JP2010013426A - Method for producing epoxy ketones - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エポキシケトン類を製造する方法に関し、より詳細には、過酸化水素と共役エノン類を用いてエポキシケトン類を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing epoxy ketones, and more particularly to a method for producing epoxy ketones using hydrogen peroxide and conjugated enones.
エポキシケトン類は、分子内にエポキシドとカルボニル部位を有する化合物であり、各種用途に利用されている。エポキシケトン類は、香料配合剤、医農薬中間体として重要である。特に、位置選択的なエポキシド開環による物質変換は工業的にも利用価値が高い。 Epoxy ketones are compounds having an epoxide and a carbonyl moiety in the molecule, and are used in various applications. Epoxy ketones are important as flavoring agents and intermediates for medicines and agricultural chemicals. In particular, the material conversion by regioselective epoxide ring opening has high utility value industrially.
一般にエポキシケトン類の合成は、無触媒では反応速度が極めて遅く、副反応も多い。このため、エポキシケトン類は、触媒を使用して製造するのが一般的である。 In general, the synthesis of epoxy ketones has a very slow reaction rate and many side reactions without catalyst. For this reason, epoxy ketones are generally produced using a catalyst.
例えば、エポキシケトン類の例として、2,3−ポキシ−1−シクロヘキサノンの製法としては、従来からアルカリ金属塩と大量の過酸化水素を用いて合成する方法が知られている。 For example, as an example of epoxy ketones, a method of synthesizing 2,3-poxy-1-cyclohexanone using an alkali metal salt and a large amount of hydrogen peroxide has been conventionally known.
ところで、反応生成物であるエポキシケトン類内に触媒が残存すると、製品(エポキシケトン類)に悪影響を及ぼす場合がある。よって、エポキシケトン類の生成後には、触媒を取り除くことが好ましい。 By the way, if the catalyst remains in the epoxy ketones which are reaction products, the product (epoxy ketones) may be adversely affected. Therefore, it is preferable to remove the catalyst after the production of epoxy ketones.
また、反応基質の量論量以上の過酸化水素を用いた反応では、反応終了後に過酸化水素を除去する必要があるため、過酸化水素利用効率の高い触媒反応系が望まれている。 In addition, in a reaction using hydrogen peroxide that is greater than the stoichiometric amount of the reaction substrate, it is necessary to remove the hydrogen peroxide after completion of the reaction, and thus a catalytic reaction system with high hydrogen peroxide utilization efficiency is desired.
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、副生物の生成を抑えつつ、目的の構造を有するエポキシケトン類を選択率良く製造し得る方法を提供することにある。 Then, this invention is made | formed in view of the said situation, and it is providing the method which can manufacture the epoxy ketone which has the target structure with sufficient selectivity, suppressing the production | generation of a by-product.
即ち、上記課題を解決する本発明の一手段に係るエポキシケトン類を製造する方法は、アニオン交換性化合物を触媒として用い、酸化剤の存在下、共役エノン類を反応させてエポキシケトン類を製造する方法であって、アニオン交換性化合物として、ボタラッカイト構造を有する化合物を用いる。 That is, the method for producing epoxy ketones according to one means of the present invention for solving the above-mentioned problems is to produce an epoxy ketone by reacting a conjugated enone in the presence of an oxidizing agent using an anion exchange compound as a catalyst. And a compound having a botalakite structure is used as the anion exchange compound.
また、本発明の他の一手段に係るエポキシケトン類を製造する方法は、アニオン交換性化合物を触媒として用い、酸化剤の存在下、共役エノン類を反応させてエポキシケトン類を製造する方法であって、アニオン交換性化合物として、ハイドロタルサイト様化合物を用いる。 Moreover, the method for producing an epoxy ketone according to another means of the present invention is a method for producing an epoxy ketone by reacting a conjugated enone in the presence of an oxidizing agent using an anion exchange compound as a catalyst. Thus, a hydrotalcite-like compound is used as the anion exchange compound.
また、本発明の他の一手段に係るエポキシケトン類を製造する方法は、アニオン交換性化合物を触媒として用い、酸化剤の存在下、共役エノン類を反応させてエポキシケトン類を製造する方法であって、アニオン交換性化合物として、アニオン交換樹脂を用いる。 Moreover, the method for producing an epoxy ketone according to another means of the present invention is a method for producing an epoxy ketone by reacting a conjugated enone in the presence of an oxidizing agent using an anion exchange compound as a catalyst. An anion exchange resin is used as the anion exchange compound.
以上、本発明によれば、過酸化水素とエノン類を反応させて対応するエポキシケトン類を製造するに当たり、アニオン交換性層状化合物を触媒として用いることで、反応活性を高めると共に、副生物の生成を抑えて、目的の構造を有するエポキシケトン類を収率良く製造することができる。 As described above, according to the present invention, in producing a corresponding epoxy ketone by reacting hydrogen peroxide with enones, an anion-exchange layered compound is used as a catalyst, thereby increasing the reaction activity and generating by-products. Thus, epoxy ketones having the target structure can be produced with good yield.
本発明はアニオン交換性層状化合物を触媒とすることで、反応活性を高めて高取率で上記エポキシケトン類を製造できる。 In the present invention, by using an anion-exchange layered compound as a catalyst, the above-mentioned epoxy ketones can be produced with a high yield by increasing the reaction activity.
また、目的化合物(エポキシケトン類)と触媒を容易に分離することができ、繰り返し使用することができる。触媒を容易に分離できるため、反応後の触媒の中和工程を必要としない。また、過剰な過酸化水素の添加を行う必要がないため、副生物の生成が少なく、目的とする構造のエポキシケトン類の生成選択率が良好である。 Moreover, the target compound (epoxy ketones) and the catalyst can be easily separated and can be used repeatedly. Since the catalyst can be easily separated, a neutralization step of the catalyst after the reaction is not required. In addition, since it is not necessary to add an excess of hydrogen peroxide, the production of by-products is small, and the production selectivity of epoxy ketones having the target structure is good.
