JP2006517584A - 酸化剤としてＮａＯＣｌを用いて第１級及び第２級アルコールを酸化する無臭素ＴＥＭＰＯ系触媒システム - Google Patents

酸化剤としてＮａＯＣｌを用いて第１級及び第２級アルコールを酸化する無臭素ＴＥＭＰＯ系触媒システム Download PDF

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Abstract

本発明は、ＴＥＭＰＯ−ホウ酸塩触媒システムを用いてＮａＯＣｌにより、アルコールをアルデヒド又はケトンに選択的に酸化する方法に関係する。無溶媒条件下でＫＢｒ添加剤を用いることなく、この酸化が効率的に実施できることを示す。３，３−ジメチルブチルアルデヒドなどのアルデヒドが、本発明により効率的に製造できる。

Description

本発明は、無臭素触媒システムに関するものであり、酸化剤としてＮａＯＣｌを用いてアルコールをアルデヒド又は酸へ酸化する場合、高い活性及び選択性を示すものである。より具体的には、本発明は、触媒システムに関係するものであって、このシステムは、２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒（本明細書では以後、「ＴＥＭＰＯ」又は「ＴＥＭＰＯ触媒」という）とＮａ2Ｂ4Ｏ7助触媒（ＣＣ）の相乗カップルを含み、既知のＴＥＭＰＯ−ＮａＢｒシステムより活性であり、かつ高い選択性を示す。このような相乗カップルは、第１級脂肪族及び芳香族アルコールの酸化に特に有用である（しかし、これに限定するものではない）。また、このシステムは、溶媒を必要とすることなく、酸化を行うことができる。
アルコールのカルボニル化合物への選択的な接触酸化は、おそらく合成有機化学における最も重要な転位の一つである。多くの酸化剤が、文献に報告されており、その多くのものは、クロム及びマグネシウムなどの遷移金属酸化物系である（Ｓ．Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４版、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、ニューヨーク、第２巻、４８１頁（１９９２年）；Ｈｕｄｌｉｃｋｙ，Ｍ．「有機化学における酸化」、ＡＣＳ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ、Ｎｏ．１８６、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、ワシントン、コロンビア特区（１９９０年）；Ｓｈｅｌｄｏｎ Ｒ．Ａ．、Ｋｏｃｈｉ Ｊ．Ｋ． Ｍｅｔａｌ Ｃａｔａｌｉｚｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ、ニューヨーク、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９８１年；Ｌｅｙ，Ｓ．Ｖ．、Ｍａｄｉｎ，Ａ．、Ｉｎ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、Ｔｒｏｓｔ Ｂ．、Ｆｌｅｍｉｎｇ，Ｉ．、Ｅｄｓ．、Ｐｅｒｇａｍｏｎ オックスフォード、１９９１年、第７巻、２５１頁；Ｍｉｊｓ，Ｗ．Ｊ．、ＤｅＪｏｎｇｅ，Ｃ．Ｒ．Ｈ．Ｉ．、Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｂｙ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄ、Ｐｌｅｎｕｍ、ニューヨーク、１９６８年）。酸化物及びその転位製品の多くが毒性種であるから、それらの使用は取扱い及び廃棄に関連して深刻な問題をもたらしている。コスト及び毒性の理由で、それらの薬剤の使用に関する重大な欠点は、要求される反応化学量論を越えて大過剰に薬剤を用いる必要があることである。産業上の応用を狙いとして、効果的な、入手容易な触媒及び過酸化水素、ヒドロペルオキシド又は分子状酸素などのクリーンな酸化剤に関する研究が、挑戦課題である（Ｄｉｊｋｓｍａｎ，Ａ．、Ａｒｅｎｄｓ Ｉ．Ｗ．Ｃ．Ｅ．及びＳｈｅｌｄｏｎ Ｒ．、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９９年、１５９１〜１５９２頁；Ｍａｒｋｏ Ｉ．Ｅ．、Ｐ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ、Ｔｓｕｋａｚａｋｉ Ｍ．、Ｂｒｏｗｎ Ｓ．Ｍ．及びＵｒｃｈ Ｃ．Ｊ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９６９６、２７４、２０４４）。効果の水準を変更して、第１級アルコールのアルデヒドへの選択的酸化を触媒作用するための、数多くの遷移金属錯体及び酸化剤が報告されており、ＲｕＣｌ3−ＮａＢｒＯ3（Ｋｏｎｅｍｏｔｏ Ｓ．、Ｔｏｍｏｉｏｋａ Ｓ．、Ｏｓｈｉｍａ Ｋ．、Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ、１９８６年、第５９巻、第１号、１０５頁）、Ｂｕ4ＮＲｕＯ4−４−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（Ｇｒｉｆｆｉｔｈ Ｗ．Ｐ．、Ｌｅｙ Ｓ．Ｖ．、Ｗｈｉｔｃｏｍｂｅ Ｇ．Ｐ．、Ｗｈｉｔｅ Ａ．Ｄ．、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９８７年、第２１号、１６２５頁）、Ｈ2Ｏ2及びｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド（ｔ−ＢｕＯＯＨ）（Ｙ．Ｔｓｕｊｉ、Ｔ．Ｏｈｔａ、Ｔ．Ｉｄｏら、Ｊ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２７０、３３３、１９８４年）、（Ｔ．Ｍ．Ｊｉａｎｇ、Ｊ．Ｃ．Ｈｗａｎｇ、Ｈ．Ｏ．Ｈｏ、Ｃ．Ｙ．Ｃｈｅｎ、Ｊ．Ｃｈｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、３５、１３５、１９８８年）などがある。前記の方法は、総収量が低く、それらの方法の幾つかが貴金属錯体の使用又は過剰の一次酸化剤の使用を必要とするので、用途が限定されていた。
第１級及び第２級アルコールの酸化に関する特に好都合な方法は、Ａｎｅｌｌｉ及び共同研究者により報告されている（Ｊ．Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８７年、５２、２５５９頁；Ｊ．Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８９年、５４、２９７０頁）。この酸化は、触媒としてＴＥＭＰＯ及び酸化剤として安価で入手が容易なＮａＯＣｌを用いて、２相系（ＣＨ2Ｃｌ2−水）で行われた。助触媒ＫＢｒが反応速度を高め、水相はＮａＨＣＯ3を用いてｐＨ８．５〜９．５に緩衝される。相間移動触媒として第４級アンモニウム塩の使用は、アルコールのカルボン酸への酸化を促進する。同様な方法は、触媒量のＴＥＭＰＯ及びＮａＯＣｌの存在下で酸化剤としてＮａＣｌＯ2を用いて修正された。この方法は、主製品としてカルボン酸を生成した（米国特許第６，１２７，５７３号）。
Ｐｒａｋａｓｈらは、米国特許第５，８５６，５８４号の中で、３，３−ジメチル−１−ブタノールの酸化に関する同様な方法を報告している。この方法によれば、３，３−ジメチル−１−ブタノールは、２相システムで反応溶媒としてＣＨ2Ｃｌ2を用いて、ＮａＯＣｌにより３，３−ジメチルブチルアルデヒドに酸化される。所望のアルデヒドを８０％の分離収率で製造するために、効率的な触媒システムとして、安定な２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジニルオキシフリーラジカル及びＫＢｒが用いられた。
