JP2023092839A - アントラキノン類の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種の置換基を有するアントラキノン類の効率のよい製造方法を提供する。【解決手段】下記化学式で表されるアントラキノン類の製造方法は、TIFF2023092839000023.tif30170Ｒ１～Ｒ８のうち、少なくとも１つは水酸基であり、少なくとも１つはアルコキシ基であり、前記製造方法は、下式で表される出発物質であって、TIFF2023092839000024.tif30170Ｒ１’～Ｒ８’のうちの少なくとも２つが水酸基である出発物質を準備するステップと、有機アルキル化剤と反応させるステップとを含む。【選択図】なし

Description

本開示は、アントラキノン類の製造方法に関する。

レドックスフロー電池は、電解液タンクの容量に応じて電力貯蔵量を自在に設計できるため、大電力の貯蔵に適した電池であり、自然エネルギーを含めた電力需給平準化への適用が期待されている。レドックスフロー電池は、充放電を行うセルと、電力貯蔵を担う電解液タンクとで構成され、ポンプで電解液を循環させて充放電を行う点を特徴とする。

現在では、電解液の活物質としてバナジウムを使用するレドックスフロー電池が主流であるが、近年のバナジウム価格の高騰等に起因して、有機物や金属錯体を活物質として使用するレドックスフロー電池の開発が行われている。例えば、特許文献１には、負極活物質にアントラキノン又はナフトキノンを使用するレドックスフロー電池が記載され、スルホ基を有する多数のアントラキノンが例示されている。特許文献２には、活物質そのものではないが、レドックスノンイノセント配位子を金属中心に配位した配位化合物を含有する組成物を活物質として使用するレドックスフロー電池が記載されており、レドックスノンイノセント配位子として、アントラキノンの１位～８位に様々な官能基が結合した多数のアントラキノンが例示されている。また、非特許文献１及び２にも、アントラキノンの１位～８位に様々な官能基や元素が結合した化合物が記載されている。

特許第６５７４３８２号公報 特表２０１９－５１４１７０号公報

Ｋ．Ｌｉｎ，Ｑ．Ｃｈｅｎ，Ｍ．Ｒ．Ｇｅｒｈａｒｄｔ，Ｌ．Ｔｏｎｇ，Ｓ．Ｂ．Ｋｉｍ，Ｌ．Ｅｉｓｅｎａｃｈ，Ａ．Ｗ．Ｖａｌｌｅ，Ｄ．Ｈａｒｄｅｅ，Ｒ，Ｇ．Ｇｏｒｄｏｎ，Ｍ，Ｊ．Ａｚｉｚ，Ｍ．Ｐ．Ｍａｒｓｈａｋ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３４９（２０１５） １５２９－１５３２ Ｄ．Ｇ．Ｋｗａｂｉ，Ｋ．Ｌｉｎ，Ｙ．Ｊｉ．Ｆ．Ｋｅｒｒ，Ｍ．Ｇｏｕｌｅｔ，Ｄ．Ｄ．Ｐｏｒｃｅｌｌｉｎｉｓ，Ｄ．Ｐ．Ｔａｂｏｒ，Ｄ．Ａ．Ｐｏｌｌａｃｋ，Ａ．Ａｓｐｕｒｕ－Ｇｕｚｉｋ，Ｒ．Ｇ．Ｇｏｒｄｏｎ，Ｍ．Ｊ．Ａｚｉｚ，Ｊｏｕｌｅ ２，１９（２０１８） １８９４－１９０６

レドックスフロー電池の活物質として重要なパラメータには、酸化還元電位、溶解度、耐久性、電解液の粘性などがあり、これらを理想的な値に近づけるためにはアントラキノンの１位～８位のそれぞれに結合する置換基の適切な選択が重要である。特許文献１並びに非特許文献１及び２には、アントラキノンの１位～８位のそれぞれに結合する置換基は独立して選択できるとされているが、特定の組み合わせの置換基を導入したアントラキノン類を実際に合成するための方法は、ごく一部の化合物を除いて確立されていない。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、異種の置換基を有するアントラキノン類が効率よく得られる製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るアントラキノン類の製造方法は、下記化学式で表されるアントラキノン類の製造方法であって、

前記Ｒ_１～Ｒ_８のうち、少なくとも１つは水酸基であり、少なくとも１つはアルコキシ基であり、前記製造方法は、下記化学式で表される出発物質であって、

前記Ｒ_１’～Ｒ_８’のうちの少なくとも２つが水酸基である出発物質を準備するステップと、前記出発物質を有機アルキル化剤と反応させるステップとを含み、前記出発物質と反応させる前記有機アルキル化剤の量は、前記出発物質に含まれる水酸基の個数をｎとすると、前記出発物質１ｍｏｌ当たり、０．０５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満である。

本開示のアントラキノン類の製造方法によれば、出発物質に含まれる水酸基の個数をｎとすると、出発物質１ｍｏｌ当たり、０．０５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満の有機アルキル化剤を反応させることにより、出発物質の分子内の一部の水酸基が有機アルキル化剤と反応するので、異種の置換基を有するアントラキノン類が効率よく得られる。

