(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中（ただし、５重量％以下の水溶性有機溶媒が含まれていてもよい。）で、
ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩（ただし、各々の（２−ピリジルメチル）アミン配位子中の２−ピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）、及び、
［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］３＋、（ただし、ｂｐｙは、置換されていてもよい２，２’−ビピリジンであり、ビピリジン配位子中の何れのピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）又は、［Ｆｅ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、前記の意味である。）を用いて、
有機系基質を酸素化させることを特徴とする、有機系基質の酸素化方法。
【請求項２】
前記有機系基質が、
１〜３個の置換基で置換されていてもよいＣ４〜Ｃ１０不飽和炭素環、
１〜３個の置換基で置換されていてもよいベンゼン、又は、
フェニル基又はナフチル基で置換されていてもよい炭素数２〜８の第１級アルコールである請求項１に記載の有機系基質の酸素化方法。
【請求項３】
前記有機系基質が、
Ｃ４〜Ｃ８シクロアルケンであって、酸素化されて得られる化合物がジカルボン酸であり、
１〜３個の置換基で置換されているベンゼン誘導体であって、酸素化されて得られる化合物がアルデヒド又はケトンで置換されているベンゼン誘導体であり、
フェニル基又はナフチル基で置換されていてもよい炭素数３〜６の第１級アルコールであって、酸素化されて得られる化合物がカルボン酸である
請求項１または請求項２に記載の有機系基質の酸素化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルテニウム錯体を触媒として用いる有機系基質の酸素化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  過酷化水素あるいは過酸のような活性酸素を酸素源として、有機系基質の触媒的酸化反応が研究されていた。例えば、相間移動触媒存在下、金属オキソ酸を別個の触媒として、過酸化水素を酸化剤として、シクロヘキセンをアジピン酸に酸化する反応が報告されている（非特許文献１）。【０００３】  そこで、過酸化水素などではなく、水を酸素源として、水溶液中で金属−オキソ錯体が酸化活性種となって、炭化水素及びアルコール類の触媒的酸化反応を進行させることが検討された。具体的には、金属ポルフィリン類を用いた有機系基質の酸素化反応が研究された（非特許文献２）。しかし、高原子価金属オキソポルフィリンを使用する有機系基質の触媒的酸素化反応は、これまで活性酸素種（例えば、ＰｈＩＯ、過酸化水素、および過酸）を使用する酸素化に限られており、これらの酸素化反応は、高原子価金属オキソ種を生成することを必要とする。【０００４】  また、水を酸素源としたマンガンポルフィリンによる有機系基質の触媒的酸素化反応も公開されている（特許文献１）。生体内では酸素分子を還元的に活性化することにより、チトクロムＰ４５０酵素を用いて有機系基質の酸素化が行われている。この酵素反応活性は、高原子価金属ポルフィリン錯体であることがわかっている。この高原子価金属ポルフィリンオキソ錯体は金属ポルフィリンと過酸化水素あるいは過酸のような活性酸素との反応で得られることもわかっている。
【特許文献１】特開２００５−２５５６０２（Ｐ２００５−２５５６０２Ａ）
【非特許文献１】Ｓｃｉｅｎｃｅ  １９８８，２８１，１６４６
【非特許文献１】Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９７，１１９，６２６９−６２７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  本発明は、水を酸素源とする有機系基質の触媒的酸素化反応を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明者は、鋭意研究を行った結果、一電子酸化剤である［Ｃｅ（ＮＯ３）６］２−イオン錯塩を用い、電子移動反応によりルテニウム−オキソ錯体を生成させ、有機系基質の酸素化反応が進行することを見出した。水が酸素源となり高選択的にカルボニル化合物が生成することを見いだした。【０００７】
本発明によれば、以下の物質及び方法が提供される。
【０００８】
（１）  水溶液中（ただし、５重量％以下の水溶性有機溶媒が含まれていてもよい。）で、ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩（ただし、各々の（２−ピリジルメチル）アミン配位子中の２−ピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）、及び、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］３＋、（ただし、ｂｐｙは、置換されていてもよい２，２‘−ビピリジンであり、ビピリジン配位子中の何れのピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）又は、［Ｆｅ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、前記の意味である。）を用いて、有機系基質を酸素化させること
を特徴とする、有機系基質の酸素化方法。
【０００９】
（２）前記有機系基質が、
１〜３個の置換基で置換されていてもよいＣ４〜Ｃ１０不飽和炭素環、
１〜３個の置換基で置換されていてもよいベンゼン、又は、
炭素数２〜８の第１級アルコール
である（１）に記載の有機系基質の酸素化方法。
【００１０】
（３）前記有機系基質が、
Ｃ４〜Ｃ８シクロアルケンであって、酸素化されて得られる化合物がジカルボン酸であり、
