JP3992958B2 - シクロアルカン類の酸化生成物の製造法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シクロアルカン類を酸素により酸化して、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類から選択された少なくとも１種の酸化生成物を製造する方法に関する。シクロアルカノール類及びシクロアルカノン類はポリアミド系高分子化合物の製造原料、精密化学品の中間原料等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
シクロアルカン類をホウ酸等のホウ素化合物の存在下で酸素と反応させた後、加水分解反応に付して、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類を製造する方法が知られている。しかし、この方法では反応速度が遅く、目的生成物を生産効率よく製造することが困難である。これを改善するため、ホウ素化合物と共にコバルト化合物等の遷移金属化合物を系内に存在させて上記反応を行う方法が提案されている（特開２０００−１２８８１５号公報、特開２０００−２１２１０６号公報など）。しかし、この方法では、反応速度はある程度改善されるが、目的とするシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類の選択率は十分高いとはいえない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、シクロアルカン類から対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類を、高い選択率で且つ生産効率よく製造できる方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、シクロアルカン類を特定のイミド化合物触媒とホウ素化合物の存在下で酸素と反応させた後、加水分解反応に付すと、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類が速い反応速度で且つ高い選択率で生成することを見いだし、本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、シクロアルカン類を、下記式（I)
【化３】
［式中、Ｘは酸素原子又は−ＯＲ基（Ｒは水素原子又はヒドロキシル基の保護基を示す）を示す］
で表される環状イミド骨格を有するイミド化合物とホウ酸の存在下で酸素と反応させた後、反応混合物に水を加えて、３０〜１２０℃で加水分解反応に付して、加水分解工程で得られた反応混合物を分液操作に付し、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類から選択された少なくとも１種の酸化生成物を有機層に移行して回収し、加水分解により生成したホウ酸を水層に移行することを特徴とするシクロアルカン類の酸化生成物の製造法を提供する。
【０００６】
前記イミド化合物には、下記式（１）
【化４】
［式中、Ｒ1及びＲ2は、同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を示し、Ｒ1及びＲ2は互いに結合して二重結合、又は芳香族性若しくは非芳香族性の環を形成してもよい。Ｘは酸素原子又は−ＯＲ基（Ｒは水素原子又はヒドロキシル基の保護基を示す）を示す。前記Ｒ1、Ｒ2、又はＲ1及びＲ2が互いに結合して形成された二重結合又は芳香族性若しくは非芳香族性の環には、上記式中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい］
で表される化合物が含まれる。
【０００７】
前記方法において、イミド化合物の使用量は、シクロアルカン類１モルに対して、例えば０．０００００１〜０．０１モル程度である。また、ホウ酸の使用量は、シクロアルカン類１モルに対して、例えば０．０１〜０．４モル程度である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［シクロアルカン類］
本発明では、原料化合物としてシクロアルカン類（以下、単に「基質」と称することがある）を用いる。
【０００９】
シクロアルカンとしては、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロドデカン、シクロテトラデカン、シクロヘキサデカン、シクロオクタデカン、シクロイコサン、シクロドコサン、シクロトリアコンタン等の３〜３０員程度のシクロアルカンなどが挙げられる。なかでも、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロドデカン等の４〜２０員程度（例えば５〜１６員程度）のシクロアルカンが好ましく、特に、シクロヘキサン及びシクロドデカンなどが好ましい。
【００１０】
前記シクロアルカンは反応を阻害しない範囲で置換基を有していてもよい。このような置換基として、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、置換チオ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基（例えば、メチル、エチル、イソプロピル、ｔ−ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル基等のＣ1-20アルキル基など、特にＣ1-4アルキル基）、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、アラルキル基（例えば、ベンジル基など）、複素環基などが挙げられる。また、シクロアルカンは、シクロアルカン環に反応を阻害しない範囲で芳香族性又は非芳香族性の炭素環や複素環が縮合していてもよく、また橋かけ環を形成してもよい。従って、本発明におけるシクロアルカン類には、ロジン（デヒドロアビエチン酸など）、バレンセン、ピネンなどの多環テルペン類；アダマンタン、ノルボルナンなどの橋かけ環式炭化水素等の、置換基（例えば上記の置換基）を有していてもよい多環脂環式炭化水素類も含まれる。
【００１１】
［酸素］
酸素としては、分子状酸素及び発生期の酸素の何れを使用してもよい。分子状酸素は特に制限されず、純粋な酸素を用いてもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスで希釈した酸素や空気を使用してもよい。酸素は系内で発生させてもよい。酸素の使用量は、基質の種類によっても異なるが、通常、基質１モルに対して０．５モル以上（例えば、１モル以上）、好ましくは１〜１００モル、さらに好ましくは２〜５０モル程度である。基質に対して過剰モルの酸素を使用する場合が多い。
【００１２】
［イミド化合物］
本発明では、触媒として、前記式（Ｉ）で表される環状イミド骨格を有するイミド化合物を使用する。
【００１３】
式（Ｉ）において、窒素原子とＸとの結合は単結合又は二重結合である。前記イミド化合物は、分子中に、式（Ｉ）で表されるＮ−置換環状イミド骨格を複数個有していてもよい。また、このイミド化合物は、前記Ｘが−ＯＲ基であり且つＲがヒドロキシル基の保護基である場合、Ｎ−置換環状イミド骨格のうちＲを除く部分（Ｎ−オキシ環状イミド骨格）が複数個、Ｒを介して結合していてもよい。
【００１４】
式（Ｉ）中、Ｒで示されるヒドロキシル基の保護基としては、有機合成の分野で慣用のヒドロキシル基の保護基を用いることができる。このような保護基として、例えば、アルキル基（例えば、メチル、ｔ−ブチル基などのＣ1-4アルキル基など）、アルケニル基（例えば、アリル基など）、シクロアルキル基（例えば、シクロヘキシル基など）、アリール基（例えば、２，４−ジニトロフェニル基など）、アラルキル基（例えば、ベンジル、２，６−ジクロロベンジル、３−ブロモベンジル、２−ニトロベンジル、トリフェニルメチル基など）；置換メチル基（例えば、メトキシメチル、メチルチオメチル、ベンジルオキシメチル、ｔ−ブトキシメチル、２−メトキシエトキシメチル、２，２，２−トリクロロエトキシメチル、ビス（２−クロロエトキシ）メチル、２−（トリメチルシリル）エトキシメチル基など）、置換エチル基（例えば、１−エトキシエチル、１−メチル−１−メトキシエチル、１−イソプロポキシエチル、２，２，２−トリクロロエチル、２−メトキシエチル基など）、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、１−ヒドロキシアルキル基（例えば、１−ヒドロキシエチル、１−ヒドロキシヘキシル、１−ヒドロキシデシル、１−ヒドロキシヘキサデシル、１−ヒドロキシ−１−フェニルメチル基など）等のヒドロキシル基とアセタール又はヘミアセタール基を形成可能な基など；アシル基（例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル、ヘキサノイル、ヘプタノイル、オクタノイル、ノナノイル、デカノイル、ラウロイル、ミリストイル、パルミトイル、ステアロイル基などのＣ1-20脂肪族アシル基等の脂肪族飽和又は不飽和アシル基；アセトアセチル基；シクロペンタンカルボニル、シクロヘキサンカルボニル基などのシクロアルカンカルボニル基等の脂環式アシル基；ベンゾイル、ナフトイル基などの芳香族アシル基など）、スルホニル基（メタンスルホニル、エタンスルホニル、トリフルオロメタンスルホニル、ベンゼンスルホニル、ｐ−トルエンスルホニル、ナフタレンスルホニル基など）、アルコキシカルボニル基（例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ｔ−ブトキシカルボニル基などのＣ1-4アルコキシ−カルボニル基など）、アラルキルオキシカルボニル基（例えば、ベンジルオキシカルボニル基、ｐ−メトキシベンジルオキシカルボニル基など）、置換又は無置換カルバモイル基（例えば、カルバモイル、メチルカルバモイル、フェニルカルバモイル基など）、無機酸（硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸など）からＯＨ基を除した基、ジアルキルホスフィノチオイル基（例えば、ジメチルホスフィノチオイル基など）、ジアリールホスフィノチオイル基（例えば、ジフェニルホスフィノチオイル基など）、置換シリル基（例えば、トリメチルシリル、ｔ−ブチルジメチルシリル、トリベンジルシリル、トリフェニルシリル基など）などが挙げられる。
【００１５】
また、Ｘが−ＯＲ基である場合において、Ｎ−置換環状イミド骨格のうちＲを除く部分（Ｎ−オキシ環状イミド骨格）が複数個、Ｒを介して結合する場合、該Ｒとして、例えば、オキサリル、マロニル、スクシニル、グルタリル、フタロイル、イソフタロイル、テレフタロイル基などのポリカルボン酸アシル基；カルボニル基；メチレン、エチリデン、イソプロピリデン、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、ベンジリデン基などの多価の炭化水素基（特に、２つのヒドロキシル基とアセタール結合を形成する基）などが挙げられる。
【００１６】
Ｒとしては、アルキル基（メチル基など）以外の保護基がより好ましい。特に好ましいＲには、例えば、水素原子；ヒドロキシル基とアセタール又はヘミアセタール基を形成可能な基；カルボン酸、スルホン酸、炭酸、カルバミン酸、硫酸、リン酸、ホウ酸などの酸からＯＨ基を除した基（アシル基、スルホニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基等）などの加水分解により脱離可能な加水分解性保護基が好ましい。
