JP2005089368A - Method for producing alicyclic ketone compound - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an alicyclic ketone compound in a high yield, by which an alicyclic hydrocarbon compound or an alicyclic alcohol compound is oxidized with sulfuric acid or fuming sulfuric acid. <P>SOLUTION: In the method for producing an aliphatic ketone compound such as 2-adamantanone, etc., by which an alicyclic hydrocarbon compound such as adamantane, etc., or an alicyclic alcohol compound such as 1-adamantanol, etc., is oxidized with sulfuric acid or fuming sulfuric acid, at least one or more kinds of a simple substance of a halogen simple substance such as bromine, iodine, etc., or a metal halide salt such as potassium iodide, potassium chloride, etc., is made to exist and oxidation is carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アダマンタノン等の脂環式ケトン化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an alicyclic ketone compound such as adamantanone.

脂環式ケトン化合物は、電子材料や医農薬の中間体として有用な化合物である。たとえば、脂環式ケトン化合物から得られる脂環式アルキルエステル化合物の一種であるアルキルアダマンチルエステル化合物を用いたレジストは、半導体製造プロセスにおけるドライエッチング耐性が高いことが報告され（例えば特許文献１参照）、半導体用レジスト材料としての可能性が注目されている。   An alicyclic ketone compound is a useful compound as an intermediate for electronic materials and medical and agricultural chemicals. For example, a resist using an alkyladamantyl ester compound, which is a kind of alicyclic alkyl ester compound obtained from an alicyclic ketone compound, has been reported to have high dry etching resistance in a semiconductor manufacturing process (see, for example, Patent Document 1). The potential as a resist material for semiconductors has attracted attention.

ところで、電子材料等の分野においては競争が激しく製造コスト低減の要求も厳しくなっており、廉価な原材料を用いて簡便な方法で高純度の製品を得ることが極めて重要となっている。例えば、中間体のアダマンタノンの製造においても、アダマンタノール等の誘導体を用いることなくアダマンタンから高純度のアダマンタノンを直接且つ簡便に得る方法が望まれている。   By the way, in the field of electronic materials and the like, competition is fierce and demands for reducing manufacturing costs are severe, and it is extremely important to obtain high-purity products by a simple method using inexpensive raw materials. For example, also in the production of an intermediate adamantanone, a method for directly and simply obtaining high-purity adamantanone from adamantane without using a derivative such as adamantanol is desired.

従来、２−アダマンタノン等の脂環式ケトン化合物を得る方法としては、アダマンタンを濃硫酸で酸化した後水蒸気蒸留により精製する方法が知られている（以下硫酸酸化法という）。該方法では２−アダマンタノンを４７〜４８％の収率で得ている（非特許文献１を参照）。また、この硫酸酸化法において、反応系４０〜６０℃で３０分以上保持し次いで６０〜９０℃まで昇温させて反応させることにより高収率で２−アダマンタノンを得ている（特許文献２参照）。   Conventionally, as a method for obtaining an alicyclic ketone compound such as 2-adamantanone, a method in which adamantane is oxidized with concentrated sulfuric acid and then purified by steam distillation is known (hereinafter referred to as a sulfuric acid oxidation method). In this method, 2-adamantanone is obtained in a yield of 47 to 48% (see Non-Patent Document 1). Further, in this sulfuric acid oxidation method, 2-adamantanone is obtained in a high yield by maintaining the reaction system at 40 to 60 ° C. for 30 minutes or more and then raising the temperature to 60 to 90 ° C. for reaction (Patent Document 2). reference).

特開平１１−１８９５６４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-189564 特開平５−２６５２１２号公報JP-A-5-265212 「オーガニックシンセシス」，１９７３年，５３号，ｐ．８“Organic Synthesis”, 1973, 53, p. 8

上記硫酸酸化法は、硫酸という安価で工業的に入手が容易な反応試剤を用いているばかりでなく特殊な反応設備を特に必要としないという点で、工業的な脂環式ケトン化合物の製造方法として極めて魅力的な製造方法である。しかしながら、その収率は工業的な製造方法として採用するには今一つ十分ではなく、さらに収率を向上させることが望まれていた。   The sulfuric acid oxidation method is an industrial method for producing an alicyclic ketone compound in that it does not require a special reaction facility, as well as using an inexpensive and easily available industrial reagent such as sulfuric acid. It is a very attractive manufacturing method. However, the yield is not enough to adopt as an industrial production method, and it has been desired to further improve the yield.

特に上記特許文献１による方法においては、タール分等の副生物の生成をより低く抑えるために前段の反応を下限である４０℃にして行うと反応性が大きく低下し、反応性を高めるため硫酸濃度が９０重量％を越えるようにすると上記副生物の生成が一気に増加し、より高い収率で２−アダマンタノンを製造できなかった。   In particular, in the method according to Patent Document 1, when the reaction at the previous stage is carried out at a lower limit of 40 ° C. in order to suppress the generation of by-products such as tar, the reactivity is greatly reduced, and sulfuric acid is used to increase the reactivity. When the concentration exceeded 90% by weight, the production of the by-product increased at a stretch, and 2-adamantanone could not be produced with a higher yield.

本発明の課題は、硫酸酸化法の持つ前記特長を損なうことなく、２−アダマンタノン等の脂環式ケトン化合物の単離収率を大幅に向上させることである。   The subject of this invention is improving the isolation yield of alicyclic ketone compounds, such as 2-adamantanone, without impairing the said characteristic which the sulfuric acid oxidation method has.

