芳香族エーテル化反応の検討

芳香族エーテル化反応の検討

‑相間移動触媒の種類と反応率との関係一

伊 藤 俊 彦 ・長 崎 孝 美* 村 木 雅 晴牢

Research in the Preparation of. Aromatic Ether 

‑The Relationship between Structures of Phase  Transfer Catalyst and Products‑

Toshihiko ITO， Takayoshi NAGASAKI and  Masaharu MURAKI 

(1993年10月初日受理)

‑45 ‑

The catalytic effects o{ quaternary flmmonium and phosphonium ions on the  reaction o{  [3] with  higher alcohols in  a two phase system have been determined.  We obtained interesting results  in suitable catalysts between lower alcohols 1) and bigher alcohols. 

1.鰭 言

芳香族エーテル誘導体の合成には，脂肪族ハロゲ ン化合物[1]あるいは芳香族ハロゲン誘導体[2]を原 料とする工程が考えられる。[1]からエーテルを得 る工程は、 WilIiamsonの方法としてよく知られてい る。一方[2]からエーテJレを合成する反応は，芳香 環に直結したハロゲンの反応性が低いため.Wil.. 

Iiamsonの方法では目的のエーテルは低収率でしか 得られない。したがって[2]のエーテル化について

は相関移動触媒 (PTC)を用いた不均一系での反応、

が検討されている。

芳香族ハロゲン化合物[3]のエーテル化について は.PTCを使用して低級アルコールとの反応につい てDinoNISATOらの報告けがあるが，水に難浴な 高級アJレコーJレとの反応については未検討である。

本研究では[3]と炭素数12のラウリルアルコールお よび16のセチJレアルコールとのエーテル化反応につ いて， 9種類のPTCと目的のエーテル[4)の反応率と の関係について検討した。

R ‑ X  

[ 1 ] 

+  HOQ.~

R O

‑Q 

。 ^{x +} 

^{H O ‑ R}  

^~

[ 2 ]  N 0 2 

R. R'=a l k y l   Sche.e  1 

tグ 、 R ‑ O H

q

子C O N H C4H9

，C~

[ 3 ]   R四 CIZHz5. C16H33 

Sche

・

^e2 

申 秋田高専卒業生

平成 6~手 2 月

x = 

^h a 10 g e n e 

N02 

< ( 子CONHC4H9

‑

、、O R

[4 ]  

伊藤俊彦・長崎孝美・材木維晴

2.結果および考察

2.  1 PTCの種類と反応率との関係

臼]とラウリルアルコールおよびセチJレアルコー Jレとの反応について，反応溶媒をベンゼン，反応温 度を60t.反応時間を60min. [3]に対するアルコー ルおよび水酸化ナトリウムのモル比を固定し.9種 類のPTCと目的のエーテJレ[4Jの反応率との関係を 検討した。反応惑は高速液体クロマトグラフィーで 分析した。使用したPTCの構造と略記号は表ー1の通

りである。

表1PCTの術進と記号

記 号 構 造 式

A(CH3)4NBr 

B  C l o H 2

I(

C H 3 ) 3 N B r   C  ( C 4 H 9 ) 4 N B r  

nu

一

"

MU

‑p

r

一

nu

‑H

n‑

yl

ni

‑

nD F 

MNH‑

q nw

園

︑

J‑pi‑4‑s‑n k u

‑ F

a 

n H V

一H

n一_n

r

‑ n br‑oa‑4‑SEF且

‑u

N

nD

‑u u

一 円 し 一 ︑

JEnb‑4

pz

一M

n一rt‑SE

nr

‑1

1

a ‑

‑ 4一2一

HE

四

4

‑ 1

︑

J

一 ︑

I

‑H

n

‑ s

‑

︑

J

‑ z S一

9‑ pb

一ρし‑s‑uu uu

一U

H

四S一't‑uu‑o

a‑

‑4

‑H

n

‑ 3

‑ s

目lpu‑FU‑‑‑

UH

山p

b‑ pu r‑

‑I 1‑

しn

‑n L‑ I1

‑I 1

(1) PTCの種類とラウリJレエーテルの反応率との関係 結呆を愛情2に示した。反応、率はPTCがテトラデシ Jレアンモニウムブロマイド (1)の場合に最も高<. 

