JP2010270028A

JP2010270028A - アダマンタノール類の製造方法

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Publication number: JP2010270028A
Application number: JP2009121813A
Authority: JP
Inventors: Akio Kojima; 明雄小島; Ikuko Takahashi; 幾子高橋; Nobuo Fujikawa; 伸夫藤川
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: KR20100125185A; CN101891570A; CN101891570B; JP5129782B2

Abstract

【課題】アダマンタン類からアダマンタノール類を、短時間、かつ高収率で、工業的に有利に製造する。
【解決手段】アダマンタン類を、発煙硫酸及び有機ニトリル化合物から成る混合液中で反応させた後、得られた反応液を加水分解処理する。
【選択図】なし

Description

本発明は、アダマンタン類からアダマンタノール類を、短時間、かつ高収率で、工業的に有利に製造する方法に関する。

アダマンタン骨格に水酸基が結合されたアダマンタノール類（１−アダマンタノール等）は、医薬中間体、フォトレジスト用モノマーの原料、フォトクロミック化合物の原料、塗料、接着剤、粘着剤、膜、吸着材などの材料の原料など広く用途があり、工業上重要な化合物である。

アダマンタノール類の製造方法としては、アダマンタン類を金属塩酸化触媒の存在下、空気酸化する方法(例えば、特許文献１を参照)や、アダマンタン類を酢酸中において三酸化クロムを用いて酸化する方法(例えば、特許文献２を参照)が開示されている。
上記の空気酸化による方法（特許文献１）ではアダマンタノール類（モノオール類）の選択性が低く、また、三酸化クロムを用いる方法（特許文献２）では高価な三酸化クロムが過剰に使用され、廃棄物処理の問題がある。

他のアダマンタノール類の製造方法として、アダマンタン類を臭素化し、生成する臭素誘導体を加水分解する方法がある。アダマンタン類を臭素化し(例えば、非特許文献１を参照)、生成する臭素誘導体を、化学量論量を超える過剰の銀塩(硫酸銀)を用いて加水分解する方法(例えば、非特許文献２を参照)が知られている。
この臭素化法では、先ず原料を臭素化するので原料コストが高くなり、また、生成する臭素誘導体を加水分解するための触媒も高価である。

さらに、アダマンタン類に、濃硫酸、カルボカチオン生成化合物および有機ニトリル化合物を反応させ、得られた反応液を加水分解することでアダマンタノール類を製造することが開示されている（例えば、特許文献３および特許文献４を参照)。
また、アルキルアダマンタンモノオール類の製造方法として、アルキルアダマンタン類を発煙硫酸と反応させてアルキルアダマンタン硫酸塩としたのち、加水分解する方法が知られている（例えば、特許文献５を参照)。

特許第５１８８６９号公報特許第５１０６５４号公報特開平１−２８３２３６号公報特許第３９９８９６６号公報特開２０００−２７３０５９号公報

Ｃｈｅｍ. Ｂｅｒ., ９２．１６２９（１９５９）Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ.，２６．２２０７（１９６１）

しかしながら、本発明者らの研究によると、前記特許文献３及び４の方法では、高価なカルボカチオン生成化合物(t-ブチルアルコール、t-ブチルクロライド、t-ブチルブロマイドなど)が必須であり、経済性に問題がある。これらのカルボカチオン生成化合物は、後述の比較例１からも明らかなように、アダマンタン骨格中の３級炭素に作用し、陽イオン化し、水酸基の導入を促すために必須なものである。
また、前記特許文献５の方法では、アルキルアダマンタン類以外のアダマンタン類を原料に用いた場合には、後述の比較例５からも明らかなように、収率が低く、また、大量の発煙硫酸が必要である。収率を高くしようすると、必然的に発煙硫酸量が原料に対して多くなる。
本発明は、以上のような状況下でなされたもので、収率を高くするために必要な大量の発煙硫酸や、高価なカルボカチオン生成化合物を使用することなく、短時間、かつ高収率で、工業的に有利に、アダマンタン類からアダマンタノール類を製造する方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、アダマンタン類を、発煙硫酸及び有機ニトリル化合物から成る混合液中で反応させた後、得られた反応液を加水分解処理することにより上記の目的を達成できることを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、以下のアダマンタノール類の製造方法を提供するものである。
１．アダマンタン類を、発煙硫酸及び有機ニトリル化合物から成る混合液中で反応させた後、得られた反応液を加水分解処理することを特徴とするアダマンタノール類の製造方法。
２．アダマンタン類１モルに対して、発煙硫酸を１０〜２０モル、有機ニトリル化合物を１〜１０モル使用し、反応温度が０〜６０℃である上記１のアダマンタノール類の製造方法。
３．発煙硫酸中のＳＯ₃濃度が１０〜２６質量％であり、反応温度が１０〜５０℃である上記１又は２のアダマンタノール類の製造方法。
４．加水分解温度が３０〜１００℃である上記１〜３のいずれかのアダマンタノール類の製造方法。
５．有機ニトリル化合物がアセトニトリルである上記１〜４のいずれかのアダマンタノール類の製造方法。
６．原料がアダマンタンであり、アダマンタノール類が１−アダマンタノールを製造する上記１〜５のいずれかのアダマンタノール類の製造方法。

