JP3838883B2 - Method for producing alicyclic ketone compound - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アダマンタノン等の脂環式ケトン化合物を製造する方法、及び該製造方法により得られた脂環式ケトン化合物から脂環式アルキルエステル化合物を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脂環式アルキルエステル化合物は、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る。たとえば、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原料として得られるレジストには、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（例えば特開平５−２６５２１２号公報）、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。
【０００３】
アダマンタノン等の脂環式ケトン化合物は、上記脂環式アルキルエステル化合物の原料として重要な化合物であり、その用途との関連で、高純度化の要求が高くなっている。
【０００４】
また、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、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無く、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。
【０００５】
従来、アダマンタンからのアダマンタノンの製造方法としては、ヒドロキシフタルイミド等を触媒として用いアダマンタンを酸素酸化する方法が知られている（特開平１０−３０９４６９号公報等）。しかし、該製造方法におけるアダマンタノンの収率は約３０％と低く、満足の行くものはなかった。
【０００６】
また、比較的高収率でアダマンタノンを得ることができる製造方法として、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してアダマンタノンを得る方法が知られている（オーガニックシンセシス１９７３年５３号８ページ）。該方法によれば４７〜４８％という比較的高い収率で目的物を得ることができるが、水蒸気蒸留という煩雑な精製工程を必要とするという問題がある。また、同じくアダマンタンを硫酸により酸化する方法について、特定の条件を採用することにより反応収率が向上することも報告されている（特開平１１−１８９５６４号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アダマンタンを濃硫酸または発煙硫酸で酸化してアダマンタノンを製造する方法（以下、濃硫酸法ともいう。）は、高収率化が望め、しかも廉価な原料を使用する点で魅力的な製造方法であるが、高純度品を簡便に得る方法は確立されていない。
【０００８】
本発明は、濃硫酸法において、簡単な抽出操作で実質的に精製工程が不要となる程度に高純度のアダマンタノン等の脂環式ケトン化合物を得る方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の問題を解決するために鋭意検討を行った結果、脂環式炭化水素を濃硫酸法で製造する場合において、酸化反応後の反応液を水に注いでから有機溶媒で抽出する際、硫酸の濃度を通常より高く調整することによって、反応液に不純物が含まれている場合であっても目的物である脂環式ケトン化合物を選択的にしかも効率よく抽出できること、更により副生物が多く生成し易い発煙硫酸を用いて酸化した場合にも抽出時の硫酸濃度を同様に制御することにより高純度品を容易に得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、脂環式炭化水素化合物と濃硫酸または発煙硫酸とを接触させることにより該脂環式炭化水素化合物を酸化して脂環式ケトン化合物及び濃硫酸または発煙硫酸を含む混合物を得、次いで得られた該混合物と水及び有機溶媒とを混合した後に水層と脂環式ケトン化合物を含む有機層とを分離し、分離された有機層から脂環式ケトン化合物を回収する脂環式ケトン化合物の製造方法であって、有機層を分離する際の水層の硫酸濃度を６０〜９０質量％と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。
【００１１】
従来の濃硫酸を用いた製造方法においては、水と混合する際の発熱等を考慮して大過剰の水に反応生成物を添加してから有機溶媒により目的物を抽出するのが通常であり、この様な方法を採用した場合には、抽出時の水層の硫酸濃度は低い（通常、約４０質量％）ものとなっている。
【００１２】
これに対し、本発明では抽出時の水層の硫酸濃度を非常に高い特定の濃度範囲とするものであり、このことによって、反応液中の目的物を選択的に抽出することが可能となり、結果として、蒸留や再結晶という特別な精製工程を経ることなく抽出という簡単な操作で高純度の目的物を得ることができる。この様な優れた効果が得られる原因は明らかでないが、目的物と不純物とで特定の濃度の硫酸に対する溶解性が異なるためと考えられる。
【００１３】
また、他の本発明は、前記本発明の脂環式ケトン化合物の製造方法によって得られた脂環式ケトン化合物と、アルキルリチウム、グリニヤール試薬、並びにハロゲン化アルキル化合物及び金属リチウムから選ばれる少なくとも一種のアルキル化試薬とを反応させて脂環式アルキルアルコキシド化合物を得、次いで得られた脂環式アルキルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物とを反応させて脂環式アルキルエステル化合物を得ることを特徴とする脂環式アルキルエステル化合物の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法では、先ず脂環式炭化水素化合物と濃硫酸又は発煙硫酸とを接触させることにより該脂環式炭化水素化合物を酸化して脂環式ケトン化合物及び濃硫酸又は発煙硫酸を含む混合物を得る。
【００１５】
このとき原料化合物として使用す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易いという観点から、対称性が高い飽和の環状炭化水素化合物であるのが好適である。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、シクロヘキサン等が挙げられる。これら化合物の中でも、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医農薬、あるいは電子材料等の中間体として有用であり、高純度のものが望まれているアダマンタンを用いるのが最も好適である。
