The Vilsmeier reaction of anthracene (1) with N-methylformanilide and pyrophosphoryl chloride afforded 9-formylanthracene (2) in good yields by using microwave irradiation or by using traditional heating. The reaction time under microwave irradiation was markedly shorter than that by heating with an oil bath

種村 潔

鈴木 常夫

application/pdfThe Vilsmeier reaction of anthracene (1) with N-methylformanilide and pyrophosphoryl chloride afforded 9-formylanthracene (2) in good yields by using microwave irradiation or by using traditional heating. The reaction time under microwave irradiation was markedly shorter than that by heating with an oil bath.departmental bulletin pape

鈴木, 常夫

スズキ, ツネオ

30095161

種村, 潔

タネムラ, キヨシ

9000008409753

The Nippon Dental University Repository

マイクロ波を用いるアントラセンの Vilsmeier 反応著者 鈴木 常夫, 種村 潔雑誌名 日本歯科大学紀要. 一般教育系巻 43ページ 1-6発行年 2014-03-20URL http://doi.org/10.14983/00000678Creative Commons : 表示 - 非営利 - 改変禁止http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.jaマイクロ波を用いるアントラセンの Vilsmeier 反応The Vilsmeier Reaction of Anthracene Using Microwaves新潟生命歯学部 鈴木常夫種村 潔Tsuneo SUZUKI and Kiyoshi TANEMURAThe Nippon Dental University, School of Life Dentistry at Niigata,Hamaura-cho, Chuo-ku, Niigata 951-8580, JAPAN(2014 年 2 月 12 日受理 )AbstractThe Vilsmeier reaction of anthracene (1) with N-methylformanilide and pyrophosphoryl chloride afforded9-formylanthracene (2) in good yields by using microwave irradiation or by using traditional heating. Thereaction time under microwave irradiation was markedly shorter than that by heating with an oil bath.Key words: microwave, the Vilsmeier reaction, formylation, anthracene, 9-formylanthracene1 緒 論芳香族化合物のホルミル化は合成化学的に重要な反応であり， Gattermann 反応， 1)Gattermann-Koch 反応，2)Reimer-Tiemann 反応，3)Duff 反応 4) など多くの合成法が知られている。それらの中でも Vilsmeier 反応は簡便な方法であり多くの芳香族化合物や複素環化合物に用いられている。 5) しかし，ベンゼンやナフタレンなどの不活性な芳香族化合物には用いることができない。Scheme 1 にアントラセン（ 1）の Vilsmeier反応を図示した。 Fieser らは， N-メチルホルムアニリド (NMFA)とオキシ塩化リンを用い，アントラセン (1)から相当する 9-ホルミルアントラセン (2)を収率良く合成している。 6) 同じく， Campaigne らは， N,N-ジメチルホルムアミド (DMF)とオキシ塩化リンを用いて化合物 2 を中程度の収率で合成している (Scheme 1)。 7) これらの反応では加熱の方法として蒸気浴が使用されている。一方， Paul らは，シリカゲルを担体に用い，マイクロ波 (MW)加熱によるVilsmeier 反応によってホルミル化合物 2 を化合物 1 から収率良く合成している。また，マイクロ波による加熱は通常の加熱に比べて反応時間を短縮することを併せて報告している。 8)この論文ではアントラセン (1) の Vilsmeier反応における各種アミドとクロリドの反応性の違いおよびマイクロ波の効果について報告する。Scheme 1 The Vilsmeier reaction of anthracene (1) with N-methylformanilide or N,N-dimethylformamideand phosphorus oxychloride.CHONMFA, POCl3o-Dichlorobenzene,steam-bath, 2 h.(92% Yield)1 21 2DMF, POCl31 2DMF, POCl3SiO2, MW,2 min(92% Yield)(63% Yield)o-Dichlorobenzene,steam-bath, 2 h.2 実 験2.1 試薬・装置MW の照射には簡易型マイクロ波テスト装置 SMW-041(Shikoku Insturumentation)を 用いた。照射パワーは約 65W （ Power 1）である。照射時間は 5 秒， 照射間隔は 49 秒である。