JP3998966B2 - Method for producing adamantanols - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アダマンタン類を、濃硫酸、カルボカチオン生成化合物、および有機ニトリル化合物と反応させ、アダマンタノール類を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１−アダマンタノール等のアダマンタン骨格に、水酸基が結合してなるアダマンタノール類は、医薬中間体、フォトレジスト用モノマーの原料、フォトクロミック化合物の原料、塗料、接着剤、粘着剤、膜、吸着材などの材料の原料など広く用途があり、工業上重要な化合物である。
【０００３】
アダマンタン類、カルボカチオン生成化合物、および有機ニトリル化合物からアダマンタノール類を製造する方法は公知であり、特開平１−２８３２３６号公報に、アダマンタン類に、濃硫酸、カルボカチオン生成化合物、および有機ニトリル化合物を反応させ、得られた反応液を氷水に空けることでアダマンタノール類を製造することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法は、かなり良好な収率および選択率でアダマンタノール類が得られるものの、今一歩十分ではなく、さらにこれらの値を向上させることが望まれていた。
【０００５】
さらに、この刊行物の実施例では、反応液を空ける氷水の使用量が、希釈倍率上で硫酸濃度が２４質量％に低下するような多量であり、このように多量の氷水を使用するのでは、係る操作において使用する反応器中に投入可能な反応液の量が少なくなり、１バッチ当たりの目的物の収量が低くなっていた。例えば、上記特開平１−２８３２３６号公報に記載の方法を、１立方メートルの反応器で行った場合には、アダマンタノール類の収量は５．５ｋｇととても低くなり、工業的規模において経済的ではなかった。
【０００６】
このため、前記アダマンタノールの製造方法において、高収率且つ高選択率で反応を行うことができ、さらには１バッチあたりの収量も高く、工業的に有利な方法を開発することが、大きな課題であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる実状に鑑み、本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、アダマンタン類を、濃硫酸、カルボカチオン生成化合物、有機ニトリル化合物から成る反応液中で反応させ、得られた反応液を、特定の温度の水と混合させることにより、上記の課題が解決できることを見だし本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、アダマンタン類を、濃硫酸、カルボカチオン生成化合物、および有機ニトリル化合物から成る反応液中で反応させ、得られた反応液を、２０〜９０℃の水と混合させることを特徴とするアダマンタノール類の製造方法である。
【０００９】
また、他の発明は、上記方法において、アダマンタン類としてアダマンタンを用いて製造された１−アダマンタノールを、濃硫酸中で酸化させることにより、２−アダマンタノンを得ることを特徴とする２−アダマンタノンの製造方法である。
【００１０】
さらに、他の発明は、上記方法によって得られた２−アダマンタノンと、（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およ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アルキルアダマンチルアルコキシド化合物を得、次いで、該アルキルアダマンチルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物又は酸無水物とを反応させることを特徴とするアルキルアダマンチルエステル化合物の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においてアダマンタン類とは、アダマンタンの他、アダマンタン骨格上の４個の３級炭素、すなわち、１位、３位、５位および７位の炭素原子の少なくとも１個が無置換の化合物をいう。通常は、下記式（Ｉ）で示されるものが使用される。
【００１２】
【化１】
（式中、Ｒ１は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、アミノ基、水酸基、シアノ基、カルボキシル基、またはハロゲン原子であり、ｎは０〜４の整数であり、１位、３位、５位および７位の炭素原子の少なくとも１個は上記Ｒ１が無置換である。）
上記式（Ｉ）においてＲ１のアルキル基は、特に制限されるものではないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の炭素数１〜６のものが好ましい。アリール基は、フェニル基等の炭素数が６〜１０のものが好ましい。アラルキル基は、ベンジル基等の炭素数が７〜１２のものが好ましい。アミノ基は、メチルアミノ基、エチルアミノ基等の炭素数１〜４のものが好ましい。ハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子、フッ素原子等が好ましい。これらＲ１がのうちでも、アルキル基、アミノ基、水酸基、シアノ基、カルボキシル基、またはハロゲン原子が特に好ましい。
【００１４】
また、上記Ｒ１がアダマンタン骨格に対して複数個置換している場合、これらは各々同種のものであっても良いし、異種のものであっても良い。
【００１５】
上記式（Ｉ）で示させるアダマンタン類を具体的に例示すると、アダマンタン：１−メチルアダマンタン、１−エチルアダマンタン、２−メチルアダマンタン、２−エチルアダマンタン、１，３−ジメチルアダマンタン、１，３−ジエチルアダマンタン、１，２−ジメチルアダマンタン、１，２−ジエチルアダマンタン等のアルキルアダマンタン類；１−アダマンタナミン、１，３−ジアミノアダマンタン、１−アダマンタンメチルアミン等のアミノアダマンタン類；１−アダマンタノール、２−アダマンタノール、１，３−ジヒドロキシアダマンタン等のヒドロキシアダマンタン類；、１−シアノアダマンタン、２−シアノアダマンタン等のシアノアダマンタン類；１−アダマンタンカルボン酸、１，３−アダマンタンジカルボン酸等のカルボキシルアダマンタン類；１−フルオロアダマンタン、２−フルオロアダマンタン、１−クロロアダマンタン、２−クロロアダマンタン、１−ブロモアダマンタン、２−ブロモアダマンタン、１−ヨードアダマンタン、２−ヨードアダマンタン、１，３−ジフルオロアダマンタン、１，３−ジクロロアダマンタン、１，３−ジブロモアダマンタン、１，３−ジヨードアダマンタン等のハロゲン化アダマンタン類などが挙げられるが、この限りではない。
【００１６】
上記式（Ｉ）で示させるアダマンタン類のなかでも、反応性や入手の容易さなど等の理由から、アダマンタン、１−メチルアダマンタン、１−クロロアダマンタン、１−ブロモアダマンタン、１，３−ジクロロアダマンタン等が特に好ましい。
【００１７】
本発明では、まず、上記アダマンタン類を、濃硫酸、カルボカチオン生成化合物、および有機ニトリル化合物から成る反応液中で反応させる。この反応により、前記一般式（Ｉ）において、１位、３位、５位および７位の３級炭素原子のうち、前記Ｒ１で示される基で置換されていない箇所に、
【００１８】
【化２】
で示される基が導入された化合物（以下、中間生成物とも称する）が生成すると推察される。３級炭素原子が複数個存在する場合において、中間化合物は、上記基が一個導入された化合物が主になり、該基が二個以上導入された化合物は、通常、生成しても僅かでしかない。
【００２０】
上記反応において濃硫酸は、酸化剤として使用するものであり、試薬或いは入手可能な工業原料を何等制限なく使用できる。本発明において濃硫酸とは、硫酸濃度が９０〜１００質量％のものをいう。反応速度を十分に増加させるためには、硫酸濃度は９５〜９８質量％とするのが好ましい。この硫酸濃度が９０質量％以下の場合、反応速度が低下し好ましくない。
【００２１】
なお、本発明において、硫酸濃度とは、反応液中に存在するＨ２ＳＯ４と水との合計質量に占める該Ｈ２ＳＯ４の質量の割合をいう。
【００２２】
使用する濃硫酸の量としては、特に制限はないが、あまり大量に使用しても経済的でなく、量が少なすぎてもアダマンタン類への酸化力が弱くなるため、通常、アダマンタン類に対して、Ｈ２ＳＯ４が３〜２００倍量、好適には５〜１００倍量となる量で使用される。
【００２３】
本発明におけるカルボカチオン生成化合物は、濃硫酸中で容易にカルボカチオンを生成し、アダマンタン骨格上の第３級炭素原子を陽イオン化するものであり、かかる作用を有する公知の化合物が制限なく使用できる。第３級アルコール、第３級ハロゲン化物、および第２級アルコールなどであり、前２者の化合物が有する第３級の炭素化水素基としては、ｔ−ブチル基等の炭素数４〜６の第３級アルキル基；トリチル基等の炭素数９〜２５の第３級アラルキル基などが挙げられる。また、第２級アルコールが有する第２級炭化水素基としては、イソプロピル基、ｓ−ブチル基、イソペンチル基等の炭素数４〜６の第２級アルキル基などが挙げられる。
【００２４】
