JP2019199404A - 不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷の大きな廃棄物を副生する重金属酸化剤、有機過酸化物などの酸化剤や、反応液に溶け込んでしまい再使用が出来ない錯体触媒を使用することなく、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的、安全に、比較的高収率で製造することのできる製造方法の提供。【解決手段】周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択される１種類または２種類以上の金属元素を含む触媒が収容された触媒カートリッジ１に、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類と、過酸化水素水を導入し、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物類を連続的に製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、周期律表第８〜１０族の金属元素を有効成分として含む触媒が収容された触媒カートリッジに、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類と過酸化水素水を導入し、連続的にα，β−不飽和ケトン化合物を製造する方法に関する。

α，β−不飽和ケトン化合物の合成反応は、香料、樹脂、医薬品や農薬の製造における基盤的な反応として知られている。
α，β−不飽和ケトン化合物類をアリルアルコール類から酸化反応により製造する方法としては、二酸化マンガンを酸化剤として用いるもの（非特許文献１）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン触媒存在下、過ヨウ素酸を再酸化剤として用いるもの（非特許文献２）、過マンガン酸ナトリウムを酸化剤として用いるもの（非特許文献３）、過マンガン酸銅を酸化剤として用いるもの（非特許文献４）、セレン化合物を促進剤とし過酸化−ｔ−ブチルを酸化剤として用いるもの（非特許文献５）、過マンガン酸バリウムを酸化剤として用いるもの（非特許文献６）等が一般的に用いられている。

また、酸化剤として、安価で腐食性がなく、反応後の副生物が水であるため環境負荷が低く、工業的に利用するのに優れている過酸化水素を用いたα，β−不飽和ケトン化合物類を製造する方法としては、アンモニウム塩を含むタングステン触媒を用いる反応（非特許文献７）、マンガン触媒を用いる反応（非特許文献８）、安価な鉄錯体を用いる反応（特許文献１）が知られている。

さらに、酸化剤として上述の優れた過酸化水素を用い、入手容易で回収再使用可能な固体触媒を用いたα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法として、白金黒などの周期律表第８〜１０族に属する金属化合物を触媒として用いる反応が知られている（特許文献２）。

特開２０１５−１１７２２４号公報 特許第４３９２５００号公報

Ｊ.Ｏｒｇ.Ｃｈｅｍ.１９６１，２６，２９７３. Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，１９８７，８４８. Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ.１９８１，２２，１６５５. Ｊ.Ｏｒｇ.Ｃｈｅｍ.１９８２，４７，２７９０. Ｊ.Ｏｒｇ.Ｃｈｅｍ.１９８２，４７，８３７. Ｂｕｌｌ.Ｃｈｅｍ.Ｓｏｃ.Ｊｐｎ.１９８３，５６，９１４. Ｂｕｌｌ.Ｃｈｅｍ.Ｓｏｃ.Ｊｐｎ.１９９９，７２，２２８７. Ｏｒｇ.Ｌｅｔｔ.２０１５，１７，５４.

本発明者らは、α，β−不飽和ケトン化合物類をアリルアルコール類から酸化反応により製造する従来の製造方法について検討したが、それぞれ、次の（１）〜（３）のような問題点を有することを認識した。
（１）非特許文献１〜６に記載された一般に用いられている重金属酸化剤や有機過酸化物を用いる方法は、毒性の高い副生物の発生や酸化剤の腐食性の点で環境に与える負荷が大きく、また副生物の分離と処理に多大なコストがかかるため、省エネルギーと品質の両面から工業的に優れた方法ではない。
（２）酸化剤として過酸化水素を使用し、タングステン触媒、マンガン触媒、鉄錯体などを用いる反応では、触媒が一回の反応で反応溶液に溶け込んでしまい、再使用が不可能であるし、タングステン触媒、マンガン触媒を用いる場合では、エポキシ化も同時に進行するため、α，β−不飽和ケトン化合物類が選択的に得られない。また、過酸化水素の急速な反応進行による爆発の危険性を回避するため、過酸化水素の添加を滴下により行う必要があり、工業的製造方法としては効率が非常に低い。
（３）前記特許文献２の固体触媒を用いる反応は、反応液をろ過等の分離操作と触媒の水洗浄による触媒の回収再使用が比較的容易であり、収率も比較的高いという利点を有するが、反応容器に原料、酸化剤、触媒を導入して混合する方法であり、高価な白金黒などの触媒を用いると、単位製品量当たりの触媒コストが大きくなりすぎ、経済的でない。また、過酸化水素を一気に加えると反応容器内で過酸化水素の急速な反応進行による選択性の低下や爆発の危険性があるため、過酸化水素を滴下する必要があり、工業的製造方法としては効率が非常に低い。さらに、非水溶性のアリルアルコール類の油性溶液と過酸化水素水溶液の不均一溶液系で反応させるため、激しく攪拌して基質、過酸化水素、触媒が接触する効率を高める必要がある。

