JP4566519B2

JP4566519B2 - 水溶性ｎ−オキシル化合物、酸化触媒およびそれを用いる酸化物の製造方法

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Publication number: JP4566519B2
Application number: JP2003054347A
Authority: JP
Inventors: 秀雄田中; 豊亀山
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004262823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な水溶性Ｎ−オキシル化合物、酸化触媒およびそれを用いるアルコールの酸化方法に関する。本発明の方法によれば、アルコールを酸化することにより種々の有機化合物、例えば、アルデヒド化合物、ケトン化合物、ラクトン化合物等のアルコールより高次な酸化物を効率良く、高収率で製造することができる。
【０００２】
【従来の技術】
アルコール化合物の酸化反応は有機合成分野では一般に利用範囲が広く数多くの方法が開発されている。
特に酸化触媒を用いる酸化反応は、その種類も豊富で数多くの有機合成に利用されている有用な官能基変換方法である。中でもＮ−オキシル化合物を酸化触媒とする方法はアルコールの選択的官能基変換方法として優れた方法であり、各種アルコールの酸化反応に利用されている。
従来、Ｎ−オキシル触媒を用いるアルコールの酸化反応は、有機溶媒又は含水有機溶媒中にて実施されている（例えば非特許文献１〜３参照）
〔非特許文献１〕有機合成協会誌１９９３年発行５１巻４８〜５８頁
〔非特許文献２〕Ｊ．ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９８９，５４，２９７０−２９７２
〔非特許文献３〕ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，１９９０，３１，２１７７−２１８０
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法においては、塩化メチレン等の有害な有機溶媒を多量に用いることが不可欠であり、環境保全の面から好ましくない。しかも、目的物の収率も十分満足できるものではない。
また、水と有機溶媒との混合溶媒中、Ｎ−オキシル化合物の存在下、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩等の次亜ハロゲン酸塩を用いてアルコールを酸化する方法も公知である（例えば特許文献１〜２参照）。しかしながら、この方法でも有機溶媒の使用は必須であり、環境保護の面からの根本的な改良が加えられているわけではない。加えて、有機溶媒に対する溶解が乏しい次亜塩素酸ナトリウム等の次亜ハロゲン酸塩を用いると、原料であるアルコールの種類によっては酸化反応が起こり難くなり、目的物の収率が著しく低下することがある。
また電解酸化反応は電気化学的に酸化反応を行うためクリーンな酸化反応として注目を集め、そのいくつかの反応が工業的スケールで行われている。
〔特許文献１〕特開平５−２５０７８号公報
〔特許文献２〕特開平６−２１１８２７号公報
【０００４】
従来アルコールの電解酸化法としては、有機溶媒若しくは含水有機溶媒中にて直接電解酸化法若しくはメディエーター（電子キャリヤー）を用いる間接電解酸化法（例えば非特許文献４参照）、水と水に混合しない有機溶媒との２層系での電解酸化法（例えば非特許文献５参照）等が一般的に行われている。
〔非特許文献４〕「有機電解合成」（鳥居滋著、１９８１年発行、第２６２〜２７３頁、講談社刊）
〔非特許文献５〕Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ.，１９９１，５６，２４１６−２４２１
これらの電解酸化法の多くの反応系では、電流を流し難い有機溶媒を用いるため、例えば溶媒にＮ,Ｎ−ジメチルホルムアミドを使用する場合には１０〜５０重量％の支持電解質を必要とするといったように、多量の支持電解質を用いなければならない。また、このように多量の支持電解質を使用するため、コストや廃棄物の問題のみならず、生成物の単離精製においても煩雑な操作が必要となってくる。また、メディエーターとして種々の金属触媒を利用する方法も知られているが、これらは、金属化合物のコストや後処理の問題が大きく、工業的に利用できるものは限られている。
【０００５】
Ｎ−オキシル化合物はアルコール化合物の電解酸化反応の触媒として優れていることが報告されている（例えば非特許文献５参照）。しかしながら、文献中で紹介されている反応は何れも塩化メチレン／水の２層系酸化反応であり、環境上の問題より塩化メチレンが工業的に使用し難い今日ではこの反応を用いることは不可能である。
また、水溶媒中シリカゲルやポリマーに担時させたＮ−オキシル化合物を用いる酸化反応も報告されている（例えば特許文献３参照）。しかし、いずれの場合もあらかじめアルコールを当該担体に担時させる必要があり煩雑な操作を要求された。
〔特許文献３〕ＷＯ０１／６６４９５
【０００６】
本発明の課題は、新規な水溶性Ｎ−オキシル化合物、これを含有する酸化触媒を提供することにある。
また本発明の課題は、従来の製造方法に見られる欠点を克服し、高収率、高効率でアルコール化合物の酸化反応を行い、目的とするアルコールより高次な酸化物を製造し得る汎用的な製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の発明に係る。
１．新規な水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物。
２．新規な末端にアンモニウムイオンを有する水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物。
３．水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物からなる酸化触媒。
４．末端にアンモニウムイオンを有する水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物からなる酸化触媒。
５．水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物の存在下、アルコール化合物を酸化剤を用いて酸化してアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とする酸化物の製造方法。
６．水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物の存在下、アルコール化合物を電解酸化してアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とする酸化物の製造方法。
【０００８】
即ち本発明は、上記課題を解決するために、水溶媒中での酸化反応において高効率で作用しうる水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒を見いだすと同時に水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒を用いて水溶液中でアルコール化合物の酸化を行うという全く新しい酸化物の製法を開発した。
すなわち、電解酸化においては、電流効率の高い水溶液中で有機化合物の電解酸化反応を上記酸化触媒を用いて行うことにより、支持電解質の使用量の減少にとどまらず、目的物単離後の水溶液は、特に後処理を必要とすることなく再度触媒含有水溶液としてそのまま使用することが可能となる。
このように、有機化合物の酸化反応系で有機溶媒を使用せず水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒を用いアルコールを酸化することにより、目的とするアルデヒド、ケトン、ラクトン化合物等を高収率、高効率で製造しうるという全く新しい事実を見い出し、本発明を完成するに至った。勿論、実質的に問題とならない量の有機溶媒を使用することは差し支えない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
アルコールより高次な酸化物としては例えばアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物等を例示することができる。
アルコールの具体例としては、例えば、ｎ−ブチルアルコール、ｎ−ペンチルアルコール、２−クロロ−ｎ−ペンチルアルコール、３−アセトキシ−ｎ−ペンチルアルコール、２−ブチルアルコール、２−ペンチルアルコール、２−フェニル−１−エタノール、１−フェニル−１−エタノール等の置換基を有することのあるアルキルアルコール、ベンジルアルコール等のアラルキルアルコール、シクロヘキシルアルコール、シクロペンチルアルコール、４−メトキシシクロヘキシルアルコール等の置換基を有することのあるシクロアルコール、エチレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、３−メチルヘキサンジオール、３−アセトキシペンタンジオール、３−クロロ−２−メチルヘキサンジオール等のアルキルジオール、シクロヘキサン−１,２−ジエタノール等のシクロジオール等を挙げることができる。更に、トリオール類や４つ以上の水酸基を持つ化合物でも支障なく使用できる。これらのアルコールには、例えば、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アリール基、低級アルキル基、アミノ基、モノ低級アルキルアミノ基、ジ低級アルキルアミノ基、メルカプト基、低級アルキルチオ基、アリールチオ基、ホルミルオキシ基、式ＲＣＯＯ−（Ｒは低級アルキル基又はアリール基を示す。）で表わされるアシルオキシ基、ホルミル基、式ＲＣＯ−（Ｒは前記に同じ。）で表わされるアシル基、低級アルキルオキシ基、アリールオキシ基、カルボキシル基、低級アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基等の１種又は２種以上が置換していても良い。ここで低級アルキル基としては炭素数１〜６のアルキル基、アリール基としてはフェニル、トリル、キシリル、ナフチル等を例示できる。これらのアルコールの中でも、アルキルアルコールやアルキルジオールが好ましく、炭素数４以上のアルキルアルコールやアルキルジオールが特に好ましい。
本発明において用いた原料アルコールより高次な酸化物とは、例えば原料アルコールとしてｎ−ブチルアルコールを使用した場合は、ｎ−ブタナール又はｎ−ブタン酸ｎ−ブチルエステルが得られ、１−フェニルエタノールを使用した場合は、アセトフェノンが得られ、１,４−ブタンジオールを使用した場合は、テトラヒドロ−２−フラノンが得られ、１,２−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサンを使用した場合は８−オキサビシクロ［４.３.０］ノナン−７−オン等が得られる。
【００１０】
水溶性Ｎ−オキシル化合物としては、例えば下記の化合物（１）を例示することができる。
【００１１】
【化１】

