JP2016084315A - Manufacturing method of hydroxy adamantane carboxylic acid compound - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アダマンタン骨格を有し、医農薬中間体や光ファイバーや光導波路、光ディスク基板、フォトレジストなどの光学材料、耐熱性、表面硬度等に優れた機能性樹脂原料、その他各種工業製品として有用なヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物の製造方法に関する。 The present invention has an adamantane skeleton, and is useful as an intermediate for medicines and agricultural chemicals, optical materials such as optical fibers, optical waveguides, optical disk substrates, and photoresists, functional resin materials excellent in heat resistance and surface hardness, and other various industrial products. The present invention relates to a method for producing a novel hydroxyadamantanecarboxylic acid compound.
アダマンタン骨格の様な橋頭を有する脂環族化合物は、構造上剛直な性質を有し、高い耐熱性や優れた光学特性を示すことから、高機能樹脂材料や医農薬中間体、フォトレジスト材料などの光学材料として用いられている（例えば特許文献１〜３参照）。その中でも同一分子中にヒドロキシル基とカルボキシル基を有するヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物は、ヒドロキシル基とカルボキシル基の反応性の違いを利用することで様々な官能基を導入できることから、フォトレジストの性能を改良するモノマーや医農薬中間体として使用できるため有用である。 An alicyclic compound with a bridgehead such as an adamantane skeleton has structurally rigid properties and exhibits high heat resistance and excellent optical properties. (See, for example, Patent Documents 1 to 3). Among them, hydroxyadamantanecarboxylic acid compounds that have hydroxyl and carboxyl groups in the same molecule can improve the performance of photoresists because various functional groups can be introduced by utilizing the difference in reactivity between hydroxyl and carboxyl groups. It is useful because it can be used as a monomer or an intermediate for medical and agricultural chemicals.
ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物は、いくつかの合成ルートが知られている。先ず、アダマンタノール誘導体やアダマンタンポリオール誘導体からＫｏｃｈ反応によりアダマンタンカルボン酸化合物を得る際に副生成物として生成することが知られているが（例えば特許文献４参照）、ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物自体が主目的物ではなく、単離精製が困難で、収率が低いという問題点があった。また、アダマンタンカルボン酸化合物の酸素酸化反応により、ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を合成する方法が開示されているが、反応の選択性が低く、複数の位置で酸化反応が進行して生成した副生成物が得られており、単離精製が困難という問題点があった（例えば特許文献５参照）。また、アダマンタンカルボン酸化合物をハロゲン化し、ヒドロキシル基に置換する方法（非特許文献１他）なども開示されているが、反応を２段階で行う必要があり、操作が煩雑で高価になることや環境負荷の高いハロゲン化物を用いるなど問題点があった。 Several synthetic routes are known for hydroxyadamantanecarboxylic acid compounds. First, it is known that an adamantane carboxylic acid compound is produced as a by-product when an adamantane carboxylic acid compound is obtained from an adamantanol derivative or an adamantane polyol derivative by Koch reaction (see, for example, Patent Document 4). There was a problem in that it was not the target product, isolation and purification were difficult, and the yield was low. Further, a method for synthesizing a hydroxyadamantanecarboxylic acid compound by an oxygen oxidation reaction of an adamantanecarboxylic acid compound is disclosed, but the selectivity of the reaction is low, and a by-product generated by an oxidation reaction proceeding at a plurality of positions. There is a problem that isolation and purification is difficult (see, for example, Patent Document 5). In addition, a method of halogenating an adamantanecarboxylic acid compound and substituting it with a hydroxyl group (Non-Patent Document 1, etc.) is also disclosed. However, the reaction needs to be performed in two stages, and the operation is complicated and expensive. There were problems such as using halides with high environmental impact.
ハロゲン化物を経由せずに安価且つ簡便にヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を製造する方法として、特許文献６は、アダマンタン化合物に対してカルボキシル化反応および酸化反応を逐次的にワンポットで行い、ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を製造する方法を開示する。 As a method for producing a hydroxyadamantane carboxylic acid compound inexpensively and easily without going through a halide, Patent Document 6 discloses that adamantane compound is sequentially subjected to carboxylation reaction and oxidation reaction in one pot, and hydroxyadamantane carboxylic acid. Disclosed are methods for producing the compounds.
かかる状況のもと、より簡便にかつより高い収率でヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を製造する方法が求められる。 Under such circumstances, a method for producing a hydroxyadamantanecarboxylic acid compound in a simpler and higher yield is required.
本発明者らは鋭意検討した結果、ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物中に存在する微量の高沸点副生物がポリマー重合の際に重合反応に悪影響を及ぼすことを見出した。そして、特許文献６に記載される製造方法において、反応物質、反応溶液、および酸化剤を選定し、かつ、反応時間を制御することにより、ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物中に存在する高沸点副生物の量が低減されると同時に反応収率が向上し、これにより上記の課題を解決できる事を見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that a small amount of high-boiling by-product present in the hydroxyadamantanecarboxylic acid compound adversely affects the polymerization reaction during polymer polymerization. And in the manufacturing method described in patent document 6, by selecting a reactive substance, a reaction solution, and an oxidizing agent and controlling the reaction time, the high-boiling by-product present in the hydroxyadamantanecarboxylic acid compound is reduced. The reaction yield was improved at the same time as the amount was reduced, and it was found that the above problems could be solved, and the present invention was completed.
すなわち本発明は、式（２）で表される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の製造方法であって、
工程１：濃度９０質量％以上の硫酸溶液中で、式（１）で表されるアダマンタノール及び、一酸化炭素又は一酸化炭素源を反応させ、アダマンタンカルボン酸を含む溶液を得る工程；および
工程２：前記工程１で得られた溶液に硝酸を添加し、前記硝酸と前記アダマンタンカルボン酸とを反応させ、前記アダマンタンカルボン酸の橋頭位に位置するＣ−Ｈ結合を酸化し、式（２）で表される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を得る工程であって、硝酸とアダマンタンカルボン酸との反応時間が、３時間以下である工程；
を有し、
前記３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸中に高沸点副生成物が２．０質量％以下の量で存在する、製造方法である。
Step 1: a step of reacting adamantanol represented by formula (1) and carbon monoxide or a carbon monoxide source in a sulfuric acid solution having a concentration of 90% by mass or more to obtain a solution containing adamantanecarboxylic acid; and 2: Nitric acid is added to the solution obtained in the step 1, the nitric acid and the adamantane carboxylic acid are reacted to oxidize the C—H bond located at the bridgehead position of the adamantane carboxylic acid, and the formula (2) A step of obtaining 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid represented by the formula, wherein the reaction time of nitric acid and adamantanecarboxylic acid is 3 hours or less;
Have
In the production method, a high-boiling byproduct is present in the 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid in an amount of 2.0% by mass or less.
