JP2003212804A - 1,2−ジオールの新規製造法 - Google Patents
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Abstract
による、高効率、高選択的、且つ触媒の回収、再使用が
容易で装置の腐食の原因となるような強酸や強塩基を使
用しない1,2−ジオール類の製造法を提供することを
その課題とする。 【解決手段】 本発明は、スルホン酸基を有する高分子
化合物の存在下にオレフィン類と過酸化水素とを反応さ
せることを特徴とする1,2−ジオール類の製造法に関
する。
Description
化水素との反応による1,2−ジオール類の新規な製造
法に関するものである。本発明により提供される1,2
−ジオール類は、潤滑剤、化粧品、香料、医薬品原料等
として化学工業をはじめ、各種の産業分野で幅広く用い
られる有用な物質である。
水素水溶液とを反応させ、エポキシドを合成した後に加
水分解によって1,2−ジオールを得る方法が古くから
知られている[Organic Syntheses, Coll.Vol.3, 217-2
19 (1955);J.Am.Chem.Soc.,67,1786-1788 (1945)
等]。これらの方法は、反応終了後に溶媒の除去、水酸
化ナトリウム水溶液との反応、塩酸による中和という多
段階の操作を必要とする。また、過酢酸を酸化剤とし
て、オレフィンからエポキシドを経て1,2−ジオール
を製造する方法が知られている(特開平4−41449
号公報)が、反応容器の腐食や副生する酢酸の処理等の
問題がある。適当な触媒を用いてこれらの問題点を回避
しようとする方法としては、過酸化水素水とオレフィン
から、タングステン錯体を触媒として一段階で1,2−
ジオールを製造する方法が報告されている[J.Chem.So
c.,1949,2988-3000;J.Am.OilChem.Soc.,44,316-320(19
67);Tetrahedron Lett.,29,823-826(1988)等]が、生
成したジオールが更に酸化を受けるためケトンやカルボ
ン酸の副生が避けられない。反応条件を工夫して1,2
−ジオールの選択性を向上させる試みもなされている
[EP146374号明細書;Synthesis,1989,295-297
等]が、これらの方法は、毒性の高いベンゼンを溶媒と
して用い、生成物を単離するために30%硫酸水溶液で
抽出、塩基による中和等、煩雑な操作を必要とする。近
年、濾過により容易に分離でき、再使用も可能な固体触
媒であるTS−1やMCM−41等を用いたオレフィン
と過酸化水素水の反応が報告されている[J.Cat.,145,1
51-158(1994);Chem.Commun.,1998,325-326;J.Cat.,18
9,40-51(2000)等]。しかしながらこれらの方法も、反
応操作の上での改善は認められるが、目的物と共にエポ
キシドやケトンを多量に与えるため、1,2−ジオール
の収率及び選択性は低い。従って簡便な操作で、触媒の
回収、再使用が容易であり、装置の腐食の原因となる強
酸や強塩基を使用せず、高効率、高選択的に1,2−ジ
オールを得る方法の開発が強く要望されている。
と過酸化水素との反応による、高効率、高選択的、且つ
触媒の回収、再使用が容易で装置の腐食の原因となるよ
うな強酸や強塩基を使用しない1,2−ジオール類の製
造法を提供することをその課題とするものである。
を解決するために鋭意研究の結果、スルホン酸基を有す
る高分子化合物の存在下にオレフィンと過酸化水素との
反応を行うと、1,2−ジオール類が高効率、高選択的
に生成し、且つ、反応に用いたスルホン酸基を有する高
分子化合物の回収、再使用も容易であることを見出し、
本発明を完成するに至った。
て、水素原子、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、
スルホン酸基、置換基を有していてもよいアルキル基、
同シクロアルキル基、同アリール基、同アラルキル基、
同複素環基、同アルコキシ基、同アルコキシカルボニル
基、同アシル基、同アミド基、同シリル基、同ホスホリ
ル基、同スルフィニル基、同スルホニル基、同スルホナ
ート基を示す。また、R1、R2、R3及びR4の何れ
か二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互い
に結合して、それらが結合しているC原子と一緒になっ
て環を形成していても良く、更にはR1、R2、R3及
びR4の何れか二つから水素原子を取り除いた残基が2
価の原子又は/及び2価の官能基を介して互いに結合し
て、それらが結合しているC原子と一緒になって環を形
成していても良い。)で表されるオレフィン類をスルホ
ン酸基を有する高分子化合物の存在下、過酸化水素と反
応させることを特徴とする、一般式[2]