本発明者らは上記の技術課題に鑑み、硫酸酸化法における反応条件について鋭意検討を行った。その結果、タール分等の副生物の生成は反応時間が長ければ長いほど増加することを見出した。また、硫酸酸化において、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩で代表される特定の化合物を共存させて酸化を行うと、反応時間が大幅に短縮されるために上記副生物の生成が大幅に抑制され、結果として収率が向上することを見出し本発明を完成するに至った。   In view of the above technical problems, the present inventors have intensively studied the reaction conditions in the sulfuric acid oxidation method. As a result, it has been found that the production of by-products such as tar content increases as the reaction time increases. In addition, in sulfuric acid oxidation, when oxidation is performed in the presence of a specific compound represented by a halogen alone or a metal halide salt, the reaction time is greatly shortened, so the generation of the by-product is greatly suppressed, As a result, the inventors have found that the yield is improved and have completed the present invention.

即ち、本発明は脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物を、硫酸または発煙硫酸により酸化して脂環式ケトン化合物を製造する方法において、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を少なくとも１種以上共存させて酸化することを特徴とする脂環式ケトン化合物の製造方法である。   That is, the present invention relates to a method for producing an alicyclic ketone compound by oxidizing an alicyclic hydrocarbon compound or an alicyclic alcohol compound with sulfuric acid or fuming sulfuric acid, and at least one halogen element or metal halide is used. It is a method for producing an alicyclic ketone compound characterized by coexisting and oxidizing.

本発明の製造方法は、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩の特定の化合物を１種以上共存させて酸化反応を行う以外は、前記の硫酸法と変わる点は特にない。従って、使用する原料等の反応試剤、反応装置等は従来の硫酸法で使用されている公知のものが使用でき、反応条件等も従来の条件が採用しうる。   The production method of the present invention is not particularly different from the above-described sulfuric acid method, except that the oxidation reaction is carried out in the presence of one or more specific compounds of a single halogen or a metal halide salt. Accordingly, known reagents used in the conventional sulfuric acid method can be used as a reaction reagent such as a raw material to be used, a reaction apparatus, and the like, and conventional conditions can be adopted as reaction conditions.

原料として使用される脂環式炭化水素化合物は、環状炭化水素化合物で不飽和結合を有さない化合物であれば特に限定されないが、酸化される位置が限られており単一の脂環式ケトン化合物が得られやすいという観点から、対称性が高い飽和の環状炭化水素化合物であるものが好適である。   The alicyclic hydrocarbon compound used as a raw material is not particularly limited as long as it is a cyclic hydrocarbon compound and does not have an unsaturated bond, but the position to be oxidized is limited and a single alicyclic ketone From the viewpoint that a compound is easily obtained, a saturated cyclic hydrocarbon compound having high symmetry is preferable.

このような脂環式炭化水素化合物を具体的に例示すれば、アダマンタン、ノルボルネン、シクロヘキサン等が挙げられる。これらの中でも、酸化反応が選択的に効率よく進行し、しかも得られる脂環式ケトン化合物が電子材料の原料や医農薬中間体として有用な化合物であり、高純度のものが望まれているアダマンタノンの原料となるアダマンタンを用いるのが最も好適である。   Specific examples of such alicyclic hydrocarbon compounds include adamantane, norbornene, and cyclohexane. Among these, adamant, in which the oxidation reaction proceeds selectively and efficiently, and the resulting alicyclic ketone compound is a useful compound as a raw material for electronic materials or an intermediate for medicines and agricultural chemicals, and high purity is desired. It is most preferable to use adamantane as a raw material for Thanon.

前記脂環式アルコール化合物は、上述の脂環式炭化水素化合物の少なくとも一位以上が水酸基（−ＯＨ基）で置換されている化合物であれば特に限定されないが、前述同様の理由により対称性が高い飽和の環状炭化水素化合物であるものが好適である。   The alicyclic alcohol compound is not particularly limited as long as it is a compound in which at least one position of the alicyclic hydrocarbon compound is substituted with a hydroxyl group (—OH group). Those that are highly saturated cyclic hydrocarbon compounds are preferred.

このような脂環式アルコール化合物として具体的に例示すればシクロヘキサノール、１−アダマンタノール、２−アダマンタノール等が挙げられる。これらの中でも、酸化反応が選択的に効率よく進行し、しかも得られる脂環式ケトン化合物が電子材料の原料や医農薬中間体として有用な化合物であり、高純度のものが望まれている、アダマンタノンの原料となる１−アダマンタノールあるいは２−アダマンタノールが最も好適である。   Specific examples of such alicyclic alcohol compounds include cyclohexanol, 1-adamantanol, 2-adamantanol and the like. Among these, the oxidation reaction proceeds selectively and efficiently, and the obtained alicyclic ketone compound is a useful compound as a raw material for electronic materials and an intermediate for medical and agricultural chemicals, and a highly pure one is desired. Most preferred is 1-adamantanol or 2-adamantanol, which is a raw material of adamantanone.

