JPS5850970B2 - エ−テル結合を持ったベンジルアルコ−ルおよび／またはベンズアルデヒト誘導体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、クレゾールのアルキルおたはアリールエーテ
ルを、低級飽和脂肪酸および／またはその無水物を溶媒
とし、被酸化物の０．０１モル倍以上の可溶性コバルト
塩、とともに、可溶性臭素化合物、および共酸化剤の共
存下に、０．１〜２ｋｇ／ｆｆ１（絶対圧）の酸素分圧
下で、反応率６０多以下の点まで分子状酸素によって液
相酸化することを特徴とする、エーテル結合を持ったベ
ンジルアルコールおよび／またはベンズアルデヒド誘導
体の製造法に関するものである。

エーテル結合ヲ持ったベンジルアルコールやベンズアル
デヒド誘導体は、有機精密化学工業原料として重要な化
合物であるが、その製法が困難なこともあって、これま
ではあまり工業的な関心が大きい化合物とは言えなかっ
た。

しかしながら、最近になって前記化合物群より誘導され
る重要な有機精密化学製品が続出しており、その合成技
術の開発が要望されている。

特にｍ−フェノキシベンジルアルコールやｍ−フェノキ
シベンズアルデヒドは農薬中間体としてきわめて重要な
化合物であるが、この方面の化合物の重要性が高まった
のは最近のことなので、現在のところ工業的に有利な合
成法は発表されていない。

本発明者らは、エーテル結合を持ったベンジルアルコー
ルやベンズアルデヒド誘導体の合成法としてもつとも合
理的と考えられる、クレゾールのアルキルまたはアリー
ルエーテルの液相自動酸化法について検討し、低級飽和
脂肪酸および／またはその無水物存在下に、比較的多量
の重金属塩−特にコバルト塩−を触媒として酸化反応を
行なうと、酸素過剰の反応条件下では主としてアルデヒ
ドが、酸素不足の反応条件下では主としてアルコールが
生成することを見出し先に特許を出願した←特許昭５１
−４２４１９、昭５ｌ−１２７０４７）。

この方法は、ｐ−位にエーテル結合を持ったトルエン誘
導体のメチル基酸化にはきわめて効果的であるが、エー
テル結合がｍ−位や〇一位にある場合はｐ−置換体酸化
時より大巾に反応速度が低下し、低酸素圧下の反応は生
起せず、高酸素圧下の反応も過酷な条件でないと円滑に
進行しなかった３しかし、過酷な反応条件では必然的に
副反応が増加し、エーテル結合の分解も起こりやすいか
ら途中で反応が進行しなくなったりして、ｍ−および〇
−化合物の酸化では、わずかな反応条件の差で実験結果
が大巾に変動するし、ｐ−一体酸化時り大巾に選択率が
低下するような欠点もあった。

また、ｍ一体や〇一体酸化時にはきわめてわづかな不純
物による実験結果の変動内も大きく、これらは見掛は下
回現性の悪さとなってあられれる。

この現象は、もつとも酸化されにくいｍ一体でもつとも
顕著であり、例えばｍ−フェノキシトルエンを酸素加圧
下に液相酸化する場合は、最高値として反応率６８％、
ｍ−フェノキシベンズアルデヒド選択率３５ｍｏｌ咎を
得たが、同一条件で反応を行なっても反応しない場合や
、反応率１０φ程度で反応が停止してしまう場合が多く
、選択率も１０ｍｏｌφ以下の場合が大部分であった。

本発明者らは、前記再現性の悪さについて種々探索した
が明確な結論を得ることができなかった。

そこで、より安定な酸化法について検討し、酸素加圧に
コバルトイオンとニッケルイオンを触媒とする方法や、
これにさらにセリウムイオンを共存させぬ方法が効果的
なことを見出したが、その反応成績はあまりすぐれたも
のでなく、反応率２０φ程度でｍ−フェノキシベンズア
ルデヒド選択率１３〜１７ｍｏｌ優が再現性良く得られ
るにすぎなかった。

