JP2015168667A

JP2015168667A - 光酸素酸化による酸化生成物の，改良された製造方法

Info

Publication number: JP2015168667A
Application number: JP2014046542A
Authority: JP
Inventors: 暢之間瀬; Nobuyuki Mase; 松本　純一; Junichi Matsumoto; 純一松本; 良一赤石; Ryoichi Akaishi
Original assignee: Shizuoka University NUC; Osaka Organic Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Shizuoka University NUC; Osaka Organic Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: JP6282005B2

Abstract

【課題】高い速度と効率で反応を進行させることができ，光増感剤の使用も低減し又は不要にすることのできる，有機化合物の改良された光酸素酸化方法の提供。【解決手段】原料有機化合物の光酸素酸化による生成物の製造における，改良された製造方法であって，光照射下におかれた該原料有機化合物含有溶液に酸素含有気体をナノバブルの形で注入して，該溶液中に該酸素含有気体のナノバブルが分散された状態を維持することにより，該原料有機化合物の光酸素酸化反応を進行させて該生成物を得ることを特徴とする，製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は，一般的には有機化合物の酸化による化合物の製造方法に関し，特に光酸素酸化を用いた製造方法に関する。

有機化合物の溶液に酸素（空気）雰囲気下に光照射して行う光酸素酸化反応はよく知られており，種々の酸化生成物の製造に適用が可能である。光酸素酸化反応は，一重項酸素による酸化反応であり，反応促進の必要上触媒として光増感剤を添加して行われる。一般に，光増感剤は，光照射を受けてそれ自身が一重項励起状態になり速やかに三重項酸素に復帰する際に，基底状態の酸素（三重項）にエネルギーを移転し，一重項酸素へと励起させる働きをし，それにより光酸素酸化反応を促進させる。

しかしながら，光増感剤は，高価であり目的生成物の製造コストを大きく上昇させる要因となるため，産業規模での使用には適さない。また目的生成物にとっては不純物でもあるから，可能であれば使用量を減らすことが好ましく，使用せずに済むのであれば尚更好ましい。

また，スルフィドの酸化に関しては，一重項酸素による酸化は，スルホキシドに止まらず，更にスルホンにまで酸化されて，これら双方を結果として与える場合が大半であり，スルホキシドで反応を停止させる選択的酸化は困難である（非特許文献１）。別の方法として，過酸化物を用いてスルフィドを酸化することによるスルホキシドの一般的合成法においても，過酸化物の当量数コントロールでスルホキシドへの選択的酸化を狙っても，スルホンまで酸化が進行してしまい易いため，スルホキシド選択的な合成は容易でない（非特許文献２）。

光酸素酸化反応の分野ではないが，マイクロバブル或いはマイクロナノバブルと呼ばれる直径が数十μｍ〜数百ｎｍの気泡を用いると酸素によるアルコールの酸化反応や，Ｐｄ等の触媒を用いた接触水素化反応が，常温，常圧下に，機械的撹拌を要することなく効率的に進行することが知られている（非特許文献３〜７）。また，そのような微細な気泡を生じさせるための装置も知られ，複数のメーカーにより市販されている。

マイクロナノバブルに関しては，更に，２−エチルアントラキノンを含有する溶液をマイクロリアクター中に流しつつ，マイクロリアクター内において，水素を含んだガスを濾過膜を介しマイクロバブルの形で溶液中に導入し，マイクロバブルを分散させた溶液を固定化された触媒のカラムに導入して２−エチルアントラヒドロキノンへと還元する方法も知られている（非特許文献８）。

To, W.-P.; Liu, Y.; Lau, T.-C.; Che, C.-M. Chem.-Eur. J. 2013, 19 (18), 5654-5664. Crich, D.; Banerjee, A.; Yao, Q. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126 (45), 14930-14934. 酒井拓磨他，中部化学関係学協会連合秋季大会後援予稿集，第43巻第127頁（2012年）酒井拓磨他，日本プロセス化学会サマーシンポジウム講演要旨集，第2012巻第254-255頁（2012年）酒井拓磨他，日本プロセス化学会サマーシンポジウム講演要旨集，第2012巻第137-137頁（2012年）間瀬暢之他，配管技術，第53巻第5号第48-52頁（2011年） N. Mase, et al., Chem. Commun, Vol. 47, p. 2086-2088 (2011). J. Tan et al., AIChE Journal, Vol. 58, No. 5, p. 1326-1335 (2012).