マイクロ波照射終了後の反応温度の測定には Radiation Thermometer IT-314 (AsOne) を用いた。アントラセン， N,N-ジメチルホルムアミド，N-メチルホルムアニリド，オキシ塩化リン，ピロホスホリルクロリドは市販品を用いた。カラムクロマトグラフィーには Kiesel gel 60 (Merk)を 担体として用いた。生成物 2 の構造は，合成した化合物の 1H NMR スペクトルおよび赤外線吸収スペクトルを既知の方法 6)で合成した2-ホルミルアントラセン (2)のそれらのスペクトルと比較して同定した。2.2 アントラセン (1)と N-メチルホルムアニリドおよびピロホスホリルクロリドの反応アントラセン (1)(1.783 g， 0.010mol）に N-メチルホルムアニリド (1.85 mL， 0.015mol)を加えた。混合物を冷却後，ピロホスホリルクロリド (2.08 mL， 0.015mol) を少量ずつ添加し室温で 20 分撹拌した。混合物を撹拌しながら，マイクロ波を 15 分照射した。反応終了後，反応混合物の温度は 98℃であった。反応混合物を氷水 200 mL に注ぎ， 5 ％炭酸ナトリウム水溶液で塩基性にした。反応混合物をエーテル (200mL×2)で抽出し，水 (40mL)， 6M HCl (40mL)，そして水 (40 mL ×3)で洗浄した。続いてエーテル溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥後溶媒を除去した。得られた残渣 (2.324 g)をカラムクロマトグラフィーにかけた。ヘキサン -アセトン混合溶媒 (vol/vol=150/1)で展開し，最初にアントラセン (1)(23.3mg，2 日本歯科大学紀要　第 43 巻　Table1 The Vilsmeier reaction of anthracene (1) with various amides and chlorides under microwaveirradiation a)a) Microwave irradiation was performed at about 65 Watt (Power 1). Irradiation time is 15 min. NMFA:N-methylformanilide, DMF: N, N-dimethylformamide; b) R.T.: Reaction Temperature; c) A molar ratio of 1: NMFA:P2O3Cl4 is 1:1.2:1. 2; d) A molar ratio of 1: NMFA: P2O3Cl4 is 1: 1.5: 1.5; e) A molar ratio of 1: NMFA: P2O3Cl4 is 1: 2:2; f) A molar ratio of 1: DMF: P2O3Cl4 is 1: 1.2: 1.2; g) A molar ratio of 1: NMFA: POCl3 is 1: 1.2: 1.2; h) A molarratio of 1: DMF: POCl3 is 1: 1.2: 1.2; i) A molar ratio of 1: DMF: POCl3 is 1: 2: 2; j) A reaction mixture was heated at100 ℃ for 2 h in an oil bath. A molar ratio of 1: NMFA: POCl3 is 1: 1.5: 1.5.Entry Amide Chloride R.T. b)/℃ Yield of 2/% Recovery of 1/%1c) NMFA P2O3Cl4 108 78.3 16.02d) NMFA P2O3Cl4 98 92.2 1.33e) NMFA P2O3Cl4 77 90.5 0.44f) DMF P2O3Cl4 100 72.0 18.35g) NMFA POCl3 89 70.9 22.56h) DMF POCl3 100 38.6 33.77i) DMF POCl3 104 67.8 5.88j) NMFA P2O3Cl4 100 97.9 1.01.3%) が，続いて 9-ホルミルアントラセン(2) (1.902 g， 92.2%)が溶出した。アミドとクロリドのモル比を変えて，また，組み合わせを変えて同様な実験を行い，それらの結果を Table 1 にまとめた。3 結果と考察最初に， N-メチルホルムアニリドおよびピロホスホリルクロリドを用いてアントラセン (1) のホルミル化を試みた。アントラセン (1) を N-メチルホルムアニリドおよびピロホスホリルクロリドとモル比 1：1.2： 1.2 で混合し，マイクロ波を 15 分照射した。反応混合物をカラムクロマトグラフィーにかけて，相当するアルデヒド 2 を78.3 ％の収率で得た。また，16.0 ％の原料 1を回収した (Entry 1)。原料 1 が 16.0 ％回収されたため，次にモル比を 1： 1.5： 1.5 にして同様な反応を行った。化合物 2 が収率92.2 ％で生成し，原料 1 が 1.3 ％で回収された (Entry 2)。 続いて，モル比を 1： 2： 2に変えて，同様な反応を行ったところ化合物 2 が 90.5 ％で得られ、痕跡量の原料 1が回収された (Entry 3)。このように原料 1と NMFA と P2O3Cl4 のモル比を 1： 1.5： 1.5以上にすると目的のアルデヒド 2 が定量的に生成することが判った。Scheme 2 に化合物 2 の生成経路を示した。最初に， NMFA と P2O3Cl4 が反応してVilsmeier 錯体を生成する。 9) 続いて，アントラセン（ 1）との新電子置換反応によりイミニウム塩 7 を与える。反応終了後， 7を加水分解することにより目的の化合物 2が生成する。次に，化合物 2 の生成に対するアミド3マイクロ波を用いるアントラセンの Vilsmeier 反応鈴木・種村Scheme 2 The production of 9-formylanthracene (2) by the reaction of anthracene (1) and theVilsmeier complex 3 or 4.RNH3C C+ POCl ClO POClCl POClN COH3CR HPO2Cl23: R=Ph4: R=CH3ClOHCHO123 or 4CH=NCH3(R)7hydrolysisPO2Cl2(NMFA または DMF)とクロリド (P2O3Cl4 または POCl3)の影響を見るために Table 1 に示したようにアミドとクロリドの組み合わせを変えて同様な反応を行った (Entries 4-6)。