(57)【要約】      （修正有）【課題】環境保護や経済的な面から有機溶剤を使用せずに、水又は水溶液中で簡便に有機反応を行うことのできる有機反応方法の提供。【解決手段】水溶液中の有機反応において、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下に、下部臨界共溶温度未満の温度と下部臨海共溶温度以上の温度の少なくとも2段階の温度で水溶媒中有機反応を行わせる。下部臨界共溶温度を有するポリマーは、N−イソプロピルアクリルアミド重合体もしくはＮ−イソプロピルアクリルアミド共重合体であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中の有機反応において、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下に有機反応を行わせることを特徴とする水系反応方法。
【請求項２】
水溶液中の有機反応において、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下に、下部臨界共溶温度未満の温度と下部臨界共溶温度以上の温度の少なくとも2段階の温度で有機反応を行わせることを特徴とする請求項１記載の水系反応方法。
【請求項３】
下部臨界共溶温度を有するポリマーが、N−イソプロピルアクリルアミド重合体もしくはＮ−イソプロピルアクリルアミド共重合体であることを特徴とする請求項１および請求項2記載の水系反応方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水または水溶液中で簡便に有機反応を行うことができる新規な有機反応方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機合成反応は溶解性や反応性から有機溶媒中で行われるものがほとんどである。しかし、環境保護や経済的な面から有機溶媒を使用しない有機合成法が望まれている。有機溶媒に代わる反応溶媒として、水、超臨界流体、イオン性流体、フッ素系溶媒などが研究されており、その中でも水は安価で毒性、引火性などの心配がなく、工業的な見地からも水溶媒の使用は大きな利点がある。しかし、従来の水溶媒中での有機合成反応では、ほとんどの有機物が水に溶解しにくいことや、使用する触媒の活性が低下するなどの問題があり、応用例は限られていた。
【０００３】
そこで、以下に述べる方法で水または水溶液を溶媒として有機合成反応を行うことが検討されてきた。いずれも水媒体中に疎水場空間を形成させ、反応場とする考えである。
(1)界面活性剤による会合系ミセルを用いて、有機基質をミセルの疎水場空間に取り込み反応させる方法（例えば、非特許文献1）。
(2)シクロファンのような、内部空間が疎水的な水溶性環状・球状化合物を水に溶解させ、内部の疎水場を利用して反応させる方法（例えば、非特許文献2）。
(3)水素結合や配位結合などで構成された有機ゼオライトやメソポーラスシリケート中で行う方法（例えば、非特許文献3）
【０００４】
ここで、(1)の方法は、水溶媒中で有機基質を取り込むミセル中心は実質的に疎水場の空間となっているため、有機合成反応を行うには有効である。しかし、会合系ミセルは臨界ミセル濃度以下でミセルを形成しないため、希薄な界面活性剤濃度では行えず、また温度依存性も高いため、加熱反応ではミセルが崩壊する欠点がある。(2)の方法は、水中に疎水環境を構築しやすく、分子設計の工夫により反応場の大きさの制限も緩和されるが、一般的にはこのような環状・球状化合物は高価である。(3)の方法は、水素結合や配位結合を介して基質が有機ゼオライトやメソポーラスシリケートを触媒として反応場を形成するが、反応場の大きさが制限されていること、pHの変化により結合が崩壊しやすいなどの欠点がある。
【０００５】
(4)、(1)および(2)の改善された方法として、疎水性の構造をコアとして有し、親水性の構造をアームとして有するスターポリマー存在下に水系で有機合成反応を行うことが提案された（特許文献1）。水系溶媒中では、親水性のアームが疎水性のコアを取り囲むミセル類似構造が形成され、単分子系のミセルと比較すると安定に存在するものと考えられ、実用化の可能性を秘めているが、このようなスターポリマーも高価であるという点は否めない。
【０００６】
【非特許文献１】L. Park, G. Keum, S. B. Kang, K. S. Kim and Y. Kim, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1,4462(2000)
【非特許文献２】小田嶋、「化学総説」（日本化学会編）、No. 31、58(1997)
【非特許文献３】尾中、瀬川、「グリーンケミストリー」(講談社)（御園生、村橋編）、135(2001)
【特許文献１】特開2003-192625
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下において、水系有機反応を行うものである。特に、下部臨界共溶温度前後の温度で水系有機反応を行うものである。