【００１２】
ＡはＣ_１−Ｃ_１５の直鎖もしくは分岐状アルキレン基で、それぞれＣ_１−Ｃ_２０のアルコキシ、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、アシル基等の置換基を有していても良い。Ｒ^１、Ｒ^２は水素原子、Ｃ_１−Ｃ_４のアルキル基、Ｒ^３はＯ⁻又はＯＨ、Ｘは塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子を示す。ｎは５〜８の整数を示す。Ｑは３級アミン化合物又は含窒素複素環式化合物を示す。
【００１３】
このＮ−オキシル化合物の製造方法としては種々の合成方法が考えられるが例えば、ω−４級アンモニウムアルキルカルボン酸とアミノ基を有するＮ−オキシル化合物との脱水縮合により製造できる。これらの原料は市販品を用いることも可能であるし、目的に応じて別途合成することも可能である。使用できるω−４級アンモニウムアルキルカルボン酸としては、カルボン酸基とω−アンモニウム基との間が直鎖もしくは分岐状のアルキレン基であるものが望ましい。またこのアルキレン基に適当な置換基を有していても良い。直鎖もしくは分岐状アルキレン基としては特に制限は無いが直鎖分の長さがＣ_１−Ｃ_１５程度が望ましく、Ｃ_２−Ｃ_８程度が特に好ましい。アミノ基を有するＮ−オキシル化合物としては、４−アミノ−２,２,６,６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル等のアミノピペリジン−Ｎ−オキシル化合物、３−アミノ−２,２,５,５−テトラメチルピロリジン−Ｎ−オキシル等のピロリジン−Ｎ−オキシル化合物等が例示できるが、これ以外の７員環、８員環等中および大環状構造のＮ−オキシル化合物に付いてももちろん使用可能である。ω−４級アンモニウムアルキルカルボン酸とアミノ基を有するＮ−オキシル化合物との脱水縮合の際の縮合剤としては、一般に用いられる縮合剤はすべて使用可能であるが、ジシクロヘキシルカルボジイミド等のイミド系脱水縮合剤が使用しやすい。また、ペプチド合成の際使用されるＨＢＴＵ，ＴＢＴＵ，ＰＹ−ＢＯＰの様な脱水縮合剤ももちろん使用可能である。
【００１４】
また、ω−ハロゲノアルキルカルボン酸とアミノ基を有するＮ−オキシル化合物との脱水縮合により製造できる末端にハロゲン原子を有するＮ−オキシル化合物を予め合成し、その末端ハロゲン原子を３級アミン化合物あるいは含窒素複素環式化合物等で置換することにより得られる。これらの原料は市販品を用いることも可能であるし、目的に応じて別途合成することも可能である。アミノ基を有するＮ−オキシル化合物としては、前出のアミノ基を有するＮ−オキシル化合物を何れも使用できる。ω−ハロゲノアルキルカルボン酸としては塩素、臭素、ヨウ素化合物の何れも使用が可能であり、カルボン酸基とω−ハロゲンとの間が直鎖もしくは分岐状のアルキレン基であるものが望ましい。またこのアルキレン基に適当な置換基を有していても良い。直鎖もしくは分岐状アルキレン基としては特に制限は無いが直鎖分の長さがＣ_１−Ｃ_１５程度が望ましく、Ｃ_２−Ｃ_８程度が特に好ましい。ハロゲンと置換させる３級アミン化合物としてはトリメチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルドデシルアミン等のトリアルキルアミン類（アルキル基はＣ_１−Ｃ_２０）、Ｎ−メチルピロリジン、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−メチルモルホリン等のＮ−アルキル環状アミン類、Ｎ,Ｎ−ジメチルアニリン等のジアルキルアリールアミン類等が例示できる。ハロゲンと置換させる含窒素複素環式化合物としてはピリジン、ピコリン、ルチジン、キノリン等の含窒素芳香族化合物類、Ｎ−メチルイミダゾール、４−メチル−１,２,４−トリアゾール等の含窒素不飽和複素環式化合物を例示できる。
【００１５】
酸化用触媒の使用量は各種反応条件等に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常水に難溶性のアルコール化合物に対し０.０１〜５０モル％、好ましくは１〜２５モル％、さらに好ましくは３〜１５モル％とすればよい。また、水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒は酸化反応系内でその還元体が酸化触媒に容易に転換出来るため、相当する還元体を使用することも可能である。水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒の還元型化合物はＮ−オキシルがＮ−ヒドロキシに変換された化合物であり、水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒を還元剤で還元するか、あるいは、電解還元することによって容易に得られる。このようにして得られた水溶性Ｎ−オキシル型酸化触媒あるいはその還元型化合物は水溶液中で酸化反応に供せられる。
【００１６】
本発明において、酸化剤を用いたアルコールの酸化は、通常溶媒である水に、アルコールと無機系酸化剤を加えることにより行われる。
反応溶媒としては水を使用する。水の使用量は、アルコールやＮ−オキシル化合物の種類や使用量等に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常、アルコール１ｋｇ当たり、通常２〜２０００リットル程度、好ましくは５〜１００リットル程度とすればよい。水はそのまま中性域のものを使用できるが、適当なアルカリ剤を加えて、アルカリ性にして反応を行っても良い。該アルカリ剤としては、水溶液がアルカリ性を示すものであれば特に制限されないが、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸アルカリ金属塩、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の炭酸アルカリ土類金属塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の炭酸水素アルカリ金属塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化アルカリ土類金属塩等のアルカリ性無機塩等を挙げることができる。アルカリ剤は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。アルカリ剤の使用量は特に制限はなく、通常水に対し０.０１重量％〜飽和量、好ましくは０.１重量％〜飽和量程度とするのがよい。なお、反応に悪影響を及ぼさない範囲で、水と混合可能な有機溶媒を併用することもできる。該有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール等の低級アルキルアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等の環状エーテル類、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、Ｎ−メチルピロリジノン等の環状アミド類、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。有機溶媒の使用量は、有機溶媒そのものの種類、使用量等に応じて適宜選択すれば良いが、通常水と有機溶媒との合計量の３０重量％以下とするのがよい。
【００１７】
酸化剤としては特に制限されず、Ｎ−オキシル化合物の還元体を酸化できる能力を有する公知の化合物をいずれも使用できるが、溶媒である水をアルカリ性域に調整した場合の溶解度や反応速度等を考慮すると、例えば、次亜塩素酸リチウム、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜臭素酸リチウム、次亜臭素酸ナトリウム、次亜臭素酸カリウム、次亜ヨウ素酸リチウム、次亜ヨウ素酸ナトリウム、次亜ヨウ素酸カリウム等の次亜ハロゲン酸アルカリ金属塩、次亜塩素酸カルシウム、次亜臭素酸カルシウム、次亜ヨウ素酸カルシウム等の次亜ハロゲン酸アルカリ土類金属塩、亜塩素酸リチウム、亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸カリウム、亜臭素酸リチウム、亜臭素酸ナトリウム、亜臭素酸カリウム等の亜ハロゲン酸アルカリ金属塩、亜塩素酸カルシウム、亜臭素酸カルシウム、亜ヨウ素酸カルシウム等の亜ハロゲン酸アルカリ土類金属塩、塩素酸リチウム、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、臭素酸リチウム、臭素酸ナトリウム、臭素酸カリウム、ヨウ素酸リチウム、ヨウ素酸ナトリウム、ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸アルカリ金属塩、塩素酸カルシウム、臭素酸カルシウム、ヨウ素酸カルシウム等のハロゲン酸アルカリ土類金属塩、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン分子、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化カリウム等の過酸化水素誘導体とタングステン酸、タングステン酸ナトリウム等の金属酸化触媒との併用物、過蟻酸、過酢酸、ｍ−クロロ過安息香酸等のカルボン酸過酸化物、分子上酸素、分子状酸素と金属触媒との酸化活性種等を挙げることができる。分子状酸素と組み合わされる金属触媒としては従来から知られているものをいずれも使用でき、例えば、塩化第２銅、臭化第２銅、ヨウ化第２銅等のハロゲン化第２銅、塩化ルテニウム、酸化ルテニウム、塩化ルテニウムトリフェニルホスフィン錯体等のルテニウム触媒等を挙げることができる。また、ここに列記した化合物を他の化合物を用いて反応系中で発生させることによっても使用できる。酸化剤は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。酸化剤の使用量は、反応生成物、反応条件等に応じて広い範囲から適宜選択すればよいが、アルコール１モルに対し２０モルまで、好ましくは１〜１０モルとすればよい。
