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ケムステしごと

アミン化合物をワンポットで簡便に合成 -新規還元的アミノ化触媒-:関東化学

アミン化合物は医薬品、農薬などの生理活性物質をはじめ、ポリマーなどの工業材料に至るまで様々な化学物質に含まれる重要な化合物です。

これらを合成する方法として、カルボニル化合物からワンポット一段階でアミンを得る還元的アミノ化反応が知られていますが、これらに使用するヒドリド試薬による還元や固体触媒による水素化は工業的使用に問題が残ります。

例えばNaBH3CN, NaBH(OAc)3, pyridine-borane等のヒドリド還元剤には毒性を持つものが多くあり、当量還元剤であるが故廃棄物量が多いことや爆発性の問題もありました。

また、パラジウムや白金などの固体触媒による水素化は耐圧容器を必要とするため設備上の制約があり、ニトロ基やシアノ基などの官能基が損なわれる問題がありました。さらに、第一級アミンの合成となると、実用性が高い簡便な方法はほとんど知られていないのが現状でした。以上のように、還元的アミノ化反応は古くから知られている重要な反応ではあるものの、環境調和性や安全性に配慮し、操作性に優れた方法はあまり知られておらず、改良の余地が残されていました。

このような状況の中、当社は実用性に優れた水素移動型の還元的アミノ化触媒、すなわちピコリンアミドを配位子にもつCp*イリジウム錯体(Ir-PA cat.)、および8-キノリノールを配位子にもつCp*イリジウム錯体(Ir-QN cat.)を見出しました。

現在、5種類のIr-PA触媒と2種類のIr-QN触媒を製品化し、試薬として販売しています。

当社で製品化している還元的アミノ化触媒

 

これらの触媒は配位飽和な18電子錯体であり、水や空気に対して安定です。このため触媒を仕込む際には大気中で秤量が可能であり、その他特別なテクニックを必要としない。取り扱い容易なギ酸、またはギ酸塩を水素源とし、穏和な条件で触媒反応を実施できることから、通常の反応釜で反応が行えるメリットがあります。

Ir-PA触媒とIr-QN触媒はそれぞれ合成可能なアミンの種類が異なり、Ir-PA触媒は第一級アミンの合成に、Ir-QN触媒は第二級アミンや第三級アミンの合成に適しています(スキーム1)。

Ir-PA触媒を用いる第一級アミンの合成では、基質、ギ酸アンモニウム、溶媒(多くの場合、メタノールが有効)、および酢酸(基質によってはギ酸も使用可)を混合し、60℃から溶媒の沸点に合わせて加熱攪拌すれば良い。

Ir-QN触媒を用いる第二級、第三級アミンの合成では、基質、溶媒(各種溶媒が使用可)、およびギ酸を混合し、30℃から60℃程度で加熱攪拌すれば良い。

注意点として、水素源がギ酸であることから反応の進行に伴って二酸化炭素が放出されるため、密閉系での反応は避ける必要があります。

スキーム1

 

カルボニル化合物の種類に応じてこれらの触媒を使い分けることによって最適な結果が得られます。

例えば、第一級アミンを合成する場合は、最初に幅広い基質適応性を示すIr-PA1触媒の使用を推奨します。副反応が少なく良好な収率で第一級アミンが得られた場合は、次にIr-PA触媒の中で最も高活性なIr-PA2触媒を、カルボニル基近傍が立体的にかさ高く第一級アミンの収率が低い場合はIr-PA2触媒およびIr-PA3触媒を、アルコール体の副生が多い場合はIr-PA4触媒やIr-PA5触媒をそれぞれ使用することにより、第一級アミンの収率を効果的に向上させることが可能になります。

官能基許容性も高く、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基等の官能基を損なうことが無い。具体例をあげると、アセトフェノンは、Ir-PA2触媒存在下、基質/触媒モル比 (S/C) = 10,000の条件で速やかに反応し、収率90%で1-フェネチルアミンを与えます(スキーム2)。

スキーム2

 

また、カルボニル近傍が嵩高い2’-ブロモアセトフェノンは、Ir-PA3触媒存在下で2’-ブロモフェネチルアミンを効率的に与えます(スキーム3)。第二級、第三級アミン合成においては、最初にIr-QN1触媒を使用し、副反応が少ないようであれば、より高活性なIr-QN2触媒を次に使用することで、目的のアミンを効率的に取得することができます。

スキーム3

 

我々の開発した還元的アミノ化触媒は、高活性かつ簡便に使用できる触媒です。当社は大量供給体制を整えているため、研究開発のみならず、工業的生産にも対応できます。目的化合物を合成するツールの一つとして活用いただければ幸いです。

この製品に関するお問い合わせ

関東化学株式会社

本社:東京都中央区日本橋室町2-2-1

電話:03-6214-1090 FAX:03-3241-1047 メールはこちら

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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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