(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール化合物及びＮ−オキシル化合物である酸化用触媒をシリカゲルに担持させた後、水中において酸化剤を用いて酸化を行うことによりアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物から選ばれるアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とするアルコールより高次な酸化物の製造方法。
【請求項２】
アルコール化合物及びＮ−オキシル化合物である電解酸化用触媒をシリカゲルに担持させた後、支持電解質の存在下、水中にて電解酸化を行うことによりアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物から選ばれるアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とするアルコールより高次な酸化物の製造方法。
【請求項３】
アルコール化合物が、水に対して難溶性を示す化合物である請求項１〜２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項４】
アルコール化合物が、アルキルアルコール及びアルキルジオールから選ばれる少なくとも１種である請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、アルコール化合物の酸化方法に関する。より詳しくは水に難溶性のアルコール化合物を酸化してアルコールより高次な酸化物を製造する方法に関する。
背景技術
本発明は、アルコールの酸化方法に関する。本発明の方法によれば、アルコールを酸化することにより得られる種々の有機化合物、例えば、アルデヒド化合物、ケトン化合物、ラクトン化合物等を効率良く、高収率で製造することができる。
アルコール化合物の酸化反応は有機合成分野では一般に利用範囲が広く数多くの方法が開発されている。
特に酸化触媒を用いる酸化反応は、その種類も豊富で数多くの有機合成に利用されている有用な官能基変換方法である。中でもＮ−オキシル化合物を酸化触媒とする方法はアルコールの選択的官能基変換方法として優れた方法であり、各種アルコールの酸化反応に利用されている。
従来、Ｎ−オキシル触媒を用いるアルコールの酸化反応は、有機溶媒又は含水有機溶媒中にて実施されている（有機合成協会誌１９９３年発行５１巻４８〜５８頁、Ｊ．Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９８９，５４，２９７０―２９７２、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９０，３１，２１７７−２１８０等）。しかしながら、これらの方法においては、塩化メチレン等の有害な有機溶媒を多量に用いることが不可欠であり、環境保全の面から好ましくない。しかも、目的物の収率も十分満足できるものではない。
また、水と有機溶媒との混合溶媒中、Ｎ−オキシル化合物の存在下、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩等の次亜ハロゲン酸塩を用いてアルコールを酸化する方法も公知である（特開平５−２５０７８号公報、特開平６−２１１８２７号公報等）。しかしながら、この方法でも有機溶媒の使用は必須であり、環境保護の面からの根本的な改良が加えられているわけではない。加えて、有機溶媒に対する溶解が乏しい次亜塩素酸ナトリウム等の次亜ハロゲン酸塩を用いると、原料であるアルコールの種類によっては酸化反応が起こり難くなり、目的物の収率が著しく低下することがある。その一例を、後記の参考例１に示す。
また電解酸化反応は電気化学的に酸化反応を行うためクリーンな酸化反応として注目を集め、そのいくつかの反応が工業的スケールで行われている。
従来アルコールの電解酸化法としては、「有機電解合成」（鳥居滋著、１９８１年発行、第２６２〜２７３頁、講談社刊）に記載されているように、有機溶媒若しくは含水有機溶媒中にて直接電解酸化法若しくはメディエーター（電子キャリヤー）を用いる間接電解酸化法、水と水に混合しない有機溶媒との２層系での電解酸化法（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９９１，５６，２４１６−２４２１）等が一般的に行われている。
これらの電解酸化法の多くの反応系では、電流を流し難い有機溶媒を用いるため、例えば溶媒にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを使用する場合には１０〜５０重量％の支持電解質を必要とするといったように、多量の支持電解質を用いなければならない。また、このように多量の支持電解質を使用するため、コストや廃棄物の問題のみならず、生成物の単離精製においても煩雑な操作が必要となってくる。また、メディエーターとして種々の金属触媒を利用する方法も知られているが、これらは、金属化合物のコストや後処理の問題が大きく、工業的に利用できるものは限られている。
Ｎ−オキシル化合物はアルコール化合物の電解酸化反応の触媒として優れていることが報告されている（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９９１，５６，２４１６−２４２１）。しかしながら、文献中で紹介されている反応は何れも塩化メチレン／水の２層系酸化反応であり、環境上の問題より塩化メチレンが工業的に使用し難い今日ではこの反応を用いることは不可能である。
このようにアルコール化合物の酸化反応はいまだ多くの改良すべき問題点を抱えており、より工業的に実用的な酸化反応の出現が望まれていた。
本発明の目的は、原料になるアルコールの種類に関係なく、非常に簡便な反応操作で目的物を高収率で製造することができ、環境に悪影響を及ぼす恐れがある有機溶媒を使用する必要がなく、あらゆるタイプの工業生産に適応可能な、新規なアルコールの酸化方法を提供することにある。
