JP2003033659A - 新規タングステン触媒,およびそれを用いるアリル型アルコールのエポキシ化法 - Google Patents
新規タングステン触媒,およびそれを用いるアリル型アルコールのエポキシ化法Info
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Abstract
化において,環境に負荷をかけることなく,高い選択性
と高い収率でエポキシ体を与える方法の開発にある。ま
た,この方法に使用する新規タングステン触媒を開発す
ることにある。 【解決手段】上記課題解決のため,アクリルアミド誘導
体を基本骨格とするコポリマーとりんタングステン酸を
会合させ,ネットワーク状の超分子である新規タングス
テン触媒を開発した。この新規タングステン触媒を用い
ることにより,酸化剤として過酸化水素水の利用を可能
にした。
Description
よびアリル型アルコールのエポキシ化法に関するもの
で,有機合成等の属する分野および他の分野において要
求されているグリーンケミストリーに供するものであ
る。
応は,有機合成上最も重要な反応の一つとして挙げられ
ている。ことにアリル型アルコールのエポキシ化は極め
て有用な反応で,盛んに研究されている。この反応には
酸化剤として過安息香酸をはじめとする有機過酸が広く
利用されてきた。そして,アリル型アルコールのエポキ
シ化が極めて重要であるため,より有用な酸化法や酸化
剤の開発を意図して活発な研究が行われ,数多くの優れ
た酸化法や酸化剤が次々と開発されている。例えば,
K.B.Sharplessらは,ベンゼン還流中でV
O(acac)2の存在下,t−ブチルヒドロペルオキ
シドでゲラニオールをエポキシ化し,収率93%で2,
3−エポキシ体を得る方法を報告している[K.B.S
harpless,R.C.Michaelson,
J.Am.Chem.Soc.,95,6136(19
73)]。J.Rebekらは塩化メチレン中,トリフ
ェニルシリルヒドロペルオキシドで2−シクロヘキセノ
ールを酸化し,収率77%でエポキシ体を得ている
[J.Rebek,Jr.,R.McCready,T
etrahedron Lett.,1979,433
7]。
水素水を用いる方法が報告されている。例えば,J.P
randiらはタングステン酸を30%過酸化水素とベ
ンジル(トリフェニル)ホスホニウムクロリドで処理
し,得られたペルオキソタングステン錯体を触媒として
1,2−ジクロロエタン中,30%過酸化水素でゲラニ
オールを酸化し,2,3−エポキシ体を得ている[J.
Prandi,H.B.Kagan,H.Mimou
n,Tetrahedron Lett.,27,26
17(1986)]。Y.Ishiiらはクロロホルム
中,りんタングステン酸とセチルピリジニウムクロリド
の存在下,35%過酸化水素で2−ブテン−1−オール
を酸化し,2,3−エポキシ−1−ブタノールを得てい
る[Y.Ishii,K.Yamawaki,T.Ur
a,H.Yamada,T.Yoshida,M.Og
awa,J.Org.Chem.,53,3587(1
988)]。また,最近,D.Hoegaertsらは
タングステン酸などを固定化し,これを触媒としてアセ
トニトリル溶媒中,35%過酸化水素でゲラニオールを
酸化し,高い収率で2,3−エポキシ体を得ている
[D.Hoegaerts,B.F.Sels,D.
E.de Vos,F.Verpoort,P.A.J
acobs,Catalysis Today,60,
209(2000)]。
型アルコールの二重結合を酸化してエポキシ体を得る反
応は数多く報告されている。従来,有機過酸が広く用い
られてきた。しかしながら,有機過酸を用いる方法は酸
性条件下で反応が進行するため,酸に不安定な基質に適
用することができない。また,有機過酸は爆発性を有し
ており,その取扱いには細心の注意が必要である。K.