これらのカルボカチオン生成化合物を具体的に例示すると、ｔ−ブチルアルコール、トリフェニルメチルアルコール等の第３級アルコール；ｔ−ブチルクロライド、ｔ−ブチルブロマイド、トリフェニルメチルクロライド、トリフェニルメチルブロマイド等の第３級ハロゲン化物；イソプロピルアルコール、ｓ−ブチルアルコール、イソペンチルアルコール等の第２級アルコールなどが挙げられる。これらの中で特に反応性が高く入手が容易なｔ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルクロライド、ｔ−ブチルブロマイド、トリフェニルメチルアルコール、トリフェニルメチルクロライド、トリフェニルメチルブロマイドなどが好適に使用される。
【００２５】
カルボカチオン生成化合物の使用量は特に制限はないが、アダマンタン類に対してあまり量が少ないと反応速度が遅くなりかつ反応が完結しない可能性があり、反対にあまり量が多いと不純物の生成が著しくなるため、通常、アダマンタン類１モルに対して０．１〜１０モル、好ましくは１〜５モルであれば良い。
【００２６】
本発明において有機ニトリル化合物は、アダマンタン類とともにＮ−（アダマンチル）アミド化合物の骨格を形成する基質であり、通常、下記式（II）に示される化合物が使用される。
【００２７】
【化３】
｛式中、Ｒ２は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ＸＲ３基（Ｘはハロゲン原子、Ｒ３は炭素数１〜６のアルキル基）である。｝
ここで、アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数１〜６のもの、アリール基はフェニル基等の炭素数６〜１０のもの、アラルキル基は、ベンジル基等の炭素数７〜１２のものが好適に使用できる。ＸＲ３基は、クロロメチル、クロロエチル、クロロプロピル等が挙げられる。
【００２９】
これらの有機ニトリル化合物を具体的に例示すると、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ベンジルニトリル、ビニルアセトニトリル、クロロアセトニトリル、２−クロロプロピオニトリル、３−クロロプロピオニトリル、２−ブロモフェニルアセトニトリル、３−ブロモフニェルアセトニトリル、４−ブロモフェニルアセトニトリルなどが挙げられ、このうち、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ベンジルニトリル、ビニルアセトニトリル、クロロアセトニトリル、２−ブロモフェニルアセトニトリルを用いるのが特に好ましい。
【００３０】
本発明においてアダマンタン類と有機ニトリル化合物との反応は量論反応であるため、有機ニトリル化合物の使用量としては１モルに対して１モル以上使用すれば特に制限は無いが、あまり量が多いと、副生成物が増加する可能性があるため、通常、アダマンタン類１モルに対して１〜１０モル、好ましくは１〜５モルの範囲から採用するのが良い。
【００３１】
本発明において、上記アダマンタン類と有機ニトリル化合物との反応は、有機溶媒を使用することなく実施することも可能であるが、アタマンタン類を溶解させ反応速度を速める観点から、有機溶媒を使用して実施するのが好ましい。有機溶媒は、水と相溶せず、反応を阻害せず、アダマンタン類を溶解させるものが何等制限無く使用でき、これら有機溶媒と濃硫酸の懸濁状態で反応を進行させるのが好適である。
【００３２】
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；ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類；クロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類；ベンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素類；ジイソプロピルエーテル、１，４−ジオキサン等のエーテル類；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事ができる。これらの中でも、高い収率が期待できることから、ハロゲン化脂肪族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、ハロゲン化芳香族炭化水素類、芳香族炭化水素類等が好適に採用される。
【００３３】
これらの有機溶媒の使用量は、特に制限は無いが、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、量が少なすぎてもアダマンタン類を溶解させることができずに反応速度が低下するため、通常、反応液全体中のアダマンタン類の量が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。
【００３４】
上記アダマンタン類と有機ニトリル化合物との反応の反応温度としては、特に制限は無いが、あまり温度が高いと副反応を助長し、温度が低すぎても反応速度が小さくなるため、通常、−７０℃〜７０℃、好ましくは−３０℃〜６０℃の範囲で行われるのが良い。
【００３５】
反応時間も、特に制限は無く、使用する硫酸濃度、或いはカルボカチオン生成化合物により異なるため一概には決められないが、通常０．５〜１００時間あれば十分である。
【００３６】
さらに、上記の反応は、常圧、減圧、加圧のいずれの状態でも実行可能である。また、反応は、攪拌下に実施するのが好ましい。
【００３７】
次に、本発明では、以上の反応で得られた反応液を、２０〜９０℃、好ましくは３０〜８０℃の水と混合させる。これにより、反応液中に生成していると推察される前記中間生成物の
【００３８】
【化４】
で示される基は、二段に加水分解され、該中間生成物は、Ｎ−（アダマンチル）アミド類を経た後、アダマンタノール類に変化する。しかして、本発明では、この反応液と混合する水の温度を、前記値に高くした点に最大の特徴を有する。
【００４０】
すなわち、前記特開平１−２８３２３６号公報に示される方法では、この反応液と混合する水は氷水であり冷たく、このため、該方法では、Ｎ−（アダマンチル）アミド類が生成した後に加水分解反応が停止し易く、これから先に分解が進行しない化合物もかなりに生じていると推察される。
【００４１】
これに対して、本発明は、この水の温度を、前記の如くに２０〜９０℃とすることにより、上記二段の加水分解を円滑に進行させ、目的とするアダマンタノール類を高収率かつ高選択率で製造することを可能にしたものである。なお、上記反応液と混合する水の温度が、９０℃より高い場合、水の沸点に近くなり、加水分解反応を安定的に行うのが困難になる。
【００４２】
また、上記反応液の水との混合において、水の使用量は、反応液と混合後の硫酸濃度が３０〜６０質量％、より好適には３５質量％〜５５質量％になる量であるのが好ましい。すなわち、前記特開平１−２８３２３６号公報に示される方法では、氷水の使用量は、希釈倍率上で反応液の硫酸濃度が２４質量％に低下するような多量であり、さらに、Ｎ−（アダマンチル）アミド類からアダマンタノール類が生成する加水分解反応では、アンモニアも副生するため、上記硫酸濃度は中和によりさらに数パーセント、具体的には２〜３％程度低下していることになる。しかして、このように反応液を水と混合した際の、得られる混合物の硫酸濃度が低い場合、滴下等の手段で行われる混合の終盤において、二段目の加水分解反応の進行が今一歩十分でなくなる。
【００４３】
これに対して、本発明では、前記反応液と混合する水の温度を２０〜９０℃にする要件に加えて、混合液の硫酸濃度を前記値になるようにすれば、混合の終盤において二段目の加水分解反応の進行がより活発なものになり、目的とするアダマンタノール類を極めて高収率及び高選択率で得ることができる。
【００４４】
ここで、反応液と水との混合後の硫酸濃度が６０質量％を超えるほどに高くなった場合、加水分解の反応性が低下し、アダマンタノール類の生成量が減少する。
【００４５】
なお、本発明において、反応液と水との混合後の硫酸濃度は、１規定の水酸化ナトリウム等のアルカリ化合物を用いて中和滴定して測定した値をいう。また、上記硫酸濃度は、反応液の全量を水と混合し終わり、液の硫酸濃度が安定化した状態での測定値をいう。
【００４６】
本発明において、反応液を水と混合し、硫酸濃度を前記値とする操作手法は特に制限はなく、適宜な方法により、反応液を上記硫酸濃度になるまで水で希釈すれば良い。具体的には、前記反応温度の水に反応液を滴下する方法により行うのが好ましい。また、反応を行うのに有機溶媒を使用した場合は、この操作に先立って、該有機溶媒を留去させても良い。
【００４７】
アダマンタノール類を生成させる前記二段の加水分解反応は、反応液を水と混合した際の短い時間に活発に進行し急速に終息していくものではあるが、これらの反応をより十分に完結させるために、混合液は、硫酸濃度が上記値となった後に１〜５時間程度保持するのが好ましい。保持は、液を攪拌下で実施するのが好ましい。
【００４８】
このようにして得られたアダマンタノール類の単離精製方法としては、特に制限は無く公知の方法が採用される。例えば、析出する結晶をろ過や遠心分離することも可能である。好適には、加水分解反応後の混合液に、必要により有機溶媒を加えて抽出し、炭酸水素ナトリウム水溶液等を加えて完全に反応系を中和し、得られた有機溶媒を乾燥し、溶媒を減圧留去した後、残さをシリカゲルカラムクロマトグラフィー、再結晶等の手法により精製する方法が好ましい。
【００４９】
