JP2007525522A - 第一アルコール及び第二アルコールの好気的酸化のための触媒系 - Google Patents

Abstract

本発明は、酢酸溶媒中の、ＴＥＭＰＯ系触媒、Ｆｅ−ビピリジル又はＦｅ−フェナントロリン助触媒及びＮ−ブロモスクシンイミド促進剤を用いる分子酸素でのアルコール類の、選択的なアルデヒド類又はケトン類への酸化の方法に関する。その酸化は、４５−５５℃の範囲の温度及び０−１５ｐｓｉの酸素圧又は空気圧において高速度及び高アルデヒド選択性で行われる。３−４時間の反応時間までに９５−１００％のアルコール変換及び９５％より高いアルデヒド選択性が達成される。３，３−ジメチル−１−ブタナールのようなアルデヒドが本発明を用いて効率良く製造され得る。

Description

本発明は、末端酸化剤として分子酸素を用いるアルコール類のアルデヒド類又は酸類への酸化において高活性及び高選択性を示す触媒系に関する。より特定すると、本発明は、２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒（以下、“ＴＥＭＰＯ”又は“ＴＥＭＰＯ触媒”という）、鉄−ビピリジル錯体（以後、助触媒（ＣＣ）という）及びＮ−ブロモスクシンイミド（臭素化促進剤という）の相乗的混合物を含有する触媒系に関する。そのような相乗的な組み合わせは、第一、第二脂肪族及び芳香族アルコール類の酸化に特に有用であるが、それらの酸化に限定されない。

選択的にカルボニル化合物へのアルコールの、触媒による酸化は、合成有機化学における多くの重要な変換には欠くことができない。文献において、多数の酸化剤が報告されており、それらのほとんどは、クロム及びマンガンのような遷移金属酸化物に基づいている（Ｓ．Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｍｉｔｃｈｅｌｌ、Ｅｎｃｉｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、４版、Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、ニューヨーク、２巻、４８１頁（１９９２年）；Ｈｕｄｌｉｃｋｙ，Ｍ．、“Ｏｘｉｄａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”、ＡＣＳ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ Ｎｏ．１８６ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ．Ｃ．（１９９０年）；Ｓｈｅｌｄｏｎ Ｒ．Ａ．、Ｋｏｃｈｉ Ｊ．Ｋ．、Ｍｅｔａｌ Ｃａｔａｌｉｚｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、ニューヨーク、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９８１年；Ｌｅｙ，Ｓ．Ｖ．、Ｍａｄｉｎ，Ａ．、Ｉｎ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ、Ｔｒｏｓｔ Ｂ．、Ｆｌｅｍｉｎｇ，Ｉ．編；Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｏｘｆｏｒｄ、１９９１年；７巻、２５１頁；Ｍｉｊｓ，Ｗ．Ｊ．、ＤｅＪｏｎｇｅ，Ｃ．Ｒ．Ｈ．Ｉ．、Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｂｙ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ；Ｐｌｅｎｕｍ：ニューヨーク、１９６８年）。記載された方法は、取り扱い及び処分に関する重大な問題を生じる、理論量の無機酸化剤、一般的に高毒性のクロム化合物又はマンガン化合物の使用を必要とする。

第一アルコール及び第二アルコールの酸化に特に便利な操作がＡｎｅｌｌｉ及び共同研究者らにより報告されている（Ｊ．Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８７、５２、２５５９；Ｊ．Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９８９、５４、２９７０）。その酸化は、触媒としてＴＥＭＰＯ及び酸化剤として安価で容易に接近可能なＮａＯＣｌを用いて２相系（ＣＨ_２Ｃｌ_２−水）において行われている。助触媒ＫＢｒは反応速度を高め、水性相は、ＮａＨＣＯ_３を用いてｐＨ８．５−９．５において緩衝される。相間移行触媒としての第四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。同じ操作が、触媒量のＴＥＭＰＯ及びＮａＯＣｌの存在下で酸化剤としてＮａＣｌＯ_２を用いることにより改変された。それにより、主生成物としてカルボン酸の生成がもたらされた（米国特許第６，１２７，５７３号）。

米国特許第５，８５６，５８４号においてＰｒａｋａｓｈらは、３，３−ジメチル−１−ブタノールの酸化のための同様な操作を報告している。その操作によると、３，３−ジメチル−１−ブタノールは、反応溶媒としてＣＨ_２Ｃｌ_２を用いて２相系においてＮａＯＣｌで３，３−ジメチル−１−ブタナールに酸化される。効率の良い触媒系として、安定な２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジニルオキシ遊離基及びＫＢｒが用いられて８０％の単離収率で望ましいアルデヒドが生成される。