化学反応式（６）によって得られた反応液から１置換体を分離する方法を説明するためのフローチャートである。 化学反応式（６）によって得られた反応液から１置換体を分離する別の方法を説明するためのフローチャートである。 化学反応式（７）によって得られた生成物から１置換体を分離する方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本開示の実施形態によるアントラキノン類の製造方法について、図面に基づいて説明する。以下で説明する実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜アントラキノン類の製造方法＞
以下で説明する製造方法によって得られるアントラキノン類は、下記化学式（１）で表されるアントラキノン類であって、アントラキノン骨格の１位～８位のそれぞれに結合するＲ_１～Ｒ_８のうち、少なくとも１つは水酸基であり、少なくとも１つはアルコキシ基である。すなわち、異種の置換基である水酸基及びアルコキシ基を有するアントラキノン類が製造される。

この製造方法では、下記化学式（２）で表される化合物が出発物質として用いられる。化学式（２）において、アントラキノン骨格の１位～８位のそれぞれに結合するＲ_１’～Ｒ_８’のうちの少なくとも２つは水酸基である。

この製造方法では、下記化学反応式（３）で記載されるように、塩基の存在下で出発物質と有機アルキル化剤（ＲＸ）とを反応させる。化学反応式（３）において、Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲン、トシレート、メシレート、スルフォネート、ホスフェート等、任意の脱離基である。Ｒは１～６個の炭素原子を有し、４～６個の炭素原子を有する場合は、直鎖状又は分岐を有する構造を有している。Ｒを構成する炭素原子同士の結合は一重結合に限定するものではなく、二重結合又は三重結合を含んでいてもよい。また、Ｒはエーテル結合を含んでもよい。さらに、Ｒを構成する炭素の少なくとも１つには、水素に代えて、ハロゲンや任意の官能基、例えば、スルホン基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシル基、ホスホリル基、チオール基、アルキルエステル等が結合してもよい。また、塩基として、ＮａＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｋ_２ＣＯ_３等を用いることができる。

化学反応式（３）において、出発物質と反応させる有機アルキル化剤の量は、出発物質に含まれる水酸基の個数をｎとすると、出発物質１ｍｏｌ当たり、０．５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満が好ましい。このような条件により、出発物質の分子内の一部の水酸基が有機アルキル化剤と反応するので、異種の置換基、すなわち水酸基及びアルコキシ基を有するアントラキノン類が効率よく得られる。ただし、有機アルキル化剤の量を出発物質１ｍｏｌ当たり０．５ｍｏｌ未満としても、生成物の回収作業は増えるものの、このような効果を得ることはできる。ただし、生成物の回収作業の増加を考慮して、有機アルキル化剤の量は、出発物質１ｍｏｌ当たり、０．０５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満としてもよい。

例えば、この製造方法において出発物質として２，６－ジヒドロキシアントラキノン（２，６－ＤＨＡＱ）を用いた場合、下記化学反応式（４）で記載されるように、例えば０．５ｍｏｌ～１．５ｍｏｌの有機アルキル化剤ＲＸと１ｍｏｌの２，６－ＤＨＡＱとを反応させることにより、２位に水酸基（ＯＨ）が結合するとともに６位にアルコキシ基（ＯＲ）が結合したアントラキノン類と、２位にアルコキシ基が結合するとともに６位に水酸基が結合したアントラキノン類とが生成する。これらの他に、未反応の出発物質と、２位及び６位にアルコキシ基が結合したアントラキノン類も存在する可能性があり、これら４種類のアントラキノン類の混合物が得られる。

さらに例えば、この製造方法において出発物質として２，３，６，７－テトラヒドロキシアントラキノン（２，３，６，７－ＴＨＡＱ）を用いた場合、出発物質には４つの水酸基が含まれているので、出発物質と反応させる有機アルキル化剤の量は、出発物質１ｍｏｌ当たり、１ｍｏｌ以上４ｍｏｌ未満である。この製造方法では、２位、３位、６位、７位の置換基が下記表１で示されるような組み合わせのアントラキノン類（化合物１～５）と、出発物質と、２位、３位、６位、７位の全てにアルコキシ基が結合したアントラキノン類との混合物が得られる。

＜本開示の製造方法のバリエーション＞
この製造方法において、有機アルキル化剤として、ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルを用いてもよい。この場合、ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルは、Ｘ－Ｒ_ａ－ＣＯＯＲ_ｂのような一般式で表すことができ、ＲＸで表される有機アルキル化剤のＲは、Ｒ_ａ－ＣＯＯＲ_ｂに相当する。この一般式において、Ｒ_ａ及びＲ_ｂはそれぞれ任意のアルキル基である。例えば、出発物質である２，６－ＤＨＡＱにこのようなハロゲン化アルキルカルボン酸エステルを反応させると、下記化学反応式（５）の第１段階の反応のように、水酸基の水素原子がＲ_ａ－ＣＯＯＲ_ｂに置換されたアントラキノン類である中間物質が生成する。次の第２段階の反応では、塩基の存在下でこの中間物質を反応させることによりエステル加水分解が生じ、任意の酸で処理することでアルコキシ基の末端がカルボキシル基となる。この製造方法により、カルボキシル基を含むアルコキシ基が結合したアントラキノン類を効率よく得ることができる。

