(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）強磁性二酸化クロムを、（ｉ）アルコール、（ｉｉ）活性炭化水素、および（ｉｉｉ）ロイコ色素からなる群から選択される被酸化性化合物と混合する工程と、
（ｂ）前記（ａ）で得た混合物を反応させて、未反応二酸化クロムに付着している還元クロム化合物と酸化生成物とを生成する工程と、
（ｃ）還元クロム化合物を有する二酸化クロムを、酸化生成物から磁気的に分離する工程と
を備えることを特徴とする、被酸化性化合物の選択的酸化方法。
【請求項２】
前記被酸化性有機化合物が、ベンジルアルコール系アルコール、ヘテロベンジルアルコール系アルコール、アリルアルコール系アルコール、プロパギルアルコール系アルコール、α−ヒドロキシエーテル、フェノール、および被エノール化性ケトンからなる群から選ばれる活性アルコールであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被酸化性有機化合物が、多環芳香族化合物、複素環芳香族化合物、水素化芳香族化合物、水素化複素環芳香族化合物からなる群から選ばれる活性炭化水素であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記被酸化性有機化合物が、トリアリールメタン、変性ジアリールメタン、およびヘテロアリールメタンからなる群から選ばれるロイコ色素であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、
（ｄ）前記工程（ｃ）で分離した還元クロム化合物を有する二酸化クロムを空気中で加熱することにより該二酸化クロムを再生する工程
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記工程（ｄ）が２００〜４００℃で行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物の選択的酸化方法に関する。特に、本発明は、強磁性二酸化クロムが酸化剤として用いられ、かつ磁気分離により回収されることを特徴とする有機化合物の選択的酸化方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書の記述は本件出願の優先権の基礎たる米国特許出願第０８／４１４，９６６号（１９９５年３月３１日出願）の明細書の記載に基づくものであって、当該米国特許出願の番号を参照することによって当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
酸化は、農薬、医薬、プラスチック（合成樹脂）等の多くの商業的に重要な材料の製造において重要な方法(key process) である。一般的に用いられている酸化剤としては、クロム酸水溶液、過マンガン酸カリウム水溶液および活性二酸化マンガンが挙げられる。しかし、これらの酸化剤には各々幾つかの欠点がある。酸化剤およびその還元体からの酸化生成物の分離は、非常に手間がかかり、しかも非効率的であり、その結果、収率が低くなる場合が多い。いくつかの場合において、酸化剤はそれ程選択性をもたない。酸化反応は所望する生成物のところで停止しないかもしれない。例えば、第一級アルコールのアルデヒドへの酸化において、酸化反応は酸の形成にまで進行するかもしれない。さらに、酸化剤は、多官能性化合物において、他の官能基を酸化するかもしれない。この選択性の欠落は、分離プロセスを複雑にし、かつ収率を低いものにする。さらに、酸化剤の選択性は調製方法に臨界的に依存する。
【０００４】
