(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便にカルボニル化合物を製造する方法を提供する。【解決手段】従来のアルコールを酸化してカルボニル化合物を合成する方法を検討した結果、無触媒かつ無溶媒で、酸素含有気体雰囲気下で、アルコールを１３０℃以上で加熱することにより、対応するカルボニル化合物を合成できる。また過酸化物を添加することにより、反応収率を上げることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無溶媒で、常圧〜２０気圧下で、かつ酸素含有気体の存在下で、下式
Ｒ１Ｒ２ＣＨＯＨ
（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す）で表わされるアルコールを１３０℃以上で加熱することから成るカルボニル化合物の製法。
【請求項２】
さらに、有機溶媒中で濃度がもとの１／２になるまでに要する時間が１時間である温度１３０℃以上である過酸化物を共存させる請求項１に記載の製法。
【請求項３】
反応系中の前記過酸化物の濃度が０.０００１〜５.０Ｍである請求項２に記載の製法。
【請求項４】
前記過酸化物が、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、１，３−ジ（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、ジ−ｔ−アミルパーオキサイド、エチル−３，３−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブチレート、１，１，３，３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイドまたはｔ−アミルハイドロパーオキサイドである請求項２又は３に記載の製法。
【請求項５】
酸素含有気体が酸素である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製法。
【請求項６】
酸素含有気体が空気である請求項１〜４のいずれか一項に記載の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カルボニル化合物の製造方法に関し、より詳細には、無溶媒でアルコールから対応するカルボニル化合物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過酸化水素を製造する方法として、１−フェニルエタノールを空気酸化する方法が報告されており、その際、１−フェニルエタノールが空気酸化されてアセトフェノンが生成する（特許文献１）。この反応条件では特殊な反応フローシステムや高圧条件（２１ＭＰａ）が必要であり、過酸化水素の製造に主眼を置いているため、原料基質としてエチルベンゼン、１−フェニルエタノール及びアセトフェノンの混合物を使用している。
また、共溶媒存在下での二級アルコールの空気酸化反応による過酸化水素の製法が報告されており（非特許文献１）、１１５℃で１気圧の空気フローの条件で反応が行われているが、共溶媒が存在しない揚合、アルコールの空気酸化がほとんど進行しない（収率０〜３．７％）。
一方、遷移金属触媒存在下、常圧かつ無溶媒条件下でのアルコールの酸素酸化によるカルボニル化合物の合成は報告されている。この手法では、高価な遷移金属触媒が必要であり、また金属を除去する必要から効率的とは言い難い（非特許文献２，３）。これまでに常圧、無溶媒、さらに無触媒条件下で、加熱（１３０℃以上）のみによりアルコールを酸素酸化してカルボニル化合物を効率良く合成する例は報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−９７６０７
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ind.Eng.Chem.Res.2008.47,8025
【非特許文献２】J.Am.Chem.Soc.2O04.126,10657
【非特許文献３】Angew.Chem.Int.Ed.2007.46,4151
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、無溶媒で遷移金属触媒を全く使用せず、アルコールの酸素酸化により、対応するカルボニル化合物を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、従来のアルコールを酸化してカルボニル化合物を合成する方法を検討した結果、無触媒かつ無溶媒で、常圧の酸素雰囲気下で、アルコールを１３０℃以上で加熱することにより、対応するカルボニル化合物を合成できることを見いだし、本発明を完成させるに至った。また、過酸化物を添加することにより、反応収率を上げることができることを見いだした。
すなわち、本発明は、無溶媒で、常圧〜２０気圧下で、かつ酸素含有気体の存在下で、下式
Ｒ１Ｒ２ＣＨＯＨ
（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す）で表わされるアルコールを１３０℃以上で加熱することから成るカルボニル化合物の製法
