(57)【要約】  【課題】  本発明は、メタクリル酸エステルの過酸化水素酸化を用いた遷移金属錯体触媒によるピルビン酸エステルの製造方法において、反応後の遷移金属錯体触媒の分離・後処理が簡便で、かつ触媒をリサイクル使用できる方法を提供することを課題とする。  【解決手段】  過酸化水素と式（１）：【化１】2005281282.tif 000010（式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表されるメタクリル酸エステルとの反応させて、式（２）：【化２】2005281282.tif 000011（式中、Ｒは上記に同じ。）で表されるピルビン酸エステルを製造するにあたり、触媒としてフッ素化された有機配位子をもつ遷移金属錯体を用い、また反応溶媒としてフッ素系有機溶媒とニトリル系溶媒を使用して反応を行い、反応後フッ素系有機溶媒相を分液で分離し、フッ素系有機溶媒相に含まれたフッ素化された有機配位子を含む遷移金属錯体触媒をリサイクルできるピルビン酸エステルの製造方法。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機錯体触媒および有機溶媒の存在下で過酸化水素と式（１）：
【化１】
2005281282.tif 000008
（式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表されるメタクリル酸エステルとを反応させて、式（２）：
【化２】
2005281282.tif 000009
（式中、Ｒは上記に同じ。）で表されるピルビン酸エステルを製造するにあたり、有機錯体触媒および有機溶媒としてそれぞれフッ素化された有機配位子をもつ遷移金属錯体およびフッ素系有機溶媒とニトリル系溶媒を用いることを特徴とするピルビン酸エステルの製造方法。
【請求項２】
ニトリル系溶媒がアセトニトリルである請求項１に記載のピルビン酸エステルの製造方法。
【請求項３】
メタクリル酸エステルがメタクリル酸メチルである請求項１または２に記載のピルビン酸エステルの製造方法。
【請求項４】
遷移金属錯体がクロム錯体である請求項１、２または３に記載のピルビン酸エステルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機錯体触媒および有機溶媒の存在下で、メタクリル酸エステルを酸化剤として過酸化水素を用いて酸化（以下、過酸化水素酸化という）してピルビン酸エステルを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピルビン酸エステルは医農薬原料として重要な化合物である。またそのピルビン酸エステルを加水分解することにより得られるピルビン酸も各種医農薬原料として利用されている。
【０００３】
ピルビン酸エステルとピルビン酸の用途としては、例えば、医薬品としては、Ｌ−トリプトファン、Ｌ−システィン、Ｌ−チロシン、Ｌ−ドーパー等のアミノ酸、キノフェン、イソニアジドピルピン酸カルシウムなどがあげられる。また、プラスチック工業、繊維工業、接着剤分野等においては、α−シアノアクリレート及びα−アシルオキシアクリレート等のモノマー合成の中間体として利用されている。更に、香料、農薬の合成原料としての応用開発も進められている。
【０００４】
従来から、メタクリル酸エステルの過酸化水素を用いた酸化によるピルビン酸エステルの製造方法において、収率を向上させるために、クロムやバナジウムを含有する有機錯体触媒を用いて当該酸化が行われている。（特許文献１、非特許文献１参照）
【特許文献１】特公平６−３７４２８
【非特許文献１】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，９９，１９８９年
【０００５】
しかし、これらの方法では有機錯体触媒が高価であるのにもかかわらず、リサイクルできないために、経済的に不利であり、必ずしも工業的に有利な方法とは言えなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、メタクリル酸エステルの、有機錯体触媒を用いた過酸化水素酸化による、ピルビン酸エステルの製造方法において、反応終了後の有機錯体触媒の分離が簡単で、かつ反応終了後の有機錯体触媒を容易にリサイクル使用できるピルビン酸エステルの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、メタクリル酸エステルの過酸化水素酸化によるピルビン酸エステルの製造方法に関して、有機溶媒としてフッ素系有機溶媒とニトリル系溶媒を用いた２相系で、かつ有機錯体触媒としてフッ素化された有機配位子を含有する遷移金属錯体触媒を用いて反応を行うと、当該遷移金属錯体触媒がフッ素系有機溶媒相に保持され、生成物であるピルビン酸エステルニトリル系溶媒に保持されて、反応終了後に分液といった簡便な操作で当該遷移金属錯体触媒と生成物を分離し、かつ良好な収率でピルビン酸エステルを製造できることを見いだした。さらに分離した当該遷移金属錯体触媒を含むフッ素系有機溶媒相は、そのまま新たなメタクリル酸エステル、過酸化水素およびニトリル系溶媒を加えて反応すれば、ピルビン酸エステルを製造でき効率的な触媒のリサイクル使用が可能なことを見いだした。