Fatiadi は、「合成(Synthesis) 」（1976年、65〜167 頁）において、選択的酸化における活性二酸化マンガンの使用を開示している。しかしながら、二酸化マンガン酸化の効率は、その二酸化マンガンの調製方法に左右される。さらに、これらの反応では、厳しい分離困難が生じる可能性がある。Marquiseらは、米国特許第3,954,666 号において、反応剤の磁気分離の利用を開示している。この特許では、不均一な触媒と強磁性材料とを半透過性高分子マイクロカプセルに入れた。反応性材料との反応後、このマイクロカプセルは磁気的にそれらを分離することにより除去した。しかしながら、記載の酸化剤は選択性に乏しく、カプセル化のプロセスは費用も時間もかかるものである。Bottjer らは、米国特許第3,512,930 号において、二酸化クロム粒子の保護バリアーの有効性の試験を開示しており、該試験において保護されていない二酸化クロムはベンズヒドロールをベンゾフェノンに酸化する。しかしながら、試験に対する初期の反応速度のみが得られるものであり、反応の全体的な選択性については全く議論されていない。したがって、上記の酸化剤の欠点を克服する、改善された化合物の選択的酸化方法が必要とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、化合物、特に有機化合物を選択的に酸化するための方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するために、本発明の第１の形態による被酸化性化合物の選択的酸化方法は、
（ａ）強磁性二酸化クロムを被酸化性化合物と混合する工程と、
（ｂ）上記（ａ）で得た混合物を反応させて、未反応二酸化クロムに付着している還元クロム化合物と酸化生成物とを生成する工程と、
（ｃ）還元クロム化合物を有する二酸化クロムを、酸化生成物から磁気的に分離する工程と
を備えることを特徴とする。
【０００７】
（２）上記（１）の方法において、上記被酸化性化合物が有機化合物であってもよい。
【０００８】
（３）上記（２）の方法において、上記被酸化性有機化合物は、(i) アルコール、(ii)炭化水素、および(iii) 被酸化性ロイコ色素からなる群から選ばれるものであってもよい。
【０００９】
（４）上記（３）の方法において、上記被酸化性有機化合物が、ベンジルアルコール系アルコール、ヘテロベンジルアルコール系アルコール、アリルアルコール系アルコール、プロパギルアルコール系アルコール、α−ヒドロキシエーテル、フェノール、および被エノール化性ケトンからなる群から選ばれる活性アルコールであってもよい。
【００１０】
（５）上記（３）の方法において、上記被酸化性有機化合物が、多環芳香族化合物、複素環芳香族化合物、水素化芳香族化合物、複素環芳香族化合物からなる群から選ばれる活性炭化水素であってもよい。
【００１１】
（６）上記（３）の方法において、上記被酸化性有機化合物が、トリアリールメタン、変性ジアリールメタン、およびヘテロアリールメタンからなる群から選ばれるロイコ色素であってもよい。
【００１２】
（７）上記（１）の方法において、さらに、
（ｄ）上記工程（ｃ）で分離した還元クロム化合物を有する二酸化クロムを空気中で加熱することにより該二酸化クロムを再生する工程
を備えていてもよい。
【００１３】
（８）上記（７）の方法において、上記工程（ｄ）が２００〜４００℃で行われてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、特定の化合物の選択的酸化方法に関する。本方法における酸化剤は二酸化クロムである。驚くべきことに、そして意外なことに、二酸化クロムが穏やかで選択性を有する酸化剤であることが見出された。この酸化反応において、二酸化クロムは反応剤であって、触媒ではなく、したがって、還元されたクロム種(chromium species)が形成される。さらに、本質的に全てのクロム（すなわち未反応の強磁性二酸化クロムおよび非強磁性還元クロム種）が反応混合物から磁気的に分離可能であることも見出された。したがって、二酸化クロム酸化剤は、酸化の選択性と反応生成物の易分離性とを共に付与する。
【００１５】