(実施形態)
以下、本実施形態に係るエポキシケトン類を製造する方法について詳細に説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, the method for producing the epoxy ketones according to the present embodiment will be described in detail.
本実施形態に係るエポキシケトン類を製造する方法は、アニオン交換性化合物を触媒として用い、酸化剤の存在下、エノン類を反応させる。 The method for producing epoxy ketones according to this embodiment uses an anion exchange compound as a catalyst and reacts enones in the presence of an oxidizing agent.
本実施形態において使用される原料エノン類は、α,β−不飽和ケトン類を意味する。α,β−不飽和ケトン類の例としては、限定されるわけではないが、アシルスチレン誘導体や2−シクロアルケン1−オンを挙げることができ、より具体的な例としては、2−シクロペンテン−1−オン、3−メチル−2−シクロペンテン−1−オン、2-シクロヘキセン−1−オン、3−メチル−2−シクロヘキセン−1−オン、ナフトキノン、4−ヘキセン−3−オン、カルコン、2−メチル−2−ペンテン−4−オン、3−ノネン−2−オン、ベンザルアセトン、イソホロン、2−メチル−5−イソプロペニル−2−シクロへキセノン等を例示することができるがこれに限定されない。なお、本実施形態において原料エノン類は固体、液体のいずれであっても良く、形態(荷姿)、純度についても特に制限はない。 The raw material enones used in the present embodiment mean α, β-unsaturated ketones. Examples of α, β-unsaturated ketones include, but are not limited to, acyl styrene derivatives and 2-cycloalkene 1-ones. More specific examples include 2-cyclopentene- 1-one, 3-methyl-2-cyclopenten-1-one, 2-cyclohexen-1-one, 3-methyl-2-cyclohexen-1-one, naphthoquinone, 4-hexen-3-one, chalcone, 2- Examples include, but are not limited to, methyl-2-penten-4-one, 3-nonen-2-one, benzalacetone, isophorone, 2-methyl-5-isopropenyl-2-cyclohexenone, and the like. . In the present embodiment, the raw material enones may be either solid or liquid, and there is no particular limitation on the form (packaging) and purity.
本実施形態において触媒として用いるアニオン交換性化合物は、アニオン交換能を有する化合物であって、(A)ボッタラカイト構造を有する化合物、(B)ハイドロタルサイト様化合物、及び(C)アニオン交換樹脂、の少なくともいずれかを用いる。 The anion exchange compound used as a catalyst in the present embodiment is a compound having anion exchange ability, and includes (A) a compound having a bottalakite structure, (B) a hydrotalcite-like compound, and (C) an anion exchange resin. At least one is used.
本実施形態において(A)ボッタラカイト構造を有する化合物とは、複数の層を有し、かつこれらの層間にアニオンを含有しており、このアニオンの出入りによってアニオン交換を行い得るボッタラカイト構造を有する化合物をいう。 In this embodiment, (A) a compound having a bottalachite structure is a compound having a bottalakite structure that has a plurality of layers and contains anions between these layers, and can perform anion exchange by entering and exiting these anions. Say.
ボタラッカイト構造を有する化合物の例としては、Hydroxy Double Salts(以下「HDSs」)を挙げることができ、その一般式はMI 2+ 1−xMII 2+ 1+x(OH)3(1−y)/zYz− (1+3y)・nH2Oで表される。HDSsはMI 2+(OH)2ブルサイト層を形成するMI 2+が一部欠損しており、その上下にMII 2+が水酸化物層と正四面体型を形成し、その電荷を補償するためにYz−が強制的にMII 2+近傍に存在している。 As an example of a compound having a botalakite structure, there can be mentioned Hydroxy Double Salts (hereinafter “HDSs”), and the general formula thereof is M I 2+ 1-x M II 2+ 1 + x (OH) 3 (1-y) / z Y z− (1 + 3y) · nH 2 O HDSs is deficient part M I 2+ to form a M I 2+ (OH) 2 vulcite layer, M II 2+ to form a hydroxide layer and tetrahedral above and below, to compensate for the charge Therefore , Y z− is forcibly present in the vicinity of M II 2+ .
なおここでMI 2+はNi、Co又はZnであり、MII 2+はCu又はZnである。また、Yは単価又は多価のアニオンであり、Cl−、Br−、I−、NO3−、OAc−、HOCO−、SO4 2−、CO3 2−、PO4 3−等を例示することができる。 Here, M I 2+ is Ni, Co or Zn, and M II 2+ is Cu or Zn. Y is a unitary or polyvalent anion, and examples include Cl − , Br − , I − , NO 3− , OAc − , HOCO − , SO 4 2− , CO 3 2− , PO 4 3−, and the like. be able to.
また特に、上記一般式で示される化合物のうち、Ni−Zn複塩基性塩(以下「NiZn−OAc」という。)は、MI 2+=Ni、MII 2+=Zn2+、Y=AcO−であり、組成式はNi1−xZn2x(OH)2(OAc)2x・nH2O(0.15<x<0.25)であることが好ましい。 In particular, among the compounds represented by the above general formula, Ni—Zn dibasic salt (hereinafter referred to as “NiZn—OAc”) is M I 2+ = Ni, M II 2+ = Zn 2+ , Y = AcO − . The composition formula is preferably Ni 1-x Zn 2x (OH) 2 (OAc) 2x · nH 2 O (0.15 <x <0.25).