本発明者らは、前記特許文献２の固体触媒を用いる反応の上記利点等に着目し、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物類の製造に適用することを検討したが、収率が著しく低下することが判明した。本発明者らは収率の低下の原因について詳細に検討し、原料のアリルアルコール類の不飽和結合の還元や、生成物であるα，β−不飽和ケトン化合物類の分解等の副反応が進行することを見出した。そこで本発明者らは、用いる固体触媒や有機溶媒、過酸化水素濃度等の検討を試みたが、好ましい結果は得られなかった。

本発明は、上述のような従来技術やそれらについて本発明者らが認識した問題点などを背景としてなされたものであり、環境負荷の大きな廃棄物を副生する重金属酸化剤、有機過酸化物などの酸化剤や、反応液に溶け込んでしまい再使用が出来ない錯体触媒を使用することなく、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的、安全に、比較的高収率で得ることができる製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択される１種類または２種類以上の金属元素を含む触媒が収容された触媒カートリッジに、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類（以下、「基質」ということがある。）と過酸化水素水とを送液ポンプ等により導入することにより、種々の不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物類を連続的、安全に、比較的高収率で製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。

周期律表第８〜１０族に属する金属元素の群から選択される金属元素を有効成分とする触媒を用いるアリルアルコール類の過酸化水素水による酸化反応においては、上記のとおり、過酸化水素をゆっくり加えないと、過酸化水素の急速な反応進行による選択性の低下や爆発の危険性がある。また、触媒と原料のアリルアルコール類または生成物のα，β−不飽和ケトン化合物の過剰な接触による副反応を回避するため、アリルアルコール類が触媒に対して大量に存在する反応場を形成することが常識であった。
そのような従来技術やその問題点に対し、本発明においては、触媒カートリッジにアリルアルコール類や過酸化水素を連続的に導入し、触媒カートリッジ内に存在するアリルアルコール類と過酸化水素の混合溶液量に比して触媒の金属元素がモル数の観点から大量に存在する反応場が形成されることにより、従来の常識的な技術的知見とは異なり、対応するα，β−不飽和ケトン化合物が連続的、安全に、比較的高収率で製造できることを見出した。

また、従来、溶液反応においては、原料同士、または原料と酸化剤、反応促進剤などの反応試薬が相溶性を持たない場合、反応を円滑に進めるために原料と反応試薬が相互に溶解する溶媒を用いて両者の均一な溶液を予め調製した後に反応させる、または、不均一な反応溶液を激しく攪拌して基質、過酸化水素、触媒が接触する効率を高めると、選択性、収率などの点で有利であるとされていた。
本発明者らは、触媒カートリッジを活用した酸化反応について、様々な研究、実験、理論的な考察を行った結果、過酸化水素を酸化剤とする非水溶性のアリルアルコール類の酸化反応は、従来の技術常識とは異なり、非水溶性のアリルアルコール類と水溶性の過酸化水素水とを、それぞれ独立に送液ポンプなどで触媒カートリッジに導入して反応させた場合に、α，β−不飽和カルボニル化合物類が不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するものであっても、比較的高収率で生成することを知見した。このような知見は、従来の技術常識では到底予期できるものではなく、本発明者の弛まぬ実験研究の積み重ねによって見出された現象である。

本発明は、上記のような知見に基づくものであり、本件では、以下のような発明が提供される。
〈１〉周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択される１種類または２種類以上の金属元素を含む触媒が収容された触媒カートリッジに、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類（基質）と過酸化水素水を導入し、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的に製造するα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
〈２〉前記金属元素を含む触媒が、パラジウム／炭素、パラジウム黒、白金／炭素、白金黒、ルテニウム／炭素、ルテニウム黒からなる群から選択される１種類または２種類以上である、請求項１に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
〈３〉前記触媒は、シリカ、アルミナ、珪藻土(主成分が二酸化ケイ素)、チタニア、ジルコニアからなる群から選択される１種類または２種類以上の酸化物との混合物の状態で前記触媒カートリッジに収容されている、〈１〉または〈２〉に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
〈４〉前記触媒カートリッジを等体積量の基質または基質溶液と過酸化水素水で満たした場合の、前記触媒カートリッジに収容されている周期律表第８〜１０族の金属元素のモル数と、前記触媒カートリッジ内に存在する基質のモル数との比率が、１０：１〜１：１０である〈１〉または〈２〉に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
〈５〉前記過酸化水素水における過酸化水素の濃度が１〜６０質量パーセントである、〈１〉〜〈４〉のいずれか１項に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
〈６〉前記過酸化水素水における過酸化水素は、基質に対し０.５〜１５.０当量である〈１〉〜〈５〉のいずれか１項に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
なお、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

本発明の製造方法によれば、重金属酸化剤や有機過酸化物などの環境負荷の大きな廃棄物を副生する酸化剤、および、反応液に溶け込んでしまい再使用が出来ない遷移金属錯体を使用することなく、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的、安全に、比較的高収率で製造することができる。

本発明の実施形態の連続的製造方法に使用する製造装置の模式的概要図。 本発明の実施形態の連続的製造方法に使用する触媒カートリッジの模式図。

本発明のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法は、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するアリルアルコール類と過酸化水素水を、例えば、それぞれ独立して送液ポンプ等で触媒カートリッジ内に送液することによって、数分程度の短時間で酸化反応を完結させて製品として不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的に製造することを特徴とする。ここで用いる触媒カートリッジは、周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択される１種類または２種類以上の金属元素を含む触媒が収容されたものである。