DMF と P2O3Cl4 を用いてモル比 1： 1.2： 1.2で行うとホルミル体 2 が収率 72.0%で生成した。また，化合物 1 が 18.3 ％で回収された (Entry 4)。同じく，NMFA と POCl3 を用いて同様な反応を行うと化合物 2 が 70.9 ％の収率で得られ，原料 1 が 22.5 ％で回収された (Entry 5)。 一方， DMF と POCl3 の組み合わせで行うとアルデヒド 2 が 38.6 ％の収率で生成し，原料 1 が 33.7 ％で回収された(Entry 6)。モル比を 1： 2： 2 にして同様な反応を行ったところ，アルデヒド 2 が 67.8％の収率で得られ，収率の改善が見られた (Entry7)。このようにアミドとクロリドの組み合わせによって化合物 2 の収率に違いが生じることが判明した。Scheme 3 に NMFA と POCl3 および DMF とPOCl3 の反応による Vilsmeier 錯体 8 と 9 の形成を図示した。始めに，付加体がアミドとオキシ塩化リンの反応から生じる。続いて付加体から Cl イオンまたは PO2Cl2イオンが脱離して，錯体 8 と 9 が生成する。この反応は可逆反応であり，錯体 8 と 9 ま4 日本歯科大学紀要　第 43 巻　Scheme 3 The formation of the Vilsmeier complexes 8-11 by the reaction of NMFA or DMF with POCl3.NH3C CHO+ POCl ClCl POClClRNCH3HCONH3CCOHPO2Cl2ClRR POCl2Cl NH3CCClHR  8: R=Ph10: R= CH3  9: R=Ph11: R= CH3たは 10 と 11 間の平衡は用いたアミドとクロリドの濃度と反応温度に支配されることが報告されている。 9a)NMFA と P2O3Cl4 の組み合わせたときに最もアルデヒド 2 の収率が良かったのは，NMFA と P2O3Cl4 から形成した Vilsmeier 錯体3 の親電子性が錯体 4， 8-11 よりも大きいためと考えられる。 9a) 一方， DMF と POCl3の組み合わせのとき最も化合物 2 の収率が低かったのは 11 または 10 の親電子性が低いことと系中に発生した熱や塩化水素 6)によって中間体 7(R=CH3)または 10 および11 が一部分重合したか，または分解したためと思われる。 9a, 10, 11)最後に，アントラセン（ 1）を NMFA とP2O3Cl4 とモル比 1: 1.5: 1.5 でオイルバス中 2時間加熱した。化合物 2 が収率 97.9%で得られ，原料 1 が 1.0%回収された (Entry 8)。Entry 2 の結果と比較してマイクロ波による加熱は通常の加熱よりも反応時間を短縮することが判明した。4 結 論アントラセン（ 1）と N-メチルホルムアニリドおよびピロホスホリルクロリドによる Vilsmeier 反応により，相当する 9-ホルミルアントラセン（ 2）を収率良く合成した。また，通常の加熱と比較しマイクロ波照射による加熱は反応時間を短縮することが判明した。謝 辞この研究は日本歯科大学研究推進補助金（NDUF-09-16）によるものであり、ここに深謝いたします。文 献1a) L. Gattermann, Ber., 31, 1149 (1878); b) W. E.Truce,"Organic Reactions," edited by R. Adams,John Wiley & Sons, New York (1957), Vol.9,p.37.2a) L. Gattermann, Ann., 347, 347 (1906); b) N. N.5マイクロ波を用いるアントラセンの Vilsmeier 反応鈴木・種村Crounse,"Organic Reactions,"edited by R. Adams,John Wiley & Sons, New York (1950), Vol. 5, p.290.3) K. Reimer and F. Tiemann, Ber., 9, 423, 824 (1876).4) J. C. Duff and V. I. Furness, J. Chem. Soc., 1951,1512.5)A. Vilsmeir and A. Haack, Ber., 60, 119 (1927).6) L. F. Fieser and J. L. Hartwell, J. Am. Chem. Soc.,60, 2555 (1938).7) E. Campaigne and W. L. Archer, J. Am. Chem.Soc.,75, 989 (1953).8) S. Paul, M. Gupta, and R. Gupta, Synlett, 2000,1115.9a) I. M. Downie, M. J. Earle, H. Heaney, and K. F.Schunaibar, Tetrahedron, 49, 4015 (1993) andreferences cited therein; b) G. Jones and S. P.Stanforth," Organic Reactions," edited by L. A.Paquette et al., Jhon Wiley & Sons, New York(1997), Vol. 49, p.1 and references cited therein.10) J. H. Wood and R. W. Bost, J. Am. Chem. Soc.,59,1721 (1937).11) Entry 6 の反応で，エーテル抽出されない黄色化合物が多量に存在した。6 日本歯科大学紀要　第 43 巻　

マイクロ波を用いるアントラセンの Vilsmeier 反応

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