また本発明の目的は、上記の従来の電解酸化法に見られる欠点を克服し、水に難溶性のアルコール化合物を水中にて電解酸化し、高収率、高効率で目的とするアルコールより高次な酸化物を製造し得る汎用的な方法を提供することにある。発明の開示
本発明は、アルコール化合物及び酸化用触媒をシリカゲルに担持させた後、酸化剤を用いて酸化を行うことによりアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とするアルコールより高次な酸化物の製造方法に係る。
また本発明は、アルコール化合物をシリカゲルに担持させた後、電解酸化を行うことによりアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とするアルコールより高次な酸化物の製造方法に係る。
アルコールより高次な酸化物としては例えばアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物等を例示することができる。
本発明者の研究によれば、Ｎ−オキシル化合物とアルコールとを担持してなるシリカゲルに酸化剤を併用することにより、アルコールの酸化反応がシリカゲル上で進行するので、有機溶媒を全く用いることなく、水のみの系で、アルコールの酸化を効率良く行い得ること、反応を水系で行うので酸化剤が有効に作用し、アルコールの種類に関係無く、酸化反応が高効率で進行すること等が判明した。更に、反応の最終段階では、目的生成物と酸化触媒のみがシリカゲルに担持されているため、反応後の水溶液中から濾過によりシリカゲルを分取し、少量の有機溶媒にてシリカゲルの洗浄を行うのみで、生成物及び触媒が回収出来るという利点も併せ持っている。
従って、本発明のアルコール酸化方法は、原料になるアルコールの種類に関係なく、非常に簡便な反応操作で目的物を高収率で製造することができ、環境に悪影響を及ぼす恐れがある有機溶媒を使用する必要がなく、あらゆるタイプの工業生産に適応可能な方法である。
また本発明者の研究によれば、原料化合物である水に難溶性のアルコール化合物をシリカゲルに担持させることにより、水中で該アルコール化合物の電解酸化反応が進行し、高収率でしかも簡便な操作で目的とするアルコールより高次な酸化物が得られるという新規な事実を見出した。
本発明によれば、有機溶媒を使用することなく、電流の流れやすい水溶液中で、水に難溶性のアルコール化合物の電解酸化を行うことができるため、支持電解質の使用量の減少のみならず、支持電解質を含む水（即ち支持電解質の水溶液）の回収再使用も可能となる。
また、これに伴い、電解酸化後の生成物及び触媒のみが最終的にシリカゲルに担持されているため、濾過によりシリカゲルを分取し、少量の有機溶媒によるシリカゲルの洗浄を行うのみで、生成物及び触媒が回収できるという利点も併せ持っている。
本発明の酸化剤を用いる酸化方法は、通常、溶媒である水に、アルコールとＮ−オキシル化合物とを担持させたシリカゲル及び無機系酸化剤を加えることにより行われる。
本発明の電解酸化法は、シリカゲルに原料化合物である水に難溶性のアルコール化合物を担持させた後、これを、支持電解質を含む水中に入れ、通常の方法に従って電解酸化することにより行われる。
本発明において、水に難溶性のアルコール化合物とは、シリカゲルに担持することができ、且つ水中に殆ど溶出することがないだけの疎水性を有しているアルコール化合物であることを意味する。化合物及びその置換基の種類、シリカゲルの種類によって、シリカゲルに化合物が留まっている度合いが異なるため、アルコール化合物の水溶解度や分子量等で一概に規定できないが、おおよそ一般に水に対して難溶性を示すアルコール化合物であれば適用が可能である。事実メタノールやエタノール、エチレングリコール等の水溶解性の高いアルコール化合物の場合、反応は進行しない。従って、一般に酸化反応に適応することができるアルコール化合物であって、シリカゲルに担持できるアルコール化合物であれば特に制限されず、種々のものが使用できる。
アルコールの具体例としては、例えば、ｎ−ブチルアルコール、ｎ−ペンチルアルコール、２−クロロ−ｎ−ペンチルアルコール、３−アセトキシ−ｎ−ペンチルアルコール、２−ブチルアルコール、２−ペンチルアルコール、２−フェニル−１−エタノール、１−フェニル−１−エタノール等の置換基を有することのあるアルキルアルコール、ベンジルアルコール等のアラルキルアルコール、シクロヘキシルアルコール、シクロペンチルアルコール、４−メトキシシクロヘキシルアルコール等の置換基を有することのあるシクロアルコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、３−メチルヘキサンジオール、３−アセトキシペンタンジオール、３−クロロ−２−メチルヘキサンジオール等のアルキルジオール、シクロヘキサン−１，２−ジエタノール等のシクロジオール等を挙げることができる。更に、トリオール類や４つ以上の水酸基を持つ化合物でも、シリカゲルに担持可能であれば支障なく使用できる。これらのアルコールには、例えば、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アリール基、低級アルキル基、アミノ基、モノ低級アルキルアミノ基、ジ低級アルキルアミノ基、メルカプト基、低級アルキルチオ基、アリールチオ基、ホルミルオキシ基、式ＲＣＯＯ−（Ｒは低級アルキル基又はアリール基を示す。）で表わされるアシルオキシ基、ホルミル基、式ＲＣＯ−（Ｒは前記に同じ。）で表わされるアシル基、低級アルキルオキシ基、アリールオキシ基、カルボキシル基、低級アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基等の１種又は２種以上が置換していても良い。ここで低級アルキル基としては炭素数１〜６のアルキル基、アリール基としてはフェニル、トリル、キシリル、ナフチル等を例示できる。これらのアルコールの中でも、アルキルアルコールやアルキルジオールが好ましく、炭素数４以上のアルキルアルコールやアルキルジオールが特に好ましい。