例えば、この製造方法において、ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルとして４－ブロモブタン酸エチルを用いることができる（Ｒ_ａ＝Ｃ_３Ｈ_６かつＲ_ｂ＝Ｃ_２Ｈ_５（Ｅｔ）のときに相当）。この場合、下記化学反応式（６）で表されるように、出発物質である２，６－ＤＨＡＱに４－ブロモブタン酸エチルを反応させると、一方の水酸基の水素原子が３－（エトキシカルボニル）プロピル基に置換されたアントラキノン類である中間物質が生成する。次に、塩基の存在下でこの中間物質を反応させることによりエステル加水分解が生じ、酢酸（ＡｃＯＨ）で処理することで、１つの水酸基と、カルボキシル基を含む１つのアルコキシ基とが結合したアントラキノン類（２－（３’－カルボキシプロピルオキシ）－６－ヒドロキシ－９，１０－アントラキノン（２，６－ＭＨＭＢＥＡＱ））が得られる。

有機アルキル化剤の炭素鎖が短いとＥ２反応により、有機アルキル化剤の一部が分解し、反応に寄与しなくなってしまう。これに対し、４－ブロモブタン酸エチルを有機アルキル化剤として用いると、４－ブロモブタン酸エチルのブタン酸骨格を構成する炭素鎖長が適当な長さであることにより、４－ブロモブタン酸エチルが分解しにくいので、添加した大部分の４－ブロモブタン酸エチルが上記反応に寄与することができ、目的物の収率を高めることができる。

化学反応式（６）では、水酸基とアルコキシ基とがそれぞれ１つずつ結合したアントラキノン類（以下、「１置換体」という）が生成されるように記載されているが、実際には、未反応の出発物質と、２つのアルコキシ基が結合したアントラキノン類（以下、「２置換体」という）とが混入した混合物が得られることになる。次に、上述の製造方法で得られたこの混合物から、１置換体を分離する２つの方法を説明する。

１つ目の方法のフローチャートを図１に示す。化学反応式（６）の反応液に水を加える。この反応液を濾過すると、濾液には主に１置換体と未反応の出発物質とが含まれている。一方、濾上物には主に、２置換体と１置換体とが含まれている。この濾過による濾液はアルカリ性であるため、濾液に酢酸を加えて中和し、２回目の濾過を行う。２回目の濾過による濾上物にクロロホルムを加え、３回目の濾過を行う。３回目の濾過による濾液を濃縮及び乾燥をすることで、１置換体を分離することができる。

２つ目の方法のフローチャートを図２に示す。化学反応式（６）の反応液はアルカリ性であるため、塩酸を加えて中和する。中和した反応液を濾過する。濾上物にテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を加えて４０～６０℃の温度範囲で４時間攪拌した後に放冷する。これを濾過し、濾液を濃縮・乾燥する。濃縮・乾燥により得られた固体に酢酸エチルを加えて４０～７０℃の温度範囲で１時間攪拌する。その後、室温から５０℃の温度範囲で濾過する。濾液を濃縮・乾燥する。濃縮・乾燥により得られた固体にクロロホルムを加えて４０～６０℃の温度範囲で１時間攪拌する。これを濾過し、濾液を濃縮・乾燥する。濃縮・乾燥により得られた固体にメタノールを加えて４５～５５℃に加熱する。その後、放冷・静置する。これを濾過し、濾液を濃縮及び乾燥をすることで、１置換体を分離することができる。尚、上記説明において攪拌時間は厳密なものではなくおおよその目安であるので、上述の時間に比べて大幅に短縮又は延長しない限り、変更は可能である。

本開示の発明者らの実験によれば、化学反応式（６）で表される反応によって、１置換体が約４０質量％、２置換体が約３０質量％、未反応の出発物質が約３０質量％含まれている反応液が得られたことを確認した。この反応液に上記２つの方法を行って、１置換体を分離したところ、１つ目の方法を採用した場合では、１置換体の収率は１２～１８％だったのに対し、２つ目の方法を採用した場合では、１置換体の収率は約４０％だった。１つ目の方法では、１回目の濾過による濾上物に１置換体が含まれているので、濾上物に含まれた分だけ回収できない１置換体が増えてしまう。両方法のいずれでも１置換体を分離することはできるが、２つ目の方法のほうが収率も高くなるので、好ましい方法であると言える。

化学反応式（６）の加水分解反応は、イソプロピルアルコールや１，２－ジメトキシエタン等の有機溶媒中において塩基の存在下で行われるが、このような有機溶媒を用いずに水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性の水溶液）を用いて加水分解を行うこともできる。この場合、その後の任意の酸による処理を省略することもできる。また、有機溶媒を用いた加水分解であっても、加水分解反応の後に酸による処理をせずに減圧濃縮して有機溶媒を留去してもよい。この場合、アルカリ性の水溶液が得られる。このような方法で加水分解する場合、化学反応式（６）の最終生成物の水酸基が－ＯＫ又は－ＯＮａとなり、カルボキシル基が、－ＣＯＯＫ又は－ＣＯＯＮａとなる。２，６－ＭＨＭＢＥＡＱのように水酸基やカルボキシル基を有する化合物を活物質としてアルカリ性の電解液に溶解させて使用する場合、水酸基やカルボキシル基の中和にアルカリが消費される。レドックスフロー電池で使用するためのアルカリ性の電解液を調製するには、水酸基やカルボキシル基を中和するためのアルカリが必要になる。しかしながら、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを用いて加水分解して得られた最終生成物が溶解する溶液は、そのままでアルカリ性の電解液としてレドックスフロー電池で使用することができる。

ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルとして４－ブロモブタン酸エチルを例にして本開示の製造方法を具体的に説明したが、エステル基を構成するエチル基に代えて、メチル基やプロピル基、ブチル基等、任意のアルキル基がカルボキシル基に結合した４－ブロモブタン酸アルキルを用いてもよい。ただし、４以上の炭素が分岐を有するように結合した炭素鎖を有するアルキル基がエステル基として構成される４－ブロモブタン酸アルキルを用いることが好ましい。このようなハロゲン化カルボン酸アルキルを用いることにより、異種の置換基を有するアントラキノン類と、副生する同種の置換基を有するアントラキノン類との溶解性の差が大きくなるので、洗浄・抽出工程における分離が容易となる。

例えば、下記化学反応式（７）で表されるように、出発物質の２，６－ＤＨＡＱに、ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルとしての４－ブロモブタン酸（２’－エチル）ヘキシルを反応させる。そうすると、２つの水酸基のうちの一方がアルコキシ基に置換された１置換体と、２つの水酸基のそれぞれがアルコキシ基に置換された２置換体とが生成する。化学反応式（７）によって得られた反応液には、１置換体及び２置換体の他に、未反応の出発物質も含まれている。

次に、化学反応式（７）によって得られた反応液から１置換体を分離する方法について、図３のフローチャートに基づいて説明する。反応液に水を加えて吸引濾過を行い、水洗を行う。得られた濾上物にヘキサンを加える。これを遠心分離する。１置換体及び２置換体それぞれのヘキサンに対する溶解度が大きく異なるために、遠心分離した液相には主に２置換体が溶解しており、遠心分離により得た沈殿物には主に１置換体が含まれている。この沈殿物を回収して真空乾燥することで、１置換体を分離することができる。この１置換体を加水分解することにより、エステル基を構成する２－エチルヘキシル基が水素原子に置換された２，６－ＭＨＭＢＥＡＱが高収率で得られる。

２，６－ＤＨＡＱは工業的に量産されているので、出発物質として入手しやすく、その結果、目的とするアントラキノン類の製造コストを低減することができる。一方で、２，６－ＤＨＡＱは、公知のザンドマイヤー反応によって２，６－ジアミノアントラキノン（２，６－ＤＡＡＱ）から容易に合成が可能である。２，６－ＤＡＡＱは２，６－ＤＨＡＱよりも安価（およそ１０分の１以下）であるため、２，６－ＤＡＡＱからザンドマイヤー反応によって合成した２，６－ＤＨＡＱを出発物質として用いることにより、目的とするアントラキノン類の製造コストをさらに低減することができる。

＜実施例１＞
２，６－ＤＨＡＱから２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを、下記化学反応式（８）で表される手順で合成した。この合成の概略は次の通りである。出発物質としての２，６－ＤＨＡＱから、一方の水酸基の水素がブタン酸エチル基に置換されたアルコキシ基を有する中間物質が合成され、この中間物質から、目的物質の２，６－ＭＨＭＢＥＡＱが合成される。

１Ｌナスフラスコに４０．０ｇ（１６７ｍｍｏｌ）の２，６－ＤＨＡＱ（東京化成工業株式会社）と、５００ｍＬのＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を入れ、攪拌しながら２３．１ｇ（１６７ｍｍｏｌ）の炭酸カリウムを加え、次いで、２３．９ｍＬ（１６７ｍｍｏｌ）の４－ブロモブタン酸エチルを加えた。その後、昇温を開始し、１００℃にて１７時間攪拌した。放冷した後、６００ｍＬの蒸留水を加えて、析出物を吸引濾過し、濾上物を蒸留水で洗浄した。濾液（ｐＨ＞９）を攪拌しながら、６Ｍの塩酸を加えた。濾液のｐＨが３未満となり、塩酸を加えても二酸化炭素が発生しなくなるまで塩酸を加えた後、室温で１時間攪拌した。析出物を２００ｍＬの遠沈管に移し、遠心分離して沈殿物を分離した。沈殿物を吸引濾過して蒸留水で洗浄し、次いで８０℃で６時間真空乾燥し、原料と中間物質との混合物１１．４ｇを得た。得られた固体を粉砕して粉末状にし、２００ｍＬのクロロホルムに懸濁させた。吸引濾過により不溶物を除き、２００ｍＬのクロロホルムを用いて可溶物が全て溶けきるまで洗浄した。この操作により未反応の原料１１．１ｇを回収した。濾液を再度吸引濾過して不溶物を完全に除き、濾液を減圧濃縮した。残渣を蒸留水に懸濁させて吸引濾過、洗浄し、８０℃で４時間真空乾燥して、６．９６ｇの中間物質を赤褐色固体として得た（収率は１２％）。