【００１８】
本発明において、酸化反応をより一層効率良く行うために、ハロゲン含有塩を反応系に加えてもよい。ハロゲン含有塩としては公知のものを使用でき、例えば、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等のハロゲン化アルカリ金属塩、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化ベリリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、ヨウ化ベリリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム等のハロゲン化アルカリ土類金属塩、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム等のハロゲン化アンモニウム塩、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、ヨウ化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム等のハロゲン化テトラアルキルアンモニウム等を挙げることができる。ハロゲン含有塩は１種を単独で使用でき又は２種以上を併用できる。ハロゲン含有塩類の使用量は、通常水の使用量に対して０.０１〜５０重量％程度、好ましくは０.１〜２５重量％程度とすればよい。
本反応は、通常−５〜１００℃程度、好ましくは０〜６０℃程度の温度下に行われ、５分〜２０時間程度、好ましくは１０分〜５時間程度で終了する。
【００１９】
次に本発明の電解酸化法はアルコール化合物を、支持電解質の存在下、又は不存在下、水中に入れ通常の方法に従って電解酸化することにより行われる。
必要により用いられる支持電解質としては、水に可溶で通電が可能な塩であれば全て使用可能であるが、例えばハロゲン化アルカリ金属塩、ハロゲン化アルカリ土類金属塩、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属リン酸塩、アルカリ土類金属リン酸塩、ハロゲン化アンモニウム塩、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウム塩、炭酸アンモニウム塩、リン酸アンモニウム塩、リン酸テトラアルキルアンモニウム塩、アルカリ金属硫酸塩、硫酸水素アルカリ金属塩、硫酸水素テトラアルキルアンモニウム塩、アルカリ土類金属硫酸塩、次亜塩素酸塩、過塩素酸金属塩、過塩素酸アンモニウム塩、スルホン酸アンモニウム塩、硼弗化金属塩、硼弗化アンモニウム塩等を例示できる。
【００２０】
具体的には、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、沃化リチウム、沃化ナトリウム、沃化カリウム等のハロゲン化アルカリ金属塩、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、臭化ベリリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、沃化ベリリウム、沃化マグネシウム、沃化カルシウム等のハロゲン化アルカリ土類金属塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩、リン酸２水素ナトリウム、リン酸２ナトリウム、リン酸２水素カリウム、リン酸２カリウム等のアルカリ金属リン酸塩、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム等のアルカリ土類金属リン酸塩、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、沃化アンモニウム等のハロゲン化アンモニウム塩、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、沃化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、沃化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、沃化テトラブチルアンモニウム等のハロゲン化テトラアルキルアンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等の炭酸アンモニウム塩、リン酸２水素アンモニウム、リン酸２アンモニウム等のリン酸アンモニウム塩、リン酸２水素テトラエチルアンモニウム、リン酸２水素テトラブチルアンモニウム等のリン酸テトラアルキルアンモニウム塩、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等のアルカリ金属硫酸塩、硫酸水素リチウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム等の硫酸水素アルカリ金属塩、硫酸水素テトラエチルアンモニウム、硫酸水素テトラブチルアンモニウム等の硫酸水素テトラアルキルアンモニウム塩、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム等のアルカリ土類金属硫酸塩、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム等の次亜塩素酸塩、過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸マグネシウム等の過塩素酸金属塩、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム等の過塩素酸アンモニウム塩、テトラブチルアンモニウムトシレート等のスルホン酸アンモニウム塩、硼弗化リチウム、硼弗化ナトリウム等の硼弗化金属塩、硼弗化テトラエチルアンモニウム、硼弗化テトラブチルアンモニウム等の硼弗化アンモニウム塩等を挙げることができる。これらの中でも、ハロゲン化アルカリ金属塩、ハロゲン化アルカリ土類金属塩等が好ましい。これらの支持電解質は１種を単独で使用でき又は必要に応じ２種以上を併用できる。支持電解質の使用量は各種反応条件に応じて広い範囲から適宜選択できるが、通常、水溶液として０.０１重量％〜飽和濃度程度、好ましくは０.１〜２０重量％程度の濃度になるように使用すればよい。
【００２１】
本電解反応における水の使用量は特に制限されず、各種反応条件等に応じて適宜選択すればよいが、通常原料化合物１ｋｇあたり、２〜２０００リットル程度、好ましくは５〜１００リットル程度とすればよい。水と混合可能な有機溶媒が混入していても反応に支障はない。支障をきたさない溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール等の低級アルキルアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等の環状エーテル類、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、Ｎ−メチルピロリジノン等の環状アミド類、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
【００２２】
本電解反応は、通常−５〜１００℃程度、好ましくは０〜６０℃程度の温度下に実施される。
本発明の方法による電解酸化においては、通常の電解反応に用いられる電極を広く利用できる。具体的には、陽極材料として、白金、ステンレス、ニッケル、酸化鉛、炭素、酸化鉄、チタン等が、また陰極材料としては、白金、スズ、アルミニウム、ステンレス、亜鉛、鉛、銅、炭素等を使用できるが、好ましくは、陽極材料として白金、炭素、ステンレス等を、陰極材料として白金、ステンレス、銅、炭素等を使用できる。
本発明の電解酸化は陽極と陰極とを隔膜で分離してもよいが、特に分離する必要はなく、単一槽で行えることをも特徴としている。
本電解反応は、定電流電解法及び定電圧電解法のいずれをも採用することができるが、装置や操作の簡便さの点で定電流電解法を採用するのが好ましい。電解は、直流又は交流電解が可能であるが、電流方向を１〜３０秒毎に切り替えて行うこともできる。電流密度は、通常１〜５００ｍＡ／ｃｍ^２、好ましくは１〜５０ｍＡ／ｃｍ^２の範囲とするのが良い。電気量は用いる電解槽の形状、出発物質の種類、用いる溶媒の種類等により異なり一概には言えないが、通常２〜２０Ｆ／モル程度、好ましくは２〜８Ｆ／モル程度とするのがよく、上記電気量を通電すれば反応は完結する。
【００２３】
本酸化反応では、触媒、支持電解質が水溶性であり且つ水溶液での反応を行っているため、アルコールの酸化終了後、生じた目的物を濾過、濃縮、乾燥もしくは抽出等で容易に分離することができる。分離後の水溶液はそのまま次の酸化反応に供することも可能である。
【００２４】
【実施例】
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、何らこれに限定されるものではない。
【００２５】
製造例１Ａ
１００ｍＬナスフラスコに６−トリエチルアンモニウムヘキサン酸ブロミド２４８ｍｇをはかり取り、塩化メチレン１０ｍｌを加え十分に撹拌する。このものに４−アミノ−２,２,６,６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル２５７ｍｇおよびジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ，４１４ｍｇ）を加え室温下６時間撹拌した。撹拌終了後、反応液を減圧濃縮し、残査に水（１０ｍｌ）を加え不溶分を濾別した。濾液を減圧濃縮し、残査をさらに減圧乾燥すると目的化合物Ａが３８８ｍｇ得られた（収率６６％）。得られた化合物Ａの構造式および１ＨＮＭＲは以下の通りである。
【００２６】
【化２】