本発明において用いた原料アルコールより高次な酸化物とは、例えば原料アルコールとしてｎ−ブチルアルコールを使用した場合は、ｎ−ブタナール又はｎ−ブタン酸ｎ−ブチルエステルが得られ、１−フェニルエタノールを使用した場合は、アセトフェノンが得られ、１，４−ブタンジオールを使用した場合は、テトラヒドロ−２−フラノンが得られ、１，２−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサンを使用した場合は８−オキサビシクロ［４．３．０］ノナン−７−オン等が得られる。
本発明では酸化用触媒として、例えばＮ−オキシル化合物を用いると、収率が向上し、更に電解酸化の場合は電気効率等が向上するので好ましい。種々のＮ−オキシル化合物が使用できるが、入手しやすさや官能基修飾のしやすさを考慮して以下のＮ−オキシル化合物を使用するのが好ましい。Ｎ−オキシル化合物の具体例としては、例えば、４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−（４−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾイルオキシ）−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−シアノ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−メトキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル等のピペリジン−Ｎ−オキシル化合物、３−ベンゾイルオキシメチル−２，２，５，５−テトラメチルピロリジン−Ｎ−オキシル、３−メトキシカルボニル−２，２，５，５−テトラメチルピロリジン−Ｎ−オキシル等のピロリジン−Ｎ−オキシル化合物、ジ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）−４−イル−１，１０−デカン酸ジエステル等のＮ−オキシル多分子結合化合物、（Ｓ）−（−）−３，３，５，５−テトラメチル−４Ｈ−ジナフト［２，１−ｃ：１’，２’−ｅ］−アゼピン−Ｎ−オキシル等の光学活性Ｎ−オキシル化合物等を挙げることができる。酸化用触媒の使用量は各種反応条件等に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常水に難溶性のアルコール化合物に対し０．００１〜２５モル％、好ましくは０．２〜１０モル％とすればよい。酸化用触媒はアルコール化合物と共にシリカゲルに担持させることが好ましい。また、これらの触媒は酸化反応系内での還元体が酸化触媒に容易に転換できるため、相当する還元体を使用することも可能である。
例えば酸化用触媒として、上記Ｎ−オキシル化合物の代りに、相当するＮ−ヒドロキシ化合物を用いた場合、反応系で容易にＮ−オキシル化合物が生成するため本反応に用いることが可能である。酸化用触媒は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。
本発明においてシリカゲルとしては特に制限されず、公知のもの及び通常市販されているものをいずれも使用できる。形状も種々知られているが、特に制限はない。シリカゲルの使用量は特に制限されず、各種反応条件等に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常原料化合物１ｋｇあたり０．３〜５０ｋｇ程度、好ましくは０．５〜５ｋｇ程度とすればよい。
シリカゲルへの原料アルコール化合物と酸化用触媒の担持は、通常アルコール化合物及び酸化用触媒を適当な有機溶媒に溶解させ、均一溶液とし、該溶液にシリカゲルを加え、十分に撹拌した後、有機溶媒を減圧留去することにより行われる。この時使用する有機溶媒としては、原料アルコールおよび触媒を溶解することが可能でまた減圧留去が可能な有機溶媒が用いられる。例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等の直鎖または分岐状低級アルコール、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン等の直鎖または分岐状低級飽和炭化水素、２−ペンテン、１−ヘキセン等の直鎖または分岐状不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル、炭酸ジメチル等のエステル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等の直鎖または分岐状低級アルキルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等の環状エーテル等が用いられる。これらは減圧留去可能である必要があるため、沸点は１５０℃以下が望ましい。また、溶媒の使用量は、アルコール化合物及び電解酸化用触媒を十分に溶解でき、シリカゲルに均一に担持させるのに十分な量であれば、特に制限されない。なお、この時使用する溶媒は工業的な規模から見れば僅かな量であり、環境等に負荷を与えるものではない。
本発明において、酸化剤を用いたアルコールの酸化は、前述のように通常、溶媒である水に、アルコールとＮ−オキシル化合物とを担持させたシリカゲル及び無機系酸化剤を加えることにより行われる。