される1,2−ジオール類の製造法に関する。
R1、R2、R3、R4が置換基を有していてもよいア
ルキル基の場合のアルキル基としては、炭素数は1〜3
0、好ましくは1〜20の直鎖状又は分岐状のアルキル
基が挙げられ、具体例としては例えば、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基等が挙げら
れる。R1、R2、R3、R4が置換基を有していても
よいシクロアルキル基の場合のシクロアルキル基として
は、例えば、炭素数3〜20、好ましくは3〜10の単
環、多環又は縮合環式のシクロアルキル基が挙げられ、
より具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル
基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられ
る。R1、R2、R3、R4が置換基を有していてもよ
いアリール基の場合のアリール基としては、例えば炭素
数は6〜20、好ましくは6〜14の単環、多環又は縮
合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的に
は、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフ
チル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナント
リル基、ビフェニル基等が挙げられる。R1、R2、R
3、R4が置換基を有していてもよいアラルキル基の場
合のアラルキル基としては、例えば、炭素数は7〜2
0、好ましくは7〜15の単環、多環又は縮合環式のア
ラルキル基が挙げられ、より具体的には、例えば、ベン
ジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、ナフチルエ
チル基等が挙げられる。R1、R2、R3、R4が置換
基を有していてもよい複素環基の場合の複素環基として
は、環中に少なくとも1個以上の窒素原子、酸素原子又
は硫黄原子を有する3〜15員環、好ましくは3〜10
員環であって、シクロアルキル基、シクロアルケニル基
又はアリール基などの炭素環式基と縮合していてもよい
飽和又は不飽和の単環、多環又は縮合環式のものが挙げ
られ、より具体的には、例えば、オキシラニル基、ピリ
ジル基、チエニル基、フェニルチエニル基、チアゾリル
基、フリル基、ピペリジル基、ピペラジル基、ピロリル
基、イミダゾリル基、キノリル基、ピリミジル基等が挙
げられる。
いてもよいアルコキシ基の場合のアルコキシ基として
は、炭素数1〜20、好ましくは1〜10の直鎖状又は
分岐状のアルコキシ基が挙げられ、具体例としては例え
ば、メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、t−ブ
トキシ基等が挙げられる。R1、R2、R3、R4が置
換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基の場合
のアルコキシカルボニル基としては、炭素数2〜31、
好ましくは2〜21の直鎖状又は分岐状のアルコキシカ
ルボニル基が挙げられ、具体例としては例えば、メトキ
シカルボニル基、エトキシカルボニル基、i−プロポキ
シカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、フェノキ
シカルボニル基等が挙げられる。R1、R2、R3、R
4が置換基を有していてもよいアシル基の場合のアシル
基としては、炭素数2〜31、好ましくは2〜21の直
鎖状又は分岐状のアシル基が挙げられ、具体例としては
例えば、アセチル基、ベンゾイル基、ヘプタノイル基、
シクロヘキサンカルボニル基等が挙げられる。R1、R
2、R3、R4が置換基を有していてもよいアミド基の
場合の置換アミド基としては、炭素数2〜31、好まし
くは2〜21の直鎖状又は分岐状の置換アミド基が挙げ
られ、具体例としては例えば、メチルアミド基、エチル
アミド基、i−プロピルアミド基、テトラデシルアミド
基等が挙げられる。R1、R2、R3、R4が置換基を
有していてもよいシリル基の場合の置換シリル基として
は、具体例として、例えばトリメチルシリル基、トリエ
チルシリル基、トリフェニルシリル基等が挙げられる。
R1、R2、R3、R4が置換基を有していてもよいホ
スホリル基の場合の置換ホスホリル基としては、具体例
として、例えばジヒドロキシホスホリル基、ジメトキシ
ホスホリル基等が挙げられる。R1、R2、R3、R4
が置換基を有していてもよいスルフィニル基の場合の置
換スルフィニル基としては、具体例として、メチルスル
フィニル基、フェニルスルフィニル基等が挙げられる。
R1、R2、R3、R4が置換基を有していてもよいス