【００２７】
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ １.１５〜１.４６（ｍ，２３Ｈ），１.５２〜１.８９（ｍ，６Ｈ），２.２０（ｔ，Ｊ＝７.２Ｈｚ，２Ｈ），２.４０（ｔ，Ｊ＝７.２Ｈｚ，２Ｈ），３.０８〜３.３２（ｍ，９Ｈ），４.００〜４.３６（ｍ，１Ｈ）.
【００２８】
製造例１Ｂ
４−（６−ブロモヘキサンアミド）―２,２,５,５-テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル１８６ｍｇ（０.５３ｍｍｏｌ）を１００ｍｌのナスフラスコに秤り取り、このものにエタノール２ｍｌを加えた。これにトリエチルアミン１ｍｌを加えアルゴン雰囲気下２４時間加熱還流を行った。反応終了後、反応混合物を減圧濃縮し残査をエーテル１０ｍｌにて１０回洗浄した。得られた残査を乾燥すると目的化合物Ａが１７０ｍｇ（収率７０％）で得られた。得られた化合物Ａの１ＨＮＭＲは製造例１Ａと一致した。
【００２９】
製造例２
４−（６−ブロモヘキサンアミド）―２,２,５,５−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル２５８ｍｇ（０.７４ｍｍｏｌ）を１００ｍｌのナスフラスコに秤り取り、このものにエタノール２ｍｌを加えた。これにＮ,Ｎ−ジエチル−ｎ−ドデシルアミン０.５ｍｌを加えアルゴン雰囲気下２４時間加熱還流を行った。反応終了後、反応混合物を減圧濃縮し残査をエーテル１０ｍｌにて１０回洗浄した。得られた残査を乾燥すると目的化合物Ｂが３５３ｍｇ（収率８８％）で得られた。
【００３０】
【化３】