上記のアニオン交換型Ni−Zn複塩基性塩は、様々なアニオンを層間に挿入するため、インターカレーション法により調製したものである。インターカレーション法は、イオン選択性の序列を考慮する必要のない非常に簡便な方法で、多くのアニオンに適用可能であり、上記酢酸アニオン型Ni−Zn複塩基性塩の酢酸アニオンを高変換率で他のアニオンに置き換え得る。ここで、インターカレーションとは、層状化合物において、様々な原子、分子あるいはイオンが、層状結晶の層間の弱い結合を破って、該層間に挿入される反応を意味する。 The anion exchange type Ni—Zn dibasic salt is prepared by an intercalation method in order to insert various anions between layers. The intercalation method is a very simple method that does not require consideration of the order of ion selectivity, and can be applied to many anions, and highly converts the acetate anion of the above-mentioned acetate anion-type Ni-Zn dibasic salt. It can be replaced with other anions at a rate. Here, the intercalation means a reaction in which various atoms, molecules or ions break into the weak bond between the layers of the layered crystal and are inserted between the layers in the layered compound.
「炭酸イオン以外のアニオン」としては、種々の無機アニオンや有機アニオンが挙げられる。無機アニオンとしては、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオンなどのハロゲンアニオン: 硫酸アニオン、チオ硫酸アニオン、硝酸アニオン、リン酸アニオン、塩素酸アニオン、過塩素酸アニオン、ケイ酸アニオン、クロム酸アニオン、タングステン酸アニオンなどの無機酸のアニオン; フェリシアンアニオン、フェロシアンアニオンなどの複合アニオン: などが例示できる。有機アニオンとしては、酢酸アニオン、プロピオン酸アニオン、コハク酸アニオン、グルタル酸アニオン、アジピン酸アニオン、安息香酸アニオン、テレフタル酸アニオンなどの単価または多価カルボン酸アニオン: メタンスルホン酸アニオン、ベンゼンスルホン酸アニオン、p-トルエンスルホン酸アニオンなどのスルホン酸アニオン; フェノキシアニオンなどが挙げられる。中でも、塩素イオン、硫酸アニオン、酢酸アニオン、コハク酸アニオン、グルタル酸アニオン、アジピン酸アニオン、テレフタル酸アニオン、フェノキシアニオンが好ましく、フェノキシアニオンが特に好ましい。最も好ましくは、上記芳香族エーテル類の合成に用いるフェノール類と同じ種類のフェノール類由来のフェノキシアニオンである。 Examples of “anions other than carbonate ions” include various inorganic anions and organic anions. As inorganic anions, halogen anions such as fluorine ion, chlorine ion, bromine ion and iodine ion: sulfate anion, thiosulfate anion, nitrate anion, phosphate anion, chlorate anion, perchlorate anion, silicate anion, chromic acid Examples include anions of inorganic acids such as anions and tungstate anions; and complex anions such as ferricyan anions and ferrocyan anions. Organic anions include acetic acid anion, propionate anion, succinate anion, glutarate anion, adipate anion, benzoate anion, terephthalate anion, etc. Sulfonic acid anions such as p-toluenesulfonic acid anion; phenoxy anion and the like. Among these, a chloride ion, a sulfate anion, an acetate anion, a succinate anion, a glutarate anion, an adipate anion, a terephthalate anion, and a phenoxy anion are preferable, and a phenoxy anion is particularly preferable. Most preferably, it is a phenoxy anion derived from the same type of phenol as that used in the synthesis of the aromatic ether.
層状アニオン交換性粘土には、例えば、天然の、ボタラッカイト型化合物が挙げられる。 Examples of the layered anion-exchange clay include natural botalacite type compounds.
ボタラッカイト(botallackite)構造を有するアニオン交換性層状化合物とは、銅系の塩化物およびそのイオン交換誘導体を意味する。「Encyclopedia of Minerals(VAN NOS TRAND REINHOLD COMPANY)」の82頁では、基本構造「Cu2Cl(OH)3」を「Bbotallackite」と分類しているが、本実施形態におけるボタラッカイトは、基本構造「Cu2Cl(OH)3」及びそのイオン交換誘導体であり、「A2(OH)3(X)・nH2O」で表されるものを意味している。ここで、AはCuイオンなどの2価金属イオンであり、同一種の2価金属イオンでもよく、異種の2価金属イオンであってもよい。2価金属イオンとは、例えば、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Caなどの各イオンが挙げられるが、これらの2価金属イオンのみに限定されない。また、1価や3価などの金属イオンも、ボタラッカイト構造を保持し得る限りにおいて、Aに置換し得る。ボタラッカイト型化合物は、「A2(OH)3(X)」で示される複数の層を有し、これらの層間に水(上記「A2(OH)3(X)・nH2O」におけるnH2O)を含有している。 An anion-exchange layered compound having a bottalackite structure means a copper-based chloride and its ion-exchange derivative. On page 82 of “Encyclopedia of Minerals (VAN NOS TRAND REINHOLD COMPANY)”, the basic structure “Cu 2 Cl (OH) 3 ” is classified as “Bbottalackite”. 2 Cl (OH) 3 ”and its ion exchange derivative, which means“ A 2 (OH) 3 (X) · nH 2 O ”. Here, A is a divalent metal ion such as Cu ion, and may be the same type of divalent metal ion or a different type of divalent metal ion. Examples of the divalent metal ion include each ion such as Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, and Ca, but are not limited to these divalent metal ions. In addition, monovalent and trivalent metal ions can be substituted with A as long as they can retain the boratecite structure. Botarakkaito type compounds, nH in a plurality of layers indicated by "A 2 (OH) 3 (X ) ", the water between the layers (the "A 2 (OH) 3 (X ) · nH 2 O " 2 O).