反応溶媒としては水を使用する。水の使用量は、アルコールやＮ−オキシル化合物の種類や使用量、シリカゲルの使用量等に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常、アルコール１ｋｇ当たり、通常２〜２０００リットル程度、好ましくは５〜１００リットル程度とすればよい。水はそのまま中性域のものを使用できるが、適当なアルカリ剤を加えて、アルカリ性にして反応を行っても良い。該アルカリ剤としては、水溶液がアルカリ性を示すものであれば特に制限されないが、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸アルカリ金属塩、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の炭酸アルカリ土類金属塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の炭酸水素アルカリ金属塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化アルカリ土類金属塩等のアルカリ性無機塩等を挙げることができる。アルカリ剤は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。アルカリ剤の使用量は特に制限はなく、通常水に対し０．０１重量％〜飽和量、好ましくは０．１重量％〜飽和量程度とするのがよい。なお、反応に悪影響を及ぼさない範囲で、水と混合可能な有機溶媒を併用することもできる。該有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール等の低級アルキルアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等の環状エーテル類、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、Ｎ−メチルピロリジノン等の環状アミド類、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。有機溶媒の使用量は、有機溶媒そのものの種類、シリカゲルの種類、形状、使用量等に応じて適宜選択すれば良いが、通常水と有機溶媒との合計量の３０重量％以下とするのがよい。
酸化剤としては特に制限されず、Ｎ−オキシル化合物の還元体を酸化できる能力を有する公知の化合物をいずれも使用できるが、溶媒である水をアルカリ性域に調整した場合の溶解度や反応速度等を考慮すると、例えば、次亜塩素酸リチウム、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜臭素酸リチウム、次亜臭素酸ナトリウム、次亜臭素酸カリウム、次亜ヨウ素酸リチウム、次亜ヨウ素酸ナトリウム、次亜ヨウ素酸カリウム等の次亜ハロゲン酸アルカリ金属塩、次亜塩素酸カルシウム、次亜臭素酸カルシウム、次亜ヨウ素酸カルシウム等の次亜ハロゲン酸アルカリ土類金属塩、亜塩素酸リチウム、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜臭素酸リチウム、亜臭素酸ナトリウム、亜臭素酸カリウム等の亜ハロゲン酸アルカリ金属塩、亜塩素酸カルシウム、亜臭素酸カルシウム、亜ヨウ素酸カルシウム等の亜ハロゲン酸アルカリ土類金属塩、塩素酸リチウム、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、臭素酸リチウム、臭素酸ナトリウム、臭素酸カリウム、ヨウ素酸リチウム、ヨウ素酸ナトリウム、ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸アルカリ金属塩、塩素酸カルシウム、臭素酸カルシウム、ヨウ素酸カルシウム等のハロゲン酸アルカリ土類金属塩、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン分子、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化カリウム等の過酸化水素誘導体とタングステン酸、タングステン酸ナトリウム等の金属酸化触媒との併用物、過蟻酸、過酢酸、ｍ−クロロ過安息香酸等のカルボン酸過酸化物、分子上酸素、分子状酸素と金属触媒との酸化活性種等を挙げることができる。分子状酸素と組み合わされる金属触媒としては従来から知られているものをいずれも使用でき、例えば、塩化第２銅、臭化第２銅、ヨウ化第２銅等のハロゲン化第２銅、塩化ルテニウム、酸化ルテニウム、塩化ルテニウムトリフェニルホスフィン錯体等のルテニウム触媒等を挙げることができる。また、ここに列記した化合物を他の化合物を用いて反応系中で発生させることによっても使用できる。酸化剤は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。酸化剤の使用量は、反応生成物、反応条件等に応じて広い範囲から適宜選択すればよいが、アルコール１モルに対し２０モルまで、好ましくは１〜１０モルとすればよい。
本発明において、酸化反応をより一層効率良く行うために、ハロゲン含有塩を反応系に加えてもよい。ハロゲン含有塩としては公知のものを使用でき、例えば、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等のハロゲン化アルカリ金属塩、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化ベリリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、ヨウ化ベリリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム等のハロゲン化アルカリ土類金属塩、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム等のハロゲン化アンモニウム塩、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、ヨウ化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム等のハロゲン化テトラアルキルアンモニウム等を挙げることができる。ハロゲン含有塩は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。ハロゲン含有塩類の使用量は、通常水の使用量に対して０．０１〜５０重量％程度、好ましくは０．１〜２５％程度とすればよい。
本反応は、通常−５〜１００℃程度、好ましくは０〜６０℃程度の温度下に行われ、５分〜２０時間程度、好ましくは１０分〜５時間程度で終了する。
次に本発明の電解酸化法は前述のように、シリカゲルに原料化合物である水に難溶性のアルコール化合物を担持させた後、これを、支持電解質を含む水中に入れ、通常の方法に従って電解酸化することにより行われる。シリカゲルにアルコール化合物を担持させた担持体を、支持電解質の存在下で電解酸化する。