上記背景の下で，本発明の目的は，有機化合物の光酸素酸化反応において，従来の方法に比べ，常温，常圧下に高い速度と効率で反応を進行させることができ，光増感剤の使用も低減し又は不要にすることのできる方法を提供することを目的とする。

本発明者は，光酸素酸化反応において，反応に用いる酸素ガス又は空気を，１μｍより小さい粒径を有する微細な気泡（ナノバブル）の形で反応溶液中に供給すると，常温，常圧で，非常に効率的に，光増感剤の使用量をごく微量とし又は光増感剤を使用しないでも，光酸素酸化反応を効率よく行わせることができることを見出した。また予想外にも，原料化合物と目的生成物との関係によっては，光増感剤量の調節により主生成物を選択できること，更には，スルフィドのスルホキシドへの高度に選択的な酸化が可能となることも見出した。以下に示す本発明は，これらの発見に基づき更に検討を重ねて完成されたものである。

１．原料有機化合物の光酸素酸化による生成物の製造における，改良された製造方法であって，光照射下におかれた該原料有機化合物含有溶液に酸素含有気体をナノバブルの形で注入して，該溶液中に該酸素含有気体のナノバブルが分散された状態を維持することにより，該原料有機化合物の光酸素酸化反応を進行させて該生成物を得ることを特徴とする，製造方法。
２．該溶液が，光増感剤を含むものである，上記１の製造方法。
３．該光増感剤が，ローズベンガル，メチレンブルー，エオシンＹ，フルオレッセイン，ｐ−ベンゾキノ，ルブレン，５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィン，及び遷移金属錯体からなる群より選ばれるものである，上記１又は２の製造方法。
４．該溶液中の光増感剤の濃度が，該原料有機化合物に対して３ｍｏｌ％以下である，上記１〜３の何れかの製造方法。
５．該溶液が光増感剤を含まないものである，上記１の製造方法。
６．光照射のための光源が水銀灯，ハロゲンランプ，ＬＥＤランプ及び白熱電球から選ばれるものである，上記１〜５の何れかの製造方法。
７．該原料有機化合物（Ｍ）と該生成物（Ｐ）とが，下記の組合せになるもの：
(i) Ｍ：α−テルピネン，Ｐ：アスカリドール及び／又はｐ−シメン
(ii) Ｍ：Ｒ^１ＣＨ_２ＮＨ_２，Ｐ：Ｒ^１ＣＨ＝ＮＣＨ_２Ｒ^１
〔式中，Ｒ^１は，置換基を有していてよい芳香族基を表す。〕
(iii) Ｍ：Ｒ^１ＣＨ_２ＮＨＲ^２，Ｐ：Ｒ^１ＣＨ＝ＮＨＲ^２
〔式中，Ｒ^１は上記定義に同じであり，Ｒ^２は，置換基を有していてよい飽和炭化水素基又は置換基を有していてよい芳香族基を表す。〕
(iv) Ｍ：スルフィド，Ｐ：スルホキシド
より選ばれるものである，上記１〜６の何れかの製造方法。
８．Ｒ^１の芳香環部分が炭素数６〜１０を有するものである，上記７の製造方法。
９．Ｒ^１の置換基が，Ｒ^３−，Ｒ^３Ｏ−及びＸからなる群より選ばれるものであり，ここにＲ^３は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６の飽和炭化水素基を表すか，又は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよいフェニル基を表し，Ｘはハロゲンを表すものである，上記７又は８の製造方法。
１０．Ｒ^２が，置換基を有していてよい炭素数１〜１０の飽和炭化水素基，又は置換基を有していてよい炭素数６〜１０の芳香族基を表すか，又はＲ^２がＲ^１と結合して環を形成していてよい飽和炭化水素基を表すものである，上記７〜９の何れかの製造方法。
１１．Ｒ^２の置換基が，Ｒ^４−，ＲＯ−及びＸからなる群より選ばれるものであり，ここにＲ^４は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６の飽和炭化水素基を表すか，又は１個又は２個以上のハロゲンで置換されていてもよいフェニル基を表し，Ｘはハロゲン若しくはヒドロキシル基を表すものである，上記７〜１０の製造方法。
１２．該原料有機化合物（Ｍ）と該生成物（Ｐ）とが，（Ｍ）置換基を有してよい１，２，３，４−テトラヒドロイソキノリンと（Ｐ）置換基を有してよい３，４−ジヒドロイソキノリンである，上記７〜１１の何れかの製造方法。
１３．該スルフィド及びスルホキシドが，それぞれＲ^６−Ｓ−Ｒ^７及びＲ^６−ＳＯ−Ｒ^７
〔式中，Ｒ^６，Ｒ^７は，同一又は異なって，置換基を有していてよい飽和炭化水素基，又は置換されていてよい芳香族基を表す〕で示されるものである，上記７〜１２の何れかの製造方法
１４．該飽和炭化水素基が，炭素数１〜１０のものであり，該芳香族基の芳香環部分が炭素数６〜１０のものである，上記１３の製造方法。
１５．Ｒ^６又はＲ^７の置換基が，Ｒ^８−，Ｒ^８Ｏ−又はＸを表し，Ｒ^８は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を表し，Ｘはハロゲン若しくはヒドロキシル基を表すものである，上記１４の製造方法。

本発明によれば，原料有機化合物の光酸素酸化による生成物の製造において，常圧で効率的に反応を行わせることができる。また反応溶液の加温（６０℃等）も特に必要なく，常温で行え，光増感剤の使用量をごく微量にしても，反応を効率よく行わせることが可能となり，更には，光増感剤を使用しないことさえも可能となる。更に，本発明は，光酸素酸化により複数の生成物を与える原料化合物の場合には，従来副生成物としてしか得られなかった化合物を，光増感剤の種類及び濃度等の条件選択により主生成物として選択的に得る可能性を提供するほか，広範な種々のスルフィドのスルホキシドへの高度に選択的な酸化を可能にする。
また，本発明によれば，スルフィドのスルホキシドへの選択的酸化が可能となる。

図１は，本発明で使用する光酸素酸化反応装置の概念図である。図２は，ナノバブル発生装置で形成されるバブルの粒子径分布を示すグラフである。

本明細書において，「ナノバブル」とは，液体中の気体の微細な泡であって，泡の全個数に対して，５nm以上1000 nm未満の粒子径を有する泡の個数が90％以上であるものをいい，好ましくは，50〜500 nmの粒子径を有する泡の個数が90%以上であるものを，更に好ましくは，50〜400 nmの粒子径を有する泡の個数が90％以上であるものをいう。

本明細書において「酸素含有気体」とは，酸素ガス，空気，酸素ガスと空気の混合物，不活性気体（即ち，窒素等のように，光酸素酸化反応に影響を及ぼさない気体）と酸素との混合気体をいう。

本明細書において「光照射」における「光」は，その光の照射により原料有機化合物の光酸素酸化が進行する限り，特に限定されない。通常は，紫外線を含む光とすればよいが紫外線は必須ではない。光源として水銀灯（高圧水銀灯，低圧水銀灯）の他，ハロゲンランプ，ＬＥＤランプ，白熱電球等も用いることができるが，これに限られない。

光酸素酸化反応は，熱反応と異なり，光により励起された酸素分子によって引き起こされるから，反応溶液を加熱，加温する必要はなく，反応は室温で行えばよい。反応溶液の温度は，例えば，１０〜３０℃であってよい。

本発明によれば，反応系の加圧は不要であり，単に常圧で反応させるだけで速やかに反応を進行させることができるが，勿論，加圧をすれば更に反応速度を更に高めることも可能である。

原料有機化合物と用いる光増感剤にもよるが，本発明によれば，光増感剤の添加量が微量でも反応を速やかに進行させることができるため，原料有機化合物の量に対しモル比で，例えば，０．０１〜０．００１％程度まで，光増感剤の添加量を削減することができる。また，原料有機化合物によっては，光増感剤の使用の必要性もなくなる（例えば，スルフィドの，スルホキシドへの酸化）。

本発明において，光増感剤としては，光酸素酸化に用いられることが従来知られている何れのものも使用できる。汎用のものとしては，例えば，ローズベンガル，メチレンブルー，エオシンＹ，フルオレッセイン，ｐ−ベンゾキノ，ルブレン，５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィン，及び遷移金属錯体が挙げられるが，これらに限定されない。遷移金属錯体としては，例えば，[Ｒｕ(ｂｐｙ)_３]^２＋錯体，[Ｉｒ(ｄｔｂ−ｂｐｙ)(ｐｐｙ)_２]^＋錯体，[Ｉｒ(ｄｆｐｐｙ）_３]錯体等が挙げられるが，これらに限定されない。

本発明において光酸化反応に付す溶液中の原料有機化合物の濃度には，特に限定はない。従って，濃度は，用いる溶媒における原料有機化合物の溶解性，光照射に用いる光源からの光強度，原料有機化合物の溶液中における励起光の減衰の程度，反応生成物の溶解度，求める反応効率，取り扱い易さ等の要素を考慮して，適宜設定すればよい。例えば，０．０１〜０．５Ｍ等とすることができるが，これに限られない。

従来，α−テルピネンの光酸素酸化によって主生成物としてアスカリドールが，副生成物としてｐ-シメンが得られることが知られているが，添加する光増感剤の種類及び濃度の選択により，アルカリドールとシメンの何れか一方を主生成物として効率的に得ることが本発明者らにより見出された。例えば，光増感剤としてローズベンガル又はメチレンブルーをα−テルピネンに対し例えば１５モル％付近の量で用いた場合，本発明によっても従来と同様にアルカリドールが主生成物として得られるが，光増感剤としてローズベンガルをより少ない量（α−テルピネンに対し，例えば，１〜３モル％）で用いると，ｐ−シメンを，アルカリドールより数倍〜数十倍多く主生成物として得ることができる。光増感剤存在下における光酸素酸化反応において，酸素をナノバブルの形で供給することにより従来とは逆の主生成物を製造し得るのは従来の知見から説明できず，予想外のことであり，その機構は今のところ明らかではない。