１〜３個の置換基で置換されているベンゼン誘導体であって、酸素化されて得られる化合物がアルデヒド又はケトンで置換されているベンゼン誘導体であり、
炭素数３〜６の第１級アルコールであって、酸素化されて得られる化合物がカルボン酸である
（１）または（２）に記載の有機系基質の酸素化方法。
【００１１】（６）  水溶液中（ただし、５重量％以下の水溶性有機溶媒が含まれていてもよい。）で、ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩（ただし、各々の（２−ピリジルメチル）アミン配位子中の２−ピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）、及び、飽和カロメル電極に対する酸化還元電位（ＳＣＥ）が０．７５〜１．２Ｖである一電子酸化剤であって、ｐＨ０〜２．５で安定である一電子酸化剤を用いて、ｐＨ０〜２．５の条件で、有機系基質を酸素化させることを特徴とする、有機系基質の酸素化方法。（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］の電位（ＳＣＥ）は１．０Ｖであり、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、２，２‘−ビピリジンである）の電位（ＳＣＥ）は１．１Ｖであり、［Ｆｅ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、２，２‘−ビピリジンである）の電位（ＳＣＥ）は０．８１Ｖである。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、これまで酸素源として用いられてきた過酸化水素あるいは過酸のような活性酸素の代わりに安価かつ安全な水を用いて有機系基質の触媒的酸素化ができるようになった。本発明は、従来の技術に比べてコストおよび安全性の面ではるかに優れている。また、本発明によれば、高い選択性をもって、有機化合物中の様々な官能基を酸素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  本発明の好ましい実施態様においては、水溶液中、ルテニウム錯体を触媒として一電子酸化剤による有機系基質の酸素化を行なう。生成物はＭＳおよび１Ｈ−ＮＭＲにより同定することができ、カルボニル化合物を効率良く得ることができる。本発明の方法における酸素化反応では水が酸素源として進行している。このことは、重水、即ち、Ｄ２Ｏを用い、生成物にＤで標識された生成物をＭＳで確認した。一電子酸化剤としては、セリウム（ＩＶ）が中心金属であるセリウム錯体、例えば、［Ｃｅ（ＮＯ３）６］２−、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、置換されていてもよい２，２‘−ビピリジンであり、ビピリジン配位子中の何れのピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）又は、［Ｆｅ（ｂｐｙ）３］３＋が用いられる。【００１４】  本発明の実施態様において、ルテニウム錯体として、ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミンルテニウム（ＩＩ）錯塩（ただし、各々の（２−ピリジルメチル）アミン配位子中の２−ピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）を用いた。【００１５】  図１に、このルテニウム錯体の化学構造式を示す。式中、Ｒは、同一又は異なって、１から３の置換基である。これらの置換基は、メタ又はパラ位に位置する。置換基は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、カルボキシ、Ｃ１−６アルキル、Ｃ２−６アルケニル、Ｃ２−６アルキニル、Ｃ１−１０アルコキシ、−ＮＲ１Ｒ２（Ｒ１及びＲ２は、同一又は異なって、水素原子、Ｃ１−６アルキル、Ｃ２−６アルケニル、Ｃ２−６アルキニルである）、−Ｓ（Ｏ）ｍＣ１−６アルキル（ここでｍは０〜２から選択される整数である）、Ｃ１−６アルキルカルボニル、Ｃ２−６アルケニルカルボニル、Ｃ２−６アルキニルカルボニル、Ｃ１−６アルコキシカルボニルから選択される。これらの置換基の炭化水素部分（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  ｍｏｉｅｔｙ）の炭素原子は、１以上のハロゲン原子またはヒドロキシにより置換されていてもよい。【００１６】  図２に、上記ルテニウム錯体の合成方法を示す。二核錯体は、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９８、３７、４０７６に合成方法が記載されている。二核錯体は、溶媒中でその溶媒に溶解する銀塩を反応させる。溶媒は、典型的には、水であるが、水と水溶性有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。例えば、水が９０重量％以上であり、水溶性有機溶媒が１０重量％以下である。水溶性銀塩としては、例えば、ＡｇＰＦ６、ＡｇＣｌＯ４、ＡｇＮＯ３などが挙げられる。この反応は、典型的には、リフラックスさせて進行させる。例えば、７０〜１２０℃で反応させる。反応が終了後に、水に不溶性のＡｇＣｌが沈殿する。【００１７】  図３に、上記ルテニウム錯体であって、Ｒが全て水素原子である場合の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。【００１８】  ルテニウム錯体を触媒として一電子酸化剤であるセリウム（ＩＶ）が中心金属であるセリウム錯体、例えば、［Ｃｅ（ＮＯ３）６］２−による有機系基質の酸素化を行なう。この反応において、触媒活性種は、図４に示される錯体と考えられる。この触媒活性種では、二つのアクア配位子の一方���オキソ配位子に変換されている。