ルホニル基の場合の置換スルホニル基としては、具体例
として、メチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等
が挙げられる。R1、R2、R3、R4が置換基を有し
ていてもよいスルホナート基の場合の置換スルホナート
基としては、具体例として、メチルスルホナート基、フ
ェニルスルホナート基等が挙げられる。
リール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシ基、ア
ルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基、シリル
基、ホスホリル基、スルフィニル基、スルホニル基、ス
ルホナート基の置換基としては、当該反応に悪影響を及
ぼさないものであればどのような置換基でも良いが、例
えばメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、
例えばフェニル基、ナフチル基等のアリール基、例えば
オキシラニル基、ピリジル基、フリル基等の複素環基、
例えばメトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、ナフチ
ルオキシ基等のアルコキシ基、例えばメトキシカルボニ
ル基、i−プロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボ
ニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボ
ニル基、スルホン酸基、シアノ基、ニトロ基、例えばト
リメチルシリル基、トリフェニルシリル基等のシリル
基、ヒドロキシ基、例えば無置換アミド基、メチルアミ
ド基、プロピルアミド基、テトラデシルアミド基等のア
ミド基、例えばアセチル基、ベンゾイル基等のアシル
基、例えばジヒドロキシホスホリル基、ジメトキシホス
ホリル基等のホスホリル基、例えばメチルスルフィニル
基、フェニルスルフィニル基等のスルフィニル基、例え
ばメチルスルホニル基、フェニルスルホニル基等のスル
ホニル基、例えばメチルスルホナート基、フェニルスル
ホナート基等のスルホナート基等が挙げられる。
二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに
結合して、それらが結合しているC原子と一緒になって
環を形成していている場合の環の例としては、シクロア
ルカン、シクロアルケン、シクロアルカジエン環等が挙
げられ、それらの具体例としては、シクロプロパン環、
シクロペンタン環、シクロヘキサン環、シクロオクタン
環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、シクロオク
テン環、シクロペンタジエン環、シクロヘキサジエン
環、シクロオクタジエン環等が挙げられる。また、これ
らの環は他の環と縮合環、非縮合環等の多環を形成して
いても良い。更にはR1、R2、R3及びR4の何れか
二つから水素原子を取り除いた残基が2価の原子又は/
及び2価の官能基を介して互いに結合して、それらが結
合しているC原子と一緒になって環を形成していても良
いが、この場合の2価の原子としては、酸素原子、窒素
原子、硫黄原子等が、また2価の官能基としてはシリレ
ン基、エチレンジオキシ基、アリーレンジオキシ基、カ
ルボニル基、スルホキシド基、スルホン基等が例示され
る。
般式[1]で表されるオレフィンの具体例としては、例
えば、2,3−ジメチル−2−ブテン、2−メチル−2
−ペンテン、2−へプテン、シクロペンテン、シクロへ
キセン、1−メチルシクロヘキセン、シクロオクテン、
シクロドデセン、1,4−シクロヘキサジエン、アリル
アルコール、オレイン酸等が挙げられる。
水素は通常水溶液として用いられるが、水溶液の濃度に
制限はなく、濃度に応じてオレフィンへの反応は生起す
るが、一般的には1〜80%、好ましくは3〜60%の
範囲から選ばれる。
使用量に応じてオレフィンへの反応は生起するが、一般
的にはオレフィンの二重結合部に対して1.0〜20.0
当量、好ましくは1.0〜5.0当量の範囲から選ばれ
る。
0〜120℃の範囲で行われ、溶媒を用いなくとも反応
は生起するが、アルコール類、エーテル類、エステル
類、ニトリル類、アミド類、スルホキシド類、炭化水素
類等を単独又は適宜混合して溶媒として用いることもで
きる。溶媒の使用量に制限はないが、一般的にはオレフ
ィンに対して0.5〜10体積当量、好ましくは1.0〜
3.0体積当量の範囲から選ばれる。本発明の反応に特
に好適に用いられる溶媒としては、メタノール、t−ブ
チルアルコール、1,4−ジオキサン、THF、アセト
ニトリル、トルエン等が例示される。
高分子化合物の存在下に反応を行う点に特徴を有し、こ
れにより著しく反応が促進される。スルホン酸基を有す