本発明によれば，上記のα−テルピネンからアスカリドール又はｐ−シメンへの製造の他に，例えば以下の反応を高い効率で行わせることができる。
（１）γ−テルピネンの酸化によるｐ−シメンの製造。
（２）第一級アミンＲ^１ＣＨ_２ＮＨ_２〔Ｒ^１は，置換基を有していてよい芳香族基を表す。〕の脱水素化ホモカップリングによるイミンＲ^１ＣＨ＝ＮＨＲ^２の製造。
ここに，Ｒ^１は，その芳香環部分が炭素数６〜１０を有するものであることが好ましく，フェニル基又はナフチル基であることが更に好ましい。
芳香環部分の置換基としては，Ｒ^３−，Ｒ^３Ｏ−及びＸ（ハロゲン）からなる群より選ばれるものが好ましい。ここにＲ^３は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６，より好ましくは炭素数１〜４，更に好ましくは炭素数１〜３の飽和炭化水素基を表すか，１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよいフェニル基を表す。使用できるハロゲンとしては，フッ素，塩素，臭素，及びヨウ素が挙げられる。
（３）第二級アミンＲ^１ＣＨ_２ＮＨＲ^２〔Ｒ^１は上記定義に同じ。Ｒ^２は置換基を有していてよい飽和炭化水素基又は置換基を有していてよい芳香族基を表す。〕の脱水素化によるイミンＲ^１ＣＨ＝ＮＨＲ^２の製造。
ここにＲ^２は，置換基を有していてよい好ましくは炭素数１〜１０，より好ましくは炭素数１〜６，更に好ましくは炭素数１〜４の飽和炭化水素基を表すか，又は置換基を有していてよい好ましくは炭素数６〜１０の芳香族基（例えば，フェニル基，ナフチル基）を表すか，又はＲ^２は，Ｒ^１と結合して環を形成していてよい飽和炭化水素基（例えばエチレン基）を表す。
Ｒ^２が有することがある置換基は，好ましくはＲ^４−，Ｒ^４Ｏ−及びＸ（ハロゲン）からなる群より選ばれるものであり，ここにＲ^４は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６，好ましくは炭素数１〜４，より好ましくは炭素数１〜３の飽和炭化水素基を表すか，１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよいフェニル基を表し，Ｘはハロゲンを表す。ハロゲンとしては，フッ素，塩素，臭素，及びヨウ素が挙げられる。
（５）スルフィドのスルホキシドへの選択的酸化。
ここに，該スルフィド及びスルホキシドは，それぞれＲ^６−Ｓ−Ｒ^７及びＲ^６−ＳＯ−Ｒ^７〔式中，Ｒ^６，Ｒ^７は，同一又は異なって，置換基を有していてよい飽和炭化水素基，又は置換されていてよい芳香族基を表す〕で示される。飽和炭化水素基としては，好ましくは炭素数１〜１０，より好ましくは炭素数１〜６，更に好ましくは炭素数１〜４のものであり，芳香族基としては，好ましくは炭素数６〜１０のもの（例えば，フェニル基，ナフチル基）である。
Ｒ^６又はＲ^７が置換基を有するときは，その置換基は，好ましくは，Ｒ^８−，Ｒ^８Ｏ−，Ｘ（ハロゲン）又はヒドロキシル基であり，Ｒ^８は，１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい好ましくは炭素数１〜６，より好ましくは炭素数１〜４，更に好ましくは炭素数１〜３の飽和炭化水素基である。

反応に用いる溶媒は，原料有機化合物を所望の濃度（通常，0.1Ｍ程度）まで溶解させることができ，光増感剤を添加する場合にはそれも溶解させることができるものであれば，特に制限はない。例えば，有機溶媒であり，特にメタノール，エタノール，ｎ−プロパノール，イソプロパノール酢酸エチル，アセトニトリル，テトラヒドロフラン及びこれらの２種以上の混合溶媒が手軽に使用できるものとして挙げられるが，それらに限定されない。

以下，実施例を参照して本発明を更に具体的に説明するが，本発明がそれらの実施例に限定されることは意図しない。

〔反応装置〕
図１は，本発明で使用する反応装置の概念図である。図において，１はナノバブル発生装置であり，３は流量制御装置であり，ナノバブル発生装置１に供給する酸素含有気体（酸素ガス，空気等）の流量を制御している。５は反応容器であり，中に反応溶液７が収容されている。反応溶液７は，原料有機化合物の溶液であり，場合により更に光増感剤も含む。反応容器５には光源である高圧水銀灯９（１００Ｗ）が取り付けられており，応溶液７に光照射する。

ナノバブル発生装置１と反応容器５とは，一方の先端が反応溶液７中に浸漬されている２本のパイプ１１，１２で繋がれており，ナノバブル発生装置１，パイプ１１，反応容器５及びパイプ１２で，循環系が構成されている。ナノバブル発生装置１は，反応容器内５内の反応溶液７をパイプ１２を通して吸引し，流量制御装置３から所定流量で供給される酸素（酸素ガス又は空気等。図中「Air/O₂」で示されている。）をナノバブルの形で反応溶液に加えてパイプ１１を通して吐出し，反応容器５内の反応溶液７に戻すように構成されている。反応時間中に連続運転されるナノバブル発生装置１により，反応容器５内の反応溶液７は，酸素を含んだナノバブルが濃厚に懸濁した液となる。この状態の反応溶液７に，高圧水銀灯９からの光が照射され，原料有機化合物は，基底状態から光照射により励起された一重項酸素による酸化を受けて生成物を与える。