Xは、金属に直接配位し、基本構造におけるClに相当する部位である。このXは、各種アニオンに交換可能である。本実施形態に係るボタラッカィト構造を有する化合物の初期のアニオン種は特に制限されない。例えば、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン(フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオンなど)、有機酸のアニオン(カルボン酸アニオン、フェノキシアニオン類など)、又は無横座のアニオンなどが挙げられる。無機酸のアニオンとしては、硫酸アニオン、亜硫酸アニオン、亜硫酸水素アニオン、亜リン酸アニオン、ホウ酸アニオン、シアン化物アニオン、炭酸アニオン、チォシアン酸アニオン、硝酸アニオン、リン酸アニオン、リン酸水素アニオン、ポリオキシメタレートアニオン(たとえばモリブデン酸アニオン、タングステン酸アニオン、リンタングステン酸アニオン、メタバナジン酸アニオン、ピロバナジン酸アニオン、水素ピロバナジン酸アニオン、ニオブ酸アニオン、タンタル酸アニオンなど)などが含まれる。上記例示のアニオン種の中でも、各種有機酸のアニオン、水酸化物イオン、ハロゲン化物イオンが好ましい。これらの他、過塩素酸イオン(Cl4−)、Mn4−などのオキシアニオン、イソポリイオン、ヘテロポリイオン(A.F.Wells,Structural Inorganic Chemistry,5th Ed,Clarendon Press, Oxford,1984,pp.510−530)、SCN−、酢酸アニオンや、RCOO−、[R:CH3(CH2)n、n=0以上22以下の整数]で表されるモノカルボン酸アニオン、R(COO−)2、 R(COO−)2、[R:(CH2)n、n=0以上22以下の整数]で表されるジカルボン酸アニオン、Si8O20 8−などのケイ酸アニオンなども含まれる。 X is a site that directly coordinates to the metal and corresponds to Cl in the basic structure. This X can be exchanged for various anions. The initial anion species of the compound having the botarakite structure according to this embodiment is not particularly limited. Examples thereof include hydroxide ions, halide ions (fluorine ions, chlorine ions, bromine ions, iodine ions, etc.), organic acid anions (carboxylate anions, phenoxy anions, etc.), or non-conformal anions. Examples of inorganic acid anions include sulfate anion, sulfite anion, bisulfite anion, phosphate anion, borate anion, cyanide anion, carbonate anion, thiocyanate anion, nitrate anion, phosphate anion, hydrogen phosphate anion, polyanion. Oxymetalate anions (for example, molybdate anions, tungstate anions, phosphotungstate anions, metavanadate anions, pyrovanadate anions, hydrogen pyrovanadate anions, niobate anions, tantalate anions, etc.) are included. Among the anionic species exemplified above, anions of various organic acids, hydroxide ions, and halide ions are preferable. In addition to these, oxyanions such as perchlorate ion (Cl 4− ), Mn 4− , isopolyion, and heteropolyion (AF Wells, Structural Inorganic Chemistry, 5th Ed, Clarendon Press, Oxford, 1984, pp. 196 510-530), SCN − , acetate anion, RCOO − , [R: CH 3 (CH 2 ) n, n = 0 to 22], a monocarboxylic acid anion, R (COO − ) 2 , R (COO − ) 2 , [R: (CH 2 ) n, n = 0 to 22], dicarboxylic acid anions, and silicate anions such as Si 8 O 20 8- .
また、基本構造に示したCu2+は2価の金属イオンと交換可能で、Zn2+/Ni2+など10の合成例が報告されており、(Material Research Society of Symposium Proceedings,Vol.371,131−142,1994)、これらは本実施形態に係るボタラッカイト型化合物に含まれる。 Further, Cu 2+ shown in the basic structure can be exchanged for a divalent metal ion, and a synthesis example of 10 such as Zn 2+ / Ni 2+ has been reported (Material Research Society of Symposium Processings, Vol. 371, 131-). 142, 1994), and these are included in the botalakite type compound according to this embodiment.
ボタラッカイト型化合物におけるアニオン種は、銅などの金属イオンに直接配位しており交換性を有するため、構造を維持したまま種々のアニオンと交換が可能であるが、触媒能を示す旨の報告例はこれまでに無い。 The anion species in the botalakite-type compound is directly coordinated to metal ions such as copper and has exchangeability, so it can be exchanged with various anions while maintaining the structure, but it is reported to show catalytic ability Never before.
ボタラッカイト型化合物は、このように結晶構造を維持したままで(すなわち、構造の均一性が保たれたままで)イオン交換可能であるため、高選択性触媒となり得る。また、合成の際に金属酢酸塩(アニオンが酢酸イオンのボタラッカイト型化合物)を用いることができるために、合成条件の融通が利くといったメリットがある。金属酢酸塩を合成に使用した場合には、反応容器の腐食の虞が少ない。また、酢酸アニオンが層間アニオンとして層状構造を形成し易いために、ボタラッカイト型化合物を高い収率で得ることができる。さらに、酢酸アニオンは他のアニオンとの交換が容易であるという特徴もある。 The botalakite type compound can be a highly selective catalyst because it can exchange ions while maintaining the crystal structure (that is, maintaining the uniformity of the structure). In addition, since metal acetate (botarakite type compound whose anion is acetate ion) can be used in the synthesis, there is an advantage that the synthesis conditions are flexible. When metal acetate is used for synthesis, there is little risk of corrosion of the reaction vessel. Further, since the acetic acid anion easily forms a layered structure as an interlayer anion, a botalakite type compound can be obtained in a high yield. Furthermore, the acetate anion is also characterized in that it can be easily exchanged with other anions.
本実施形態において(B)ハイドロタルサイト様化合物とは、複数のブルサイト層を有し、これらの層間にアニオンを含有しており、このアニオンの出入りによってアニオン交換を行い得る化合物をいう。ハイドロタルサイト様化合物の例としては、例えば、天然の又は合成されたハイドロタルサイトや、天然の又は合成されたハイドロタルサイト様化合物(炭酸アニオンを有するハイドロタルサイト様化合物)に、特定の手法を用いて炭酸アニオンを他のアニオンに交換した化合物を挙げることができる。 In the present embodiment, the (B) hydrotalcite-like compound refers to a compound having a plurality of brucite layers, containing an anion between these layers, and capable of anion exchange by entering and exiting the anion. Examples of hydrotalcite-like compounds include, for example, specific techniques for natural or synthesized hydrotalcite and natural or synthesized hydrotalcite-like compounds (hydrotalcite-like compounds having a carbonate anion). A compound in which a carbonate anion is exchanged with another anion using can be mentioned.