本発明よれば、ハロゲン化物を経由することなく、反応制御が容易で安価なワンポット反応により、機能性樹脂等のポリマー合成の際に悪影響を及ぼす高沸点副生物の量が顕著に低減された３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を高い収率で得ることができる。したがって、本発明で製造された３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を用いると、ポリマー合成前の煩雑な精製プロセスを簡略化または撤廃することができる。高沸点副生物の含有量が小さい３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸はポリマー原料として非常に有用である。 According to the present invention, the amount of high-boiling by-products that adversely affect the synthesis of polymers such as functional resins is significantly reduced by a one-pot reaction that is easy and inexpensive to control without going through halides. -Hydroxyadamantane-1-carboxylic acid can be obtained in high yield. Therefore, when the 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid produced in the present invention is used, a complicated purification process before polymer synthesis can be simplified or eliminated. 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid having a low content of high-boiling by-products is very useful as a polymer raw material.
本発明は、特定のアダマンタン化合物を、１ポットでカルボキシル化反応と酸化反応とを連続的に行い、ヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を製造する方法である。具体的には、本発明は、式（１）で表されるアダマンタノールを１ポットでカルボキシル化反応と酸化反応を連続的に行い、式（２）で表される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の製造方法に関する。当該製造方法は、
工程１：濃度９０質量％以上の硫酸溶液中で、式（１）で表されるアダマンタノール及び、一酸化炭素又は一酸化炭素源を反応させ、アダマンタンカルボン酸を含む溶液を得る工程；および
工程２：前記工程１で得られた溶液に硝酸を添加し、前記硝酸と前記アダマンタンカルボン酸とを反応させ、前記アダマンタンカルボン酸の橋頭位に位置するＣ−Ｈ結合を酸化し、式（２）で表される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を得る工程であって、硝酸とアダマンタンカルボン酸との反応時間が、３時間以下である工程；
を有し、前記３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸中に高沸点副生成物が２．０質量％以下の量で存在する。
Step 1: a step of reacting adamantanol represented by formula (1) and carbon monoxide or a carbon monoxide source in a sulfuric acid solution having a concentration of 90% by mass or more to obtain a solution containing adamantanecarboxylic acid; and 2: Nitric acid is added to the solution obtained in the step 1, the nitric acid and the adamantane carboxylic acid are reacted to oxidize the C—H bond located at the bridgehead position of the adamantane carboxylic acid, and the formula (2) A step of obtaining 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid represented by the formula, wherein the reaction time of nitric acid and adamantanecarboxylic acid is 3 hours or less;
And a high-boiling by-product is present in the 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid in an amount of 2.0% by mass or less.
本発明で原料として用いられるアダマンタン化合物は、式（１）で示されるアダマンタノールである。 The adamantane compound used as a raw material in the present invention is adamantanol represented by the formula (1).
まず、工程１では、濃度９０質量％以上の硫酸溶液中で、上記式（１）で表されるアダマンタノール及び、一酸化炭素又は一酸化炭素源を反応させる。これにより、アダマンタノールはアダマンタンカルボン酸となる。当該カルボキシル化反応（工程１）の際のプロトン酸溶媒として用いる硫酸は濃度９０質量％以上であることが必要である。硫酸はカルボキシル化反応における選択率および溶液状態で入手可能である点で好ましい。より好ましくは、硫酸を用いる場合、９５質量％以上の水溶液を用いることが好ましい。この範囲であれば、カルボキシル化反応が速やかに進行し、高収率でアダマンタンカルボン酸化合物が得られる。更に、反応中の硫酸濃度を維持するために、反応前や反応中に発煙硫酸を加える方法を用いても良い。なお、反応溶媒としての硫酸溶液は硫酸に加えて他の溶媒を含んでもよい。具体的には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、有機スルホン酸としてエタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、トリフルオロメチルスルホン酸、パラトルエンスルホン酸から選択される少なくとも１種の有機カルボン酸を含みうる。 First, in step 1, adamantanol represented by the above formula (1) and carbon monoxide or a carbon monoxide source are reacted in a sulfuric acid solution having a concentration of 90% by mass or more. Thereby, adamantanol becomes adamantanecarboxylic acid. The sulfuric acid used as the protonic acid solvent in the carboxylation reaction (step 1) needs to have a concentration of 90% by mass or more. Sulfuric acid is preferred because of its selectivity in the carboxylation reaction and availability in solution. More preferably, when sulfuric acid is used, an aqueous solution of 95% by mass or more is preferably used. If it is this range, a carboxylation reaction will advance rapidly and an adamantanecarboxylic acid compound will be obtained with a high yield. Furthermore, in order to maintain the sulfuric acid concentration during the reaction, a method of adding fuming sulfuric acid before the reaction or during the reaction may be used. In addition, the sulfuric acid solution as a reaction solvent may contain other solvents in addition to sulfuric acid. Specifically, it may contain at least one organic carboxylic acid selected from formic acid, acetic acid, propionic acid, and ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, trifluoromethylsulfonic acid, and paratoluenesulfonic acid as organic sulfonic acid.
硫酸溶液の使用量は、式（１）のアダマンタノールに対して１〜２０質量倍、好ましくは２〜１６質量倍、さらに好ましくは４〜１２質量倍にすることが望ましい。この範囲内であると、例えばＯＨ基のカルボキシル化反応を十分進行させ、且つ分離・精製操作を少量の有機溶媒や水で行うことができる。 The amount of the sulfuric acid solution used is 1 to 20 times, preferably 2 to 16 times, and more preferably 4 to 12 times the adamantanol of the formula (1). Within this range, for example, the carboxylation reaction of the OH group can proceed sufficiently, and the separation / purification operation can be performed with a small amount of organic solvent or water.
上記カルボキシル化反応（工程１）では、一酸化炭素又は一酸化炭素源を用いる。一酸化炭素は、純粋な一酸化炭素であっても良く、窒素やヘリウム、アルゴン等の不活性ガスで希釈して使用してもよい。また、一酸化炭素は常圧もしくはオートクレーブを使用した加圧下で使用してもよく、反応液中に吹き込みながら反応させても良い。一酸化炭素源としては、ギ酸又はギ酸アルキルエステルが挙げられる。これらは２種以上組み合わせて使用しても良い。一酸化炭素又は一酸化炭素源の使用量は、目的とするヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を効率良く製造するため、式（１）のアダマンタノールに対して好ましくは０．９〜１０モル当量の範囲で、より好ましくは０．９〜３モル当量の範囲で使用することが好ましい。 In the carboxylation reaction (step 1), carbon monoxide or a carbon monoxide source is used. Carbon monoxide may be pure carbon monoxide or may be diluted with an inert gas such as nitrogen, helium or argon. Carbon monoxide may be used under normal pressure or under pressure using an autoclave, or may be reacted while being blown into the reaction solution. Examples of the carbon monoxide source include formic acid or alkyl formate. Two or more of these may be used in combination. The amount of carbon monoxide or carbon monoxide source used is preferably in the range of 0.9 to 10 molar equivalents relative to the adamantanol of formula (1) in order to efficiently produce the target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound. More preferably, it is used in the range of 0.9 to 3 molar equivalents.