本発明の製造方法において用いられる各種アリルアルコール類は、種々のものが使用できるが、通常、下記一般式（１）で示される不飽和結合を炭素鎖の端部に有する第二級アリルアルコール類および一般式（２）で示される不飽和結合を環状部に有する第二級アリルアルコール類が用いられる。

式中Ｒ¹はカルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、スルホン酸基、置換基を有していてもよい、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、複素環基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基を示す。Ｒ²は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、または複素環基を示す。これらの基はさらに、アルキル基、アリール基、酸素原子、窒素原子、ハロゲン原子などの置換基を有していても良い。また、Ｒ¹およびＲ²の二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに結合し、環を形成していても良く、さらには、Ｒ¹およびＲ²の二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で２価の原子または／および２価の官能基を介して互いに結合して環を形成していても良い。

前記一般式（１）において、Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよいアルキル基の場合のアルキル基としては、炭素数１〜１５の直鎖状または分岐状のアルキル基が挙げられる。具体例としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-オクチル基等が挙げられる。

Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよいシクロアルキル基の場合のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数３〜１０の単環、多環又は縮合環式のシクロアルキル基が挙げられ、より具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。

Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよいアリール基の場合のアリール基としては、例えば、炭素数６〜２０、好ましくは６〜１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、アニシル基、ニトロフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基等が挙げられる。

Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよいアラルキル基の場合のアラルキル基としては、例えば、炭素数７〜２０、好ましくは７〜１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的には、例えば、ベンジル基、１−フェニルエチル基、１−フェニルプロピル基、１−ナフチルメチル基、２−ナフチルメチル基等が挙げられる。

Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよいアルコキシ基の場合のアルコキシ基としては、具体例として、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。

Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基の場合のアルコキシカルボニル基としては、具体例として、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。

Ｒ¹およびＲ²が置換基を有していてもよい複素環基の場合の複素環基としては、環中に少なくとも１個以上の窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を有する３〜１５員環、好ましくは３〜１０員環であって、シクロアルキル基、シクロアルケニル基又はアリール基などの炭素環式基と縮合していてもよい飽和又は不飽和の単環、多環又は縮合環式のものが挙げられ、より具体的には、例えば、オキシラニル基、ピリジル基、チエニル基、チアゾリル基、フリル基、ピペリジル基、ピロリル基、イミダゾリル基、キノリル基、ピリミジル基等が挙げられる。

本発明においては、このような一般式（１）で示される不飽和結合を炭素鎖の端部に有する第二級アリルアルコール類としては、例えば、１−オクテン−３−オールなどが例示される。

式中、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、または複素環基を示す。これらの基はさらに、アルキル基、アリール基、酸素原子、窒素原子、ハロゲン原子などの置換基を有していても良い。また、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶のいずれか二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で互いに結合し、環を形成していても良く、さらには、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶のいずれか二つがそれぞれから水素原子を取り除いた残基で２価の原子または／および２価の官能基を介して互いに結合して環を形成していても良い。ｎは正整数を示す。

前記一般式（２）において、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよいアルキル基の場合のアルキル基としては、炭素数１〜１５の直鎖状または分岐状のアルキル基が挙げられる。具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-オクチル基等が挙げられる。

Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよいシクロアルキル基の場合のシクロアルキル基としては、例えば、炭素数３〜１０の単環、多環又は縮合環式のシクロアルキル基が挙げられ、より具体的には、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。

Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよいアリール基の場合のアリール基としては、例えば、炭素数６〜２０、好ましくは６〜１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、アニシル基、ニトロフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基等が挙げられる。

Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよいアラルキル基の場合のアラルキル基としては、例えば、炭素数７〜２０、好ましくは７〜１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられ、より具体的には、例えば、ベンジル基、１−フェニルエチル基、１−フェニルプロピル基、１−ナフチルメチル基、２−ナフチルメチル基等が挙げられる。

Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよいアルコキシ基の場合のアルコキシ基としては、具体例として、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。

Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基の場合のアルコキシカルボニル基としては、具体例として、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。

Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵およびＲ⁶が置換基を有していてもよい複素環基の場合の複素環基としては、環中に少なくとも１個以上の窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を有する３〜１５ 員環、好ましくは３〜１０員環であって、シクロアルキル基、シクロアルケニル基又はアリール基などの炭素環式基と縮合していてもよい飽和又は不飽和の単環、多環又は縮合環式のものが挙げられ、より具体的には、例えば、オキシラニル基、ピリジル基、チエニル基、チアゾリル基、フリル基、ピペリジル基、ピロリル基、イミダゾリル基、キノリル基、ピリミジル基等が挙げられる。

本発明においては、このような一般式（２）で示される不飽和結合を環状部に有する第二級アリルアルコール類としては、例えば、２−シクロヘキセン−１−オールなどが例示される。

本発明の製造方法において酸化剤として用いられる過酸化水素水溶液における過酸化水素濃度には特に制限はなく、濃度に応じてアリルアルコール類との反応は生起するが、一般的には１〜６０質量％、好ましくは５〜３５質量％の範囲から選ばれる。