支持電解質としては、水に可溶で通電が可能な塩であれば全て使用可能であるが、例えばハロゲン化アルカリ金属塩、ハロゲン化アルカリ土類金属塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ土類金属リン酸塩、ハロゲン化アンモニウム塩、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウム塩、炭酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、リン酸テトラアルキルアンモニウム塩、アルカリ金属硫酸塩、硫酸水素アルカリ金属塩、硫酸水素テトラアルキルアンモニウム塩、アルカリ土類金属硫酸塩、次亜塩素酸塩、過塩素酸金属塩、過塩素酸アンモニウム塩、スルホン酸アンモニウム塩、硼弗化金属塩、硼弗化アンモニウム塩等を例示できる。
具体的には、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、沃化リチウム、沃化ナトリウム、沃化カリウム等のハロゲン化アルカリ金属塩、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化ベリリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、沃化ベリリウム、沃化マグネシウム、沃化カルシウム等のハロゲン化アルカリ土類金属塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩、リン酸２水素ナトリウム、リン酸２ナトリウム、リン酸２水素カリウム、リン酸２カリウム等のアルカリ金属リン酸塩、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム等のアルカリ土類金属リン酸塩、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、沃化アンモニウム等のハロゲン化アンモニウム塩、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、沃化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、沃化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、沃化テトラブチルアンモニウム等のハロゲン化テトラアルキルアンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の炭酸アンモニウム塩、リン酸２水素アンモニウム、リン酸２アンモニウム等のリン酸アンモニウム塩、リン酸２水素テトラエチルアンモニウム、リン酸２水素テトラブチルアンモニウム等のリン酸テトラアルキルアンモニウム塩、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等のアルカリ金属硫酸塩、硫酸水素リチウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム等の硫酸水素アルカリ金属塩、硫酸水素テトラエチルアンモニウム、硫酸水素テトラブチルアンモニウム等の硫酸水素テトラアルキルアンモニウム塩、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム等のアルカリ土類金属硫酸塩、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム等の次亜塩素酸塩、過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸マグネシウム等の過塩素酸金属塩、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム等の過塩素酸アンモニウム塩、テトラブチルアンモニウムトシレート等のスルホン酸アンモニウム塩、硼弗化リチウム、硼弗化ナトリウム等の硼弗化金属塩、硼弗化テトラエチルアンモニウム、硼弗化テトラブチルアンモニウム等の硼弗化アンモニウム塩等を挙げることができる。これらの中でも、ハロゲン化アルカリ金属塩、ハロゲン化アルカリ土類金属塩等が好ましい。これらの支持電解質は１種を単独で使用でき又は必要に応じ２種以上を併用できる。支持電解質の使用量は各種反応条件に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常、水溶液として０．０１〜７０重量％程度、好ましくは０．１〜５０重量％程度の濃度になるように使用すればよい。
本電解反応における水の使用量は特に制限されず、各種反応条件等に応じて適宜選択すればよいが、通常原料化合物１ｋｇあたり、２〜２０００リットル程度、好ましくは５〜１００リットル程度とすればよい。水と混合可能な有機溶媒がシリカゲルに担持された必要な有機物が流出しない程度であれば適当な溶媒が混入していても反応に支障はない。支障をきたさない溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等の環状エーテル類、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、Ｎ−メチルピロリジノン等の環状アミド類、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。これらの混入許容量は、シリカゲルの種類、形状、使用量等やそれ自体の種類等に応じて適宜選択できるが、通常水の使用量の３０重量％以下とするのがよい。
本電解反応は、通常−５〜１００℃程度、好ましくは０〜６０℃程度の温度下に実施される。
本発明の方法による電解酸化においては、通常の電解反応に用いられる電極を広く利用できる。具体的には、陽極材料として、白金、ステンレス、ニッケル、酸化鉛、炭素、酸化鉄、チタン等が、また陰極材料としては、白金、スズ、アルミニウム、ステンレス、亜鉛、鉛、銅、炭素等を使用できるが、好ましくは、陽極材料として白金、炭素、ステンレス等を、陰極材料として白金、ステンレス、銅、炭素等を使用できる。