第１級アルコールのアルデヒドへの酸化を媒介するＴＥＭＰＯの別の開発では、Ｓｈｅｌｄｏｎ及び共同研究者は、市場で入手できるポリ［（６−［１，１，３，３−テトラメチルブチル）アミノ］−ｓ−トリアジン−２，４−ジイル］［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］ヘキサメチレン［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジニル）イミノ］］（また、Ｃｈｉｍａｓｏｒｂ９４４（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２０００年、２７１〜２７２頁で）として知られている）を酸化して得られるＴＥＭＰＯ触媒のポリマーバージョンＰＩＰＯを用いた。この方法は、芳香族アルコールについてだけであるが、無溶媒条件でアルデヒドを高収率で製造する。第１級アルコールの酸化は、重大な過度の酸化を導きカルボン酸を生成する。
米国特許第５，８２１，３７４号は、第１級アルコールのアルデヒドへのＴＥＭＰＯ触媒による酸化において、酸化剤としてＮ−クロロ−４−トルエンスルホンアミドナトリウム塩（クロラミンＴ）又はＮ−クロロ−ベンゼンスルホンアミドナトリウム塩（クロラミンＢ）などのＮ−クロロ−化合物の使用について記載している。この方法の主な欠点は、大量の溶媒の使用、及び酸化剤として用いるＮ−クロロ化芳香族化合物の毒性である。
米国特許第６，３３５，４６４号は、ＮａＢｒと組み合わせて、酸化剤としてＮａＯＣｌを用いて第１級アルコールをカルボン酸に電気触媒的に酸化するために用いた、ポリマー担持ＴＥＭＰＯ触媒について記載している。これには、相当するアルデヒドを選択的に生成する方法、及び触媒の再利用の可能性に関する報告はない。
第１級アルコールの選択的酸化の領域で広範囲な研究が報告されているが、それでも、有機溶媒を使用する必要がなく、環境にやさしい酸化剤を用いて行うことができ、かつ臭素系助触媒を使用する必要がない、高い効率の経済的酸化法を開発するニーズが引き続き存在する。このような酸化法を提供することが本発明の目的である。
本発明の方法は、式ＩＩ又はＩＩＩの触媒、及び助触媒の存在で、酸化剤により第１級又は第２級アルコールを酸化することを含む。
Figure 2006517584
式（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）において、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は、独立して、同一又は異なる構造の低級アルキル又は置換アルキル基である。Ｒ5及びＲ6は、水素、アルキル又は低級アルコキシであるか、又は一方が水素、かつ他方が低級アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、アルキル又はジアルキルアミノ、アルキルカルボニルオキシ、アルキルカルボニルアミノであり、又はＲ5及びＲ6はケタールである。Ｙ-基はアニオンである。
本発明の助触媒は、式ＩＶで表されるポリオキシアニオン又は金属塩であり、Ｍ1は元素の周期表の第ＩＡ族又は第ＩＩＡ族からの金属イオンであり、Ｍ2は周期表の第ＩＩＩａ族、第ＩＶａ族、第ＩＶＢ族、第Ｖａ族、第ＶＢ族、第ＶＩＡ族、第ＶＩＢ族、第ＶＩＩＢ族、又は第ＶＩＩＩ族からのイオンである。
ＴＥＭＰＯ／助触媒が促進する酸化は、スキーム１に示される以下の反応で説明される。これによると、酸化は、多くの酸化種が力学平衡で存在するカスケードメカニズムにより起こる。常例的には、次亜塩素酸塩アニオンが助触媒（ＣＣ）を酸化してその酸化型（ＣＣＯ*）を生成し、これが、順次、連鎖移動してＴＥＭＰＯオクソアンモニウム塩を生成する。ＴＥＭＰＯの「酸化」型は、最後のレドックスサイクルで第１級アルコールをアルデヒドに転化させる。この反応は、次亜塩素酸塩アニオンが比較的安定するｐＨが８．６〜９．５の範囲の漂白剤溶液で起こり、かつ同時にＣｌＯ-／Ｃｌ-からＣＣ／ＣＣＯ*の範囲の速度が十分に早く、アルコール酸化の高い総括速度を維持する。所望のｐＨを維持するために、ＮａＨＣＯ3又はＫ2ＣＯ3が効果的に使用できる。現行の酸化条件下では、所望のアルデヒドが、更に相当する酸誘導体に容易に転化されるので、反応温度は０℃又はそれ以下に保たれる。
Figure 2006517584
本発明にかかる方法は、上記式ＩＩ又はＩＩＩのＴＥＭＰＯ系触媒及び上記式ＩＶの助触媒の存在下で、酸化剤を用いて第１級又は第２級アルコールを酸化することを含む。
本発明で用いる用語、第１級又は第２級アルコールは、第１級又は第２級の水酸基をもつ有機化合物のことをいう。本明細書で用いる用語、低級アルコールは、１から１０個の炭素原子をもつアルコールをいい、一方、本明細書で用いる用語、高級アルコールは、１１個以上の炭素原子をもつアルコールをいう。第１級及び第２級アルコールの例は、メタノール、エタノール、ｎ−及びイソプロピルアルコール、ｎ−、ｉｓｏ−及びｓｅｃ−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ネオペンチルアルコール、ネオヘキシルアルコール、オクチルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、ノナデシルアルコール、エイコシルアルコールなどのアルコールを含む。不飽和アルコールの例は、アリルアルコール、クロチルアルコール及びプロパギルアルコールを含む。芳香族アルコールの例は、ベンジルアルコール、フェニルエタノール、フェニルプロパノールなどを含む。本明細書で用いる用語、ＴＥＭＰＯ系触媒は、上記式ＩＩ又はＩＩＩの化合物をいう。ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は、独立して、同一又は異なる構造の低級アルキル又は置換アルキル基である。Ｒ5及びＲ6は、ともに水素、アルキルであるか、又は低級アルコキシであるか、又は一方が水素、かつ他方が低級アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、アルキル又はジアルキルアミノ、アルキルカルボニルオキシ、アルキルカルボニルアミノであり、又は結合する酸素又はケタールであってもよい。Ｙ-基はアニオンである。用語「低級アルキル」は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、イソブチル、ペンチル、ｎ−ヘキシルなどの８個までの炭素原子をもつ、直鎖又は分枝の飽和炭化水素基を意味する。用語「低級アルコキシ」は、メトキシ及びエトキシなどの、酸素原子を介して結合した低級アルキル基を意味する。用語「低級アルキルカルボニルオキシ」は、酸素原子を介して結合した低級アルキルカルボニル基を意味する。用語「低級アルキルカルボニル」は、カルボニル基を介して結合した低級アルキル基を意味し、かつアセチル、プロピオニルなどの基で代表される。用語「低級カルボニルアミノ」は、アセチルアミノなどの、窒素原子を介して結合された低級アルキルカルボニル基を意味する。
このような化合物の例は、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（ＴＥＭＰＯ）、及び４−メトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−エトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アセトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アセタミノ−ＴＥＭＰＯ、４−ヒドロキシ−ＴＥＭＰＯ、４−ベンゾイルオキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アミノ−ＴＥＭＰＯ、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−ＴＥＭＰＯ、４−オクソ−ＴＥＭＰＯを含むその４−置換誘導体、及びＣｈｉｍａｓｏｒｂ９４４として知られるポリ［（６−［１，１，３，３−テトラメチルブチル）アミノ］−ｓ−トリアジン−２，４−ジイル］［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］ヘキサメチレン［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジニル）イミノ］］などのＴＥＭＰＯのポリマーバージョンを含むが、この例に限定されない。