本発明の製造方法において用いられる過酸化水素水溶液の使用量に制限はなく、使用量に応じてアリルアルコール類との反応は生起するが、一般的にはアリルアルコール類に対して０.５〜１５.０当量、好ましくは０.９〜１０.０当量、さらに好ましくは１.０〜５.０当量の範囲から選ばれる。

本発明の製造方法において用いられるアリルアルコール類は、そのまま使用しても良いが、溶媒に溶解して用いても良い。溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、ｔ−アミルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、Ｎ,Ｎ‐ジメチルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、トルエン等が挙げられるが、特にｔ−アミルアルコールまたはトルエンが望ましい。これらは単独で使用しても、２種以上を混合使用してもよい。その使用量は基質のアリルアルコール類に対して質量比０.１〜１０００倍、好ましくは１〜１００倍の範囲から選ばれる。

本発明の製造方法においては、連続的にアリルアルコール類と過酸化水素水のポンプ等による送液と、流路の結合等によるそれら化学品の混合、そして触媒カートリッジと呼ぶ反応容器への導入と製品としてのα，β−不飽和ケトンを含む反応生成物の取り出しが連続的に行われる。そのような連続的製造方法を説明するための製造装置の全体的模式図は図１に、触媒カートリッジの模式図は図２に、それぞれ示される。

本発明の製造方法における、アリルアルコール類と過酸化水素水のポンプ等による送液の速度は、アリルアルコール類と過酸化水素水が接触、反応する際の単位時間当たりのモル比に直結するため、それぞれの濃度とバランスをとって決定することが望ましい。アリルアルコール類を含む疎水性の溶液と過酸化水素水の溶液は、別々の流速でも構わないが、混合容積を一致させるように流速を一致させると反応成績が向上することがある。流速としては、製造規模にも依存するが、実験装置サイズでは、０.１ｍｌ／分〜５.０ｍｌ／分が用いられ、より好適には、０.２ｍｌ／分〜２.０ｍｌ／分である。

本発明の製造方法における、アリルアルコール類と過酸化水素水の流路を結合し、混合する部分については、二本の流路を１本に束ねる機構であれば制限は無く、接続部分に撹拌する機構としてミキサーを含むブロックを使用しても良いし、単純にＴ字、ないしはＹ字に流路を収束させるだけでも良い。また、触媒カートリッジ内の流入部に混合部を形成することもできる。

本発明において使用される触媒カートリッジは、管状体と、管状体両端のフィルターおよび管状体内の両フィルター間に収容された触媒等（触媒、または触媒と酸化物との混合物）から構成される。管状体の形や材質に制限はないが、円形断面のガラス管で、断面の直径が０.５ｃｍ程度、肉厚が１ｍｍ程度、管状体の長さが１０ｃｍ程度以上あれば、問題なく用いられる。フィルターは、使用する溶媒、水、触媒粉末等によって腐食等の損傷を受けにくい材質であり、かつ、内包する触媒粉末等が流れ出ない孔サイズを有するものであればどのようなものでも使用できる。

本発明において使用される触媒カートリッジに内包される触媒は、反応を活性化させる周期律表８〜１０族の金属元素の群から選択される１種類または２種類以上の金属元素を有効成分として含むものである。前記金属元素は、好ましくは、ルテニウム、パラジウム、白金などである。

前記金属元素を含む触媒は、金属粉末、金属酸化物の粉末、金属を活性炭などに担持させた形態での粉末などのどのような状態でも良く、白金／炭素、白金黒、パラジウムブラック、パラジウム／炭素、ルテニウムブラック、ルテニウム／炭素からなる群から選択される１種類または２種類以上が好ましく、パラジウムブラック、パラジウム／炭素が特に好ましい。

前記触媒は、触媒を最適な比率に分散させて安定化させ寿命向上を担う酸化物との混合物として触媒カートリッジに内包されることが好ましい。そのような酸化物としては、シリカ、アルミナ、珪藻土(主成分が二酸化ケイ素)、チタニア、ジルコニアなどからなる群から選択される１種類または２種類以上など、広範に用いることが可能だが、過酸化水素を分解しない材料であることが求められ、好適にはシリカが用いられる。その使用量は、前記周期律表８〜１０族の金属元素を有効成分として含む上述の触媒１ｍｇに対して０.１〜１０００ｍｇ、好ましくは１〜１００ｍｇの範囲から選ばれる。使用する触媒は、基質に対し反応が良好に進行する程度まで大量に存在させることが重要であり、例えば、後述の実施例の装置サイズで送液量を含めた反応条件を考慮した場合には、触媒における金属：基質のモル比が１０：１から１：１０程度の間に収まる触媒の使用量で反応を行うことが好ましい。また、この際に、触媒における金属元素：基質のモル比が１：１０とは、バッチ反応でいうところの触媒金属元素量１０モル％であることを指し、バッチ反応においては爆発危険性とコスト面から極めて不利な条件とみなせる。本発明では、触媒カートリッジを用いるフロー装置（連続的製造装置）にすることで、バッチ反応では設定しえない反応容器の環境を構築できる。