第一及び第二アルコールの酸化に特に効率の良い方法が米国特許出願番号６０／４４３，７４９においても報告された。その酸化は、−５℃乃至０℃の温度で触媒としてＴＥＭＰＯ、助触媒としてＮａ_２Ｂ_４Ｏ_７及び酸化剤としてＮａＯＣｌを用いて行われる。その操作は反応溶媒を必要とせず、ＫＢｒ促進剤を用いずに行われる。水性相は、ＮａＨＣＯ_３を用いてｐＨ８．７−９．２において緩衝される。その操作により、少量の塩素化炭化水素不純物が生成される。

工業用の、効率的で容易に入手可能な触媒、及び過酸化水素、ヒドロペルオキシド類又は分子酸素のような「きれいな」酸化剤のための研究はまだ努力目標である（Ｄｉｊｋｓｍａｎ，Ａ．、Ａｒｅｎｄｓ Ｉ．Ｗ．Ｃ．Ｅ．及びＳｈｅｌｄｏｎ Ｒ．、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９９９、１５９１−１５９２；Ｍａｒｋｏ Ｉ．Ｅ．、Ｐ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ、Ｔｓｕｋａｚａｋｉ Ｍ．、Ｂｒｏｗｎ Ｓ．Ｍ．及びＵｒｃｈ Ｃ．Ｊ．、Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９６９６，２７４，２０４４）。ＲｕＣｌ_３−ＮａＢｒＯ_３（Ｋｏｎｅｍｏｔｏ Ｓ．、Ｔｏｍｏｉｏｋａ Ｓ．、Ｏｓｈｉｍａ Ｋ．）、Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ． Ｊａｐａｎ、１９８６年、５９巻、Ｎ１、１０５頁、Ｂｕ_４ＮＲｕＯ_４−４−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、Ｎ２１、１６２５頁、Ｈ_２Ｏ_２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）のような効力の種々の程度で第一アルコールのアルデヒドへの選択的酸化を触媒するための多数の遷移金属錯体及び酸化剤が報告されている。記載された方法は、総収量が低く、それらのいくつかは貴金属錯体又は高価な第一酸化剤の使用を必要とするので、その使用は限定されている。

アルコールの好気的酸化の分野においては、現在、効率的な系はほとんど存在しない。最近、ＴＥＭＰＯ及びＭｎ（ＮＯ_３）_２−Ｃｏ（ＮＯ_３）_２又はＭｎ（ＮＯ_３）_２−Ｃｕ（ＮＯ_３）_２に基づく触媒系が報告された（Ａ．Ｃｅｃｃｈｅｔｔｏ、Ｆ．Ｆｏｎｔａｎａ、Ｆ．Ｍｉｎｉｓｃｉ及びＦ．Ｒｅｃｕｐｅｒｏ）、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ、４２巻、６６５１−６６５３頁（２００１年）。その酸化は、酢酸溶媒中の出発アルコールの希釈溶液（６−１０ｖ／ｖ％の範囲における）を必要とし、周囲温度及び酸素の大気圧で行われる。その方法の重大な欠点は、事実上、不活性である触媒系をもたらす、アルコール高濃度における触媒の迅速な失活である。このために、直接の工業的な使用は、そのようなプロセスではアルコール高濃度が典型的には必要であるので経済的に実施可能ではない。

第一アルコール類の選択的酸化の分野において報告された広範な研究にもかかわらず、環境的に使いやすい酸化剤として分子酸素を用いる高度に効率的で経済的な酸化法を開発する必要がなお継続して存在する。そのような酸化法を提供することが本発明の目的である。

発明の概要
本発明による方法は、ＴＥＭＰＯ触媒（式Ｉ又はＩＩにより表される）、鉄−ビピリジル錯体助触媒（式ＩＩＩにおいて示される）及びＮ−ブロモスクシンイミド促進剤（構造ＩＶ）の相乗的混合物を含有する触媒系の存在下で分子酸素を用いて第一及び第二アルコールを酸化することを含む。

式（Ｉ）及び（ＩＩ）において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４は独立して同じ又は異なる構造の低級アルキル又は置換されたアルキル基である。Ｒ_５及びＲ_６は水素、アルキルもしくは低級アルコキシであるか、又は一方が水素であり、他方が低級アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルもしく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Ｒ_５とＲ_６はケタールである。Ｙ⁻基はアニオンである。