ギ酸アルキルエステルにおけるアルキル基の炭素数は特に限定されないが、アルキル基の炭素数が１〜１０のギ酸アルキルエステルを用いることが好ましい。具体例としては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸ペンチル、ギ酸ヘキシル、ギ酸ヘプチル、ギ酸オクチル、ギ酸ノニル、ギ酸デカニル、ギ酸シクロヘキシルなどが挙げられる。 The number of carbon atoms of the alkyl group in the formic acid alkyl ester is not particularly limited, but it is preferable to use a formic acid alkyl ester having 1 to 10 carbon atoms in the alkyl group. Specific examples include methyl formate, ethyl formate, propyl formate, butyl formate, pentyl formate, hexyl formate, heptyl formate, octyl formate, nonyl formate, decanyl formate, cyclohexyl formate, and the like.
これらのギ酸及びギ酸アルキルエステルは２種以上組み合わせて用いても良く、更に一酸化炭素と併用しても良い。これらのギ酸及びギ酸アルキルエステルの中で、ギ酸及びギ酸メチルが安価で取り扱いが容易なため好ましく用いることができる。なお、ギ酸及びギ酸アルキルエステルは、試薬又は工業薬品を使用できる。 These formic acids and alkyl formates may be used in combination of two or more, and may be used in combination with carbon monoxide. Among these formic acids and alkyl formates, formic acid and methyl formate can be preferably used because they are inexpensive and easy to handle. In addition, a reagent or an industrial chemical can be used for formic acid and alkyl formate.
一酸化炭素を併用する場合、一酸化炭素は、純粋な一酸化炭素であっても良く、窒素やヘリウム、アルゴン等の不活性ガスで希釈して使用してもよい。また、一酸化炭素は常圧もしくはオートクレーブを使用した加圧下で使用してもよく、反応液中に吹き込みながら反応させても良い。 When carbon monoxide is used in combination, the carbon monoxide may be pure carbon monoxide or may be diluted with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon. Carbon monoxide may be used under normal pressure or under pressure using an autoclave, or may be reacted while being blown into the reaction solution.
本発明において、硫酸溶液中で一酸化炭素又は一酸化炭素源と反応させてカルボキシル化する際の反応温度は、例えば、−７８〜２００℃で行われ、好ましくは−２０〜１００℃で、さらに好ましくは０〜５０℃程度で行うことが好ましい。この範囲内であれば式（１）で示されるアダマンタノールのＯＨ基のカルボキシル化反応が十分進行し、副反応の進行も少ない。また、反応圧力は特に制限されない。用いる反応器の材質は、材質も特に制限を受けないが、硫酸により腐食が少ない例えばグラスライニング製やテフロン(登録商標)コーティング製の反応器が好ましい。反応器の形状や付属設備については特に制限は無い。 In this invention, the reaction temperature at the time of making it react with carbon monoxide or a carbon monoxide source in a sulfuric acid solution is, for example, -78 to 200 ° C, preferably -20 to 100 ° C, and further Preferably it is performed at about 0-50 degreeC. Within this range, the carboxylation reaction of the OH group of adamantanol represented by formula (1) proceeds sufficiently, and the side reaction proceeds little. The reaction pressure is not particularly limited. The material of the reactor to be used is not particularly limited, but a reactor made of, for example, glass lining or Teflon (registered trademark), which is less corroded by sulfuric acid, is preferable. There are no particular restrictions on the shape of the reactor and the attached equipment.
反応器に、硫酸溶液、式（１）で表されるアダマンタノール、及び、一酸化炭素又は一酸化炭素源を添加する順序は特に制限されない。好ましくは、副反応の進行を抑制する観点から、反応器に硫酸溶液およびアダマンタノールを投入し、混合させたのちに、当該混合溶液に一酸化炭素又は一酸化炭素源を添加することが好ましい。 The order in which the sulfuric acid solution, adamantanol represented by the formula (1), and carbon monoxide or a carbon monoxide source are added to the reactor is not particularly limited. Preferably, from the viewpoint of suppressing the progress of the side reaction, it is preferable to add a sulfuric acid solution and adamantanol to the reactor and mix them, and then add carbon monoxide or a carbon monoxide source to the mixed solution.
カルボキシル化反応の反応時間は、反応温度にも影響され、一酸化炭素又は一酸化炭素源が十分に転化されれば特に限定されないが、１〜１００時間で行うことが好ましく、より好ましくは１〜１０時間、さらに好ましくは１〜５時間、特に好ましくは１〜３時間の範囲で行うことが特に好ましい。この範囲内で反応を行うことで、カルボキシル化を十分に進行させつつ効率よく製造を行うことができる。 The reaction time of the carboxylation reaction is also affected by the reaction temperature, and is not particularly limited as long as the carbon monoxide or the carbon monoxide source is sufficiently converted, but it is preferably 1 to 100 hours, more preferably 1 to 1 hour. It is particularly preferable to carry out for 10 hours, more preferably 1 to 5 hours, particularly preferably 1 to 3 hours. By carrying out the reaction within this range, the production can be efficiently carried out while the carboxylation proceeds sufficiently.
カルボキシル化に続き、生成物を単離又は精製する事無く、該反応液に酸化剤としての硝酸を加えて酸化する工程（工程２）を実施する。具体的には、前記工程１で得られた溶液に硝酸を添加し、前記硝酸と前記アダマンタンカルボン酸とを反応させる。これにより、前記アダマンタンカルボン酸の橋頭位に位置するＣ−Ｈ結合が酸化され、式（２）で表される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸が得られる。硝酸は、収率や取扱い易さなどの点から好ましい。硝酸に加えて、過塩素酸、過マンガン酸、クロム酸などの無機酸、または過酸化水素などの過酸化物などのようなプロトン酸溶媒である硫酸溶液中で酸化能力を持つ酸化剤を併用してもよい。 Following the carboxylation, a step of oxidizing the reaction solution by adding nitric acid as an oxidizing agent (step 2) is performed without isolating or purifying the product. Specifically, nitric acid is added to the solution obtained in the step 1, and the nitric acid and the adamantanecarboxylic acid are reacted. Thereby, the C—H bond located at the bridge head position of the adamantanecarboxylic acid is oxidized, and 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid represented by the formula (2) is obtained. Nitric acid is preferred in terms of yield and ease of handling. In addition to nitric acid, combined with an oxidizing agent capable of oxidizing in sulfuric acid solution, which is a protonic acid solvent such as inorganic acids such as perchloric acid, permanganic acid, chromic acid, or peroxides such as hydrogen peroxide May be.
硝酸の添加量は、式（１）で示されるアダマンタノールに対して０．９〜１０モル当量、好ましくは１．０〜５モル当量、より好ましくは１．０〜３モル当量、さらに好ましくは１．０〜１．３モル当量にすることが望ましい。この範囲内で酸化が十分進行し、目的のヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物が高収率で取得できる。 The amount of nitric acid added is 0.9 to 10 molar equivalents, preferably 1.0 to 5 molar equivalents, more preferably 1.0 to 3 molar equivalents, and still more preferably the adamantanol represented by the formula (1). It is desirable to make it 1.0-1.3 molar equivalent. Oxidation proceeds sufficiently within this range, and the target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound can be obtained in high yield.