ハイドロタルサイト様化合物のブルサイト層は、複水酸化物から構成される層であり、具体的には、ブルサイト[Mg(OH)2]と同様に、2価の金属イオンを中心とする八面体が二次元的に連なって層を構成し、さらに上記2価の金属イオンの一部が3価の金属イオンで置き換えられており、これら複数のブルサイト層の層間のアニオンは、電荷保障のために存在している。 The brucite layer of the hydrotalcite-like compound is a layer composed of a double hydroxide, and specifically, a divalent metal ion is the center as in the case of brucite [Mg (OH) 2 ]. Octahedrons are two-dimensionally connected to form a layer, and some of the divalent metal ions are replaced by trivalent metal ions. Exists for.
なおハイドロタルサイト様化合物は、下記一般式(1)で表される。
上記一般式(1)において、[MII 1−aMIII a(OH)2]が上記ブルサイト層を構成しており、複数のブルサイト層の間に、アニオン(および水分子) [Xm− a/m・nH2O]が存在している。なおこれらのアニオンは交換可能である。 In the general formula (1), [M II 1-a M III a (OH) 2 ] constitutes the brucite layer, and anion (and water molecules) [X m− a / m · nH 2 O] exists. These anions are exchangeable.
上記一般式(1)で示される化合物のうち、MI=Mg、MIII=Al、X=CO3で、a=1/4、m=2、n=1/2であるのがハイドロタルサイトであり、これ以外がハイドロタルサイト様化合物である。天然物としては、このハイドロタルサイトの他、パイロオーロ石(Pyroaurite、MII=Mg、MIII=Fe、X=CO3で、a=1/4、m=2、n=1/2)などが知られている。 Of the compounds represented by the general formula (1), hydrotalys have M I = Mg, M III = Al, X = CO 3 , a = 1/4, m = 2, and n = 1/2. It is a site, and the others are hydrotalcite-like compounds. As natural products, in addition to this hydrotalcite, pyroaurite (Pyroaurite, M II = Mg, M III = Fe, X = CO 3 , a = 1/4, m = 2, n = 1/2), etc. It has been known.
このような層状化合物の詳細は、「Anion Clays:Trends in Pillaring Chemistry」(“Expanded Clays and Other Microporous Solids”,Vol.2,New York,1992年,p.108−169)に開示されている。 Details of such layered compounds are disclosed in "Anion Clays: Trends in Pillaring Chemistry" ("Expanded Clays and Other Microporous Solids", Vol. 2, New York, 1992, p. 108-169).
本実施形態において(C)アニオン交換樹脂とは、官能基にカチオンを有し、アニオンと静電引力で相互作用して、このアニオンの出入りによってアニオン交換を行い得るイオン交換樹脂をいう。 In the present embodiment, (C) anion exchange resin means an ion exchange resin having a cation in a functional group and capable of interacting with an anion by electrostatic attraction and exchanging the anion by entering and exiting the anion.
イオン交換樹脂の化学構造は、三次元的に重縮合した高分子母体にイオン交換性の交換基を化学結合した高分子電解質である。交換基が第4級アンモニウムの場合、強塩基性アニオン交換樹脂と呼ばれ、第1級アミン、第2級アミン又は第3級アミンの場合、弱塩基性アニオン交換樹脂と呼ばれる。 The chemical structure of the ion exchange resin is a polymer electrolyte in which an ion exchange exchange group is chemically bonded to a polymer matrix that is three-dimensionally polycondensed. When the exchange group is quaternary ammonium, it is called a strongly basic anion exchange resin, and when it is a primary amine, secondary amine or tertiary amine, it is called a weakly basic anion exchange resin.
本実施形態において、過酸化水素とエノン類を反応させる際、溶媒を用いて用いなくても良い。溶媒を用いる場合には、水溶媒、有機溶媒又はこれらの混合溶媒を使用できる。 In this embodiment, when hydrogen peroxide and enones are reacted, it is not necessary to use a solvent. In the case of using a solvent, an aqueous solvent, an organic solvent, or a mixed solvent thereof can be used.
また本実施形態において使用できる水以外の溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノールなどの炭素1以上6以下のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等の炭素数3以上6以下のグリコールエーテル類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの炭素数2以上6以下のエーテル類等を挙げることができる。また、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、エチレングリコール等のグリコール類、ピリジン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、エチレンカーボネート等を用いることもできる。 Specific examples of solvents other than water that can be used in the present embodiment include alcohols having 1 to 6 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, hexanol, and cyclohexanol, and ethylene glycol. Examples thereof include glycol ethers having 3 to 6 carbon atoms such as monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether and ethylene glycol monobutyl ether, and ethers having 2 to 6 carbon atoms such as tetrahydrofuran and dioxane. In addition, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone, Ketones such as cyclohexanone, esters such as ethyl acetate and butyl acetate, halogenated hydrocarbons such as dichloromethane and 1,2-dichloroethane, glycols such as ethylene glycol, pyridine, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, ethylene carbonate Etc. can also be used.
本実施形態における反応形態は特に限定されず、例えば上記反応をバッチ方式で実施してもよく、連続方式で実施しても構わない。連続方式の場合は触媒を反応答内に懸濁させることもでき、触媒を固定床として反応原料を通過させることで反応を進行させることもできる。また、本実施形態に係る方法では、原料は反応中に均一に混合していることが好ましいが、反応できる状態にある限り2相に分離していても構わない。 The reaction form in this embodiment is not specifically limited, For example, the said reaction may be implemented by a batch system and may be implemented by a continuous system. In the case of a continuous system, the catalyst can be suspended in the anti-response, and the reaction can be advanced by passing the reaction raw material through the catalyst as a fixed bed. In the method according to this embodiment, the raw materials are preferably mixed uniformly during the reaction, but may be separated into two phases as long as they can be reacted.