【００３１】
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ ０.７８（ｔ，Ｊ＝６.１Ｈｚ，３Ｈ），１.０５（ｄ，Ｊ＝３.２Ｈｚ，１２Ｈ），１.１１〜１.３５（ｍ，２３Ｈ），１.４８〜１.７２（ｍ，８Ｈ），２.０９（ｔ，Ｊ＝７.２Ｈｚ，２Ｈ），２.９２（ｓ，６Ｈ），３.１０〜３.２７（ｍ，２Ｈ），３.９１〜４.０８（ｍ，１Ｈ）.
【００３２】
製造例３
４−（６−ブロモヘキサンアミド）―２,２,５,５−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル２５８ｍｇ（０.７４ｍｍｏｌ）を１００ｍｌのナスフラスコに秤り取り、このものにエタノール２ｍｌを加えた。これにピリジン０.５ｍｌを加えアルゴン雰囲気下２４時間加熱還流を行った。反応終了後、反応混合物を減圧濃縮し残査をエーテル１０ｍｌにて１０回洗浄した。得られた残査を乾燥すると目的化合物Ｃが２７８ｍｇ（収率９８％）で得られた。
【００３３】
【化４】

【００３４】
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ １.１６（ｄ，Ｊ＝３.２Ｈｚ，１２Ｈ），１.２３〜１.４３（ｍ，４Ｈ），１.６３〜１.８２（ｍ，４Ｈ），１.９３〜２.０３（ｍ，４Ｈ），２.３８（ｔ，Ｊ＝７.０Ｈｚ，２Ｈ），３.９６〜４.１４（ｍ，１Ｈ）４.６２（ｔ，Ｊ＝７.０Ｈｚ，２Ｈ），８.１０（ｔ，Ｊ＝７.０Ｈｚ，２Ｈ），８.５８（ｔ，Ｊ＝７.６Ｈｚ，１Ｈ），８.９９（ｄ，Ｊ＝６.０Ｈｚ，２Ｈ）.
【００３５】
製造例４
４−（６−ブロモヘキサンアミド）―２,２,５,５−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル３４０ｍｇ（０.９８ｍｍｏｌ）を１００ｍｌのナスフラスコに秤り取り、このものにエタノール３ｍｌを加えた。これにＮ−メチルイミダゾール１ｍｌを加えアルゴン雰囲気下２４時間加熱還流を行った。反応終了後、反応混合物を減圧濃縮し残査をエーテル１０ｍｌにて１０回洗浄した。得られた残査を乾燥すると目的化合物Ｄが４０９ｍｇ（収率９７％）で得られた。
【００３６】
【化５】