上記脂環式炭化水素化合物および脂環式アルコール化合物は、それぞれ単一でも２種以上を混ぜて反応に供してもよいが、異なるものを混ぜて反応させた際には生成する脂環式ケトン化合物が２種以上あるため、精製が煩雑となり好ましくない。アダマンタンと１−アダマンタノールを混ぜて反応させた場合は、生成する脂環式ケトン化合物が同一であるため好適である。   The above alicyclic hydrocarbon compounds and alicyclic alcohol compounds may be used alone or in combination of two or more, but may be used for the reaction, but when different compounds are mixed and reacted, the alicyclic ketone produced Since there are two or more compounds, purification is complicated, which is not preferable. When adamantane and 1-adamantanol are mixed and reacted, it is preferable because the alicyclic ketone compounds produced are the same.

これらの脂環式炭化水素化合物および脂環式アルコール化合物は、試薬もしくは工業的に入手が可能であり、市販されているものが何等制限無く使用できる。   These alicyclic hydrocarbon compounds and alicyclic alcohol compounds are available as reagents or industrially, and commercially available products can be used without any limitation.

本発明においては、脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物を硫酸または発煙硫酸により酸化して脂環式ケトン化合物を製造する際に、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を少なくとも１種以上共存させることが必須である。共存させるハロゲン単体またはハロゲン化金属塩が酸化剤である硫酸および発煙硫酸を活性化することで反応時間が大幅に短縮され、タール分等の副生物の生成が抑制されるために収率が向上すると推測される。   In the present invention, when an alicyclic hydrocarbon compound or an alicyclic alcohol compound is oxidized with sulfuric acid or fuming sulfuric acid to produce an alicyclic ketone compound, at least one halogen or a metal halide salt coexists. It is essential. Coexisting halogen alone or metal halide activates sulfuric acid and fuming sulfuric acid as oxidants, greatly shortening the reaction time and suppressing the generation of by-products such as tar content, improving yield I guess that.

上記ハロゲン単体としては、フッ素（Ｆ_２）、塩素（Ｃｌ_２）、臭素（Ｂｒ_２）、あるいはヨウ素（Ｉ_２）が挙げられる。これらの中でも、室温で液体または固体で取り扱いが容易な臭素およびヨウ素が好適に用いられ、反応時間の短縮効果が高いという点で、特にヨウ素が好ましい。 Examples of the halogen alone include fluorine (F ₂ ), chlorine (Cl ₂ ), bromine (Br ₂ ), and iodine (I ₂ ). Among these, bromine and iodine which are liquid or solid at room temperature and are easy to handle are preferably used, and iodine is particularly preferable in that the effect of shortening the reaction time is high.

上記ハロゲン化金属塩としては、代表的にはハロゲン原子とアルカリ金属またはアルカリ土類金属との塩が挙げられる。好適なハロゲン化金属塩を例示すれば、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム等のヨウ化物；臭化カリウム、臭化カルシウム等の臭化物；塩化カルシウム等の塩化物を挙げることができる。   Typical examples of the metal halide salts include salts of halogen atoms with alkali metals or alkaline earth metals. Examples of suitable metal halide salts include iodides such as potassium iodide and calcium iodide; bromides such as potassium bromide and calcium bromide; chlorides such as calcium chloride.

上記ハロゲン単体およびハロゲン化金属塩は各々単一で使用しても、２種以上を混合して使用してもよい。   The halogen simple substance and the metal halide salt may be used alone or in combination of two or more.

ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩の使用量は特に制限はないが、大過剰に使用しても使用量に見合った効果が得られなく、あまり量が少ないと十分な反応時間短縮効果が得られないため、通常、脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物１モルに対して０．０１〜０．５モル、特に０．０１〜０．２モルとなるように使用するのが好ましい。   The amount of halogen alone or metal halide salt used is not particularly limited, but even if it is used excessively, an effect commensurate with the amount used cannot be obtained, and if the amount is too small, a sufficient reaction time shortening effect cannot be obtained. Therefore, it is usually preferable to use the alicyclic hydrocarbon compound or the alicyclic alcohol compound in an amount of 0.01 to 0.5 mol, particularly 0.01 to 0.2 mol with respect to 1 mol of the alicyclic hydrocarbon compound or alicyclic alcohol compound.

本発明に使用する硫酸としては、硫酸酸化法にて公知の濃度の硫酸が何等制限無く使用できる。なお、前記硫酸酸化法では水が副生するため、使用する硫酸の濃度が９５％質量未満では反応速度が遅くなり、反応速度を上げるために反応温度を上げるとタール分の副生が増加する傾向がある。従って、使用する硫酸の濃度は９５〜１００質量％であることが好ましい。さらに、反応時間とタール分の副生とのバランスから９６．５〜１００質量％であるのが特に好適である。これらの硫酸は試薬もしくは工業的に入手可能であり市販されているものが何等制限無く使用できるが、発煙硫酸、無水硫酸、クロロスルホン酸等を濃度の低い硫酸に加えることで調整することもできる。   As the sulfuric acid used in the present invention, sulfuric acid having a known concentration can be used without any limitation by the sulfuric acid oxidation method. In addition, since water is by-produced in the sulfuric acid oxidation method, when the concentration of sulfuric acid used is less than 95% by mass, the reaction rate becomes slow, and when the reaction temperature is raised to increase the reaction rate, the by-product of tar increases. Tend. Therefore, the concentration of sulfuric acid used is preferably 95 to 100% by mass. Furthermore, it is especially suitable that it is 96.5-100 mass% from the balance of reaction time and the byproduct of a tar part. These sulfuric acids are available as reagents or industrially available and can be used without any limitation, but can be adjusted by adding fuming sulfuric acid, sulfuric anhydride, chlorosulfonic acid, etc. to sulfuric acid with low concentration. .