そこで、さらに第３戊分を添加する方法を中心に種々検
討を重ね本発明法に到達した。

酢酸中、コバルトを触媒とするメチルベンゼン類の液相
自動酸化系に、臭素化合物や共酸化剤を添加して難酸化
性化合物を酸化する方法は、テレフタル酸製造法として
良く知られており大工業化しているが、微量の臭素化合
物と共酸化剤をこの系に添加して、酸化中間物の生成選
択率を大巾に向上させた例はまったく発表されていない
。

しかるに、本発明者らの研究によると、コバルトを触媒
とし酢酸を溶媒とするｍ−クレゾールのアルキルまたは
アリールエーテルの常圧液相自動酸化反応時に、微量の
臭素化合物および共酸化剤を添り口するとともに、反応
率を６０φ以下に抑えることによって、高選択率で酸化
中間体が生成することが認められた。

臭素化合物や共酸化剤が存在しない場合は、同一条件で
は反応が生起せず、反応開始剤を添加したりして反応を
開始させたとしても、反応率２０〜３０係において酸化
中間体選択率は１０ｍｏ１％以下にすぎなかった実験結
果を併せ考えると、この結果は驚くべきことであり、従
来の常識からは信じられないことである。

臭素化合物は、反応液に溶解して反応系に臭素イオンを
提供するようなものであれば良く、臭化ベンゼンや臭化
アルキルのような有機臭素化合物もすぐれた成績を示す
ことは実施例からも明らかであるが、特にすぐれた効果
を示すのはアルカリ金属やアルカリ土類金属の塩または
臭化水素であり、溶解性、価格、および取扱いやすさな
どを勘案すると、臭化カリや臭化ソーダを使用するのが
もつとも有利である。

また、この場合の臭素化合物は反応系で形成することも
できる。

臭素化合物の添加量は、原料化合物の０．０００１〜０
．５モル倍−特に０．００１〜０．３モル倍−であり、
少なすぎればその効果カ月忍められず、多すぎた場合は
カルボン酸などの生成量が増力口して酸化中間体選択率
が低下するとともに、有機臭素化合物が多量副生ずるた
め生成物の分離精製費が増加するような欠点が認められ
る。

臭素化合物添カロ量は、コバルト塩添加量によって規制
することも重要であり、可溶性コバルト塩のｏ、ｏｏｉ
〜１０モル倍−特に０．００５〜５モル倍−の範囲が良
く、この範囲より添加量が過少では臭素化合物の添カロ
効来が認められず、過大では誘導期が大巾；こ増加する
とともに選択率が大巾に低下した。

本発明法では触媒は、低級飽和脂肪酸を配位子として反
応液に溶解した形で作用しているようであり、溶解量以
上の触媒を添加してもプラス効果は認められない。

また、前記の理由からコバルトは低級飽和脂肪酸塩−特
に酢酸塩−として添加するのが望ましいが、反応系で容
易に低級飽和脂肪酸を配位したコバルトイオンの形にな
るような可溶性コバルト塩は触媒として使用可能であり
、アセチルアセトネート、ナフテン塩酸、安息香酸塩、
ステアリン酸塩、硝酸塩なども用いることができる。

しかし、ハロゲン化コバルトでは反応が生起しない場合
が多く、好ましい触媒とは言えなかった。

触媒の最適添加量は、共酸化剤が存在しないと、原料、
溶媒、および臭素化合物の種類や、反応温度、溶媒量な
どの反応条件によってかなり変動するが、共酸化剤の添
カロによって変動中が小さくなり、また共酸化剤無添加
時には、低級脂肪酸とその無水物の混合溶媒を使用しな
いと円滑に反応が進行しない場合も多かったが、共酸化
剤の併用によってこのような欠点も解消した。

可溶性コバルト塩の最少添加量は原料化合物の０．０１
モル倍、最犬添力ロ量は反応条件におけるその飽和溶解
量であり、特に好ましいのは原料化合物の０，０５〜０
．３モル倍であった。

触媒の添か目量が少なすぎると。反応速度、選択率とも
低下し、原料化合物の０．００１モル倍程度では反応が
開始しなくなる。

触媒温の目量が多すぎた場合は、反応工学的な面取外の
反応に対するマイナス効果はあまり見当らないが、生成
物の分離回収時に触媒が多量析出したりして、目的物の
得量を減らすなどのマイナス点があり好ましいことでは
ない。

