(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（１）
【化１】
0004432228.tif 000003
………（１）
［式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4及びＲ5は，それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数１〜１０の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表す。］
で示されるフェノール類と、一価又は二価のアルコールとを混合して、金属の水酸化物および／または金属のアルコキシドの存在下、該アルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とするフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【請求項２】
一般式（１）で示されるフェノール類と，一価又は二価のアルコールとを混合して、金属の水酸化物および／または金属のアルコキシド、及び二酸化炭素の存在下、該アルコール及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させる請求項１記載のフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【請求項３】
金属の水酸化物および／または金属のアルコキシドの添加量が反応に用いる一般式（１）で示されるフェノール類に対して、０．０５〜２質量％の範囲である請求項１または２記載のフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【請求項４】
一価のアルコールが一般式（２）
【化２】
Ｒ6−ＯＨ        ……（２）
［Ｒ6は炭素数１〜１０の直鎖又は分岐のアルキル基を表す。］
で示されるアルコールである請求項１〜３のいずれかに記載のフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【請求項５】
一般式（２）のＲ6がメチル基である請求項４記載のフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【請求項６】
金属の水酸化物が水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化カルシウムである請求項１〜５のいずれかに記載のフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【請求項７】
金属のアルコキシドがリチウムメチラート、ナトリウムメチラート、又はカリウムメチラートである請求項１〜５のいずれかに記載のフェノール類の芳香核をアルキル化する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェノール類の芳香核アルキル化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェノール類の芳香核アルキル置換体は医農薬、樹脂、各種添加剤、重合防止剤、酸化防止剤、消毒剤、防腐剤、工業薬品等の原料や中間体として工業的に用いられている。中でも、フェノールの２位にイソプロピル基が、５位にメチル基が結合した構造であるチモールは駆虫剤として多くの需要がある。
【０００３】
従来、フェノール類のオルトアルキル置換体は、フェノール類とアルコールを気化させ、触媒相に流通させて反応させる気相反応、フリーデル・クラフツ反応を利用した液相反応等が知られている。例えば、特開平６−２５０４１号公報には、マンガン酸化物を触媒とし、気相でフェノール類とアルコールを反応させてフェノール類の芳香核アルキル化誘導体を製造する方法が記載されている。しかし、この方法では反応装置が複雑かつ容量が大きくなるという問題がある。
また、特開２０００−３８３６３号公報には、フェノール類とアルコールを酸化ジルコニウムを触媒とし、超臨界領域で４００℃に加熱してアルキル化する手法が紹介されている。しかし、この手法では多量の触媒が必要であり、コスト、装置の大きさの面で問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の公知の方法は、大きく複雑な反応装置が必要となる問題点や、多量の触媒が必要になるという問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、フェノール類とアルコールから、比較的小さな反応器を用い、高反応性で、少量の触媒量でフェノール類を芳香核アルキル化する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の状況に鑑み、フェノール類とアルコールからフェノール類の芳香核アルキル置換体を製造する方法について鋭意研究を続け、アルコールを超臨界状態にし、金属の水酸化物またはアルコキシドを触媒として用いて反応させることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、一般式（１）
【化３】
0004432228.tif 000002
………（１）
【０００８】
［式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4及びＲ5は，それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数１〜１０の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表す。］