である。
【発明の効果】
【０００７】
複雑な反応システムを必要とせず、また反応溶媒及び遷移金属触媒を全く使用することなく、酸素と熱のみでアルコールの酸化反応によるカルボニル化含物を合成することができる。すなわち、先行技術に比べ、低コストで環境負荷が少なく、高い生産効率での有機工業化学分野で有用なカルボニル化合物を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の反応基質は下式
Ｒ１Ｒ２ＣＨＯＨ
で表わされるアルコールである。
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。このアルキル基は、置換基を有していてもよい炭素数が１〜５０、好ましくは炭素数が１〜３０のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基などが挙げられる。このアリール基は置換基を有していてもよい炭素数が６〜５０、好ましくは炭素数が６〜３０のアリール基であり、例えば、フェニル基、α又はβ−ナフチル基などが挙げられる。このアラルキル基としては置換基を有していてもよい炭素数が７〜５０、好ましくは炭素数が７〜３０のアラルキル基であり、例えば、ベンジル基などが挙げられる。
この置換基としては、メチル基、メトキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、トリフルオロメチル基などが挙げられる。
また、Ｒ１とＲ２の一方は水素原子であってもよい。更に、Ｒ１とＲ２は、それらが結合する炭素原子とともに、脂肪族または芳香族の環、例えば５〜７員環を形成してもよい。
なお、このアルコールには沸点が加熱温度（例えば、１３０℃や１６０℃）よりも低いアルコールも含まれる。これらは加圧をして必要な加熱温度を確保する。
【０００９】
この反応において、溶媒は用いない。ただし、アルコール中に５重量％程度までの水を含んでもよい。
この反応は、酸素含有気体の存在下で行われる必要がある。酸素含有気体は酸素を１０容積％以上含む必要があり、好ましくは酸素または空気である。
この反応の温度は１３０℃以上、好ましくは１６０℃以上であり、この反応は液相で行われる必要がある。
この反応の圧力は、常圧〜２０気圧、好ましくは常圧である。
この反応の反応時間は、０．５〜３２時間、好ましくは３〜２４時間である。
【００１０】
この反応系に、過酸化物を加えてもよい。この過酸化物は通常ラジカル重合反応のラジカル開始剤として使用される。
本発明の反応において用いることのできる過酸化物は、反応系において長時間にわたって過酸化物の状態であることが有効である。そのための指標として、過酸化物をある温度の有機溶媒（ベンゼン、ドデカン、デカン等）に溶解し、過酸化物が分解して、その濃度がもとの１／２になるまでに要する時間（以下「半減期」という。）が１時間である温度により規定することができる。
【００１１】
後記の実施例と比較例で明らかになったように、この半減期が１時間である温度が１３０℃以上である過酸化物が有効である。
このような過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド（１３７℃（Ｄ））、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン（１４０℃（ＤＤ））、１，３−ジ（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン（１３６℃（Ｂ））、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド（１４９℃（Ｄ））、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３（１５２℃（ＤＤ））、ジ−ｔ−アミルパーオキサイド（１４３℃（ＤＤ））、エチル−３，３−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ブチレート（１３４℃（ＤＤ））、１，１，３，３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド（１５４℃（Ｂ））、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド（２００℃（Ｂ））、ｔ−アミルハイドロパーオキサイド（１８３℃（Ｂ））等が挙げられる（カッコ中の数字は半減期が１時間である温度と測定溶媒を示す。Ｂ：ベンゼン、Ｄ：デカン、ＤＤ：ドデカン）。
この反応系における過酸化物の濃度は０.０００１〜５.０Ｍ、好ましくは０.０００１〜１．５Ｍである。
【００１２】
本発明の反応は下式で表わされ、アルコールに対応するカルボニル化合物が生成する。式中、Ｒ１とＲ２は上記で定義した通りである。
【化１】
2010184890.tif 000002
【実施例】
【００１３】
以下、実施例にて本発明を例証するが本発明を限定することを意図するものではない。
実施例１
本実施例では、１−フェニルエタノールを加熱することによりアセトフェノンを得た。反応式を下式に示す。
【化２】
2010184890.tif 000003