【００１７】
前記イミド化合物の代表的な例として、前記式（１）で表されるイミド化合物が挙げられる。このイミド化合物において、置換基Ｒ1及びＲ2のうちハロゲン原子には、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子が含まれる。アルキル基には、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ヘキシル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル基などの炭素数１〜３０程度（特に、炭素数１〜２０程度）の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が含まれる。
【００１８】
アリール基には、フェニル、ナフチル基などが含まれ、シクロアルキル基には、シクロペンチル、シクロヘキシル基などが含まれる。アルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ｔ−ブトキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、デシルオキシ、ドデシルオキシ、テトラデシルオキシオクタデシルオキシ基などの炭素数１〜３０程度（特に、炭素数１〜２０程度）のアルコキシ基が含まれる。
【００１９】
置換オキシカルボニル基には、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ｔ−ブトキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル、ヘプチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、デシルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニル、ヘキサデシルオキシカルボニル、オクタデシルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基（特に、Ｃ1-30アルコキシ−カルボニル基）；シクロペンチルオキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニル基などのシクロアルキルオキシカルボニル基（特に、３〜２０員シクロアルキルオキシカルボニル基）；フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル基などのアリールオキシカルボニル基（特に、Ｃ6-20アリールオキシ−カルボニル基）；ベンジルオキシカルボニル基などのアラルキルオキシカルボニル基（特に、Ｃ7-21アラルキルオキシ−カルボニル基）などが挙げられる。
【００２０】
アシル基としては、例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル、ヘキサノイル、ヘプタノイル、オクタノイル、ノナノイル、デカノイル、ラウロイル、ミリストイル、パルミトイル、ステアロイル基などのＣ1-30脂肪族アシル基（特に、Ｃ1-20脂肪族アシル基）等の脂肪族飽和又は不飽和アシル基；アセトアセチル基；シクロペンタンカルボニル、シクロヘキサンカルボニル基などのシクロアルカンカルボニル基等の脂環式アシル基；ベンゾイル、ナフトイル基などの芳香族アシル基などが例示できる。
【００２１】
アシルオキシ基としては、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、イソブチリルオキシ、バレリルオキシ、ピバロイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、ヘプタノイルオキシ、オクタノイルオキシ、ノナノイルオキシ、デカノイルオキシ、ラウロイルオキシ、ミリストイルオキシ、パルミトイルオキシ、ステアロイルオキシ基などのＣ1-30脂肪族アシルオキシ基（特に、Ｃ1-20脂肪族アシルオキシ基）等の脂肪族飽和又は不飽和アシルオキシ基；アセトアセチルオキシ基；シクロペンタンカルボニルオキシ、シクロヘキサンカルボニルオキシ基などのシクロアルカンカルボニルオキシ基等の脂環式アシルオキシ基；ベンゾイルオキシ、ナフトイルオキシ基などの芳香族アシルオキシ基などが例示できる。
【００２２】
前記置換基Ｒ1及びＲ2は、同一又は異なっていてもよい。また、前記式（１）において、Ｒ1及びＲ2は互いに結合して、二重結合、または芳香族性又は非芳香属性の環を形成してもよい。好ましい芳香族性又は非芳香族性環は５〜１２員環、特に６〜１０員環程度であり、複素環又は縮合複素環であってもよいが、炭化水素環である場合が多い。このような環には、例えば、非芳香族性脂環式環（シクロヘキサン環などの置換基を有していてもよいシクロアルカン環、シクロヘキセン環などの置換基を有していてもよいシクロアルケン環など）、非芳香族性橋かけ環（５−ノルボルネン環などの置換基を有していてもよい橋かけ式炭化水素環など）、ベンゼン環、ナフタレン環などの置換基を有していてもよい芳香族環（縮合環を含む）が含まれる。前記環は、芳香族環で構成される場合が多い。前記環は、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、アシル基、アシルオキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよい。
【００２３】
前記Ｒ1、Ｒ2、又はＲ1及びＲ2が互いに結合して形成された二重結合又は芳香族性若しくは非芳香族性の環には、上記式（１）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい。例えば、Ｒ1又はＲ2が炭素数２以上のアルキル基である場合、このアルキル基を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。また、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して二重結合を形成する場合、該二重結合を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。さらに、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して芳香族性若しくは非芳香族性の環を形成する場合、該環を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。
【００２４】
好ましいイミド化合物には、下記式で表される化合物が含まれる。
【化５】
（式中、Ｒ3〜Ｒ6は、同一又は異なって、水素原子、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、アシル基、アシルオキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子を示す。Ｒ3〜Ｒ6は、隣接する基同士が互いに結合して芳香族性又は非芳香族性の環を形成していてもよい。式（1f）中、Ａはメチレン基又は酸素原子を示す。Ｒ1、Ｒ2、Ｘは前記に同じ。式（1c）のベンゼン環には、式（1c）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい）
【００２５】
置換基Ｒ3〜Ｒ6において、アルキル基には、前記例示のアルキル基と同様のアルキル基が含まれ、ハロアルキル基には、トリフルオロメチル基などの炭素数１〜３０程度（特に、炭素数１〜２０程度）のハロアルキル基、アルコキシ基には、前記と同様のアルコキシ基、置換オキシカルボニル基には、前記と同様の置換オキシカルボニル基（アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基など）が含まれる。また、アシル基としては前記と同様のアシル基（脂肪族飽和又は不飽和アシル基、アセトアセチル基、脂環式アシル基、芳香族アシル基等）などが例示され、アシルオキシ基としては前記と同様のアシルオキシ基（脂肪族飽和又は不飽和アシルオキシ基、アセトアセチルオキシ基、脂環式アシルオキシ基、芳香族アシルオキシ基等）などが例示される。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素原子が例示できる。置換基Ｒ3〜Ｒ6は、通常、水素原子、アルキル基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、ニトロ基、ハロゲン原子である場合が多い。Ｒ3〜Ｒ6が互いに結合して形成する環としては、前記Ｒ1及びＲ2が互いに結合して形成する環と同様であり、特に芳香族性又は非芳香族性の５〜１２員環が好ましい。
【００２６】
好ましいイミド化合物の代表的な例として、例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、α，β−ビス（ペンタノイルオキシ）−Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、α，β−ビス（ラウロイルオキシ）−Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、α，β−ビス（ベンゾイルオキシ）−Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４−ペンチルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４−ドデシルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４−フェノキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４，５−ビス（ペンチルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４，５−ビス（ドデシルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４，５−ビス（フェノキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラブロモフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラクロロフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘット酸イミド、Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシナフタレンテトラカルボン酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲが水素原子である化合物；Ｎ−アセトキシコハク酸イミド、Ｎ−アセトキシマレイン酸イミド、Ｎ−アセトキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジアセトキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−アセトキシフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシテトラブロモフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシテトラクロロフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシヘット酸イミド、Ｎ−アセトキシハイミック酸イミド、Ｎ−アセトキシトリメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジアセトキシピロメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジアセトキシナフタレンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−バレリルオキシフタル酸イミド、Ｎ−ラウロイルオキシフタル酸イミド、Ｎ，α，β−トリスアセトキシコハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（プロピオニルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（バレリルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（ラウロイルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（ベンゾイルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−メトキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−エトキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−ペンチルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−ドデシルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−フェノキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（メトキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（エトキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（ペンチルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（ドデシルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（フェノキシカルボニル）フタル酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲがアセチル基等のアシル基である化合物；Ｎ−メトキシメチルオキシフタル酸イミド、Ｎ−（２−メトキシエトキシメチルオキシ）フタル酸イミド、Ｎ−テトラヒドロピラニルオキシフタル酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲがヒドロキシル基とアセタール又はヘミアセタール結合を形成可能な基である化合物；Ｎ−メタンスルホニルオキシフタル酸イミド、Ｎ−（ｐ−トルエンスルホニルオキシ）フタル酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲがスルホニル基である化合物；Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミドの硫酸エステル、硝酸エステル、リン酸エステル又はホウ酸エステルなどのＸが−ＯＲ基で且つＲが無機酸からＯＨ基を除した基である化合物などが挙げられる。
【００２７】
前記イミド化合物のうち、Ｘが−ＯＲ基で且つＲが水素原子である化合物は、慣用のイミド化反応、例えば、対応する酸無水物とヒドロキシルアミンＮＨ2ＯＨとを反応させ、酸無水物基の開環及び閉環を経てイミド化する方法により調製できる。前記酸無水物には、例えば、無水コハク酸、無水マレイン酸などの飽和又は不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸（１，２−シクロヘキサンジカルボン酸無水物）、１，２，３，４−シクロヘキサンテトラカルボン酸１，２−無水物、メチルシクロヘキセントリカルボン酸無水物などの飽和又は不飽和非芳香族性環状多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水ヘット酸、無水ハイミック酸などの橋かけ環式多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、テトラクロロ無水フタル酸、無水ニトロフタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水メリット酸、２，３；６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族多価カルボン酸無水物が含まれる。
【００２８】
前記イミド化合物のうち、Ｘが−ＯＲ基で且つＲがヒドロキシル基の保護基である化合物は、例えば、対応するＲが水素原子である化合物（Ｎ−ヒドロキシ環状イミド化合物）に、慣用の保護基導入反応を利用して、所望の保護基を導入することにより調製することができる。例えば、Ｎ−アセトキシフタル酸イミドは、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミドに無水酢酸を反応させたり、塩基の存在下でアセチルハライドを反応させることにより得ることができる。なお、前記イミド化合物のうち、Ｘが−ＯＲ基で且つＲがヒドロキシル基の保護基である化合物は、これら以外の方法で製造することも可能である。
【００２９】
特に好ましいイミド化合物は、脂環式多価カルボン酸無水物又は芳香族多価カルボン酸無水物、なかでも芳香族多価カルボン酸無水物から誘導されるＮ−ヒドロキシイミド化合物（例えば、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド）；及び該Ｎ−ヒドロキシイミド化合物のヒドロキシル基に保護基を導入することにより得られる化合物などが含まれる。
【００３０】
式（Ｉ）で表されるＮ−置換環状イミド骨格を有するイミド化合物は、反応において、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。前記イミド化合物は反応系内で生成させてもよい。
【００３１】
前記イミド化合物は、担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、活性炭、ゼオライト、シリカ、シリカ−アルミナ、ベントナイトなどの多孔質担体を用いる場合が多い。前記イミド化合物の担体への担持量は、担体１００重量部に対して、例えば０．１〜５０重量部、好ましくは０．５〜３０重量部、さらに好ましくは１〜２０重量部程度である。
【００３２】
前記イミド化合物の使用量は、例えば、基質（シクロアルカン類）１モルに対して、０．０００００１〜１モル（０．０００１〜１００モル％）程度の広い範囲で選択できる。しかし、本発明では、触媒の使用量が少なくても高い収率が得られるという特徴を有するので、経済性や後処理をも考慮すると、イミド化合物の使用量は、基質１モルに対して、好ましくは０．０００００１〜０．０１モル（０．０００１〜１モル％）程度であり、さらに好ましくは０．００００１〜０．００５モル（０．００１〜０．５モル％）程度である。
【００３３】
［助触媒］
本発明では、前記イミド化合物触媒の助触媒として遷移金属化合物を用いることもできる。遷移金属化合物を反応系に存在させることにより反応速度や反応の選択性が向上する場合がある。遷移金属化合物には周期表３族〜１２族元素（ランタノイド元素、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等）の化合物（単体を含む）が含まれる。好ましい遷移金属元素として、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏなどが挙げられる。
【００３４】
遷移金属化合物としては、遷移金属元素の単体、水酸化物、酸化物、ハロゲン化物、オキソ酸塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩など）、イソポリ酸の塩、ヘテロポリ酸の塩などの無機化合物； 有機酸塩（例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩、乳酸塩など）、錯体などの有機化合物が挙げられる。遷移金属化合物の具体例としては、例えば、コバルト化合物を例にとると、水酸化コバルト、酸化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、リン酸コバルトなどの無機化合物；酢酸コバルト、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、乳酸コバルトなどの有機酸塩；コバルトアセチルアセトナートなどの錯体等の２価又は３価のコバルト化合物が挙げられる。他の遷移金属化合物としては、前記コバルト化合物に対応する化合物などが例示される。遷移金属化合物は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００３５】
遷移金属化合物の使用量は、基質（シクロアルカン類）１モルに対して、例えば０．００００００１〜０．１モル、０．０００１〜０．０５モル程度である。
【００３６】
本発明では、また、反応速度や反応の選択性を向上させるため、反応系に、例えば、有機酸（酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸、スルホン酸など）、アルコール等のプロトン性有機化合物；ベンゾニトリルなどのニトリル類などを添加してもよい。これらの成分の添加量は、基質であるシクロアルカン類１モルに対して、例えば０．０００１〜１モル、好ましくは０．００１〜０．１モル程度であるが、反応を損なわない限り、後述の溶媒として用いてもよい。また、添加剤として無機酸（例えば、硝酸など（ホウ酸を除く））を添加してもよい。
【００３７】
［ホウ素化合物］
ホウ素化合物としては、例えば、ホウ酸（オルトホウ酸、メタホウ酸）、酸化ホウ素、ホウ酸エステル（例えば、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチルなどのホウ酸トリアルキル等）などが挙げられる。これらのなかでも、特にホウ酸が好ましい。
【００３８】
ホウ素化合物の使用量は、広い範囲で選択できるが、通常、シクロアルカン類１モルに対して０．０１〜０．４モル程度、好ましくは０．０５〜０．３モル程度である。ホウ素化合物は、系内に一括添加してもよく、連続的又は間欠的に逐次添加してもよい。
【００３９】
［反応］
本発明の方法は、シクロアルカン類を前記イミド化合物とホウ素化合物の存在下で酸素と反応させる工程（酸化工程）と、得られた反応生成物を加水分解に付す工程（加水分解工程）とからなる。酸化工程では、シクロアルカン類のシクロアルカン環を構成する炭素原子（橋かけ環式炭化水素では橋頭位の炭素原子及び／又は橋頭位以外の炭素原子）が酸化されて、主としてシクロアルカン類に対応するシクロアルカノール類のホウ酸エステルとシクロアルカノン類が生成し、加水分解工程では前記シクロアルカノール類のホウ酸エステルが加水分解されて対応するシクロアルカノール類が生成する。従って、上記反応により最終的にシクロアルカノール類及び／又はシクロアルカノン類が得られる。