本発明において、このようにして得られたアダマンタノール類は、例えば医薬中間体、フォトレジスト用モノマーの原料、フォトクロミック化合物の原料、塗料、接着剤、粘着剤、膜、吸着材などの材料の原料など種々の工業用材料として有用に使用できる。アダマンタン類としてアダマンタノールを使用して、アダマンタノール類として１−アダマンタノールを製造した場合においては、２−アダマンタノンを経てアルキルアダマンチルエステル化合物を製造する際の原料として使用するのが好ましい。アルキルアダマンチルエステル化合物は、例えば、これを原料として製造されるレジストにおいて、半導体製造プロセスでのドライエッチング耐性が高いことが知られており（例えば特開平５−２６５２１２号公報）、半導体レジスト材料としての将来性が注目されている。本発明で得られた１−アダマンタノールは、純度が高いため、上記アルキルアダマンチルエステル化合物の製造原料として使用した場合、該化合物が収率良く、高純度に得られ有利である。
【００５０】
以下、この１−アダマンタノールからアルキルアダマンチルエステル化合物を得る反応について説明する。
【００５１】
上記製造方法では、まず、１−アダマンタノールから２−アダマンタノンを製造する。この反応は、例えば、テトラヒドロン１９６８年２４巻５３６１〜５３６８ページの記載されている様に、１−アダマンタノールを濃硫酸で酸化させることにより実施できる。
【００５２】
濃硫酸は前記定義したものであれば、制限なく使用できるが９５〜９８質量％のものが好適に使用される。また、濃度が高いものは発煙硫酸等を濃度の低い硫酸に加えて調整することも可能である。濃硫酸の使用量としては、１−アダマンタノールに対して、３〜５００倍量、好ましくは５〜３００倍量が好ましい。
【００５３】
上記反応の反応温度としては特に限定されず、使用される濃硫酸の濃度により適宜決定すればよい。通常は、１０℃〜８０℃、好ましくは２０℃〜７０℃の範囲で行われる。また、反応時間は使用される硫酸濃度、反応温度にもよるが、一般的には０．５時間〜１００時間あれば十分である。
【００５４】
上記反応は有機溶媒を使用することなく実施することも可能であるが、１−アダマンタノールを溶解させ反応速度を速める観点から、有機溶媒を使用して実施するのが好ましい。有機溶媒は、水と相溶せず、反応を阻害せず、１−アダマンタノールを溶解させるものが何等制限無く使用でき、これら有機溶媒と濃硫酸の懸濁状態で反応を進行させるのが好適である。
【００５５】
これらの有機溶媒の具体例としては、前記したアダマンタノール類の製造で例示したものが同様に使用可能である。これらの中でも、高い収率が期待できることから、ハロゲン化脂肪族炭化水素類、ハロゲン化芳香族炭化水素類等が好適に採用される。
【００５６】
これらの有機溶媒の使用量は、特に制限は無いが、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、量が少なすぎても１−アダマンタノールを溶解させることができずに反応速度が低下するため、通常、反応液全体中の１−アダマンタノールの量が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。
【００５７】
このようにして得られた２−アダマンタノンを用いてのアルキルアダマンチルエステル化合物の合成は、該２−アダマンタノンと、（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およ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アルキルアダマンチルアルコキシド化合物を得、次いで、該アルキルアダマンチルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物又は酸無水物とを反応させる方法により行うのが好ましい。
【００５８】
この反応で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および金属リチウム（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、ヨウ化メチル、臭化エチル等が挙げられる。
【００５９】
これらアルキル化試薬と２−アダマンタノンとを反応させてアルキルアダマンチ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、２−アダマンタノンに対してほぼ等モルまた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うことができる。このときの溶媒としては、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、テトラハイドロフラン、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などが挙げられる。
【００６０】
また、上記反応の反応条件は特に限定されないが、アルキル化試薬の使用量は、２−アダマンタノン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。ただし、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においては、これら各試薬の好適な使用量は、それぞれ２−アダマンタノン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。
【００６１】
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）または（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。さらに、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。
【００６２】
このようにして得られたアルキルアダマンチ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又は酸無水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又は酸無水物としては、目的物とするアルキルアダマンチ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又は酸無水物を使用すればよい。
【００６３】
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。一方、好適に使用できる酸無水物を例示すれば、アクリル酸無水物、メタクリル酸無水物等が挙げられる。
【００６４】
アルキルアダマンチルアルコキシド化合物と酸ハロゲン化物又は酸無水物との反応方法は特に限定されず、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うことができる。このとき、酸ハロゲン化物の使用量は、アルキルアダマンチ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。
【００６５】
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、特に目的とするアルキルアダマンチ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。
【００６６】
酸無水物の使用量としてはアルキルアダマンチルアルコキシド化合物１モルに対して、０．８〜２．０モル、特に０．９〜１．３モル使用であるのが好適である。
【００６７】
また、反応温度および反応時間は、酸ハロゲン化物又は酸無水物の種類にもよるが、酸ハロゲン化物を使用するときは一般には２０℃〜１００℃で０．５時間〜２４時間反応させればよい。他方、酸無水物を使用するときは反応速度と重合防止の兼ね合いから０℃〜４０℃で０．５時間〜６時間反応させることが好ましい。
【００６８】
このようにして得られたアルキルアダマンチ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、例えばシリカゲル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。
【００６９】
【実施例】
以下、実施例を揚げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって何等制限されるものではない。
【００７０】
実施例１
２Ｌの四つ口フラスコにジクロロメタン３００ｍｌに溶解したアダマンタン１３６ｇ（１ｍｏｌ）、９６％濃硫酸１８４０ｇを加え、２５℃に保ち、アセトニトリル８２．１ｇ（２ｍｏｌ）、ｔ−ブチルアルコール１１１．２ｇ（１．５ｍｏｌ）の混合溶液を滴下し、室温に戻した後、１２時間反応させた。
【００７１】
反応系内のアダマンタンがガスクロマトグラフィーで消失したのを確認した後、ジクロロメタンを留去し、４Ｌの四つ口フラスコに張り込んだ６０℃の水２６２０ｇに反応溶液を滴下した。滴下終了後、１規定の水酸化ナトリウム水溶液による中和滴定により硫酸濃度を測定したところ、３７．９質量％であった。また、混合液は、３０分間攪拌した。
【００７２】
室温に冷却した後、析出した結晶をろ過し、乾燥したところ、白色結晶の１−アダマンタノールを１４７ｇ（収率９７％、ガスクロマトグラフィー（以下ＧＣとする）純度９９．５％）を得た。
【００７３】
実施例２
実施例１において、アダマンタン３４ｇ（０．２５ｍｏｌ）９６％濃硫酸４６０ｇ、アセトニトリル２０．５ｇ（０．５ｍｏｌ）、ｔ−ブチルアルコール２７．８ｇ（０．３７５ｍｏｌ）、反応液を水に滴下した後の混合液の硫酸濃度を４９．１質量％（水４３７．５ｇ）にした以外は実施例１と同様の操作を行った。