本発明の実施においては、如何なる予備形成された強磁性二酸化クロムも使用可能である。好適な強磁性二酸化クロムおよびその調製品が多くの特許に記載されており、中でも、米国特許第2,885,365 号、同第2,923,684 号、同第2,956,955 号、同第3,034,988 号、同第3,117,093 号、同第3,278,263 号、同第3,911,095 号、同第4,524,008 号、同第4,698,220 号および同第4,769,165 号が挙げられる。好ましい方法が米国特許第4,524,008 号に記載されており、これによって、この特許は引用により本明細書の一部を形成する。二酸化クロムは微粉砕粒子の形状であって、反応に十分な表面積を付与するものでなけらばならない。本発明の方法において所望される粒径の下限は、磁界をかけることにより効率的に反応媒体から除去される大きさである。大きな粒径の粒子の存在は、反応速度を低下させる以外、この方法に悪影響は及ぼさない。通常、二酸化クロムが６０ｍ2 ／ｇ以下、さらに好ましくは１５〜４０ｍ2 ／ｇの比表面積（ＳＳＡ）を有することが好ましい。
【００１６】
二酸化クロムは未処理の表面を有することが好ましい。多くの場合、磁気テープの応用例において用いられる二酸化クロムは、表面の不動態化処理または安定化処理を施されている。これは、例えば、Bottjer らの米国特許第3,512,930 号に記載されている。そのような処理の目的は、磁気特性を保持しながらも、粒子表面の酸化反応性を低下させることである。本発明の方法において、重要なのは、二酸化クロムの磁気特性だけでなく、酸化反応性である。したがって、二酸化クロム粒子の酸化反応性を低下させる如何なる処理も逆効果である。
【００１７】
酸化反応は、クロムの還元体を形成する。これは、通常はＣｒ(III) のオキシ水酸化物(oxy-hydroxide) である。この還元クロムは二酸化クロム結晶性粒子を伴って残留し、磁気的にそれら粒子と共に分離される。すなわち、Ｃｒ(III) 化合物は強磁性ではないが、磁石をかけた場合には、その二酸化クロムにより除去されることがわかっている。
【００１８】
二酸化クロムは被酸化性化合物と反応する。好適な被酸化性有機化合物としてはアルコールが挙げられる。第一級アルコールは、大部分の酸化剤により、カルボン酸にまで完全に酸化され、その中間体であるアルデヒドを多量に単離することは困難である。二酸化クロムは、第一級アルコールをアルデヒドにまで選択的に酸化する。このことは、第一級アルキルアルコールなどの多くの単純アルコールに当てはまる。しかしながら、活性アルコールを用いることは特に有利である。ここで用いられるように、「活性アルコール(activated alcohol) 」とは、水酸基に隣接する位置に豊富な電子源(electron-rich source)を有するアルコールを意味することを意図している。この豊富な電子源の例としては、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基、脂環族基、およびカルボニル基が挙げられる。さらに、第二級アルコールも好適な被酸化性有機化合物であり、それらは酸化されてケトンになる。活性アルコールの例としては、ベンジルアルコール系アルコール、ヘテロベンジルアルコール系アルコール、アリルアルコール系アルコール、プロパギルアルコール系アルコール、α−ヒドロキシエーテル、フェノール、および被エノール化性ケトンが挙げられる。
【００１９】
好適な被酸化性有機化合物としては、被酸化性炭化水素が挙げられ、そのメチル、メチレンまたはメチン基（すなわち、第三級水素を有する化合物：Ｒ3 −Ｈ）を直接酸化することにより、ヒドロキシル生成物、カルボニル生成物、エーテル生成物、共役生成物、または脱水素化生成物のいずれかが生成する。好ましくは、酸化されるべき基は、アルコールについて上記したように活性化される。好適な被酸化性有機化合物の例としては、多環芳香族化合物(polynuclear aromatics) （アントラセンやフルオレンなど）、複素環芳香族化合物(heteronucleararomatics)、水素化芳香族化合物および水素化複素環芳香族化合物(hydrogenated heteroaromatics)が挙げられる。
【００２０】
好適な被酸化性有機化合物としては、被酸化性ロイコ色素が挙げられる。色素のロイコ体とは、１個または２個の水素原子を有する該色素の還元体であり、その除去（特定の場合には他の電子と共に）により色素または着色体が生成される。このようなロイコ色素は、例えば、米国特許第3,445,234 号、同第4,247,618 号、および同第4,622,286 号に記載されている。ロイコ色素の例としては、トリアリールメタン、変性ジアリールメタン、およびヘテロアリールメタン(heteroarylmethanes)が挙げられる。