本発明のアダマンタノール類の製造方法によれば、大量の発煙硫酸や、高価なカルボカチオン生成化合物を使用することなく、短時間、かつ高収率で、工業的に有利に、アダマンタン類からアダマンタノール類を製造することができる。

本発明においてアダマンタン類とは、アダマンタンの他、アダマンタン骨格上の４個の３級炭素、すなわち、１位、３位、５位および７位の炭素原子の少なくとも１個が無置換の化合物である。通常は、下記の一般式（Ｉ）で示されるものが使用される。

（式中、Ｒ¹は、アルキル基、アリール基、アラルキル基、アミノ基、水酸基、シアノ基、カルボキシル基、またはハロゲン原子であり、ｎは０〜４の整数であり、１位、３位、５位および７位の炭素原子の少なくとも１個は、Ｒ¹が無置換である。）

一般式（Ｉ）においてＲ¹のアルキル基は、特に制限されるものではないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等の炭素数１〜６のものが好ましい。アリール基は、フェニル基等の炭素数が６〜１０のものが好ましい。アラルキル基は、ベンジル基等の炭素数が７〜１２のものが好ましい。アミノ基は、メチルアミノ基、エチルアミノ基等の炭素数１〜４のものが好ましい。ハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子、フッ素原子等が好ましい。これらＲ¹のうちでも、アルキル基、アミノ基、水酸基、シアノ基、カルボキシル基、またはハロゲン原子が特に好ましい。
また、Ｒ¹がアダマンタン骨格に対して複数個置換している場合、これらは各々同種のものであっても良いし、異種のものであっても良い。

一般式（Ｉ）で示させるアダマンタン類を具体的に例示すると、アダマンタン：１−メチルアダマンタン、１−エチルアダマンタン、２−メチルアダマンタン、２−エチルアダマンタン、１，３−ジメチルアダマンタン、１，３−ジエチルアダマンタン、１，２−ジメチルアダマンタン、１，２−ジエチルアダマンタン等のアルキルアダマンタン類；１−アダマンタナミン、１，３−ジアミノアダマンタン、１−アダマンタンメチルアミン等のアミノアダマンタン類；１−アダマンタノール、２−アダマンタノール、１，３−ジヒドロキシアダマンタン等のヒドロキシアダマンタン類；、１−シアノアダマンタン、２−シアノアダマンタン等のシアノアダマンタン類；１−アダマンタンカルボン酸、１，３−アダマンタンジカルボン酸等のカルボキシルアダマンタン類；１−フルオロアダマンタン、２−フルオロアダマンタン、１−クロロアダマンタン、２−クロロアダマンタン、１−ブロモアダマンタン、２−ブロモアダマンタン、１−ヨードアダマンタン、２−ヨードアダマンタン、１，３−ジフルオロアダマンタン、１，３−ジクロロアダマンタン、１，３−ジブロモアダマンタン、１，３−ジヨードアダマンタン等のハロゲン化アダマンタン類などが挙げられる。

一般式（Ｉ）で示させるアダマンタン類のなかでも、反応性や入手の容易さなどの理由から、アダマンタン、１−メチルアダマンタン、１，３−ジメチルアダマンタンが好ましく、アダマンタンが特に好ましい。

本発明において、発煙硫酸は、酸化剤として使用するものであり、試薬および工業用に入手可能なものを何等制限なく使用できる。発煙硫酸中のＳＯ₃濃度は、通常５〜６０質量％であり、好ましくは１０〜２６質量％である。ＳＯ₃濃度を６０質量％以下とすることによりアダマンタノール類の収率が向上し、５質量％以上とすることにより反応速度が向上する。
発煙硫酸の使用量は、アダマンタン類１モルに対して、通常、８モル以上であり、好ましくは８〜５０モル、特に好ましくは１０〜２０モルである。アダマンタン類１モルに対して８モル以上とすることによりアダマンタン類の収率が向上する。また、２０モルより多くしても収率向上の効果は無く、使用量増大により製造コストが上昇する。