【００７４】
その結果、白色結晶の１−アダマンタノールを３４．６ｇ（収率９１％、ＧＣ純度９９．５％）得た。
【００７５】
実施例３
実施例２において、反応液を水に滴下した後の混合液の硫酸濃度を２４．２質量％（水１２００ｇ）にした以外は実施例２と同様の操作を行った。
【００７６】
その結果、白色結晶の１−アダマンタノールを３５．７２ｇ（収率９４％、ＧＣ純度９０％）得た。
【００７７】
実施例４
実施例１において、アダマンタン３４ｇ（０．２５ｍｏｌ）９６％硫酸４６０ｇ、アセトニトリル２０．５ｇ（０．５ｍｏｌ）、ｔ−ブチルアルコール２７．８ｇ（０．３７５ｍｏｌ）、反応液を滴下する水の量６５５ｇ（反応液を水に滴下した後の混合液の硫酸濃度は３７．８質量％であった）、反応液を滴下する水の温度を８０℃にした以外は実施例１と同様の操作を行った。
【００７８】
その結果、白色結晶の１−アダマンタノールを３５．７ｇ（収率９４％、ＧＣ純度９９．１％）得た。
実施例５
実施例４において、反応液を滴下する水の温度を４０℃にした以外は実施例４と同様の操作を行った。
【００７９】
その結果、白色結晶の１−アダマンタノールを３４．２ｇ（収率９０％、ＧＣ純度９６．４％）得た。
【００８０】
実施例６〜８
実施例１において、アセトニトリルに代えて表１に示した化合物にした以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果を表１に示した。
【００８１】
【表１】
実施例９〜１２
実施例１において、ｔ−ブチルアルコールに代えて表２に示した化合物にした以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果を表２に示した。
【００８３】
【表２】
実施例１３〜１５
実施例１において、アダマンタンに代えて表３に示した化合物にした以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果を表２に示した。
【００８５】
【表３】
比較例1
反応液を水に滴下した後の混合液の反応液を滴下する水の温度を１５℃にした以外は実施例２と同様の操作を行った。
【００８７】
その結果、GCで８２．６％の１−アダマンタノールと７．２％のN−（１−アダマンチル）アセトアミドの混合物を１４０ｇ得た。この混合物をヘプタン／ジクロロメタン溶液で再結晶し、１−アダマンタノール６９．４ｇ（収率４５．６％、ＧＣ純度９５．７％）を得た。
【００８８】
実施例１６
実施例１で得られた１−アダマンタノール７６ｇ（０．５ｍｏｌ）に９６％濃硫酸８２０ｇを加え、５０℃で１５時間攪拌した。その後６０℃で５時間攪拌し、１−アダマンタノールのＧＣ面積比が３％以下になったことを確認し、１３００ｇの氷に反応液をあけ、ジクロロメタン７００ｍｌで抽出し、１０％炭酸水素ナトリウム水、１０％食塩水で順次洗浄した。
【００８９】
次いで、ジクロロメタンを留去することにより、２−アダマンタノン５６．３ｇ（０．３７５ｍｏｌ、７５％）得た。
【００９０】
実施例１７
実施例１６で得られた２−アダマンタノン７．５ｇ（５０ｍｍｏｌ）をテトラハイドロフラン２５ｍＬ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ハイドロフラン溶液（１ｍｏｌ／Ｌ）５０ｍＬを４０℃以下で滴下した。
【００９１】
ＧＣで反応の進行を確認し、反応液にトリエチルアミン１．２５ｇ（１２．５ｍｍｏｌ）とメタクリル酸クロリド７．５ｇ（７５ｍｍｏｌ）を加え、５０℃３時間攪拌した。ＧＣで反応の進行を確認し、水５ｍＬを加えて反応を停止した。その後、テトラハイ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。
【００９２】
その後、ヘプタンを減圧留去することにより粗生成物を得た。該粗生成物にジエチレングリコール０．７５ｇ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６．１２ｇ（５２ｍｍｏｌ，５２％）が得られた。
【００９３】
実施例１８
実施例１６で得られた２−アダマンタノン７．５ｇ（５０ｍｍｏｌ）をテトラハイドロフラン２５ｍＬに溶解し、臭化エチル６ｇ（５５ｍｍｏｌ）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０．７５ｇ（８５ｍｍｏｌ）を加えた。
【００９４】
反応の進行をＧＣ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５ｇ（５０ｍｍｏｌ）を加えた。ＧＣ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１．５ｍＬと５％水酸化ナトリウム水溶液１．５ｍＬ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後、ヘキサンを１００ｍＬ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。
【００９５】
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３．９７ｇ（１６ｍｍｏｌ，３２％）を得た。
【００９６】
実施例１９
実施例１６で得られた２−アダマンタノン７．５ｇ（５０ｍｍｏｌ）をテトラハイドロフラン２５ｍＬ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ハイドロフラン溶液（１ｍｏｌ／Ｌ）５０ｍＬを４０℃以下で滴下した。
【００９７】
ＧＣで反応の進行を確認し、反応液にアクリル酸無水物５．３４ｇ（５１ｍｍｏｌ）を加え、室温で４時間攪拌した。ＧＣで反応の進行を確認し、メタノール１．５ｍＬと５％水酸化ナトリウム水溶液１．５ｍＬを１０℃以下で加えて１時間攪拌し、有機層を分離した。有機層をさらに１０％水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、溶媒を留去することにより粗生成物を得た。
【００９８】
該粗生成物を減圧蒸留（８５℃／０．３ｍｍＨｇ）したところ、２−メチル−２−アダマンチルアクリレート６．７７ｇ（２７．５ｍｍｏｌ，５５％）が得られた。
【００９９】
実施例２０
実施例１６で得られた２−アダマンタノン７．５ｇ（５０ｍｍｏｌ）をテトラハイドロフラン２５ｍＬに溶解し、臭化エチル６ｇ（５５ｍｍｏｌ）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０．７５ｇ（８５ｍｍｏｌ）を加えた。
【０１００】
反応の進行をＧＣ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アクリル酸無水物５．３４ｇ（５１ｍｍｏｌ）を加えた。ＧＣ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１．５ｍＬと５％水酸化ナトリウム水溶液１．５ｍＬを加えて室温で１時間攪拌し、反応を停止した。
【０１０１】
その後、有機層を分離し、有機層をさらに１０％水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、有機溶媒を減圧留去し、残渣を減圧蒸留して２−エチル−２−アダマンチルアクリレート４．６４ｇ（２０ｍｍｏｌ，４０％）を得た。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、アダマンタン類と有機ニトリル化合物とを反応させることにより、アダマンタノール類を極めて高い収率かつ高い選択率で製造することができる。
【０１０３】
特に、反応液と水とを混合した後の硫酸濃度を３０〜６０質量％にした場合には、上記目的物の収率および選択率は、一層に向上する。しかも、このように反応液と水とを混合した際の硫酸濃度が高くした場合には、反応器中に投入可能な反応液の量を大幅に増加できるため、上記目的物の１バッチ当たりの収量を増大できる。例えば、１立方メートルの反応器で行った場合において、アダマンタノール類を３０ｋｇ以上の収量で得ることも可能である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing adamantanols by reacting adamantanes with concentrated sulfuric acid, a carbocation-generating compound, and an organic nitrile compound.
[0002]
[Prior art]
1-adamantanol and other adamantane skeletons formed by bonding a hydroxyl group to pharmaceutical intermediates, raw materials for photoresist monomers, raw materials for photochromic compounds, paints, adhesives, adhesives, films, adsorbents, etc. It is an industrially important compound with a wide range of uses such as raw materials for these materials.
