に溶けたロジウム−又はルテニウム種に変換され、それらが次いで、リン
含有カリックスアレーンにより錯体化され、かつ安定化されるためである。当業
者間に、最終的には証明されえていないその化学的構造に関する一連の仮定が存
在するにも関わらず、これらの触媒的に活性のロジウム−及びルテニウム種の化
学的特性は、確定的には解明することができなかった。
これらの触媒的に活性のロジウム−又はルテニウム化合物は、真正な触媒であ
る、即ち、反応の際に実際に消耗されず、かつそのものとして高い活性を有する
ので、ヒドロホルミル化に充分な変換率で触媒作用を及ぼすためには、非常に僅
かな量のロジウム−又はルテニウム化合物で充分である。一般に、ロジウム−も
しくはルテニウムモル比は、使用オレフィンに対して、変換率の定常状態で、1
:1000〜1:50000、有利に、1:1000〜1:5000である。
本発明のリン含有カリックスアレーンを、使用ロジウム又はルテニウムに対し
て、一般に1:1〜100:1、有利に1:1〜20:1、及び特に有利に、1
:
1〜5:1のカリックスアレーン/ロジウムもしくはルテニウムのモル比で使用
する。
ヒドロホルミル化に導入されるCO/H2−混合物のCO/H2−モル比は、2
0:1〜1:20、有利に1:1〜20:1、及び特に有利に1:1であってよ
い。
本発明のヒドロホルミル化法を、一般に、溶剤の存在下に実施する。溶剤とし
ては、実際に、ヒドロホルミル化条件下で、不活性である全ての溶剤、例えば、
炭化水素、エステル又はアルコールを使用することができるが、該オレフィンの
ヒドロホルミル化の際に生じるアルデヒドを、ヒドロホルミル化の際の溶剤とし
て使用するのが有利である。他の特に有利な溶剤は、ヒドロホルミル化反応の間
に、ヒドロホルミル化の際に生じるアルデヒドから、副産物として一連の副反応
、例えば、アルドール縮合、脱離、不均化及び水素化により形成されるような高
沸点化合物からなる混合物である所謂、「高沸点物質」である。一連のこのよう
な高沸点物質及び種類及びその発生法は、ブチルアルデヒドを製造する場合に関
する米国特許(US−A)第4148830号明細書中に例記されている。
本発明の方法を、一般に、30〜150℃、有利に60〜130℃、特に有利
に90〜110℃の温度及び一般に、1×103〜1×107Pa、有利に1×1
05〜5×106Pa、及び特に有利に5×105〜3
×106Paの圧力で実施する。
本発明のヒドロホルミル化方法は、非連続的に実施することができるが、連続
的に操作するのが有利である。その際、例えば米国特許(US−A)第4148
830号明細書、米国特許(US−A)第4329511号明細書又はヨーロッ
パ特許(EP−A)第313559号明細書中に記載されているような自体公知
の方法技術を使用することができる。
本発明のリン含有カリックスアレーンを、触媒的に活性のロジウム−又はルテ
ニウム化合物のためのリガンドとして用いると、本発明のヒドロホルミル化方法
において、意外にもヒドロホルミル化生成物中のn−分を、99.5%まで上昇
させることができる。
例
リン含有カリックスアレーンIIIの製造
3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシアニソール23.6g(0.1モル
;市販のものを入手可能又
はJ.Am.Chem.Soc.77,1672(1955)により製造可能)を、トルエン500m
l中に溶かし、かつトルエン50mlを、この混合物から留去した。冷却された
溶液に、室温でトリエチルアミン68.2ml(0.5モル)を添加し、かつ引
き続き、−40℃に予め冷却されたトルエン11中の三塩化リン8.8ml(0
.1モル)の溶液に配量する。この溶液を、徐々に室温まで加温し、室温で1時
間撹拌し、かつ引き続き、更に100℃に10時間加熱した。このように得られ
た化合物VIの溶液を、この形で、工程2に導入した。
カリックス−4−アレーンVII32.4g(0.05モル;Gutsche”Calix
arenes”,第2章、27〜66頁の記載により入手可能)を、粉末の形で第1工
程からの化合物VIの溶液に添加し、かつこの混合物を、−40℃に冷却した。
この混合物に、トルエン500ml中のトリエチルアミン136.5ml(1モ
ル)の溶液を配量した。この反応混合物を、徐々に室温に加温し、室温で1時間
及び更に100℃で10時間撹拌した。引き続き、沈殿した塩化トリエチルアン
モニウムを、反応溶液から濾別し、かつトルエンで洗浄した。合わせたトルエン
抽出物から、トルエンを留去すると、淡褐色の粘液性残留物が残留した。これを
、ペンタンで洗浄し、かつ引き続き、アセトニトリル400mlで、還流下に抽
出した。残留物の一部を溶かしてから、残留粉末を濾別し、ペンタンで洗浄し、
かつ乾燥させた。
1H−及び13C−NMR−スペクトルは、式IIIの構造を証明した。31P−
NMR−スペクトルでは、標準としてのリン酸に対し、121ppmでシグナル