【００１６】
上記のような脂環式炭化水素化合物と濃硫酸や発煙硫酸とを接触させて該脂環式炭化水素化合物を酸化して脂環式ケトン化合物を得る方法は、従来の濃硫酸法による脂環式ケトン化合物の製造方法と特に変わるところはなく、前記のオーガニックシンセシス１９７３年５３号８ページに記載の方法や、特開平１１−１８９５６４号公報に記載された方法等、公知の方法が制限なく適用できる。
【００１７】
例えば、脂環式炭化水素化合物の酸化は、脂環式炭化水素化合物と濃硫酸とを溶媒の非存在下で混合攪拌し、加熱することにより好適に行なうことができる。このとき濃硫酸としては９６質量％以上の濃度が望ましく、発煙硫酸も使用できる。また、脂環式炭化水素化合物の使用量は特に限定されないが、濃硫酸又は発煙硫酸１ｋｇに対して０．１〜５モルの範囲で使用するのが好適である。また、反応温度や反応時間は酸化すべき脂環式炭化水素化合物の種類によるが、５０℃〜１００℃で０．５時間〜４８時間程度反応させるのが好ましく、反応の進行を確認しながら昇温していく方法がより好ましい。
【００１８】
上記のような方法により、脂環式炭化水素化合物中の−ＣＨ₂−基が−Ｃ（＝Ｏ）−基に酸化されて対応する構造の脂環式ケトン化合物（目的物）と濃硫酸又は発煙硫酸とを含む混合物からなる反応液を得ることができる。
【００１９】
本発明では、上記の様にして得られた反応液（脂環式ケトン化合物と濃硫酸又は発煙硫酸とを含む混合物）と水及び有機溶媒とを混合した後に水層と脂環式ケトン化合物を含む有機層とを分離するが、有機層を分離する際の水層の硫酸濃度（水の質量と硫酸の質量の合計に対する硫酸の質量％で定義される。）を６０〜９０質量％に制御することが必須である。分離の際の硫酸濃度が６０質量％未満の場合には、不純物が有機層に入り込んでしまい、抽出操作のみで高純度の目的物を得ることができない。また、上記硫酸濃度が９０質量％を越えるときには、有機溶媒で目的物を抽出することが実質的に不可能である。上記硫酸濃度を９０質量％以下とすることにより、目的物を回収することが可能となる。得られる目的物の純度及び収量の多さの観点から、より好適な水層の硫酸濃度は７０〜８０質量％である。
【００２０】
反応液を水及び有機溶媒と混合する方法は得に限定されないが、安全性および操作性の観点から、反応液を水及び／または氷（以下、単に水等ともいう。）に注いでから有機溶媒を添加し、混合するのが好適である。この際の使用する水等の量は、後で硫酸濃度を調節する必要が無いことから、氷が全て溶けた場合の水層の硫酸濃度が６０〜９０質量％、特に７０〜８０質量％になるような量であるのが好適である。なお、上記好適な量を超える量の水等を用い、その後濃硫酸を加えて水層の硫酸濃度を６０〜９０質量％になるように調節することも勿論可能である。
【００２１】
また、本発明で用いる抽出用の有機溶媒は、硫酸と反応せず、目的物の脂環式ケトン化合物を溶解し硫酸に不溶のものであれば特に限定されず、公知の有機溶媒の中から抽出されるべき脂環式ケトン化合物の溶解性を考慮して適宜選択すればよい。本発明で好適に使用できる有機溶媒を具体的に例示すれば、ヘキサン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類；トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類；ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類；ジエチルエーテル、アニソールなどのエーテル類；酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類等が挙げられる。
【００２２】
これら有機溶媒の使用量は、目的物の脂環式ケトン化合物を全て溶解する量であれば特に限定されないが、操作性およびその後の溶媒の乾燥や除去の手間を考慮すると、脂環式ケトン化合物の濃度が抽出溶媒に対する飽和濃度の２５％〜７５％となるような量であるのが好適である。
【００２３】
反応液を水等に注いだ後、上記有機溶媒を加えて良く攪拌してから静置し、有機層と水層を分離し、分液操作により有機層を分離回収した後、必要に応じて水又は中性塩の水溶液を用いて洗浄を行ない、共沸脱水するか、または硫酸ナトリウムや塩化カルシウム等の乾燥剤を用いて該有機層を乾燥し、乾燥剤を除去した後、溶媒を除去することにより高純度の脂環式ケトン化合物を得ることができる。
【００２４】
上記の様にして得られた高純度の脂環式ケトン化合物は、脂環式アルキルエステル化合物を合成する際の原料として好適に使用することができる。例えば、上記脂環式ケトン化合物と、(1)アルキルリチウム、(2)グリニヤール試薬、並びに(3)ハロゲン化アルキル化合物及び金属リチウムから選ばれる少なくとも一種のアルキル化試薬とを反応させて脂環式アルキルアルコキシド化合物を得、次いで得られた脂環式アルキルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物とを反応させることにより脂環式アルキルエステル化合物を得ることができる。
【００２５】
この時使用するアルキル化試薬としては、(1)アルキルリチウム、(2)グリニヤール試薬、並びに(3)ハロゲン化アルキル化合物及び金属リチウム（すなわち、両者の組み合わせ）から選ばれる少なくとも一種であれば特に限定されず、導入したいアルキル基の種類に応じた各種化合物が適宜用いられる。アルキル化試薬として好適に使用できる化合物を具体的に例示すれば、アルキルリチウムとしては、メチルリチウム、エチルリチウム、ブチルリチウム等が；グリニヤール試薬としては、臭化メチルマグネシウム、塩化エチルマグネシウム等が；ハロゲン化アルキルとしては、よう化メチル、臭化エチル等が挙げられる。
【００２６】
これらアルキル化試薬と脂環式ケトン化合物とを反応させて脂環式アルキルアルコキシド化合物を得る方法は特に限定されず、例えば、脂環式ケトン化合物に対してほぼ等モル又は小過剰のアルキル化試薬を有機溶媒中で反応させることにより好適に行なうことができる。この時の溶媒としては、該アルキル化剤と反応しない溶媒であれば公知の有機溶媒が制限なく使用できる。好適に使用できる有機溶媒を例示すれば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒；ヘキサン、トルエン等の炭化水素系溶媒等が挙げられる。
【００２７】