ナノバブル発生装置１としては，マイクロ・ナノバブル発生装置MA3FS〔株式会社アスプ〕を用いた。ナノバブル発生装置は，液体にガスを注入し，ガス／液体混合物の流れにスタティックミキサーで剪断力を加えて液体の分割を繰り返すことで，液体中にナノバブルを作り出す機能を有する。

〔バブル粒子径の測定〕
ナノバブル発生装置により形成される泡の粒子径は，ナノ粒子測定装置（NanoSight，日本カンタム・デザイン（株））により行った。測定条件は次のとおりとした。
・溶媒：酢酸エチル
・気体：空気
・ナノバブル吐出圧力：０〜1.0 MPa
・液体流量：112 mL/分
・気体流量：3 mL/分
測定の結果，測定し得た最少サイズ３nmの粒子径から泡の存在が確認された。結果を図２に示す。図において，横軸は泡の粒子径を，縦軸は，気液混合流体１mLあたりの各粒子径を有する泡の個数である（図では，約50nm以下の粒子径範囲では，グラフが横軸に接近しているため泡の個数は判別できない。）。形成された泡は実質上全数（100％）が５〜500 nmの粒子径を有しており，50〜400 nmの粒子径を有する泡が泡の全個数の95％を優に超えている。

〔実施例１〕 α−テルピネンの光酸素酸化−１

α−テルピネン（Ｉ）の光酸素酸化により主生成物アスカリドール（II）と副生成物ｐ−シメン（III）が生じることが知られている。酸素原として空気をナノバブルの形で反応溶液に連続的に導入しつつ，常圧（１気圧）下にて，高圧水銀灯で反応液に光照射することによる光酸素酸化を，次のとおりに試みた。
α−テルピネンの０．１Ｍ／メタノール溶液５０ｍＬに，α−テルピネンの量に対し１５モル％の量の光増感剤（ローズベンガル又はメチレンブルー）を添加し，空気をナノバブルの形で連続的に導入しつつ反応溶液温度３０℃で表１に記載の時間，光酸素酸化反応に付した。なお光照射には，内部照射型光化学反応装置ＵＶＬ−１００ＨＡ（理工科学産業社製）（水冷式１００Ｗ高圧水銀灯）を用い，光源を反応溶液中に浸漬させて照射を行った（内部照射）。

反応終了後の反応液をショートカラム（酢酸エチル，ＳｉＯ_２：１ｇ，Ｎａ_２ＳＯ_４：１０ｍｇ）にて濾過し，得られた溶液をガスクロマトグラフィーにかけ，各ピーク面積から，何らかの生成物へのα−テルピネンの転化率（反応による消費率）と，生成物中におけるアスカリドール及びｐ−シメンの各割合とを求めた。結果を表１に示す。

表１に示すように，光増感剤としてローズベンガル又はメチレンブルーを原料であるα−テルピネンに対して１５モル％用いた場合，０．５〜６時間の反応により何れも原料の転化率は９９％を超えおり，反応は既に実質的に完了していた。また主生成物はアルカリドールであった。

〔実施例２〕 α−テルピネンの光酸化−２
表２に示すように，原料であるα−テルピネンの濃度を０．１〜０．０２５Ｍ／メタノールの範囲で設定し，光増感剤としてローズベンガルを原料に対して１．０又は３．０モル％で添加し，常圧下にて，内部照射しつつ反応溶液温度３０℃で０．５〜１時間，実施例１と同様に空気のナノバブルを導入しつつ，反応を行った。反応終了後，実施例１と同様にして，転化率と，成物中のアスカリドール及びｐ−シメンの各割合とを求めた。結果を表２に示す。

表２に見られるように，光増感剤としてローズベンガルの添加量を原料に対し１．０又は３．０モル％という量に減らしても，反応溶液温度３０℃，１時間の反応（No.１，No.２）のみならず０．５時間の反応（No.３，No.４）でも，原料の転化率は全て９９％を超えており，反応は既に完了していた。また，予想外にもｐ−シメンが主生成物として得られ，アスカリドールの生成量は僅かであった。

〔実施例３〕 γ−テルピネンの光酸素酸化−１

γ−テルピネン（IＶ）の光酸素酸化によるｐ−シメン（III）の製造を，常圧下にて種々の条件で行った。反応後，実施例１と同様にして生成物をガスクロマトグラフィーにかけ，γ−テルピネンの転化率を求めた。反応の条件及び結果を表３に示す。なお，表３の気体導入欄中，「BAB（空気）」は反応液中に（ナノバブルの形態ではなく）単なる一般的なバブリングで空気を吹き込むものであり，「BAL（空気）」は，空気で含ませた風船を反応容器に繋いで，反応容器中の気相側に空気を供給するものである。