本発明にかかる助触媒は、元素の周期表の第ＩＩａ族、第ＩＩＩａ族、第ＩＶａ族、第Ｖａ族、第ＶＩａ族、第ＶＩＩａ族、又は第ＶＩＩＩ族からの少なくとも１種の金属原子又はイオンを含むオキシ金属イオン又は金属塩からなる群から選ばれる。本発明で用いることができる適切なオキシ金属カチオンは、ＴｉＯ2+、ＶＯ2+、ＣｒＯ2 2+、ＺｒＯ2+、ＭｏＯ2 2+、ＷＯ2 2+を含むが、これに限定されない。塩形成に用いられるアニオン種は、塩化物、リン酸塩、硫酸塩、アセテート、アセチルアセトネートなどであってもよい。本発明で用いることができる適切なオキシ金属アニオンは、ＭｏＯ4 2-、ＷＯ4 2-、ＶＯ3 -、Ｈ2ＰＯ4 2-、Ｂ4Ｏ7 2-などを含むが、これに限定されない。塩形成に用いられるカチオン種は、アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム、アルカリ金属、アルカリ土類又はその他の適切なカチオンであってもよい。より具体的には、Ｎａ2Ｂ4Ｏ7又はＺｒＯ（アセテート）2を用いることが好ましい。
本明細書で用いる用語、酸化剤は、活性酸素を助触媒に移動できるか又はＴＥＭＰＯ触媒の還元型を直接酸化できる（スキーム１を参照）化合物を意味する。用いることができる適切な酸化剤は、亜塩素酸塩、塩素酸塩、臭素酸塩、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、過酸化水素、有機ヒドロペルオキシド、過カルボン酸などを含むが、これに限定されない。より具体的には、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、次亜臭素酸ナトリウム、又は次亜臭素酸カリウムが用いられる。工業規模の漂白剤が特に好ましい。漂白剤は、そのままで用いてもよいが、又はイオン強度を向上し、かつｐＨを変更するために、ナトリウム、カリウム、マグネシウムの塩化物、硫酸塩、炭酸塩などの任意の無機塩、又はナトリウム、カリウムの炭酸塩、重炭酸塩などの塩基、又は酢酸、塩酸、硫酸などの酸により変性することができる。
本発明の方法では溶媒の存在は重要ではない。この反応は、同様な効果及び同様なレベルの選択性をもつ適切なアルコール（ｎｅａｔ ａｌｃｏｈｏｌ）中で行われる。酸化されるアルコールが採用される反応温度で固体である場合、任意の通常の非極性、非プロトン性溶媒を使用することができる。特に好ましい溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、エチルアセテート、ブチルアセテート、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ペンタン、ヘキサン、又はこれらの溶媒の混合物を含むが、これらの溶媒に限定されることはない。特に好ましい溶媒は、ヘプタン、トルエン及びエチルアセテートである。
反応系への無機塩の添加は、系のイオン強度を増大し、かつ水性緩衝液の凝固点を下げる。酸化反応が無溶媒条件で行われる時、反応混合物の凝固点の低下が必要となる。適切な無機塩は、塩化ナトリウム及び塩化カリウムを含む群から選ばれるが、これらの化合物に限定されることはない。
少量の有機酸及びＨＣｌの蓄積は、反応溶液のｐＨをより低い値に追いやるかもしれず、かつ反応速度を低下させるであろう。それ故、最大の速度及び高い製品選択性を達成するためには、この酸化反応は、水性緩衝液又は塩基の存在下で行い、生成した酸性副生物を捕捉することが好ましい。適切な緩衝剤及び塩基化合物は、ＮａＨＣＯ3、ＫＨＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｋ2ＰＯ4、Ｎａ2ＨＰＯ4、ＮａＨ2ＰＯ4、Ｋ2ＨＰＯ4、ＫＨ2ＰＯ4、ＮａＯＡｃを含む群から選ばれるが、これらの化合物に限定されるものではない。これらの化合物は、約４から１２のｐＨ、かつ最も好ましくは８．６〜９．５のｐＨを維持するために有効な量で用いられる。
反応は、温度範囲を横断して行うことができる。本発明の酸化が行われる温度は、アルデヒドの選択性に影響を及ぼす重要な変数である。好ましい反応温度は、−１５℃から３０℃の範囲、最も好ましくは０℃から１０℃の範囲である。本発明の方法は、２つの非混和性相を十分に接触させることができ、かつ同時に反応温度を所望の範囲に維持できる、任意の通常のバッチ、半バッチ、又は連続的流動反応装置内で行うことができる。
本発明の実施形態に従えば、酸化は以下のように行われる：
１．ＮａＨＣＯ3及びＮａ2Ｂ4Ｏ7の水溶液を調製する
２．式Ｉのアルコール基質中のＭｅＯ−ＴＥＭＰＯの溶液を添加する
３．ＨＣｌ又はＣＨ3ＣＯＯＨの希釈溶液を用いて２相系のｐＨを８．６〜９．５の範囲にする
４．攪拌された懸濁液を約０〜５℃に冷却する
５．式Ｉの化合物を酸化するために、反応温度を所望の設定値に維持して濃縮された漂白剤溶液の計量添加を開始する、かつ
６．添加後に反応系を攪拌し基質の転化を完了する。
本発明の別の実施形態に従えば、酸化は反応溶媒の存在下で行われる：
１．ＮａＨＣＯ3及びＮａ2Ｂ4Ｏ7の水溶液を調製する
２．適当な反応溶媒中のＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ及び式Ｉのアルコール基質の溶液を添加する
３．ＨＣｌ又はＣＨ3ＣＯＯＨの希釈溶液を用いて２相系のｐＨを８．６〜９．５の範囲にする
４．攪拌された懸濁液を約０〜５℃に冷却する
５．式Ｉの化合物を酸化するために、反応温度を所望の設定値に維持して濃縮された漂白剤溶液の計量添加を開始する、かつ
６．添加後に反応系を攪拌し基質の転化を完了する。
本発明の別の実施形態に従えば、酸化はＺｒＯ（アセテート）2助触媒の存在下行われ、かつ以下のステップを含む：
１．ＮａＨＣＯ3及びＺｒＯ（アセテート）2の水溶液を調製する
２．ＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ及び式Ｉのアルコール基質の溶液を添加する
３．ＨＣｌ又はＣＨ3ＣＯＯＨの希釈溶液を用いて２相系のｐＨを８．６〜９．５の範囲にする
４．攪拌された懸濁液を約０〜５℃に冷却する
５．式Ｉの化合物を酸化するために、反応温度を所望の設定値に維持して濃縮された漂白剤溶液の計量添加を開始する、かつ
６．添加後に反応系を攪拌し基質の転化を完了する。
本発明の別の実施形態に従えば、酸化は事前活性化漂白剤溶液を用いて行われ、かつ以下のように説明できる。
１．ＮａＨＣＯ3及びＮａ2Ｂ4Ｏ7の水溶液を調製する
２．適当な反応溶媒中のＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ及び式Ｉのアルコール基質の溶液を添加する
３．ＨＣｌ又はＣＨ3ＣＯＯＨの希釈溶液を用いて２相系のｐＨを８．６〜９．５の範囲にする
４．攪拌された懸濁液を約０〜５℃に冷却する
５．濃縮された漂白剤溶液の計量添加を開始し、かつこの漂白剤溶液のｐＨをＨＣｌ又はＣＨ3ＣＯＯＨの希釈溶液を用いて下げる、かつ
６．添加後に反応系を攪拌し基質の転化を完了する。