また、上記反応の反応条件は得に限定されないが、アルキル化試薬の使用量は、脂環式ケトン化合物１モルに対して、０．９〜１．５モル、特に１．０〜１．３モルであるのが好適である。但し、アルキル化試薬として上記(3)のハロゲン化アルキル化合物と金属リチウムとの組み合わせを使用する場合のハロゲン化アルキル化合物及び金属リチウムの好適な使用量は、それぞれ脂環式ケトン化合物１モルに対して、０．８〜２．０モルおよび１．５〜２．５グラム原子、特に１．０〜１．２モルおよび１．８〜２．０グラム原子である。また、反応温度は特に限定されず用いるアルキル化剤の種類により適宜決定すればよいが、上記（1）又は（2）のアルキル化試薬を用いる場合には通常２０〜８０℃で行われる。また、上記(3)のアルキル化試剤を用いる場合において、ハロゲン化アルキルとしてヨウ化物を用いる場合は、−８０〜２０℃で反応させるのが好適であり、臭化物や塩化物を用いる場合には０〜１００℃で反応させるのが好適である。また、反応時間は用いるアルキル化剤の種類にもよるが、通常、０．５〜２４時間である。
【００２８】
このようにして得られた脂環式アルキルアルコキシド化合物は、一般には単離することなく酸ハロゲン化物との反応に使用させる。このとき使用する酸ハロゲン化物としては目的物となる脂環式アルキルエステル化合物の種類に応じて対応する構造の酸ハロゲン化物を使用すればよい。好適に使用できる酸ハロゲン化物を例示すれば、アセチルクロリド、メタクリル酸クロリド、塩化ベンゾイル等が挙げられる。
【００２９】
脂環式アルキルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物との反応方法は得に限定されず、公知の方法が使用できる。例えば、溶媒の存在下で両者を混合することにより好適に行なうことができる。このとき、酸ハロゲン化物の使用量は、脂環式アルキルアルコキシド化合物１モルに対して、０．９〜２．０モル、特に１．０〜１．３モル使用であるのが好適である。なお、酸ハロゲン化物を過剰量使用する場合には、過剰量の酸ハロゲン化物１モルに対して１モル以上の３級アミン化合物を加えておくことも可能であり、特に目的とする脂環式アルキルエステル化合物が酸に対して不安定な場合には、このような量の３級アミン化合物を添加するのがより好適である。このとき３級アミン化合物としては、特に限定されないが、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリジン、ジアザビシクロ［２．２．２．］オクタン等が使用できる。また、反応温度および反応時間は、酸ハロゲン化物の種類にもよるが、一般には２０〜１００℃で０．５〜２４時間反応させればよい。
【００３０】
このようにして得られた脂環式アルキルエステル化合物は、例えば水洗、乾燥、溶媒留去等の通常の後処理を行い、通常の精製方法、例えばカラムクロマトグラフィー、蒸留、再結晶などの方法を用いることにより単離することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙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物ではない。
【００３２】
実施例１
９６％硫酸４８０ｍｌに３０％発煙硫酸１２０ｍｌを加えて９８％硫酸とし、ここにアダマンタン１００ｇを加えて激しく攪拌しながら７０℃に加熱した。次に２時間かけて８０℃まで温度を上げ、最後に８２℃で１時間攪拌した。反応液をサンプリングし、１−アダマンタノールがガスクロマトグラフィーの面積比で３％以下になっていることを確認して反応液を冷却した。その後、この反応液のうちの２５０ｇを水層の硫酸濃度が７２質量％になるように、水６５．６ｇに注ぎ、塩化メチレン２５０ｍｌで２回抽出した。有機層を１０％水酸化ナトリウム水溶液と食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥してから塩化メチレンを留去して固形物約１５．２ｇを得た。得られた固形物についてドデカンを内部標準に用いてガスクロマトグラフィーで分析したところ、２−アダマンタノンの純度は９６％であった。
【００３３】
実施例２
実施例１で得られた反応液２５０ｇについて、水層の硫酸濃度が７８質量％になるように水４３．２ｇに注ぐ他は実施例１と同様にして行なったところ固形物１４．６ｇが得られた。得られた２−アダマンタノンの純度は９８％であった。
【００３４】
比較例１
実施例１と同様にして得た反応液２５０ｇを水層の硫酸濃度が５８質量％になるように水１３５．７ｇに注いだところ、多量のタールが析出した。その後、実施例１と同様にして抽出、洗浄、乾燥操作を行ない、溶媒を留去し、固形物２１．８ｇを得た。得られた２−アダマンタノンの純度を内部標準法で定量したところ、その純度は６７％であった。
【００３５】
比較例２
比較例１で得た反応液２５０ｇに水を加えること無く塩化メチレン２５０ｍｌで２回抽出し、実施例１と同様に洗浄、乾燥、及び溶媒留去を行なったが、２−アダマンタノンはほとんど得られなかった。
【００３６】
実施例３及び４
実施例１と同様にして得た反応液２５０ｇについて、該反応液と混合する水の量を、混合時の水層の硫酸濃度換算で、それぞれ６７質量％（実施例３）、８５質量％（実施例４）とする他は実施例１と同様にして固形物を得た。得られた２−アダマンタノンの重量および純度は、それぞれ１５．５ｇ、９７％（実施例３）、及び１２．２ｇ、９８％（実施例４）であった。
【００３７】
実施例４では、２−アダマンタノンの収量が若干低下しているが、精製に要する設備や手間を考慮すると、収量より簡便に高純度品が得られることが優先することもあり、このような収量の低下は本発明の価値を否定するものではない。
【００３８】
実施例５〜７
９８％濃硫酸１ｋｇにアダマンタン１００ｇを懸濁し、５０℃で６時間、さらに６０℃で２３時間攪拌し、反応の進行をガスクロマトグラフィーで確認して冷却した。この溶液２０ｇを塩化メチレン１３０ｇと表１に示す量の水との分散液中に冷却しながら滴下して表１に示す硫酸濃度に調整し、静置して塩化メチレン層を分液した。硫酸層は再び塩化メチレン１３０ｇで抽出し、有機層を合わせて１０％水酸化ナトリウム水溶液、２０％食塩水で洗浄した。塩化メチレンを留去してその固形分の重量と純度を測定したところ、表１に示す結果を得た。
【００３９】
【表１】

【００４０】
実施例８及び比較例３
発煙硫酸（三酸化硫黄２５％含有）３６ｇ（三酸化硫黄として９ｇ、０．１１ｍｏｌ）を１０℃以下に冷却し、アダマンタン１０ｇ（０．０７ｍｏｌ）を加え、１０℃以下で３時間攪拌した。その後、５０℃に昇温し、４時間かけて８０℃まで加熱した。反応の進行をガスクロマトグラフィーで確認して冷却した。この溶液１５ｇを塩化メチレン１５０ｇと表２に示す量の水との分散液中に冷却しながら滴下して表２に示す硫酸濃度に調整し、室温で一晩攪拌した。その後、静置して塩化メチレン層を分液し、塩化メチレン層を１０％水酸化ナトリウム水溶液、２０％食塩水で洗浄した。塩化メチレンを留去してその固形分の重量とガスクロマトグラフィーの内部標準法における純度を測定したところ、表２に示す結果を得た。
【００４１】
【表２】

【００４２】
なお、本実施例８と比較例３では、２−アダマンタノンの収率があまり良くないが、これは発煙硫酸を用いたために多量のタールが生成したためであり、本実施例８及び比較例３の比較から分かるように、このような不純物の多い反応溶液からも容易に高純度品が得られる。