表３に見られるように，メタノールを溶媒とし，ローズベンガル（ＲＢ）を光増感剤として，ナノバブルの代わりに通常のバブリングにより空気を導入したNo.３及びバルーンによるNo.４では，２時間の反応後における原料の転化率が，それぞれ３４％及び４％と低かった。これに対し，ナノバブルを用いたものでは，光増感剤を添加していないNo.１４でさえ，４９％の転化率を示した。

ナノバブルを用い，光増感剤をローズベンガル，溶媒をメタノールとして反応を行った全てのもの（No.１，２，５，１０）は，１〜２時間で既に反応は実質的に完了（転化率＞９９％）していた。光増感剤としてローズベンガルを用いもの同士で比較すると，用いた溶媒のうちメタノール，ＴＨＦ／メタノール（５／１），及びイソプロパノール／メタノール（５／１）も同等に優れており（全て，転化率＞９９％），このことはメタノール，イソプロパノール及びＴＨＦが同等に優れた溶媒として使用できることを示している。但し，酢酸エチル／メタノール（５／１）やアセトニトリル／メタノール（５／１）を溶媒とした場合も，転化率７５％が得られているから，これらの溶媒も使用でき，特に，メタノールに溶解しにくい原料で光酸素酸化反応を行う場合における溶媒候補となる。

何れもナノバブルを用いたもののうち，ローズベンガル以外の光増感剤として５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィン（ＴＰＰ）を用いたもの（No.１２）では，２時間の反応で原料の転化率は７５％であり，メチレンブルー（ＭＢ）を用いたもの（No.１１）では６５％，ｐ−ベンゾキノンを用いたもの（No.１３）では６２％であった。このことから，ナノバブルによる空気（又は酸素）の導入下の光酸素酸化反応において，これらの光増感剤のうちローズベンガルが取り分け優れていることが明らかである。但し，他の光増感剤も，光増感剤を用いないNo.１４での結果より高い原料転化率を示していることから，ナノバブル導入下の光酸素酸化反応において有利に使用できる。

〔実施例４〕第一級アミンの脱水素化とホモカップリングによるイミンの製造−１

窒素原子にメチレン基が結合しているタイプの式Ｚ−ＣＨ_２−ＮＨ_２〔Ｚは，任意の基を表す。〕の第一級アミンの一例として，上記のアミン（Ｖ）を選び，実施例１〜２と同様にして，常圧下，反応溶液温度３０℃にて，ナノバブルの形での空気又は酸素の供給下に光酸素酸化反応を行い，原料の転化率又はイミン（ＶI）の収率を調べた。光増感剤としてはローズベンガル又はＴＰＰを用いた。なお，反応溶液にはデカン（１０μＭ）を添加しておき，ガスクロマトグラフィーに際し，これを内部標準物質として原料であるベンジルアミンの定量を行った。反応の条件及び結果を次の表４に示す。

表４に見られるように，光増感剤としてローズベンガルを原料に対し僅か０．１モル％使用して，反応溶液温度３０℃では０．３時間（１８分）の反応で，転化率９９％超が達成されていた（No.２）。また更に低い０．０１モル％の使用では，１時間で転化率９９％が達成されていた（No.３）。更に一桁低い０．００１モル％の使用では，４時間で転化率７０％に達していたが（No.５），これは光増感剤無添加のもの（No.６，７）の７４％，４７％と実質的に異ならないと考えられる。このことは寧ろ，ナノバブルの形で空気（又は酸素）を導入しつつ行う光酸素酸化によれば，光増感剤を加えないでも酸化反応が実質的に進行することを示している。

また，光増感剤がＴＰＰである場合，原料に対しごく微量の０．００１モル％の使用でも，４時間でイミン収率９９％が達成されていた（No.１２）。

〔実施例５〕第一級アミンの脱水素化とホモカップリングによるイミンの製造−２

実施例４において原料としたベンジルアミンに代えて，メチル基，メトキシ基，クロロ基又はトリフルオロメチル基をフェニル基上に有するベンジルアミンを原料として，実施例４と同様に光酸素酸化を試みた。比較のため，同時に，ナノバブル（ＮＢ）に代えて通常のバブリング（ＢＡＢ）によっても同様に反応を試みた。原料化合物，反応条件及び結果を次の表５に示す。

表５に見られるように，何れの置換基を有するベンジルアミンにおいても，ナノバブルの形で空気を導入しつつ行う光酸素酸化が，通常のバブリングによるものに比べてはるかに高い転化率を示した。