【００４０】
酸化工程において、反応は溶媒の非存在下又は存在下で行われるが、反応系におけるシクロアルカン類とその酸化生成物（シクロアルカノール類のホウ酸エステル、シクロアルカノン類など）の総濃度が８０重量％以上（より好ましくは９０重量％以上、特に９５重量％以上）の条件で行うのが好ましい。このうち、反応系におけるシクロアルカン類の濃度は例えば５０重量％以上、特に７０重量％以上であるのが好ましい。従って、反応系における溶媒の濃度は、通常０〜２０重量％、好ましくは０〜１０重量％程度、さらに好ましくは０〜５重量％程度であり、特に無溶媒であるのが好ましい。溶媒の濃度が２０重量％を超えると反応速度が低下しやすくなる。前記溶媒としては、反応を阻害しないものであれば特に限定されない。
【００４１】
酸化工程における反応温度は、例えば８０〜２２０℃、好ましくは９０〜２００℃、さらに好ましくは１０５〜１８０℃程度である。反応圧力は、減圧、常圧、加圧下の何れであってもよい。加圧下で行う場合、反応圧力は、例えば０．１〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１５ＭＰａ程度である。
【００４２】
反応は、酸素の存在下又は酸素の流通下、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方法により行うことができる。反応を回分式又は半回分式で行う場合には、例えば、シクロアルカン類の初期濃度を８０重量％以上（より好ましくは９０重量％以上、特に９５重量％以上）に設定することにより好結果が得られる。また、反応を連続式で行う場合には、定常状態時におけるシクロアルカン類とその酸化生成物の総濃度を８０重量％以上（より好ましくは９０重量％以上、特に９５重量％以上）に設定することにより収率よく目的化合物を得ることができる。
【００４３】
加水分解工程では、酸化工程で得られた反応混合物（又はこれに、希釈、濃縮等の適当な処理を施したもの）に水を加えて、酸化工程で生成したシクロアルカノール類のホウ酸エステルを加水分解する。水の量は前記シクロアルカノール類のホウ酸エステルを加水分解できる量であればよく、例えば、シクロアルカノール類のホウ酸エステル１モルに対して１モル以上、好ましくは３モル以上である。大過剰量の水を使用してもよい。
【００４４】
加水分解工程における反応温度は、例えば３０〜１２０℃、好ましくは４０〜１００℃程度である。反応圧力は常圧、加圧等の何れであってもよい。
【００４５】
加水分解工程で得られた反応生成物は、例えば、分液操作、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段やこれらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。例えば、加水分解工程で得られた反応混合物を、必要に応じて有機溶媒（例えば炭化水素等）及び／又は水を加えた後、分液操作に付すと、目的物であるシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類は有機層に移行し、加水分解により生成したホウ酸は水層に移行する。シクロアルカノール類及びシクロアルカノン類は、有機層を蒸留等に付すことにより分離回収できる。ホウ酸は水層から晶析等により分離回収できる。回収したホウ酸は酸化工程にリサイクル使用できる。
【００４６】
本発明の製造法で得られたシクロアルカノール類、シクロアルカノン類は、ポリアミド（ナイロン）等のポリマーの原料、精密化学品の中間原料などとして利用できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、シクロアルカン類から対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類を、高い選択率で且つ生産効率よく得ることができる。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００４９】
実施例１
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．２８ｇ（４．５ミリモル、７．６モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で２時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は７．２％であり、シクロドデカノールが収率６．２１％、シクロドデカノンが収率０．４４％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は６．６５％、合計選択率は９２％であった。
【００５０】
実施例２
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は１６．９％であり、シクロドデカノールが収率１２．２％、シクロドデカノンが収率２．０８％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１４．２８％、合計選択率は８５％であった。
【００５１】
比較例１
Ｎ−ヒドロキシフタルイミドを用いなかった点以外は実施例２と同様の操作を行った。その結果、シクロドデカンの転化率は１．８％であり、シクロドデカノールが収率１．６２％、シクロドデカノンが収率０．０４％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１．６６％、合計選択率は９０％であった。
【００５２】
実施例３
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．００９８ｇ（０．０６ミリモル、０．１モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は１２．２％であり、シクロドデカノールが収率１０．２％、シクロドデカノンが収率０．７９％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１０．９９％、合計選択率は９０％であった。
【００５３】
実施例４
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１３０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は１．９％であり、シクロドデカノールが収率１．６８％、シクロドデカノンが収率０．０７％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１．７５％、合計選択率は９２％であった。
【００５４】
実施例５
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１５０℃で１．５時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は２８．９％であり、シクロドデカノールが収率１８．７％、シクロドデカノンが収率３．８７％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は２２．５７％、合計選択率は７８％であった。
【００５５】
実施例６
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．９０ｇ（１５ミリモル、２５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１５０℃で２．５時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は３７．６％であり、シクロドデカノールが収率１９．２％、シクロドデカノンが収率５．８５％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は２５．０５％、合計選択率は６７％であった。
【００５６】
実施例７
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、ベンゾニトリル０．３ｇ（５モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は２１．１％であり、シクロドデカノールが収率１５．８％、シクロドデカノンが収率２．１５％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１７．９５％、合計選択率は８５％であった。
【００５７】
実施例８
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、シクロドデカノール０．５５ｇ（５モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は８．２％であり、シクロドデカノールが収率７．０６％、シクロドデカノンが収率０．９１％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は７．９７％、合計選択率は９７％であった。
【００５８】
実施例９
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、ナフテン酸コバルト６ｍｇ（０．０１モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１３０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は５．１４％であり、シクロドデカノールが収率４．１３％、シクロドデカノンが収率０．３８％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は４．４９％、合計選択率は８８％であった。
【００５９】
実施例１０
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、ナフテン酸コバルト１５ｍｇ（０．０２５モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１１０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は２．０４％であり、シクロドデカノールが収率０．９９％、シクロドデカノンが収率０．２６％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１．２５％、合計選択率は６１％であった。
【００６０】
実施例１１
攪拌機を備え付けた３５０ｍｌのチタン製オートクレーブに、シクロヘキサン３３．６ｇ（０．４モル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド１３０ｍｇ（０．８ミリモル）、及びオルトホウ酸１．８８ｇ（３０ミリモル）を仕込み、オートクレーブを空気１．５ＭＰａで加圧し、１５０℃で１時間攪拌した。反応後、オートクレーブを冷却し、６０℃の水２０ｍｌを加え、６０℃で３０分間攪拌して、生成したシクロヘキサノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物を２層に分液させ、有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロヘキサンの転化率は１０％であり、シクロヘキサノールが収率７．３８％、シクロヘキサノンが収率０．８２％で生成していた。シクロヘキサノールとシクロヘキサノンの合計収率は８．２０％、合計選択率は８２％であった。