本発明法によって収率良く置換ベンズアルデヒドや置換
ベンジルアルコールを得るためには、炭素数２〜４の低
級飽和脂肪酸および／またはその無水物を溶媒として使
用することが必須条件であり、低級飽和脂肪酸としては
特に酢酸が、低級飽和脂肪酸無水物としては特に無水酢
酸がすぐれている。

また、低級飽和脂肪酸単独使用時よりも、無水物を併用
した場合の方が置換ベンジルアルコールの低級飽和脂肪
酸エステルが生成しやすい傾向も認められている。

溶媒の添加量は、溶媒の種類や反応条件および被酸化物
の種類によっても変動するが、一般的には原料化合物の
０，２〜２０モル倍程度であり、特にすぐれた範囲は１
〜１５モル倍程度である。

溶媒使用量が少なすぎると、本発明法の特色が失なわれ
、大きな反応速度低下や選択率低下が認められ、反応が
生起しないことも多い。

しかし、溶媒使用量が過大であっても大巾な変化はなく
、原料化合物の１５モル倍以上の溶媒添加時に最高選択
率が得られる場合もあるが、過大な使用では酸化速度が
低下したりして生産性が下がるし、最適触媒量が増加し
たり生成液の後処理費用が増加するなどの欠点もあり、
好ましいことではない。

共酸化剤は、反応条件で容易に酸化されてペルオキシラ
ジカルを生成するようなものであれば倒れも使用可能で
あり、ｎ−ブテンやシクロヘキサノンなども使用し得る
が、添加効果、使い易さ、価格、および共酸化剤が酸化
して生成する化合物などを勘案すると、特にアセトアル
デヒド、パラアルデヒド、およびメチルエチルケトンが
すぐれており、そのなかでも特に前２者が良い。

共酸化剤の添加量は一般に原料化合物の０．０００１〜
０．５好ましくは０．００１〜０．２モル倍程度であり
、少なすぎればその効果が認められず、多すぎても特に
悪影響はないが、必要以上Ｉこ多量添力目することはコ
スト的に不利であるし、多量添力目で１１発熱量が増加
して反応制御が困難となることも認められるので、必要
以上の多量添加は好ましいことではない。

共酸化剤の添加効果は、臭素化合物の添加効果と類似し
ており、反応温度の低下や反応時間の短縮、および酸化
中間体選択率の向上などが認められ、臭素化合物の添加
効果と同様にこの効果も、難酸化性化合物の酸化時に顕
著である。

それゆえ、ｐ置換体にくらべ酸化されにくいｍ位にエー
テル結合を持つ置換トルエンの酸化時には、共酸化剤の
併用効果が大きくあられれ、共酸化剤を併用しない場合
は反応の生起しない条件（反応温度５０°Ｃ以下の場合
、低級飽和脂肪酸単独溶媒使用時にコバルト塩添加量が
過少な場合など）下でも、共酸化剤の併用によって円滑
に反応が進行し、高選択率で酸化中間体が得られる場合
がしばしば認められた。

コバルトを触媒とし、低級飽和脂肪酸および／またはそ
の無水物を溶媒とするクレゾールのアルキルまたはアリ
ールエーテルの酸化反応性は、アルキル基やアリール基
が複雑なほど低下するうえ、原料化合物の分解（クレゾ
ールの生成反応）は相対的１こ生起しやすい傾向を持つ
ので、それだけ低温で反応が円滑に進行し得るような反
応条件を選択しなければ反応が生起しなくなり、複雑な
化合物はど臭素化合物と共酸化剤の併用効果は顕著と言
える。

しかしながら、あまり複雑な化合物は原料合成が困難で
あるし、臭素化合物と共酸化剤を併用しても酸化反応よ
り分解反応が容易となるためか反応性や選択性も減少し
て行くので、実際上はアルキル基やアリール基の炭素数
は１２以下に限定するのが良く、特に臭素化合物と共酸
化剤の併用効果が顕著なのは、フェニル、シクロヘキシ
ル、ｍ−トリル、あるいはＣ０〜Ｃ３の直鎖アルキルエ
ーテルを原料とする場合であった。