本発明の製造方法においては、触媒カートリッジを用いるフロー装置を空気中で運転しても反応は十分に進行するが、装置全体ないし一部を窒素やアルゴンなどの不活性ガス存在下で運転しても問題ない。

本発明の触媒カートリッジを納め、実質の反応容器の役割を果たすものとしては、触媒カートリッジ全体を一定の温度に調節できる機構で、かつ、送液されてくるアリルアルコール類と過酸化水素水の混合液を漏れることなく触媒カートリッジ内へと導入でき、さらに触媒カートリッジから生成されるα，β−不飽和ケトン化合物類を採集可能な機構を備えていればよい。

本発明方法の反応条件には、特に制約はないが、通常、反応は１０〜１００℃、好ましくは５０〜９０℃の範囲で行われる。

本発明の製造方法における反応時間は、ポンプの流速、用いる触媒の量や反応温度等により左右され、必要量のα，β−不飽和ケトン化合物を得るまで連続的に運転する。従って反応時間を一概に定めることはできないが、通常は０.５〜２０時間の範囲で、好ましくは１〜６時間の範囲で行われる。２４時間以上の連続運転を行なっても構わない。

本発明方法で得られる不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物は、例えば、１−オクテン−３−オン、２−シクロヘキセン−１−オンなどが例示される。

本発明の実施態様の製造方法に用いる一般的な製造装置は、反応温度調整槽内に設けられた触媒カートリッジに、送液ポンプと接続部品によってアリルアルコール類と過酸化水素水の混合溶液を導入し、所定の温度で連続的に反応を行うものである。反応終了後、蒸留、クロマト分離、再結晶や昇華等の通常の方法によって、得られたα，β−不飽和ケトン化合物を取り出すことができる。また、反応後、反応液を精製することなく、そのまま次反応に用いることもできる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

実施例触媒Ａを収容した触媒Ａカートリッジの調製
バイアル瓶にパラジウム／炭素（Ｐｄ濃度４.９質量％、和光純薬工業製）８０ｍｇとシリカゲル（和光純薬製）１０００ｍｇを加えたのち、良く混合した。得られた混合物のうち１０２４ｍｇを、触媒カートリッジ内（内径５.０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）の両端フィルター間に封入し触媒Ａカートリッジを作成した。この触媒Ａカートリッジに含まれるパラジウムのモル数は０.０３４９ｍｍｏｌである。また、この触媒Ａカートリッジの空隙体積は、水を０.３ｍｌ／分で３０分間導入し、触媒Ａカートリッジ内の両フィルター間に水を満たした状態の触媒Ａカートリッジの重量と水を導入する前の重量の差から１.２８ｃｍ³、すなわち１.２８ｍｌであると計算した。
なお、触媒Ａカートリッジに含まれるパラジウムのモル数は、以下の計算式により計算した。
パラジウムのモル数（ｍｍｏｌ）＝［（パラジウム／炭素の重量）×（触媒カートリッジに詰めた混合物の重量／（パラジウム／炭素の重量＋シリカゲルの重量）×４.９／１００］／パラジウムの原子量

実施例触媒Ｂを収容した触媒Ｂカートリッジの調製
バイアル瓶にパラジウム黒（エヌイー・ケムキャット製）８０ｍｇとシリカゲル（和光純薬製）１０００ｍｇを加えたのち、良く混合した。得られた混合物のうち１０２６ｍｇを、触媒カートリッジ内（内径５.０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）の両端フィルター間に封入し、触媒Ｂカートリッジを作成した。この触媒Ｂカートリッジに含まれるパラジウムのモル数は０.７１４ｍｍｏｌである。また、触媒Ａカートリッジと同様にして求めた触媒Ｂカートリッジの空隙体積は１.２４ｍｌであった。

実施例触媒Ｃを収容した触媒Ｃカートリッジの調製
バイアル瓶にパラジウム黒（エヌイー・ケムキャット製）２０ｍｇとシリカゲル（和光純薬製）１０００ｍｇを加えたのち、良く混合した。得られた混合物のうち９００ｍｇを、触媒カートリッジ内（内径５.０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）の両端フィルター間に封入し触媒Ｃカートリッジを作成した。この触媒Ｃカートリッジに含まれるパラジウムのモル数は０.１８２ｍｍｏｌである。また、触媒Ａカートリッジと同様にして求めた触媒Ｃカートリッジの空隙体積は１.３８ｍｌであった。