酸化工程（工程２）の反応温度は、通常−１０〜１００℃の範囲で行われ、好ましくは０〜８０℃程度、より好ましくは２０〜５０℃で行うことが好ましい。この範囲内であれば酸化反応が十分に進行し、副反応の進行は少ない。また、反応圧力は特に制限は無い。 The reaction temperature in the oxidation step (step 2) is usually in the range of −10 to 100 ° C., preferably about 0 to 80 ° C., more preferably 20 to 50 ° C. Within this range, the oxidation reaction proceeds sufficiently and the side reaction proceeds little. The reaction pressure is not particularly limited.
酸化剤である硝酸の添加方法は、特に制限は無く公知の方法を選択できる。また、添加時の温度も特に制限は受けないが、副反応防止の観点から酸化工程の反応温度に出来るだけ合わせて添加することが好ましい。より好ましくは、副反応防止の観点から硝酸が添加される溶液の温度が０〜４０℃である。また、副反応防止の観点から硝酸の添加をゆっくりと、好ましくは間欠的または連続的に、より好ましくは連続的に（例えば、連続滴下して）、行うことが好ましい。好ましい形態では、硝酸の添加速度が、前記工程１で用いるアダマンタノールに対して、０．０２〜０．０５モル倍／分である。また、添加時間は好ましくは1〜１００分であり、より好ましくは１０〜６０分であり、さらに好ましくは２０〜４０分である。 A method for adding nitric acid as an oxidizing agent is not particularly limited, and a known method can be selected. Also, the temperature at the time of addition is not particularly limited, but it is preferable to add it in accordance with the reaction temperature of the oxidation step as much as possible from the viewpoint of preventing side reactions. More preferably, the temperature of the solution to which nitric acid is added is 0 to 40 ° C. from the viewpoint of preventing side reactions. From the viewpoint of preventing side reactions, nitric acid is preferably added slowly, preferably intermittently or continuously, more preferably continuously (for example, continuously dropped). In a preferred form, the addition rate of nitric acid is 0.02 to 0.05 mol times / min with respect to the adamantanol used in Step 1 above. Moreover, addition time becomes like this. Preferably it is 1-100 minutes, More preferably, it is 10-60 minutes, More preferably, it is 20-40 minutes.
本発明において、酸化反応の時間、すなわち硝酸とアダマンタンカルボン酸との反応時間は３時間以下である。本発明において、酸化反応の時間とは、酸化剤としての硝酸の全量を反応溶液に添加した直後から反応停止までの時間を指す。例えば、硝酸を滴下などによって連続的に添加した場合の酸化反応の時間は、硝酸の全量の滴下が終了した時点から反応終了までの時間を指し、滴下時間は含まない。反応停止の時点は、例えば、反応溶液を３０℃以下まで冷却し、反応を完了させた時点である。
本発明者らは、驚くべきことに、本反応系において酸化反応の時間を３時間とすることにより、生成物である３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸中に存在する高沸点副生成物の量が顕著に低減されることを見出した。酸化反応時間の下限は酸化反応が十分に進行する時間であれば特に制限を受けないが、通常１時間以上である。より好ましくは、高沸点副生成物の副生を抑制しつつ、目的のヒドロキシアダマンタンカルボン酸を高収率で得る観点から、２〜３時間がより好ましい。
In the present invention, the oxidation reaction time, that is, the reaction time between nitric acid and adamantanecarboxylic acid is 3 hours or less. In the present invention, the oxidation reaction time refers to the time from immediately after the total amount of nitric acid as an oxidizing agent is added to the reaction solution until the reaction is stopped. For example, the oxidation reaction time when nitric acid is continuously added by dropping or the like refers to the time from the end of dropping of the entire amount of nitric acid to the end of the reaction, and does not include the dropping time. The time when the reaction is stopped is, for example, the time when the reaction solution is cooled to 30 ° C. or lower to complete the reaction.
Surprisingly, the inventors of the present reaction system set the time of the oxidation reaction to 3 hours, whereby the high-boiling by-product present in the product 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid was reduced. We have found that the amount is significantly reduced. The lower limit of the oxidation reaction time is not particularly limited as long as the oxidation reaction proceeds sufficiently, but is usually 1 hour or longer. More preferably, 2 to 3 hours are more preferable from the viewpoint of obtaining the desired hydroxyadamantanecarboxylic acid in high yield while suppressing the by-product of the high-boiling by-product.
本発明では、（ア）アダマンタノールのカルボキシル化、これに続く（イ）酸化反応によるヒドロキシル基生成までを１ポットで行い、酸化反応終了後に生成物を初めて分離精製する。分離精製プロセスは特に制限を受けず公知の方法を選択できるが、本発明の様にプロトン酸を用いる反応系での精製方法として、該反応液を水で希釈する又はアルカリ性水溶液で中和後目的物の結晶を析出させ、濾別、乾燥により目的物のヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を得る方法が挙げられる。特に、本発明の方法によれば、高沸点副生成物の生成が顕著に抑制されるため、このような簡便な精製プロセス後に得られた３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸をさらに複雑な精製工程を経ずにそのまま原料としてポリマー重合を行うことが可能である。 In the present invention, (a) carboxylation of adamantanol and subsequent (a) hydroxyl group generation by oxidation reaction are carried out in one pot, and after completion of the oxidation reaction, the product is separated and purified for the first time. The separation and purification process is not particularly limited, and a known method can be selected. However, as a purification method in a reaction system using a protonic acid as in the present invention, the reaction solution is diluted with water or neutralized with an alkaline aqueous solution. The crystal | crystallization of a thing is precipitated, the method of obtaining the target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound by filtration separation and drying is mentioned. In particular, according to the method of the present invention, since the formation of high-boiling by-products is remarkably suppressed, 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid obtained after such a simple purification process is further complicated. It is possible to carry out polymer polymerization as a raw material without going through the steps.
精製工程において、反応液の希釈に使用する水の量は反応液に対して１〜５０質量倍が好ましく、２〜１０質量倍がより好ましい。この範囲内であれば、プロトン酸である硫酸・硝酸が十分希釈されるため、生成物の結晶が十分に析出し、濾過の際の生成物の水溶液へのロスも少ない。 In the purification step, the amount of water used for diluting the reaction solution is preferably 1 to 50 times by mass and more preferably 2 to 10 times by mass with respect to the reaction solution. Within this range, the protic acid sulfuric acid and nitric acid are sufficiently diluted, so that the crystals of the product are sufficiently precipitated, and the loss of the product to the aqueous solution during filtration is small.