で示されるフェノール類と、一価又は二価のアルコールとを混合して、触媒として金属の水酸化物および/または金属のアルコキシドの存在下、該アルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とするフェノール類の芳香核をアルキル化する方法［以下、本発明製法（１）と記す。］に係るものである。
【０００９】
また、本発明は、上記一般式（１）で示されるフェノール類と一価又は二価のアルコールとを混合して、上記の触媒及び二酸化炭素の存在下、該アルコール及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とするフェノール類の芳香核をアルキル化する方法［以下、本発明製法（２）と記す。］に係わるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において出発原料として用いる一般式（１）で示されるフェノール類のＲ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4又はＲ5で表される炭素数１〜１０の直鎖若しくは分岐のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基等が挙げられ、また、一般式（１）で示されるフェノール類の具体例としては、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−キシレノール、２，４−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６−キシレノール、３，４−キシレノール、３，５−キシレノール、アニソール、ｔ−ブチルフェノール等が挙げられる。
【００１１】
本発明において、もう１つの出発原料であるアルコールは、一価又は二価のアルコールであれば特に限定されないが、一般式（２）
【００１２】
【化４】
Ｒ6−ＯＨ        ……（２）
【００１３】
［Ｒ6は炭素数１〜１０の直鎖又は分岐のアルキル基を表す。］
で示される一価のアルコールであることが好ましい。ここで、Ｒ6としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基などが挙げられる。
【００１４】
一般式（２）で示される一価のアルコールとして、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、ペンタノール、へキサノール、ヘプタノール、ｎ−オクタノール、ｎ−ノナノール、ｎ−デカノール等が挙げられ、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール又はｎ−ブタノールが好ましく、メタノール又はエタノールがより好ましく、メタノールがさらに好ましい。
また、二価のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール等が挙げられる。
【００１５】
本発明において、一般式（１）で示されるフェノール類に対する一価又は二価のアルコールのモル比は、使用する化合物により適宜決定されるが、一般に１から１０００であり、１から２００が好ましく使用できる。
【００１６】
本発明製法（１）においては、一価又は二価のアルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とする。また、本発明製法（２）においては、一価又は二価のアルコール、及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とする。
ここに本発明でいう超臨界状態とは次の状態をいう。
物質には、固有の気体、液体、固体の３態があり、さらに、臨界温度および臨界圧力以上になると、圧力をかけても凝縮しない流体相がある。この状態を超臨界状態という。
超臨界状態にある流体は、液体や気体の通常の性質と異なる性質を示す。超臨界状態の流体の密度は、液体に近く、粘度は、気体に近く、熱伝導率と拡散係数は、気体と液体の中間的性質を示す、“液体ではない溶媒”であり、低粘性、高拡散性のために物質移動が有利となり、また高伝導性のために高い熱移動性を得ることができる。
【００１７】
超臨界流体を反応場として用いると、反応場が上述のように高密度、高拡散性の状態になっているため、通常の気相、液相反応よりも高い反応性が得られる。また、超臨界状態は、液相に近い密度を持つため、気相反応と比較して反応装置を小さくできる。
【００１８】
本発明においては、反応温度の上限は、限定的ではないが、一般式（１）で示されるフェノール類が分解しないように、４５０℃以下であることが好ましい。反応圧力の上限も限定的ではないが、反応装置の耐圧を増すためにコストがかかるので、２５ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明製法（１）においては、一価又は二価のアルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることが必要である。アルコールとしてメタノールを用いる場合には、メタノールは、臨界温度が２４０℃、臨界圧力が８ＭＰａなので、２４０℃以上および８ＭＰａ以上の条件で反応を行う。エタノールを用いる場合には、エタノールは、臨界温度が２４３℃、臨界圧力が６．３ＭＰａなので、２４３℃以上および６．３ＭＰａ以上の条件で反応を行う。ｎ−プロパノールを用いる場合には、ｎ−プロパノールの臨界温度は２６４℃、臨界圧力は４．８ＭＰａなので、２６４℃および５ＭＰａ以上の条件で行う。イソプロパノールを用いる場合には、イソプロパノールの臨界温度は２３５℃、臨界圧力は４．８ＭＰａなので、２３５℃および５ＭＰａ以上の条件で行う。ｎ−ブタノールを用いる場合には、ｎ−ブタノールの臨界温度は２８７℃、臨界圧力は４．８ＭＰａなので、２８７℃以上および４．８ＭＰａ以上の条件で反応を行う。