酸素１気圧下で、Pyrex（登録商標）試験管（φ１.５ｃｍ×２０ｃｍ）に１−フェニルエタノール（ナカライテスク社）８５.５ｍｇ（０.７ｍｍｏｌ）を入れ、反応温度を１６０℃で、６時間加熱撹拌した。反応終了後、反応混合物に内部標準（メシチレン、和光純薬工業社）を加え、アセトンで希釈し、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）で分析した。その後、溶液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて生成物を単離、精製し、１Ｈ−ＮＭＲで分析した。
生成物（アセトフェノン）の分析結果を以下に示す：
1H-NMR (500MHz,CDCl3):δ7.93 (dd, J=7.5, 1.5 Hz, 2H),7.52 (td, J=7.5, 1.5 Hz, 1H), 7.42 (td, J= 7.5,  Hz, 2H), 2.56 (s, 3H)
アセトフェノンの収率は、ＧＣ（Agilent Technologies社 6850 SeriesII）を用いて決定した。アセトフェノンの収率は５５.６％であった。
収率決定に使用したＧＣの条件を以下に示す。
使用カラム：Agilent Technologies社 HP-5、試料注入口温度：２５０℃、検出部温度：２５０℃、スプリット比：５０：１。ＦＩＤ検出器。オーブン条件：１００℃で１５分間、その後１分間に１０℃昇温、３００℃に達した後、３００℃で１５分間、Ｈｅガス流量：１.０ ｍＬ/ｍｉｎ。
【００１４】
実施例２〜４、比較例１〜３
反応時間を２４時間、反応温度を４０〜１９０℃にして実施例１と同様に反応を行った。結果を下表に示す。
【表１】
2010184890.tif 000004
反応温度が、１３０℃以上、特に１６０℃では高収率でアセトフェノンが得られたが、１００℃以下では反応が効率よく進行しなかった。
【００１５】
実施例５、６
反応時間を３時間と１８時間に変更して実施例１と同様に反応を行った。反応時間が３時間の場合は５０.１％、１８時間の場合は５０．２％の収率でアセトフェノンが得られた。
実施例７
反応時間を２４時間、酸素の代わりに空気（酸素分圧：０.２ａｔｍ）を用いて実施例１と同様に反応を行った。その結果２３.６％の収率でアセトフェノンが得られた。
【００１６】
実施例８〜１７
本実施例では反応基質として表２に示すアルコールを用いて反応をおこなった。
各反応基質（アルコール）として、１−（ｐ−メトキシフェニル）エタノール（シグマ・アルドリッチ社（実施例８））、１−（ｐ−メチルフェニル）エタノール（東京化成工業社（実施例９））、１−（ｐ−クロロフェニル）エタノール（東京化成工業社（実施例１０））、１−（ｐ−トリフルオロメチルフェニル）エタノール（和光純薬工業社（実施例１１））、ジフェニルメタノール（和光純薬工業社（実施例１２））、２−オクタノール（東京化成工業社（実施例１３））、２−ノナノール（東京化成工業社（実施例１４））、２−デカノール（シグマ・アルドリッチ社（実施例１５））、シクロヘプタノール（東京化成工業社（実施例１６））及びシクロオクタノール（和光純薬工業社（実施例１７））を用いて、反応時間を２４時間にして実施例１と同様に反応をおこなった。結果を下表に示す。
【表２】
2010184890.tif 000005
芳香族、脂肪族鎖状及び環状２級アルコールは、本条件下、いずれの場合も酸化され、対応するケトン化合物が２０．０〜６４．４％の収率で得られた。
【００１７】
本実施例の生成物の１Ｈ−ＮＭＲ分析結果を以下に示す：
パラメトキシアセトフェノン(実施例８):1H-NMR (500 MHz, CDCl3)δ7.93 (dd, J=9.0, 2.0 Hz, 2H), 6.92 (dd, J=9.0, 1.5 Hz, 2H), 3.86 (s, 3H), 2.55(s, 3H)。 パラメチルアセトフェノン(実施例９):1H-NMR (500 MHz, CDCl3)δ7.82 (dd, J=7.5, 2.5 Hz, 2H), 7.20 (d, J=7.5 Hz, 2H), 2.52 (s, 3H), 2.36(s, 3H)。パラクロロアセトフェノン(実施例１０)1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ7.89 (dd, J=8.5, 2.0 Hz, 2H), 7.42 (dd, J=8.5, 2.5 Hz, 2H), 2.58 (s, 3H)。パラトリフルオロアセトフェノン(実施例１１) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ8.06 (d, J=7.5 Hz, 2H), 7.73 (d, J=7.5 Hz, 2H), 2.65 (s, 3H)。ベンゾフェノン(実施例１２) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ7.80 (d, J=8.0 Hz, 4H), 7.59 (t, J=8.0 Hz, 2H), 7.48 (t, J=8.0 Hz, 4H)。