本発明の方法において、溶媒を用いる場合、溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、エチルアセテート、ブチルアセテート、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、及びこれらの溶媒の混合物などの非プロトン性不活性溶媒からなる群から選ばれることが好ましい。特に好ましい溶媒は、ヘプタン、トルエン及びエチルアセテート、又はこの溶媒の混合物である。
本発明の方法では、ＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ触媒は、０．００１〜１０．０％モル、より好ましくは約０．１〜１％モルの濃度で用いることが好ましい。助触媒は、０．００２〜２０．０％モル、より好ましくは約０．２〜２％モルの濃度で用いることが好ましい。漂白剤溶液が次亜塩素酸ナトリウムを含む時、この次亜塩素酸ナトリウムは、アルコール基質を基準にして、約０．８〜１．５当量、より好ましくは約１〜１．２当量で用いることが好ましい。
反応が完了すると、粗３，３−ジメチルブチルアルデヒドは、相分離又は有機溶媒を用いた抽出により分離される。抽出に用いられる溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、エチルアセテート、ブチルアセテート、メチルアセテート、トルエン、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの非プロトン性不活性溶媒からなる群から選ぶことができる。所望のアルデヒドを分離した後、過剰の溶媒がリサイクルされる。この粗３，３−ジメチルブチルアルデヒドは、バッチ又は連続の蒸留又は分別蒸留、又は３，３−ジメチルブチルアルデヒドを濃縮するための薄膜蒸発装置の使用を含む幾つかの方法で回収できる。この粗３，３−ジメチルブチルアルデヒドは、米国特許第５，９０５，１７５号に記載されたように、又はバッチ又は連続の蒸留又は分別蒸留、又は薄膜蒸発装置の使用により精製できる。好ましい精製ステップは、１００〜１０６℃、常圧での蒸留を含み、精製３，３−ジメチルブチルアルデヒドを得る。
以下の実施例は、本発明の観点を説明するために与えられる。この実施例は、説明の目的に限って与えられるものであり、本明細書で実施した発明に限定されるべきではない。
（実施例Ｉ−比較例）
実施例Ｉは、Ａｎｅｌｌｉプロトコルとしても知られている（Ｊ．Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８７年、５２、２５５９頁及びＪ．Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８９年、５４、２９７０頁に報告された）酸化反応に類似した条件下で参照酸化反応を示す。
８２０ｍｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（８ｍｍｏｌ）及び１４．９ｍｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．０８ｍｍｏｌ）が、熱電対、添加口、テフロン（登録商標）塗布した磁気攪拌棒、及びｐＨプローブを装備したジャケット付きガラス製反応フラスコ中で、トルエン（２０ｃｃ）に溶解される。臭化カリウム（４５．２５ｍｇ、０．４ｍｍｏｌ）及び１，３１０ｍｇのＮａＨＣＯ3が、水（２１．６ｃｃ）に溶解され、この水性相が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ５．４ｇの１２．３％のＮａＯＣｌ（８．９２ｍｍｏｌ）水溶液が、5分かけて気密注入器により加えられる。反応混合物が更に３０分間熟成され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、３０分の反応時間で７７％であり、６０分の反応時間で９１％である。
下記は、１Ｋｇの３，３−ジメチルブチルアルデヒドの製造に必要なＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ触媒、助触媒、及び緩衝剤の計算量である。
Figure 2006517584
表1のデータは、アルコールのＴＥＭＰＯ系漂白剤酸化として知られた方法の重大な欠陥を示すもので、この方法が実際の用途として経済的に実行できないことを示す。これらの方法は、大量の塩素化溶媒又はその他の溶媒、単位量の基質当たり大量のＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ触媒、過剰容量の水性緩衝液の推奨使用、及びアルコール基質の少なくとも５重量％の濃度の臭化カリウム助触媒の使用を含む。
（実施例ＩＩ−比較例）
実施例ＩＩは、反応溶媒の不在下、ＫＢｒ助触媒及びＮａＨＣＯ3緩衝剤の存在下で行われたスケールアップした合成を示す。緩衝液の減量、ＫＢｒの顕著な減量、漂白剤溶液の緩やかな添加、及び漂白剤添加ステージ及び更に添加後の反応期のｐＨの連続的維持などの多くの改良がなされて、適切なアルコールの使用を可能にしている。実施例ＩＩは、Ａｎｅｌｌｉの条件に最も近似しており、かつ従来技術に比較してそれ自体が質的に新規なレベルであるが、本明細書では参照の目的に限って考慮される。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０７６５ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．４１１ｍｍｏｌ）が、熱電対、添加口、テフロン（登録商標）塗布した磁気攪拌棒、及びｐＨプローブを装備したジャケット付きガラス製反応フラスコ中に仕込まれる。臭化カリウム（０．０１１ｇ、０．１０４ｍｍｏｌ）及び０．６７６ｇのＮａＨＣＯ3が、水（１２．４ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＨＣｌの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、８２ｇ（１３３ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＨＣｌ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持される。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この第２ステージの反応は、０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）を添加してｐＨが８．４に保たれる。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で８９．７％であり、９０分の反応時間で９１．５％である。
（実施例ＩＩＩ）
実施例ＩＩＩは、助触媒としてＮａ２Ｂ４Ｏ７を用い、緩衝剤としてＮａＨＣＯ3を用いる酸化を示す。この実施例は、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７助触媒が既知のＫＢｒ系より効果的である（実施例ＩＩの結果と比較）ことを示す必要がある。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０７６５ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．４１１ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．３８０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及び０．６７６ｇのＮａＨＣＯ3が、水（１７ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７７．５ｇ（１２６ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される（漂白剤溶液のｐＨは、５０％のＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて１０に調節された）。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この第２ステージの反応は、０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）を添加してｐＨが８．４に保たれた。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で９４．０％であり、９０分の反応時間で９６．０％である。