【０００８】
すなわち本発明は、水溶液中の有機反応において、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下に有機反応を行わせることを特徴とする水系反応方法に関するものであり、さらに水溶液中の有機反応において、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下に、下部臨界共溶温度未満の温度と下部臨海共溶温度以上の温度の少なくとも2段階の温度で有機反応を行わせることを特徴とする水系反応方法に関する。また、本発明の下部臨界共溶温度を有するポリマーが、N−イソプロピルアクリルアミド重合体もしくはＮ−イソプロピルアクリルアミド共重合体であることを特徴とする水系反応方法に関する。
【０００９】
本発明で用いられる下部臨界共溶温度を有するポリマーとは、下部臨界共溶温度以下ではポリマー鎖はランダムコイル状態にあり溶液は透明であるが、下部臨界共溶温度を上回るとポリマー鎖のコンフォーメーションの変化によってポリマー鎖は収縮し溶液は白濁する（グロビュール状態）性質のポリマー全てが属する。代表的には、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド重合体およびその共重合体、ポリビニルメチルエーテルおよびその共重合体が例示されるが、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド重合体およびその共重合体が好ましく用いられる。N−イソプロピルアクリルアミド共重合体としては、アクリル酸、メタアクリル酸のような不飽和カルボン酸を共重合したもの、メチルアクリレート、エチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレートのようなアクリル酸エステル類および対応するメタクリル酸エステル類、アクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、2−カルボキシイソプロピルアクリルアミド、2−アミノイソプロピルアクリルアミド、2−ヒドロキシイソプロピルアクリルアミドのようなアクリルアミド類および対応するメタアクリルアミド類が挙げられる。これらのＮ−イソプロピルアクリルアミド共重合体の好ましい例として、2−カルボキシイソプロピルアクリルアミド、2−アミノイソプロピルアクリルアミド、2−ヒドロキシイソプロピルアクリルアミドが挙げられる。
【００１０】
前記の重合体および共重合体は、一般の重合体や共重合体に用いられるラジカル重合法によって製造される。例えば、ラジカル重合開始剤の存在下に過熱するか、あるいは光増感剤の存在下に光照射するか、放射線や電子線で照射することによって行われる。これらの方法の中で特に有効なのはラジカル開始剤の存在下に過熱する方法である。生成したこれらのポリマーは直線状であっても、部分的に架橋構造が形成されていてもかまわない。生成したポリマーの数平均分子量は、1,000から1,000,000のものが好ましく、更に好ましくは、５,000から500,000である。
【００１１】
下部臨界共溶温度を有するポリマーを、下部臨界共溶温度未満の温度で水溶媒中に溶解もしくは分散させる。本発明で使用する下部臨界共溶温度を有するポリマーの濃度は特に限定されるものではないが、通常0.1%から30%であるが、これらの濃度は反応時間や反応物質の量などによって最適化が図られる。かかる水溶媒中には、pHを調整するための無機物、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の水溶液中で酸性を示す物質、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム等の水溶液中で塩基性を示す物質、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化カルシウム等のハロゲン化金属塩を含んでいてもよい。また、カチオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤を用いることもできる。カチオン性界面活性剤としては、例えばトリメチルステアリルアンモニウムクロリド、トリメチルセチルアンモニウムクロリド、トリメチルセチルアンモニウムブロミド、トリメチルｎ−テトラデシルアンモニウムクロリドなどが挙げられる。アニオン性界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、４−ｎ−オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウムのようなアルキルベンゼンスルホン酸塩、ノニルフェノール硫酸エステルナトリウムのような硫酸エステル塩などが用いられる。更に、適用する有機反応に特有な触媒を含んでいてもよい。触媒としては、パラジウム塩、ルテニウム塩、ロジウム塩等の金属塩やルイス酸等が挙げられる。触媒や原材料を溶解するためにアルコール類、エーテル類、炭化水素類のような有機物を含んでいてもよい。