【００４３】
実施例９
実施例１で得られた２−アダマンタノン１５ｇ（０．１ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン５０ｍＬに溶解し、あらかじめ調整した臭化メチルマグネシウムのテトラヒドロフラン溶液（１ｍｏｌ／Ｌ）１００ｍＬを４０℃以下で滴下した。ガスクロマトグラフで反応の進行を確認し、反応液にトリエチルアミン２．５ｇ（０．０２５ｍｏｌ）とメタクリル酸クロリド１３ｇ（０．１２５ｍｏｌ）を加え、５０℃で３時間攪拌した。ガスクロマトグラフで反応の進行を確認し、水１０ｍＬを加えて反応を停止した。その後、テトラヒドロフランを減圧留去したのちヘプタン５０ｍＬを加え、１Ｎ塩化アンモニウム水溶液、１０％水酸化ナトリウム水溶液、イオン交換水で順次洗浄した。その後、ヘプタンを減圧留去することにより２４ｇの粗生成物を得た。該粗生成物にジエチレングリコール１．５ｇを加えてから減圧蒸留（９２℃／０．４ｍｍＨｇ）したところ、２−メチル−２−アダマンチルメタクリレート１２ｇ（０．５１ｍｏｌ，５１％）が得られた。
【００４４】
実施例１０
実施例３で得られた２−アダマンタノン１５ｇ（０．１ｍｏｌ）をテトラヒドロフラン５０ｍＬに溶解し、臭化エチル１２ｇ（０．１１ｍｏｌ）を加えた。溶液を激しく攪拌しながら金属リチウムを０．１ｇずつ、溶液の温度が３０℃を超えないように加え、合計１．３ｇ（０．１９ｍｏｌ）を加えた。反応の進行をガスクロマトグラフで確認し、目視で金属リチウムが消失したことを確認してから反応液にメタクリル酸クロリド１０ｇ（０．１ｍｏｌ）を加えた。ガスクロマトグラフで反応が十分に進行したのを確認してから反応液にメタノール３ｍＬと５％水酸化ナトリウム水溶液３ｍＬを加えて室温で１時間攪拌し、反応を停止した。その後、有機溶媒を減圧留去したのち、ヘキサンを２００ｍＬ加え、得られた溶液を１０％水酸化ナトリウム水溶液、２０％食塩水で順次洗浄した。その後、ヘキサンを減圧留去して粗生成物を得、イソプロパノールから再結晶して２−エチル−２−アダマンチルメタクリレート７．２ｇ（０．０２９ｍｏｌ，２９％）を得た。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、蒸留や再結晶といった専用の設備や手間を要する精製工程を経ることなく、高純度の脂環式ケトン化合物を脂環式炭化水素化合物という一次原料から容易に得ることができる。例えば、本発明の製造方法を採用することにより、医農薬中間体や電子材料原料等として有用な高純度アダマンタノンをアダマンタンから容易に製造することが可能となる。
【００４６】
また、この様にして得られた脂環式ケトン化合物を原料として用いて脂環式アルキルエステル化合物を製造することにより、全製造工程を通してみたときに前記原料脂環式ケトン化合物の精製工程を省略することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an alicyclic ketone compound such as adamantanone and a method for producing an alicyclic alkyl ester compound from the alicyclic ketone compound obtained by the production method.
[0002]
[Prior art]
An alicyclic alkyl ester compound is a useful compound as a raw material for electronic materials and as an intermediate for medical and agricultural chemicals. For example, a resist obtained using an alkyladamantyl ester compound, which is a kind of alicyclic alkyl ester compound, as a raw material has been reported to have high dry etching resistance in a semiconductor manufacturing process (for example, JP-A-5-265212). The potential as a resist material for use is attracting attention.
[0003]
An alicyclic ketone compound such as adamantanone is an important compound as a raw material for the alicyclic alkyl ester compound, and there is an increasing demand for high purity in relation to its use.
[0004]
Further, in the field of electronic materials and the like, competition is fierce and demands for reducing manufacturing costs are becoming strict, and it is extremely important to obtain high-purity products by a simple method using inexpensive raw materials. For example, in the production of adamantanone, there is a demand for a method for directly and simply obtaining high-purity adamantanone from adamantane without using a derivative such as adamantanol.
[0005]
Conventionally, as a method for producing adamantane from adamantane, a method of oxidizing adamantane with oxygen using hydroxyphthalimide or the like as a catalyst is known (JP-A-10-309469, etc.). However, the yield of adamantanone in the production method was as low as about 30%, and none was satisfactory.