（実施例ＩＶ）
実施例ＩＶは、ＫＢｒ助触媒及びＮａＨＣＯ3緩衝剤を除き、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７添加剤で置き換えた酸化を示す。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０７６５ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．４１１ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．３８０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）が水（１２ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７５．５ｇ（１２２ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この第２ステージの反応は、０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）を添加してｐＨが８．４に保たれた。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で９０．０％であり、９０分の反応時間で９１．０％である。
（実施例Ｖ）
実施例Ｖは、ＫＢｒ助触媒及びＮａＨＣＯ3緩衝剤を除き、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７−Ｚｒ（アセテート）2添加剤で置き換えた酸化を示す。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０７６５ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．４１１ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．３８０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及びＺｒ（アセテート）2（０．２ｇ溶液、０．１ｍｍｏｌ）が水（１２．０ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７５．５ｇ（１２２ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される（漂白剤溶液のｐＨは、５０％のＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて１０に調節された）。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この第２ステージの反応は、０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）を添加してｐＨが８．４に保たれた。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で９５．０％であり、９０分の反応時間で９３．０％である。
（実施例ＶＩ）
実施例ＶＩは、ＫＢｒ助触媒及びＮａ２Ｂ４Ｏ７が同時に存在する酸化を示す。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０７６５ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．４１１ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．３８０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及び臭化カリウム（０．０１１ｇ、０．１０４ｍｍｏｌ）が水（１２．０ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７５．５ｇ（１２２ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される（漂白剤溶液のｐＨは、５０％のＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて１０に調節された）。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この第２ステージの反応は、０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）を添加してｐＨが８．４に保たれた。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で９４．０％であり、９０分の反応時間で９５．０％である。この収率は、臭化カリウムを用いなかった実施例ＩＩＩの収率に等しい。
（実施例ＶＩＩ）
実施例ＶＩＩは、実施例ＶＩに類似するが、新規触媒システムの頑強さを例証するものである。第２ステージで乳化液のｐＨを連続的に監視し、かつ維持するために、必要量のＮａＯＨ溶液が、酸化の第２ステージの開始時に一度に導入された。その他の濃度及び割合の全ては、実施例ＩＩＩと同様である。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０７６５ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．４１１ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．３８０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及び０．６７６ｇのＮａＨＣＯ3が、水（１７ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７７．５ｇ（１２６ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される（漂白剤溶液のｐＨは、５０％のＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて１０に調節された）。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この実施例では、漂白剤の添加が完了した後、直ちに０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）が添加され、乳化液のｐＨを保つために手間は要らなかった。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で９７．０％であり、９０分の反応時間で９４．０％である。
（実施例ＶＩＩＩ）