また、プロトン酸溶液としての硫酸・硝酸溶液を中和するためにアルカリ性水溶液を使用しても良い。この操作は反応液を水で希釈後に実施しても良く、希釈と同時に中和操作を行っても良い。用いるアルカリ性水溶液のアルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アンモニウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドのようなテトラアルキルアンモニウムハイドロオキサイド等が挙げられ、特に水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが安価で取り扱いが容易なため好ましい。アルカリ性水溶液の濃度は、特に制限を受けないが、一般的な取扱いを考慮すると１〜３０質量％が好ましく、１０〜２０質量％の濃度がより好ましい。また、加えるアルカリの量は、溶媒として使用したプロトン酸の解離するプロトンのモル数に対して０．１〜１モル当量が良い。アルカリを過剰に加えると、目的物であるヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物が中和された塩が水相に分配され、単離が困難になるが、この範囲内であればｐＨが酸性側で維持されるため、新たに酸性水溶液を加えてｐＨを調整しなくても目的物であるヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物の結晶を析出させることができる。 An alkaline aqueous solution may be used to neutralize the sulfuric acid / nitric acid solution as the protonic acid solution. This operation may be carried out after the reaction solution is diluted with water, or may be neutralized simultaneously with the dilution. Examples of the alkali of the alkaline aqueous solution used include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium hydrogen carbonate, ammonium hydroxide, tetraalkylammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide, and the like. Sodium and potassium hydroxide are preferred because they are inexpensive and easy to handle. Although the density | concentration of alkaline aqueous solution does not receive a restriction | limiting in particular, 1-30 mass% is preferable when general handling is considered, and the density | concentration of 10-20 mass% is more preferable. The amount of alkali added is preferably 0.1 to 1 molar equivalents relative to the number of moles of protons dissociated from the protonic acid used as the solvent. If an excessive amount of alkali is added, the neutralized salt of the target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound is distributed to the aqueous phase, making it difficult to isolate, but within this range, the pH is maintained on the acidic side. Therefore, it is possible to precipitate crystals of the target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound without adjusting the pH by newly adding an acidic aqueous solution.
また、アルカリ中和時に酸化剤である硝酸を還元するために還元剤を共存させてもよい。還元剤としては例えば亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、シュウ酸、ギ酸など公知の還元剤が例示され、酸化剤に対して０．９モル当量〜１０モル当量の範囲で添加することができる。添加量は、１モル当量〜２モル当量の範囲で添加することがより好ましい。なお、中和及び還元操作時の温度は、特に制限を受けないが、操作上の観点から１０〜４０℃の範囲であれば良い。 Further, a reducing agent may be allowed to coexist in order to reduce nitric acid which is an oxidizing agent during alkali neutralization. Examples of the reducing agent include known reducing agents such as sodium sulfite, sodium thiosulfate, oxalic acid, and formic acid, and can be added in a range of 0.9 molar equivalent to 10 molar equivalents relative to the oxidizing agent. The addition amount is more preferably in the range of 1 molar equivalent to 2 molar equivalents. The temperature during the neutralization and reduction operation is not particularly limited, but may be in the range of 10 to 40 ° C. from the viewpoint of operation.
目的物のヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物の濾別方法は特に制限は無く、重力を利用した自然濾過、加圧濾過、減圧濾過、遠心分離等の公知の方法を選択できる。また濾過に用いるフィルターの形状も、プロセスや設備など所望に応じ選択することができる。 The method for separating the target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound is not particularly limited, and known methods such as natural filtration using gravity, pressure filtration, vacuum filtration, and centrifugation can be selected. Moreover, the shape of the filter used for filtration can also be selected as desired, such as a process and equipment.
上記の濾別により分離されたヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物の粗結晶は、所望により、更に洗浄、蒸留、昇華、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなど公知の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により精製されてもよい。上記方法により、式（２）で表わされ３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸が取得できる。 The crude crystals of the hydroxyadamantanecarboxylic acid compound separated by the above filtration are further combined with known separation means such as washing, distillation, sublimation, extraction, crystallization, recrystallization, column chromatography, etc., if desired. It may be purified by separation means. By the above method, 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid represented by the formula (2) can be obtained.
目的物であるヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物は一般に乾燥させて紛体で取り扱われる。乾燥方法は、特に制限は無く風乾、加熱乾燥、減圧乾燥など方法を選択できるが、乾燥時間が短縮できる減圧乾燥が好ましく選択される。また、乾燥温度は、特に制限はなく、常圧〜減圧下であれば０〜１２０℃が好ましく、３０〜８０℃がより好ましいが、乾燥温度は乾燥圧力により適宜選択されなければならない。 The target hydroxyadamantanecarboxylic acid compound is generally dried and handled as a powder. The drying method is not particularly limited, and can be selected from methods such as air drying, heat drying, and reduced pressure drying. However, reduced pressure drying that can shorten the drying time is preferably selected. The drying temperature is not particularly limited and is preferably 0 to 120 ° C. and more preferably 30 to 80 ° C. under normal pressure to reduced pressure, but the drying temperature must be appropriately selected depending on the drying pressure.
本発明の製造方法は、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の反応収率が９０％以上、好ましくは９２％以上である。これにより、効率的に３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を製造することが可能になる。なお、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の反応収率（％）とは、原料として用いられたアダマンタノールに対する３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の収率である。なお、本明細書において反応収率は原料（１００モル）に対する生成物の量（モル）の比率を表す。 In the production method of the present invention, the reaction yield of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid is 90% or more, preferably 92% or more. This makes it possible to produce 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid efficiently. In addition, the reaction yield (%) of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid is the yield of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid with respect to adamantanol used as a raw material. In addition, in this specification, reaction yield represents the ratio of the quantity (mol) of a product with respect to a raw material (100 mol).
本発明の方法で製造される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸における高沸点副生成物の濃度（存在量）は２．０質量％以下である。従来、アダマンタン化合物のカルボキシル化反応およびアダマンタンカルボン酸化合物の酸化反応を通して得られたヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物は２．０質量％を超える高沸点副生成物を含有する。 The concentration (abundance) of the high boiling point by-product in 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid produced by the method of the present invention is 2.0% by mass or less. Conventionally, a hydroxyadamantanecarboxylic acid compound obtained through a carboxylation reaction of an adamantane compound and an oxidation reaction of an adamantanecarboxylic acid compound contains a high-boiling by-product exceeding 2.0% by mass.