【００３７】
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ １.１６（ｍ，１２Ｈ），１.３３〜１.５０（ｍ，４Ｈ），１.５７〜１.７６（ｍ，４Ｈ），１.８５〜１.９６（ｍ，２Ｈ），２.１８（ｔ，Ｊ＝７.２０Ｈｚ，２Ｈ），３.９０（ｓ，３Ｈ）４.０１〜４.１２（ｍ，１Ｈ），４.１９（ｔ，Ｊ＝７.２Ｈｚ，２Ｈ），６.９５（ｓ，１Ｈ），７.６０（ｓ，１Ｈ），８.９２（ｓ，１Ｈ）.
【００３８】
製造例５（化合物Ａの還元型触媒の製造）
化合物Ａの１７０ｍｇ（０.３８ｍｍｏｌ）を１００ｍｌのナスフラスコに秤り取り、塩化メチレン５ｍｌを加え十分に撹拌する。このものに１,２−ジフェニルヒドラジン８３.７ｍｇ（０.４５ｍｍｏｌ）を加えアルゴン雰囲気下室温にて３時間撹拌した。反応終了後、反応混合物を減圧濃縮し、残査を酢酸エチル１０ｍｌにて１０回洗浄した後、乾燥を行うと目的化合物Ｅ（化合物Ａの還元型，１３０.７ｍｇ，７６％）が得られた。
【００３９】
【化６】

【００４０】
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ １.０５（ｄ，Ｊ＝３.６Ｈｚ，１２Ｈ），１.１１〜１.２１（ｍ，１０Ｈ），１.２１〜１.３７（ｍ，６Ｈ），１.４８〜１.６８（ｍ，６Ｈ），２.０９（ｔ，Ｊ＝７.４Ｈｚ，２Ｈ），３.０３〜３.２５（ｍ，８Ｈ），３.８８〜４.０６（ｍ，１Ｈ）.
【００４１】
実施例１
１−（ｐ−クロロフェニル）エチルアルコール（１０９ｍｇ，０.７ｍｍｏｌ）及び化合物Ａ（３０.１ｍｇ，０.０７ｍｍｏｌ）を秤り取り、次にイオン交換水（８ｍｌ）を加え、十分に撹拌する。この物に２枚の白金電極（１.５×１.０ｃｍ^２）を付し、室温下激しく撹拌しながら電流を３０ｍＡに保ちながら１.５時間電解酸化反応を行う（２.５Ｆ／ｍｏｌ）。反応終了後、反応液を酢酸エチルにて抽出した後、減圧濃縮、シリカゲルカラム精製を行うと１−（ｐ−クロロフェニル）エチル−１−オン（９８.１ｍｇ，収率９１％）が得られた。得られたケトン体の１ＨＮＭＲは以下の通りである。
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ ２.６０（ｓ，３Ｈ），７.４４（ｄ，Ｊ＝８.３Ｈｚ，２Ｈ），７.９０（ｄ，Ｊ＝８.４Ｈｚ，２Ｈ）
【００４２】
実施例２〜５
実施例１において酢酸エチル抽出後に得られた水溶液をそのまま用いて４回（合計５サイクル）電解酸化反応を行った結果を下記に示す。後処理は実施例１と同様にし、抽出後の水層をそのまま繰り返し使用した。
【００４３】
【表１】