[0006]
Further, as a production method capable of obtaining adamantanone in a relatively high yield, a method is known in which adamantane is oxidized with concentrated sulfuric acid and then purified by steam distillation to obtain adamantanone (Organic Synthesis 1973 53). No. 8 page). According to this method, the target product can be obtained with a relatively high yield of 47 to 48%, but there is a problem that a complicated purification step called steam distillation is required. Similarly, it has been reported that the reaction yield is improved by employing specific conditions for the method of oxidizing adamantane with sulfuric acid (Japanese Patent Laid-Open No. 11-189564).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The method of producing adamantanone by oxidizing adamantane with concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid (hereinafter also referred to as concentrated sulfuric acid method) is an attractive production method in that high yields can be expected and inexpensive raw materials are used. However, a method for easily obtaining a high-purity product has not been established.
[0008]
An object of the present invention is to provide a method for obtaining an alicyclic ketone compound such as adamantanone having a high purity to such an extent that a purification step is substantially unnecessary by a simple extraction operation in the concentrated sulfuric acid method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors, in the case of producing alicyclic hydrocarbons by the concentrated sulfuric acid method, poured the reaction solution after the oxidation reaction into water and then with an organic solvent. By adjusting the concentration of sulfuric acid higher than usual during extraction, the target alicyclic ketone compound can be selectively and efficiently extracted even when impurities are contained in the reaction solution. As a result, it was found that high-purity products can be easily obtained by controlling the sulfuric acid concentration during extraction in the same manner even when oxidized with fuming sulfuric acid, which tends to produce a lot of by-products. It was.
[0010]
That is, the present invention provides a mixture containing an alicyclic ketone compound and concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid by oxidizing the alicyclic hydrocarbon compound by contacting the alicyclic hydrocarbon compound with concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. Then, after mixing the obtained mixture with water and an organic solvent, the aqueous layer and the organic layer containing the alicyclic ketone compound are separated, and the fat for recovering the alicyclic ketone compound from the separated organic layer It is a manufacturing method of a cyclic ketone compound, Comprising: The sulfuric acid concentration of the water layer at the time of isolate | separating an organic layer shall be 60-90 mass%, It is a manufacturing method of the alicyclic ketone compound characterized by the above-mentioned.
[0011]
In the conventional production method using concentrated sulfuric acid, it is usual to add the reaction product to a large excess of water in consideration of the exotherm when mixing with water and then extract the target product with an organic solvent. When such a method is adopted, the sulfuric acid concentration in the aqueous layer at the time of extraction is low (usually about 40% by mass).
[0012]
On the other hand, in the present invention, the sulfuric acid concentration of the aqueous layer at the time of extraction is set to a very high specific concentration range, which makes it possible to selectively extract the target product in the reaction solution, As a result, a high-purity target product can be obtained by a simple operation of extraction without passing through a special purification step such as distillation or recrystallization. The reason why such an excellent effect is obtained is not clear, but it is considered that the solubility in a specific concentration of sulfuric acid differs between the target product and impurities.
[0013]
Another aspect of the present invention is an alicyclic ketone compound obtained by the method for producing an alicyclic ketone compound of the present invention, at least one selected from alkyllithium, a Grignard reagent, an alkyl halide compound, and metallic lithium. To obtain an alicyclic alkyl alkoxide compound, and then react the obtained alicyclic alkyl alkoxide compound with an acid halide to obtain an alicyclic alkyl ester compound. It is a manufacturing method of an alicyclic alkyl ester compound.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the production method of the present invention, first, an alicyclic hydrocarbon compound is contacted with concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to oxidize the alicyclic hydrocarbon compound to contain an alicyclic ketone compound and concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. A mixture is obtained.
[0015]
At this time, the alicyclic hydrocarbon compound used as the raw material compound is a cyclic hydrocarbon compound and is not particularly limited as long as it is a compound having no unsaturated bond, but the position to be oxidized is limited, and a single compound From the viewpoint of easily obtaining an alicyclic ketone compound, a saturated cyclic hydrocarbon compound having high symmetry is preferred. Specific examples of such alicyclic hydrocarbon compounds include adamantane and cyclohexane. Among these compounds, the oxidation reaction proceeds selectively and efficiently, and the resulting alicyclic ketone compound is useful as an intermediate for medical and agricultural chemicals, electronic materials, etc., and adamantane for which high purity is desired Is most preferred.
[0016]
A method for obtaining an alicyclic ketone compound by contacting an alicyclic hydrocarbon compound with concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to obtain an alicyclic ketone compound is the conventional alicyclic method using a concentrated sulfuric acid method. There is no particular difference from the production method of the formula ketone compound, and known methods such as the method described in Organic Synthesis 1973, page 53, page 8, and the method described in JP-A-11-189564 can be applied without limitation. it can.
[0017]
For example, the alicyclic hydrocarbon compound can be oxidized preferably by mixing, stirring and heating the alicyclic hydrocarbon compound and concentrated sulfuric acid in the absence of a solvent. At this time, the concentrated sulfuric acid desirably has a concentration of 96% by mass or more, and fuming sulfuric acid can also be used. Moreover, the usage-amount of an alicyclic hydrocarbon compound is although it does not specifically limit, It is suitable to use in the range of 0.1-5 mol with respect to 1 kg of concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. The reaction temperature and reaction time depend on the type of alicyclic hydrocarbon compound to be oxidized, but it is preferable to react at 50 ° C. to 100 ° C. for about 0.5 to 48 hours, and the reaction proceeds while confirming the progress of the reaction. A method of warming is more preferable.
[0018]
By the method as described above, the —CH ₂ — group in the alicyclic hydrocarbon compound is oxidized to the —C (═O) — group and the corresponding structure of the alicyclic ketone compound (target product) and concentrated sulfuric acid or A reaction solution comprising a mixture containing fuming sulfuric acid can be obtained.