実施例１
図１に示す製造装置を用い、実施例触媒Ａを備えた触媒Ａカートリッジを接続した。１−オクテン−３−オール（濃度９８質量％、1.３１ｇ、１０.０ｍｍｏｌ、東京化成工業製）をｔ−アミルアルコールに溶解させて調製した濃度０.４Mの溶液（基質溶液）２５ｍｌと、濃度３０質量％の過酸化水素水（関東化学製）を純水で希釈することで調製した濃度６質量％の過酸化水素水２５ｍｌをそれぞれ、基質溶液容器２、過酸化水素水容器３に収容した。基質溶液と過酸化水素水をそれぞれ流速０.３ｍｌ／分で各容器から、混合部６を介して、温度制御手段８により９０℃に設定された反応温度調整槽７内の触媒Ａカートリッジ１に導入し、触媒Ａカートリッジ１からの流出物を採取容器９で連続的に採取した。なお、この流速で触媒Ａカートリッジ内が等体積量の１−オクテン−３−オール溶液と過酸化水素水で満たされると仮定した場合の、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は１：７.３３、基質の滞留時間は２.１３分である。採取容器９に採取した流出物を分析した結果、１時間後の１−オクテン−３−オールの転化率は９６％、１−オクテン−３−オンの収率は９５％、１−オクテン−３−オンの選択性は９９％、触媒の時間当たり回転率（ＴＯＦ）は１９５.８、空間あたりの生産量（ＳＴＹ）は４４.０であった。

なお、触媒の金属元素：基質のモル比および基質の滞留時間は、以下の計算式により計算した。
触媒の金属元素：基質のモル比＝触媒の金属元素のモル数：（基質濃度／２）×触媒カートリッジの空隙体積
滞留時間（分）＝（触媒カートリッジの空隙体積／２）／基質の流速
また、転化率、収率、選択性はガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により分析した結果を元に、以下の計算式により計算した。
転化率（％）＝（１−残存した基質のモル数／使用した基質のモル数）×１００
収率 （％）＝（目的化合物のモル数／使用した原料のモル数）×１００
選択性（％）＝（目的化合物の収率／原料の転化率）×１００
さらに、ＴＯＦ、ＳＴＹは、目的化合物のモル数や生成量を元に、以下の計算式により計算した。
ＴＯＦ（／ｈ）＝（目的化合物のモル数／触媒のモル数）／反応時間
ＳＴＹ（（ｇ／ｈ）／ｄＬ）＝（目的化合物の生成量／反応時間）／触媒カートリッジ内の両フィルター間容積

実施例２
実施例触媒Ａを収容した触媒Ａカートリッジの代わりに実施例触媒Ｂを収容した触媒Ｂカートリッジを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行なった。なお、この触媒Ｂカートリッジ内が等体積量の１−オクテン−３−オール溶液と過酸化水素水で満たされると仮定した場合の、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は２.８８：１である。反応の結果、１時間後の１−オクテン−３−オールの転化率は１００％、１−オクテン−３−オンの収率は９９％、１−オクテン−３−オンの選択性は９９％、ＴＯＦは９.９８、ＳＴＹは４５.４であった。

実施例３
実施例触媒Ａを収容した触媒Ａカートリッジの代わりに実施例触媒Ｃを収容した触媒Ｃカートリッジを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行なった。なお、この触媒カートリッジ内が等体積量の１−オクテン−３−オール溶液と過酸化水素水で満たされると仮定した場合の、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は１：１.５１である。反応の結果、１時間後の１−オクテン−３−オールの転化率は１００％、１−オクテン−３−オンの収率は１００％、１−オクテン−３−オンの選択性は１００％、ＴＯＦは３９.５、ＳＴＹは４６.２であった。

比較例１
１５ｍｌ試験管に１−オクテン−３−オールの濃度０.４Mのｔ−アミルアルコール溶液（０.６３９ｍｌ、基質０.２５６ｍｍｏｌ）、パラジウム／炭素（Ｐｄ濃度４.９質量％、８０ｍｇ、Ｐｄ０.０３６８ｍｍｏｌ）を入れた。この時、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は、１：６.９６であった。この混合溶液を９０℃で加熱し、さらにそこへ濃度６質量％の過酸化水素水溶液（０.６３９ｍｌ、過酸化水素１.１５ｍｍｏｌ）を入れて２.１３分間攪拌した後、反応溶液を室温まで冷却した。反応溶液をＧＣで測定したところ、１−オクテン−３−オールの転化率は９６％、１−オクテン−３−オンの収率は２１％、１−オクテン−３−オンの選択性は２２％、ＴＯＦは４１.１、ＳＴＹは１４.９であった。

比較例２
１５ｍｌ試験管に１−オクテン−３−オールの濃度０.４Mのｔ−アミルアルコール溶液（１.８ｍｌ、基質０.７２ｍｍｏｌ）、パラジウム／炭素（Ｐｄ濃度４.９質量％、８.０ｍｇ、Ｐｄ０.００３６８ｍｍｏｌ）を入れた。この時、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は、１：１９６であった。この混合溶液を９０℃で加熱し、さらにそこへ濃度６質量％の過酸化水素水溶液（１.８ｍｌ、過酸化水素３.２４ｍｍｏｌ）を１時間かけて徐々に滴下した。滴下終了後、反応溶液を室温まで冷却した。反応溶液をＧＣで測定したところ、１−オクテン−３−オールの転化率は１００％、１−オクテン−３−オンの収率は６９％、１−オクテン−３−オンの選択性は６９％、ＴＯＦは１３５.０、ＳＴＹは１.７７であった。