【００１９】  また、セリウム錯体でなくても、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、置換されていてもよい２，２‘−ビピリジンであり、ビピリジン配位子中の何れのピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）、又は、［Ｆｅ（ｂｐｙ）３］３＋であっても、同様に反応が進行する。【００２０】  ピリジル基の置換基は、３位、４位又は５位に位置することが好ましい。置換基は、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ、シアノ、ニトロ、カルボキシ、Ｃ１−６アルキル、Ｃ２−６アルケニル、Ｃ２−６アルキニル、Ｃ１−１０アルコキシ、−ＮＲ１Ｒ２（Ｒ１及びＲ２は、同一又は異なって、水素原子、Ｃ１−６アルキル、Ｃ２−６アルケニル、Ｃ２−６アルキニルである）、−Ｓ（Ｏ）ｍＣ１−６アルキル（ここでｍは０〜２から選択される整数である）、Ｃ１−６アルキルカルボニル、Ｃ２−６アルケニルカルボニル、Ｃ２−６アルキニルカルボニル、Ｃ１−６アルコキシカルボニルから選択される。これらの置換基の炭化水素部分（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  ｍｏｉｅｔｙ）の炭素原子は、１以上のハロゲン原子またはヒドロキシにより置換されていてもよい。【００２１】  本発明の一実施態様において、水溶液中で、ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩（ただし、各々の（２−ピリジルメチル）アミン配位子中の２−ピリジル基は、同一又は異なって、１から３の置換基で置換されていてもよい。）及びセリウム（ＩＶ）が中心金属であるセリウム錯体を用いて、有機系基質を酸素化させる。【００２２】  水溶液には、微量の水溶性有機溶媒が含まれていてもよいが、典型的には、有機溶媒が含まれていないことが好ましい。有機溶媒が含まれていない方が、環境に優しいからである。【００２３】  １０〜１２０℃で反応させることが好ましく、１０〜８０℃で反応させることが更に好ましい。圧力は、約１気圧であることが好ましい。ただし、０．１〜１０気圧で反応させてもよい。本発明は、室温でも反応が進行することが特徴である。【００２４】  １マイクロモルのビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩、即ち、ルテニウム触媒に対して、例えば、１０マイクロモル〜１モルの基質を用いることができ、１００マイクロモル〜０．１モルの基質を用いることもできる。【００２５】  １ミリモルの基質に対して、２ミリモル〜３ミリモルの一電子酸化剤を用いることができ、２ミリモル〜２．５ミリモルの一電子酸化剤を用いることができる。また、ルテニウム触媒に対して、モルを基準として、４〜１０００倍の一電子酸化剤を用いることができ、１００倍以上の有機系基質を用いることができ、１０００倍以上の有機系基質を用いることもできる。【００２６】  有機系基質は、１〜３個の置換基で置換されていてもよいＣ４〜Ｃ１０不飽和炭素環であってもよく、例えば、Ｃ４〜Ｃ８シクロアルケンが酸素化され、ジカルボン酸が得られる。置換基は、例えば、Ｃ１〜Ｃ６炭化水素基である。置換基は、二重結合のアルファ位以外に位置することが好ましい。アルファ位に置換基が位置するときには、触媒の活性中心、即ち、ルテニウ���金属に基質が接近しずらくなり、触媒反応を阻害するからである。【００２７】  有機系基質は、１〜３個の置換基で置換されていてもよいベンゼンであり、例えば、１〜３個の置換基で置換されているベンゼン誘導体が酸素化され、アルデヒド又はケトンで置換されているベンゼン誘導体が得られる。特に、パラ位が、例えば、−ＳＯ３Ｍ１（Ｍ１は、Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属を意味する。）で置換されていてもよい。【００２８】  有機系基質は、フェニル基又はナフチル基で置換されていてもよい炭素数２〜８の第１級アルコールであり、フェニル基又はナフチル基で置換されていてもよい炭素数３〜６の第１級アルコールが酸素化され、対応するカルボン酸が得られる。
【実施例】
【００２９】実施例１
［ＲｕＣｌ（ＴＰＡ）］２（ＰＦ６）２（式中、ＴＰＡは、２−ピリジルメチルアミンを意味する）、即ち、クロロトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯体は、コジマ等、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９８，３７，４０７６に記載されている方法で合成した。
［ＲｕＣｌ（ＴＰＡ）］２（ＰＦ６）２を水溶液中で、６時間、リフラックスさせ、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］２（ＰＦ６）２を得た（収率５９％）。生成物は１Ｈ−ＮＭＲ、吸収スペクトル、元素分析を用いて同定を行った。【００３０】元素分析計算値：Ｃ，２９．３２；Ｈ，２．９６；Ｎ，７．７２。実測値：Ｃ，２９．４０；Ｈ，３．２９；Ｎ，７．６２。【００３１】実施例２
実施例２−１
水又は重水３ｍｌ、有機系基質としてシクロヘキセン（０．５ｍｍｏｌ、１．７×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（本明細書では、適宜、ＣＡＮという）（１ｍｍｏｌ、３．３×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（５μｍｏｌ、１．７×１０−３Ｍ）を室温にて、１時間、攪拌した。ヘキサン二酸、即ち、アジピン酸が得られた。【００３２】  あるいは、水又は重水、有機系基質としてシクロヘキセン（１．０×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（９．０×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（１．０×１０−３Ｍ）を室温にて、１時間、攪拌した。アジピン酸が得られた。【００３３】実施例２−２