本発明の電解酸化は陽極と陰極とを隔膜で分離してもよいが、特に分離する必要はなく、単一槽で行えることをも特徴としている。
本電解反応は、定電流電解法及び定電圧電解法のいずれをも採用することができるが、装置や操作の簡便さの点で定電流電解法を採用するのが好ましい。電解は、直流又は交流電解が可能であるが、電流方向を１〜３０秒毎に切り替えて行うこともできる。電流密度は、通常１〜２００ｍＡ／ｃｍ２、好ましくは１〜１００ｍＡ／ｃｍ２の範囲とするのが良い。電気量は用いる電解槽の形状、出発物質の種類、用いる溶媒の種類等により異なり一概には言えないが、通常２〜２０Ｆ／モル程度、好ましくは２〜８Ｆ／モル程度とするのがよく、上記電気量を通電すれば反応は完結する。
本反応により得られる目的物は、まず反応系からシリカゲルを濾過等により分取し、得られたシリカゲルを少量のアセトン等の有機溶媒で洗浄し、該有機溶媒を濃縮し、得られる残渣をカラムクロマトグラフィー等の通常の手段で処理することにより、容易に単離精製できる。また、有機溶媒で洗浄した後のシリカゲルは、再度酸化触媒として利用できる。
発明を実施するための最良の形態
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、何らこれに限定されるものではない。
参考例１
１−（ｐ−クロロフェニル）エチルアルコール１００ｍｇ（０．６４ｍｍｏｌ）及び４−ベンゾイルオキシ−２，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル化合物１．９ｍｇ（０．００６４ｍｍｏｌ）を塩化メチレン２ｍｌに溶解し、この溶液に次亜塩素酸ナトリウム３．５２ｍｍｏｌ（活性塩素量として）の５ｍｌ水溶液を１〜２℃の温度で滴下した。滴下終了後、反応液を分液し、塩化メチレン層を濃縮し、カラムクロマトグラフィーにより精製を行い、１−（ｐ−クロロフェニル）エチル−１−オンが２ｍｇ（収率２％）得られた。また、原料である１−（ｐ−クロロフェニル）エチルアルコールが９５％回収された。
実施例１
１−（ｐ−クロロフェニル）エチルアルコール１５７ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ）及び４−ベンゾイルオキシ−２，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル化合物３．０ｍｇ（０．０１ｍｍｏｌ）をアセトン２ｍｌに均一に溶解し、この溶液にシリカゲル１ｇ（Ｍｅｒｋ社製、ｇｒａｄｅ９３８５）を加え、５分間激しく撹拌した後、アセトンを減圧留去した。得られたシリカゲルをなす型フラスコに入れて氷浴に浸し、１〜２℃まで冷却した。これに、次亜塩素酸ナトリウム溶液（１．１ｍｍｏｌ活性酸素含有の５ｍｌ水溶液）を冷却したものをゆっくりと滴下した。滴下終了後、反応液をその温度で３０分攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を濾過し、ろ紙上に残ったシリカゲルをアセトン５ｍｌで洗浄し、目的物と触媒とを回収した。目的物はアセトン濃縮後、シリカゲルカラムにより精製を行うと１−（ｐ−クロロフェニル）エチル−１−オン（１４８ｍｇ，収率９６％）が得られた。得られたケトン体の１Ｈ−ＮＭＲは以下の通りである。
１Ｈ−ＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：２．６０（ｓ，３Ｈ），７．６０（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，２Ｈ），７．８１（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，２Ｈ）。
実施例２
次亜塩素酸の使用量を以下に変えた以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
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得られた生成物の１Ｈ−ＮＭＲは実施例１と一致した。
実施例３
使用した次亜塩素酸水溶液に以下のアルカリ性塩を添加した以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
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得られた生成物の１Ｈ−ＮＭＲは実施例１と一致した。
実施例４
使用したシリカゲルの種類をに以下に変更した以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
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得られた生成物の１Ｈ−ＮＭＲは実施例１と一致した。
実施例５
使用した次亜塩素酸水溶液に以下のハロゲン含有塩を添加した以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
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得られた生成物の１Ｈ−ＮＭＲは実施例１と一致した。
実施例６
酸化剤として使用した次亜塩素酸ナトリウムを以下の酸化剤に変更し、溶媒として飽和重曹水を使用した以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
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実施例７
触媒を４−ベンゾイルオキシ−２，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル化合物に変えて実施例１と同様の反応を行った結果を以下に示す（使用量はモル当量で実施例１と同じ量）。