触媒を使用しない反応およびGとHの場合に低いこ とがわかる。GとHはホスホニウム塩であるが，同 じホスホニウム塩のDが特に低い反応率ではないこ とから，反応、率が低いのはホスホニウム塩によるも のではないことがわかる。PTCが有効に働くには多

くの要因が考えられるが、そのーっとしてスキーム 3に示したようにPTCのアニオンとアルコキシアニ オンとの交換が必要である。化合物[5]は水溶性の ためベンゼン相に溶解している[3]とは界面での反 応しか期待できない。一方，アニオンを交換した[6] は有機溶媒相にも溶解するため，ペンゼン相に運ば れて[3]と反応しエーテル化が進行すると考えられ ている。相関移動触媒のGとHで反応、E容が低いのは，

ともにヘテロ原子Pの回りをかき高いフェニJレ基3 つ以上で閉まれているため，アニオン交換がスムー ズに行われないためではないかと推定している。

さらにGとHを除いて残りのPTCはいずれもヘテ ロ原子に脂肪族の置換基が結合し，その中でも1(テ トラデシJレアンモニウムブロマイド)が最も炭素数 が多く，脂溶性が高いと推定される。このことから PTCの炭素数と反応率との関係をみると，本反応条 件によるラウリJレエーテJレ合成ではPTCの脂溶性と 反応率とは関連がありそうである。

表2 PCTの種類とラウりルエーテルの反応率

P T C 収 量 (g) 純 度 (

~

) 純 品 (

g ) 1 

) 反 応 率 (

~

) 

2 ) 

A  4.52  53.5  2 . 4 2   59.5  B  4.37  54.8  2.40  59.0  C  4.43  53 . 9  2.39  58.7  4 .   3 5   56.9  2.47  6 0 . 7  E  4.41  6 1 . 4  2.71  66.6  F 

4. 

5 0   63.4  2.85  70.0 

G 

4.62  6.8  o  . 3 1   7  .  6  H  4 .   5 7   1 2 . 2  0 . 5 6   13.8 

4.45  83.5  3.72  9 1 .   4 

な し 4.64  7  .  3  0.34  8.4 

1  )  : 純 品 換 算 量 2 )   :理論収量4.07gか ら 算 出

‑47 ‑ 芳香族エーテル化反応、の検討

C H

ト

^{+ N a+O} _[5 ^C _] ^{lzH 25} 

く 7 C H

争

^{ω HZ 5} 

⁺ 

^{N a B r  + ー}

Sche

・

^{e 3} 

(2) PTCの種類とセチJレエーテルの反応率との関係 結果を表‑3に示した。PTCを使用しない実験と比 較すると、セチJレエーテルの反応率は向上している が，反応、率はどのPTCでも50%以下である。表・2の 結泉と比較していずれのPTCでも反応率は低く，本 実験条件下では使用した9種類のPTCはセチルエー テル合成にあまり適切ではないことがわかる。9種 類の中ではテトラプチルアンモニウムハイドロジェ ンサルフェート (E)およびペンジルトリプチルア ンモニウムブロマイド (F)が比較的反応準が高く，

本実験の固定した反応条件に検討を加えれば、反応 率向上の可能性はあると考えられる。一方，ラウリ JレエーテJレの場合と同じように.Gおよび日では反

応、E容はよがらなかった。

2.  2 ラウリルエーテル合成における反応時間の

・

²

・

ラウリJレエーテJレμ]の反応率はPTCがIの場合に 高

< 9

^1.4%の結果が得られた。この反応、E容は翻定さ れた反応条件下で得られたので，条件検討によって さらに向上の可能性があるかどうか実験した。PTC としてIを使用し.2.1項で実htした条件の中から反 応時間だけを変化させて反応率との関係を調べた。 実験結呆を表‑4lこ示した。

反応、率は反応時間を長くすることによってほとん ど向上しないことがわかった。20minの反応で反応

表3 PCTの種類とセチルエーテルの反応率

P T C

収 量

( g )

純 度 ( 見 ) 純 品 (

g  ) 

¹ )反 応 率 (~ ) ^2 )  A 

5 . 2 9   1 5 . 2  0 . 8 1   1 7   .  2 

B 

5 .  1 9   3

1.