が観察された。
元素分析[結果(理論)]:C 75.5%(76.2%);H 8.3%(
8.9%);O 10.9%(9.9%);P 5.3%(5.1%)。
IIIの質量スペクトルは、主成分として、1176ダルトンに分子ピークを
有した。
例2
1−オクテンのヒドロホルミル化
0.351オートクレーブ中で、1−オクテン56.9g(508ミリモル)
、錯体化合物Rh(CO)2(acac)(acac=アセチルアセトネート)
の形のロジウム0.032g(0.124ミリモル)及びTexanol(登録商標;
2,24−トリメチルペンタン−1,3−ジオールモノイソブチレート)70m
l中の化合物III0.7098g(0.604ミリモル)の混合物を、100
℃に加熱し、かつCO/H2−混合物(容量比CO/H2=1/1)をオートクレ
ーブ中に導入することにより、2×106Paの圧力に調節し、この圧力を、全
反応期間の間、気体混合物を再び圧することにより一定に保持した。8時間の反
応時間の後に、このヒドロホルミル化混合物を、ガスクロマトグラフィーにより
分析した。この分析の結果を、表中に記載した。
変換率は、反応時間の延長により更に高めることができ、その際、触媒のn−
アルデヒド選択率は、減少しない。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
// C07B 61/00 300 C07B 61/00 300
(72)発明者 クノイパー,ハインツ−ヨーゼフ
ドイツ連邦共和国 D―68163 マンハイ
ム シュテファニーンウーファー 18
(72)発明者 ラングート,エルンスト
ドイツ連邦共和国 D―67281 キルヒハ
イム アム フリートホーフ 3
(72)発明者 ロルツ,ペーター ミヒャエル
ドイツ連邦共和国 D―68161 マンハイ
ム エル4.10
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.一般式I: [式中、nは、2〜4の整数であり、 R1は、水素、C1〜C20−アルキル基、C1〜C20−アルコキシ基、スルホネ ート基又はカルボキシレート基を表し、 R2の個々の基は、同じか又は異なり、かつ水素又はC1〜C20−アルキル基で あり、かつ Xは、水素、C1〜C20−アルキル基、C1〜C20−アルコキシ基又は非置換の 、又は1〜3個のC1〜C20−アルキル基、C1〜C20−アルコキシ基、スルホネ ート基、カルボキシレート基、C1〜C20−アルキルチオ基及び/又はC2〜C20 −ジアルキルアミノ基で置換されているフェニル−又はフェノキシ基である]の リン含有カリックスアレーン。 2.式中の基Xが、一般式II: [式中、基R3及び基R4は、同じか又は異なり、かつ水素、C1〜C20−アルキ ル基、C1〜C20−アルコキシ基、C1〜C20−アルキルチオ基及び/又はC2〜 C20−ジアルキルアミノ基であり、かつ基R4は付加的に更に、スルホネート− 又はカルボキシレート基である]のフェニルオキシ基である、請求項1に記載の リン含有カリックスアレーン。 3.式中の基R1が、水素、C1〜C6−アルキル基、C1〜C6−アルコキシ基 、スルホネート基又はカルボキシレート基であり、基R2は水素であり、かつX は、請求項2に記載の意味を有する、請求項1に記載のリン含有カリックスアレ ーン。 4.式III: の請求項1に記載のリン含有カリックスアレーン。 5.請求項1に記載のリン含有カリックスアレーンの製法において、一般式I V: [式中、n及び基R1及びR2は、請求項1中に記載の意味を有する]のカリック スアレーンと、一般式V: XPHal2 V [式中、Xは、請求項1に記載の意味を有し、かつHalは、フッ素、塩素、臭 素及びヨウ素である]のリン化合物とを、塩基の存在下に反応させることを特徴 とする、請求項1に記載のリン含有カリックスアレーンの製法。 6.塩基として、C3〜C30−トリアルキルアミンを使用する、請求項5に記 載の方法。 7.リガンドとして、請求項1〜4に記載のリン含有カリックスアレーンを使 用することを特徴とする、 C3−C20−オレフィンを、CO/H2−気体混合物を用いて、リン含有リガンド を有するロジウム−又はルテニウム−カルボニル−錯体の存在下及び溶剤の存在 下にヒドロホルミル化することによるアルデヒドの製法。 8.ヒドロホルミル化を、30〜150℃の温度及び1×103〜1×107P aの圧力で実施する、請求項7に記載の方法。 9.溶剤として、それぞれ使用オレフィンのヒドロホルミル化により生じるア ルデヒドを使用する、請求項7及び8に記載の方法。 10.ヒドロホルミル化の間に生じるアルデヒドの縮合反応により、ヒドロホ ルミル化につれて生じる高沸点化合物を、溶剤として使用する、請求項7及び8 に記載の方法。 11.α−オレフィンをヒドロホルミル化する、請求項7〜10に記載の方法 。
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