【０００８】
すなわち、本発明は、有機錯体触媒および有機溶媒の存在下で過酸化水素と式（１）：
【０００９】
【化１】
2005281282.tif 000002
（式中、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表されるメタクリル酸エステルとを反応させて、式（２）：
【００１０】
【化２】
2005281282.tif 000003
（式中、Ｒは上記に同じ。）で表されるピルビン酸エステルを製造するにあたり、有機錯体触媒および有機溶媒としてそれぞれフッ素化された有機配位子をもつ遷移金属錯体およびフッ素系有機溶媒とニトリル系溶媒を用いることを特徴とするピルビン酸エステルの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明方法によって、反応後フッ素系有機溶媒相を分液で分離し、その溶媒相に含まるフッ素化された有機配位子をもつ遷移金属錯体触媒を次回の反応に使用することができるので、高価な有機錯体触媒のリサイクルが可能となりピルビン酸エステルが安価に製造できることから、本発明方法は工業的価値が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を詳細に説明する。
式（１）および（２）において、Ｒで示されるアルキル基としては炭素数１〜４の直鎖、または分岐鎖状のアルキル基が挙げられ、具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、およびｔ−ブチル基等を例示できる。好ましくは、メチル基、またはエチル基であり、特に好ましくはメチル基である。
【００１３】
有機錯体触媒としては、フッ素化された有機配位子をもつ遷移金属錯体触媒（以下、遷移金属錯体触媒という）を用いる。遷移金属錯体触媒の遷移金属としては、例えば、５族、６族の金属が挙げられ、特にクロム・バナジウムが好ましい。価数は特に限定されない
フッ素化された有機配位子とは、分子中に少なくとも１つ以上のフッ素原子を有する有機配位子であり、遷移金属原子またはそのイオンと錯体を形成しうる配位性化合物であればいずれも使用することが出来る。
フッ素化された有機配位子としては、その化合物中に含まれるフッ素原子と水素原子の比がＦ原子数≧Ｈ原子数であるものがとくに好ましい。フッ素置換された有機配位子の例として、以下の式（３）から（５）までの化合物が挙げられる。
式（３）：
【００１４】
【化３】
2005281282.tif 000004
（式中、Cfは炭素数１〜１０で、フッ素化された炭化水素基を示す）
式（４）：
【００１５】
【化４】
2005281282.tif 000005
（式中、ｎは１〜３、ｍは１〜５の整数を示す）
式（５）
（Ｃｆ−ＳＯ２）２ＮＨ      （５）
（式中、Cfは炭素数１〜１０のフッ素化された炭化水素基を表す）
その他にはパーフルオロアセチルアセトン、パーフルオロペンタメチルシクロペンタジエン、パーフルオロシクロペンタジエン、パーフルオロピリジン、パーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロエチレンジアミンなどが挙げられるが、これらに限らない。
【００１６】
遷移金属錯体触媒の使用量は、メタクリル酸エステル１モルに対して通常０．０００１モル％以上であり、その上限は特にないが、経済的な面を考慮すると、実用的には、メタクリル酸エステルに対して１０モル％以下である。好ましくはメタクリル酸エステル１モルに対して１モル％以下を用いる。
【００１７】
過酸化水素としては、通常水溶液が用いられる。もちろん、過酸化水素の有機溶媒溶液を用いてもよいが、取り扱いがより容易であるという点で過酸化水素水を用いることが好ましい。過酸化水素水、または過酸化水素の有機溶媒溶液中の過酸化水素濃度はとくに制限されないが、容器効率、安全面等を考慮すると、実用的には１〜６０重量％である。過酸化水素水は通常市販のものをそのままもしくは必要に応じて希釈、濃縮等により濃度調整を行ったものを用いればよい。
【００１８】
過酸化水素の使用量は、メタクリル酸エステル１モルに対して、通常１モル倍以上であり、使用量の上限は特にないが、経済的な面も考慮すると、実用的には、メタクリル酸エステル１モルに対して５モル倍以下である。好ましくは２〜４倍モルである。