本発明による助触媒は、金属が元素の周期表のＩＢ族、ＩＶＡ族、Ｖａ族、ＶＩＡ族、ＶＩＩＡ族又はＶＩＩＩ族から選ばれ、配位子は、２，２’−ジピリジル、１，１０−フェナントロリン、２，２’−ジピリジルアミン、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、ジ−２−ピリジルケトン、テトラ−２−ピリジニルピラジン又は２，２’ ：６’，２”−テルピリジンであることができる金属配位子錯体である。

本発明による臭素化促進剤はＮ−ブロモスクシンイミド、Ｎ−ブロモフタルイミド、臭素、ＨＢｒ又は、ＮａＢｒ、ＫＢｒ又はＬｉＢｒのような無機臭化物である。

ＴＥＭＰＯ／助触媒／臭素化促進剤で触媒される酸化は、図式１において示される反応により記載される。これによると、酸化は、いくつかの酸化種が動的平衡で存在するカスケード機構により行われる。理論により縛られることを望まないが、分子酸素が助触媒（Ｆｅ^２＋−ビピリジル錯体）をその酸化形態（Ｆｅ^３＋−ビピリジル錯体）に酸化すると考えられる。次に、Ｂｒ⁻はＢｒＯ⁻に酸化され、ＢｒＯ⁻は、ＴＥＭＰＯの還元形態をオキソニウム形態に変換する。オキソニウム形態は、アルコール官能基をアルデヒドに選択的に酸化すると考えられる。

好ましくは、その反応は酢酸媒体中で純粋な酸素又は空気の雰囲気において、かつ４０−５０℃の範囲の温度で行われる。

本発明の詳細な記載
本発明の方法は、触媒系の存在下で分子酸素を用いて第一及び第二アルコールを酸化することを含む。その触媒系は、ＴＥＭＰＯ触媒（式Ｉ又はＩＩにより表される）、鉄−ビピリジル錯体助触媒（式ＩＩＩにおいて示される）及びＮ−ブロモスクシンイミド促進剤（構造ＩＶ）の相乗的混合物を含有する。

本発明において用いられる、第一又は第二アルコールという用語は、第一又は第二ヒドロキシル基を有する有機化合物を記載する。本明細書において用いられる、低級アルコールという用語は、１乃至１０の炭素原子を有するアルコールを指し、一方、本明細書において用いられる、高級アルコールという用語は、１１以上の炭素原子を有するアルコールを指す。それらの第一及び第二アルコールの例には、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール及びイソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール及び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、ヘプチルアルコール、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のようなアルコールが含まれる。不飽和アルコールの例には、３−メチル−３−ブテン−１−オール、アリルアルコール、クロチルアルコール及びプロパルギルアルコールが含まれる。芳香族アルコールの例には、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等が含まれる。

本明細書において用いられる、ＴＥＭＰＯ系触媒という用語は、先の式Ｉ又はＩＩの化合物を指す。式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４は、独立して同じ又は異なる構造の低級アルキル基又は置換されたアルキル基である。Ｒ_５及びＲ_６は両方とも水素、アルキルもしくは低級アルコキシであるか、又は一方が水素であり、他方が低級アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルもしく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共同して酸素又はケタールであることができる。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−ヘキシル等のような８以下の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖の飽和炭化水素基を意味する。用語「低級アルコキシ基」は、メトキシ、エトキシ等のような、酸素原子により結合され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、酸素原子により結合され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、カルボニル基により結合された低級アルキル基を意味し、アセチル、プロピオニル等のような基により表される。用語「低級カルボニルアミノ」は、アセチルアミノ等のような窒素原子により結合された低級アルキルカルボニル基を意味する。

本発明における使用のために企図されるＴＥＭＰＯ系化合物の例には、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン Ｎ−オキシル（ＴＥＭＰＯ）、並びに４−メトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−エトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アセトキシ−ＴＥＭＰＯ、４−アセトアミノ−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−オキソ−ＴＥＭＰＯを含む２，２，６，６−テトラメチルピペリジン Ｎ−オキシル（ＴＥＭＰＯ）の４−置換誘導体、並びにＣｈｉｍａｓｏｒｂ ９４４としても知られている、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］のようなＴＥＭＰＯのポリマー化合物が含まれるが、それらに限定されない。先に記載された化合物のいずれかの固定された形態も用いられ得る。固体支持体として、ポリマー類、複合物類、炭素物質類、又は酸化アルミニウム又は酸化チタンのような無機担体のような物質を用いることができる。ＴＥＭＰＯ触媒の固定化は、例えば、表面における物理的吸着により、又は有機もしくは無機結合物質により結合することにより行われ得る。