【００４４】
実施例６〜１２
電流と時間を以下の条件に変えた以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
【００４５】
【表２】

【００４６】
実施例１３〜２２
電極を以下の電極に変えた以外は実施例１と同様の反応を行った結果を示す。
【００４７】
【表３】

【００４８】
実施例２３〜２８
イオン交換水に支持電解質を加えて実施例１と同様の反応を行った結果を示す。なお、支持電解質は水溶液として５重量％となるように調整した。
【００４９】
【表４】

【００５０】
実施例２９〜３３
原料アルコールを以下のアルコールに変えた以外は実施例１と同様の反応を行った結果を以下に示す。
【００５１】
【表５】

【００５２】
実施例３４
１,５−ペンタンジオール１ｂ（１４４ｍｇ，１.００ｍｍｏｌ）及び化合物Ａ（４３ｍｇ）を秤り取り、イオン交換水（５ｍｌ）を加え、十分に撹拌する。この物に２枚の白金電極（１.５×１.０ｃｍ^２）を付し、室温下激しく撹拌しながら電流を３０ｍＡに保ちながら２.７時間電解酸化反応を行う（３Ｆ／ｍｏｌ）。反応終了後、反応混合物を酢酸エチルにて抽出した後減圧下濃縮する。得られた残査をシリカゲルカラム（酢酸エチル／ヘキサン＝７／１）を用いて精製するとδ−ラクトン２ｂ（１１４ｍｇ，収率８５％）が得られる。得られたラクトン体の１ＨＮＭＲは以下の通りである。
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ １.１５〜２.６１（ｍ，１０Ｈ），３.９３（ｄ，Ｊ＝８.８Ｈｚ，２Ｈ），４.１８（ｄｄ，Ｊ＝４.２，８.０Ｈｚ，２Ｈ）。
【００５３】
【化７】

【００５４】
実施例３５
ジオール化合物１ｃ（１４４ｍｇ，１.００ｍｍｏｌ）及び化合物Ａ（３０.０ｍｇ，０.０７ｍｍｏｌ）を秤り取り、水５ｍｌを加えて均一溶液とする。このものに２枚の白金電極（１.５×１.０ｃｍ^２）を付し、室温下激しく撹拌しながら電流を３０ｍＡに保ちながら４時間電解酸化反応を行う（４.５Ｆ／ｍｏｌ）。反応終了後、反応混合物を酢酸エチルにて抽出した後減圧下溶媒を留去する。
得られた残査をシリカゲルカラム（酢酸エチル／ヘキサン＝７／１）を用いて精製するとラクトン化合物２ｃ（１２０ｍｇ，収率９０％）が得られる。得られたケトン体の１ＨＮＭＲは以下の通りである。
１ＨＮＭＲ（２００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３） δ １.２〜２.６（ｍ，１０Ｈ），３.９（ｄ，Ｊ＝８.８Ｈｚ，１Ｈ），４.２（ｄｄ，Ｊ＝４.２，８.０Ｈｚ，１Ｈ）。
【００５５】
【化８】

【００５６】
実施例３６〜３８
原料アルコールを以下のジオールに変えた以外は実施例３４と同様の反応を行った結果を以下に示す。
【００５７】
【表６】

【００５８】
実施例３９（還元型化合物Ｅを用いた実施例）
１−（ｐ−クロロフェニル）エチルアルコール（１１０ｍｇ，０.７ｍｍｏｌ）及び化合物Ｅ（３０.０ｍｇ，０.０７ｍｍｏｌ）を秤り取り、次にイオン交換水（８ｍｌ）を加え、十分に撹拌する。このものに２枚の白金電極（１.５×１.０ｃｍ^２）を付し、室温下激しく撹拌しながら電流を３０ｍＡに保ちながら１.８時間電解酸化反応を行う（３Ｆ／ｍｏｌ）。反応終了後、反応液を酢酸エチルにて抽出した後、減圧濃縮、シリカゲルカラム精製を行うと１−（ｐ−クロロフェニル）エチル−１−オン（１００.１ｍｇ，収率９３％）が得られた。得られたケトン体の１ＨＮＭＲは実施例１と一致した。
【００５９】
実施例４０（次亜塩素酸ナトリウム水溶液による酸化）
１−（ｐ−クロロフェニル）エチルアルコール（１１０ｍｇ，０.７ｍｍｏｌ）及び化合物Ａ（３０.０ｍｇ，０.０７ｍｍｏｌ）を秤り取り、７％重曹水溶液５ｍｌを加えて十分に攪拌する。この溶液を氷浴に浸し、１〜２℃まで冷却する。このものに、別途調整した次亜塩素酸ナトリウム溶液（１.１ｍｍｏｌ活性酸素含有の５ｍｌ水溶液）を冷却したものをゆっくりと滴下する。滴下終了後、反応液をその温度で３０分攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を酢酸エチルにて抽出を行い、得られた有機層を減圧下濃縮した後、シリカゲルカラムにより精製を行うと１−（ｐ−クロロフェニル）エチル−１−オン（９９ｍｇ，収率９２％）が得られた。得られたケトン体の１ＨＮＭＲは実施例１と一致した。
【００６０】
実施例４１〜４５
原料アルコール化合物を以下に代えた以外は実施例４０と同様の反応を行った。結果を以下の表に示す。得られた化合物のＮＭＲは実施例２９〜３３の化合物と一致した。
【００６１】
【表７】