る高分子化合物としては、その高分子部分の構造がいか
なるものであっても触媒としての効果を発揮するが、側
鎖にスルホン酸基を有する高分子化合物が好ましく、ま
た、触媒の回収という観点からは、反応に用いる溶媒に
不溶性のものを用いるのが好ましい。一般には、スチレ
ン重合体、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体、或
いはフッ素系樹脂等の側鎖にスルホン酸基を有するもの
が工業的に入手が容易であり、スチレン重合体系では、
例えば、Amberlyst 15(オルガノ株式会社
製)、Daiaion PK228(三菱化学株式会社
製)等が、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体系で
は、例えば、MSC−1(ムロマチテクノス株式会社
製)等が、またフッ素系樹脂では、例えばNafion
−NR50(DuPont社製)、Nafion−SA
C13(DuPont社製)等が市販品としてあるが、
これらは何れも本反応において好適に用いられる。
の使用量については、量を増やすほど反応が促進される
ため、オレフィンとスルホン酸基の当量比でスルホン酸
基を大過剰に用いることが出来る。しかし、反応温度に
も依存するが、オレフィンに対するスルホン酸基の当量
が1当量以下であっても比較的短時間に高収率を達成す
ることも可能である。一般的にはオレフィンに対するス
ルホン酸基の当量が0.00001〜10当量、好まし
くは0.001〜1当量の範囲から選ばれる。
化合物の分離は、反応液の濾過、もしくはデカンテーシ
ョン等のような通常行われる分離操作により容易に達成
され、回収した該高分子化合物はそのまま繰り返し使用
することが可能である。
に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。
mg,オレフィンに対するスルホン酸基の当量は0.0
4に相当)、30%過酸化水素水溶液(2.23g,1
9.6mmol)及びシクロヘキセン(810mg,9.
81mmol)を混合し、70℃で20時間撹拌した。
反応終了後、反応溶液からNafion−NR50を濾
過して取り除き、溶液中に過剰に存在する過酸化水素を
分解するため二酸化マンガン(10mg,0.115m
mol)を加えた。反応溶液を濾過した後、ロータリー
エバポレーターを用いて水等を留去したところ、トラン
ス−1,2−シクロヘキサンジオールが白色粉末として
1.12g(9.63mmol)得られた(収率:97.
7%)。得られた白色粉末をアセトンから再結晶したと
ころ、82.0%の収率でトランス−1,2−シクロヘ
キサンジオールの白色結晶が得られた。
l)及びシクロヘキセン(810mg,9.81mmo
l)を混合し、70℃で20時間撹拌した。実施例1と
同様の操作を行ったところ、トランス−1,2−シクロ
ヘキサンジオールが白色粉末として11.4mg(0.0
98mmol)得られた(収率:1.0%)。
NR50を少量の水で洗浄し、シクロヘキセン(9.8
1mmol)と30%過酸化水素水溶液(19.6mm
ol)の反応に再度使用した。70℃で20時間反応さ
せたところ、トランス−1,2−シクロヘキサンジオー
ルが95.9%の収率で得られた。同様の操作でNaf
ion−NR50を再使用して反応を行ったところ、1
0回の反応でいずれも単離収率94%以上でトランス−
1,2−シクロヘキサンジオールが得られた。その結果
を表1に示す。
様にシクロヘキセン(9.81mmol)と30%過酸
化水素水溶液(19.6mmol)との反応を70℃で
20時間行った。それぞれの反応条件で得られたトラン
ス−1,2−シクロヘキサンジオールの収率を表2に示
す。
素水溶液(19.6mmol)との反応を、実施例1と
同様に、Nafion−NR50(500mg)の存在
下70℃で行った。反応時間を変化させた時に得られた
トランス−1,2−シクロヘキサンジオールの収率を表
3に示す。
81mmol)と30%過酸化水素水溶液(19.6m
mol)との反応を70℃で20時間行った。得られた
トランス−1,2−シクロヘキサンジオールの収率を表
4に示す。
溶媒(オレフィンに対し1体積当量)の存在下、シクロ
ヘキセン(9.81mmol)と30%過酸化水素水溶
液(19.6mmol)との反応を70℃で5時間行っ
た。得られたトランス−1,2−シクロヘキサンジオー
ルの収率を表5に示す。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及び2,
3−ジメチル−2−ブテン(1.17mL,9.87mm
ol)を混合し、70℃で20時間撹拌した。1H−N
MRによる定量を行ったところ、2,3−ジメチル−2,