上記反応の実施に際しては、原料仕込み量、触媒量、溶媒量、反応時間および反応温度は特に制限されず、目的とするエポキシケトン類の構造に応じてこれらの条件を適宜選択すればよい。 In carrying out the above reaction, the amount of raw material charged, the amount of catalyst, the amount of solvent, the reaction time and the reaction temperature are not particularly limited, and these conditions may be appropriately selected according to the structure of the target epoxy ketone.
例えば、エノン類として2−シクロアルケン−1−オンを用いて、対応するエポキシケトン類を製造する場合には、以下の条件を採用することが望ましい。原料仕込み量は、反応させるべきエノン類の量に対し、過酸化水素の量を、モル比で0.1以上5.0以下とすることが好ましく、経済性の観点からは、1.0以上2.0以下とすることがより好ましい。さらに好ましくは1.0以上1.2以下である。 For example, when producing a corresponding epoxy ketone using 2-cycloalkene-1-one as an enone, it is desirable to employ the following conditions. The amount of raw material charged is preferably 0.1 to 5.0 in terms of molar ratio of hydrogen peroxide with respect to the amount of enones to be reacted. More preferably, it is 2.0 or less. More preferably, it is 1.0 or more and 1.2 or less.
触媒量、溶媒量、反応時間および反応温度は、目的とするエポキシケトン類の構造によらず、以下の範囲内から選択することが推奨される。 The catalyst amount, solvent amount, reaction time, and reaction temperature are recommended to be selected from the following ranges regardless of the structure of the target epoxy ketones.
触媒量は、触媒を含む反応液全体積に対して、1体積%以上70体積%以下とすることが好ましく、さらに好ましくは5体積%以上30体積%以下である。 The amount of the catalyst is preferably 1% by volume or more and 70% by volume or less, more preferably 5% by volume or more and 30% by volume or less with respect to the total volume of the reaction liquid containing the catalyst.
溶媒量は、原料であるエノン類に対し、質量比で0以上50以下とすることが好ましく、さらに好ましくは0以上25以下である。 The amount of the solvent is preferably 0 or more and 50 or less, and more preferably 0 or more and 25 or less, by mass ratio with respect to the enones that are raw materials.
また反応温度は30℃以上80℃以下とすることが好ましく、30℃以上60℃以下とすることがより好ましい。反応時間は、生産性を考慮すると1時間以上24時間以内とすることが好ましく、1時間以上12時間以下とすることがより好ましい。 The reaction temperature is preferably 30 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and more preferably 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. In view of productivity, the reaction time is preferably 1 hour or more and 24 hours or less, and more preferably 1 hour or more and 12 hours or less.
本実施形態により得られるエポキシケトン類は、エポキシドのα位にカルボニル基を持つ構造を有している。また本実施形態に係る方法により製造されるエポキシケトン類は、純度が高いため、上記反応後そのまま製品とすることもできるが、必要に応じて上記反応後にエポキシケトン類のみを蒸留、抽出、晶析などの一般的な方法で分離して製品とすることも好ましい。また、原料であるエノン類のみを蒸留、抽出、晶析などの方法で分離してもよい。この他、触媒を用いて原料であるエノン類を転化させて系内をエノン類が実質的に非存在な状態とし、エノン類が転化した後の生成物を上述の如き一般的な方法で分離しても構わない。 The epoxy ketones obtained by this embodiment have a structure having a carbonyl group at the α-position of the epoxide. In addition, since the epoxy ketones produced by the method according to the present embodiment have high purity, it can be used as a product after the reaction, but if necessary, only the epoxy ketones are distilled, extracted and crystallized after the reaction. It is also preferable to separate the product by a general method such as analysis. Moreover, you may isolate | separate only enone which is a raw material by methods, such as distillation, extraction, and crystallization. In addition, the enones, which are raw materials, are converted using a catalyst so that the enones are substantially absent in the system, and the products after the conversion of the enones are separated by a general method as described above. It doesn't matter.
蒸留法としては、減圧蒸留、水蒸気蒸留、分子蒸留、抽出蒸留などが挙げられるが、これらに限定される訳でない。また、晶析法としては、(1)反応終了後の反応液を冷却する、(2)目的物に対する貧溶媒を、反応液に加える、(3)反応旅中の溶媒を留去する、(4)反応液に徐々に加圧する等の方法があり、これらを単独で、または組み合わせて実施できる。 Examples of the distillation method include, but are not limited to, vacuum distillation, steam distillation, molecular distillation, and extractive distillation. The crystallization method includes (1) cooling the reaction solution after completion of the reaction, (2) adding a poor solvent for the target product to the reaction solution, (3) distilling off the solvent during the reaction journey, 4) There is a method of gradually pressurizing the reaction solution, and these can be carried out alone or in combination.
この中でも、過酸化水素とエノン類との反応工程で溶媒を使用し、該反応工程後の晶析工程で使用する溶媒を、該反応工程で使用した溶媒と共通のものとすることが好ましい。この場合には、溶媒の損失や溶媒回収にかかる費用が少なく、目的化合物を経済的に有利に得ることができる。ここでいう「共通のものとする」とは、反応工程で得られた反応液に異なる種類の溶媒を加えないことを意味する。例えば、反応工程で得られた反応液を、実質的にそのまま品析工程に供することや、該反応液に反応工程で使用したものと同一種の溶媒を加えて、これを晶析工程に供することが該当する。この場合、反応工程で用いる溶媒の全部または一部が晶析工程に係る晶析溶液に含まれていればよい。 Among these, it is preferable that a solvent is used in the reaction step of hydrogen peroxide and enones, and the solvent used in the crystallization step after the reaction step is the same as the solvent used in the reaction step. In this case, the cost for solvent loss and solvent recovery is low, and the target compound can be obtained economically advantageously. Here, “common” means that different types of solvents are not added to the reaction solution obtained in the reaction step. For example, the reaction solution obtained in the reaction step is substantially subjected to the crystallization step as it is, or the same type of solvent as that used in the reaction step is added to the reaction solution, and this is subjected to the crystallization step. This is true. In this case, all or part of the solvent used in the reaction step may be contained in the crystallization solution in the crystallization step.