本発明による助触媒は、元素の周期表のＩＢ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族、ＶＩＡ族、ＶＩＩＡ族又はＶＩＩＩ族からの少なくとも一つの金属原子又はイオンを含有する金属塩及び金属−配位子錯体を含む群から選ばれる。

本発明において用いられ得る、適する金属カチオンには、Ｆｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｍｎ^３＋、Ｃｏ^２＋、Ｃｏ^３＋が含まれるが、それらには限定されない。塩を形成するのに用いられるアニオン種は、ニトレート類、ブロミド類、クロリド類、ホスフェート類、スルフェート類、アセテート類、アセチルアセトネート類等であり得る。それらの塩は、独立して又は２つ以上の金属種のいずれかの組み合わせで用いられ得る。一つ又は複数の金属塩は、２，２’−ジピリジル、１，１０−フェナントロリン、２，２’−ジピリジルアミン、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、ジ−２−ピリジルケトン、テトラ−２−ピリジニルピラジン、又は２，２’：６’，２”−テルピリジン、エチレンジアミンテトラ酢酸もしくは二ナトリウム塩、８−ヒドロキシキノリン又はフタロシアニンのような配位子との錯体形態でも用いられ得る。金属−配位子錯体は、現場で（すなわち反応中に）製造され得るか又は個別の工程で合成された予備生成された化合物として用いられ得る。金属錯体は又、均一種としても用いられ得るか又は最初に金属イオンを固定し、次に配位子を結合するか、又は最初に配位子を固定し、次に金属イオンをキレート化支持体に配位することにより固体支持体に結合され得る。固体支持体として、イオン交換樹脂、無機酸化物、水酸化物、ゼオライト、クレー、ポリオキソメタレート、炭素支持体及び合成又は天然産繊維を用いることができる。固体支持体として樹脂が用いられる場合、その樹脂は、例えば、いずれかの多孔質タイプ又はゲルタイプの樹脂であることができる。特に好ましい樹脂はＤｏｗｅｘ ＭＳＣ−１である。固体支持体がクレー物質である場合、いずれかの天然産又は合成のクレーであることができる。特に好ましいクレーはモンモリロナイトＫである。固定化技術には、（ｉ）金属塩を固定し、それに続く配位子との反応、（ｉｉ）配位子を固定し、それに続く金属塩の結合、（ｉｉｉ）予備生成された金属−錯体を固定化すること、が含まれるが、それらに限定されない。

本発明による臭素化促進剤は、Ｎ−ブロモスクシンイミド、Ｎ−ブロモフタルイミド、臭素、ＨＢｒ、又はＮａＢｒ、ＫＢｒもしくはＬｉＢｒのような無機臭化物である。

本明細書で用いられる酸化剤という用語は、活性酸素を助触媒に移行させることができるか、又はＴＥＭＰＯ触媒の還元形態を直接酸化させる（図式１）ことができる化合物を意味する。用いられ得る、適する酸化剤には、分子酸素、空気、過酸化水素、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、有機ヒドロペルオキシド、過カルボン酸等が含まれるが、それらに限定されない。より特定すると、好ましい酸化剤は分子酸素及び空気である。酸素又は空気が用いられる場合、周囲圧力が用いられ得る。しかし、加圧酸素又は加圧空気は一定の用途において利点を有し得る。過酸化水素、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、有機ヒドロペルオキシド又は過カルボン酸のような酸化剤が用いられる場合、用いられる基質に基づいて１０％乃至２００％のモル％が用いられ得る。

本発明の方法における溶媒の存在は、触媒組成物を溶解するための量、必要である。特に好ましい溶媒には、酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、クロロホルム、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテルが含まれるが、それらに限定されない。特に好ましい溶媒は酢酸である。

本反応は、比較的広い範囲の温度で行われ得る。目標が、対応するアルデヒドの選択的生成である場合、好ましい温度は４０−５５℃の範囲である。酸が望ましい反応生成物である場合、好ましい温度は５５−６５℃である。本発明の方法は、２つの相（有機相及び気相）を十分に接触させることができ、同時に反応温度を望ましい範囲内に維持することができる、いずれかの従来のバッチの、セミバッチの又は連続的な流通反応器（ｆｌｏｗ ｒｅａｃｔｏｒ）において行われ得る。

本発明の一つの態様によると、酸化は、下記のように行われる：
１．ＴＥＭＰＯ触媒、金属塩、配位子及び臭素化促進剤の氷酢酸中の溶液を調製。
２．その触媒溶液へのアルコール基質の添加。
３．攪拌された反応溶液を酸素雰囲気下で望ましい温度に加熱。
４．酸素取り込みをモニターし、酸素取り込みが完了した後にその反応溶液を冷却。
５．その反応混合物を水の添加により相分離及び有機相を回収。