発煙硫酸としては特に制限はないが、濃度が濃すぎるとタール分の副生が増加する傾向にあるため、発煙硫酸の濃度としては、０．０１〜３０質量％、特に０．０１〜１０質量％が好適である。これらの発煙硫酸は試薬もしくは工業的に入手可能であり市販されているものが何等制限無く使用できるが、濃硫酸等を高濃度の発煙硫酸に加えることで調整することもできる。   Although there is no restriction | limiting in particular as fuming sulfuric acid, since there exists a tendency for the byproduct of a tar content to increase when a density | concentration is too thick, as a fuming sulfuric acid density | concentration, 0.01-30 mass%, especially 0.01-10 mass % Is preferred. These fuming sulfuric acid can be used without any limitation as a reagent or industrially available and commercially available, but it can also be adjusted by adding concentrated sulfuric acid or the like to high concentration fuming sulfuric acid.

使用する硫酸または発煙硫酸の量は特に制限はないが、大過剰に使用しても使用量に見合った効果が得らなく後処理に手間がかかり、あまり量が少ないと酸化力が低下し原料である脂環式炭化水素化合物および脂環式アルコール化合物を懸濁させる能力が低下する。従って、通常脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物に対して３倍量〜５００倍量、好適には５倍量〜３００倍量で使用される。   The amount of sulfuric acid or fuming sulfuric acid to be used is not particularly limited, but even if it is used excessively, the effect commensurate with the amount used is not obtained and post-treatment is troublesome. The ability to suspend the alicyclic hydrocarbon compound and the alicyclic alcohol compound is reduced. Therefore, it is usually used in an amount of 3 to 500 times, preferably 5 to 300 times the amount of the alicyclic hydrocarbon compound or alicyclic alcohol compound.

本発明における脂環式ケトン化合物の合成反応は、無溶媒中で行うことも可能であるが、必要に応じて有機溶媒を使用する事もできる。   The synthesis reaction of the alicyclic ketone compound in the present invention can be carried out in the absence of a solvent, but an organic solvent can also be used if necessary.

使用される有機溶媒は、硫酸または発煙硫酸に対して安定であり、水と相溶せず、反応を阻害せず、脂環式炭化水素化合物および脂環式アルコール化合物を溶解させる有機溶媒であれば何等制限なく使用できる。   The organic solvent used is an organic solvent that is stable to sulfuric acid or fuming sulfuric acid, is incompatible with water, does not inhibit the reaction, and dissolves the alicyclic hydrocarbon compound and the alicyclic alcohol compound. It can be used without any restrictions.

これらの有機溶媒の種類を具体的に例示すると、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化脂肪族炭化水素類；クロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類；ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類；ベンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素類；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類；ジメチルカーボネート等のカーボネート類等を挙げることができる。これらの中でも、特に高い収率が期待できる、ハロゲン化脂肪族炭化水素類あるいはハロゲン化芳香族炭化水素類が好適に採用される。   Specific examples of these organic solvents include halogenated aliphatic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride; halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene; aliphatic carbonization such as hexane and heptane. Hydrogens; aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene and toluene; ethers such as diethyl ether and diisopropyl ether; esters such as ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate; carbonates such as dimethyl carbonate it can. Among these, halogenated aliphatic hydrocarbons or halogenated aromatic hydrocarbons that can be expected to have a particularly high yield are preferably employed.

当該有機溶媒の使用量は特に制限はないが、あまり量が多いと一バッチあたりの収量が小さくなるため経済的ではなく、あまり量が少ないと脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物を溶解させることができずに反応速度が低下する。従って、通常、反応液全体に対して、脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物の量が０．１〜６０質量％、好ましくは１〜５０質量％となるように有機溶媒を使用することが好ましい。   The amount of the organic solvent to be used is not particularly limited. However, if the amount is too large, the yield per batch becomes small, which is not economical. If the amount is too small, the alicyclic hydrocarbon compound or the alicyclic alcohol compound is not used. It cannot be dissolved and the reaction rate decreases. Accordingly, the organic solvent is usually used so that the amount of the alicyclic hydrocarbon compound or alicyclic alcohol compound is 0.1 to 60% by mass, preferably 1 to 50% by mass, based on the entire reaction solution. It is preferable.

本発明の硫酸または発煙硫酸による酸化法においては二酸化硫黄を生じるため、反応は一般に常圧で行うのが好ましい。しかしながら、水分や溶媒の留去のために減圧下で反応する事も可能である。   In the oxidation method using sulfuric acid or fuming sulfuric acid according to the present invention, sulfur dioxide is generated. Therefore, the reaction is generally preferably carried out at normal pressure. However, it is also possible to react under reduced pressure in order to distill off water and solvent.

反応装置としては、十分な撹拌が出来て加熱が可能な装置であり且つ硫酸または発煙硫酸に耐える材質を使用しているものであれば、何ら制限なく用いられる。例えば、通常のガラスライニング釜が好適に用いられる。   Any reactor can be used without any limitation as long as it is a device that can be sufficiently stirred and heated and uses a material that can resist sulfuric acid or fuming sulfuric acid. For example, a normal glass lining pot is preferably used.

