JP4395926B2 - アダマンタノール類の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高機能性ポリマー、合成潤滑油や可塑剤などの原料、あるいは医農薬をはじめとする有機薬品の中間体として有用なアダマンタノール類の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アダマンタンポリオール類の製造方法として、クロム酸を用いる方法（特開平２−１０４５５３号公報）、アダマンタンのブロム体を加水分解する方法（特開平３−１１８３４２号公報及び特公平９−２６７８７８４号公報）、イミド化合物を触媒として空気酸化する方法（特開平８−３８９０９号公報、特開平９−３２７６２６号公報及び特開平１０−２８６４６７号公報）、金属ポルフィリン誘導体を触媒に用いて基質を空気酸化する方法（特開平９−８７２１６号公報）、ルテニウム触媒と過酸を用いる方法（特開平５−５１３３４号公報）、ジオキシラン誘導体を用いた方法（J.Am.Chem.Soc.,111,6749(1989).）等が提案されている。しかし、いずれの方法も反応が複雑な場合や収率が低い等の問題点がある。
【０００３】
本発明者らは、特願平１１−０２２１９８号において、アダマンタン類を水／有機溶媒２相系中、ルテニウム化合物と次亜塩素酸塩によりアダマンタノール類を高収率で得る方法を提案した。ここで用いるルテニウム化合物は、きわめて高価な遷移金属であるため、アダマンタノール類製造工程におけるルテニウム化合物の損失は厳しく制限されるとともに、その回収、再使用は工業化への必須条件である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記アダマンタン類を水／有機溶媒２相系中、ルテニウム化合物と次亜塩素酸塩とにより反応させるアダマンタノール類の製造において、触媒であるルテニウム化合物を効率よく分離回収する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはアダマンタン類を水／有機溶媒２層系中、ルテニウム化合物と次亜塩素酸塩の水溶液により反応させるアダマンタノール類の製造方法について鋭意検討した結果、反応後の混合液に酸化剤を添加するとルテニウム化合物が有機相に抽出できることを見いだした。更に、このルテニウム化合物を抽出した有機相にアルカリ水を添加することにより、ルテニウム化合物を水相に再抽出できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、アダマンタン類を水／有機溶媒２相系中、ルテニウム化合物と次亜塩素酸塩により反応させてアダマンタノール類を製造する方法において、反応後の混合液に酸化剤を添加してルテニウム化合物を有機相に抽出することを特徴とするアダマンタノール類の製造方法に関するものである。さらには、ルテニウム化合物を抽出した有機相にアルカリ水を添加し、ルテニウム化合物を水相に再抽出してルテニウム化合物を回収するアダマンタノール類の製造方法に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、原料として用いられるアダマンタン類は、下記一般式で表されるものである。
【０００８】
【化１】

（式中、Ｒは水素原子、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、ハロゲン基を示す）
【０００９】
ここでアルキル基には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル基などの炭素数１−１０アルキル基が含まれる。アリール基には、フェニル基、ナフチル基等が含まれ、シクロアルキル基には、シクロヘキシル、シクロオクチル基等が含まれる。アルコキシ基には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ヘキシルオキシ基等の炭素数１−１０アルコキシ基が含まれる。アリールオキシ基には、フェノキシ基などが含まれる。アシルオキシ基には、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ基などの炭素数２−６アシルオキシ基が含まれる。ハロゲン基には、クロル基、ブロム基、ヨード基などが含まれる。
【００１０】
本発明のアダマンタノール類は、アダマンタノール、アダマンタンジオール、アダマンタントリオール、アダマンタンテトラオール等が含まれる。例えば、１−アダマンタノール、１，３−アダマンタンジオール等が挙げられる。これらは置換基を有していてもよい。
【００１１】