本発明の他の態様によると、酸化は、予備生成された金属−キレート錯体を用いて行われ、下記の工程から成る：
１．ＴＥＭＰＯ触媒、金属−キレート及び臭素化促進剤の氷酢酸中の溶液を調製。
２．その触媒溶液へのアルコール基質の添加。
３．攪拌された反応溶液を酸素雰囲気下で望ましい温度に加熱。
４．酸素取り込みをモニターし、酸素取り込みが完了した後にその反応溶液を冷却。
５．その反応混合物を水の添加により相分離及び有機相を回収。

本発明の方法において、ＴＥＭＰＯ触媒は、好ましくは０．００１−１０．０モル％、より好ましくは約０．１−１モル％の濃度で用いられる。金属−キレート助触媒は、好ましくは０．００１−１０モル％、より好ましくは約０．１−１モル％の濃度で用いられる。臭素化促進剤は、好ましくは０．００１−１０モル％、より好ましくは０．１−１モル％の濃度で用いられる。分子酸素が末端酸化剤である場合、プロセス圧力は、好ましくは０−５００ｐｓｉの範囲、最も好ましくは０−３０ｐｓｉの範囲である。望ましい生成物が３，３−ジメチル−１−ブタナール（３，３−ジメチルブタノールの選択的酸化において）である場合、プロセス温度は、好ましくは２０−８０℃、より好ましくは４０−５０℃である。

反応が完了したら、適量の水、飽和塩溶液の添加による相分離、又は抽出により、粗３，３−ジメチル−１−ブタナールを単離する。抽出において用いられる溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メチル、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、ヘプタンのような不活性の非プロトン溶媒の群から選ばれ得る。過剰の溶媒は、望ましいアルデヒドの単離後に再循環され得る。特に好ましい溶媒はメチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル及び酢酸エチルである。粗３，３−ジメチル−１−ブタナールは、蒸留、分留、バッチもしくは連続式、又は３，３−ジメチル−１−ブタナールを濃縮するための薄膜蒸発器の使用を含むいくつかの方法で回収され得る。粗３，３−ジメチル−１−ブタナールは又、米国特許第５，９０５，１７５号に記載されているように精製され得る。精製された３，３−ジメチル−１−ブタナールを得るための好ましい精製工程は、１００−１０６℃及び大気圧における蒸留を含む。

本発明の方法により製造された３，３−ジメチル−１−ブタナールは、高度に純粋なＮ−［Ｎ−（３，３−ジメチルブチル）−Ｌ−α−アスパルチル］−Ｌ−フェニルアラニンメチルエステル（ネオターム）の合成に適している。

下記の例は、例示的な目的のみのために提供されており、権利請求される本発明は、以下に記載された例に限定されると解釈すべきではない。

例Ｉ−比較例１
例Ｉは、分子酸素を用いてアルコールの好気的酸化に最も有効な触媒系の一つであると記載されている、Ａ．Ｃｅｃｃｅｔｏ、Ｆ．Ｆｏｎｔａｎａ、Ｆ．Ｍｉｎｉｓｃｉ及びＦ．ＲｅｃｕｐｅｒｏによりＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ、４２巻（２００１年）、６６５１−６６５３頁に報告された条件と類似の条件下で行った対照となる酸化反応を示すものである。この酸化反応を一定の体積、一定の圧力体積系で行った。それらの実験で用いられたガラスのオートクレーブは、熱電対、隔壁取り付け添加口及びテフロン（登録商標）被覆磁気攪拌棒を装備したジャケット付きの反応フラスコであった。その反応フラスコは、その反応の進行に伴って気体取り込みが自動的に測定され、記録され得る酸素送出単位装置に連結されていた。その反応器は、少なくとも５回、交互に、排気し、酸素でパージし、１２００ＲＰＭにおける一定の攪拌下で触媒溶液の温度を４５℃の目的値に上昇させた。

５１ｍｇのＭｎ（ＮＯ_３）_２Ｈ_２Ｏ（０．２０５ミリモル）、６０ｍｇのＣｏ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ（０．２０５ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び７ｃｃの氷酢酸をジャケット付きガラス反応器に装入した。攪拌を開始し、サーモスタットで調温した液体を反応器ジャケット中に流し、触媒溶液温度を４５℃にした。温度が目的値に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して８，２００ｍｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（７６．６ミリモル）を注入した。攪拌速度を１５００ＲＰＭに設定し、この時に酸素の取り込みのモニタリングを開始し、時間に対し記録した。３００分の反応時間まで、酸素の取り込みは記録されず、この初期のアルコール基質の高装填量において触媒系は不活性であることを示していた。この反応は、図表０１、曲線１、ＮＳ１０２８に示されている。