有機ニトリル化合物としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ベンジルニトリル、ビニルアセトニトリル、クロロアセトニトリル、２−クロロプロピオニトリル、３−クロロプロピオニトリル、２−ブロモフェニルアセトニトリル、３−ブロモフニェルアセトニトリル、４−ブロモフェニルアセトニトリルなどが挙げられ、このうち、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルを用いるのが好ましい。

アダマンタン類と有機ニトリル化合物との反応は量論反応であるため、有機ニトリル化合物の使用量としてはアダマンタン類と１モルに対して１モル以上使用すれば特に制限は無いが、あまり量が多いと、副生成物が増加する可能性があるため、通常、アダマンタン類１モルに対して１〜１０モルであり、好ましくは１〜５モルである。

アダマンタン類と、発煙硫酸及び有機ニトリル化合物との反応温度は通常、０〜６０℃である。反応温度を０℃以上とすることにより反応速度が向上する。また、６０℃以下とすることにより副反応が少なくなり、収率が向上する。反応は発煙硫酸の凝固点以上で実施する必要があり、例えば発煙硫酸中のＳＯ₃濃度が１０〜２６質量％の場合、１０〜５０℃で実施するのが好ましい。さらに好ましくは１５〜４５℃である。
反応時間は使用する発煙硫酸量、ＳＯ₃濃度、有機ニトリル化合物の種類、量等により一概には言えないが、通常、０．５〜５０時間である。

アダマンタン類と発煙硫酸及び有機ニトリル化合物を反応させた後に加水分解を行う際の水使用量は、発煙硫酸の質量に対して１倍以上、好ましくは１．５〜１０倍である。水使用量を１倍以上とすることにより加水分解反応の速度が大きくなり、アダマンタノール類の収率が向上する。水使用量が多すぎると、回分式では1バッチ当たりのアダマンタノール類の収量が低下することになる。
加水分解の温度は、通常、３０〜１００℃であり、好ましくは４０〜１００℃である。３０℃以上とすることにより加水分解が進行し、アダマンチルアセチルアミドが生成しない。
加水分解の反応時間は、反応液の水への滴下後、０．１〜５時間程度であり、短時間にアダマンタノール類を高収率で得ることができる。

アダマンタノール類は、例えば、加水分解後の液を冷却することにより析出した結晶を、濾過や遠心分離により回収することができる。また、加水分解後の液を、必要により有機溶媒(例えばトルエン等)を加えて抽出し、水酸化ナトリウム水溶液等を加えて中和した後、得られた有機溶媒を濃縮し、晶析を行う等の手法により精製することができる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、実施例における生成物の純度は、無極性キャピラリーカラムを用いたガスクロマトグラフィーにおいて、フレームイオン化検出器で求めた純度（ガスクロ面積百分率純度であり、ＧＣ純度と称す）である。

実施例１
１００ｍＬの四つ口フラスコに２５質量％発煙硫酸３０ｍＬ（５８２ｍｍｏｌ）を仕込み、アセトニトリル２．４ｇ（５８．５ｍｍｏｌ）、アダマンタン６．０ｇ（４４．１ｍｍｏｌ）を添加し、反応温度、２５℃で３時間反応させた。なお、原料のアダマンタンに対する発煙硫酸のモル比は１３．２（＝５８２／４４．１）である。
続いて、４Ｌの四つ口フラスコに張り込んだ７０℃の水９０ｇに反応液を滴下した。滴下終了時、水と反応液との混合液の温度は７５℃であった。滴下終了後、８０℃にて３０分間攪拌して加水分解を完了させ、室温に冷却した後、析出した結晶を濾過し、乾燥し、６．６ｇの結晶を得た。
この結晶は、ガスクロカトグラフィー分析によって、ＧＣ純度９９．６％の１−アダマンタノールであり、その収率は９８％であった。

実施例２
アセトニトリルの添加量を３．６ｇ（８７．７ｍｍｏｌ）にした以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、ＧＣ純度９９．７％の１−アダマンタノールが６．５ｇ得られ、収率は９７％であった。

実施例３
反応温度を４０℃にした以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、ＧＣ純度９７．６％の１−アダマンタノールが６．２ｇ得られ、収率は９２％であった。

実施例４
反応温度を１０℃、反応時間を５時間にした以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、ＧＣ純度９９．５％の１−アダマンタノールが６．５ｇ得られ、収率は９７％であった。

実施例５
アセトニトリルの代わりにプロピオニトリルを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、ＧＣ純度９８．２％の１−アダマンタノールが６．１ｇ得られ、収率は９１％であった。