【００２１】
本発明の方法において好適な被酸化性有機化合物として機能しうる化合物のその他の種類としては、有機アミン、有機イオウ化合物、有機リン化合物および複素環式化合物が挙げられる。好適な被酸化性非有機化合物としては、亜硫酸金属塩類、硫化水素、および無機リン化合物が挙げられる。
【００２２】
本発明の方法において、被酸化性化合物は二酸化クロム酸化剤と接触させ、反応させる。これは、２種類の反応物を混合するための如何なる慣用の手段により行うことが可能である。通常それは、２種類の成分を好適な溶媒と共に混合することにより達成される。この反応は、室温で、あるいは加熱しながら行うことが可能である。幾つかの場合において、反応が特に発熱的であるならば、その反応を冷却する必要がある。その反応時間は、酸化されるべき有機化合物の性質、溶媒、温度および二酸化クロムの粒径と量に依存する。通常、反応は、塩化メチレン等の溶媒中で数時間にわたって還流することにより行うことが可能である。
【００２３】
その酸化反応が完了した後、クロム生成物は有機反応生成物から磁気的に分離する。材料の磁気分離の原理は周知であり、その議論は多くの技術文献に見出される［例えば、『化学技術者ハンドブック(the Chemical Engineers' Handbook)』（第５版、マグロウヒル社、1973年）］。通常、この分離は、単に反応槽を磁石に暴露することにより達成できる。未反応の二酸化クロムおよび会合しているクロム還元生成物はその磁石の位置まで移動する。この磁石は内部的に、例えば上記反応槽内に配置することが可能である。マグネチック・スターラー（電磁撹拌機）はしばしば分離を行うのに十分なものである。クロム含有生成物の回収を促進するためには、外部（すなわち、反応槽の外側）に配置された磁石を有することが好ましい。本質的に全てのクロム生成物を引きつけるのに十分な強度を有するものである限り、如何なる種類の磁石も使用可能である。これは目視により最も容易に確認される。磁石が存在する場合、それが十分な強度を有するならば、黒ずんだクロム生成物は反応混合物から本質的に全て除去されて、混合物は透明になる。
【００２４】
クロム生成物が磁石に引きつけられた後、かつ、それらを１カ所に保持したまま、混合物の非磁気部分を単に流し出すこと、例えば液相をデカントすることが可能である。次いで、所望の酸化生成物は、慣用の方法（例えば蒸留、クロマトグラフィー、結晶化等）により分離、精製できる。
【００２５】
クロム生成物は、その後で回収できるが、磁石が反応槽の外部にある場合に最も容易に回収できる。米国特許第3,529,930 号に記載されているように、まず最初に存在する溶媒を全て除去し、次いで酸化剤の存在下でクロム含有物質を加熱することにより、二酸化クロム、したがって酸化反応性を再生することが可能である。この再生は、好ましくは、２００〜４００℃の範囲の温度で数時間にわたって空気中で加熱することにより達成される。
【００２６】
［実施例］
本発明の方法を、以下の実施例により説明するが、これらの限定されるものではない。
【００２７】
実施例１〜８
これらの実施例は、活性アルコールの酸化（実施例１、２、４、５、７、８）、非活性アルコール（実施例３）、および活性炭化水素（実施例６）の酸化における本発明の方法を説明するものである。アルデヒドでの停止における二酸化クロムの選択性は実施例２、３、４および５に示す。化合物の他の官能基を攻撃することなくアルコールを酸化することにおける二酸化クロムの選択性は、実施例４および５に示す。
【００２８】
水冷冷却器とビブロ・ミキサー(Vibro Mixer; Chemapec, Inc., Hoboken, NJ)とを装備する２００ｍｌ容の丸底フラスコに、１０ｇの二酸化クロムのスラリー［米国特許第4,524,008 号、実施例２に記載されているようにして（但し表面安定化処理はしない）調製したもの］および３５ｍｌの溶媒を充填した。１．０ｇの酸化すべき化合物を１５ｍｌの溶媒に溶解した溶液をその混合物に添加し、２．５〜３時間にわたって加熱下で還流した。