反応圧力は、常圧、減圧、加圧のいずれの状態でも実行可能であり、反応液は攪拌下で行うことが好ましい。   The reaction pressure can be carried out under normal pressure, reduced pressure, or increased pressure, and the reaction solution is preferably carried out with stirring.

本発明の酸化法における反応温度は、公知の温度条件が制限なく用いることができる。非特許文献１に記載の一定温度での反応も可能であるし、特許文献２に記載の４０〜６０℃の温度範囲に３０分保持した後、６０〜９０℃まで昇温して反応（以下２段階昇温法という）させることも可能である。いずれの方法においても、本発明においては、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を１種以上共存させることにより、従来と同じ温度条件で、約半分の反応時間で反応が終結する。   As the reaction temperature in the oxidation method of the present invention, known temperature conditions can be used without limitation. The reaction at a constant temperature described in Non-Patent Document 1 is also possible. After maintaining in the temperature range of 40 to 60 ° C. described in Patent Document 2 for 30 minutes, the temperature is raised to 60 to 90 ° C. and the reaction (below) It is also possible to use a two-step temperature raising method. In any of the methods, in the present invention, the reaction is completed in about half the reaction time under the same temperature conditions as in the prior art by coexisting one or more halogen simple substances or metal halide salts.

一定温度に保って反応させる場合、反応温度が低すぎると反応速度が低下し、反応時間が長くなる。反応温度が高すぎれば、タール分等の副生物が増加する。従って、通常０〜１００℃、特に０〜７０℃の範囲で行うのが好適である。発煙硫酸を用いて反応を行う際には、反応温度が高すぎるとタール分等の副生物の生成が急激に増加するため、特に０〜５０℃の範囲で行うのが好ましい。   When the reaction is performed at a constant temperature, if the reaction temperature is too low, the reaction rate decreases and the reaction time becomes longer. If the reaction temperature is too high, by-products such as tar content increase. Therefore, it is preferable to carry out in the range of usually 0 to 100 ° C., particularly 0 to 70 ° C. When the reaction is carried out using fuming sulfuric acid, it is particularly preferable to carry out the reaction in the range of 0 to 50 ° C., because if the reaction temperature is too high, the production of by-products such as tar content increases rapidly.

反応時間は、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）等の分析機器を用いて、反応の進行を確認しながら適宜決定すれば良い。反応温度にもよるが一般には０．５〜２００時間で十分である。   What is necessary is just to determine reaction time suitably, confirming progress of reaction using analytical instruments, such as gas chromatography (GC). Although depending on the reaction temperature, 0.5 to 200 hours is generally sufficient.

本発明を実施する操作手順としては、如何なる手順により実施しても良い。通常は、反応容器に所定の濃度に調整した濃硫酸または発煙硫酸を仕込み、次いで、所定量の脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物を加えたのち、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を加え、温度等の諸反応条件を設定して反応を行うのが一般的である。   The operation procedure for carrying out the present invention may be performed by any procedure. Usually, concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid adjusted to a predetermined concentration is charged into a reaction vessel, and then a predetermined amount of an alicyclic hydrocarbon compound or alicyclic alcohol compound is added, and then a halogen simple substance or a metal halide salt is added. In addition, the reaction is generally performed by setting various reaction conditions such as temperature.

反応液からの脂環式ケトン化合物の単離精製方法としては、特に制限はなく公知の方法が採用される。例えば、反応後の反応液を氷中に投入して析出する結晶をろ過や遠心分離する方法、溶媒により抽出し、洗浄、溶媒留去および乾燥を行った後、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーなどの処理により分離精製する方法が挙げられる。さらには、特開２０００−０１２５７０号公報に示されるように、反応終了後硫酸濃度が６０〜９０重量％になるよう希釈したのち、有機溶媒にて抽出する方法も可能である。   The method for isolating and purifying the alicyclic ketone compound from the reaction solution is not particularly limited and a known method is employed. For example, the reaction solution after the reaction is put into ice and the precipitated crystals are filtered or centrifuged, extracted with a solvent, washed, evaporated, and dried, and then the residue is subjected to silica gel column chromatography, etc. A method of separation and purification by treatment is mentioned. Furthermore, as disclosed in JP-A-2000-012570, a method of diluting the sulfuric acid concentration to 60 to 90% by weight after completion of the reaction and then extracting with an organic solvent is also possible.

反応後の液には、通常、過剰の塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲンが残存しているため、これを取り除くことが望ましい。ハロゲンの除去方法としては既知のあらゆる方法を用いることができるが、一般的には水による洗浄、還元剤による還元、あるいはそれらの組み合わせが挙げられる。特に、チオ硫酸ナトリウムや亜二チオン酸ナトリウム等の還元剤の水溶液による洗浄は、除去効果が高く安価である為に有用である。   Usually, excess halogen such as chlorine, bromine and iodine remains in the liquid after the reaction, and it is desirable to remove it. Any known method can be used as a method for removing the halogen, but generally, washing with water, reduction with a reducing agent, or a combination thereof can be used. In particular, washing with an aqueous solution of a reducing agent such as sodium thiosulfate or sodium dithionite is useful because of its high removal effect and low cost.