【発明の属する技術分野】
本発明は、シクロアルカン類を酸素により酸化して、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類から選択された少なくとも１種の酸化生成物を製造する方法に関する。シクロアルカノール類及びシクロアルカノン類はポリアミド系高分子化合物の製造原料、精密化学品の中間原料等として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
シクロアルカン類をホウ酸等のホウ素化合物の存在下で酸素と反応させた後、加水分解反応に付して、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類を製造する方法が知られている。しかし、この方法では反応速度が遅く、目的生成物を生産効率よく製造することが困難である。これを改善するため、ホウ素化合物と共にコバルト化合物等の遷移金属化合物を系内に存在させて上記反応を行う方法が提案されている（特開２０００−１２８８１５号公報、特開２０００−２１２１０６号公報など）。しかし、この方法では、反応速度はある程度改善されるが、目的とするシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類の選択率は十分高いとはいえない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、シクロアルカン類から対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類を、高い選択率で且つ生産効率よく製造できる方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、シクロアルカン類を特定のイミド化合物触媒とホウ素化合物の存在下で酸素と反応させた後、加水分解反応に付すと、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類が速い反応速度で且つ高い選択率で生成することを見いだし、本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明は、シクロアルカン類を、下記式（I)
【化３】
で表される環状イミド骨格を有するイミド化合物とホウ酸の存在下で酸素と反応させた後、反応混合物に水を加えて、３０〜１２０℃で加水分解反応に付して、加水分解工程で得られた反応混合物を分液操作に付し、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類から選択された少なくとも１種の酸化生成物を有機層に移行して回収し、加水分解により生成したホウ酸を水層に移行することを特徴とするシクロアルカン類の酸化生成物の製造法を提供する。
【０００６】
前記イミド化合物には、下記式（１）
【化４】
で表される化合物が含まれる。
【０００７】
前記方法において、イミド化合物の使用量は、シクロアルカン類１モルに対して、例えば０．０００００１〜０．０１モル程度である。また、ホウ酸の使用量は、シクロアルカン類１モルに対して、例えば０．０１〜０．４モル程度である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［シクロアルカン類］
本発明では、原料化合物としてシクロアルカン類（以下、単に「基質」と称することがある）を用いる。
【０００９】
シクロアルカンとしては、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロドデカン、シクロテトラデカン、シクロヘキサデカン、シクロオクタデカン、シクロイコサン、シクロドコサン、シクロトリアコンタン等の３〜３０員程度のシクロアルカンなどが挙げられる。なかでも、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロドデカン等の４〜２０員程度（例えば５〜１６員程度）のシクロアルカンが好ましく、特に、シクロヘキサン及びシクロドデカンなどが好ましい。
【００１０】
前記シクロアルカンは反応を阻害しない範囲で置換基を有していてもよい。このような置換基として、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基など）、置換チオ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基（例えば、メチル、エチル、イソプロピル、ｔ−ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル基等のＣ1-20アルキル基など、特にＣ1-4アルキル基）、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）、アラルキル基（例えば、ベンジル基など）、複素環基などが挙げられる。また、シクロアルカンは、シクロアルカン環に反応を阻害しない範囲で芳香族性又は非芳香族性の炭素環や複素環が縮合していてもよく、また橋かけ環を形成してもよい。従って、本発明におけるシクロアルカン類には、ロジン（デヒドロアビエチン酸など）、バレンセン、ピネンなどの多環テルペン類；アダマンタン、ノルボルナンなどの橋かけ環式炭化水素等の、置換基（例えば上記の置換基）を有していてもよい多環脂環式炭化水素類も含まれる。
【００１１】
［酸素］
酸素としては、分子状酸素及び発生期の酸素の何れを使用してもよい。分子状酸素は特に制限されず、純粋な酸素を用いてもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素などの不活性ガスで希釈した酸素や空気を使用してもよい。酸素は系内で発生させてもよい。酸素の使用量は、基質の種類によっても異なるが、通常、基質１モルに対して０．５モル以上（例えば、１モル以上）、好ましくは１〜１００モル、さらに好ましくは２〜５０モル程度である。基質に対して過剰モルの酸素を使用する場合が多い。
【００１２】
［イミド化合物］
本発明では、触媒として、前記式（Ｉ）で表される環状イミド骨格を有するイミド化合物を使用する。
【００１３】
式（Ｉ）において、窒素原子とＸとの結合は単結合又は二重結合である。前記イミド化合物は、分子中に、式（Ｉ）で表されるＮ−置換環状イミド骨格を複数個有していてもよい。また、このイミド化合物は、前記Ｘが−ＯＲ基であり且つＲがヒドロキシル基の保護基である場合、Ｎ−置換環状イミド骨格のうちＲを除く部分（Ｎ−オキシ環状イミド骨格）が複数個、Ｒを介して結合していてもよい。
【００１４】
式（Ｉ）中、Ｒで示されるヒドロキシル基の保護基としては、有機合成の分野で慣用のヒドロキシル基の保護基を用いることができる。このような保護基として、例えば、アルキル基（例えば、メチル、ｔ−ブチル基などのＣ1-4アルキル基など）、アルケニル基（例えば、アリル基など）、シクロアルキル基（例えば、シクロヘキシル基など）、アリール基（例えば、２，４−ジニトロフェニル基など）、アラルキル基（例えば、ベンジル、２，６−ジクロロベンジル、３−ブロモベンジル、２−ニトロベンジル、トリフェニルメチル基など）；置換メチル基（例えば、メトキシメチル、メチルチオメチル、ベンジルオキシメチル、ｔ−ブトキシメチル、２−メトキシエトキシメチル、２，２，２−トリクロロエトキシメチル、ビス（２−クロロエトキシ）メチル、２−（トリメチルシリル）エトキシメチル基など）、置換エチル基（例えば、１−エトキシエチル、１−メチル−１−メトキシエチル、１−イソプロポキシエチル、２，２，２−トリクロロエチル、２−メトキシエチル基など）、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基、１−ヒドロキシアルキル基（例えば、１−ヒドロキシエチル、１−ヒドロキシヘキシル、１−ヒドロキシデシル、１−ヒドロキシヘキサデシル、１−ヒドロキシ−１−フェニルメチル基など）等のヒドロキシル基とアセタール又はヘミアセタール基を形成可能な基など；アシル基（例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル、ヘキサノイル、ヘプタノイル、オクタノイル、ノナノイル、デカノイル、ラウロイル、ミリストイル、パルミトイル、ステアロイル基などのＣ1-20脂肪族アシル基等の脂肪族飽和又は不飽和アシル基；アセトアセチル基；シクロペンタンカルボニル、シクロヘキサンカルボニル基などのシクロアルカンカルボニル基等の脂環式アシル基；ベンゾイル、ナフトイル基などの芳香族アシル基など）、スルホニル基（メタンスルホニル、エタンスルホニル、トリフルオロメタンスルホニル、ベンゼンスルホニル、ｐ−トルエンスルホニル、ナフタレンスルホニル基など）、アルコキシカルボニル基（例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ｔ−ブトキシカルボニル基などのＣ1-4アルコキシ−カルボニル基など）、アラルキルオキシカルボニル基（例えば、ベンジルオキシカルボニル基、ｐ−メトキシベンジルオキシカルボニル基など）、置換又は無置換カルバモイル基（例えば、カルバモイル、メチルカルバモイル、フェニルカルバモイル基など）、無機酸（硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸など）からＯＨ基を除した基、ジアルキルホスフィノチオイル基（例えば、ジメチルホスフィノチオイル基など）、ジアリールホスフィノチオイル基（例えば、ジフェニルホスフィノチオイル基など）、置換シリル基（例えば、トリメチルシリル、ｔ−ブチルジメチルシリル、トリベンジルシリル、トリフェニルシリル基など）などが挙げられる。
【００１５】
また、Ｘが−ＯＲ基である場合において、Ｎ−置換環状イミド骨格のうちＲを除く部分（Ｎ−オキシ環状イミド骨格）が複数個、Ｒを介して結合する場合、該Ｒとして、例えば、オキサリル、マロニル、スクシニル、グルタリル、フタロイル、イソフタロイル、テレフタロイル基などのポリカルボン酸アシル基；カルボニル基；メチレン、エチリデン、イソプロピリデン、シクロペンチリデン、シクロヘキシリデン、ベンジリデン基などの多価の炭化水素基（特に、２つのヒドロキシル基とアセタール結合を形成する基）などが挙げられる。
【００１６】
Ｒとしては、アルキル基（メチル基など）以外の保護基がより好ましい。特に好ましいＲには、例えば、水素原子；ヒドロキシル基とアセタール又はヘミアセタール基を形成可能な基；カルボン酸、スルホン酸、炭酸、カルバミン酸、硫酸、リン酸、ホウ酸などの酸からＯＨ基を除した基（アシル基、スルホニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基等）などの加水分解により脱離可能な加水分解性保護基が好ましい。
【００１７】
前記イミド化合物の代表的な例として、前記式（１）で表されるイミド化合物が挙げられる。このイミド化合物において、置換基Ｒ1及びＲ2のうちハロゲン原子には、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子が含まれる。アルキル基には、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ヘキシル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル基などの炭素数１〜３０程度（特に、炭素数１〜２０程度）の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が含まれる。