本発明では、ルテニウム化合物と次亜塩素酸塩で生成させた高酸化状態のルテニウム化合物により、アダマンタンを水酸化させる。本発明のルテニウム化合物は、例えばルテニウム金属；二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム等のルテニウム酸化物；ルテニウム酸ナトリウム等のルテニウム酸塩；水酸化ルテニウム；塩化ルテニウム、臭化ルテニウム、ヨウ化ルテニウム等のハロゲン化ルテニウム；硫酸ルテニウム；硝酸ルテニウム；酢酸ルテニウム等のカルボン酸ルテニウム；ヘキサクロロルテニウム酸アンモニウム、ヘキサクロロルテニウム酸カリウム、ペンタクロロアクアルテニウム酸アンモニウム、ペンタクロロアクアルテニウム酸カリウム、ペンタクロロニトロシルルテニウム酸カリウム、ヘキサアンミンルテニウム塩化物、ヘキサアンミンルテニウム臭化物、ヘキサアンミンルテニウムヨウ化物、ニトロシルペンタアンミンルテニウム塩化物、ヒドロキソニトロシルテトラアンミンルテニウム硝酸塩、エチレンジアミン四酢酸ルテニウム、ルテニウムドデカカルボニウム等のルテニウム錯体が挙げられる。これらは無水物のほか水和物等を使用することができるし、単独または混合物として使用することができる。これらルテニウム化合物は、原料のアダマンタン類１モルに対して０．０１〜２．００モル、好ましくは０．０５〜０．４０の割合で使用する。
【００１２】
本発明の次亜塩素酸塩としては、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。次亜塩素酸ナトリウム溶液は、０．０１〜２．００ｍｍｏｌ／ｇ、好ましくは０．０７〜１．００ｍｍｏｌ／ｇの濃度に調製して使用する。次亜塩素酸ナトリウムの添加量はアダマンタン類１モルに対し、０．５〜４．０モル、好ましくは１．０〜３．０モルの範囲である。
【００１３】
本発明で使用する有機溶媒としては、水との相溶性が低く、高酸化状態のルテニウムの溶解性が高く、本発明の反応に対し不活性な溶媒を選択する。相溶性が高いと溶媒回収コストが上昇し、高酸化状態のルテニウムの溶解性が低いと反応が進行しにくくなる。そのような有機溶媒としては、ハロゲン化アルキル類［例えばジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１，２−トリクロロエタン、１，４−ジクロロブタン、１，６−ジクロロヘキサンなど］、エステル類［例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピルなど］、ハロゲン化アリール類［例えばヘキサクロロベンゼン、１，１，１−三フッ化トルエンなど］、炭化水素［例えばヘキサン、ヘプタン、オクタンなど］を挙げることができる。これらの溶媒は単独でも２種以上の溶媒を混合した系でも使用できる。溶媒は、原料として用いるアダマンタン１重量部に対して、０．１〜２０重量部好ましくは１〜１０重量部の割合で使用する。反応温度は、１０〜８０℃、好ましくは４０〜７０℃の範囲である。
【００１４】
本発明では、反応後の混合液に酸化剤を添加して、ルテニウム化合物を有機溶媒と親和性の高い高酸化状態のルテニウム化合物にして、有機相に抽出して回収する。さらには、有機相にアルカリ水を添加して、ルテニウム化合物を水相に再抽出して回収する。
【００１５】
酸化剤としては、ハロゲン、ハロゲン酸、及びその塩類、酸素、過酸、過硫酸及びその塩、並びにフェリシアン化塩からなる群から選ばれる少なくとも一種が用いられる。具体的には、塩素、臭素等のハロゲン分子；一酸化二塩素、二酸化塩素、一酸化二臭素等の酸化ハロゲン；過ヨウ素酸、過塩素酸等の過ハロゲン酸及びその塩；臭素酸及び塩素酸等のハロゲン酸及びその塩；亜臭素酸、亜塩素酸等の亜ハロゲン酸及びその塩；次亜臭素酸、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム等の次亜ハロゲン酸及びその塩；分子状酸素；過酸化水；過蟻酸、過酢酸、過安息香酸等の過酸；クメンヒドロペルオキシド、ベンジルヒドロペルオキシド等のヒドロペルオキシド；ｔｅｒｔ−ブチルベンジルペルオキシド、ジベンゾイルペルオキシド素等のペルオキシド；ペルオキシ二硫酸、カロー酸等の過硫酸及びその塩；フェリシアン化カリウム、フェリシアン化ナトリウム等のフェリシアン化塩等が挙げられる。これらの酸化剤のうち、入手の容易さ、価格及び反応の後処理等を考慮すると、反応と同一の酸化剤である次亜塩素酸ナトリウムを用いるのが好ましい。
【００１６】
酸化剤の添加量は、ルテニウム化合物１モルに対し、０．０１〜５０モル、好ましくは０．０５〜３０モルの範囲である。添加量がこの範囲より少ない場合は、反応後の混合液を分液している間にルテニウム化合物が高酸化状態を維持できなくなり、ルテニウム化合物が水相に移ってしまう。一方、この範囲より多い場合は、副反応によりアダマンタノール類の選択率が低下する。
【００１７】
高酸化状態のルテニウム化合物を含む有機相は、そのまま次の反応に再使用することもできるし、ルテニウム化合物として分離回収した後に再使用することもできる。有機相に抽出された高酸化状態のルテニウム化合物は、アルカリ水を添加することによって効率よく分離することができる。すなわち、有機相にアルカリ水を添加し、水相をｐＨ９以上、好ましくはｐＨ１０以上にすることで、高酸化状態のルテニウム化合物が水相に逆抽出できる。このとき、ルテニウム化合物の高酸化状態を維持するため、酸化剤を添加してもよい。