[0019]
In the present invention, after mixing the reaction solution (a mixture containing an alicyclic ketone compound and concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid), water, and an organic solvent, the aqueous layer and the alicyclic ketone compound are mixed. The organic layer containing the organic layer is separated, but the sulfuric acid concentration of the aqueous layer when the organic layer is separated (defined by the mass% of sulfuric acid with respect to the sum of the mass of water and the mass of sulfuric acid) is controlled to 60 to 90 mass%. It is essential to do. When the sulfuric acid concentration at the time of separation is less than 60% by mass, impurities enter the organic layer, and a high-purity target product cannot be obtained only by the extraction operation. When the sulfuric acid concentration exceeds 90% by mass, it is substantially impossible to extract the target product with an organic solvent. By setting the sulfuric acid concentration to 90% by mass or less, the target product can be recovered. From the viewpoint of the purity and yield of the target product to be obtained, a more preferable sulfuric acid concentration in the aqueous layer is 70 to 80% by mass.
[0020]
The method of mixing the reaction solution with water and an organic solvent is not limited to the method, but from the viewpoint of safety and operability, the reaction solution is poured into water and / or ice (hereinafter also referred to simply as water) and then organic. It is preferred to add the solvent and mix. The amount of water used at this time is not required to adjust the sulfuric acid concentration later, so that the sulfuric acid concentration in the aqueous layer is 60 to 90% by mass, especially 70 to 80% by mass when all the ice is melted. It is preferred that the amount be such that Of course, it is possible to adjust the concentration of sulfuric acid in the aqueous layer to 60 to 90% by mass by adding concentrated sulfuric acid after that, using an amount of water exceeding the preferred amount.
[0021]
The organic solvent for extraction used in the present invention is not particularly limited as long as it does not react with sulfuric acid, dissolves the desired alicyclic ketone compound and is insoluble in sulfuric acid, and is selected from known organic solvents. What is necessary is just to select suitably in consideration of the solubility of the alicyclic ketone compound which should be extracted. Specific examples of organic solvents that can be suitably used in the present invention include aliphatic hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, chloroform, and chlorobenzene. And ethers such as diethyl ether and anisole; and esters such as ethyl acetate and butyl acetate.
[0022]
The amount of these organic solvents used is not particularly limited as long as it dissolves all of the target alicyclic ketone compound. However, in consideration of operability and subsequent time for drying and removing the solvent, the alicyclic ketone compound is used. The amount is preferably such that the concentration is 25% to 75% of the saturated concentration with respect to the extraction solvent.
[0023]
After pouring the reaction solution into water, etc., add the above organic solvent and stir well, let stand, separate the organic layer and aqueous layer, separate and recover the organic layer by liquid separation operation, if necessary Wash with water or an aqueous solution of neutral salt, azeotropically dehydrate, or dry the organic layer with a desiccant such as sodium sulfate or calcium chloride, remove the desiccant, and then remove the solvent. By doing so, a high purity alicyclic ketone compound can be obtained.
[0024]
The high purity alicyclic ketone compound obtained as described above can be suitably used as a raw material for synthesizing the alicyclic alkyl ester compound. For example, the alicyclic ketone compound is reacted with (1) alkyllithium, (2) Grignard reagent, and (3) at least one alkylating reagent selected from a halogenated alkyl compound and metallic lithium to react with the alicyclic An alicyclic alkyl ester compound can be obtained by obtaining an alkyl alkoxide compound and then reacting the obtained alicyclic alkyl alkoxide compound with an acid halide.
[0025]
The alkylating reagent used at this time is particularly limited as long as it is at least one selected from (1) alkyllithium, (2) Grignard reagent, and (3) alkyl halide compound and metal lithium (that is, a combination of both). Instead, various compounds are appropriately used depending on the type of alkyl group to be introduced. Specific examples of compounds that can be suitably used as alkylating reagents include methyllithium, ethyllithium, butyllithium and the like as alkyllithium; methylmagnesium bromide, ethylmagnesium chloride and the like as Grignard reagents; halogen Examples of alkyl halides include methyl iodide and ethyl bromide.
[0026]
The method for obtaining these alicyclic alkyl alkoxide compounds by reacting these alkylating reagents with alicyclic ketone compounds is not particularly limited. For example, the alkylating reagent is approximately equimolar or in small excess with respect to the alicyclic ketone compound. Can be suitably carried out by reacting in an organic solvent. As the solvent at this time, a known organic solvent can be used without limitation as long as it does not react with the alkylating agent. Examples of organic solvents that can be suitably used include ether solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran, and ethylene glycol dimethyl ether; hydrocarbon solvents such as hexane and toluene.
[0027]
The reaction conditions for the above reaction are not limited to obtaining, but the amount of the alkylating reagent used is 0.9 to 1.5 mol, particularly 1.0 to 1.3 mol, per 1 mol of the alicyclic ketone compound. Molar is preferred. However, when the combination of the alkyl halide compound of the above (3) and metal lithium is used as the alkylating reagent, the preferred amounts of the alkyl halide compound and metal lithium are each 1 mol of the alicyclic ketone compound. 0.8 to 2.0 moles and 1.5 to 2.5 gram atoms, especially 1.0 to 1.2 moles and 1.8 to 2.0 gram atoms. The reaction temperature is not particularly limited and may be appropriately determined depending on the type of alkylating agent to be used. When the alkylating reagent (1) or (2) is used, the reaction temperature is usually 20 to 80 ° C. In the case of using the alkylating reagent (3) above, when an iodide is used as the alkyl halide, the reaction is preferably carried out at −80 to 20 ° C., and 0 when a bromide or chloride is used. It is preferable to react at ~ 100 ° C. Moreover, although reaction time is based also on the kind of alkylating agent to be used, it is 0.5 to 24 hours normally.