【００１８】
アリール基には、フェニル、ナフチル基などが含まれ、シクロアルキル基には、シクロペンチル、シクロヘキシル基などが含まれる。アルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ｔ−ブトキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、デシルオキシ、ドデシルオキシ、テトラデシルオキシオクタデシルオキシ基などの炭素数１〜３０程度（特に、炭素数１〜２０程度）のアルコキシ基が含まれる。
【００１９】
置換オキシカルボニル基には、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ｔ−ブトキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル、ヘプチルオキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、デシルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニル、ヘキサデシルオキシカルボニル、オクタデシルオキシカルボニル基などのアルコキシカルボニル基（特に、Ｃ1-30アルコキシ−カルボニル基）；シクロペンチルオキシカルボニル、シクロヘキシルオキシカルボニル基などのシクロアルキルオキシカルボニル基（特に、３〜２０員シクロアルキルオキシカルボニル基）；フェニルオキシカルボニル、ナフチルオキシカルボニル基などのアリールオキシカルボニル基（特に、Ｃ6-20アリールオキシ−カルボニル基）；ベンジルオキシカルボニル基などのアラルキルオキシカルボニル基（特に、Ｃ7-21アラルキルオキシ−カルボニル基）などが挙げられる。
【００２０】
アシル基としては、例えば、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレリル、ピバロイル、ヘキサノイル、ヘプタノイル、オクタノイル、ノナノイル、デカノイル、ラウロイル、ミリストイル、パルミトイル、ステアロイル基などのＣ1-30脂肪族アシル基（特に、Ｃ1-20脂肪族アシル基）等の脂肪族飽和又は不飽和アシル基；アセトアセチル基；シクロペンタンカルボニル、シクロヘキサンカルボニル基などのシクロアルカンカルボニル基等の脂環式アシル基；ベンゾイル、ナフトイル基などの芳香族アシル基などが例示できる。
【００２１】
アシルオキシ基としては、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、イソブチリルオキシ、バレリルオキシ、ピバロイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、ヘプタノイルオキシ、オクタノイルオキシ、ノナノイルオキシ、デカノイルオキシ、ラウロイルオキシ、ミリストイルオキシ、パルミトイルオキシ、ステアロイルオキシ基などのＣ1-30脂肪族アシルオキシ基（特に、Ｃ1-20脂肪族アシルオキシ基）等の脂肪族飽和又は不飽和アシルオキシ基；アセトアセチルオキシ基；シクロペンタンカルボニルオキシ、シクロヘキサンカルボニルオキシ基などのシクロアルカンカルボニルオキシ基等の脂環式アシルオキシ基；ベンゾイルオキシ、ナフトイルオキシ基などの芳香族アシルオキシ基などが例示できる。
【００２２】
前記置換基Ｒ1及びＲ2は、同一又は異なっていてもよい。また、前記式（１）において、Ｒ1及びＲ2は互いに結合して、二重結合、または芳香族性又は非芳香属性の環を形成してもよい。好ましい芳香族性又は非芳香族性環は５〜１２員環、特に６〜１０員環程度であり、複素環又は縮合複素環であってもよいが、炭化水素環である場合が多い。このような環には、例えば、非芳香族性脂環式環（シクロヘキサン環などの置換基を有していてもよいシクロアルカン環、シクロヘキセン環などの置換基を有していてもよいシクロアルケン環など）、非芳香族性橋かけ環（５−ノルボルネン環などの置換基を有していてもよい橋かけ式炭化水素環など）、ベンゼン環、ナフタレン環などの置換基を有していてもよい芳香族環（縮合環を含む）が含まれる。前記環は、芳香族環で構成される場合が多い。前記環は、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、アシル基、アシルオキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよい。
【００２３】
前記Ｒ1、Ｒ2、又はＲ1及びＲ2が互いに結合して形成された二重結合又は芳香族性若しくは非芳香族性の環には、上記式（１）中に示されるＮ−置換環状イミド基がさらに１又は２個形成されていてもよい。例えば、Ｒ1又はＲ2が炭素数２以上のアルキル基である場合、このアルキル基を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。また、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して二重結合を形成する場合、該二重結合を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。さらに、Ｒ1及びＲ2が互いに結合して芳香族性若しくは非芳香族性の環を形成する場合、該環を構成する隣接する２つの炭素原子を含んで前記Ｎ−置換環状イミド基が形成されていてもよい。
【００２４】
好ましいイミド化合物には、下記式で表される化合物が含まれる。
【化５】
【００２５】
置換基Ｒ3〜Ｒ6において、アルキル基には、前記例示のアルキル基と同様のアルキル基が含まれ、ハロアルキル基には、トリフルオロメチル基などの炭素数１〜３０程度（特に、炭素数１〜２０程度）のハロアルキル基、アルコキシ基には、前記と同様のアルコキシ基、置換オキシカルボニル基には、前記と同様の置換オキシカルボニル基（アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基など）が含まれる。また、アシル基としては前記と同様のアシル基（脂肪族飽和又は不飽和アシル基、アセトアセチル基、脂環式アシル基、芳香族アシル基等）などが例示され、アシルオキシ基としては前記と同様のアシルオキシ基（脂肪族飽和又は不飽和アシルオキシ基、アセトアセチルオキシ基、脂環式アシルオキシ基、芳香族アシルオキシ基等）などが例示される。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素原子が例示できる。置換基Ｒ3〜Ｒ6は、通常、水素原子、アルキル基、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基、ニトロ基、ハロゲン原子である場合が多い。Ｒ3〜Ｒ6が互いに結合して形成する環としては、前記Ｒ1及びＲ2が互いに結合して形成する環と同様であり、特に芳香族性又は非芳香族性の５〜１２員環が好ましい。
【００２６】
好ましいイミド化合物の代表的な例として、例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、α，β−ビス（ペンタノイルオキシ）−Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、α，β−ビス（ラウロイルオキシ）−Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、α，β−ビス（ベンゾイルオキシ）−Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４−ペンチルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４−ドデシルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４−フェノキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４，５−ビス（ペンチルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４，５−ビス（ドデシルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシ−４，５−ビス（フェノキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラブロモフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシテトラクロロフタル酸イミド、Ｎ−ヒドロキシヘット酸イミド、Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシナフタレンテトラカルボン酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲが水素原子である化合物；Ｎ−アセトキシコハク酸イミド、Ｎ−アセトキシマレイン酸イミド、Ｎ−アセトキシヘキサヒドロフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジアセトキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−アセトキシフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシテトラブロモフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシテトラクロロフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシヘット酸イミド、Ｎ−アセトキシハイミック酸イミド、Ｎ−アセトキシトリメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジアセトキシピロメリット酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジアセトキシナフタレンテトラカルボン酸イミド、Ｎ−バレリルオキシフタル酸イミド、Ｎ−ラウロイルオキシフタル酸イミド、Ｎ，α，β−トリスアセトキシコハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（プロピオニルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（バレリルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（ラウロイルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−α，β−ビス（ベンゾイルオキシ）コハク酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−メトキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−エトキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−ペンチルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−ドデシルオキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４−フェノキシカルボニルフタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（メトキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（エトキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（ペンチルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（ドデシルオキシカルボニル）フタル酸イミド、Ｎ−アセトキシ−４，５−ビス（フェノキシカルボニル）フタル酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲがアセチル基等のアシル基である化合物；Ｎ−メトキシメチルオキシフタル酸イミド、Ｎ−（２−メトキシエトキシメチルオキシ）フタル酸イミド、Ｎ−テトラヒドロピラニルオキシフタル酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲがヒドロキシル基とアセタール又はヘミアセタール結合を形成可能な基である化合物；Ｎ−メタンスルホニルオキシフタル酸イミド、Ｎ−（ｐ−トルエンスルホニルオキシ）フタル酸イミドなどのＸが−ＯＲ基で且つＲがスルホニル基である化合物；Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミドの硫酸エステル、硝酸エステル、リン酸エステル又はホウ酸エステルなどのＸが−ＯＲ基で且つＲが無機酸からＯＨ基を除した基である化合物などが挙げられる。
【００２７】
前記イミド化合物のうち、Ｘが−ＯＲ基で且つＲが水素原子である化合物は、慣用のイミド化反応、例えば、対応する酸無水物とヒドロキシルアミンＮＨ2ＯＨとを反応させ、酸無水物基の開環及び閉環を経てイミド化する方法により調製できる。前記酸無水物には、例えば、無水コハク酸、無水マレイン酸などの飽和又は不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸（１，２−シクロヘキサンジカルボン酸無水物）、１，２，３，４−シクロヘキサンテトラカルボン酸１，２−無水物、メチルシクロヘキセントリカルボン酸無水物などの飽和又は不飽和非芳香族性環状多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水ヘット酸、無水ハイミック酸などの橋かけ環式多価カルボン酸無水物（脂環式多価カルボン酸無水物）、無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、テトラクロロ無水フタル酸、無水ニトロフタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水メリット酸、２，３；６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族多価カルボン酸無水物が含まれる。
【００２８】
前記イミド化合物のうち、Ｘが−ＯＲ基で且つＲがヒドロキシル基の保護基である化合物は、例えば、対応するＲが水素原子である化合物（Ｎ−ヒドロキシ環状イミド化合物）に、慣用の保護基導入反応を利用して、所望の保護基を導入することにより調製することができる。例えば、Ｎ−アセトキシフタル酸イミドは、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミドに無水酢酸を反応させたり、塩基の存在下でアセチルハライドを反応させることにより得ることができる。なお、前記イミド化合物のうち、Ｘが−ＯＲ基で且つＲがヒドロキシル基の保護基である化合物は、これら以外の方法で製造することも可能である。
【００２９】
特に好ましいイミド化合物は、脂環式多価カルボン酸無水物又は芳香族多価カルボン酸無水物、なかでも芳香族多価カルボン酸無水物から誘導されるＮ−ヒドロキシイミド化合物（例えば、Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド）；及び該Ｎ−ヒドロキシイミド化合物のヒドロキシル基に保護基を導入することにより得られる化合物などが含まれる。
【００３０】
式（Ｉ）で表されるＮ−置換環状イミド骨格を有するイミド化合物は、反応において、単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。前記イミド化合物は反応系内で生成させてもよい。
【００３１】
前記イミド化合物は、担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、活性炭、ゼオライト、シリカ、シリカ−アルミナ、ベントナイトなどの多孔質担体を用いる場合が多い。前記イミド化合物の担体への担持量は、担体１００重量部に対して、例えば０．１〜５０重量部、好ましくは０．５〜３０重量部、さらに好ましくは１〜２０重量部程度である。
【００３２】
前記イミド化合物の使用量は、例えば、基質（シクロアルカン類）１モルに対して、０．０００００１〜１モル（０．０００１〜１００モル％）程度の広い範囲で選択できる。しかし、本発明では、触媒の使用量が少なくても高い収率が得られるという特徴を有するので、経済性や後処理をも考慮すると、イミド化合物の使用量は、基質１モルに対して、好ましくは０．０００００１〜０．０１モル（０．０００１〜１モル％）程度であり、さらに好ましくは０．００００１〜０．００５モル（０．００１〜０．５モル％）程度である。
【００３３】
［助触媒］
本発明では、前記イミド化合物触媒の助触媒として遷移金属化合物を用いることもできる。遷移金属化合物を反応系に存在させることにより反応速度や反応の選択性が向上する場合がある。遷移金属化合物には周期表３族〜１２族元素（ランタノイド元素、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等）の化合物（単体を含む）が含まれる。好ましい遷移金属元素として、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏなどが挙げられる。
【００３４】
遷移金属化合物としては、遷移金属元素の単体、水酸化物、酸化物、ハロゲン化物、オキソ酸塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩など）、イソポリ酸の塩、ヘテロポリ酸の塩などの無機化合物； 有機酸塩（例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩、ナフテン酸塩、ステアリン酸塩、乳酸塩など）、錯体などの有機化合物が挙げられる。遷移金属化合物の具体例としては、例えば、コバルト化合物を例にとると、水酸化コバルト、酸化コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、硝酸コバルト、硫酸コバルト、リン酸コバルトなどの無機化合物；酢酸コバルト、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、乳酸コバルトなどの有機酸塩；コバルトアセチルアセトナートなどの錯体等の２価又は３価のコバルト化合物が挙げられる。他の遷移金属化合物としては、前記コバルト化合物に対応する化合物などが例示される。遷移金属化合物は単独で又は２種以上組み合わせて使用できる。
【００３５】
遷移金属化合物の使用量は、基質（シクロアルカン類）１モルに対して、例えば０．００００００１〜０．１モル、０．０００１〜０．０５モル程度である。
【００３６】
本発明では、また、反応速度や反応の選択性を向上させるため、反応系に、例えば、有機酸（酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸、スルホン酸など）、アルコール等のプロトン性有機化合物；ベンゾニトリルなどのニトリル類などを添加してもよい。これらの成分の添加量は、基質であるシクロアルカン類１モルに対して、例えば０．０００１〜１モル、好ましくは０．００１〜０．１モル程度であるが、反応を損なわない限り、後述の溶媒として用いてもよい。また、添加剤として無機酸（例えば、硝酸など（ホウ酸を除く））を添加してもよい。
【００３７】
［ホウ素化合物］
ホウ素化合物としては、例えば、ホウ酸（オルトホウ酸、メタホウ酸）、酸化ホウ素、ホウ酸エステル（例えば、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチルなどのホウ酸トリアルキル等）などが挙げられる。これらのなかでも、特にホウ酸が好ましい。
【００３８】
ホウ素化合物の使用量は、広い範囲で選択できるが、通常、シクロアルカン類１モルに対して０．０１〜０．４モル程度、好ましくは０．０５〜０．３モル程度である。ホウ素化合物は、系内に一括添加してもよく、連続的又は間欠的に逐次添加してもよい。
【００３９】
［反応］
本発明の方法は、シクロアルカン類を前記イミド化合物とホウ素化合物の存在下で酸素と反応させる工程（酸化工程）と、得られた反応生成物を加水分解に付す工程（加水分解工程）とからなる。酸化工程では、シクロアルカン類のシクロアルカン環を構成する炭素原子（橋かけ環式炭化水素では橋頭位の炭素原子及び／又は橋頭位以外の炭素原子）が酸化されて、主としてシクロアルカン類に対応するシクロアルカノール類のホウ酸エステルとシクロアルカノン類が生成し、加水分解工程では前記シクロアルカノール類のホウ酸エステルが加水分解されて対応するシクロアルカノール類が生成する。従って、上記反応により最終的にシクロアルカノール類及び／又はシクロアルカノン類が得られる。
【００４０】
酸化工程において、反応は溶媒の非存在下又は存在下で行われるが、反応系におけるシクロアルカン類とその酸化生成物（シクロアルカノール類のホウ酸エステル、シクロアルカノン類など）の総濃度が８０重量％以上（より好ましくは９０重量％以上、特に９５重量％以上）の条件で行うのが好ましい。このうち、反応系におけるシクロアルカン類の濃度は例えば５０重量％以上、特に７０重量％以上であるのが好ましい。従って、反応系における溶媒の濃度は、通常０〜２０重量％、好ましくは０〜１０重量％程度、さらに好ましくは０〜５重量％程度であり、特に無溶媒であるのが好ましい。溶媒の濃度が２０重量％を超えると反応速度が低下しやすくなる。前記溶媒としては、反応を阻害しないものであれば特に限定されない。
【００４１】
酸化工程における反応温度は、例えば８０〜２２０℃、好ましくは９０〜２００℃、さらに好ましくは１０５〜１８０℃程度である。反応圧力は、減圧、常圧、加圧下の何れであってもよい。加圧下で行う場合、反応圧力は、例えば０．１〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１５ＭＰａ程度である。
【００４２】
反応は、酸素の存在下又は酸素の流通下、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方法により行うことができる。反応を回分式又は半回分式で行う場合には、例えば、シクロアルカン類の初期濃度を８０重量％以上（より好ましくは９０重量％以上、特に９５重量％以上）に設定することにより好結果が得られる。また、反応を連続式で行う場合には、定常状態時におけるシクロアルカン類とその酸化生成物の総濃度を８０重量％以上（より好ましくは９０重量％以上、特に９５重量％以上）に設定することにより収率よく目的化合物を得ることができる。