[0003]
A method for producing adamantanes from adamantanes, carbocation-generating compounds, and organic nitrile compounds is known. JP-A-1-283236 discloses adamantanes, concentrated sulfuric acid, carbocation-generating compounds, and organic nitrile compounds. It is disclosed that adamantanols are produced by allowing the reaction solution to react with water and emptying the resulting reaction solution into ice water.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, although this method gives adamantanols with a fairly good yield and selectivity, it is not sufficient for now, and it has been desired to further improve these values.
[0005]
Furthermore, in the examples of this publication, the amount of ice water used for emptying the reaction solution is so large that the sulfuric acid concentration is reduced to 24% by mass on the dilution factor, and such a large amount of ice water is not used. Therefore, the amount of the reaction solution that can be charged into the reactor used in the operation is reduced, and the yield of the target product per batch is reduced. For example, when the method described in JP-A-1-283236 is carried out in a 1 cubic meter reactor, the yield of adamantanols is very low at 5.5 kg, which is not economical on an industrial scale. It was.
[0006]
For this reason, in the method for producing adamantanol, it is possible to carry out the reaction with high yield and high selectivity, and furthermore, the yield per batch is high, and it is a big problem to develop an industrially advantageous method. Met.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In view of this situation, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, the above problems can be solved by reacting adamantanes in a reaction solution composed of concentrated sulfuric acid, a carbocation-generating compound, and an organic nitrile compound, and mixing the obtained reaction solution with water at a specific temperature. The present invention was completed by finding out what can be done.
[0008]
That is, the present invention is characterized in that adamantanes are reacted in a reaction solution comprising concentrated sulfuric acid, a carbocation-generating compound, and an organic nitrile compound, and the resulting reaction solution is mixed with water at 20 to 90 ° C. And a method for producing adamantanols.
[0009]
Another invention is characterized in that, in the above method, 2-adamantanone is obtained by oxidizing 1-adamantanol produced using adamantane as adamantane in concentrated sulfuric acid. It is a manufacturing method of Thanon.
[0010]
Furthermore, another invention provides at least one alkylation selected from 2-adamantanone obtained by the above method, (1) alkyllithium, (2) Grignard reagent, and (3) alkyl halide compound and metal lithium. A method for producing an alkyladamantyl ester compound comprising reacting a reagent with an alkyladamantylalkoxide compound and then reacting the alkyladamantylalkoxide compound with an acid halide or acid anhydride.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, adamantanes refer to compounds in which at least one of the four tertiary carbons on the adamantane skeleton, that is, the 1-position, 3-position, 5-position and 7-position carbon atoms is unsubstituted, in addition to adamantane. . Usually, those represented by the following formula (I) are used.
[0012]
[Chemical 1]
(Wherein R 1 Is an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, an amino group, a hydroxyl group, a cyano group, a carboxyl group, or a halogen atom, n is an integer of 0 to 4, and is in the 1st, 3rd, 5th and 7th positions. At least one of the carbon atoms is R 1 Is unsubstituted. )
In the above formula (I), R 1 The alkyl group is not particularly limited, but those having 1 to 6 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group and butyl group are preferable. The aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms such as a phenyl group. The aralkyl group preferably has 7 to 12 carbon atoms such as a benzyl group. The amino group is preferably an amino group having 1 to 4 carbon atoms such as a methylamino group or an ethylamino group. The halogen atom is preferably a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom or the like. These R 1 Among these, an alkyl group, an amino group, a hydroxyl group, a cyano group, a carboxyl group, or a halogen atom is particularly preferable.
[0014]
In addition, the above R 1 Are substituted on the adamantane skeleton, these may be the same or different.
[0015]
Specific examples of the adamantane represented by the above formula (I) include adamantane: 1-methyladamantane, 1-ethyladamantane, 2-methyladamantane, 2-ethyladamantane, 1,3-dimethyladamantane, 1,3- Alkyladamantanes such as diethyladamantane, 1,2-dimethyladamantane, 1,2-diethyladamantane; aminoadamantanes such as 1-adamantanamine, 1,3-diaminoadamantane, 1-adamantanemethylamine; 1-adamantanol Hydroxyadamantanes such as 2-adamantanol and 1,3-dihydroxyadamantane; cyanoadamantanes such as 1-cyanoadamantane and 2-cyanoadamantane; catalysts such as 1-adamantanecarboxylic acid and 1,3-adamantanedicarboxylic acid Boxyl adamantanes; 1-fluoroadamantane, 2-fluoroadamantane, 1-chloroadamantane, 2-chloroadamantane, 1-bromoadamantane, 2-bromoadamantane, 1-iodoadamantane, 2-iodoadamantane, 1,3-difluoroadamantane Halogenated adamantanes such as 1,3-dichloroadamantane, 1,3-dibromoadamantane, 1,3-diiodoadamantane, etc., but are not limited thereto.
[0016]
Among the adamantanes represented by the above formula (I), for reasons such as reactivity and availability, adamantane, 1-methyladamantane, 1-chloroadamantane, 1-bromoadamantane, 1,3-dichloroadamantane Etc. are particularly preferred.
[0017]
In the present invention, first, the adamantane is reacted in a reaction solution composed of concentrated sulfuric acid, a carbocation-generating compound, and an organic nitrile compound. By this reaction, among the tertiary carbon atoms at the 1-position, 3-position, 5-position and 7-position in the general formula (I), the R 1 In a place not substituted with a group represented by
[0018]
[Chemical 2]
It is presumed that a compound in which a group represented by (1) is introduced (hereinafter also referred to as an intermediate product) is produced. In the case where there are a plurality of tertiary carbon atoms, the intermediate compound is mainly a compound in which one of the above groups is introduced, and a compound in which two or more of these groups are introduced is usually only a few even if formed. Absent.
[0020]
Concentrated sulfuric acid is used as an oxidizing agent in the above reaction, and any reagent or available industrial raw material can be used without any limitation. In the present invention, concentrated sulfuric acid means a sulfuric acid concentration of 90 to 100% by mass. In order to sufficiently increase the reaction rate, the sulfuric acid concentration is preferably 95 to 98% by mass. When the sulfuric acid concentration is 90% by mass or less, the reaction rate decreases, which is not preferable.
[0021]
In the present invention, the sulfuric acid concentration refers to H present in the reaction solution. 2 SO 4 Of the total mass of water and water 2 SO 4 The ratio of the mass of
[0022]
The amount of concentrated sulfuric acid to be used is not particularly limited, but it is not economical even if it is used in a large amount, and if it is too small, the oxidizing power to adamantanes is weakened. H 2 SO 4 Is used in an amount of 3 to 200 times, preferably 5 to 100 times.
[0023]
The carbocation generating compound in the present invention is a compound that easily generates a carbocation in concentrated sulfuric acid and cationizes a tertiary carbon atom on the adamantane skeleton, and any known compound having such an action can be used without limitation. . Tertiary alcohols, tertiary halides, secondary alcohols, etc., and the tertiary hydrogenated group possessed by the former two compounds has 4 to 6 carbon atoms such as a t-butyl group. A tertiary alkyl group; a tertiary aralkyl group having 9 to 25 carbon atoms such as a trityl group; Moreover, as a secondary hydrocarbon group which a secondary alcohol has, C2-C6 secondary alkyl groups, such as an isopropyl group, s-butyl group, an isopentyl group, etc. are mentioned.
[0024]
Specific examples of these carbocation-generating compounds include tertiary alcohols such as t-butyl alcohol and triphenylmethyl alcohol; t-butyl chloride, t-butyl bromide, triphenylmethyl chloride, triphenylmethyl bromide and the like. Tertiary halides; secondary alcohols such as isopropyl alcohol, s-butyl alcohol, isopentyl alcohol and the like. Among these, t-butyl alcohol, t-butyl chloride, t-butyl bromide, triphenylmethyl alcohol, triphenylmethyl chloride, triphenylmethyl bromide and the like, which are particularly reactive and easily available, are preferably used.