次に、１Ｌナスフラスコに６．９６ｇ（１９．６ｍｍｏｌ）の中間物質を入れ、１９０ｍＬのイソプロピルアルコールと３８０ｍＬの蒸留水を入れた。ここに、４．４８ｇ（７９．９ｍｍｏｌ）の水酸化カリウムを加えて昇温を開始し、６０℃にて２０時間攪拌した。放冷した後、５５０ｍＬの蒸留水を加え、２Ｌ三角フラスコに移し、攪拌しながらｐＨが３未満になるまで２Ｍ塩酸を加えた。２時間攪拌した後、遠心分離により沈殿物を分離した。上澄み液と沈殿物とをそれぞれ吸引濾過し、濾上物を蒸留水で洗浄した。濾上物を８０℃で４時間真空乾燥して、６．２５ｇの目的物質を得た（中間物質からの収率は９８％）。尚、実施例１では、イソプロピルアルコールに代えて、１，２－ジメトキシエタンを用いることもできる。

＜実施例２＞
下記化学反応式（９）で表される反応によって、以下の手順で、２，６－ＤＡＡＱから２，６－ＤＨＡＱを合成した。３Ｌ反応容器に、９５．２ｇ（４００ｍｍｏｌ）の２，６－ＤＡＡＱ（東京化成工業株式会社）と１．６Ｌの２０％希硫酸とを入れた。この混合物を氷浴上で撹拌しつつ、７１．８ｇ（１．０４ｍｏｌ）の亜硝酸ナトリウムを含む水溶液２５０ｍＬをこの混合物に１時間かけて加えた。マイナス１０℃からマイナス１７℃の間で１４時間攪拌して、ビスジアゾニウム塩の懸濁液を得た。別の５Ｌの反応容器に１．６Ｌの温水を入れ、８５～９０℃を保ちながら、ビスジアゾニウム塩の懸濁液をこの温水に約２時間かけて加えた。この懸濁液を加え終えた後、同温度を保ちながら２時間攪拌を継続した。室温まで放冷した後、析出物を吸引濾過し、濾上物を蒸留水で洗浄し、１５時間加熱乾燥することで、９２．０ｇの２，６－ＤＨＡＱを得た（収率は９６％）。このようにして得られた２，６－ＤＨＡＱから、実施例１の方法で、２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを合成することができる。

また、実施例１の方法ではなく、次の２段階の化学反応式（１０）による方法によっても２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを合成することができる。

３Ｌ三つ口フラスコに、１９２ｇ（８００ｍｍｏｌ）の２，６－ＤＨＡＱと、２．２ＬのＤＭＦとを入れた。８５～９５℃の温度まで昇温し、攪拌しながら８４．０ｇ（６０８ｍｍｏｌ）の炭酸カリウムを加え、次いで６７．４ｇ（３４５ｍｍｏｌ）の４－ブロモブタン酸エチルを加え、この温度のまま攪拌を１時間継続した。放冷した後、３Ｌの冷水（０～１０℃）と、２２０ｍＬの６Ｍ塩酸と、２Ｌの水（１５～３０℃）とを加え、析出物を吸引濾過して水で洗浄、次いで加熱乾燥して、２１７．７ｇの固体を得た。１５０ｇのこの固体に２．１ＬのＴＨＦを加えて不溶物を濾過により取り除き、濾液を濃縮して１０３ｇの固体を得た。この固体に１．５Ｌの酢酸エチルを加え、不溶物を濾過で取り除き、濾液を減圧濃縮して７２ｇの固体を得た。この固体に１．１Ｌのクロロホルムを加えて不溶物を濾過により取り除き、濾液を減圧濃縮して５２ｇの固体を得た。この固体に８００ｍＬのメタノールを加えて不溶物を濾過により取り除き、濾液を減圧濃縮して３６．６ｇの固体を得た（１段階目の反応の収率は２１％）。

１Ｌナスフラスコに、１段階目の反応によって得られた２５．０ｇ（７１ｍｍｏｌ）の固体を入れ、２７５ｍＬのエチレングリコールジメチルエーテルを加えて溶液とした。ここに１７８ｍＬ（１７８ｍｍｏｌ）の１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を加えて昇温を開始し、６０℃にて３０分間攪拌した。反応溶液を放冷した後、３３ｍＬの６Ｍ塩酸を加えて酸性にし、減圧濃縮して有機溶媒を留去した。析出物を吸引濾過し、濾上物を蒸留水で洗浄した。洗浄した濾上物を９０℃で１６時間風乾して、２２．２ｇの２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを得た（２段階目の反応の収率は９６％）。

＜実施例３＞
下記化学反応式（１１）～（１５）で表される反応によって、以下の手順で、アントラキノン骨格の２位、３位、６位、７位のうちの２つに水酸基が結合し、残りの２つに、カルボキシル基を有するアルコキシ基（－ＯＣ_３Ｈ_６ＣＯＯＨ）が結合した化合物（目的物質）を合成した。まず、下記化学反応式（１１）～（１３）で表される反応によって、以下の手順で、１，２－ジメトキシベンゼンから、２，３，６，７－ＴＨＡＱを合成した。