【００１９】
本発明のメタクリル酸エステルの酸化反応は、溶媒として一種類以上のフッ素系有機溶媒と一種類以上のニトリル系溶媒を用いる。両溶媒の使用量の割合はとくに限定されない。溶媒の使用量は、特に制限されないが、容器効率等を考慮すると、実用的には、メタクリル酸エステルに対して、両溶媒の合計量で通常１０重量倍以下である。
フッ素系有機溶媒とは、炭化水素で、分子中に含まれる水素原子のうち５０％以上の水素原子がフッ素原子によって置換された化合物、またはその炭素または水素またはフッ素原子が一部酸素、窒素、他のハロゲン原子などで置換された化合物を示す。より具体的には、遷移金属錯体触媒を含むフッ素系有機溶媒相と生成物相の分離のしやすさから、とくにパーフルオロ化合物が好ましい。
フッ素系有機溶媒の性状としては使用条件下で液体であれば特に制限はないが、炭素数５から３０の範囲のものが好ましい。例として、パーフルオロペンタンやパーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、等のフッ素化脂肪族炭化水素化合物、パーフルオロシクロペンタンやパーフルオロメチルシクロヘキサン等のフッ素化環状炭化水素化合物、パーフルオロベンゼン等のフッ素化芳香族炭化水素化合物、及びパーフルオロポリエーテルなどが示される。上記パーフルオロポリエーテル化合物の例を式（６）に示す。
式（６）：
【００２０】
【化５】
2005281282.tif 000006
（式中でｎ、ｍは任意の整数を示す）
なお、反応時に上記の複数のフルオラス溶媒を混合して用いてもよい。
【００２１】
ニトリル系溶媒としては、分子中にニトリル基を有する化合物が使用でき、具体的にはアセトニトリル、プロピオニトリル等の脂肪族ニトリル化合物が挙げられる。
【００２２】
反応温度は通常０〜２００℃であるが、好適には３０〜１５０℃である。
【００２３】
本反応は通常メタクリル酸エステル、過酸化水素、溶媒、および触媒を接触、混合することによって実施されるが、その混合順序はとくに制限されない。
【００２４】
本反応は、常圧条件下でも加圧条件下でも実施できる。また、反応の進行は例えば、ガスクロマトグラフィ、高速液体クロマトグラフィ、薄層クロマトグラフィ、核磁気共鳴スペクトル分析、赤外吸収スペクトル分析、等の通常の分析手段により確認することができる。
【００２５】
反応終了後、反応混合物を静置する事により通常フッ素系有機溶媒相と他相が相分離する。この相を分液することにより、生成物や原料を含む有機相もしくは水相と、遷移金属錯体触媒を含むフッ素系有機溶媒相とが分離できる。生成物のピルビン酸エステルは分離した有機相もしくは水相に含まれるから、直接通常の単離精製手段、例えば、濃縮、抽出、蒸留、乾燥、またはカラムクロマトグラフィ等により、目的であるピルビン酸エステルが得られる。
また分離したフッ素系有機溶媒相は、新たに原料であるメタクリル酸エステル、過酸化水素およびニトリル系溶媒を加え、同等の条件で反応することが出来、遷移金属錯体触媒の再使用が可能である。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下に示すメタクリル酸メチルの転化率、ピルビン酸メチルの収率、は反応終了後、反応混合物をガスクロマトグラフィ分析で、内部標準法により測定し、算出したものである。ガスクロマトグラフィ分析には島津製作所ＧＣ−１７Ａ型ガスクロマトグラフを用いて測定した。
【００２７】
実施例１
クロムフルオラス配位子触媒：Ｃｒ−Ｃ３Ｆ７ＣＯＣＨ２ＣＯＣ３Ｆ７の調製
市販の（ＡｃＯ）７Ｃｒ３（ＯＨ）２０．１２４ｇ（０．２０６ｍｍｏｌ）および市販のＣ３Ｆ７ＣＯＣＨ２ＣＯＣ３Ｆ７０．２４７ｇ（０．６０４ｍｍｏｌ）を、ジクロロエタン１．５ｍｌとアセトニトリル０．５ｍｌ混合溶媒に溶解し、５０℃で４時間保った。その後、反応液を市販のであるパーフルオロエーテル系溶媒（６）（ソルベイユ・ソレクシス社製ＧＡＬＤＥＮ−ＳＶ１３５）２ｍｌで３回抽出分液した。このパーフルオロエーテル系溶媒相をそのままメタクリル酸メチルの酸化反応に用いた。
【００２８】
実施例２
メタクリル酸メチル０．４６ｇ（４．６４ｍｏｌ）、実施例１で調整したクロム−フルオラス配位子触媒含有のパーフルオロエーテル系溶媒３．６６ｇ、アセトニトリル２．４７ｇ、３５％過酸化水素水１．８３ｇの混合液を攪拌下、６０℃に加熱し４時間反応した。反応後、静置しパーフルオロエーテル系溶媒相とアセトニトリル相に分離した。分離したパーフルオロエーテル系溶媒相に新たに原料のメタクリル酸メチルと過酸化水素水、アセトニトリルを加え、同様の条件で反応し、リサイクル使用した。
同様の実験を計５回行い、各バッチで分離したアセトニトリル相を分析したところ、以下の反応成績であった。
【００２９】
【表１】
2005281282.tif 000007