２−オクタノン(実施例１３) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ2.42 (t, J=8.0 Hz, 2H), 2.13 (s, 3H), 1.57 (q, J=6.5 Hz, 2H), 1.30-1.34 (br, 6H), 0.88 (t, J=7.0 Hz, 3H)。２−ノナノン(実施例１４) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ2.42 (t, J=7.5 Hz, 2H), 2.13 (s, 3H), 1.57 (q, J=7.0 Hz, 2H), 1.25-1.35 (br, 8H), 0.88 (t, J=7.5 Hz, 3H)。 ２−デカノン(実施例１５) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ2.42 (t, J=7.0 Hz, 2H), 2.13 (s, 3H), 1.57 (q, J=7.5 Hz, 2H), 1.22-1.33 (br, 10H), 0.88 (t,J=7.5 Hz, 3H)。シクロヘプタノン(実施例１６) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3):δ2.50 (t, J=6.0 Hz, 4H), 1.65-1.75 (m,8H)。 シクロオクタノン(実施例１７) 1H-NMR (500 MHz, CDCl3): δ2.41 (td, J=6.5, 2.5 Hz, 4H), 1.89 (qd, J=6.0, 2.0Hz, 4H), 1.55 (qd, J=6.0, 2.0 Hz, 4H), 1.37 (qd, J=6.0, 2.0 Hz, 2H)。
【００１８】
なお、各生成物を同定するために用いたＧＣの測定条件はオーブン温度及びＨｅガス流量以外は実施例１と同様である。本実施例で用いたオーブン温度及びＨｅガス流量を以下に示す。
条件Ａ：４０℃で１分間、その後１分間に３０℃昇温、３００℃に達した後、３００℃で１５分間。Ｈｅガス流量：２.９ｍＬ／ｍｉｎ。
条件Ｂ：１００℃で５分間、その後１分間に４０℃昇温、１５０℃に達した後、１５０℃で１５分間。Ｈｅガス流量：１.０ｍＬ／ｍｉｎ。
条件Ｃ: １００℃で１５分間、その後１分間に１０℃昇温、３００℃に達した後、３００℃で１５分間。Ｈｅガス流量：１.０ｍＬ／ｍｉｎ。
条件Ｄ：８０℃で１０分間、その後１分間に４０℃昇温、３００℃に達した後、３００℃で１５分間。Ｈｅガス流量：１.０ｍＬ／ｍｉｎ。
【００１９】
実施例１８
酸素１気圧下で、Pyrex（登録商標）試験管（φ１.５ｃｍ×２０ｃｍ）にベンジルアルコール（シグマ・アルドリッチ社）７５.７ｍｇ（０.７ｍｍｏｌ）を入れ、反応温度を１６０℃で、２４時間加熱撹拌した。冷却後、生成物に内部標準（ジエチレングリコールジエチル、東京化成工業社）を加え、アセトンで希釈した。この希釈溶液を用いて、ＧＣを用いて生成物の収率を決定した。生成物としてエステル化合物である３０.５％のベンジルベンゾエートと１２.６％のベンズアルデヒドが得られた。反応式を下式に示す。
【化３】
2010184890.tif 000006
得られた生成物の分析結果を以下に示す：
ベンジルベンゾエート：1H-NMR (500MHz,CDCl3)δ8.09 (dd, J=8.0, 1.5 Hz, 2H), 7.56 (t, J=8.0 Hz, 1H), 7.32-7.47 (m, 7H), 5.37(s, 2H)。
ベンズアルデヒド：1H-NMR (500MHz,CDCl3)δ10.0 (s, 1H), 7.89 (d, J=7.0 Hz, 2H),  7.64 (t, J=7.0 Hz, 1H), 7.53 (t, J=7.0 Hz, 2H)。
【００２０】
実施例１９
本実施例では過酸化物を加えて実施例１と同様の反応を行った。
酸素１気圧下で、Pyrex（登録商標）試験管（φ１.５ｃｍ×２０ｃｍ）に１−フェニルエタノール（ナカライテスク社）８５.５ｍｇ（０.７ｍｍｏｌ）を入れ、これにジ-ｔｅｒｔ-ブチルペルオキシド（ナカライテスク社）１０.２ｍｇを加えて、反応温度を１６０℃で２４時間加熱撹拌した。
得られた生成物（アセトフェノン）の分析結果を以下に示す：
1H-NMR (500MHz,CDCl3):δ7.93 (dd, J=7.5, 1.5 Hz, 2H),7.52 (td, J=7.5, 1.5 Hz, 1H), 7.42 (td, J= 7.5,  Hz, 2H), 2.56 (s, 3H)。
収率は実施例１と同様に行った。生成したアセトフェノンの収率は６９.３％であった。
【００２１】
比較例４〜６
本実施例では過酸化物として、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドの代わりに、ｔｅｒｔ-ブチルパーオキシベンゾエート（比較例４）、過酸化ベンゾイル（比較例５）、アゾビスイソブチロニトリル（比較例６）を用いて実施例１９と同様の反応を行った。その結果、実施例１９と同様にアセトフェノンが生成したが、その収率は低かった。
実施例１９と比較例４〜６の結果を下表に整理する。
【表３】
2010184890.tif 000007