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実施例８
化合物（１）を以下の化合物に変更した以外は実施例１と同様の反応を行った結果を表１に示す（原料アルコールの使用量は全て１．０ｍｍｏｌ）。
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実施例９
アルキルジオール化合物（１）（１４４ｍｇ，１．００ｍｍｏｌ）及び４−ベンゾイルオキシ−２，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル化合物（３．０ｍｇ，０．０１ｍｍｏｌ）を秤り取り、アセトン２ｍｌを加えて均一溶液とする。この物にシリカゲル１ｇ（Ｍｅｒｋ社製、ｇｒａｄｅ９３８５）を加え５分間はげしく撹拌したのち、使用したアセトンを減圧留去する。得られたシリカゲルをなすフラスコにいれたまま氷浴に浸し、１−２℃まで冷却する。このものに、別途調整した次亜塩素酸ナトリウム溶液（２．４ｍｍｏｌ活性酸素含有の５ｍｌ水溶液）を冷却したものをゆっくりと滴下する。滴下終了後、反応液はその温度で３０分攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を濾過し、ろ紙上に残ったシリカゲルをアセトン５ｍｌで洗浄して目的物と触媒を回収した。目的物はアセトン濃縮後、シリカゲルカラムにより精製を行う（酢酸エチル／ヘキサン＝７／１）とラクトン化合物２（１３２ｍｇ，収率９８％）が得られた。得られたラクトン体の１Ｈ−ＮＭＲは以下の通りである。
１Ｈ−ＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δｐｐｍ：１．２−２．６（ｍ，１０Ｈ），３．９（ｄ，Ｊ＝１０．８Ｈｚ，１Ｈ），４．２（ｄｄ，Ｊ＝４．２，１０．８Ｈｚ，１Ｈ）。
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実施例１０
化合物（１）を以下の化合物に変更した以外は実施例１と同様の反応を行った結果を表２に示す（原料アルコールの使用量は全て１．０ｍｍｏｌ）。
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実施例１１
１−フェニルエタノール（１２２ｍｇ、１．００ミリモル）及び４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル化合物（３．０ｍｇ、０．０１ミリモル）を秤り取り、アセトン２ｍｌを加えて均一溶液とした。この溶液にシリカゲル（グレード９３８５、メルク社製）５００ｍｇを加え、５分間激しく攪拌した後、使用したアセトンを減圧留去した。次に２０重量％の臭化ナトリウムを含む７％重曹水（５ｍｌ）を加え、十分に攪拌した。このものに２枚の白金電極（１．５×１．０ｃｍ２）を付し、室温下激しく攪拌しながら且つ電流を３０ｍＡに保ちながら２時間電解酸化反応を行った（通電量２．２Ｆ／モル）。反応終了後、反応混合物からシリカゲルを濾取し、アセトン５ｍｌで抽出し、アセトンを留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムに通して吸着させ、酢酸エチル／ヘキサン＝７／１の混合溶媒で溶出したところ、アセトフェノン（１１６ｍｇ、収率９６％）が得られた。
１Ｈ−ＮＭＲ（２００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：２．６（ｓ，３Ｈ）、７．４−７．６（ｍ，３Ｈ）、８．０（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，２Ｈ）
実施例１２〜１９
シリカゲルを表３のものに変更する以外は、実施例１１と同様の反応を行った。得られたアセトフェノンの収率を併記する。
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実施例２０〜２６
電流と通電時間を表４の通り変更する以外は、実施例１１と同様にして、反応を実施した。得られたアセトフェノンの収率を併記する。
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実施例２７〜３５
電極を表５の通り変更する以外は、実施例１１と同様にして、反応を実施した。得られたアセトフェノンの収率を併記する。
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実施例３６〜４０
支持電解質を含む反応溶媒（２０重量％の臭化ナトリウムを含む飽和重曹水）に代えて、表６に示すものを使用する以外は実施例１１と同様に電解酸化反応を実施した。得られたアセトフェノンの収率を併記する。
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実施例４１〜４７
触媒（４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル化合物）に代えて、表７に示すものを使用する以外は実施例１１と同様に電解酸化反応を実施した。得られたアセトフェノンの収率を併記する。
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実施例４８
支持電解質を含む溶媒として、実施例１１において電解酸化反応により得られる反応混合物からシリカゲルを濾取した後に残る、臭化ナトリウムを含む重曹水を使用する以外は実施例１１と同様にして電解酸化反応を実施した。目的とするアセトフェノンを８６％の収率で得ることができた。
実施例４９〜５１
１−フェニルエタノールに代えて、下記表８に記載の原料化合物を使用する以外は実施例１１と同様にして電解酸化反応を実施した。得られた生成物、その収率及び１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを表８に併記する。
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実施例５２