実施例６
アセトニトリルの代わりにベンゾニトリルを用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、ＧＣ純度９７．１％の１−アダマンタノールが５．８ｇ得られ、収率は８６％であった。

実施例７
アダマンタンの代わりに１，３−ジメチルアダマンタンを７．２ｇ（４４．１ｍｍｏｌ）を用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、ＧＣ純度９９．１％の３,５−ジメチル−１−アダマンタノールが７．７ｇ得られ、収率は９７％であった。

比較例１
２５質量％発煙硫酸の代わりに９８質量％濃硫酸を使用した以外は、実施例２と同様の操作を行った。その結果、１−アダマンタノールは全く得られなかった。

比較例２
反応時間を１２時間にした以外は比較例１と同様の操作を行った。その結果、１−アダマンタノールが０．２０ｇ得られ、収率は３．０％であった。

比較例３
反応温度を６０℃にした以外は比較例１と同様の操作を行った。その結果、１−アダマンタノールが０．１８ｇ得られ、収率は２．６％であった。

比較例４
反応時間を１２時間にした以外は比較例３と同様の操作を行った。その結果、１−アダマンタノールが０．３０ｇ得られ、収率は４．５％であった。

比較例５
アセトニトリルを添加しなかった以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、１−アダマンタノールが０．３２ｇ得られ、収率は４．８％であった。

上記の比較例１は、特許文献３および特許文献４においてカルボカチオン生成化合物を使用しない場合を示し、カルボカチオン生成化合物は、アダマンタン骨格中の３級炭素に作用し、陽イオン化し、水酸基の導入を促すために必須なものであることが分かる。特許文献３にもカルボカチオン生成物が必須であることが記載されている。

また、比較例５は特許文献５に記載の方法において、原料にアルキルアダマンタン類ではないアダマンタンを用い、発煙硫酸のモル比を低下させたものである。特許文献５において、実施例１では１，３−ジメチルアダマンタンに対する発煙硫酸のモル比が３１．２（３．８７／０．１２２）で収率が７２％、実施例４では該モル比が２３．８で収率が６０．５％、実施例５では該モル比が１６．２で収率が３９．３％であり、発明が解決しようとする課題に記載したように、特許文献５においてアルキルアダマンタン類以外のアダマンタン類を原料に用いた場合にはアダマンタノール類の収率が低いことが分かる。
また、上記のように特許文献５の実施例では、アルキルアダマンタン類に対する発煙硫酸のモル比が本発明の実施例よりも著しく高く、特許文献５の方法では、大量の発煙硫酸が必要であることを示している。

特許文献３の実施例では、アダマンタンに対して、大量の濃硫酸と、カルボカチオン生成化合物および有機ニトリル化合物を水冷下に反応させ、大量の氷水に入れ、溶媒を用いて抽出し、洗浄後、溶媒を留去してアダマンタノール類の結晶を得ている。
また、特許文献４の実施例では濃硫酸、カルボカチオン生成化合物および有機ニトリル化合物を１２時間かけて反応させている。
これに対して本発明においては、温和な反応条件の簡易プロセスにより、短時間で反応が行われ、高収率が得られるので、工業的に極めて有利にアダマンタノール類を製造することができる。

本発明の方法により、大量の発煙硫酸や、高価なカルボカチオン生成化合物を使用することなく、短時間、かつ高収率で、工業的に有利に、アダマンタン類からアダマンタノール類を製造することができ、医薬中間体、フォトレジスト用モノマーの原料、フォトクロミック化合物の原料、塗料、接着剤、粘着剤、膜、吸着材などの材料の原料として使用される。

Claims

アダマンタン類を、発煙硫酸及び有機ニトリル化合物から成る混合液中で反応させた後、得られた反応液を加水分解処理することを特徴とするアダマンタノール類の製造方法。
アダマンタン類１モルに対して、発煙硫酸を１０〜２０モル、有機ニトリル化合物を１〜１０モル使用し、反応温度が０〜６０℃である請求項1に記載のアダマンタノール類の製造方法。
発煙硫酸中のＳＯ₃濃度が１０〜２６質量％であり、反応温度が１０〜５０℃である請求項１又は２に記載のアダマンタノール類の製造方法。
加水分解温度が３０〜１００℃である請求項１〜３のいずれかに記載のアダマンタノール類の製造方法。
有機ニトリル化合物がアセトニトリルである請求項１〜４のいずれかに記載のアダマンタノール類の製造方法。
原料がアダマンタンであり、１−アダマンタノールを製造する請求項１〜５のいずれかに記載のアダマンタノール類の製造方法。