【００１２】
次いで、下部臨界共溶温度を有するポリマーを溶解もしくは分散した水溶媒を下部臨界共溶温度未満の温度にして、原料を投入する。投入した原料が溶解もしくは均一に分散したことを確認した後、有機反応系を下部臨界共溶温度以上の温度に維持し、反応を完結させる。
【００１３】
ここで適用できる有機反応は、水と接触することで反応物や原料が壊れるものでなければ何でもよい。反応としては、例えばラジカル重合反応、ウィリアムソン合成、ディールス・アルダー反応、マイケル付加、アルドール反応、クライゼン縮合等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を実施することにより、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下、水系溶媒で有機反応を行わせることができる。本発明の有機反応は、従来の有機溶媒を使用する有機反応に比べ、環境面や経済的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下実施例に沿って本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
製造例1
脱気封管専用重合管に最結晶済みのN−イソプロピルアクリルアミド(2mol/ｌ)、重合開始剤(α、α’−アゾビスイソブチロニトリル)を所定量加え、重合管内を減圧乾燥後、アルゴン置換し、乾燥テトラヒドロフランで全量を150mlとした。この重合管を真空ラインに接続し、液体窒素浴を用いて、凍結−脱気−解凍による一連の操作を繰り返した。その後、凍結脱気状態のまま重合管を熔封した。続いて溶液を解凍し、アルミホイルで遮光後、恒温槽中40℃で18時間静置重合した。反応時間経過後、重合管を氷水で冷却し重合反応を停止した。続いて重合管を開封し、重合溶液を多量のジエチルエーテル中に注ぎ、生成ポリマーを濾過した後、減圧乾燥した。その後、生成ポリマーはアセトン−ジエチルエーテル系で再沈殿を行い精製した。得られたポリマーのGPCによる数平均分子量はポリスチレン換算で9400、分子量分布Mw/Mnは2.20であった。下部臨界共溶温度は32℃である。
【００１７】
実施例1、比較例1、比較例2、比較例3
重合用試験管を4本用意し、これらの3本については、製造例１で合成したN−イソプロピルアクリルアミド重合体を0.3mol/l量投入する（実施例1、比較例1、比較例2）。1本はN−イソプロピルアクリルアミド重合体の添加しないでおく(比較例3)。実施例1、比較例1および比較例3の重合管には、再結晶済みのアクリルアミドを0.3mol/l量投入した。重合管内を減圧乾燥後、アルゴン置換し、使用前に超音波槽にて脱気した超純水を全量が20mlになるよう注入した。これらの重合管を真空ラインに接続し、液体窒素浴を用いて凍結−脱気−解凍による一連の操作を繰り返した後、溶液を解凍した。実施例1および比較例3の重合管はアルゴン雰囲気下で40℃の恒温槽に40時間浸漬した。比較例1の重合管は、アルゴン雰囲気下で20℃の恒温槽に40時間浸漬した。一方、アクリルアミドを加えていない比較例3の重合管は、アクリルアミドを加えない以外は実施例1と同様の操作を行い、アルゴン雰囲気下で40℃の恒温槽に浸漬し、重合管内部にＮ−イソプロピルアクリルアミド重合体の析出が観察された後、アクリルアミド水溶液を0.3mol/lを加え、恒温槽中40℃で40時間重合した。重合時間経過後、重合試験管を氷水にて冷却し重合を停止した。その後、重合溶液を多量のアセトン中に注ぎ、沈殿したポリマーをガラスフィルターにて吸引濾過後減圧乾燥した。生成ポリマーは水−アセトン系にて再沈殿を行い精製した。
【００１８】
結果を下表に示す。
2008214209.tif 000002
【００１９】
ここで、実施例1、比較例1、比較例3はアクリルアミドを下部臨界共溶温度（32℃）未満の温度で添加した。比較例２は、アクリルアミドを下部臨界共溶温度（32℃）以上の温度で添加した。
【００２０】
上表から明らかなように、下部臨界共溶温度を有するポリマー存在下に、下部臨界共溶温度未満の温度と下部臨界共溶温度以上の温度の少なくとも2段階の温度で有機反応を行わせた実施例1が最も高い収率を得た。
【実施例２】
【００２１】
試験管に製造例１で合成したＮ−イソプロピルアクリルアミド重合体を0.288mol/lを入れ、超音波槽にて脱気した超純水20mlを加えポリマーを溶解した。試験管を20℃に維持した後、フェノール0.103mol/l、ベンジルブロマイド0.108mol/l、炭酸カリウム0.101mol/lを加えてよく振り混ぜた後、40℃の恒温槽中で18時間反応を行った。反応時間経過後、氷水で冷却し、クロロフォルムで3回抽出を行い、硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶液を留去し、減圧乾燥すると薄橙色の粘性液体が得られた(収率15％)。得られた生成物は目的物のベンジルフェニルエーテルであることを1H−NMRで確認した。