B.Sharplessらの報告したt−ブチルヒドロ
ペルオキシドに代表されるヒドロペルオキシドを用いる
方法は中性条件下でエポキシ化が進行するため,基質に
よる制限を受けない優れた方法である。しかしながら,
一般にヒドロペルオキシドも強い爆発性を有し,安全な
方法と言い難い。また,反応は有機溶媒中で行われ,多
量の廃液の処理を必要とするなどの問題点を有してい
る。1980年代に入り,りんタングステン酸の存在
下,過酸化水素水を用いるエポキシ化が報告され,安全
にエポキシ化反応が行えるようになった。しかしなが
ら,J.Prandiらの方法は1,2−ジクロロエタ
ンを,Y.Ishiiらの方法はクロロホルムを溶媒と
して使用している。いずれも有害性の高いハロゲン系溶
媒を使用している。D.Hoegaertsらの方法は
ハロゲン系溶媒を使用せず,触媒としてタングステン酸
を固定化し,過酸化水素を酸化剤として用いる優れた方
法である。しかしながら,タングステン酸の固定化に複
雑な操作を必要とすること,触媒効率が高くないこと,
アセトニトリルを溶媒として使用していることなど,満
足できる方法とは言い難い。
化学合成”グリーンケミストリーを指向した合成技術が
強く求められている。そこで,発明者らは鋭意研究を重
ね,本発明を完成するに至った。すなわち,本発明は下
記構造式1
上の整数,xは0以上で,R1は炭素数1以上のアルキ
ル基あるいはベンジル基から選ばれ,R2,R3はそれ
ぞれ独立に炭素数1以上のアルキル基で,同一であって
も良い)で示される新規タングステン触媒,およびこの
タングステン触媒を用いるアリル型アルコールのエポキ
シ化法に関するものである。上記構造式に示されるタン
グステン触媒は文献未載の新規化合物である。本発明化
合物の代表的な例として下記構造式2のタングステン触
媒を取り上げ,その製造法を例示する。
から下記反応式に従って合成することができる。
チルアンモニウムブロミドとN−イソプロピルアクリル
アミドを重合させ,ポリ(N−イソプロピルアクリルア
ミド)誘導体を得た後,ブロムイオンを硝酸イオンに代
え,鎖状コポリマーを得る。これを水に溶解させ,りん
タングステン酸の水溶液を加え,攪拌,生じた沈殿をろ
過,乾燥することで目的のネットワーク状の超分子錯体
であるタングステン触媒が得られる。
チルアンモニウムブロミドとN−イソプロピルアクリル
アミドを重合させ鎖状コポリマーを形成する反応におい
て,使用しうる溶媒はt−ブタノール,イソプロパノー
ル,エタノール,トルエンのごとき有機溶媒から選ば
れ,重合開始剤としてはアゾビスイソブチロニトリル,
過酸化ベンゾイル,t−ブチルヒドロペルオキシド,過
酸化水素−第一鉄塩,過酸化水素−トリエチルアルミニ
ウムのごとき重合開始剤から選択される。反応温度は0
℃から溶媒の還流温度の間で選ばれるが,好ましくは7
5℃付近である。反応に要する時間は,反応温度,アク
リルアミドの濃度,組成により異なり,1時間から7日
の間で,適宜選択される。鎖状コポリマーとりんタング
ステン酸とからネットワーク状の超分子錯体であるタン
グステン触媒を形成する反応において,使用しうる溶媒
は水,あるいは水とプロトン性有機物の混合溶媒が挙げ
られるが,好ましくは水である。なお,(3−アクリル
アミド)(ドデシル)ジメチルアンモニウムブロミドに
対して12当量のN−イソプロピルアクリルアミドを用
いれば,構造式2のタングステン触媒を得ることができ
る。
触媒の合成法を更に説明する。
酸,bは硝酸(3−アクリルアミド)(ドデシル)ジメ
チルアンモニウムとN−イソプロピルアクリルアミドの
鎖状コポリマー,cは目的とするタングステン触媒で,
ネットワーク状の超分子錯体である。鎖状コポリマーb
は,適当な間隔で(ドデシル)ジメチルアンモニウムを
持ち,その割合は(3−アクリルアミド)(ドデシル)
ジメチルアンモニウムブロミドとN−イソプロピルアク
リルアミドの混合比に依存する。タングステン触媒c
は,りんタングステン酸aの水溶液と鎖状コポリマーb
の水溶液を混合,攪拌することで,生成し,水から析出
する。
容易に合成することができる。以下に本発明の有用性を
明らかにするため,本発明の代表な例として構造式2の
タングステン触媒を取り上げ,ファルネソールのエポキ
シ化反応を例示する。これは例示であり,これに限定さ
れるもではない。反応は,下記反応式に従って進行す
る。
触媒の存在下,30%過酸化水素水で酸化され,2,3
−エポキシ体を選択的に生成する。この反応は,有機溶