水又は重水、有機系基質としてシクロオクテン（１．０×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（９．０×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（１．０×１０−３Ｍ）を６０℃にて、４．５時間攪拌し、オクタン二酸が得られた。【００３４】実施例２−３
水又は重水、有機系基質としてビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム（１．０×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（８．０×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（１．０×１０−３Ｍ）を室温にて、１時間、攪拌した。パラスルフォナトベンズアルデヒドが得られた。【００３５】実施例２−４
水又は重水、有機系基質としてヒドロキシメチルベンゼン（１．０×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（３．０×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（１．０×１０−３Ｍ）を室温にて、１時間、攪拌した。パラスルフォナトベンズアルデヒドが得られた。【００３６】実施例２−５
水又は重水、有機系基質として１−プロパノール（１．０×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（６．０×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（１．０×１０−３Ｍ）を室温にて、１時間、攪拌した。プロピオン酸が得られた。【００３７】実施例２−６
水又は重水、有機系基質として、パラスルフォナトエチルベンゼン、即ち、エチルベンゼンスルホン酸ナトリウム（１．０×１０−１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（６．０×１０−１Ｍ）、［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（１．０×１０−３Ｍ）を室温にて、１時間、攪拌した。パラスルフォナトアセトフェノンが得られた。【００３８】
【表１】
0005300239.tif 000002
【表１】
【００３９】実施例３
ルテニウム触媒の耐久性について、実験した。［Ｒｕ（ＴＰＡ）（ＯＨ２）２］（ＰＦ６）２（５．０×１０−４Ｍ）、シクロヘキセン（０．１Ｍ）、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］（１．２ｘ１０−２Ｍ）の水溶液を室温にて攪拌した。１１５分経過後、及び、１６５分経過後、（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］を初期と同量、添加した。
【００４０】実施例４
（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］の代わりに、［Ｒｕ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、２，２‘−ビピリジンである）を用いた。ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムが酸素化され、パラスルフォナトベンズアルデヒドが得られた（収率１００％）。
【００４１】実施例５
（ＮＨ４）２［Ｃｅ（ＮＯ３）６］の代わりに、［Ｆｅ（ｂｐｙ）３］３＋（ただし、ｂｐｙは、２，２‘−ビピリジンである）を用いた。パラスルフォナトエチルベンゼン、即ち、エチルベンゼンスルホン酸ナトリウムが酸素化され、パラスルフォナトアセトフェノンが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】  上述したとおり、本発明の酸素化反応は、水を電子源とする全く新しいタイプの酸素化反応であり、同位体の導入も容易になり、応用価値が非常に高いものである。【００４３】  以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】  ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩（Ｒは、同一又は異なって、置換基である）の化学構造式である。
【図２】  ビスアクアトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＩ）錯塩の合成方法である。
【図３】  上記ルテニウム錯塩であって、Ｒが全て水素原子であり、かつ、対イオンがＰＦ６である場合のＣＤ３ＣＮ中の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【図４】  アクアオキソトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＶ）錯体（Ｒは、同一又は異なって、置換基である）の化学構造式である。
【図５】  脂肪族Ｃ−Ｈ結合の酸素化、Ｄ２Ｏ中の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルなどである。
【図６】  一級アルコールの酸素化、Ｄ２Ｏ中の１Ｈ−ＮＭＲスペクトルなどである。
【図７】  ルテニウム触媒の耐久性についてのグラフである。
【図８】  アクアオキソトリス［（２−ピリジルメチル）アミン］ルテニウム（ＩＶ）錯体（Ｒは、同一又は異なって、置換基である）の共鳴ラマンスペクトルである。
【図９】  ｐＨと飽和カロメル電極に対する酸化還元電位（ＳＣＥ）との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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