8 

1. 

6 5   3 5 .  7  C  4 . 8 7   3 7 . 9 

1. 

8 5   4 0 .  0  5 .  1 2   3 5 . 8  

1. 

8 4   3 9 .  7  E  5 . 0 0   4 3 . 4   2 . 1 7   47.0  F  5 . 2 0   4 2 . 8  2 . 2 3   48.2 

G 

5 . 2 6   5 . 2   0 . 2 7   5 .  9  5 . 2 6   2 . 5  0 . 0 2   0 . 5   5 . 2 0   3 0 . 9  

1. 

6 1   3 4 . 8  

な し

5 . 1 7  

1.

8  0 . 0 9   2 . 0   1 )  

: 純 品 換 算 量

2 )  

:理論収量

4.62g

か ら 算 出

平成6年2月

伊藤俊彦、長崎孝美・村木維哨

率は約80%に逮し， 60minでほぼ平衡に達している ことからラウリJレエーテJレが短時間で生成している ことがわかる。1切minの反応で反応率が少し低下 しているが，これは長時間の反応で生成物が分解し たためかどうか不明である。 本実験結果から反応、率 向上のためには反応時間以外の条件を変えて検討す る必要があることがわかった。

2.  3 セチルエーテル合成とアルカリ滋度との関係 変ー3の結泉は水酸化ナトリウムの漫度を40%に固 定した実験である。 PTCを用いたエーテル化反応で は， 一般にアJレカリ濃度は波い方がよい結果を与え る場合が多いが，本実験においてどのような影響が あるか調べた。PTCは表ー3の結果から最も反応E容が 高かったFを使用した。

結集を表‑5に示した。

表‑5によれば反応率はアJレカリ濃度の影響を受 け，低濃度では反応率は大きく低下した。30%と 40%ではあまり差はなかったが，いずれにしてもア ルカリ漁度は濃い方がよい結果が得られることを確 認したことになる。なお， 50%濃度の実験は行わな かった。

これまでの実験ではセチ1レエーテlレの反応率はど のPTCでも50%以下と低く， しかもラウリJレエーテ ルの実験結果 (表ー2)と大きな差がある。したがっ て今後は溶媒の種類，PTC濃度，反応混度など各種 の条件を変えて反応、準の向上を計る予定である。

本研究のこれまでの実験では反応条件の検討が不 十分な段階であるが， Dino NISATOらの報告1)に よれば， [3)と水浴性のプロパルギJレアルコールと

表4 反応時間と反応率

時 間 ( m i n ) 収 量 ( g ) 純 度 ( %  ) 純 品 ( g  ) 

1 

) 反 応 率 ( %  ) 

2 ) 

20  4 .   89  65.0  3.18  78.1  40  4.52  78.4  3.54  87 . 0  60  4.45  83.5  3.72  9 1 . 4  100  4.72  79.3  3.74  9

1. 

9  180  5.72  6 1 . 9  3.54  87 . 0  1 )   : 純 品 換 算 量 2 )   :理論収量 4 . 07g か ら 算 出

表5 アルカリ濠度と反応率

NaOH( 目)量( g  )  純 度 (

% ) 

純 品 ( g  ) 

1 

)反応率(目)

2 ) 

1 0   5 .  1 4   32.8  1 .   68  36.5  2 0   5 .  1 6   3 3 . 3  1 .   7 2   3 7 . 2  3 0   5.09  42.2  2.14  46.5  4 0   5.20  42.8  2.23  48.2  1  )  : 純 品 換 算 量 2  )  :理論収量 4.62g か ら 算 出

の反応では.Cが最も適切な相聞移動触媒であり，

セチJレトリプチJレホスホニウムブロマイドなどのホ スホニウム塩化合物も高い触媒効柴を発郷してい る。これらは本研究の結果と大きく異なるものであ り.高級アルコールのエーテJレを高い反応率で得る には詳細な条件検討を必要とすることが明らかと なった。