[0028]
The alicyclic alkyl alkoxide compound thus obtained is generally used for the reaction with an acid halide without isolation. As the acid halide used at this time, an acid halide having a corresponding structure may be used according to the kind of the alicyclic alkyl ester compound as the target product. Examples of the acid halide that can be suitably used include acetyl chloride, methacrylic acid chloride, benzoyl chloride and the like.
[0029]
The reaction method of an alicyclic alkyl alkoxide compound and an acid halide is not limited to obtaining, and a known method can be used. For example, it can be suitably carried out by mixing both in the presence of a solvent. At this time, it is preferable that the acid halide is used in an amount of 0.9 to 2.0 mol, particularly 1.0 to 1.3 mol based on 1 mol of the alicyclic alkyl alkoxide compound. When an excessive amount of the acid halide is used, it is possible to add 1 mol or more of a tertiary amine compound to 1 mol of the excessive amount of the acid halide. When the alkyl ester compound is unstable to an acid, it is more preferable to add such an amount of a tertiary amine compound. At this time, the tertiary amine compound is not particularly limited, but triethylamine, pyridine, dimethylaminopyridine, diazabicyclo [2.2.2. ] Octane etc. can be used. Moreover, although reaction temperature and reaction time are based on the kind of acid halide, generally, it is sufficient to make it react at 20-100 degreeC for 0.5 to 24 hours.
[0030]
The alicyclic alkyl ester compound thus obtained is subjected to usual post-treatments such as washing with water, drying and solvent distillation, and the usual purification methods such as column chromatography, distillation and recrystallization are performed. It can be isolated by use.
[0031]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not a thing limited at all by these Examples.
[0032]
Example 1
To 480 ml of 96% sulfuric acid, 120 ml of 30% fuming sulfuric acid was added to make 98% sulfuric acid, and 100 g of adamantane was added thereto and heated to 70 ° C. with vigorous stirring. Next, the temperature was raised to 80 ° C. over 2 hours, and finally the mixture was stirred at 82 ° C. for 1 hour. The reaction solution was sampled, and it was confirmed that 1-adamantanol was 3% or less by gas chromatography area ratio, and the reaction solution was cooled. Thereafter, 250 g of the reaction solution was poured into 65.6 g of water so that the sulfuric acid concentration in the aqueous layer was 72% by mass, and extracted twice with 250 ml of methylene chloride. The organic layer was washed with 10% aqueous sodium hydroxide solution and brine, dried over magnesium sulfate, and then methylene chloride was distilled off to obtain about 15.2 g of a solid. When the obtained solid was analyzed by gas chromatography using dodecane as an internal standard, the purity of 2-adamantanone was 96%.
[0033]
Example 2
The same procedure as in Example 1 was performed except that 250 g of the reaction solution obtained in Example 1 was poured into 43.2 g of water so that the sulfuric acid concentration in the aqueous layer was 78% by mass. As a result, 14.6 g of a solid was obtained. It was. The purity of the obtained 2-adamantanone was 98%.
[0034]
Comparative Example 1
When 250 g of the reaction solution obtained in the same manner as in Example 1 was poured into 135.7 g of water so that the sulfuric acid concentration in the aqueous layer was 58 mass%, a large amount of tar was precipitated. Thereafter, extraction, washing and drying operations were performed in the same manner as in Example 1, and the solvent was distilled off to obtain 21.8 g of a solid. When the purity of the obtained 2-adamantanone was quantified by an internal standard method, the purity was 67%.
[0035]
Comparative Example 2
Extraction was performed twice with 250 ml of methylene chloride without adding water to 250 g of the reaction solution obtained in Comparative Example 1, and washing, drying, and evaporation of the solvent were performed in the same manner as in Example 1, but almost no 2-adamantanone was obtained. I couldn't.
[0036]
Examples 3 and 4
About 250 g of the reaction liquid obtained in the same manner as in Example 1, the amount of water mixed with the reaction liquid was 67% by mass (Example 3) and 85% by mass (in terms of sulfuric acid concentration in the aqueous layer at the time of mixing, respectively). A solid was obtained in the same manner as in Example 1 except that Example 4) was used. The weight and purity of the obtained 2-adamantanone were 15.5 g, 97% (Example 3), and 12.2 g, 98% (Example 4), respectively.
[0037]
In Example 4, the yield of 2-adamantanone is slightly reduced, but considering the equipment and labor required for purification, priority may be given to obtaining a high-purity product more easily than the yield. The decrease in yield does not deny the value of the present invention.
[0038]
Examples 5-7
100 g of adamantane was suspended in 1 kg of 98% concentrated sulfuric acid, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 6 hours and further at 60 ° C. for 23 hours. The reaction progress was confirmed by gas chromatography and cooled. 20 g of this solution was dropped into a dispersion of 130 g of methylene chloride and water in the amount shown in Table 1 while cooling to adjust the sulfuric acid concentration shown in Table 1, and allowed to stand to separate the methylene chloride layer. The sulfuric acid layer was extracted again with 130 g of methylene chloride, and the organic layers were combined and washed with 10% aqueous sodium hydroxide and 20% brine. When methylene chloride was distilled off and the weight and purity of the solid content were measured, the results shown in Table 1 were obtained.
[0039]
[Table 1]

[0040]
Example 8 and Comparative Example 3
Fuming sulfuric acid (containing 25% sulfur trioxide) 36 g (9 g, 0.11 mol as sulfur trioxide) was cooled to 10 ° C. or lower, 10 g (0.07 mol) adamantane was added, and the mixture was stirred at 10 ° C. or lower for 3 hours. Then, it heated up to 50 degreeC and heated to 80 degreeC over 4 hours. The progress of the reaction was confirmed by gas chromatography and cooled. 15 g of this solution was dropped into a dispersion of 150 g of methylene chloride and the amount of water shown in Table 2 while cooling to adjust the sulfuric acid concentration shown in Table 2, and the mixture was stirred overnight at room temperature. Thereafter, the mixture was allowed to stand to separate the methylene chloride layer, and the methylene chloride layer was washed with a 10% aqueous sodium hydroxide solution and 20% brine. When methylene chloride was distilled off and the weight of the solid content and the purity in the internal standard method of gas chromatography were measured, the results shown in Table 2 were obtained.