本発明によりｍ−クレゾールのアルキルまたはアリール
エーテルを酸化する場合は、後記実強例に示した実験結
果から理解されるように、所望する酸化中間体を高選択
率で得るには、反応率を６０ｆｂ以下、好ましくは１５
〜５０％程度にするのがよい。

反応率の最小値はプロセスの経済性を考えて一般的には
１０饅以上にするのがよいが、もちろん、それ以下の反
応率例えば５〜１０％であっても、生成物の種類（商品
価値）によっては十分な経済性が得られる場合があるの
で、特にこれに限定されるものでもない。

このように、ｍ−クレゾールのアルキルまたはアリール
エーテルを酸化する場合は、０−およびｐ−クレゾール
のエーテル酸化時と異なり、反応率６０φ以下で行なわ
なければ高選択率で酸化中間体が得られず、この理由は
明らかでないが、アルキル基やアリール基の如何を問わ
ずにこのような現象が認められ、この点でｍ−クレゾー
ルのエーテルを酸化する場合と０−またはｐ−クレゾー
ルのエーテルを酸化する場合は大巾に異なっていた。

反応率と選択率の関係をより具体的に説明すると次のと
おりである。

すなわち、アルデヒド合成を目的として反応率７０，５
０．３０および２０％までメトキシトルエンを酸化した
場合、〇一体酸化時のアルデヒド選択率はそれぞれ５８
．６２．７３、および７５ｍｏｌ咎、ｐ一体酸化時のそ
れは６５．６３．６１、および７１ｍｏ１％であったが
、ｍ一体酸酸化は１６．３８．７０、および６７ｍｏ１
％であり、反応率５０％以上で選択率が急激に低下する
ことが認められた。

フェノキシトルエンヲ酸化して、フェノキシベンズアル
デヒドを得る場合も同様な現象が認められ、〇一体やｐ
一体の酸化では、適当な反応条件を選定することによっ
て、反応率５０〜８０％でも５０ｍｏ１％以上の選択率
でアルデヒドが得られるが、ｍ−フェノキシトルエンの
酸化では、反応条件如何にかかわらず反応率５０多以上
で選択率４０ ｍｏ １％以上とすることは困難であり
、特に反応率６０ｆ０以上では選択率を２５ ｍｏ １
％とすることも困難であった。

アルコールやアルコールとアルデヒドの混合物を得る目
的で酸化を行なった場合も、反応率と選択率の関係は前
記と同一傾向を示し、ｍ−位にニー−チル結合がある場
合は、反応率を６０％以上とすると選択率良く酸化中間
体が得られないことが明らかであった。

本発明によれば、前記した原料化合物はそのベンゼン核
に結合するメチル基はヒドロキシル基やアルデヒド基に
酸化され、対応する酸化誘導体に変換されるが、この場
合、酸素圧が０．１〜２ｋｇ／ｉ程度の低い場合の反応
と、それより高い場合の反応とでは、生成物組成や最適
反応液組成などには明確な差異が見られ、目的の製品を
高収率で得るには、反応温度、溶媒組成、触媒量などの
反応条件を適正に選定することが必要である。

例えば、触媒量に関しては、本発明法により０．１〜２
ｋｇ／ｆｆｌ程度の低い酸素圧を用いる場合には、被酸
化物の０．０１モル倍以上用いることが必要であるが、
酸素圧が高い場合は低酸素圧時より反応が容易に進行す
るので、コバルト塩添加量は０．００１モル倍以上へ拡
大される。

反応温度は、被酸化物の種類や反応条件によっても変動
するが、一般的には３０〜１６０℃であり、比較的酸化
しゃすいｍ−フェノキシトルエンやｍ−メトキシトルエ
ンでは３０〜８０°Ｃ程度の比較的低温が、原料化合物
のアルキル基やアリール基がより複雑な化合物ではより
高温が望ましい。