実施例ＶＩＩＩは、実施例ＶＩＩに類似するが、ＭｅＯ−ＴＥＭＰＯの量が１／２に減少している。その他の濃度及び割合の全ては、実施例ＩＩと同様である。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０３８２ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２０５ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．３８０ｇ、１．０ｍｍｏｌ）及び０．６７６ｇのＮａＨＣＯ3が、水（１７ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７７．５ｇ（１２６ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される（漂白剤溶液のｐＨは、５０％のＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて１０に調節された）。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この実施例では、漂白剤の添加が完了した後、直ちに０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）が添加され、乳化液のｐＨを保つために手間は要らなかった。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で９４．０％であり、９０分の反応時間で９９．０％である。
（実施例ＩＸ）
実施例ＩＸは、Ｎａ2Ｂ4Ｏ7がＴＥＭＰＯシステムに対して独立した助触媒として役割を演じるその役割に光を投じる。この実施例では、ホウ酸ナトリウムが完全に除かれ、追加の当モル量のＮａＨＣＯ3で置き換えられた。アルデヒド収量の完全な低下は、Ｎａ2Ｂ4Ｏ7の存在が、標準的反応条件下で触媒効果を達成するのに重要である（実施例ＶＩＩＩと比較）ことを示す。
１６．９ｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０３８２ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２０５ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。０．７５７ｇのＮａＨＣＯ3が、水（１７ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、７７．５ｇ（１２６ｍｍｏｌ）の１２．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、９０分かけて気密注入器によりポンプ注入される（漂白剤溶液のｐＨは、５０％のＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて１０に調節された）。漂白剤添加の間、ｐＨは、数滴の５０％ＣＨ3ＣＯＯＨ水溶液を用いて８．３〜８．４の水準に維持された。この反応混合物は、０℃でさらに１２０分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。この実施例では、漂白剤の添加が完了した後、直ちに０．２〜０．２５ｃｃのＮａＯＨ水溶液（５０％濃度）が添加され、乳化液のｐＨを保つために手間は要らなかった。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、６０分の反応時間で６７．０％であり、９０分の反応時間で６７．０％である。
次のシリーズの実施例は、異なる４−置換ＴＥＭＰＯ触媒及びＮａ2Ｂ4Ｏ7助触媒の使用を示す。
（実施例Ｘ）
１２．２ｇの９８％純度の３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０４３ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２２３ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．２９４ｇ、０．７６ｍｍｏｌ）、ＮａＨＣＯ3（１．４７２ｇ、１７．５ｍｍｏｌ）およびＮａＣｌ（２ｇ）が、水（２５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＮａＯＨの４０％溶液を用いてｐＨ８．６に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、６９．８ｇ（１２３．１ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、５５分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに１５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、漂白剤添加後の２分で９０．６％であり、１５分の反応時間で９２．１％である。
（実施例ＸＩ）
１２．２ｇの９８％純度の３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０３６ｇのＴＥＭＰＯ（０．２２３ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．２９４ｇ、０．７６ｍｍｏｌ）、ＮａＨＣＯ3（１．４７２ｇ、１７．５ｍｍｏｌ）およびＮａＣｌ（２ｇ）が、水（２５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＮａＯＨの４０％溶液を用いてｐＨ８．６に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、６９．８ｇ（１２３．１ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、５５分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに１５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、漂白剤添加後の２分で８７．４％であり、１５分の反応時間で９１．２％である。
（実施例ＸＩＩ）
１２．２ｇの９８％純度の３，３−ジメチル−１−ブタノール（１１７．３ｍｍｏｌ）及び０．０４９ｇの４−アセタミド−ＴＥＭＰＯ（０．２２３ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．２９４ｇ、０．７６ｍｍｏｌ）、ＮａＨＣＯ3（１．４７２ｇ、１７．５ｍｍｏｌ）およびＮａＣｌ（２ｇ）が、水（２５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＮａＯＨの４０％溶液を用いてｐＨ８．６に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、６９．８ｇ（１２３．１ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、５５分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに１５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。３，３−ジメチルブチルアルデヒドの収率は、漂白剤添加後の２分で８８．３％であり、１５分の反応時間で９２．１％である。
（実施例ＸＩＩＩ）
８．６ｇの９８％純度のヘプタン−１−オール（７２．８ｍｍｏｌ）、トルエン（１０ｃｃ）及び０．０４７ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２５２ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．１２９ｇ、０．３３８ｍｍｏｌ）、及びＮａＨＣＯ3（０．４３ｇ）が、水（１５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ＝８．６に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、４７．７ｇ（８４．０ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、２０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに１５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。ヘプタナールの収率は、漂白剤添加後の２分で９３．０％である。