例ＩＩ−比較例２
例ＩＩは、同じ文献、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ、４２巻（２００１年）、６６５１−６６５３頁に報告された第二の触媒系を用いて例Ｉと同じ条件下での第二の対照酸化反応を示す。

５１．０ｍｇのＭｎ（ＮＯ_３）_２Ｈ_２Ｏ（０．２０５ミリモル）、４９．５ｍｇのＣｕ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ（０．２０５ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その反応器は、少なくとも５回、交互に、排気し、酸素でパージし、１５００ＲＰＭにおける一定の攪拌下で触媒溶液の温度を４５℃の目的値に上昇させた。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して８，２００ｍｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（７６．６ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．０１６ミリモルＯ_２／分であり、３００分の反応時間後のＧＣ分析では、望ましい３，３−ジメチル−１−ブタナールの痕跡量が示された。この反応も、図表０１、曲線２、ＮＳ１０２９に示されている。

図表１のデーターは、アルコール高濃度の反応条件下で、両触媒系は事実上、不活性であり、記録された反応速度では、この操作は、実際の適用では経済的に実施不可能になることを示している。

例ＩＩＩ
例ＩＩＩは、本発明の触媒系を用いて３，３−ジメチル−１−ブタノールの３，３−ジメチル−１−ブタナールへの酸化を示す。

１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その反応器は、少なくとも５回、交互に、排気し、酸素でパージし、１５００ＲＰＭにおける一定の攪拌下で触媒溶液の温度を４５℃の目的値に上昇させた。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して８，２００ｍｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（７６．６ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．２０５ミリモルＯ_２／分であり、２５０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの９５．２％の変換及び望ましい３，３−ジメチル−１−ブタナールへの９６．２％選択性が示された。この反応も、図表０１、曲線３、ＮＳ１０１６に示されている。

例ＩＶ
例ＩＶは、例ＩＩＩとの直接の比較において、アルコールの高濃度においてさえ用いられる触媒組成物の可能性を示している。

１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その触媒溶液の溶解及びサーモスタットによる調温は、例ＩＩＩにおけるように行った。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して９，８４０ｍｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（９１．９ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．１８４ミリモルＯ_２／分であり、４２０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの８９．２％の変換及び望ましい３，３−ジメチル−１−ブタナールへの９７．４％選択性が示された。この反応も、図表０１、曲線４、ＮＳ１０２７に示されている。

例Ｖ
例Ｖは、酸素で反応器をパージし、温度を上げる前に、触媒溶液及びアルコールを反応器に装入するという添加手順を示す。

１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）、８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）及び８，２００ｍｇの３，３−ジメチル−１−ブタノール（７６．６ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その触媒溶液の溶解及びサーモスタットによる調温は、例ＩＩＩにおけるように行った。その温度が４５℃に達したときに、攪拌速度を１，５００ＲＰＭに設定し、この時に、酸素の取り込みのモニタリングを開始した。記録された酸素の取り込み速度は０．２２０ミリモルＯ_２／分であり、２３０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの９６．３％の変換及び望ましい３，３−ジメチル−１−ブタナールへの９８．５％選択性が示された。この反応も、同じ図表０１、曲線５、ＮＳ１０１９に示されている。

例ＶＩ
１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その触媒溶液の溶解及びサーモスタットによる調温は、例ＩＩＩにおけるように行った。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して７，８３０ｍｇの１−ヘキサノール（７６．６ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．２７８ミリモルＯ_２／分であり、１８０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの９０．３％の変換及び望ましい１−ヘキサナールへの９３．１％選択性が示された。

例ＶＩＩ
１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その触媒溶液の溶解及びサーモスタットによる調温は、例ＩＩＩにおけるように行った。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して８，９００ｍｇの１−ヘプタノノール（７６．６ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．２７１ミリモルＯ_２／分であり、１８０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの９８．５％の変換及び望ましい１−ヘプタナールへの８９．７％選択性が示された。

例ＶＩＩＩ
１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その触媒溶液の溶解及びサーモスタットによる調温は、例ＩＩＩにおけるように行った。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して６，５９７ｍｇの３−メチル−３−ブテン−１−オール（７６．６ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．１７３ミリモルＯ_２／分であり、２１０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの１００％の変換及び望ましい３−メチル−３−ブテン−１−アールへの９５．１％選択性が示された。