特にアルキル基やアリール基の炭素数が８以上の複雑な
化合物では、反応温度を１００℃以上にしなければ反応
が生起しない場合もあるから注意が必要である。

酸化剤としては、酸素のほか空気または空気と酸素の混
合ガスなど種々の酸素含有ガスが使用できる。

また、反応形式はバッチ式、連続式の伺れでもよく、生
産性や装置費などを勘案して適宜定めれば良い。

本発明の方法を実焔する場合、溶媒として使用する脂肪
酸やその無水物は、反応系内において生成させることが
できる。

本発明法では、共酸化剤としてアセトアルデヒド、パラ
アルデヒド、またはメチルエチルケトンを使用すれば、
その酸化によって酢酸が生成する。

それゆえ、このような共酸化剤を比較的大量に使用させ
ることにより、反応開始時（とまったく低級飽和脂肪酸
やその無水物が存在しなくても、反応開始後の比較的早
い時期に系内で必要量の酢酸が生成するから、かなり収
率良く酸化中間体が得られる。

すなわち、共酸化剤をあらかじめ多量使用することによ
り、低級飽和脂肪酸をｉｎ ５ｉｔｕ＃こ生成させる方
法も可能である。

しかしながら、この方法は反応開始時に低級飽和脂肪酸
および／またはその無水物を添加した場合より劣るし、
ｃｏｓｔ的にも有利とは言えない。

なお、この方法では０．５〜５モル倍程度の共酸化剤の
添カロが望ましいが、このような大量添加では、稀釈剤
として不活性溶媒を添加しないと反応制御が困難な点や
、最適反応条件域がかなりせまいことも認められ、これ
らの点からも好ましい方法とは言えない。

反応生成物より触媒、溶媒、原料、生成物などの分離回
収は、この方面の技術者に公知の方法、例えば反応液中
の低級飽和脂肪酸の過半を減圧下に留去し、残液にトル
エンと水をカロえ、触媒および低級飽和脂肪酸を溶解し
た水層と、原料や生成物を含むトルエン層に分離し、ト
ルエン層を減圧下に精留することによって容易にかつ高
収率に行なうことができる。

また、このようにして回収した溶媒や触媒は再度反応に
使用し得ることは言うまでもない。

次に本発明法を実焔例によりさらに詳細に説明する。

なお、後記表中に示した「アルデヒド」「酢酸エステル
」「アルコール」及び「酸」はいずれも使用した原料に
対応するものを意味する。

実施例 １ 撹拌器、温度計、ガス吹込口、および還流冷却器を備え
たガス出口を持つ５００ｍＡ！容パイレックスガラス製
四つロフラスコに、ｍ−フェノキシトルエン：酢酸：パ
ラアルデヒド： Ｃｏ （ＯＡＣ）２４Ｈ２０：臭素化
合物−１： １２．５ ： ０．０３ ：０．３ ：０
．０４（モル比）の組成を持つ原料液２００ＴｆＬｌを
加え、湯浴で反応温度を５０〜５５℃に保つとともにｒ
−ｐ−ｍ１０００〜１２００で液を激しく撹拌しながら
３００ＴＬｌ／ｍｉｎの速度で空気を送入し所定時間反
応を行なった。

反応生成液は、シラン処理したセライト５４５に１０重
量係のシリコン油０Ｖ−１７を担持させたものを充填剤
とする昇温ガスクロマトグラフ法により分析した。

実験結果は表１のとおりである。

なお、共酸化剤を添加しない場合は、臭素化合物を添７
７１１してもこの条件ではまったく反応しなかった。

原料のｍ−フェノキシトルエンは、ｍ−クレゾール１．
２５モルにブロムベンゼン１．０モル、ＫＯＨｌ、０モ
ル、および銅粉１ｇをカロえ、撹拌しながら昇温しで生
成水を系外に追出し、反応温度が２００°Ｃに達してか
らさらに６０分反応させて合或し、ベンゼン抽出後、ア
ルカリ洗浄および精留をくり返し、充分精製して使用し
た。