比較例３
シリカゲル１００ｍｇを加えた以外は比較例２と同様の条件で反応を行なった。その結果、１−オクテン−３−オールの転化率は１００％、１−オクテン−３−オンの収率は６６％、１−オクテン−３−オンの選択性は６６％、ＴＯＦは１２９.１、ＳＴＹは１.６９であった。

参考例１
１５ｍｌ試験管に１−オクテン−３−オール（１３０.８ｍｇ、１.００ｍｍｏｌ）、パラジウム／炭素（Ｐｄ濃度４.９質量％、２１.８ｍｇ、Ｐｄ０.０１ｍｍｏｌ）、ｔ−アミルアルコール０.５ｍｌを入れた。この時、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は、１：１００であった。９０℃で１０分間撹拌した後、その混合溶液へ濃度６質量％の過酸化水素水溶液（０.６３ｍｌ、過酸化水素１.１ｍｍｏｌ）を１時間かけて徐々に滴下した。さらに９０℃で２時間撹拌した後、反応溶液を室温まで冷却した。反応溶液をＧＣで測定したところ、１−オクテン−３−オールの転化率は４７％、１−オクテン−３−オンの収率は２７％、１−オクテン−３−オンの選択性は５７％、ＴＯＦは９.０、ＳＴＹは０.８８であった。

参考例２
ｔ−アミルアルコールを入れなかった以外は参考例１と同様の条件で反応を行った。その結果、１−オクテン−３−オールの転化率は３８％、１−オクテン−３−オンの収率は１８％、１−オクテン−３−オンの選択性は４７％、ＴＯＦは６.０、ＳＴＹは０.９７であった。

参考例３
１５ｍｌ試験管に１−オクテン−３−オール（１３０.８ｍｇ、１.００ｍｍｏｌ）、白金黒（５.８７ｍｇ、Ｐｔ０.０３ｍｍｏｌ）を入れた。この時、触媒の金属元素（Ｐｔ）：基質のモル比は、１：３３であった。９０℃で１０分間撹拌した後、その混合溶液へ１０％過酸化水素水溶液（０.３７ｍｌ、過酸化水素１.１ｍｍｏｌ）を１時間かけて徐々に滴下した。さらに９０℃で２時間撹拌した後、反応溶液を室温まで冷却した。反応溶液をＧＣで測定したところ、１−オクテン−３−オールの転化率は１７％、１−オクテン−３−オンの収率は８％、１−オクテン−３−オンの選択性は４７％、ＴＯＦは０.８９、ＳＴＹは０.４３であった。

実施例４
１−オクテン−３−オールの代わりに、２−シクロヘキセン−１−オールを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。なお、この時に触媒Ａカートリッジ内が等体積量の２−シクロヘキセン−１−オール溶液と過酸化水素水で満たされると仮定した場合の、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は１：７.３３である。反応の結果、１時間後の２−シクロヘキセン−１−オールの転化率は９４％、２−シクロヘキセン−１−オンの収率は６８％、２−シクロヘキセン−１−オンの選択性は７２％、ＴＯＦは１４０.３、ＳＴＹは２４.０であった。また、フェノールが６％副生した。

実施例５
実施例触媒Ａを収容した触媒Ａカートリッジの代わりに実施例触媒Ｂを収容した触媒Ｂカートリッジを用いた以外は実施例４と同様の条件で反応を行なった。なお、この触媒Ｂカートリッジ内が等体積量の２−シクロヘキセン−１−オール溶液と過酸化水素水で満たされると仮定した場合の、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は２.８８：１である。反応の結果、１時間後の２−シクロヘキセン−１−オールの転化率は９９％、２−シクロヘキセン−１−オンの収率は６６％、２−シクロヘキセン−１−オンの選択性は６７％、ＴＯＦは６.６５、ＳＴＹは２４.０であった。また、フェノールが１３％副生した。

実施例６
実施例触媒Ａを収容した触媒Ａカートリッジの代わりに実施例触媒Ｃを収容した触媒Ｃカートリッジを用いた以外は実施例４と同様の条件で反応を行なった。なお、この触媒カートリッジ内が等体積量の２−シクロヘキセン−１−オール溶液と過酸化水素水で満たされると仮定した場合の、触媒の金属元素（Ｐｄ）：基質のモル比は１：１.５１である。反応の結果、１時間後の２−シクロヘキセン−１−オールの転化率は９９％、２−シクロヘキセン−１−オンの収率は６９％、２−シクロヘキセン−１−オンの選択性は７０％、ＴＯＦは２７.２、ＳＴＹは２４.６であった。また、フェノールが１３％副生した。

参考例４
１−オクテン−３−オールの代わりに、２−シクロヘキセン−１−オールを用いた以外は参考例１と同様の条件で反応を行なった。その結果、２−シクロヘキセン−１−オールの転化率は１００％、２−シクロヘキセン−１−オンの収率は０％、２−シクロヘキセン−１−オンの選択性は０％、ＴＯＦは０、ＳＴＹは０であった。また、シクロヘキサノンが４２％、シクロヘキサノールが２２％、フェノールが１５％副生した。