５００ｍＬビーカーに、４２ｇの氷と１００ｍＬの濃硫酸とを入れた。反応溶液の温度が５℃を超えないように注意しながら、２５．１ｇ（１８２ｍｍｏｌ）の１，２－ジメトキシベンゼン（東京化成工業株式会社から入手可能）と７．３ｍＬ（３０８ｍｍｏｌ）のアセトアルデヒドとの混合溶液を攪拌しながら反応溶液に２．５時間かけて滴下し、その後、室温で２２時間攪拌した。この反応溶液を、３５０ｍＬのエタノールを入れた１０００ｍＬ三角フラスコに注ぎ、６０ｍＬのメタノールで洗い込みをした。析出物を吸引濾過し、濾上物を１６０ｍＬのエタノールと３２０ｍＬの蒸留水とで洗浄した後、６０℃で５時間真空乾燥を行い、２２．３ｇの白色固体を得た（化学反応式（１１）の収率は７５％）。

１５．１ｇ（４６．１ｍｍｏｌ）の上記白色固体を１Ｌナスフラスコに入れ、７５０ｍＬの酢酸に懸濁させて、８５．４ｇ（２８７ｍｍｏｌ）の二クロム酸ナトリウム２水和物を加えた。反応溶液を油浴上で５時間加熱還流した。反応後に放冷、静置して得られた析出物を吸引濾過した。濾上物を蒸留水で洗浄し、７０℃で４時間真空乾燥して、１２．４ｇの黄色固体を得た（化学反応式（１２）の収率は８２％）。

１８．８ｇ（５７．１ｍｍｏｌ）の上記黄色固体を１Ｌナスフラスコに入れ、２５０ｍＬの４７％臭化水素酸に懸濁させて、油浴上で、１５０℃で６日間加熱還流した。６日間の間、９０ｍＬの４７％臭化水素酸を添加した。反応溶液を放冷した後、沈管に移して遠心分離して上澄み液を除いた。残渣に４００ｍＬの蒸留水を加えて分散させ、再度遠心分離を行い、上澄み液を取り除いた。不溶物を吸引濾過した後に蒸留水で洗浄し、濾上物を７０～８０℃で１３時間真空乾燥して、１５．１ｇの２，３，６，７－ＴＨＡＱを得た（化学反応式（１３）の収率は９８％）。

このようにして得られた２，３，６，７－ＴＨＡＱから、下記化学反応式（１４）で表される反応によって、以下の手順で合成した。この合成の概略は次の通りである。２，３，６，７－ＴＨＡＱから、２つの水酸基の水素がブタン酸エチルに置換されたアルコキシ基を有する中間混合物が得られ、この中間混合物から、目的物質が得られる。

１Ｌナスフラスコに、１９．８ｇ（７２．２ｍｍｏｌ）の２，３，６，７－ＴＨＡＱと、２８０ｍＬのＤＭＦとを入れた。ここに、１９．９ｇ（１４４ｍｍｏｌ）の炭酸カリウムと、２０．７ｍＬ（１４４ｍｍｏｌ）の４－ブロモブタン酸エチルとを加えた。その後、昇温を開始し、１００℃にて２３時間攪拌した。放冷した後、１５０ｍＬの蒸留水を加えて析出物を吸引濾過した。濾液に６Ｍ塩酸をｐＨが３～４程度になるまで攪拌しながら加え、析出物を遠心分離及び吸引濾過により回収した。この析出物に対して、クロロホルムを用いたソックスレー抽出を行った。抽出液を減圧濃縮することで、５．０４ｇの中間混合物を得た（収率は１４％）。

５．１５ｇの中間混合物を５００ｍＬナスフラスコに入れ、ここに、９０ｍＬのイソプロピルアルコールと１８０ｍＬの蒸留水を加えた。さらに４．６２ｇ（８２．３ｍｍｏｌ）の水酸化カリウムを加えた後に昇温を開始し、６０℃にて２０時間加熱攪拌した。放冷した後、３００ｍＬの蒸留水を入れた１Ｌビーカーに注ぎ、攪拌しながらｐＨが３未満になるまで２Ｍ塩酸を加えた。１時間攪拌した後、遠心分離によって沈殿物を分離した。この沈殿物を蒸留水で洗浄しながら吸引濾過によって回収し、濾上物を７０℃で２．５時間真空乾燥して、３．７１ｇの目的物質を得た（中間混合物から混合物の収率は９１％）。

＜実施例４＞
下記化学反応式（１５）～（１７）で表される反応によって、２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを合成した。まず、下記化学反応式（１５）で表される反応よって、以下の手順で、４－ブロモブタン酸（２’－エチル）ヘキシルを合成した。

２００ｍＬナスフラスコに、８．５６ｇ（５１．３ｍｍｏｌ）の４－ブロモブタン酸と７０ｍＬのシクロヘキサンとを入れた。ここに、７．４０ｍＬ（４７．２ｍｍｏｌ）の２－エチル－１－ヘキサノールと０．９８ｇ（５．１４ｍｍｏｌ）のｐ－トルエンスルホン酸１水和物とを加え、ディーンスターク装置を取り付けて、２１時間加熱還流した。放冷した後、反応溶液を分液ロートに移し、３０ｍＬのシクロヘキサンと５０ｍＬの飽和炭酸水素ナトリウム水溶液とを加え、分液した。有機相を、５０ｍＬの飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で２回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。乾燥剤を濾過により除去した後、減圧濃縮、真空乾燥して、１１．８ｇの淡黄色油状物を得た（化学反応（１５）の収率は８９％）。