実施例 ２ 臭素化合物としてＮａＢｒを使用し、実症例１とまった
く同様な酸化実験を行ない、反応温度と反応成績の関係
について検討し表２の結果を得た。

米１ 反応液組成をｍ−フェノキシトルエ ン２ ン：酢酸：Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ・４Ｈ２０：ＮａＢｒ：
アセトアルデヒド−１＝８ ：０．０５：０．０１ ：０．０３（モル比）とし、酸
化剤として酸素（送入速度 ３．６１／ｈｒ）を用いた。

反応液組成をｍ−フェノキシトルエ ン：酢酸：Ｃｏ（ＯＡｃ）２・４Ｈ２０：ＮａＢｒ：ア
セトアルデヒド−１：８： 米３ 米４ ０．０１ ：０．０１ ：０．０３（モル比）とし、酸
化剤として酸素（送入速度 ３．６１１／ｈｒ）を用いた。

反応液組成をｍ−フェノキシトルエ ン：酢酸：無水酢酸： Ｃｏ（ＯＡｃ）２４Ｈ２０：Ｌ
ｉＢｒ−Ｈ２Ｏ：パラアルデヒド−１ニア ：０．５
：０．１ ：０．０７：０．０３（モル比）とした。

反応液組成をｍ−フェノキシトルエ ン：酢酸：無水酢酸：Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ４Ｈ２０：ＬｉＢｒ−Ｈ２Ｏ：アセトアルデヒド＝１ニ
ア：１：０．１：０．０７ ：０．１（モル比）とした。

実施例 ３ Ｃｏ （ＯＡｃ ） ２ ” ４ Ｈ２０を触媒、酢酸
を溶媒とし、臭素化合物としてＮａＢｒを、共酸化剤と
してアセトアルデヒドを添力日し、各種反応条件でｍ
−メトキシトルエンの常圧酸素酸化（送入速度３〜３．
６１／ｈｒ）を行ない表３の結果を得た。

なお、反応装置や分析法は実焔例１とまったく同様であ
る。

また、ｍ−メトキシトルエンは、ｍ−クレゾールとジメ
チル硫酸より常法によって合或し、実施例１に記載した
のと同様な方法で充分に精製して反応に使用した。

実施例 ４ 被酸化物をｍ−フェノキシトルエンとする以外は実施例
３とまったく同様にして実験を行ない、表４の結果を得
た。

実施例 ５ 実施例１とまったく同様にして種々の化合物の酸素酸化
を行ない、反応系に臭素化合物および共酸化剤が存在す
る場合と、存在しない場合の比較を試みたところ、反応
系に臭素化合物および共酸化剤が存在しない場合は、表
５に示した反応条件ではまったく反応が生起せず、反応
湯度を酢酸の沸点付近とし、原料化合物の２〜３モル倍
の無水酢酸と８〜１０モル倍の酢酸の混合溶媒を使用し
ても、３時間以内には反応が生起しなかった。

共酸化剤および臭素化合物が共存時の実験結果は表５の
とおりである。

なお、原料化合物はｍ−クレゾールと臭化炭化水素より
、実施例１と同様にして合成した。

また、反応生成物の確認はＧＣ−ＭＳ法によって行なっ
た。

対圧） １．５ Ｋｅ／ｃｒＡで酸素化した。

なお、酸素は蓄圧器より圧力調整器を通して供給し、酸
素圧は常に１．５ Ｋｙ／ｆｆｌに保つようにした。

また、攪拌速度は１６００ｒｐｍとした。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ｍ−クレゾールのアルキルまたはアリールエーテル
   を、低級脂肪酸および／またはその無水物を溶媒とし、
   被酸化物のｏ、ｏｉモル倍以上の可溶性コバルト塩、被
   酸化物の０．００１〜０．３モル倍でかつコバルト塩の
   ０．００５〜５モル倍の可溶性臭素化合物、および被酸
   化物の０．００１〜０．２モル倍の共酸化剤の共存下に
   、０．１〜２ｎｙ＝ （絶対圧）の酸素分圧下で、反応
   率１０〜６０饅の点まで、分子状酸素によって液相酸化
   することを特徴とする、エーテル結合を持ったベンジル
   アルコールおよび／またはベンズアルデヒド誘導体の製
   造方法。