【００４３】
加水分解工程では、酸化工程で得られた反応混合物（又はこれに、希釈、濃縮等の適当な処理を施したもの）に水を加えて、酸化工程で生成したシクロアルカノール類のホウ酸エステルを加水分解する。水の量は前記シクロアルカノール類のホウ酸エステルを加水分解できる量であればよく、例えば、シクロアルカノール類のホウ酸エステル１モルに対して１モル以上、好ましくは３モル以上である。大過剰量の水を使用してもよい。
【００４４】
加水分解工程における反応温度は、例えば３０〜１２０℃、好ましくは４０〜１００℃程度である。反応圧力は常圧、加圧等の何れであってもよい。
【００４５】
加水分解工程で得られた反応生成物は、例えば、分液操作、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段やこれらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。例えば、加水分解工程で得られた反応混合物を、必要に応じて有機溶媒（例えば炭化水素等）及び／又は水を加えた後、分液操作に付すと、目的物であるシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類は有機層に移行し、加水分解により生成したホウ酸は水層に移行する。シクロアルカノール類及びシクロアルカノン類は、有機層を蒸留等に付すことにより分離回収できる。ホウ酸は水層から晶析等により分離回収できる。回収したホウ酸は酸化工程にリサイクル使用できる。
【００４６】
本発明の製造法で得られたシクロアルカノール類、シクロアルカノン類は、ポリアミド（ナイロン）等のポリマーの原料、精密化学品の中間原料などとして利用できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、シクロアルカン類から対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類を、高い選択率で且つ生産効率よく得ることができる。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００４９】
実施例１
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．２８ｇ（４．５ミリモル、７．６モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で２時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は７．２％であり、シクロドデカノールが収率６．２１％、シクロドデカノンが収率０．４４％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は６．６５％、合計選択率は９２％であった。
【００５０】
実施例２
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は１６．９％であり、シクロドデカノールが収率１２．２％、シクロドデカノンが収率２．０８％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１４．２８％、合計選択率は８５％であった。
【００５１】
比較例１
Ｎ−ヒドロキシフタルイミドを用いなかった点以外は実施例２と同様の操作を行った。その結果、シクロドデカンの転化率は１．８％であり、シクロドデカノールが収率１．６２％、シクロドデカノンが収率０．０４％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１．６６％、合計選択率は９０％であった。
【００５２】
実施例３
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．００９８ｇ（０．０６ミリモル、０．１モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は１２．２％であり、シクロドデカノールが収率１０．２％、シクロドデカノンが収率０．７９％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１０．９９％、合計選択率は９０％であった。
【００５３】
実施例４
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１３０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は１．９％であり、シクロドデカノールが収率１．６８％、シクロドデカノンが収率０．０７％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１．７５％、合計選択率は９２％であった。
【００５４】
実施例５
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１５０℃で１．５時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は２８．９％であり、シクロドデカノールが収率１８．７％、シクロドデカノンが収率３．８７％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は２２．５７％、合計選択率は７８％であった。
【００５５】
実施例６
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．９０ｇ（１５ミリモル、２５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１５０℃で２．５時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は３７．６％であり、シクロドデカノールが収率１９．２％、シクロドデカノンが収率５．８５％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は２５．０５％、合計選択率は６７％であった。
【００５６】
実施例７
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、ベンゾニトリル０．３ｇ（５モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は２１．１％であり、シクロドデカノールが収率１５．８％、シクロドデカノンが収率２．１５％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１７．９５％、合計選択率は８５％であった。
【００５７】
実施例８
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、シクロドデカノール０．５５ｇ（５モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１４０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は８．２％であり、シクロドデカノールが収率７．０６％、シクロドデカノンが収率０．９１％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は７．９７％、合計選択率は９７％であった。
【００５８】
実施例９
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、ナフテン酸コバルト６ｍｇ（０．０１モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１３０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は５．１４％であり、シクロドデカノールが収率４．１３％、シクロドデカノンが収率０．３８％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は４．４９％、合計選択率は８８％であった。
【００５９】
実施例１０
シクロドデカン１０．０５ｇ（６０ミリモル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド０．０１９６ｇ（０．１２ミリモル、０．２モル％対シクロドデカン）、ナフテン酸コバルト１５ｍｇ（０．０２５モル％対シクロドデカン）、及びオルトホウ酸０．４５ｇ（７．５ミリモル、１２．５モル％対シクロドデカン）を含む混合物を、常圧酸素雰囲気下（１気圧＝０．１ＭＰａ）、１１０℃で３時間攪拌した。反応混合物に６０℃の水５ｍｌを加え、８０℃で３０分間攪拌し、生成したシクロドデカノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物をヘキサンで希釈し、２層に分液させた。有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロドデカンの転化率は２．０４％であり、シクロドデカノールが収率０．９９％、シクロドデカノンが収率０．２６％で生成していた。シクロドデカノールとシクロドデカノンの合計収率は１．２５％、合計選択率は６１％であった。
【００６０】
実施例１１
攪拌機を備え付けた３５０ｍｌのチタン製オートクレーブに、シクロヘキサン３３．６ｇ（０．４モル）、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド１３０ｍｇ（０．８ミリモル）、及びオルトホウ酸１．８８ｇ（３０ミリモル）を仕込み、オートクレーブを空気１．５ＭＰａで加圧し、１５０℃で１時間攪拌した。反応後、オートクレーブを冷却し、６０℃の水２０ｍｌを加え、６０℃で３０分間攪拌して、生成したシクロヘキサノールのホウ酸エステルを加水分解した。次いで、反応混合物を２層に分液させ、有機層をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、シクロヘキサンの転化率は１０％であり、シクロヘキサノールが収率７．３８％、シクロヘキサノンが収率０．８２％で生成していた。シクロヘキサノールとシクロヘキサノンの合計収率は８．２０％、合計選択率は８２％であった。
Claims (4)
- シクロアルカン類を、下記式（Ｉ）
で表される環状イミド骨格を有するイミド化合物とホウ酸の存在下で酸素と反応させた後、反応混合物に水を加えて、３０〜１２０℃で加水分解反応に付して、加水分解工程で得られた反応混合物を分液操作に付し、対応するシクロアルカノール類及びシクロアルカノン類から選択された少なくとも１種の酸化生成物を有機層に移行して回収し、加水分解により生成したホウ酸を水層に移行することを特徴とするシクロアルカン類の酸化生成物の製造法。 - イミド化合物が、下記式（１）
で表される化合物である請求項１記載のシクロアルカン類の酸化生成物の製造法。 - イミド化合物の使用量が、シクロアルカン類１モルに対して、０．０００００１〜０．０１モルである請求項１記載のシクロアルカン類の酸化生成物の製造法。
- ホウ酸の使用量が、シクロアルカン類１モルに対して、０．０１〜０．４モルである請求項１記載のシクロアルカン類の酸化生成物の製造法。
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