本発明によれば、生成物中の高沸点副生成物の量が顕著に低減されるため、ポリマー合成前に当該高沸点副生成物を除去するための煩雑な精製プロセスを経ることなく、得られた製造物をポリマー合成の原料として使用することができる。当該３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸における高沸点副生成物の濃度（存在量）は好ましくは１．８質量％以下であり、より好ましくは１．５質量％以下であり、さらに好ましくは１．３質量％以下である。高沸点副生成物の濃度（存在量）は小さいほど好ましいが、アダマンタン化合物を原料として用いたカルボキシル化反応および酸化反応においては通常高沸点副生成物が副生し、目的生成物であるヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物には高沸点副生成物が含まれる。したがって、高沸点副生成物の濃度（存在量）の下限は通常０．１質量％以上である。 According to the present invention, since the amount of high-boiling by-products in the product is significantly reduced, it can be obtained without going through a complicated purification process for removing the high-boiling by-products before polymer synthesis. The resulting product can be used as a raw material for polymer synthesis. The concentration (abundance) of the high boiling point by-product in the 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid is preferably 1.8% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and even more preferably 1 .3% by mass or less. The concentration (abundance) of the high-boiling by-product is preferably as small as possible. However, in the carboxylation reaction and oxidation reaction using an adamantane compound as a raw material, a high-boiling by-product is usually produced as a by-product, and the target product, hydroxyadamantane. Carboxylic acid compounds include high-boiling byproducts. Therefore, the lower limit of the concentration (abundance) of the high-boiling by-product is usually 0.1% by mass or more.
本発明において、高沸点副生成物とは、沸点が２８０℃以上である化合物を指す。具体的には、３，５−ジヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸、５−ヒドロキシアダマンタン−１，３−ジカルボン酸、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の多量体、等のアダマンタノールのカルボキシル化反応およびアダマンタンカルボン酸の酸化反応における副生成物である。 In the present invention, the high boiling point by-product refers to a compound having a boiling point of 280 ° C. or higher. Specifically, carboxylation reaction of adamantanol such as 3,5-dihydroxyadamantane-1-carboxylic acid, 5-hydroxyadamantane-1,3-dicarboxylic acid, 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid multimer, etc. And a by-product in the oxidation reaction of adamantanecarboxylic acid.
上述のように、本発明の方法で製造される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸は高沸点副生成物の濃度が非常に小さいため、機能性樹脂等のポリマー原料として用いた場合に機能性樹脂等のポリマー合成の際に生じるポリマー純度の低下などの悪影響が抑制できる。特に、本発明で得られた３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を用いてポリマー重合のモノマーとして使用される３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸を製造した場合にはモノマー中の高沸点副生成物が大幅に低減され、当該モノマーを用いることで高純度のポリマーを製造することができる。 As described above, since 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid produced by the method of the present invention has a very low concentration of high-boiling by-products, it is functional when used as a polymer raw material such as a functional resin. Adverse effects such as a decrease in polymer purity that occurs during the synthesis of a polymer such as a resin can be suppressed. In particular, when 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid used as a monomer for polymer polymerization is produced by using 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid obtained in the present invention, a high-boiling side effect in the monomer. The product is greatly reduced, and a high-purity polymer can be produced by using the monomer.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に何らの制限を受けるものではない。なお、実施例において、経時変化及び収率はガスクロマトグラフィー（ＧＣ）もしくは、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）により測定した。またヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物の純度はＧＣ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により決定し、誘導体であるメタクリロイルオキシアダマンタンカルボン酸化合物の純度はＨＰＬＣ、ＧＰＣにより決定した。ＧＣ、ＨＰＬＣ、ＧＰＣの測定条件は以下のとおりである。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention does not receive a restriction | limiting at all to a following example. In the examples, the change with time and the yield were measured by gas chromatography (GC) or high performance liquid chromatography (HPLC). The purity of the hydroxyadamantanecarboxylic acid compound was determined by GC and gel permeation chromatography (GPC), and the purity of the derivative methacryloyloxyadamantanecarboxylic acid compound was determined by HPLC and GPC. The measurement conditions for GC, HPLC, and GPC are as follows.
＜ＧＣ条件＞
カラム：ＴＣ−１７（０．５３ｍｍＩ．Ｄ．×３０ｍ）、インジェクション温度：２８０℃、オーブン温度：７０℃（１分保持）→１０℃／分で昇温→２８０℃（１０分保持）、検出器：ＦＩＤ、移動相：ヘリウム。
<GC conditions>
Column: TC-17 (0.53 mm ID × 30 m), injection temperature: 280 ° C., oven temperature: 70 ° C. (1 minute hold) → temperature rise at 10 ° C./minute→280° C. (10 minute hold), detection Vessel: FID, mobile phase: helium.
＜ＨＰＬＣ測定条件＞
カラム：化学物質評価機構Ｌ−ｃｏｌｕｍｎ２ ＯＤＳ Ｌ−Ｃ１８（５μｍ、４．６φ×２５０ｍｍ）、展開溶媒 ：アセトニトリル／１００ｍＭリン酸緩衝液＝７０／３０（ｖ／ｖ）、流量：１ｍｌ／分、カラム温度：４０℃、検出器：ＲＩ。
<HPLC measurement conditions>
Column: Chemical substance evaluation mechanism L-column 2 ODS L-C18 (5 μm, 4.6 φ × 250 mm), developing solvent: acetonitrile / 100 mM phosphate buffer = 70/30 (v / v), flow rate: 1 ml / min, column Temperature: 40 ° C., detector: RI.
＜ＧＰＣ条件＞
昭和電工社製ＧＰＣカラム（Ｋ４０１ＨＱ２本、ＫＦ４０２ＨＱ１本、ＫＦ４０３ＨＱ１本、ＫＦ−Ｇ）を用い、流量：１．０ミリリットル／分、溶出溶剤：テトラヒドロフラン、カラム温度：４０℃の分析条件で、標準ポリスチレン換算質量として存在量を測定した。
<GPC conditions>
Showa Denko GPC columns (K401HQ x 2, KF402HQ x 1, KF403HQ x 1, KF-G), flow rate: 1.0 ml / min, elution solvent: tetrahydrofuran, column temperature: 40 ° C. under standard polystyrene conversion The abundance was measured as mass.
（実施例１）
反応装置として攪拌機、温度計、滴下ロート、ジムロートを備えたガラス製フラスコに、１−アダマンタノール（純度９９％）３０．２ｇを仕込み、９６質量％濃硫酸２１５．２ｇを入れた。室温で攪拌して原料が溶解したのを確認した後、フラスコを冷却して液温が１０〜２０℃の範囲に留まるようにギ酸９．３ｇを１５分かけて滴下した。滴下終了後、反応温度３５℃で３時間反応させた。反応の進行をＧＣで確認したところ、１−アダマンタノールの転化率は１００％で１−アダマンタンカルボン酸が生成した。その後、フラスコを再度冷却しながら、液温１０〜２０℃の範囲に留まるようにしながら７０％硝酸２３．１ｇを３０分かけて滴下した。滴下終了後、反応温度３５℃で３時間反応させた。反応の進行をＧＣで確認したところ、１−アダマンタンカルボン酸の転化率は１００％で３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸が生成した。 30.2 g of 1-adamantanol (purity 99%) was charged into a glass flask equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a Dim funnel as a reaction apparatus, and 215.2 g of 96 mass% concentrated sulfuric acid was added. After stirring at room temperature and confirming that the raw material was dissolved, 9.3 g of formic acid was added dropwise over 15 minutes so that the flask was cooled and the liquid temperature remained in the range of 10 to 20 ° C. After completion of the dropping, the reaction was carried out at a reaction temperature of 35 ° C. for 3 hours. When the progress of the reaction was confirmed by GC, the conversion of 1-adamantanol was 100% and 1-adamantanecarboxylic acid was produced. Thereafter, while cooling the flask again, 23.1 g of 70% nitric acid was added dropwise over 30 minutes so as to remain within the range of the liquid temperature of 10 to 20 ° C. After completion of the dropping, the reaction was carried out at a reaction temperature of 35 ° C. for 3 hours. When the progress of the reaction was confirmed by GC, the conversion of 1-adamantanecarboxylic acid was 100% and 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid was produced.