3.実 験

3. 1 反応率および物性の測定

(1)別途合成した[4)の純品ラウリルエーテルとセ チルエーテルを用い，キノリンを内部標準に使用し て，高速液体クロマトグラフィー(目立L‑6

∞

⁰⁾

で検量線を作成して，合成品の純度を求め反応率を

‑49 ‑ 芳香族エーテル化反応の検討

算出した。カラムは30cmのODSカラムを使い，ヘ キサンー酢酸エチル (60:1)を溶媒にして分析した。

'H‑NMRスペクトルは盤クロロホルム溶液でTMSを 内部標準とし，日本電子α・5∞型で測定した。薬品 類および溶媒は市販の特級品を使用した。

(2)純品の物性

(a) 2・ラウリルオキシ・5・ニトローN‑プチJレペンズア ミド

無 色 針 状 結 品 (メタノーJレ)， mp75.6‑76.1t  'H‑NMR(8):0.90(t.3H.CH，).  1.∞(t.3H，CH3)，  1.20 ‑1.50 (b.20H)， 1.90 (m.2H.CH 2)， 3.49  (t.2H.CH2)， 4.25(t.2H.CHz).  7.04(d.lH)， 7.75  (s.lH.NH)， 8.30(m，1H)， 9.11(d，1H) 

(b)会セチルオキシー5・ニトローN‑プチJレベンズアミ ド

無色針状結品(メタノーJレ)、 mp77.0‑78.0t，  I H‑NMR (8) :0.75 (t.3H.  CH 3)， 0.95 (t.3H，CH  3)， 1.25‑1.55(m，28H)， 1.60(m，2H，CH2)， 1.92  (m .2H .CH2). 3.5 (m .2H ，CH 2)， 4.25 (t.2H .CHz)，  7.05(d.lH)， 7.75(s，lH，NH)， 8.30(d.lH)， 9.10 

(s ，lH) 

3.  2  [3]の合成2)

2‑クロロ・5・ニトロ安息呑酸1∞gに塩化チオニJレ を80mt加え3時間加熱還流した。反応終了後，過 剰の塩化チオニJレを減圧下に留去し，残さにベンゼ ンを加えて溶解した後，再びベンゼンを留去した。

この操作をもう一度行いできるだけ塩化チオニルを 除いた。得られた粗製の2‑クロロー5‑ニトロ安息香 酸クロライドをそのままつぎの反応に用いた。

粗製の酸クロライドをクロロホルム200m

e 

~こ溶 解して‑lOtに冷却した。この中へあらかじめnーブ

平成6年2月

チルアミン80gとクロロホJレム5∞mtで調製した溶 液を、ー5一 寸otで少しずつ滴下した。滴下終了後，

室温に戻してかくはんを続けた。つぎに0‑ー5tに 冷却しながらN‑塩酸を加えて中和した。結晶をろ 過しろ液からクロロホJレム浴液を分間監した後，クロ ロホルムを留去した。この残さと結晶をそれぞれ水 洗した後、メタノールから再結晶しての2・クロロー5・ ニトローN‑プチルペンズアミドを得た。収量96.3g、 収率75.0%，mp136.4‑137.0t 

3. 3  [4]の合成

反応フラスコに40%水酸化ナトリウム水溶液1.5g (15mmo e)，所定のアルコーJレ11.5mmoe ，所 定 のPTCをO.lmmot， ^{[3]2.6g  (lOmmo} e)およびベ ンゼン15m

e

^{を加え， 60tで60min反応させた。反}

応終了後、溶媒を減圧下に留去し，残さを水洗して ろ過し乾燥した。得られた図形物について高速液体 クロマトグラフィーで純度求め反応率を算出した。

本研究は三井東圧化学(株)の奨学寄付金の援助 によって実施したものであり深く感謝の意を表しま す。NMRおよび各種物性の測定，解析をしていた だいた三弁東圧化学 (株)総合研究所に深く感謝の 意を表します。

‑ 考 文 献

1)  Dino NlSATO， Marco FRIGERIO etal.，  Synthesis， pl081.1982 

2)ディノ・ニサト，フラピオ・ダニエリ，

特関昭 53‑82746