[0041]
[Table 2]

[0042]
In Example 8 and Comparative Example 3, the yield of 2-adamantanone was not very good, but this was because a large amount of tar was generated because fuming sulfuric acid was used. Example 8 and Comparative Example 3 As can be seen from the above comparison, a high-purity product can be easily obtained from such a reaction solution containing many impurities.
[0043]
Example 9
15 g (0.1 mol) of 2-adamantanone obtained in Example 1 was dissolved in 50 mL of tetrahydrofuran, and 100 mL of a previously prepared tetrahydrofuran solution of methylmagnesium bromide (1 mol / L) was added dropwise at 40 ° C. or lower. The progress of the reaction was confirmed by gas chromatography, 2.5 g (0.025 mol) of triethylamine and 13 g (0.125 mol) of methacrylic acid chloride were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 3 hours. The progress of the reaction was confirmed by gas chromatography, and 10 mL of water was added to stop the reaction. Then, after depressurizingly distilling tetrahydrofuran, 50 mL of heptanes were added, and it wash | cleaned one by one by 1N ammonium chloride aqueous solution, 10% sodium hydroxide aqueous solution, and ion-exchange water. Thereafter, 24 g of a crude product was obtained by distilling off the heptane under reduced pressure. When 1.5 g of diethylene glycol was added to the crude product and distilled under reduced pressure (92 ° C./0.4 mmHg), 12 g (0.51 mol, 51%) of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate was obtained.
[0044]
Example 10
15 g (0.1 mol) of 2-adamantanone obtained in Example 3 was dissolved in 50 mL of tetrahydrofuran, and 12 g (0.11 mol) of ethyl bromide was added. While the solution was vigorously stirred, 0.1 g of metal lithium was added so that the temperature of the solution did not exceed 30 ° C., and a total of 1.3 g (0.19 mol) was added. The progress of the reaction was confirmed with a gas chromatograph, and after confirming that metallic lithium had disappeared visually, 10 g (0.1 mol) of methacrylic acid chloride was added to the reaction solution. After confirming that the reaction sufficiently progressed by gas chromatography, 3 mL of methanol and 3 mL of 5% aqueous sodium hydroxide solution were added to the reaction solution and stirred at room temperature for 1 hour to stop the reaction. Thereafter, the organic solvent was distilled off under reduced pressure, 200 mL of hexane was added, and the resulting solution was washed successively with a 10% aqueous sodium hydroxide solution and a 20% brine. Thereafter, hexane was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product, which was recrystallized from isopropanol to obtain 7.2 g (0.029 mol, 29%) of 2-ethyl-2-adamantyl methacrylate.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, a high-purity alicyclic ketone compound can be easily obtained from a primary raw material called an alicyclic hydrocarbon compound without going through a dedicated facility such as distillation or recrystallization or a laborious purification step. . For example, by adopting the production method of the present invention, it is possible to easily produce high-purity adamantanone useful as a medical / agrochemical intermediate or an electronic material raw material from adamantane.
[0046]
In addition, by producing an alicyclic alkyl ester compound using the alicyclic ketone compound thus obtained as a raw material, the purification process of the raw material alicyclic ketone compound is omitted when viewed through the entire production process. can do.

Claims (3)

脂環式炭化水素化合物と濃硫酸または発煙硫酸とを接触させることにより該脂環式炭化水素化合物を酸化して脂環式ケトン化合物及び濃硫酸または発煙硫酸を含む混合物を得、次いで得られた該混合物と水及び有機溶媒とを混合した後に水層と脂環式ケトン化合物を含む有機層とを分離し、分離された有機層から脂環式ケトン化合物を回収する脂環式ケトン化合物の製造方法であって、有機層を分離する際の水層の硫酸濃度を６０〜９０質量％とすることを特徴とする脂環式ケトン化合物の製造方法。By contacting the alicyclic hydrocarbon compound with concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid, the alicyclic hydrocarbon compound was oxidized to obtain a mixture containing the alicyclic ketone compound and concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid, and then obtained. The mixture is mixed with water and an organic solvent, and then the aqueous layer and the organic layer containing the alicyclic ketone compound are separated, and the alicyclic ketone compound is recovered from the separated organic layer. A method for producing an alicyclic ketone compound, characterized in that the sulfuric acid concentration of the aqueous layer when separating the organic layer is 60 to 90% by mass. 脂環式炭化水素化合物がアダマンタンであり、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 method for producing an alicyclic ketone compound according to claim 1, wherein the alicyclic hydrocarbon compound is adamantane, and the obtained alicyclic ketone compound is 2-adamantanone. 請求項１又は請求項２記載の製造方法によって得られた脂環式ケトン化合物と、アルキルリチウム、グリニヤール試薬、並びにハロゲン化アルキル化合物及び金属リチウムから選ばれる少なくとも一種のアルキル化試薬とを反応させて脂環式アルキルアルコキシド化合物を得、次いで得られた脂環式アルキルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物とを反応させて脂環式アルキルエステル化合物を得ることを特徴とする脂環式アルキルエステル化合物の製造方法。A cycloaliphatic ketone compound obtained by the production method according to claim 1 or 2 is reacted with at least one alkylating reagent selected from alkyllithium, Grignard reagent, alkyl halide compound and metallic lithium. A method for producing an alicyclic alkyl ester compound, comprising: obtaining an alicyclic alkyl alkoxide compound, and then reacting the obtained alicyclic alkyl alkoxide compound with an acid halide to obtain an alicyclic alkyl ester compound. .