精製装置として攪拌機、温度計を備えたガラス製フラスコに水酸化ナトリウム９０．２ｇ、亜硫酸ナトリウム３５．５ｇ、イオン交換水８１２ｇを入れ、水酸化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム混合溶液とし、フラスコを冷却した。上記混合溶液に、液温が４０℃以下に留まる様に３−ヒドロキシ−１−アダマンタンカルボン酸の反応溶液２７７．８ｇを加え、析出した白色結晶を濾別し水洗した。更に、得られた結晶を４０℃で８時間減圧乾燥し、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の白色結晶３５．８ｇ（収率９２．６％）を得た。結晶中の高沸点副生成物（高分子量副生成物）をＧＰＣ−ＲＩで測定したところ、存在量は１．２８％であった。 Sodium hydroxide 90.2g, sodium sulfite 35.5g, and ion-exchange water 812g were put into the glass flask provided with the stirrer and the thermometer as a refiner | purifier, it was set as the sodium hydroxide and sodium sulfite mixed solution, and the flask was cooled. To the above mixed solution, 277.8 g of a reaction solution of 3-hydroxy-1-adamantanecarboxylic acid was added so that the liquid temperature remained at 40 ° C. or lower, and the precipitated white crystals were separated by filtration and washed with water. Furthermore, the obtained crystal was dried under reduced pressure at 40 ° C. for 8 hours to obtain 35.8 g (yield 92.6%) of white crystal of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid. When the high boiling point by-product (high molecular weight by-product) in the crystal was measured by GPC-RI, the abundance was 1.28%.
＜ポリマー原料：３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸の製造＞
反応装置として攪拌機、温度計、滴下ロート、ジムロートを備えたガラス製フラスコに、上記で得られた３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸（上記化合物１）１９．６ｇ（１００ｍｍｏｌ）を仕込み、反応容器を窒素置換した。反応容器にメトキシシクロペンタン（ＣＰＭＥ）２９．４ｇ、トリエチルアミン３０．３ｇ（３００ｍｍｏｌ）を加えた後、氷冷し、反応液温度を１０℃以下で攪拌した。滴下ロートにクロロメチルメチルエーテル（ＭＯＭＣｌ）８．４ｇ（１０５ｍｍｏｌ）を入れ、１５分かけて滴下した。滴下終了後、反応液温度０〜２０℃で１時間反応させた。反応の進行をＧＣで確認したところ、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の転化率は９３％であり、反応収率８５．０％でメトキシメチル−３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボキシレート（上記化合物２）が生成した。その後、フラスコを氷冷しながらにクロロホルム９８ｇ、フェノチアジン０．２ｇ（１ｍｍｏｌ）を加えた。滴下ロートにメタクリル酸クロリド１５．７ｇ（１５０ｍｍｏｌ）を仕込み、氷冷したまま１５分かけて滴下した。滴下終了後反応液温度７０℃で１０時間反応させた。反応の進行をＧＣで確認したところ、メトキシメチル−３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボキシレートの転化率は９８％であり、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の仕込み量を基準として、反応収率８２％でメトキシメチル−３−（メタクリロイルオキシ）アダマンタン−１−カルボキシレート（上記化合物３）が生成した。反応容器を２０℃以下に冷却したのち、クロロホルム１００ｇ、イオン交換水２００ｇを加え、よく攪拌した後、静置し分液した。得られたクロロホルム層に５％炭酸水素ナトリウム水溶液２００ｇを加え、よく攪拌した後、静置し分液した。得られたクロロホルム層をイオン交換水１００ｇで２回洗浄した。回収したクロロホルム層の溶媒を留去した。得られた濃縮物はさらなる精製操作を行わず、次の工程に使用した。 19.6 g (100 mmol) of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid (compound 1) obtained above was charged in a glass flask equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel, and a Dim funnel as a reaction apparatus. Was replaced with nitrogen. To the reaction vessel, 29.4 g of methoxycyclopentane (CPME) and 30.3 g (300 mmol) of triethylamine were added, followed by ice cooling, and the reaction solution temperature was stirred at 10 ° C. or lower. To the dropping funnel, 8.4 g (105 mmol) of chloromethyl methyl ether (MOMCl) was added and added dropwise over 15 minutes. After completion of the dropping, the reaction was carried out at a reaction solution temperature of 0 to 20 ° C. for 1 hour. When the progress of the reaction was confirmed by GC, the conversion rate of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid was 93%, and the reaction yield was 85.0% with methoxymethyl-3-hydroxyadamantane-1-carboxylate (described above) Compound 2) was formed. Thereafter, 98 g of chloroform and 0.2 g (1 mmol) of phenothiazine were added while cooling the flask with ice. To the dropping funnel was charged 15.7 g (150 mmol) of methacrylic acid chloride, and the mixture was added dropwise over 15 minutes while cooling with ice. After completion of dropping, the reaction was carried out at a reaction solution temperature of 70 ° C. for 10 hours. When the progress of the reaction was confirmed by GC, the conversion of methoxymethyl-3-hydroxyadamantane-1-carboxylate was 98%, and the reaction yield based on the charged amount of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid 82% produced methoxymethyl-3- (methacryloyloxy) adamantane-1-carboxylate (compound 3 above). After cooling the reaction vessel to 20 ° C. or lower, 100 g of chloroform and 200 g of ion-exchanged water were added and stirred well, and then allowed to stand to separate. To the obtained chloroform layer, 200 g of 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added, stirred well, and then allowed to stand to separate. The obtained chloroform layer was washed twice with 100 g of ion exchange water. The solvent of the collected chloroform layer was distilled off. The resulting concentrate was used in the next step without further purification.