〔実施例６〕第二級アミンの脱水素化によるイミンの製造

１．Ｎ−ベンジルプロパン−２−アミン（ＸI）のイミン（ＸII）化

式（ＩＸ）においてＲ^ａがフェニル基，Ｒ^ｂがイソプロピル基であるＮ−ベンジルプロパン−２−アミン（ＸＩ）を原料とし，光増感剤としてＴＰＰを原料の０．０２モル％使用して，デカン２０μＭを含むアセトニトリル溶液中で，反応溶液温度３０℃にて１時間，上記各実施例と同様にナノバブル（空気）を導入しつつ光照射して，光酸素酸化反応を行った。その結果，対応するイミン（ＸII）が８０％の収率で得られた。また，他の条件を同一として通常のバブリングで空気導入しつつ光酸素酸化反応を１時間行ったところ，イミン（ＸII）の収率は２９％であった。

２．テトラヒドロイソキノリン（ＸIII）のイミン（ＸIV）化

式（IＸ）においてＲ^ａがフェニル基，Ｒ^ｂが該フェニル基の第２位に置換しているエチレン基である１，２，３，４−テトラヒドロイソキノリン（ＸIII）を原料とし，上記１と同様にして，但し１．５時間，光酸素酸化反応を行い，対応する３，４−ジヒドロイソキノリン（ＸIV）が８８％の収率で得られた。なお，他の条件は同一として通常のバブリングにより光酸素酸化反応を１．５時間行ったところ，イミン（ＸIV）の収率は５０％であった。

３．ジベンジルアミン（ＸＶ）のイミン（ＸVI）化

式（IＸ）においてＲ^ａがフェニル基，Ｒ^ｂがベンジル基であるジベンジルアミン（ＸＶ）を原料とし，上記１と同様にして１時間反応を行い，イミン（ＸVI）が９９％の収率で得られた。なお，他の条件は同一として通常のバブリングにより光酸素酸化反応を１時間行ったところ，イミン（ＸVI）の収率は２３％に止まった。

〔実施例７〕スルフィドの光酸素酸化によるスルホキシドの選択的製造
１．チオアニソールの光酸素酸化によるメチルスルフィニルベンゼンの選択的製造−１

原料であるチオアニソール（ＸVII）を濃度０．１Ｍでアセトニトリル／メタノール（５／１）に溶解させ，光増感剤は使用せず，内部標準としてデカン１０ｍＭを添加して，常圧下に，内部照射しつつ反応溶液温度３０℃で３時間，空気をナノバブルの形で導入しつつ，反応を行った。その結果，原料の転化率９９％，スルホキシド（ＸVIII）の収率は７８％であった。また，スルホキシド／スルホン（Ph-SO₂-Me）の比が（ガスクロマトグラフィーでの面積比）９９／１であり，反応はこれら２種の生成物でほぼ完全にスルホキシド選択的であった。

２．チオアニソールの光酸素酸化によるメチルスルフィニルベンゼンの選択的製造−２
上記に続き，溶媒，光増感剤の種類，添加量及び有無，反応時間を種々変更して，空気をナノバブルの形で導入しつつ，内部照射による光酸化によるメチルスルフィニルベンゼンの製造を試みた。条件及び結果を次の表６に示す。

表６に見られるように，反応は，光増感剤不使用でもよく進行した。また，光増感剤の有無によらず，Ｒ_２ＳＯ／Ｒ_２ＳＯ_２比（スルホキシド／スルホン比）は９７／３〜１００／０であり，反応は高度にスルホキシド選択的であった。また，原料の転化率は，メタノール，アセトニトリル，これらの混液を用いた場合に特に高かった。

３．各種スルフィドの光酸素酸化によるスルホキシドの選択的製造

上記１及び２で，チオアニソールの光酸素酸化で，ナノバブルを用いると，スルフィドからスルホキシドへの高度に選択的な酸化が起こること及び，光増感剤不使用でも反応がよく進行することが確認されたことから，他のスルフィドについて検討した。即ち，表７の各原料化合物を濃度０．１Ｍでアセトニトリル／メタノール（５／１）に溶解させ，内部標準としてデカン１０ｍＭを添加し，光増感剤の存在下又は不存在下に，３０℃にて，空気をナノバブル又は通常のバブリングにより供給しつつ，内部照射で光酸素酸化を試みた。結果を併せて表７に示す。

表に見られるとおり，光増感剤なしでも反応は進行し，ナノバブル（ＮＢ）による空気（又は酸素）導入下での光酸素酸化では，通常のバブリングによる空気導入下での反応に比べ，著しく高い転化率及びスルホキシド収率が得られた。また，転化率とスルホキシド収率との比較及び表６の結果との対比から，ナノバブルを用いた光酸素酸化においてこれら種々のスルフィドにつき高度にスルホキシド選択的な酸化が起こっていることが分かる。また，この選択性は，窒素原子に結合している基，Ｒ^ｃ及びＲ^ｄが芳香族であるか脂肪族であるかによっては影響を受けていない。このことは，ナノバブルを用いた光酸素酸化によるスルフィドのスルホキシドへの高度に選択的な酸化の，広範な種々のスルフィド全般への適用可能性を示している。