[0025]
The amount of the carbocation-generating compound used is not particularly limited. However, if the amount is too small relative to the adamantane, the reaction rate may be slow and the reaction may not be completed. Since it will become remarkable, it is 0.1-10 mol normally with respect to 1 mol of adamantanes, Preferably it should just be 1-5 mol.
[0026]
In the present invention, the organic nitrile compound is a substrate that forms a skeleton of an N- (adamantyl) amide compound with adamantanes, and usually a compound represented by the following formula (II) is used.
[0027]
[Chemical 3]
{Where R is 2 Is an alkyl group, aryl group, aralkyl group, XR 3 Group (X is a halogen atom, R 3 Is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. }
Here, the alkyl group has 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, and a propyl group, the aryl group has 6 to 10 carbon atoms such as a phenyl group, and the aralkyl group has 7 carbon atoms such as a benzyl group. ~ 12 can be preferably used. XR 3 Examples of the group include chloromethyl, chloroethyl, chloropropyl and the like.
[0029]
Specific examples of these organic nitrile compounds include acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, benzylnitrile, vinylacetonitrile, chloroacetonitrile, 2-chloropropionitrile, 3-chloropropionitrile, 2-bromophenylacetonitrile, Examples thereof include 3-bromophenylacetonitrile, 4-bromophenylacetonitrile, and among these, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, benzylnitrile, vinylacetonitrile, chloroacetonitrile, 2-bromophenylacetonitrile are particularly preferable. .
[0030]
In the present invention, the reaction between the adamantane and the organic nitrile compound is a stoichiometric reaction, so the amount of the organic nitrile compound used is not particularly limited as long as it is used in an amount of 1 mol or more, but if the amount is too large, Since by-products may increase, the amount of 1 to 10 mol, preferably 1 to 5 mol, per 1 mol of adamantane is usually employed.
[0031]
In the present invention, the reaction between the adamantane and the organic nitrile compound can be carried out without using an organic solvent, but from the viewpoint of increasing the reaction rate by dissolving the adamantane, an organic solvent is used. It is preferable to carry out. Any organic solvent that is incompatible with water, does not inhibit the reaction, and can dissolve adamantanes can be used without any limitation, and it is preferable to proceed the reaction in a suspended state of these organic solvent and concentrated sulfuric acid. .
[0032]
Specific examples of these organic solvents include halogenated aliphatic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, and carbon tetrachloride; aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane; halogenated aromatic carbon such as chlorobenzene. Hydrogens; aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene and toluene; ethers such as diisopropyl ether and 1,4-dioxane; esters such as ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate; carbonates such as dimethyl carbonate I can list them. Among these, since a high yield can be expected, halogenated aliphatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, halogenated aromatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons and the like are preferably used.
[0033]
The amount of these organic solvents to be used is not particularly limited. However, if the amount is too large, the yield per batch becomes small, which is not economical, and even if the amount is too small, adamantanes cannot be dissolved. In general, it is preferable to use an organic solvent so that the amount of adamantanes in the whole reaction solution is 0.1 to 60% by mass, preferably 1 to 50% by mass.
[0034]
The reaction temperature of the reaction between the adamantane and the organic nitrile compound is not particularly limited. However, if the temperature is too high, side reactions are promoted, and even if the temperature is too low, the reaction rate becomes small. C. to 70.degree. C., preferably -30.degree. C. to 60.degree.
[0035]
There is no particular limitation on the reaction time, and since it varies depending on the sulfuric acid concentration used or the carbocation-generating compound, it cannot be determined unconditionally, but usually 0.5 to 100 hours is sufficient.
[0036]
Furthermore, the above reaction can be performed in any state of normal pressure, reduced pressure, and increased pressure. The reaction is preferably carried out with stirring.
[0037]
Next, in this invention, the reaction liquid obtained by the above reaction is mixed with 20-90 degreeC, Preferably it is 30-80 degreeC water. As a result, the intermediate product presumed to be produced in the reaction solution.
[0038]
[Formula 4]
The intermediate product is hydrolyzed in two steps, and the intermediate product undergoes N- (adamantyl) amides and then changes to adamantanols. Thus, the present invention has the greatest feature in that the temperature of water mixed with the reaction liquid is increased to the above value.
[0040]
That is, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-283236, the water mixed with the reaction solution is ice water and is cold. Therefore, in this method, the hydrolysis reaction is performed after N- (adamantyl) amides are formed. It is presumed that there is a considerable amount of compounds that do not proceed easily from now on.
[0041]
On the other hand, in the present invention, the temperature of this water is set to 20 to 90 ° C. as described above, so that the two-stage hydrolysis proceeds smoothly, and the target adamantanols are obtained in a high yield. In addition, it is possible to manufacture with high selectivity. In addition, when the temperature of the water mixed with the said reaction liquid is higher than 90 degreeC, it will become close to the boiling point of water and it will become difficult to perform a hydrolysis reaction stably.
[0042]
In addition, the amount of water used in mixing the reaction solution with water is such that the sulfuric acid concentration after mixing with the reaction solution is 30 to 60% by mass, more preferably 35% to 55% by mass. Is preferred. That is, in the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-283236, the amount of ice water used is so large that the sulfuric acid concentration of the reaction solution is reduced to 24% by mass on the dilution factor, and N- (adamantyl). ) In the hydrolysis reaction in which adamantanols are produced from amides, ammonia is also produced as a by-product, so that the concentration of sulfuric acid is further reduced by several percent, specifically about 2-3% due to neutralization. Thus, when the sulfuric acid concentration of the resulting mixture is low when the reaction liquid is mixed with water in this way, the progress of the second stage hydrolysis reaction is one step further at the end of the mixing performed by means such as dripping. Not enough.
[0043]
On the other hand, in the present invention, in addition to the requirement that the temperature of the water mixed with the reaction solution be 20 to 90 ° C., if the sulfuric acid concentration of the mixture solution is set to the above value, it will be reduced at the end of mixing. The progress of the stage hydrolysis reaction becomes more active, and the target adamantanols can be obtained in a very high yield and high selectivity.
[0044]
Here, when the sulfuric acid concentration after mixing the reaction solution and water becomes so high that it exceeds 60% by mass, the reactivity of hydrolysis is lowered, and the amount of adamantanol produced is reduced.
[0045]
In the present invention, the sulfuric acid concentration after mixing the reaction solution and water refers to a value measured by neutralization titration using an alkali compound such as 1N sodium hydroxide. The sulfuric acid concentration refers to a measurement value in a state where the total amount of the reaction solution is mixed with water and the sulfuric acid concentration of the solution is stabilized.
[0046]
In the present invention, the operation method for mixing the reaction solution with water and setting the sulfuric acid concentration to the above value is not particularly limited, and the reaction solution may be diluted with water until the sulfuric acid concentration is reached by an appropriate method. Specifically, it is preferable to carry out by a method in which the reaction solution is dropped into water at the reaction temperature. Further, when an organic solvent is used for the reaction, the organic solvent may be distilled off prior to this operation.
[0047]
The two-stage hydrolysis reaction for generating adamantanols proceeds actively in a short time when the reaction mixture is mixed with water and ends rapidly, but these reactions are more fully completed. Therefore, the mixed solution is preferably held for about 1 to 5 hours after the sulfuric acid concentration reaches the above value. The holding is preferably carried out while stirring the liquid.
[0048]
The method for isolating and purifying the adamantanol thus obtained is not particularly limited and a known method is employed. For example, the precipitated crystals can be filtered or centrifuged. Preferably, the mixture after the hydrolysis reaction is extracted by adding an organic solvent, if necessary, an aqueous sodium hydrogen carbonate solution or the like is added to completely neutralize the reaction system, and the obtained organic solvent is dried to obtain a solvent. After the solvent is distilled off under reduced pressure, the residue is preferably purified by a method such as silica gel column chromatography or recrystallization.