【００２９】
この反応混合物を室温まで冷却した。酸化生成物をクロム生成物から分離するために、強力な磁石（馬蹄型磁石：幅２インチ、厚み３／８インチ、２０００〜５０００ガウス）を該フラスコの片側に配置し、液体をデカントした。残留する固形クロムを追加溶媒で濯ぎ、その濯ぎ液をデカント液に添加した。次いで、この溶媒をロータリー・エバポレーターで留去した。得られた単離生成物を分析し、ＩＲまたはＵＶ分光法、ガス・クロマトグラフィー（ＧＳ）の技術の１種以上により同定した。
【００３０】
各実施例において用いられた被酸化性化合物および溶媒を、分析、同定結果と共に表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003931211.tif 000002
【００３２】
実施例９
この実施例は、ロイコ色素の色素体への酸化を説明するものである。さらに、それは活性炭化水素の酸化の説明でもある。
【００３３】
水冷冷却器を装備する５００ｍｌ容の丸底フラスコに、１００ｇの二酸化クロムのスラリー（実施例１〜８において記載したように調製したもの）および３５０ｍｌの塩化メチレンを充填した。１０ｇのロイコ・グリーン色素であるビス（４−ジエチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタンを１５０ｍｌの塩化メチレンと４．５４ｇのｐ−トルエンスルフォン酸に溶解した溶液を上記の混合物に添加した。この混合物を超音波浴に３時間にわたって入れた。塩化メチレンの還流の反応により十分な熱が発生した。反応生成物を実施例１〜８に記載したようにしてクロム含有材料から分離した。
【００３４】
酸化生成物は、ＴＬＣおよび可視スペクトル（６５８ｎｍで最大）で分析したところ、緑色の色素体であった。収率は７５％よりも高かった。
【００３５】
実施例１０〜１１
これらの実施例は、本発明の二酸化クロムが酸化能力において、慣用の酸化剤である活性二酸化マンガン（磁気的に回収可能ではない）と同等であることを証明する。
【００３６】
１０．０ｇの酸化剤、１．０ｇのベンジルアルコールおよび２５ｍｌの塩化メチレンから構成されるスラリーを撹拌し、還流冷却器と機械的に回転させる２５ｍｍテフロン・パドルを装備する１００ｍｌ容の三ツ口フラスコ内で４時間にわたって還流下で加熱した。
【００３７】
実施例１０において、酸化剤は上記のように調製された二酸化クロムであった。生成物の分離は、実施例１〜８で記載されているようにして行った。酸化生成物は、全粗生成物のＮＭＲスペクトルにより示されるように、ベンズアルデヒドと同定され、その収率は７５％であり、ベンジルアルコールは全く含有しなかった。
【００３８】
実施例１１において、酸化剤は活性二酸化マンガン［Aldrich Chemical Co., (Milwaukee, WI) カタログNo. 21,764-6］であった。この酸化剤は磁気性ではないので、反応スラリーを多孔性ガラスフィルターをろ過させることにより除去した。このろ過ケークを約１５ｍｌの塩化メチレンで洗浄し、その洗浄物を最初のろ過物と混ぜた。酸化生成物は、減圧下での蒸発による塩化メチレンの除去により単離された。ＮＭＲ分光法により、ベンジルアルコールを含有しないベンズアルデヒドが５７％の収率で得られた。
【００３９】
実施例１２
この実施例は、クロム反応生成物からの二酸化クロムの再生を説明するものである。
【００４０】
実施例２において磁石により保持された固体を乾燥し、３８５℃で２時間にわたって空気中で加熱した。次いで、このクロム材料を用いて実施例２を繰り返した。塩化メチレンにおける還流をわずか１時間行った後、ＩＲスペクトルにより、液相が酸化生成物であるベンズアルデヒドを主に含有することがわかった。
【００４１】
【発明の効果】
上記したように、本発明の方法によれば、化合物の酸化において強磁性二酸化クロムを酸化剤として用いることにより、酸化の選択性と反応生成物の易分離性が達成可能となり、しかも、磁気分離により上記二酸化クロムを回収可能となる。