本発明は，光酸素酸化反応の反応効率を飛躍的向上，光増感剤の使用量低減や不使用，スルフィドのスルホキシドへの選択的光酸素酸化，及び光増感剤量の調節による主生成物の選択の可能性を拓く点で有用である。

１：ナノバブル発生装置
３：流量制御装置
５：反応容器
７：反応溶液
９：高圧水銀灯
１１，１２：パイプ

Claims

原料有機化合物の光酸素酸化による生成物の製造における，改良された製造方法であって，光照射下におかれた該原料有機化合物含有溶液に酸素含有気体をナノバブルの形で注入して，該溶液中に該酸素含有気体のナノバブルが分散された状態を維持することにより，該原料有機化合物の光酸素酸化反応を進行させて該生成物を得ることを特徴とする，製造方法。
該溶液が，光増感剤を含むものである，請求項１の製造方法。
該光増感剤が，ローズベンガル，メチレンブルー，エオシンＹ，フルオレッセイン，ｐ−ベンゾキノ，ルブレン，５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィン，及び遷移金属錯体からなる群より選ばれるものである，請求項１又は２の製造方法。
該溶液中の光増感剤の濃度が，該原料有機化合物に対して３ｍｏｌ％以下である，請求項１〜３の何れかの製造方法。
該溶液が光増感剤を含まないものである，請求項１の製造方法。
光照射のための光源が水銀灯，ハロゲンランプ，ＬＥＤランプ及び白熱電球から選ばれるものである，請求項１〜５の何れかの製造方法。
該原料有機化合物（Ｍ）と該生成物（Ｐ）とが，下記の組合せになるもの：
(i) Ｍ：α−テルピネン，Ｐ：アスカリドール及び／又はｐ−シメン
(ii) Ｍ：Ｒ^１ＣＨ_２ＮＨ_２，Ｐ：Ｒ^１ＣＨ＝ＮＣＨ_２Ｒ^１
〔式中，Ｒ^１は，置換基を有していてよい芳香族基を表す。〕
(iii) Ｍ：Ｒ^１ＣＨ_２ＮＨＲ^２，Ｐ：Ｒ^１ＣＨ＝ＮＨＲ^２
〔式中，Ｒ^１は請求項定義に同じであり，Ｒ^２は，置換基を有していてよい飽和炭化水素基又は置換基を有していてよい芳香族基を表す。〕
(iv) Ｍ：スルフィド，Ｐ：スルホキシド
より選ばれるものである，請求項１〜６の何れかの製造方法。
Ｒ^１の芳香環部分が炭素数６〜１０を有するものである，請求項７の製造方法。
Ｒ^１の置換基が，Ｒ^３−，Ｒ^３Ｏ−及びＸからなる群より選ばれるものであり，ここにＲ^３は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６の飽和炭化水素基を表すか，又は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよいフェニル基を表し，Ｘはハロゲンを表すものである，請求項７又は８の製造方法。
Ｒ^２が，置換基を有していてよい炭素数１〜１０の飽和炭化水素基，又は置換基を有していてよい炭素数６〜１０の芳香族基を表すか，又はＲ^２がＲ^１と結合して環を形成していてよい飽和炭化水素基を表すものである，請求項７〜９の何れかの製造方法。
Ｒ^２の置換基が，Ｒ^４−，ＲＯ−及びＸからなる群より選ばれるものであり，ここにＲ^４は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６の飽和炭化水素基を表すか，又は１個又は２個以上のハロゲンで置換されていてもよいフェニル基を表し，Ｘはハロゲン若しくはヒドロキシル基を表すものである，請求項７〜１０の製造方法。
該原料有機化合物（Ｍ）と該生成物（Ｐ）とが，（Ｍ）置換基を有してよい１，２，３，４−テトラヒドロイソキノリンと（Ｐ）置換基を有してよい３，４−ジヒドロイソキノリンである，請求項７〜１１の何れかの製造方法。
該スルフィド及びスルホキシドが，それぞれＲ^６−Ｓ−Ｒ^７及びＲ^６−ＳＯ−Ｒ^７
〔式中，Ｒ^６，Ｒ^７は，同一又は異なって，置換基を有していてよい飽和炭化水素基，又は置換されていてよい芳香族基を表す〕で示されるものである，請求項７〜１２の何れかの製造方法
該飽和炭化水素基が，炭素数１〜１０のものであり，該芳香族基の芳香環部分が炭素数６〜１０のものである，請求項１３の製造方法。
Ｒ^６又はＲ^７の置換基が，Ｒ^８−，Ｒ^８Ｏ−又はＸを表し，Ｒ^８は１個又は２個以上のハロゲン若しくはヒドロキシル基で置換されていてもよい炭素数１〜６のアルキル基を表し，Ｘはハロゲン若しくはヒドロキシル基を表すものである，請求項１４の製造方法。