例ＩＸ
１７０ｍｇのＦｅ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ（０．４１６ミリモル）、６６ｍｇの２，２’−ビピリジル（０．４１６ミリモル）、８５ｍｇのＴＥＭＰＯ（０．５３６ミリモル）及び８０ｍｇのＮ−ブロモスクシンイミド（０．４５ミリモル）を氷酢酸（７ｃｃ）中に溶解し、その溶液をジャケット付きガラス反応器に移した。その触媒溶液の溶解及びサーモスタットによる調温は、例ＩＩＩにおけるように行った。その温度が４５℃に達したときに、気密注入器を用いて隔壁アダプターを通して８，２５０ｍｇのベンジルアルコール（７６．６ミリモル）を注入した。記録された酸素の取り込み速度は０．５８７ミリモルＯ_２／分であり、７０分の反応時間後のＧＣ分析では、出発アルコールの１００．０％の変換及び望ましいベンジルアルデヒドへの１００．０％選択性が示された。

Claims (37)

1. （ａ）第一アルコール類及び第二アルコール類から成る群から選ばれるアルコール類をアルデヒド類又はケトン類に酸化する方法であり、前記のアルコールを、（ｉ）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る第一の触媒、（ｉｉ）金属塩、及び金属塩と配位子の錯体を含む群から選ばれる第二の触媒、並びに（ｉｉｉ）Ｎ−ブロモイミド、有機臭化物及び無機臭化物から成る群から選ばれる臭素化促進剤とともに含有する溶液を生成する（前記アルコールは前記溶液の基質として作用する）工程、（ｂ）前記溶液中の前記アルコールを酸化剤と反応させ、前記のアルデヒド又はケトンを製造する工程を含む方法。
2. 前記の第一アルコール類及び第二アルコール類が、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール及びイソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール及び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、ヘプチルアルコール、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、３−メチル−３−ブテン−１−オール、アリルアルコール、クロチルアルコール及びプロパルギルアルコールを含むが、それらに限定されない不飽和アルコール、並びに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を含むが、それらに限定されない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. 前記の第一の触媒が、式、
   

   

   
   

   