このようにして得られた脂環式ケトン化合物は、用途によってはそのまま使用しても可能な純度であるが、さらに精製が必要な場合には再結晶、減圧蒸留、水蒸気蒸留や昇華精製などの方法で精製することができる。   The alicyclic ketone compound thus obtained has a purity that can be used as it is depending on the application, but if further purification is required, recrystallization, vacuum distillation, steam distillation, sublimation purification, etc. It can be purified by the method.

本発明の製造方法によれば、従来の硫酸法の特長を保ったまま反応時間の大幅に短縮でき、しかもタール分等の副生を抑制できることから脂環式ケトン化合物の単離収率を向上させることが出来る。   According to the production method of the present invention, the reaction time can be greatly shortened while maintaining the features of the conventional sulfuric acid method, and the by-product such as tar content can be suppressed, so that the isolation yield of the alicyclic ketone compound is improved. It can be made.

以下、実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not restrict | limited at all by these Examples.

実施例１
９６．５質量％濃硫酸１２８ｇに３０％質量発煙硫酸２４．８ｇを加え、９８．０４質量％の濃硫酸（硫酸分として１．５３ｍｏｌ）にし、アダマンタン１３．３ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）、ヨウ素１．２４ｇ（４．９ｍｍｏｌ）を順次加えて、激しく攪拌しながら、５０℃で1時間、６０℃で３時間反応を行った。反応終了時、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）でアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは２．１％だった。放冷後、１２０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン１３０ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン１３．４ｇ（８９．２ｍｍｏｌ、収率９１％）で得た。このアダマンタノンを、ドデカンを内部標準にしてＧＣで分析したところ、純度は９８．９％であった。 Example 1
To 128 g of 96.5% by mass concentrated sulfuric acid, 24.8 g of 30% by mass fuming sulfuric acid was added to make 98.04% by mass concentrated sulfuric acid (1.53 mol as sulfuric acid), 13.3 g (97.7 mmol) of adamantane, iodine 1 .24 g (4.9 mmol) was sequentially added, and the reaction was performed at 50 ° C. for 1 hour and at 60 ° C. for 3 hours with vigorous stirring. At the end of the reaction, gas chromatography (GC) showed that adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 2.1%. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 120 g of ice and extracted twice with 130 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and 13.4 g (89. 2 mmol, yield 91%). When this adamantanone was analyzed by GC using dodecane as an internal standard, the purity was 98.9%.

実施例２
９６．５質量％濃硫酸２０７ｇに３０質量％発煙硫酸３４ｇを加え、９８．０１質量％の濃硫酸（硫酸分として２．４ｍｏｌ）にし、１−アダマンタノール２５ｇ（０．１６ｍｏｌ）、ヨウ素２．１ｇ（８．３ｍｍｏｌ）を順次加えて、激しく攪拌しながら、５０℃で５時間反応を行った。反応終了時、ＧＣで１−アダマンタノールは１．６％だった。放冷後、１００ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン３００ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン２２．２ｇ（０．１５ｍｏｌ、収率９０％）で得た。このアダマンタノンを、ドデカンを内部標準にしてＧＣで分析したところ、純度は９９．３％であった。 Example 2
34 g of 30 wt% fuming sulfuric acid was added to 207 g of 96.5 wt% concentrated sulfuric acid to make 98.01 wt% concentrated sulfuric acid (2.4 mol as sulfuric acid content), 25 g of 1-adamantanol (0.16 mol), iodine 2. 1 g (8.3 mmol) was sequentially added, and the reaction was performed at 50 ° C. for 5 hours with vigorous stirring. At the end of the reaction, 1-adamantanol was 1.6% by GC. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 100 g of ice and extracted twice with 300 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and adamantanone 22.2 g (0. 15 mol, yield 90%). When this adamantanone was analyzed by GC using dodecane as an internal standard, the purity was 99.3%.

実施例３
９８．０質量％濃硫酸１８０ｇに３０質量％発煙硫酸６０ｇを加え、０．８６質量％の発煙硫酸（硫酸分として２．４ｍｏｌ）にし、アダマンタン２２ｇ（０．１６ｍｏｌ）、ヨウ素２．１ｇ（８．３ｍｍｏｌ）を順次加えて、激しく攪拌しながら、３０℃で５０時間反応を行った。反応終了時、ＧＣでアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは２．３％だった。放冷後、８０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン３００ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン２２．６ｇ（０．１５ｍｏｌ、収率９３％）で得た。このアダマンタノンを、ドデカンを内部標準にしてＧＣで分析したところ、純度は９９．４％であった。 Example 3
60 g of 30 wt% fuming sulfuric acid is added to 180 g of 98.0 wt% concentrated sulfuric acid to obtain 0.86 wt% fuming sulfuric acid (2.4 mol as the sulfuric acid content), 22 g (0.16 mol) adamantane, 2.1 g iodine (8 .3 mmol) were sequentially added, and the reaction was carried out at 30 ° C. for 50 hours with vigorous stirring. At the end of the reaction, adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 2.3% in GC. After cooling, the reaction mixture was poured into 80 g of ice and extracted twice with 300 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure to give 22.6 g (0. 15 mol, yield 93%). When this adamantanone was analyzed by GC using dodecane as an internal standard, the purity was 99.4%.