攪拌機、温度計、滴下ロート、ジムロートを備えたガラス製フラスコに、上記で得られた濃縮物とテトラヒドロフラン３１.０ｇ、１.０ｍｏｌ／Ｌ塩酸３０ｇを加えた。反応液温度６０〜７０℃で６時間攪拌した。反応の進行をＨＰＬＣで確認したところ、メトキシメチル−３−（メタクリロイルオキシ）アダマンタン−１−カルボキシレートの転化率は１００％であり、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の仕込み量を基準として、反応収率８０％で３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸（上記化合物４）が生成した。反応容器を２０℃以下に冷却したのち、５％炭酸水素ナトリウム水溶液５５０ｇ、ヘプタン１２０ｇを加え１時間攪拌した。攪拌終了後、静置し分液した。分液後の有機層に５％炭酸水素ナトリウム水溶液１５０ｇを加え、よく攪拌した後、静置し分液した。得られた水層を合一し、攪拌しながら８５％リン酸６５ｇを加え、３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸の粉末状の固体を水層から析出させた。析出した固体を吸引ろ過により回収し、イオン交換水５０ｇで２回洗浄した。固体を減圧乾燥し、３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸１９．０ｇを得た。３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の仕込み量を基準として、収率は７２％であった。３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸のＬＣ−ＲＩ純度は９９．０％であり、ＧＰＣ−ＲＩでの高沸点副生成物（高分子副生物）の存在量は０．７０％であった。 The concentrate obtained above and 31.0 g of tetrahydrofuran and 30 g of 1.0 mol / L hydrochloric acid were added to a glass flask equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel and a Dim funnel. The reaction solution was stirred at a temperature of 60 to 70 ° C. for 6 hours. When the progress of the reaction was confirmed by HPLC, the conversion rate of methoxymethyl-3- (methacryloyloxy) adamantane-1-carboxylate was 100%, and based on the charged amount of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid, 3-Methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid (compound 4 above) was produced with a reaction yield of 80%. After cooling the reaction vessel to 20 ° C. or lower, 550 g of 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution and 120 g of heptane were added and stirred for 1 hour. After stirring, the mixture was allowed to stand and liquid separation was performed. To the organic layer after separation, 150 g of 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added and stirred well, and then allowed to stand to separate. The obtained aqueous layers were combined, and 65 g of 85% phosphoric acid was added while stirring to precipitate a powdery solid of 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid from the aqueous layer. The precipitated solid was collected by suction filtration and washed twice with 50 g of ion-exchanged water. The solid was dried under reduced pressure to obtain 19.0 g of 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid. The yield was 72% based on the amount of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid charged. The LC-RI purity of 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid was 99.0%, and the presence of high-boiling by-products (polymer by-products) in GPC-RI was 0.70%. .
（比較例１）
硝酸滴下後５時間反応させる以外は実施例１と同様の操作を行ったところ、３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸の白色結晶３０．０ｇ（収率８５．３％）を得た。結晶中の高分子量副生成物をＧＰＣ−ＲＩで測定したところ、存在量は２．６３％であった。実施例１と比較して一段階目のカルボキシル化反応の収率が低下し、高沸点副生成物（高分子量副生成物）の存在量が増加した。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 was carried out except that the reaction was performed for 5 hours after the dropwise addition of nitric acid to obtain 30.0 g (yield 85.3%) of 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid white crystals. When the high molecular weight by-product in the crystal was measured by GPC-RI, the abundance was 2.63%. Compared with Example 1, the yield of the first-stage carboxylation reaction decreased, and the abundance of high-boiling byproducts (high molecular weight byproducts) increased.
＜ポリマー原料：３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸の製造＞
上記で合成した３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を使用する以外は実施例１と同様に３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸の製造の操作を行ったところ、３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸中のＧＰＣ−ＲＩでの高沸点副生成物（高分子副生物）の存在量は２．５５％であり、実施例１と比較して高分子副生物の存在量が増加した。
<Polymer raw material: production of 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid>
An operation for producing 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid was carried out in the same manner as in Example 1 except that 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid synthesized above was used. 3-Methacryloyloxyadamantane-1 -The amount of high-boiling by-product (polymer by-product) in GPC-RI in carboxylic acid was 2.55%, and the amount of polymer by-product increased compared to Example 1.
上記実施例１と比較例１との比較から、実施例１で得られた３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸では高沸点副生成物の存在量が比較例１に比べて半減していることが確認される。また、反応収率も向上していることがわかる。さらに、実施例１および比較例１で得られた３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸からポリマー原料である３−メタクリロイルオキシアダマンタン−１−カルボン酸を製造した場合に、高沸点副生物の存在量が実施例１においては０．７％へと大幅に低減される一方、比較例１においては微量な低減（２．５５％）にとどまった。この結果は本発明の製造方法により得られた３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸をポリマー原料として用いると、純度が大幅に改善されることを示す。 From the comparison between Example 1 and Comparative Example 1, the amount of the high-boiling by-product in the 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid obtained in Example 1 is halved compared to Comparative Example 1. Is confirmed. It can also be seen that the reaction yield is improved. Furthermore, when 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid as a polymer raw material is produced from 3-methacryloyloxyadamantane-1-carboxylic acid obtained in Example 1 and Comparative Example 1, the presence of a high-boiling byproduct While the amount was significantly reduced to 0.7% in Example 1, it was only a small reduction (2.55%) in Comparative Example 1. This result shows that the purity is greatly improved when 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid obtained by the production method of the present invention is used as a polymer raw material.
本発明によれば、医農薬中間体や光学材料、耐熱性、表面硬度等に優れた機能性樹脂原料等、特にポリマーの原料として有用なヒドロキシアダマンタンカルボン酸化合物を、環境負荷が小さく、安価且つ簡便な手段で製造することができる。 According to the present invention, a hydroxyadamantanecarboxylic acid compound that is useful as a raw material for polymers, such as a medical and agrochemical intermediate, an optical material, a functional resin material excellent in heat resistance, surface hardness, etc., has a low environmental impact, is inexpensive and It can be produced by simple means.
Claims (8)
工程１：濃度９０質量％以上の硫酸溶液中で、式（１）で表されるアダマンタノール及び、一酸化炭素又は一酸化炭素源を反応させ、アダマンタンカルボン酸を含む溶液を得る工程；および
工程２：前記工程１で得られた溶液に硝酸を添加し、前記硝酸と前記アダマンタンカルボン酸とを反応させ、前記アダマンタンカルボン酸の橋頭位に位置するＣ−Ｈ結合を酸化し、式（２）で表される３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸を得る工程であって、硝酸とアダマンタンカルボン酸との反応時間が、３時間以下である工程；
を有し、
前記３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボン酸中に高沸点副生成物が２．０質量％以下の量で存在する、製造方法。
Step 1: a step of reacting adamantanol represented by formula (1) and carbon monoxide or a carbon monoxide source in a sulfuric acid solution having a concentration of 90% by mass or more to obtain a solution containing adamantanecarboxylic acid; and 2: Nitric acid is added to the solution obtained in the step 1, the nitric acid and the adamantane carboxylic acid are reacted to oxidize the C—H bond located at the bridgehead position of the adamantane carboxylic acid, and the formula (2) A step of obtaining 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid represented by the formula, wherein the reaction time of nitric acid and adamantanecarboxylic acid is 3 hours or less;
Have
The production method, wherein a high-boiling byproduct is present in the 3-hydroxyadamantane-1-carboxylic acid in an amount of 2.0% by mass or less.
The production method according to claim 1, wherein the carbon monoxide source is formic acid or a formic acid alkyl ester.
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