3−ブタンジオールの収率は85.9%であった。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及び2−
メチル−2−ペンテン(1.08mL,8.85mmo
l)を混合し、70℃で20時間撹拌した。1H−NM
Rによる定量を行ったところ、2−メチル−2,3−ペ
ンタンジオールの収率は83.0%であった。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及びトラ
ンス−2−ヘプテン(1.24mL,8.84mmol)
を混合し、70℃Cで20時間撹拌した。1H−NMR
による定量を行ったところ、2,3−ヘプタンジオール
の収率は66.0%であった。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及びシク
ロペンテン(0.88mL,10.0mmol)を混合
し、40℃で20時間撹拌した。1H−NMRによる定
量を行ったところ、トランス−1,2−シクロペンタン
ジオールの収率は80.3%であった。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及び1−
メチルシクロヘキセン(1.17mL,9.85mmo
l)を混合し、70℃で20時間撹拌した。反応終了
後、実施例1と同様な操作を行ったところ、1−メチル
−1,2−シクロヘキサンジオールが1.10g(8.4
3mmol)得られた(収率:85.6%)。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及び1,
4−シクロヘキサジエン(0.92mL,9.86mmo
l)を混合し、70℃で20時間撹拌した。1H−NM
Rによる定量を行ったところ、1,2,4,5−シクロヘ
キサンテトラオールの収率は92.3%であった。
水素水溶液(2.0mL,20.3mmol)、及びアリ
ルアルコール(0.68mL,9.90mmol)を混合
し、70℃で20時間撹拌した。反応終了後、実施例1
と同様な操作を行ったところ、グリセロールが912m
g(9.90mmol)得られた(収率:100%)。
化水素水溶液(4.0mL,40.6mmol)、及びオ
レイン酸(3.20mL,10.1mmol)を混合し、
90℃で20時間撹拌した。反応終了後、実施例1と同
様な操作を行ったところ、9,10−ジヒドロキシオク
タデカン酸が2.57g(8.11mmol)得られた
(収率:80.3%)。
品、香料、医薬品原料等として幅広く用いられている有
用な物質である1,2−ジオール類を、対応するオレフ
ィンと過酸化水素との反応から効率的且つ安全に製造で
きる。また、反応に使用するスルホン酸基を有する高分
子化合物は、反応系からの分離が容易で且つ再使用も可
能である。従って、本発明は工業的に多大な効果をもた
らす。
Claims (5)
- 【請求項1】 一般式[1] R1R2C=CR3R4 [1] (式中、R1、R2、R3及びR4はそれぞれ独立し
て、水素原子、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、
スルホン酸基、置換基を有していてもよいアルキル基、
同シクロアルキル基、同アリール基、同アラルキル基、
同複素環基、同アルコキシ基、同アルコキシカルボニル
基、同アシル基、同アミド基、同シリル基、同ホスホリ
ル基、同スルフィニル基、同スルホニル基、同スルホナ
ート基を示す。また、R1、R2、R3及びR4の何れ
か二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互い
に結合して、それらが結合しているC原子と一緒になっ
て環を形成していても良く、更にはR1、R2、R3及
びR4の何れか二つから水素原子を取り除いた残基が2
価の原子又は/及び2価の官能基を介して互いに結合し
て、それらが結合しているC原子と一緒になって環を形
成していても良い。)で表されるオレフィン類をスルホ
ン酸基を有する高分子化合物の存在下、過酸化水素と反
応させることを特徴とする、一般式[2] 【化1】 (式中、R1、R2、R3及びR4は前記と同じ。)で表
される1,2−ジオール類の製造法。 - 【請求項2】 過酸化水素が過酸化水素水溶液である請
求項1に記載の製造法。 - 【請求項3】 スルホン酸基を有する高分子化合物が、
側鎖にスルホン酸基を有するスチレン重合体である請求
項1又は2に記載の製造法。 - 【請求項4】 スルホン酸基を有する高分子化合物が、
側鎖にスルホン酸基を有するスチレン−ジビニルベンゼ
ン共重合体である請求項1又は2に記載の製造法。 - 【請求項5】 スルホン酸基を有する高分子化合物が、
側鎖にスルホン酸基を有するフッ素樹脂である請求項1
又は2に記載の製造法。
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