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１−フェニルエタノール１２２ｍｇ（１．００ミリモル）に代えて１，２−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン（１）１４４ｍｇ（１．０ミリモル）を用い、且つ電解酸化反応の時間を４時間（通電量４．５Ｆ／モル）とする以外は実施例１１と同様に操作し、８−オキサビシクロ［４．３．０］ノナン−７−オン（２）１２３ｍｇ（収率９２％）を得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（２００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：１．２〜２．６（ｍ，１０Ｈ）、３．９（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，１Ｈ）、４．２（ｄｄ，Ｊ＝４．２，８．０Ｈｚ，１Ｈ）
実施例５３〜５５
１，２−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン（１）に代えて、下記表９に記載の原料化合物を使用する以外は実施例５２と同様にして電解酸化反応を実施した。得られた生成物、その収率及び１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを表９に併記する。
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実施例５６
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１，２−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン（１）に代えて、１，６−ヘキサンジオール（３）を使用する以外は実施例５２と同様にして電解酸化反応を実施した。その結果、５−ホルミルペンタン酸６’−ヒドロキシヘキシルエステル（４）を７５％の収率で得た。
実施例５７
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ｐ−クロロフェニルエタノール（５、ラセミ体）（７８ｍｇ、０．０５ミリモル）及び（Ｓ）−（−）−３，３，５，５−テトラメチル−４Ｈ−ジナフト［２，１−ｃ：１’，２’−ｅ］−アゼピン−Ｎ−オキシル（１．８ｍｇ、０．０５ミリモル）を秤り取り、アセトン２ｍｌを加えて均一溶液とした。このものにシリカゲル（Ｍｅｒｋ社製、グレード９３８５、２５０ｍｇ）を加え、５分間激しく撹拌した後、使用したアセトンを減圧留去した。次に２０重量％の臭化ナトリウムを含む７％重曹水（５ｍｌ）を加え、十分に撹拌した。このものに２枚の白金電極（１．５×１．０ｃｍ２）を付し、−１５℃にて激しく撹拌しながら且つ電流を３０ｍＡに保ちながら０．６８時間電解酸化反応を行った（通電量２．２Ｆ／モル）。反応終了後、反応混合物からシリカゲルを濾取し、アセトン５ｍｌで抽出した後、アセトンを留去した。得られた残査をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（酢酸エチル／ヘキサン＝７／１）で精製して、ｐ−クロロアセトフェノン（６）〔３９ｍｇ，収率１００％［原料化合物（５ａ）に対して］〕、及び原料化合物（５ｂ）（３８ｍｇ、回収率９７％、光学純度８３％）を得た。
得られたケトン体（６）の１Ｈ−ＮＭＲは実施例４９と一致した。回収した光学活性アルコール体の１Ｈ−ＮＭＲは原料ラセミ化合物（５）と同一であった。尚、光学純度は光学活性ＨＰＬＣカラムを用い、ラセミ体を分離できる条件で分析し、その面積から計算した。
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実施例５８
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１，２−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン（７、メソ体）（１４４ｍｇ、１．００ミリモル）及び（Ｓ）−（−）−３，３，５，５−テトラメチル−４Ｈ−ジナフト［２，１−ｃ：１’，２’−ｅ］−アゼピン−Ｎ−オキシル（３．０ｍｇ、１．００ミリモル）を秤り取り、アセトン２ｍｌを加えて均一溶液とした。このものに２枚の白金電極（１．５×１．０ｃｍ２）を付し、０℃にて激しく撹拌しながら且つ電流を３０ｍＡに保ちながら４時間電解酸化反応を行った（通電量４．５Ｆ／モル）。反応終了後、反応混合物からシリカゲルを濾取し、アセトン５ｍｌで抽出した後、アセトンを留去した。得られた残査をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（酢酸エチル／ヘキサン＝７／１）で精製して、（１Ｒ，６Ｓ）−８−オキサビシクロ［４．３．０］ノナン−７−オン（８）（シスラクトン）（１２２ｍｇ、収率９２％、光学純度８５％）を得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（２００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：１．２−２．６（ｍ，１０Ｈ），３．９（ｄ，Ｊ＝１０．８Ｈｚ，１Ｈ），４．２（ｄｄ，Ｊ＝４．２，１０．８Ｈｚ，１Ｈ）
産業上の利用可能性
本発明によれば、原料になるアルコールの種類に関係なく、非常に簡便な反応操作で目的物を高収率で製造することができ、環境に悪影響を及ぼす恐れがある有機溶媒を使用する必要がなく、あらゆるタイプの工業生産に適応可能な、新規なアルコールの酸化方法を提供することができる。
また本発明によれば、従来の電解酸化法に見られる欠点を克服し、水に難溶性のアルコール化合物を水中にて電解酸化し、高収率、高効率で目的とする、例えばアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物等のアルコールよりも高次な酸化物を製造することが可能である。