（実施例ＸＩＶ）
７．５ｇの９８％純度のヘキサン−１−オール（７２．８ｍｍｏｌ）、トルエン（１０ｃｃ）及び０．０４７ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２５２ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．１２９ｇ、０．３３８ｍｍｏｌ）及びＮａＨＣＯ3（０．４３ｇ）が、水（１５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．６に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、４７．７ｇ（８４．０ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、２０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに１５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。ヘキサナールの収率は、漂白剤添加後の２分で９０．０％である。
（実施例ＸＶ）
７．９ｇの９９％純度のベンジルアルコール（７２．３ｍｍｏｌ）、トルエン（１０ｃｃ）及び０．０４７ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２５２ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．１２９ｇ、０．３３８ｍｍｏｌ）及びＮａＨＣＯ3（０．４３ｇ）が、水（１５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．６に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、４７．７ｇ（８４．０ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、２０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに１５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。ベンズアルデヒドの収率は、漂白剤添加後の２分で１００．０％である。
（実施例ＸＶＩ）
８．３６ｇの９８％純度の４−メチルシクロヘキサノル（７１．７ｍｍｏｌ）、トルエン（１０ｃｃ）及び０．０４７ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２５２ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．１２９ｇ、０．３３８ｍｍｏｌ）及びＮａＨＣＯ3（０．４３ｇ）が、水（１５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、４７．７ｇ（８４．０ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、２０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。４−メチルシクロヘキサノンの収率は、漂白剤添加後の５分で９４．０％である。
（実施例ＸＶＩＩ）
７．５５ｇの９９％純度の４−メチル−２−ペンタノール（７３．２ｍｍｏｌ）、トルエン（１０ｃｃ）及び０．０４７ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２５２ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．１２９ｇ、０．３３８ｍｍｏｌ）及びＮａＨＣＯ3（０．４３ｇ）が、水（１５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、４７．７ｇ（８４．０ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、２０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。４−メチル−２−ペンタノンの収率は、漂白剤添加後の５分で７７．０％である。２２℃で行われた同一の反応は、９２％の収率で所望の４−メチル−２−ペンタノンを生成した。
（実施例ＸＶＩＩＩ）
８．６８ｇの９８％純度のヘプタノール−１（７３．２ｍｍｏｌ）、トルエン（１０ｃｃ）及び０．０４７ｇのＭｅＯ−ＴＥＭＰＯ（０．２５２ｍｍｏｌ）が、実施例Ｉのようにジャケット付きガラス製反応フラスコに仕込まれる。ホウ酸ナトリウム（０．１２９ｇ、０．３３８ｍｍｏｌ）及びＮａＨＣＯ3（０．４３ｇ）が、水（１５ｃｃ）に溶解され、この水溶液が、反応フラスコ中で１，０００ＲＰＭで攪拌された有機部分に加えられる。攪拌された懸濁液が０℃に冷却され、かつ乳化液がＣＨ3ＣＯＯＨの５０％溶液を用いてｐＨ８．４に再調整される。反応体の温度が０℃に達した時、９５．４ｇ（１６８．０ｍｍｏｌ）の１３．１％のＮａＯＣｌ水溶液が、４０分かけて気密注入器によりポンプ注入される。この反応混合物は、０℃でさらに５分間攪拌され、かつＧＣ分析のために有機層がサンプリングされる。ヘプタン酸の収率は、漂白剤添加後の５分で８３．０％である。

Claims (32)

  1. 第１級及び第２級アルコールをアルデヒド及びケトンに酸化する方法であって、第１級又は第２級アルコールを酸化剤と反応させることを含み、その際、前記アルコールが、２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒類を含む群から選ばれた触媒を含む溶液中にあり、かつ更に助触媒の存在下にあり、助触媒がオキシ金属イオン及びそれらの塩を含む群から選ばれ、前記アルコールが前記溶液中で基質として作用する方法。
  2. 前記第１級及び第２級アルコールが、メタノール、エタノール、ｎ−及びｉｓｏ−プロピルアルコール、ｎ−、ｉｓｏ−及びｓｅｃ−ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、ネオペンチルアルコール、ネオヘキシルアルコール、オクチルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、ノナデシルアルコール、エイコシルアルコール、及びアリルアルコール、クロチルアルコール及びプロパギルアルコール（これに限定されない）を含む不飽和アルコール、及びベンジルアルコール、フェニルエタノール及びフェニルプロパノール（これに限定されない）を含む芳香族アルコールを含む群から選ばれる請求項１に記載の方法。
  3. 前記２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒が、式：
    Figure 2006517584

    （式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4が、独立して、同一又は異なる構造の低級アルキル又は置換アルキル基であり、Ｒ5及びＲ6が、ともに水素であるか又は低級アルコキシであるか、又は１方が水素でありかつ他方が低級アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、アルキル又はジアルキルアミノ、アルキルカルボニルオキシ、アルキルカルボニルアミノであるか、又は酸素又はケタールにより結合して置換されてもよく、かつY-がアニオンである）で表される触媒類からなる群から選ばれる請求項１に記載の方法。