【００１８】
添加するアルカリ水の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化バリウム等の金属水酸化物の溶液、アンモニア水、トリエチルアミン等のアルキルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの溶液が挙げられる。この中で水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液が好ましい。
【００１９】
抽出温度は、高温ほど抽出速度が高くなるが、高酸化状態のルテニウム化合物の揮発性等から、適用する温度は常圧において０〜１００℃、好ましくは１０〜８０℃である。有機相とアルカリ水溶液の混合・分液には、撹拌装置付きの反応槽の他、単段又は多段のミキサーセトラー、抽出塔等の公知の抽出装置を使用することができる。
【００２０】
高酸化状態のルテニウム化合物を含んだ水相は、酸の添加により水相をｐＨ７以下に調整した後、そのまま次の反応に再使用することもできるし、ルテニウム化合物として分離回収した後、反応に再使用することもできる。水相に逆抽出された高酸化状態のルテニウム化合物は、還元剤を添加することによりルテニウム化合物として沈殿させ、分離回収することができる。還元剤としては、亜流酸塩、ヒドラジン及びその塩、ヒドロキシルアミン及びその塩、過酸化水素、キノン類、メタノール、エタノール、２−プロパノール等の低級アルコール等の一般的な還元剤を用いることができる。
【００２１】
水相中に沈殿化したルテニウム化合物の分離には、濾過、または沈降分離器、液体サイクロン等の遠心分離器を用いることができ、固形物またはスラリーとして回収することができる。得られた固形物、スラリーは、エバポレーター等によって乾固物として回収することもできる。得られたスラリー、固形物、乾固物のルテニウム化合物はそのまま、あるいは水等の溶媒に分散させて次のアダマンタノール製造に再使用される。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、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。
【００２３】
実施例１
撹拌機、温度計、ジムロート冷却器、ｐＨ電極をつけた２Ｌ容量のジャケット付きガラス反応器にアダマンタン１０２ｇ（０．７５ｍｏｌ）、ジクロロエタン５５０ｍｌ、塩化ルテニウム・ｎ水和物６．３ｇ（ルテニウム含有量２．２ｇ）、水５８ｇを仕込み、５０℃で次亜塩素酸ナトリウム水溶液２０９５ｇ（０．７２ｍｍｏｌ／ｇ）を滴下した。滴下には１９０分を要した。滴下終了後、反応混合液に次亜塩素酸ナトリウム水溶液１５ｇ（０．７２ｍｍｏｌ／ｇ）を添加し、ジクロロエタン相と水相に分液した。ルテニウムはジクロロエタン相に２．１ｇ、水相には０．１ｇ含まれていた。
【００２４】
実施例２
撹拌機、温度計、ジムロート冷却器、ｐＨ電極をつけた１０Ｌ容量のジャケット付きガラス反応器にアダマンタン４１３ｇ（３．０ｍｏｌ）、ジクロロエタン２２００ｍｌ、塩化ルテニウム・ｎ水和物２５．７ｇ（ルテニウム含有量７．４ｇ）、水３６０ｇを仕込み、５０℃で次亜塩素酸ナトリウム水溶液８９２２ｇ（０．７２ｍｍｏｌ／ｇ）を滴下した。滴下には１６０分を要した。滴下終了後、反応混合液に次亜塩素酸ナトリウム水溶液１６ｇ（０．７２ｍｍｏｌ／ｇ）を添加し、ジクロロエタン相と水相に分液した。ルテニウムはジクロロエタン相に６．９ｇ、水相には０．５ｇ含まれていた。ジクロロエタン相に１重量％水酸化ナトリウム水溶液２００６ｇと次亜塩素酸ナトリウム水溶液４３ｇ（０．７２ｍｍｏｌ／ｇ）を添加し、４０℃で１０分撹拌後分液した。ジクロロエタン相は無色であった。水相（ｐＨ＝１３）に濃塩酸３５ｇを加えてｐＨを６まで下げ、２−プロパノール２７ｇを添加して１晩放置後、析出した黒色固体を濾別してルテニウム化合物２７．７ｇ（ルテニウム含有量６．９ｇ）を得た。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、触媒であるルテニウム化合物を効率よく分離、回収することができる。

Claims (4)

1. アダマンタン類を水／有機溶媒２相系中、ルテニウム化合物と次亜塩素酸塩により反応させてアダマンタノール類を製造する方法において、反応後の混合液に酸化剤を添加してルテニウム化合物を有機相に抽出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. ルテニウム化合物を抽出した有機相にアルカリ水を添加し、ルテニウム化合物を水相に再抽出してルテニウム化合物を回収する請求項１記載の方法。
3. ルテニウム化合物を再抽出した水相に還元剤を添加してルテニウム化合物を回収する請求項２記載の方法。
4. 酸化剤が次亜塩素酸塩である請求項１記載の方法。