【００２０】
次に、本発明製法（２）について説明する。
本発明製法（２）においては、触媒及び二酸化炭素の存在下、一価又は二価のアルコール及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させることが必要である。
【００２１】
該アルコールと二酸化炭素の混合比に特に制限はないが、反応に用いるフェノール類の該アルコールへの溶解度を考慮して決定される。該アルコールと二酸化炭素の混合比は、１０：９０から９９：１が好ましい。
【００２２】
該アルコールとしてメタノールを、該フェノール類としてフェノールを用いる場合について具体的に説明する。例えば、メタノールと二酸化炭素のモル比が、７５：２５の混合物の場合、文献［ジャーナル  オブ  ケミカル  サーモダイナミックス（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ）、第２３巻、第９７０頁（１９９１年）］によれば、当該混合物の臨界温度は２０４℃、臨界圧力は、１２．７５ＭＰａである。
メタノールと二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる温度圧力条件下でフェノール類の芳香核メチル化を行う場合には、該混合物が超臨界状態となる温度・圧力条件下である必要がある。例えば、上記のメタノールと二酸化炭素のモル比が、７５：２５の混合物の場合は、温度２０４℃以上、圧力１２．７５ＭＰａ以上で行うことが必要であり、温度２４０℃以上、圧力１２．７５ＭＰａ以上で行うことがより好ましい。
【００２３】
本発明製法（１）及び本発明製法（２）における反応時間は、それぞれ、該フェノール類および該アルコールの種類等により適宜決定されるが、通常、１分〜２４時間の範囲である。
【００２４】
また、それぞれの製法においては、触媒、すなわち、金属の水酸化物および／または金属のアルコキシドの存在下で反応させることが必要であり、比較的少量添加するだけで芳香核アルキル化の反応性が高めることができる。
【００２５】
金属の水酸化物としては、代表的なものとして、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化ゲルマニウムなどがあげられるがこれらには限定されない。
また、金属のアルコキシドと組み合わせて使用してもよい。
【００２６】
金属のアルコキシドしては、リチウムメチラート、ナトリウムメチラート、カリウムメチラート、ジメトキシマグネシウム、ジメトキシカルシウム、ジメトキシバリウム、ジメトキシストロンチウム、テトラメトキシゲルマニウムなどがあげられるがこれらには限定されない。
また、金属の水酸化物と組み合わせて使用してもよい。
【００２７】
本発明は種々の反応態様で実施できる。例えば、回分方式で行っても良いし、流通方式で行っても良いが、回分式で行うことが好ましい。
【００２８】
本発明製法（１）及び本発明製法（２）のそれぞれの反応終了後の反応混合物から、各種の用途に必要な純度まで、一般式（１）で示されるフェノール類の芳香核アルキル置換体を分離する。該反応混合物には、該フェノール類の芳香核アルキル置換体混合物のほかに、未反応の原料又はその他の不純物が含まれることもある。
分離の方法は、特に限定されず、該置換体の性質に応じて、蒸留、抽出等の一般的な方法が適用できる。
【００２９】
すなわち、本発明の方法によれば、一般式（１）で示されるフェノール類と、一価又は二価のアルコールから比較的小さな反応器で、高反応性で、特に回分式において触媒量を少量で該フェノール類を芳香核アルキル化する方法が提供できる。
本発明において、触媒の添加量は反応に用いた一般式（１）で示されるフェノール類に対して、０．０１〜２０質量％の範囲であることが好ましく、０．０５〜２質量％の範囲であることがさらに好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
実施例における反応物および生成物は、ガスクロマトグラフィー質量分析装置ＨＰ−６８９０（ＧＣ；横河電機製）−ＨＰ５９７３（ＭＳ：横河電機製）を用いて同定し、ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）が付属しているガスクロマトグラフィー装置ＧＣ−３５３Ｂ（ジーエルサイエンス製）を用いて定量分析を行った。実施例中の転化率および選択率は下記の手法によって計算した。転化率は
【００３１】
【数１】
（転化率）＝｛１-（反応液中に未反応で残存した反応基質のクロマトグラフの面積）/（残存した反応基質および全反応生成物のクロマトグラフの面積の和）｝×１００（％）
【００３２】
の式を用いて計算した。また、選択率は各反応生成物のモル当りのガスクロマトグラフの面積が等しいと仮定し、
【００３３】
【数２】
（選択率）＝｛（計算する反応生成物のガスクロマトグラフの面積）/（全反応生成物のガスクロマトグラフの面積の和）｝×１００（％）
【００３４】
の式を用いて計算した。
【００３５】
実施例１