参考例５
１−オクテン−３−オールの代わりに、２−シクロヘキセン−１−オールを用いた以外は参考例２と同様の条件で反応を行なった。その結果、２−シクロヘキセン−１−オールの転化率は１００％、２−シクロヘキセン−１−オンの収率は０％、２−シクロヘキセン−１−オンの選択性は０％、ＴＯＦは０、ＳＴＹは０であった。また、シクロヘキサノンが４２％、シクロヘキサノールが２３％、フェノールが９％副生した。

参考例６
１−オクテン−３−オールの代わりに、２−シクロヘキセン−１−オールを用いた以外は参考例３と同様の条件で反応を行なった。その結果、２−シクロヘキセン−１−オールの転化率は９３％、２−シクロヘキセン−１−オンの収率は４９％、２−シクロヘキセン−１−オンの選択性は５３％、ＴＯＦは５.４４、ＳＴＹは３.２７であった。また、シクロヘキサノンが４％、シクロヘキサノールが１０％、フェノールが４％副生した。

以上の実施例や比較例などの結果をまとめると、以下のようなことが言える。
（１）不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類を過酸化水素水に作用させて酸化反応を進め、α，β−不飽和ケトン化合物を得る製造方法において、周期律表第８〜１０族から選択される金属元素を含む触媒を用いたバッチ反応では、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的、効率的に製造することはできないが、図１に示されるような触媒カートリッジを備えた製造装置を利用することで、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的、安全に、比較的高収率で製造することができる。
（２）触媒カートリッジに封入する触媒有効成分として周期律表第８〜１０族の金属元素を選択し、かつ、シリカ、アルミナ、珪藻土(主成分が二酸化ケイ素)、チタニア、ジルコニアからなる群から選択される１種類または２種類以上の酸化物を混合して使用すると、６０％以上の収率、５.０以上のＴＯＦ、２０以上のＳＴＹを実現可能であり、望ましい。
（３）図１に示す製造装置において、基質または基質溶液と過酸化水素水の流速を０.１〜０.４ｍｌ／分にし、かつ基質と過酸化水素のモル比を基質：過酸化水素 ＝ １：２〜１：１０で接触させる条件が連続的かつ安全なα，β−不飽和ケトン化合物の製造に特に適している。
（４）周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択される金属元素を有効成分として含む触媒としては、パラジウム／炭素、パラジウム黒、白金／炭素、白金黒、ルテニウム／炭素、ルテニウム黒のうちで、特に、パラジウム／炭素、パラジウム黒が好ましく、最も好ましいのは、パラジウム／炭素である。
（５）周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択され触媒の有効成分として使用される金属元素の量については、基質に対し反応が良好に進行する程度まで過剰に存在させることが重要である。金属元素：基質のモル比が１０：１から１：１０程度の間に収まる程度の金属元素の使用量で反応を行う場合に、効率的にα，β−不飽和ケトン化合物を製造することができるが、連続的製造方法において触媒カートリッジを反応容器として用いることにより、そのような金属元素・基質モル比を容易かつ安全に実現することができる。

不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物は、医農薬品の中間体や、香料、樹脂の原料などとして工業的に重要である。そして、本発明によれば、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類を原料として、触媒カートリッジを連続生産が可能な反応容器として用い、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物類を効率的かつ安全に製造できるため、本発明は、医農薬品の中間体や、香料、樹脂の原料などの分野を中心に幅広く活用することができると考えられる。

１ 触媒カートリッジ
２ 基質溶液容器
３ 過酸化水素水容器
４ 送液ポンプ
５ 送液ポンプ
６ 混合部
７ 反応温度調整槽
８ 温度制御手段
９ 採取容器
１０ 直管
１１ 触媒粉末等
１２ フィルター
１３ フィルター
Ｌ１〜Ｌ６ 配管

Claims (6)

1. 周期律表第８〜１０族の金属元素の群から選択される１種類または２種類以上の金属元素を含む触媒が収容された触媒カートリッジに、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有する第二級アリルアルコール類（以下、「基質」ということがある。）と過酸化水素水を導入し、不飽和結合を炭素鎖の端部または環状部に有するα，β−不飽和ケトン化合物を連続的に製造するα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
2. 前記金属元素を含む触媒が、パラジウム／炭素、パラジウム黒、白金／炭素、白金黒、ルテニウム／炭素、ルテニウム黒からなる群から選択される１種類または２種類以上である、請求項１に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
3. 前記触媒は、シリカ、アルミナ、珪藻土(主成分が二酸化ケイ素)、チタニア、ジルコニアからなる群から選択される１種類または２種類以上の酸化物との混合物の状態で前記触媒カートリッジに収容されている、請求項１または２に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
4. 前記触媒カートリッジを等体積量の基質または基質溶液と過酸化水素水とで満たした場合の、前記触媒カートリッジに収容されている周期律表第８〜１０族の金属元素のモル数と、前記触媒カートリッジ内に存在する基質のモル数との比率が、１０：１〜１：１０である、請求項１または２に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
5. 前記過酸化水素水における過酸化水素の濃度が１〜６０質量パーセントである請求項１〜４のいずれか１項に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。
6. 前記過酸化水素水における過酸化水素は、基質に対し０.５〜１５.０当量である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のα，β−不飽和ケトン化合物の製造方法。

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