  4. ２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒が、基質アルコールの０．００１〜１０モル％の量で存在する請求項３に記載の方法。
  5. 前記ＴＥＭＰＯ系触媒が、４−メトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−エトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アセトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アセタミノ−ＴＥＭＰＯ、４−ヒドロキシ−ＴＥＭＰＯ、４−ベンゾイルオキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アミノ−ＴＥＭＰＯ、Ｎ，Ｎ−４−ジメチルアミノ−ＴＥＭＰＯ、４−オクソ−ＴＥＭＰＯ、ポリ［（６−［１，１，３，３−テトラメチルブチル）アミノ］−ｓ−トリアジン−２，４−ジイル］［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）イミノ］ヘキサメチレン［（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジニル）イミノ］］及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項３に記載の方法。
  6. 助触媒が、ＴｉＯ2+、ＶＯ2+、ＣｒＯ2 2+、ＺｒＯ2+、ＭｏＯ2 2+、ＷＯ2 2+を含むオキシ金属カチオンの群、及びＭｏＯ4 2-、ＷＯ4 2-、ＶＯ3 -、Ｈ2ＰＯ4 2-、Ｂ4Ｏ7 2-を含むアニオンの群から選ばれる請求項１に記載の方法。
  7. 助触媒が、Ｎａ2Ｂ4Ｏ7又はＺｒＯ（アセテート）2である請求項６に記載の方法。
  8. 助触媒濃度が、基質アルコールの０．０１〜２０％モルである請求項６に記載の方法。
  9. 酸化剤が、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、亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、トリクロロイソシアヌル酸、過酢酸、過ギ酸、トリクロロ過酢酸及びトリフルオロ過酢酸を含む群から選ばれる請求項１に記載の方法。
  10. 酸化剤とアルコールの比率が、約１：０．８から１：１．５の範囲である請求項９に記載の方法。
  11. １種又は複数の追加の溶媒をアルコール溶液に添加することを更に含む請求項１に記載の方法。
  12. 前記溶媒が、水、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エチルアセテート、メチルアセテート、及び上記群の溶媒の混合物を含む群から選ばれる請求項１１に記載の方法。
  13. 酸化が追加溶媒の不在下で行われる請求項１に記載の方法。
  14. 緩衝溶液がアルコール溶液に添加される請求項１に記載の方法。
  15. 前記緩衝溶液が、ｐＨを約４から約１２に維持するために必要な、ＮａＨＣＯ3、ＫＨＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｋ2ＰＯ4、Ｎａ2ＨＰＯ4、ＮａＨ2ＰＯ4、Ｋ2ＨＰＯ4、ＫＨ2ＰＯ4、ＮａＯＡｃ及びそれらの任意の組み合わせからなる溶液を含む請求項１４に記載の方法。
  16. 反応温度が−１０℃から５０℃の範囲に維持される請求項１に記載の方法。
  17. 乳化液のｐＨを約４〜１２のｐＨ範囲に維持しながら、漂白剤溶液をアルコール及び水性緩衝剤の溶液に添加する請求項１４に記載の方法。
  18. 漂白剤溶液の添加時間が、一度に全量添加と１０時間で全量添加の間にあり、かつ後段の追加反応が、さらに０から１０時間継続される請求項１７に記載の方法。
  19. 乳化液のｐＨを約４〜１２のｐＨ範囲に維持しながら、助触媒とともに触媒のアルコール基質溶液を、長時間かけて緩衝漂白剤溶液に添加する請求項１８に記載の方法。
  20. 触媒のアルコール溶液の添加時間が、一度に全量添加と１０時間で全量添加の間にあり、かつ後段の追加反応が、さらに０から３０時間継続される請求項１に記載の方法。
  21. バッチ又は連続の蒸留又は分別蒸留、又は薄膜蒸発装置により粗アルデヒド又はケトンを精製するさらなるステップを含む請求項１に記載の方法。
  22. ３，３−ジメチルブチルアルデヒドの製造方法であって、３，３−ジメチルブタノールを酸化剤と反応させるステップを含み、その際、前記３，３−ジメチルブタノールが、２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒を含む群から選ばれた触媒を含む溶液中にあり、かつ更にＴｉＯ2+、ＶＯ2+、ＣｒＯ2 2+、ＺｒＯ2+、ＭｏＯ2 2+、ＷＯ2 2+を含むオキシ金属カチオンの群及びＭｏＯ4 2-、ＷＯ4 2-、ＶＯ3 -、Ｈ2ＰＯ4 2-、Ｂ4Ｏ7 2-を含むアニオンの群とを含む群から選ばれた助触媒の存在下にある方法。
  23. 前記酸化剤が、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、亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、トリクロロイソシアヌル酸、過酢酸、過ギ酸、トリクロロ過酢酸及びトリフルオロ過酢酸を含む群から選ばれる請求項２２に記載の方法。
  24. 酸化剤とアルコールの比率が、約１：０．８から１：１．５の範囲である請求項２２に記載の方法。
  25. 追加の溶媒をアルコール溶液に添加することを更に含む請求項２２に記載の方法。
  26. 前記溶媒が、水、アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、エチルアセテート、メチルアセテート、及び上記群の溶媒の混合物を含む群から選ばれる請求項２５に記載の方法。
  27. 前記方法が溶媒の不在下で行われる請求項２２に記載の方法。
  28. 緩衝液をアルコール溶液に添加する請求項２２に記載の方法。
  29. 前記緩衝液が、ｐＨを約４から約１２に維持するために必要な、ＮａＨＣＯ3、ＫＨＣＯ3、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3、Ｋ2ＰＯ4、Ｎａ2ＨＰＯ4、ＮａＨ2ＰＯ4、Ｋ2ＨＰＯ4、ＫＨ2ＰＯ4、ＮａＯＡｃ及びそれらの任意の組み合わせからなる溶液を含む請求項２８に記載の方法。
  30. 乳化液のｐＨを約４〜１２のｐＨ範囲に維持しながら、漂白剤溶液をアルコール及び水性緩衝剤の溶液に添加する請求項２９に記載の方法。
  31. 漂白剤溶液の添加時間が、一度に全量添加と１０時間で全量添加の間にあり、かつ後段の追加反応時間が、さらに０から１０時間継続される請求項２９に記載の方法。
  32. 第１級及び第２級アルコールをアルデヒド及びケトンに酸化する方法であって、第１級又は第２級アルコールを酸化剤と反応させることを含み、その際、前記アルコールが、２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒類を含む群からそれぞれ選ばれた２種又はそれ以上の触媒を含む溶液中にあり、かつ更に助触媒の存在下にあり、助触媒がオキシ金属イオン及びそれらの塩を含む群から選ばれ、前記アルコールが前記溶液中で基質として作用する方法。
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