[0049]
In the present invention, the adamantanols thus obtained include, for example, pharmaceutical intermediates, raw materials for photoresist monomers, raw materials for photochromic compounds, raw materials for materials such as paints, adhesives, adhesives, films, adsorbents, etc. It can be usefully used as various industrial materials. When adamantanol is used as adamantane and 1-adamantanol is produced as adamantanol, it is preferably used as a raw material for producing an alkyladamantyl ester compound via 2-adamantanone. Alkyl adamantyl ester compounds are known to have high resistance to dry etching in semiconductor manufacturing processes, for example, in resists manufactured using these as raw materials (for example, JP-A-5-265212). The future is attracting attention. Since 1-adamantanol obtained in the present invention has high purity, when used as a raw material for producing the alkyladamantyl ester compound, the compound is advantageously obtained in high yield and high purity.
[0050]
Hereinafter, the reaction for obtaining an alkyladamantyl ester compound from 1-adamantanol will be described.
[0051]
In the production method, first, 2-adamantanone is produced from 1-adamantanol. This reaction can be carried out, for example, by oxidizing 1-adamantanol with concentrated sulfuric acid as described in Tetrahydron 1968, 24, 5361-5368.
[0052]
Concentrated sulfuric acid can be used without limitation as long as it is defined above, but 95 to 98% by mass is preferably used. In addition, it is possible to adjust a high concentration by adding fuming sulfuric acid or the like to low concentration sulfuric acid. Concentrated sulfuric acid is used in an amount of 3 to 500 times, preferably 5 to 300 times that of 1-adamantanol.
[0053]
It does not specifically limit as reaction temperature of the said reaction, What is necessary is just to determine suitably with the density | concentration of the concentrated sulfuric acid used. Usually, it is carried out in the range of 10 ° C to 80 ° C, preferably 20 ° C to 70 ° C. The reaction time depends on the concentration of sulfuric acid used and the reaction temperature, but generally 0.5 to 100 hours is sufficient.
[0054]
Although the above reaction can be carried out without using an organic solvent, it is preferably carried out using an organic solvent from the viewpoint of dissolving 1-adamantanol and increasing the reaction rate. Any organic solvent that is incompatible with water, does not inhibit the reaction, and can dissolve 1-adamantanol can be used without any limitation, and it is preferable to proceed the reaction in a suspended state of these organic solvent and concentrated sulfuric acid. It is.
[0055]
As specific examples of these organic solvents, those exemplified in the above-mentioned production of adamantanols can be similarly used. Among these, since a high yield can be expected, halogenated aliphatic hydrocarbons, halogenated aromatic hydrocarbons and the like are preferably employed.
[0056]
The amount of these organic solvents to be used is not particularly limited. However, if the amount is too large, the yield per batch becomes small, which is not economical. Even if the amount is too small, 1-adamantanol can be dissolved. Since the reaction rate is lowered without being possible, it is usually possible to use an organic solvent so that the amount of 1-adamantanol in the whole reaction solution is 0.1 to 60% by mass, preferably 1 to 50% by mass. preferable.
[0057]
The synthesis of the alkyladamantyl ester compound using the 2-adamantanone thus obtained includes the 2-adamantanone, (1) an alkyllithium, (2) a Grignard reagent, and (3) an alkyl halide compound. And an alkyladamantyl alkoxide compound obtained by reacting with at least one alkylating reagent selected from metallic lithium and then reacting the alkyladamantyl alkoxide compound with an acid halide or acid anhydride.
[0058]
The alkylating reagent used in this reaction is at least one selected from (1) alkyl lithium, (2) Grignard reagent, and (3) halogenated alkyl compound and metal lithium (that is, a combination of both). Without limitation, various compounds according to the type of alkyl group to be introduced are used as appropriate. 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 the alkyl iodide include methyl iodide and ethyl bromide.
[0059]
A method for obtaining an alkyladamantyl alkoxide compound by reacting these alkylating reagents with 2-adamantanone is not particularly limited. For example, an approximately equimolar or small excess of alkylating reagent with respect to 2-adamantanone in an organic solvent. It can carry out suitably by making it react. 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.
[0060]
The reaction conditions for the above reaction are not particularly limited. The amount of the alkylating reagent used is 0.9 to 1.5 mol, particularly 1.0 to 1.3 mol, relative to 1 mol of 2-adamantanone. Preferably there is. However, in the case of using a combination of the halogenated alkyl compound of the above (3) and metallic lithium as the alkylating reagent, the preferred amount of each of these reagents is 1 mol of 2-adamantanone, respectively. 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.
[0061]
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 ° C to 80 ° C. In the case of using the alkylating reagent of (3) above, when using an iodide as the alkyl halide, it is preferable to react at −80 ° C. to 20 ° C. When using a bromide or chloride, It is suitable to make it react at 0 to 100 degreeC. Furthermore, although reaction time is based also on the kind of alkylating agent to be used, it is 0.5 to 24 hours normally.
[0062]
The alkyladamantyl alkoxide compound thus obtained is generally used for the reaction with an acid halide or acid anhydride without isolation. As the acid halide or acid anhydride used at this time, an acid halide or acid anhydride having a corresponding structure may be used according to the kind of the target alkyladamantyl ester compound.
[0063]
Examples of the acid halide that can be suitably used include acetyl chloride, methacrylic acid chloride, benzoyl chloride and the like. On the other hand, acrylic acid anhydride, methacrylic acid anhydride, etc. are mentioned if the acid anhydride which can be used conveniently is illustrated.
[0064]
The reaction method of the alkyladamantyl alkoxide compound and the acid halide or acid anhydride is not particularly limited, and a known method can be used. For example, it can be suitably performed 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 alkyladamantyl alkoxide compound.
[0065]
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, and particularly the target alkyladamantyl ester. If the compound is unstable to acids, 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 is triethylamine, pyridine, dimethylaminopyridine, diazabicyclo [2.2.2. ] Octane etc. can be used.
[0066]
The amount of the acid anhydride used is preferably 0.8 to 2.0 mol, particularly 0.9 to 1.3 mol, per 1 mol of the alkyladamantyl alkoxide compound.
[0067]
The reaction temperature and reaction time depend on the type of acid halide or acid anhydride, but when an acid halide is used, it is generally reacted at 20 to 100 ° C. for 0.5 to 24 hours. Good. On the other hand, when using an acid anhydride, it is preferable to make it react at 0 to 40 degreeC for 0.5 to 6 hours from the balance of reaction rate and superposition | polymerization prevention.
[0068]
The alkyladamantyl ester compound thus obtained is subjected to usual post-treatments such as washing with water, drying and solvent distillation, and using ordinary purification methods such as silica gel column chromatography, distillation and recrystallization. Can be isolated.
[0069]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is raised and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited at all by these.
[0070]
Example 1
136 g (1 mol) of adamantane dissolved in 300 ml of dichloromethane and 1840 g of 96% concentrated sulfuric acid were added to a 2 L four-necked flask, and maintained at 25 ° C., 82.1 g (2 mol) of acetonitrile, 111.2 g (1.5 mol) of t-butyl alcohol. ) Was added dropwise, and the mixture was returned to room temperature and reacted for 12 hours.
[0071]
After confirming the disappearance of adamantane in the reaction system by gas chromatography, dichloromethane was distilled off, and the reaction solution was added dropwise to 2620 g of water at 60 ° C. placed in a 4 L four-necked flask. When the sulfuric acid concentration was measured by neutralization titration with a 1N aqueous sodium hydroxide solution after completion of the dropwise addition, it was 37.9% by mass. The mixed solution was stirred for 30 minutes.
[0072]
After cooling to room temperature, the precipitated crystals were filtered and dried to obtain 147 g of white crystals of 1-adamantanol (yield 97%, gas chromatography (hereinafter referred to as GC) purity 99.5%). .