実施例４
９６．５質量％濃硫酸１５０ｇ（硫酸分として１．４８ｍｏｌ）に、アダマンタン１３．３ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）、ヨウ素１．２４ｇ（４．９ｍｍｏｌ）を順次加えて、激しく攪拌しながら、６５℃で５時間反応を行った。反応終了時、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）でアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは２．３％だった。放冷後、１２０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン１３０ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン１０．６ｇ（７０．６ｍｍｏｌ、収率７２％）を得た。 Example 4
Add 13.3 g (97.7 mmol) of adamantane and 1.24 g (4.9 mmol) of iodine to 150 g of 96.5% by mass concentrated sulfuric acid (1.48 mol as the sulfuric acid content) in this order and stir vigorously at 65 ° C. The reaction was performed for 5 hours. At the end of the reaction, gas chromatography (GC) showed that adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 2.3%. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 120 g of ice and extracted twice with 130 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and 10.6 g (70. 6 mmol, 72% yield).

実施例５〜７
表１に示す反応条件で実施例１と同様の方法で実施した。結果も表１に併記した。 Examples 5-7
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 under the reaction conditions shown in Table 1. The results are also shown in Table 1.

実施例８
９６．５質量％濃硫酸１２８ｇに３０質量％発煙硫酸２４．８ｇを加え、９８．０４質量％の濃硫酸（硫酸分として１．５３ｍｏｌ）にし、アダマンタン１３．３ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）、臭素０．７８ｇ（４．９ｍｍｏｌ）を順次加えて、激しく攪拌しながら、５０℃で２時間、６０℃で６時間反応を行った。反応終了時、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）でアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは１．８％だった。放冷後、１２０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン１３０ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン１２．８ｇ（８５．２ｍｍｏｌ、収率８７％）で得た。このアダマンタノンを、ドデカンを内部標準にしてＧＣで分析したところ、純度は９８．９％であった。 Example 8
To 128 g of 96.5% by mass concentrated sulfuric acid, 24.8 g of 30% by mass fuming sulfuric acid was added to make 98.04% by mass concentrated sulfuric acid (1.53 mol as sulfuric acid), 13.3 g (97.7 mmol) of adamantane, .78 g (4.9 mmol) was sequentially added, and the mixture was reacted with vigorous stirring at 50 ° C. for 2 hours and at 60 ° C. for 6 hours. At the end of the reaction, gas chromatography (GC) showed that adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 1.8%. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 120 g of ice and extracted twice with 130 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and 12.8 g (85. 2 mmol, yield 87%). When this adamantanone was analyzed by GC using dodecane as an internal standard, the purity was 98.9%.

実施例９、１０
表２に示す、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を用い、表２に示す反応条件で実施例１と同様の方法で実施した。結果も表２に併記した。 Examples 9, 10
Using the halogen simple substance or metal halide salt shown in Table 2, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 under the reaction conditions shown in Table 2. The results are also shown in Table 2.

比較例１
９６．５質量％濃硫酸１２８ｇに３０質量％発煙硫酸２４．８ｇを加え、９８．０４質量％の濃硫酸（硫酸分として１．５３ｍｏｌ）にし、アダマンタン１３．３ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）を加えて、激しく攪拌しながら、５０℃で３時間、６０℃で１５時間反応を行った。反応終了時、ＧＣでアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは１．９％だった。放冷後、１２０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン１３０ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン１２．５ｇ（８３．２ｍｍｏｌ、収率８５％）を得た。 Comparative Example 1
To 128 g of 96.5% by mass concentrated sulfuric acid, 24.8 g of 30% by mass fuming sulfuric acid was added to make 98.04% by mass concentrated sulfuric acid (1.53 mol as sulfuric acid), and 13.3 g (97.7 mmol) of adamantane was added. With vigorous stirring, the reaction was carried out at 50 ° C. for 3 hours and at 60 ° C. for 15 hours. At the end of the reaction, adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 1.9% in GC. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 120 g of ice and extracted twice with 130 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide solution and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and adamantanone 12.5 g (83.2 mmol, yield 85%) Got.

実施例１と比較例１から、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を共存させた系では反応時間が大幅に短縮され、タール分の副生が抑制されたために収率が向上していることがわかる。   From Example 1 and Comparative Example 1, it can be seen that the reaction time is greatly shortened in the system in which halogen alone or a metal halide salt coexists, and the yield is improved because by-product of tar is suppressed. .

比較例２
９６．５質量％濃硫酸２０７ｇに３０質量％発煙硫酸３４ｇを加え、９８．０１質量％の濃硫酸（硫酸分として２．４ｍｏｌ）にし、１−アダマンタノール２５ｇ（０．１６ｍｏｌ）を加えて、激しく攪拌しながら、５０℃で反応を行ったところ、１０時間後のＧＣにおいても、１−アダマンタノールが３７％残存していたため、さらに６０℃で５時間反応させた。反応終了時、ＧＣで１−アダマンタノールは１．６％だった。放冷後、１００ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン３００ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン１７．８ｇ（０．１２ｍｏｌ、収率７２％）を得た。 Comparative Example 2
To 207 g of 96.5 wt% concentrated sulfuric acid, 34 g of 30 wt% fuming sulfuric acid was added to make 98.01 wt% concentrated sulfuric acid (2.4 mol as the sulfuric acid content), and 25 g (0.16 mol) of 1-adamantanol was added, When the reaction was carried out at 50 ° C. with vigorous stirring, 37% of 1-adamantanol remained in the GC after 10 hours, and the reaction was further carried out at 60 ° C. for 5 hours. At the end of the reaction, 1-adamantanol was 1.6% by GC. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 100 g of ice and extracted twice with 300 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate, and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and 17.8 g (0. 12 mol, yield 72%).