さらに、晶析工程は1つまたは複数の晶析段階で構成することができる。晶析工程中は大気開放状態ではなく、不活性ガスでシールされた状態とすることが好ましい。大気開放状態であると、晶析母液に酸素が吸収され、色相を悪化させ、高品質の製品を得ることが困難となる。晶析生成物を分離した晶析母液は、原料エノン類の効率的利用の観点から、必要に応じて反応工程に循環される。この場合、原料母液には、晶析工程で得られた品析母液の少なくとも一部を用いることができる。通常、複数段の晶析工程と晶析生成物の固液分離工程が採用され、これに応じて複数種の母液(エノン類の溶液)が得られるが、本発明法では、これらの任意の段階での母液を反応工程、あるいは晶析工程の原料母液として用いることができる。なお、これらの工程では、上述の如く、反応工程と晶析工程の溶媒を共通のものとすることが、より一層効率的である。 Furthermore, the crystallization process can consist of one or more crystallization stages. During the crystallization process, it is preferable not to be in an open atmosphere but to be sealed with an inert gas. In the open state, oxygen is absorbed in the crystallization mother liquor, the hue is deteriorated, and it is difficult to obtain a high-quality product. The crystallization mother liquor from which the crystallization product has been separated is circulated to the reaction step as necessary from the viewpoint of efficient use of the raw material enones. In this case, at least a part of the crystallization mother liquor obtained in the crystallization step can be used as the raw material mother liquor. Usually, a multi-stage crystallization step and a solid-liquid separation step of the crystallization product are employed, and according to this, a plurality of types of mother liquors (enone-type solutions) are obtained. The mother liquor at the stage can be used as a raw material mother liquor for the reaction step or the crystallization step. In these steps, as described above, it is more efficient to use a common solvent for the reaction step and the crystallization step.
上述した通り、製造された上記エポキシケトン類は、用途に応じて使用上問題が無ければ、その範囲において、上記反応終了後、未反応の原料やその他の不純物を含有したままの状態で製品として使用できる。 As described above, if the produced epoxy ketones have no problem in use depending on the application, after the completion of the reaction, the product remains in the state containing unreacted raw materials and other impurities. Can be used.
なお、本実施形態に係る方法では、触媒にアニオン交換性層状化合物を用いるため、上記反応終了後の粗製物、および精製物には、不純物である金属やハロゲンの含有量が少なく、実質的に金属やハロゲンを含まない製品も製造可能である。具体的には、金属および/またはハロゲンの含有量が50ppm以下(質量基準、以下同じ)、より好ましくは10ppm以下のものが得られる。 In the method according to this embodiment, since an anion-exchange layered compound is used as a catalyst, the crude product and the purified product after the completion of the reaction have a low content of impurities such as metals and halogens and are substantially reduced. Products that do not contain metals or halogens can also be manufactured. Specifically, a metal and / or halogen content of 50 ppm or less (mass basis, the same shall apply hereinafter), more preferably 10 ppm or less is obtained.
また、本実施形態では、触媒にアニオン交換性層状化合物を用いるため、不純物の含有量が少なく、効率よく目的化合物を製造できる。さらに、触媒の分離が容易であるため、生成物の精製を効率的に実施することができる。未反応エノン類の量は、エポキシケトン類に対して500ppm以下(質量基準、以下同じ)、好ましくは100ppm以下、より好ましくは30ppm以下とすることができる。また、上記エポキシケトン類では、不純物の割合は、10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下とすることが可能である。 Moreover, in this embodiment, since an anion exchange layered compound is used for the catalyst, the content of impurities is small and the target compound can be produced efficiently. Furthermore, since the catalyst can be easily separated, the product can be purified efficiently. The amount of unreacted enones can be 500 ppm or less (mass basis, the same applies hereinafter), preferably 100 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, based on epoxy ketones. Moreover, in the said epoxy ketone, the ratio of an impurity can be 10 mass% or less, Preferably it is 5 mass% or less, More preferably, it is 2 mass% or less.
このようにして得られる上記エポキシケトン類は、用途に応じて単独で、または他の成分と混合して使用し得る。形状や状態についても特に限定されず、固体(例えば、粉体、フレーク、穀粒など)、スラリー、溶液(例えば、有機溶媒溶液)などの形態で取り扱うことができる。 The epoxy ketones thus obtained can be used alone or mixed with other components depending on the application. There is no particular limitation on the shape and state, and it can be handled in the form of a solid (eg, powder, flakes, grains, etc.), slurry, solution (eg, organic solvent solution).
以下、実際に化合物を作成し、本発明の効果を確認した。ただし、下記実施例の記載にのみ本発明が制限されるものではないことはいうまでもない。 Hereinafter, the compound was actually created and the effect of the present invention was confirmed. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the description of the following examples.
(実施例1)
まずα,β−不飽和ケトン類である2−シクロヘキセン−1−オンと過酸化水素の反応を行った。2−シクロヘキセン−1−オン0.048gと、30%過酸化水素水0.224mLと、溶媒としてのジメチルホルムアミド2mLと、触媒としてのNiZn−OAc0.05gを、50mLの耐熱ガラス製シュレンク管に投入した。続いて、20cmの玉入り冷却管を設置し、振とうしながら60℃のオイルバス中で加熱した。そして3時間反応させた後、反応液と触媒とを濾過により分離し、反応液に二酸化マンガンを加え、未反応の過酸化水素を処理した。
Example 1
First, a reaction between 2-cyclohexen-1-one, which is an α, β-unsaturated ketone, and hydrogen peroxide was performed. 0.048 g of 2-cyclohexen-1-one, 0.224 mL of 30% hydrogen peroxide, 2 mL of dimethylformamide as a solvent, and 0.05 g of NiZn-OAc as a catalyst are put into a 50 mL heat-resistant glass Schlenk tube. did. Subsequently, a 20 cm ball-containing cooling tube was installed and heated in an oil bath at 60 ° C. while shaking. And after making it react for 3 hours, the reaction liquid and the catalyst were isolate | separated by filtration, manganese dioxide was added to the reaction liquid, and the unreacted hydrogen peroxide was processed.
