Claisen Rearrangemet #2 クライゼン転移反応2

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J. Flow Chem., 2018, 8, 147–156.
Open Access DOI: https://doi.org/10.1007/s41981-018-0021-6

“A continuous-flow resonator-type microwave reactor for high-efficiency organic synthesis and Claisen rearrangement as a model reaction”

Emiko Koyama, Noriko Ito, Jun-ichi Sugiyama, Joshua P. Barham, Yasuo Norikane, Reiko Azumi, Noriyuki Ohneda, Yoshinobu Ohno, Takeo Yoshimura, Hiromichi Odajima, Tadashi Okamoto

Abstract
  We have developed a single-mode microwave reactor for continuous-flow synthesis with various methods of operation. This device measures the resonant frequency and modulates the oscillation frequency accordingly to maintain the maximum electric field intensity in the cavity. It can be operated either using constant applied irradiation power or using new programs which change the electric power (E-GRA) and change the flow rate (Fl-GRA), in order to rapidly screen various reaction conditions. As a model reaction, the Claisen rearrangement reaction of allyl 1-naphthyl ether 1 was rapidly optimized in this device, affording the desired product 2-allylnapthalen-1-ol 2 in high (91%) yield and up to 20 g/h productivity.

Equipment information
Reactor size: 100 mm, Maximum power: 100 W (SAIDA FDS INC.)

概要

クライゼン転移とは
 クライゼン転位は、アリルビニルエーテル構造をもつ化合物の熱的[3, 3]-シグマトロピー転位であり、対応するγ, δ-不飽和カルボニル化合を生じる反応である1,2

 また、アリールアリルエーテル構造を有する化合物においても、クライゼン転位は進行する。得られるカルボニル化合物はケト-エノール互変異性により直ちにフェノール型構造へと異性化するため、フェノール誘導体の合成に有用である1,2

 なお、アリル基上に置換基が存在する場合、下図の例では転位生成物は次のようになる3

 酸素が炭素に置換された化合物においては、Cope転位という同様の[3, 3]-シグマトロピー転位が進行する4。Cope転位は可逆反応であるが、クライゼン転位は熱力学的に安定なため不可逆に進行する。このため、特にオルト位に置換基が存在する場合 (R)、クライゼン転位によって生じるケト化合物がさらなるCope転位を起こしやすく、アリル基はOH基のパラ位に導入される3

参考文献
1. Claisen, L. Ber., 1912, 45, 3157-3167
2. Tarbell, D. S.; Org. Reactions, 1944, 2, 2-48.
3. Rhoads, S. J.; Raulins, N. R. Org. Reactions, 1975, 22, 1-252.
4. Cope, A. C.; Hardy. E. M. J. Am. Chem. Soc., 1940, 62, 441-444.

論文概要 (J. Flow Chem., 2018, 8, 147–156.)

 アリル1-ナフチルエーテルのクライゼン転位は、2.0 M in CPME, マイクロ波 50 W一定出力、流速 1.0 mL/min、反応容器スパイラル管A(マイクロ波照射部容量1.0 mL),、背圧2.5 MPaの条件で、フロー型マイクロ波装置100 Wを用いておこなった。結果として、o-クライゼン転位生成物である2-アリル-1-ナフトールが、10.1 g/30min (収率91% , 20.2 g/h)で得られた。また、p-クライゼン転位生成物の4-アリル-1-ナフトールは0.29g/30min (収率2.6%, 0.29 g/h)で得られた。

実験方法
 ① 溶液供給瓶に、アリル1-ナフチルエーテルが2.0 MとなるようにCPMEと混合しA液とした。
 ② 別途、CPME溶媒のみを溶液供給瓶に入れた(B液)。
 ③ AおよびB液が入った瓶それぞれに、ポンプと繋がった吸入口管を入れた。
 ④ エアトラップが満たされるようシリンジを用い手動でB液を吸引した。
 ⑤ PC画面から流量1.0 mL/minの設定で、B液をフロー型マイクロ波装置に送液した。
 ⑥ PC画面表示を見ながら、手動でBPRを操作し背圧を2.5 MPaにした。
 ⑦ 出力50 W一定でマイクロ波を照射した。
 ⑧ 温度が一定になった後、溶液の供給をA液に切り替えた。
 ⑨ BPR後段のチューブから排出される溶液を9 ml廃棄した後、反応溶液を30分採取した。
 ⑩ 採取した反応溶液から溶媒を減圧留去した。
 ⑪ 得られた反応混合物のNMR分析から、o-クライゼン転位生成物である2-アリル-1-ナフトールおよびp-クライゼン転位生成物である4-アリル-1-ナフトールは、それぞれ収率91.0% (486.2 g/day)および2.6% (14.0 g/day)で得られることがわかった。
 ⑫ この反応混合物をゲルパーミエーションクロマトグラフィ(溶媒:クロロホルム)により精製し、2-アリル-1-ナフトールを9.17 g (収率83%)、4-アリル-1-ナフトールを0.29 g (収率2.6%)で単離した。

実験結果提供:産業技術総合研究所 小山恵美子先生、杉山順一先生、Joshua P. Barham先生、則包恭中央先生、阿澄玲子先生
装置情報:100 mmキャビティ、100 W

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