[0073]
Example 2
In Example 1, adamantane 34 g (0.25 mol) 96% concentrated sulfuric acid 460 g, acetonitrile 20.5 g (0.5 mol), t-butyl alcohol 27.8 g (0.375 mol), and the reaction solution was added dropwise to water. The same operation as in Example 1 was performed except that the sulfuric acid concentration of the mixed solution was changed to 49.1% by mass (437.5 g of water).
[0074]
As a result, 34.6 g (yield 91%, GC purity 99.5%) of white crystalline 1-adamantanol was obtained.
[0075]
Example 3
In Example 2, the same operation as in Example 2 was performed except that the sulfuric acid concentration of the mixed solution after dropping the reaction solution into water was 24.2% by mass (1200 g of water).
[0076]
As a result, 35.72 g (yield 94%, GC purity 90%) of white crystalline 1-adamantanol was obtained.
[0077]
Example 4
In Example 1, adamantane 34 g (0.25 mol) 96% sulfuric acid 460 g, acetonitrile 20.5 g (0.5 mol), t-butyl alcohol 27.8 g (0.375 mol), amount of water to which the reaction solution was dropped 655 g ( The sulfuric acid concentration of the mixed solution after dripping the reaction solution into water was 37.8% by mass), and the same operation as in Example 1 was performed except that the temperature of the water into which the reaction solution was dripped was 80 ° C. .
[0078]
As a result, 35.7 g (yield 94%, GC purity 99.1%) of white crystalline 1-adamantanol was obtained.
Example 5
In Example 4, the same operation as in Example 4 was performed, except that the temperature of water to which the reaction solution was dropped was changed to 40 ° C.
[0079]
As a result, 34.2 g (yield 90%, GC purity 96.4%) of white crystalline 1-adamantanol was obtained.
[0080]
Examples 6-8
In Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the compounds shown in Table 1 were used instead of acetonitrile. The results are shown in Table 1.
[0081]
[Table 1]
Examples 9-12
In Example 1, the same operation as in Example 1 was carried out except that the compounds shown in Table 2 were used instead of t-butyl alcohol. The results are shown in Table 2.
[0083]
[Table 2]
Examples 13-15
In Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that the compounds shown in Table 3 were used instead of adamantane. The results are shown in Table 2.
[0085]
[Table 3]
Comparative Example 1
The same operation as in Example 2 was carried out except that the temperature of water to which the reaction solution of the mixed solution after dropping the reaction solution was added to water was 15 ° C.
[0087]
As a result, 140 g of a mixture of 82.6% 1-adamantanol and 7.2% N- (1-adamantyl) acetamide was obtained by GC. This mixture was recrystallized with a heptane / dichloromethane solution to obtain 69.4 g of 1-adamantanol (yield 45.6%, GC purity 95.7%).
[0088]
Example 16
To 76 g (0.5 mol) of 1-adamantanol obtained in Example 1, 820 g of 96% concentrated sulfuric acid was added and stirred at 50 ° C. for 15 hours. Thereafter, the mixture was stirred at 60 ° C. for 5 hours, and it was confirmed that the GC area ratio of 1-adamantanol was 3% or less. The reaction solution was poured into 1300 g of ice, extracted with 700 ml of dichloromethane, and 10% aqueous sodium hydrogen carbonate solution. Washed sequentially with 10% saline.
[0089]
Next, 56.3 g (0.375 mol, 75%) of 2-adamantanone was obtained by distilling off dichloromethane.
[0090]
Example 17
7.5 g (50 mmol) of 2-adamantanone obtained in Example 16 was dissolved in 25 mL of tetrahydrofuran, and 50 mL of a previously prepared tetrahydrofuran solution of methylmagnesium bromide (1 mol / L) was added dropwise at 40 ° C. or lower. did.
[0091]
The progress of the reaction was confirmed by GC, and 1.25 g (12.5 mmol) of triethylamine and 7.5 g (75 mmol) of methacrylic acid chloride were added to the reaction solution, followed by stirring at 50 ° C. for 3 hours. The progress of the reaction was confirmed by GC, and 5 mL of water was added to stop the reaction. Thereafter, tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and 50 mL of heptane was added, followed by sequential washing with a 1N aqueous ammonium chloride solution, a 10% aqueous sodium hydroxide solution and ion-exchanged water.
[0092]
Thereafter, heptane was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product. When 0.75 g of diethylene glycol was added to the crude product and distilled under reduced pressure (92 ° C./0.4 mmHg), 6.12 g (52 mmol, 52%) of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate was obtained.
[0093]
Example 18
7.5 g (50 mmol) of 2-adamantanone obtained in Example 16 was dissolved in 25 mL of tetrahydrofuran, and 6 g (55 mmol) 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 0.75 g (85 mmol) was added.
[0094]
The progress of the reaction was confirmed by GC, and after confirming that the metallic lithium had disappeared visually, 5 g (50 mmol) of methacrylic acid chloride was added to the reaction solution. After confirming that the reaction sufficiently progressed by GC, 1.5 mL of methanol and 1.5 mL of 5% aqueous sodium hydroxide solution were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to stop the reaction. Thereafter, the organic solvent was distilled off under reduced pressure, 100 mL of hexane was added, and the resulting solution was washed successively with 10% aqueous sodium hydroxide solution and 20% brine.
[0095]
Thereafter, hexane was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product, which was recrystallized from isopropanol to obtain 3.97 g (16 mmol, 32%) of 2-ethyl-2-adamantyl methacrylate.
[0096]
Example 19
7.5 g (50 mmol) of 2-adamantanone obtained in Example 16 was dissolved in 25 mL of tetrahydrofuran, and 50 mL of a previously prepared tetrahydrofuran solution of methylmagnesium bromide (1 mol / L) was added dropwise at 40 ° C. or lower. did.
[0097]
The progress of the reaction was confirmed by GC, and 5.34 g (51 mmol) of acrylic anhydride was added to the reaction solution, followed by stirring at room temperature for 4 hours. The progress of the reaction was confirmed by GC, 1.5 mL of methanol and 1.5 mL of 5% aqueous sodium hydroxide solution were added at 10 ° C. or lower and stirred for 1 hour, and the organic layer was separated. The organic layer was further washed with a 10% aqueous sodium hydroxide solution, and then the solvent was distilled off to obtain a crude product.
[0098]
When the crude product was distilled under reduced pressure (85 ° C./0.3 mmHg), 6.77 g (27.5 mmol, 55%) of 2-methyl-2-adamantyl acrylate was obtained.
[0099]
Example 20
7.5 g (50 mmol) of 2-adamantanone obtained in Example 16 was dissolved in 25 mL of tetrahydrofuran, and 6 g (55 mmol) 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 0.75 g (85 mmol) was added.
[0100]
The progress of the reaction was confirmed by GC, and after confirming that the lithium metal had disappeared visually, 5.34 g (51 mmol) of acrylic anhydride was added to the reaction solution. After confirming that the reaction sufficiently progressed by GC, 1.5 mL of methanol and 1.5 mL of 5% aqueous sodium hydroxide solution were added to the reaction solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to stop the reaction.
[0101]
Thereafter, the organic layer was separated, and the organic layer was further washed with a 10% aqueous sodium hydroxide solution. The organic solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was distilled under reduced pressure to give 4.64 g (20 mmol) of 2-ethyl-2-adamantyl acrylate. , 40%).
[0102]
【The invention's effect】
According to the present invention, adamantanes can be produced with extremely high yield and high selectivity by reacting adamantanes with an organic nitrile compound.
[0103]
In particular, when the sulfuric acid concentration after mixing the reaction solution and water is 30 to 60% by mass, the yield and selectivity of the target product are further improved. In addition, when the concentration of sulfuric acid when the reaction solution and water are mixed in this way, the amount of the reaction solution that can be charged into the reactor can be greatly increased. Yield can be increased. For example, adamantanol can be obtained in a yield of 30 kg or more when carried out in a reactor of 1 cubic meter.
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