次に、下記化学反応式（１６）で表される反応によって、以下の手順で、２，６－ＤＨＡＱ（東京化成工業株式会社）と上記淡黄色油状物である４－ブロモブタン酸（２’－エチル）ヘキシルとを反応させた。５０ｍＬナスフラスコに、１．２０ｇ（４．９９ｍｍｏｌ）の２，６－ＤＨＡＱと１９ｍＬのＮ－メチルピロリドンとを入れた。ここに、０．５２ｇ（３．７８ｍｍｏｌ）の炭酸カリウムを加えて９５℃に昇温し、０．７０ｇの上記淡黄色油状物を加え、９５℃の温度に維持しながら２１時間加熱攪拌した。氷冷した後、反応溶液に２５ｍＬの蒸留水を加え、分離した粘性固体（０．６１ｇ）を吸引濾過、水洗して回収した。この固体を２５ｍＬのヘキサン中に分散させて、沈降物を遠心分離により回収し、さらに２５ｍＬのヘキサンを加えて同様の操作を繰り返し、０．４９ｇの淡黄固体を得た（化学反応（１６）の収率は２２％）。

次に、下記化学反応式（１７）で表される反応によって、以下の手順で、２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを合成した。５０ｍＬナスフラスコに、０．２９４ｇの上記淡黄固体を入れ、１０ｍＬのイソプロピルアルコールと２０ｍＬの蒸留水とを入れた。ここに、０．２１１ｇ（２．６８ｍｍｏｌ）の水酸化カリウムを加えて昇温を開始し、６０℃にて２０時間攪拌した。放冷した後、２０ｍＬの蒸留水を加え、攪拌しながらｐＨが３未満となるまで２Ｍ塩酸を加えた。このとき、黄色の沈殿物が溶液全体に分散していた。２時間の撹拌後、遠心分離により沈殿を分離した。上澄み液と沈殿とをそれぞれ吸引濾過し、濾上物を蒸留水で洗浄した。固体を８０℃で２時間真空乾燥して、０．２０６ｇの２，６－ＭＨＭＢＥＡＱを得た（化学反応（１７）の収率は９４％）。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］一の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、
下記化学式で表されるアントラキノン類の製造方法であって、

前記Ｒ_１～Ｒ_８のうち、少なくとも１つは水酸基であり、少なくとも１つはアルコキシ基であり、
前記製造方法は、
下記化学式で表される出発物質であって、

前記Ｒ_１’～Ｒ_８’のうちの少なくとも２つが水酸基である出発物質を準備するステップと、
前記出発物質を有機アルキル化剤と反応させるステップと
を含み、
前記出発物質と反応させる前記有機アルキル化剤の量は、前記出発物質に含まれる水酸基の個数をｎとすると、前記出発物質１ｍｏｌ当たり、０．０５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満である。

本開示のアントラキノン類の製造方法によれば、出発物質に含まれる水酸基の個数をｎとすると、出発物質１ｍｏｌ当たり、０．０５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満の有機アルキル化剤を反応させることにより、出発物質の分子内の一部の水酸基が有機アルキル化剤と反応するので、異種の置換基を有するアントラキノン類が効率よく得られる。

［２］別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［１］のアントラキノン類の製造方法であって、
前記Ｒ_１’～Ｒ_８’のうち前記Ｒ_２’及びＲ_６’が水酸基であり、残りが水素原子である。

このような構成によれば、工業的に量産されている２，６－ジヒドロキシアントラキノンを出発物質として用いるので、アントラキノン類の製造コストを低減することができる。

［３］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［１］のアントラキノン類の製造方法であって、
Ｒ_１’～Ｒ_８’のうち前記Ｒ_２’、Ｒ_３’、Ｒ_６’及びＲ_７’が水酸基であり、残りが水素原子である。

このような構成によれば、２，３，６，７－テトラヒドロキシアントラキノンを出発物質として用いるが、これは高収率で合成が可能であり、原料入手性が良いので、アントラキノン類の製造コストを低減することができる。

［４］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［１］～［３］のいずれかのアントラキノン類の製造方法であって、
前記有機アルキル化剤はハロゲン化アルキルカルボン酸エステルであり、
前記出発物質を前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルと反応させた後に、アルカリで加水分解し、酸で処理するステップを含む。

このような構成によれば、カルボキシル基を含むアルコキシ基が結合したアントラキノン類を効率よく得ることができる。

［５］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［１］～［３］のいずれかのアントラキノン類の製造方法であって、
前記有機アルキル化剤はハロゲン化アルキルカルボン酸エステルであり、
前記出発物質を前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルと反応させた後に、アルカリ性の水溶液中で加水分解するステップを含む。

このような構成によれば、アントラキノン類を含むアルカリ性の水溶液が得られるので、そのままでアルカリ性の電解液としてレドックスフロー電池で使用することができる。

［６］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［１］～［３］のいずれかのアントラキノン類の製造方法であって、
前記有機アルキル化剤はハロゲン化アルキルカルボン酸エステルであり、
前記出発物質を前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルと反応させた後に、アルカリで加水分解し、減圧濃縮するステップを含む。

このような構成によれば、アルカリでの加水分解後の減圧濃縮により、アントラキノン類を含むアルカリ性の水溶液が得られるので、そのままでアルカリ性の電解液としてレドックスフロー電池で使用することができる。

［７］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［４］～［６］のいずれかのアントラキノン類の製造方法であって、
前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルは４－ブロモブタン酸アルキルである。

ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルの炭素鎖が短いとＥ２反応により、ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルの一部が分解し、反応に寄与しなくなってしまう。これに対し、このような構成によれば、４－ブロモブタン酸アルキルのブタン酸骨格を構成する炭素鎖長が適当な長さであることにより、４－ブロモブタン酸アルキルが分解しにくいので、添加した大部分の４－ブロモブタン酸アルキルが反応に寄与することができ、目的物の収率を高めることができる。

［８］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［７］のアントラキノン類の製造方法であって、
加水分解した後の反応液に水を加えて濾過し、その濾液に酢酸水溶液を加えて濾過し、その濾上物にクロロホルムを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥させる。

このような構成によれば、異種の置換基を有するアントラキノン類を高収率で得ることができる。

［９］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［７］のアントラキノン類の製造方法であって、
加水分解した後の反応液に塩酸を加えて濾過し、その濾上物にテトラヒドロフランを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥して得られた固体に酢酸エチルを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥して得られた固体にクロロホルムを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥して得られた固体にメタノールを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥させる。

このような構成によれば、異種の置換基を有するアントラキノン類を高収率で得ることができる。

［１０］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［４］～［６］のいずれかのアントラキノン類の製造方法であって、
前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルのエステル部のアルキル基は、４以上の炭素が分岐を有するように結合した炭素鎖を有する。

このような構成によれば、異種の置換基を有するアントラキノン類と、副生する同種の置換基を有するアントラキノン類との溶解性の差が大きくなるので、洗浄・抽出工程における分離が容易となる。

［１１］さらに別の態様に係るアントラキノン類の製造方法は、［１］～［１０］のいずれかのアントラキノン類の製造方法であって、
前記出発物質は２，６－ジヒドロキシアントラキノンであり、
２，６－ジアミノアントラキノンを原料として前記２，６－ジヒドロキシアントラキノンを合成するステップをさらに含む。

このような構成によれば、２，６－ジヒドロキシアントラキノンよりも安価な２，６－ジアミノアントラキノンから出発物質である前者を製造することにより、アントラキノン類の製造コストを低減することができる。

Claims (11)

1. 下記化学式で表されるアントラキノン類の製造方法であって、
   

   

   前記Ｒ_１～Ｒ_８のうち、少なくとも１つは水酸基であり、少なくとも１つはアルコキシ基であり、
   前記製造方法は、
   下記化学式で表される出発物質であって、
   

   

   前記Ｒ_１’～Ｒ_８’のうちの少なくとも２つが水酸基である出発物質を準備するステップと、
   前記出発物質を有機アルキル化剤と反応させるステップと
   を含み、
   前記出発物質と反応させる前記有機アルキル化剤の量は、前記出発物質に含まれる水酸基の個数をｎとすると、前記出発物質１ｍｏｌ当たり、０．０５ｍｏｌ以上ｎｍｏｌ未満である、アントラキノン類の製造方法。
2. 前記Ｒ_１’～Ｒ_８’のうち前記Ｒ_２’及びＲ_６’が水酸基であり、残りが水素原子である、請求項１に記載のアントラキノン類の製造方法。
3. Ｒ_１’～Ｒ_８’のうち前記Ｒ_２’、Ｒ_３’、Ｒ_６’及びＲ_７’が水酸基であり、残りが水素原子である、請求項１に記載のアントラキノン類の製造方法。
4. 前記有機アルキル化剤はハロゲン化アルキルカルボン酸エステルであり、
   前記出発物質を前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルと反応させた後に、アルカリで加水分解し、酸で処理するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアントラキノン類の製造方法。
5. 前記有機アルキル化剤はハロゲン化アルキルカルボン酸エステルであり、
   前記出発物質を前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルと反応させた後に、アルカリ性の水溶液中で加水分解するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアントラキノン類の製造方法。
6. 前記有機アルキル化剤はハロゲン化アルキルカルボン酸エステルであり、
   前記出発物質を前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルと反応させた後に、アルカリで加水分解し、減圧濃縮するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアントラキノン類の製造方法。
7. 前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルは４－ブロモブタン酸アルキルである、請求項４～６のいずれか一項に記載のアントラキノン類の製造方法。
8. 加水分解した後の反応液に水を加えて濾過し、その濾液に酢酸水溶液を加えて濾過し、その濾上物にクロロホルムを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥させる、請求項７に記載のアントラキノン類の製造方法。
9. 加水分解した後の反応液に塩酸を加えて濾過し、その濾上物にテトラヒドロフランを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥して得られた固体に酢酸エチルを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥して得られた固体にクロロホルムを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥して得られた固体にメタノールを加えて濾過し、その濾液を濃縮及び乾燥させる、請求項７に記載のアントラキノン類の製造方法。
10. 前記ハロゲン化アルキルカルボン酸エステルのエステル部のアルキル基は、４以上の炭素が分岐を有するように結合した炭素鎖を有する、請求項４～６のいずれか一項に記載のアントラキノン類の製造方法。
11. 前記出発物質は２，６－ジヒドロキシアントラキノンであり、
    ２，６－ジアミノアントラキノンを原料として前記２，６－ジヒドロキシアントラキノンを合成するステップをさらに含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアントラキノン類の製造方法。

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