【００６２】
実施例４６〜４８
原料アルコール化合物を以下に代えた以外は実施例４０と同様の反応を行った。結果を以下の表に示す。得られた化合物のＮＭＲは実施例３６〜３８の化合物と一致した。
【００６３】
【表８】

【００６４】
【発明の効果】
本発明においては、水溶性Ｎ−オキシル型化合物及びこれを用いた酸化触媒を新しく開発することが可能となった。
本発明によれば、原料になるアルコールの種類に関係なく、非常に簡便な反応操作で目的物を高収率で製造することができ、環境に悪影響を及ぼす恐れがある有機溶媒を使用する必要がなく、あらゆるタイプの工業生産に適応可能な、新規なアルコールの酸化方法を提供することができる。
また本発明によれば、従来の酸化法に見られる欠点を克服し、アルコール化合物を水中にて酸化し、高収率、高効率で目的とする、例えばアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物等のアルコールよりも高次な酸化物を製造することが可能である。
また、電解酸化反応においては回収される水溶液は酸化触媒および支持電解質を含み、その溶液は性質上再処理されることなくそのままリサイクルされるため、実質的に電気のみを用いたクリーンな酸化反応の実現が可能となった。

Claims

式（１）

〔ＡはＣ_２−Ｃ_８の直鎖もしくは分岐状アルキレン基、Ｒ^１、Ｒ^２はＣ _１−Ｃ_４のアルキル基、Ｒ^３はＯ⁻又はＯＨ、Ｘはハロゲン原子を示す。Ｑは３級アミン化合物又は含窒素複素環式化合物を示し、該３級アミン化合物はトリアルキルアミン（アルキル基はＣ_１−Ｃ_２０）、Ｎ−アルキル環状アミン、ジアルキルアリールアミンから選ばれ、該含窒素複素環式化合物は含窒素芳香族化合物、含窒素不飽和複素環式化合物から選ばれる。〕で表される、水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物からなる酸化触媒。
ＡはＣ_５の直鎖もしくは分岐状アルキレン基である、水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物からなる請求項１に記載の酸化触媒。
末端にアンモニウムイオンを有する水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物からなる請求項１に記載の酸化触媒。
化合物Ａ〜Ｅのいずれかより選ばれる、水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物からなる請求項１に記載の酸化触媒。
式（１）

〔ＡはＣ_２−Ｃ_８の直鎖もしくは分岐状アルキレン基、Ｒ^１、Ｒ^２はＣ _１−Ｃ_４のアルキル基、Ｒ^３はＯ⁻又はＯＨ、Ｘはハロゲン原子を示す。Ｑは３級アミン化合物又は含窒素複素環式化合物を示し、該３級アミン化合物はトリアルキルアミン（アルキル基はＣ_１−Ｃ_２０）、Ｎ−アルキル環状アミン、ジアルキルアリールアミンから選ばれ、該含窒素複素環式化合物は含窒素芳香族化合物、含窒素不飽和複素環式化合物から選ばれる。〕で表される、水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物の存在下、アルコール化合物を酸化剤を用いて酸化してアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とする酸化物の製造方法。
式（１）

〔ＡはＣ_２−Ｃ_８の直鎖もしくは分岐状アルキレン基、Ｒ^１、Ｒ^２はＣ _１−Ｃ_４のアルキル基、Ｒ^３はＯ⁻又はＯＨ、Ｘはハロゲン原子を示す。Ｑは３級アミン化合物又は含窒素複素環式化合物を示し、該３級アミン化合物はトリアルキルアミン（アルキル基はＣ_１−Ｃ_２０）、Ｎ−アルキル環状アミン、ジアルキルアリールアミンから選ばれ、該含窒素複素環式化合物は含窒素芳香族化合物、含窒素不飽和複素環式化合物から選ばれる。〕で表される、水溶性Ｎ−オキシル化合物又はその還元型化合物の存在下、アルコール化合物を電解酸化してアルコールよりも高次な酸化物を得ることを特徴とする酸化物の製造方法。
アルコール化合物が、１価アルコール及び２価アルコールから選ばれる少なくとも１種である請求項５〜６のいずれかに記載の製造方法。
アルコールより高次な酸化物がアルデヒド、ケトン、ラクトン、カルボン酸エステル、カルボン酸化合物である請求項５〜７のいずれかに記載の製造方法。