媒をいっさい必要とせず,室温で進行する。この時の触
媒効率はおよそ2,000と極めて高い。また,この触
媒は,水,エタノール,酢酸エチル,アセトン,エーテ
ル,ヘキサンなどに不溶であるため,反応生成物の精製
が容易に行え,また,触媒効率を損なうこと無く再利用
が可能である。以上のように本発明のタングステン触媒
はアリル型アルコールの二重結合を過酸化水素で酸化
し,エポキシ体を得るための極めて有用な触媒と言え
る。また,本発明に係るアリル型アルコールのエポキシ
化法は“グリーンケミストリー”を指向した優れた方法
と言える。
が,これは例示であり,本発明を制限するものではな
い。本発明の範囲内では変形が可能なことは当業者には
明らかであろう。
ウムブロミド1mol,N−イソプロピルアクリルアミ
ド12molをt−ブタノールに溶解させ,この溶液に
アゾビスイソブチロニトリル0.04molを加え,収
率86%で鎖状コポリマーを得た。この鎖状コポリマー
を硝酸ナトリウム水溶液に加え,アニオン交換を行っ
た。得られた鎖状コポリマーの334mgを水33ml
に溶解させ,この溶液にりんタングステン酸608mg
を水116mlに溶解させた溶液を加え,室温で7日間
攪拌した。生じた沈殿をろ過し,得られた固体を水で洗
浄,乾燥し,タングステン触媒870mgを得た。収率
95%であった。
−1,818cm−1,元素分析値(%)C39.6,
H6.6,N7.2[ネットワーク状超分子錯体である
タングステン触媒の構成単位;C276H519N42
O79PW12・22H2Oの理論値C39.8,H
6.3,N7.1]
%過酸化水素水5.05mmol,実施例1で得たタン
グステン触媒を1.26μmol加え,室温下,7時間
攪拌した後,酢酸エチルを加え,ろ過した。ろ液から有
機相を分離し,飽和次亜硫酸ナトリウム水溶液で洗浄
し,減圧下,濃縮し,カラム精製を行い,収率96%で
フィトールの2,3−エポキシ体を得た。
2の操作を繰返し行った。その時の2,3−エポキシ体
は2回目:93%,3回目:97%であった。
1.5X10−2mmolを加え,反応時間を15時間
とする実施例2記載の方法を行い,収率80%でゲラニ
オールの2,3−エポキシ体を得た。
テン触媒はネットワーク状の超分子で,アリル型アルコ
ールのエポキシ化反応の優れた触媒として機能する。本
発明に係るアリル型アルコールのエポキシ化法は酸化剤
として過酸化水素水を用い,有機溶媒をいっさい使用し
ない。過酸化水素水は反応終了後,水となるため,極め
てクリーンな酸化剤である。また,新規タングステン触
媒中のりんタングステン酸はアクリルアミドを基本骨格
とするコポリマーに強く担持されており,エポキシ化の
反応条件下では溶出しない。したがって,本発明に係る
アリル型アルコールのエポキシ化法は極めてクリーンな
エポキシ化法と言える。また,反応は室温で進行し,触
媒効率も極めて高く,高選択性,高収率でエポキシ体を
生成する。そして,触媒はその効率を損なうことなく,
繰り返し使用することができる。また,水,アルコー
ル,ヘキサンなどに不溶なため,目的物の精製が容易に
行えるなどの利点も有している。したがって,本発明に
係るアリル型アルコールのエポキシ化法は極めてクリー
ンな方法で,かつ極めて効果的,実用性の高い方法であ
る。近年,環境にやさしい化学合成,グリーンケミスト
リーを指向した合成技術が強く求められている。本発明
はこのグリーンケミストリーの思想に合致した優れたア
リル型アルコールのエポキシ化法であると言える。
Claims (3)
- 【請求項1】下記構造式 【化1】 (式中,L,m,nはそれぞれ独立に1以上の整数,x
は0以上で,R1は炭素数1以上のアルキル基あるいは
ベンジル基から選ばれ,R2,R3はそれぞれ独立に炭
素数1以上のアルキル基で,同一であっても良い)で示
される新規タングステン触媒。 - 【請求項2】Lが36,mが3,xが22で,R1がド
デシル基,R2およびR3がメチル基である請求項1記
載の新規触媒。 - 【請求項3】アリル型アルコールを下記構造式 【化2】 (式中,L,m,nはそれぞれ独立に1以上の整数,x
は0以上で,R1は炭素数1以上のアルキル基あるいは
ベンジル基から選ばれ,R2,R3はそれぞれ独立に炭
素数1以上のアルキル基で,同一であっても良い)で示
されるタングステン触媒の存在下,過酸化水素水と反応
せしめることを特徴とするアリル型アルコールのエポキ
シ化法。
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