   
   （式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４は、独立して同じ又は異なる構造の低級アルキル基又は置換されたアルキル基であり、Ｒ_５及びＲ_６は両方とも水素であるかもしくは低級アルコキシであるか、又は一方が水素であり、他方が低級アルコキシ、ヒドロキシ、アミノ、アルキルもしく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Ｒ_５及びＲ_６は共同して酸素又はケタールであることができ、Ｙ⁻基はアニオンである）を有する２，２，６，６−テトラメチルピペリジニルオキシ触媒から成る群から選ばれる、請求項１に記載の方法。
4. 触媒が基質アルコールのモル％に基づいて約０．００１−１０モル％の量で存在する、請求項３に記載の方法。
5. 前記の第一の触媒が、４−メトキシ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−エトキシ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−アセトキシ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−アセトアミノ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−ヒドロキシ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−ベンゾイルオキシ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−アミノ−テトラメチルピペリジニルオキシ、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−テトラメチルピペリジニルオキシ、４−オキソ−テトラメチルピペリジニルオキシ、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］］及び先の群に記載した触媒の組み合わせから成る群から選ばれる、請求項３に記載の方法。
6. 第二の触媒が、カチオン成分がＦｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｍｎ^３＋、Ｃｏ^２＋、Ｃｏ^３＋を含む金属カチオンの群から選ばれ、アニオン成分がニトレート、ブロミド、クロリド、ホスフェート、スルフェート、アセテート及びアセチルアセトネートを含む群から選ばれる、塩の群から選ばれる、請求項１に記載の方法。
7. 第二の触媒が、１）カチオン成分がＦｅ^２＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｕ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｍｎ^３＋、Ｃｏ^２＋、Ｃｏ^３＋を含む金属カチオンの群から選ばれ、アニオン成分がニトレート、ブロミド、クロリド、ホスフェート、スルフェート、アセテート及びアセチルアセトネートを含む群から選ばれる、金属塩、並びに２）２，２’−ジピリジル、１，１０−フェナントロリン、２，２’−ジピリジルアミン、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、ジ−２−ピリジルケトン、テトラ−２−ピリジニルピラジン、２，２’：６’，２”−テルピリジン、エチレンジアミンテトラ酢酸又はその二ナトリウム塩、８−ヒドロキシキノリン並びにフタロシアニンを含む群から選ばれる配位子、の錯体を含む群から選ばれる、請求項１に記載の方法。
8. 前記錯体が、前記金属塩及び前記配位子の前記溶液への別々の添加により生成され、それによって、その錯体は現場で生成される、請求項７に記載の方法。
9. 第二の触媒がＦｅ−２，２’−ビピリジル錯体である、請求項７に記載の方法。
10. 第二の触媒の濃度が基質に基づいて０．０１−２０モル％である、請求項９に記載の方法。
11. 第二の触媒がＦｅ−１，１０−フェナントロリン錯体である、請求項８に記載の方法。
12. 第二の触媒の濃度が基質に基づいて０．０１−２０モル％である、請求項８に記載の方法。
13. Ｆｅ−２，２’−ビピリジル錯体がイオン交換樹脂に固定される、請求項８に記載の方法。
14. イオン交換樹脂がＤｏｗｅｘ ＭＳＣ−１である、請求項１３に記載の方法。
15. Ｆｅ−２，２’−ビピリジルがクレー物質に固定される、請求項８に記載の方法。
16. クレー物質がモンモリロナイトＫである、請求項１５に記載の方法。
17. 臭素化促進剤が、Ｎ−ブロモイミド、並びにＮ−ブロモスクシンイミド、Ｎ−ブロモフタルイミド、臭素、ＨＢｒのような有機臭化物又は無機臭化物又はＮａＢｒ、ＫＢｒ又はＬｉＢｒのような無機臭化物から成る群から選ばれる、請求項１に記載の方法。
18. 臭素化促進剤がＮ−ブロモスクシンイミドである、請求項１７に記載の方法。
19. 臭素化促進剤の濃度が、基質アルコールのモル％に基づいて０．０１−２０モル％である、請求項１７に記載の方法。
20. 酸化剤が、分子酸素、空気、過酸化水素、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、有機ヒドロペルオキシド及び過カルボン酸を含む群から選ばれる、請求項１に記載の方法。
21. アルコール溶液への一つ以上の溶媒の添加をさらに含む、請求項１に記載の方法。
22. 前記溶媒が、酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、クロロホルム、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、及び先の群からの溶媒の混合物を含む群から選ばれる、請求項２１に記載の方法。
23. 前記溶媒が、用いられた基質の容量に基づいて０％乃至約８０％の量で存在する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記酸化が溶媒の不存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
25. 反応温度が−１０℃乃至１００℃の範囲に維持される、請求項１に記載の方法。
26. 反応圧力が０ｐｓｉ−５００ｐｓｉの範囲に維持される、請求項１に記載の方法。
27. 蒸留、分留、バッチもしくは連続式のいずれか、又は薄膜蒸発器を含む群から選ばれる精製法の使用による前記アルデヒド又はケトンの精製の付加的工程を含む、請求項１に記載の方法。
28. ３，３−ジメチルブタノールを酸化剤と反応させる工程を含む、３，３−ジメチル−１−ブタナールの製造法であり、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を含む群から選ばれる触媒、２，２’−ジピリジル又は１，１０−フェナントロリンのような配位子とキレート化されたＦｅ^２＋又はＦｅ^３＋ニトレートの群から選ばれる助触媒、Ｎ−ブロモイミド類又は無機ブロミドの群から選ばれる臭素化促進剤を含有する溶液中に存在する、方法。
29. 酸化剤が、分子酸素、空気、過酸化水素、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、有機ヒドロペルオキシド及び過カルボン酸を含む群から選ばれる、請求項２８に記載の方法。
30. 酸化剤が、分子酸素及び空気から成る群から選ばれる、請求項２８に記載の方法。
31. 酸化剤が、用いられた基質に基づいて約１０モル％乃至約２００モル％の量で存在する、請求項２８に記載の方法。
32. 一つ以上の付加的な溶媒の、アルコール溶液への添加をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
33. 前記溶媒が、酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、クロロホルム、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、及び先の群の溶媒の混合物から選ばれる、請求項３２に記載の方法。
34. 前記方法が、溶媒の不存在下で行われる、請求項２８に記載の方法。
35. 反応温度が−１０℃乃至１００℃の範囲に維持される、請求項２８に記載の方法。
36. 反応圧力が０ｐｓｉ−５００ｐｓｉの範囲に維持される、請求項２８に記載の方法。
37. 蒸留、分留、バッチもしくは連続式のいずれか、又は薄膜蒸発器による、粗アルデヒド又は粗ケトンの精製の付加的工程を含む、請求項２８に記載の方法。