実施例２と比較例２から、ハロゲン単体を入れない系では、同じ温度では反応が遅く、反応を完結させるために温度を上げるとタール分等の副生物が増加し収率が低下することが分かる。以上からハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を共存させた系では反応時間が大幅に短縮され、タール分の副生が抑制されたために収率が向上していることがわかる。   From Example 2 and Comparative Example 2, in the system without halogen alone, the reaction is slow at the same temperature, and when the temperature is raised to complete the reaction, by-products such as tar content increase and the yield decreases. I understand. From the above, it can be seen that the reaction time is greatly shortened in a system in which a halogen simple substance or a metal halide salt coexists, and the yield is improved because the by-product of tar is suppressed.

比較例３
９８．０質量％濃硫酸１８０ｇに３０質量％発煙硫酸６０ｇを加え、０．８６質量％の発煙硫酸（硫酸分として２．４ｍｏｌ）にし、アダマンタン２２ｇ（０．１６ｍｏｌ）を加えて激しく攪拌しながら、３０℃で２００時間反応を行った。反応終了時、ＧＣでアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは１．８％だった。放冷後、８０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン３００ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン２１．０ｇ（０．１４ｍｏｌ、収率８６％）を得た。このアダマンタノンを、ドデカンを内部標準にしてＧＣで分析したところ、純度は９９．４％であった。 Comparative Example 3
While adding 30% fuming sulfuric acid 60g to 180g concentrated sulfuric acid 180g, 0.86 wt% fuming sulfuric acid (2.4 mol as sulfuric acid content), adding 22g (0.16mol) adamantane and stirring vigorously The reaction was performed at 30 ° C. for 200 hours. At the end of the reaction, adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 1.8% in GC. After cooling, the reaction mixture was poured into 80 g of ice and extracted twice with 300 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure, and adamantanone 21.0 g (0. 14 mol, yield 86%). When this adamantanone was analyzed by GC using dodecane as an internal standard, the purity was 99.4%.

比較例４
９６．５質量％濃硫酸１５０ｇ（硫酸分として１．４８ｍｏｌ）に、アダマンタン１３．３ｇ（９７．７ｍｍｏｌ）を加えて、激しく攪拌しながら、６５℃で１０時間反応を行った。反応終了時、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）でアダマンタンは０．１％以下、１−アダマンタノールは２．２％だった。放冷後、１２０ｇの氷に反応混合物をあけ、ジクロロメタン１３０ｍｌで２回抽出した。有機層を１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶液、１０％チオ硫酸ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、ジクロロメタンを減圧下留去し、アダマンタノン７．１ｇ（４７．３ｍｍｏｌ、収率４８％）を得た。 Comparative Example 4
13.3 g (97.7 mmol) of adamantane was added to 150 g of 96.5% by mass concentrated sulfuric acid (1.48 mol as the sulfuric acid content), and the reaction was carried out at 65 ° C. for 10 hours with vigorous stirring. At the end of the reaction, gas chromatography (GC) showed that adamantane was 0.1% or less and 1-adamantanol was 2.2%. After allowing to cool, the reaction mixture was poured into 120 g of ice and extracted twice with 130 ml of dichloromethane. The organic layer was washed successively with 1N aqueous sodium hydroxide, 10% aqueous sodium thiosulfate and 20% brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Dichloromethane was distilled off under reduced pressure to give 7.1 g (47. 3 mmol, yield 48%).

実施例４と比較例４との比較から、ハロゲン単体を共存させることで、前記非特許文献1記載と同様の反応条件においても反応時間の短縮が図られ、収率の向上が認められた。
From the comparison between Example 4 and Comparative Example 4, it was confirmed that the reaction time was shortened and the yield was improved under the same reaction conditions as described in Non-Patent Document 1 by coexisting halogen alone.

Claims (3)

脂環式炭化水素化合物または脂環式アルコール化合物を、硫酸または発煙硫酸により酸化して脂環式ケトン化合物を製造する方法において、ハロゲン単体またはハロゲン化金属塩を少なくとも１種以上共存させて酸化することを特徴とする脂環式ケトン化合物の製造方法。 In the method for producing an alicyclic ketone compound by oxidizing an alicyclic hydrocarbon compound or an alicyclic alcohol compound with sulfuric acid or fuming sulfuric acid, at least one halogen or a metal halide salt is coexisted and oxidized. The manufacturing method of the alicyclic ketone compound characterized by the above-mentioned. 脂環式炭化水素化合物がアダマンタンであり、脂環式アルコール化合物が１−アダマンタノールまたは２−アダマンタノールであり、得られる脂環式ケトン化合物が２−アダマンタノンである請求項１記載の脂環式ケトン化合物の製造方法。 The alicyclic hydrocarbon compound according to claim 1, wherein the alicyclic hydrocarbon compound is adamantane, the alicyclic alcohol compound is 1-adamantanol or 2-adamantanol, and the resulting alicyclic ketone compound is 2-adamantanone. A method for producing a formula ketone compound. ハロゲン単体が、臭素またはヨウ素である請求項１または２記載の脂環式ケトン化合物の製造方法。

The method for producing an alicyclic ketone compound according to claim 1 or 2, wherein the halogen simple substance is bromine or iodine.