上記反応液の分析を、ガスクロマトグラフィー分析(以下「GC分析」という。)により行った。本実施例におけるGC分析において、装置は島津製作所製「GC−8A」を用い、そのカラムにはGLサイエンス社製「Thermon3000(φ5mm×3m)」、またそのキャリアとしては窒素を用いた。温度条件は、サンプル注入後100℃から240℃まで毎分10℃の速度で昇温し、その後240℃で保持するというパターンで行った。測定試料の転化率および反応選択率は、得られたGCチャートに示される対応ピークのエリア比から、下記式に従って算出した。
上記GC分析の結果、原料の2−シクロヘキセン−1−オンは98%転化し、反応選択率は、対応するエポキシケトンが99.9%であった。この結果、副生物の生成を抑えつつ、目的の構造を有するエポキシケトン類を選択率良く製造し得る方法となっていることが確認できた。 As a result of the GC analysis, the raw material 2-cyclohexen-1-one was 98% converted, and the reaction selectivity was 99.9% for the corresponding epoxy ketone. As a result, it was confirmed that it was a method capable of producing epoxy ketones having the target structure with high selectivity while suppressing the formation of by-products.
(実施例2)
触媒としてリン酸アニオン(PO4 3−)を層間にインターカレーションしたNiZn−PO4を用い、実施例1と同様にして2−シクロヘキセン−1−オンと過酸化水素の反応を行い、反応液を得た。得られた反応液に対しGC分析を行なった結果、原料の2−シクロヘキセン−1−オンは45%転化し、反応選択率は対応するエポキシケトン98%であった。本実施例においても副生物の生成を抑えつつ、目的の構造を有するエポキシケトン類を選択率良く製造し得る方法となっていることが確認できた。
(Example 2)
Using NiZn—PO 4 intercalated with a phosphate anion (PO 4 3− ) as a catalyst, 2-cyclohexen-1-one and hydrogen peroxide were reacted in the same manner as in Example 1 to obtain a reaction solution. Got. As a result of performing GC analysis with respect to the obtained reaction liquid, the raw material 2-cyclohexen-1-one was 45% converted, and the reaction selectivity was 98% of the corresponding epoxy ketone. Also in this example, it was confirmed that it was a method capable of producing epoxy ketones having the target structure with high selectivity while suppressing the formation of by-products.
(比較例1)
触媒を使用しない以外は実施例1と同様にして2−シクロヘキセン−1−オンと過酸化水素の反応を行い、反応液を得た。得られた反応液に対しGC分析を行なったところ、原料の2−シクロヘキセン−1−オンの転化率は1%未満に過ぎなかった。
(Comparative Example 1)
A reaction solution was obtained by reacting 2-cyclohexen-1-one with hydrogen peroxide in the same manner as in Example 1 except that no catalyst was used. When GC analysis was performed on the obtained reaction solution, the conversion rate of the raw material 2-cyclohexen-1-one was only less than 1%.
<触媒A及びBの合成例>
酢酸ニッケル・4水和物32.8gと、酢酸亜鉛・2水和物14.5gを200mLのメスフラスコに入れ、標線まで脱イオン水を加えた。この溶液について、オートクレーブ中で、200℃で24時間水熱合成を行った。その後溶液を濾過し、脱イオン水で洗浄後、真空乾燥して触媒Aを得た。触媒Aは、[Ni4/3Zn2/3(OH)3(CH3COO)・nH2O]で表され、該式中の酢酸イオン(CH3COO)−が交換可能なアニオンである。
<Synthesis example of catalysts A and B>
Nickel acetate tetrahydrate 32.8 g and zinc acetate dihydrate 14.5 g were placed in a 200 mL volumetric flask, and deionized water was added up to the marked line. This solution was hydrothermally synthesized at 200 ° C. for 24 hours in an autoclave. Thereafter, the solution was filtered, washed with deionized water, and then vacuum dried to obtain Catalyst A. The catalyst A is represented by [Ni 4/3 Zn 2/3 (OH) 3 (CH 3 COO) · nH 2 O], and is an anion in which acetate ion (CH 3 COO) − in the formula can be exchanged. .
100mLの三角2口フラスコに0.2MのK3PO4水溶液50mLを加え、触媒A(2.0g)を加えた。得られた反応混合物を35℃で24時間撹件した。その後、脱気水を使って洗浄・濾過し、真空乾燥して触媒Bを得た。 To a 100 mL Erlenmeyer two-necked flask, 50 mL of 0.2 M aqueous K 3 PO 4 solution was added, and Catalyst A (2.0 g) was added. The resulting reaction mixture was stirred at 35 ° C. for 24 hours. Thereafter, it was washed and filtered using degassed water, and vacuum dried to obtain catalyst B.
本発明は、エポキシケトン類を製造する方法として産業上の利用可能性があり、結果として得られるエポキシケトン類は、香料配合剤、医農薬中間体としても有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has industrial applicability as a method for producing epoxy ketones, and the resulting epoxy ketones are useful as a perfume compounding agent and a pharmaceutical / agrochemical intermediate.
Claims (3)
A method for producing an epoxy ketone by reacting a conjugated enone in the presence of an oxidizing agent using an anion exchange compound as a catalyst, and producing an epoxy ketone using an anion exchange resin as the anion exchange compound how to.
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