フェノール（和光純薬製）０．０５１ｇとメタノール（和光純薬製）１．３８５ｇ、水酸化リチウム一水和物（和光純薬製）０．０７５ｍｇ（フェノールに対して０．１５質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところフェノールの転化率は、３６モル％で、ｏ−クレゾールの選択率は、５１モル％、ｐ−クレゾールの選択率は、１０モル％、２，６−キシレノールの選択率は、３モル％、２，４−キシレノールの選択率は２モル％であった。反応液は液体クロマトグラフィーを用いて各成分を分離し、その中からｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，６−キシレノールおよび２，４−キシレノールを分取をした。なお、分取液をガスクロマトグラフィー質量分析装置を用いて分析し、生成物からｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，６−キシレノールおよび２，４−キシレノールを分離できていることを確認した。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のフェノールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００３６】
比較例１
フェノール０．０５１ｇとメタノール１．３５２ｇ、酸化ジルコニウム（高純度化学製）１．０ｍｇ（フェノールに対して２．０質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところフェノールの転化率は、２０モル％で、ｏ−クレゾールの選択率は、５０モル％、ｐ−クレゾールの選択率は、３モル％、２，６−キシレノールの選択率は、２モル％、２，４−キシレノールの選択率は１モル％であった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のフェノールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００３７】
比較例２
フェノール０．０５２ｇとメタノール１．３５８ｇ、酸化亜鉛（和光純薬製）１．１ｍｇ（フェノールに対して２．１質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところフェノールの転化率は、１１モル％で、ｏ−クレゾールの選択率は、７８モル％、ｐ−クレゾールの選択率は、２モル％、２，６−キシレノールの選択率は、３モル％、２，４−キシレノールは生成しなかった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のフェノールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００３８】
実施例２
ｐ−クレゾール（和光純薬製）０．０４５ｇとメタノール１．４８５ｇ、水酸化リチウム一水和物０．２５ｍｇ（ｐ−クレゾールに対して０．５６質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｐ−クレゾールの転化率は、９７モル％で、２，４−キシレノールの選択率は、２３モル％、２，４，６−トリメチルフェノールの選択率は、６１モル％であった。反応液は液体クロマトグラフィーを用いて各成分を分離し、その中から２，４−キシレノールおよび２，４，６−トリメチルフェノールを分取をした。なお、分取液をガスクロマトグラフィー質量分析装置を用いて分析し、生成物から２，４−キシレノールおよび２，４，６−トリメチルフェノールを分離できていることを確認した。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｐ-クレゾールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１５．４ＭＰａであった。
【００３９】
比較例３
ｐ−クレゾール０．０５１ｇとメタノール１．３５０ｇ、酸化ジルコニウム１．２ｍｇ（ｐ−クレゾールに対して２．４質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｐ−クレゾールの転化率は、８モル％で、２，４−キシレノールの選択率は、３０モル％、２，４，６−トリメチルフェノールは生成しなかった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｐ-クレゾールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００４０】
比較例４
ｐ−クレゾール０．０５２ｇとメタノール１．３５５ｇ、酸化亜鉛１．２ｍｇ（ｐ−クレゾールに対して２．３質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｐ−クレゾールの転化率は、１２モル％で、２，４−キシレノールの選択率は、８１モル％、２，４，６−トリメチルフェノールの選択率は、４モル％であった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｐ-クレゾールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００４１】
実施例３
ｍ−クレゾール０．４１２ｇとイソプロパノール１．５００ｇ、水酸化リチウム１．９ｍｇ（ｍ−クレゾールに対して０．４６質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｍ−クレゾールの転化率は、２２モル％で、チモールの選択率は、６２モル％であった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｍ−クレゾールとイソプロパノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１０ＭＰａであった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、フェノール類とアルコールから、比較的小さな反応器を用い、高反応性で、少量の触媒量でフェノール類を芳香核アルキルする方法を提供できる。