JP5709172B2 - １，２−エポキシドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、過酸化水素およびマンガン錯体を用いた対応する末端オレフィンの触媒酸化により１，２−エポキシドを製造する方法に関する。

１，２−エポキシドは、特に分子が第２の官能基を含む場合、有益な中間体である。したがって、エポキシド全体はポリマーの出発物質としておよび有機合成の中間体として、非常に重要な化合物クラスである。通常は、これらのエポキシドはエピクロロヒドリンを用いて調製される。

過酸化水素を用いたオレフィンの触媒酸化は、特許活動が活発になり、かなり高い学術的な関心を引き出して来たが、これらの酸化反応の実際の利用については、商業的な実現はなかった。

例えば、ＷＯ２００４／０４８３５３におけるエピクロロヒドリン（「ＥＣＨ」）の製造方法は、少なくとも７５％ｗの有機物質を含む反応媒体で実施されるが、重大な分離の問題が生じる。

上述のように、マンガン触媒により触媒し、過酸化水素を用いる、末端オレフィンすなわち電子不足オレフィンのエポキシ化は、公知の技術において広範に記載されてきたが、一般に反応媒体としてアセトニトリルが使用されていた。このような論文の例は、転換量が８６０までのＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ ４３（２００２年）２６１９−２６２２頁である。Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ １８５（２００２年）７１−８０頁のエチルベンゼンの酸化において、アセトニトリルおよび水の混合物が使用される。Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ５２０（１９９６年）１９５−２００頁では、様々な溶媒を使用して、一連のマンガン錯体の触媒挙動が研究されている。水は研究されなかった。不均一化したＭｎ触媒は、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．、１９９９年、３８頁、７番に記載されており、溶媒としてアセトンおよびアセトニトリルが使用されていた。Ｂｕｌｌ．Ｋｏｒｅａｎ Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２００３年、２４巻、１２番、１８３５頁には、過酸化水素を用いた、ｔｍｔａｃｎを有するマンガン錯体により触媒されるアルカンの酸化が記載されており、溶媒としてアセトンが使用される。飽和炭化水素の酸化については、Ｒｕｓｓｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、４７巻、１２番、１９９８年１２月、２３７９頁に記載されており、溶媒としてアセトニトリルが使用される。アルカンの酸化は、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、２００７年、４６、１３１５−１３３１頁において、溶媒として水性アセトニトリル（５０％）またはアセトンを使用して実施されていた。２相系で実施された二核のマンガン誘導体の存在下における過酸化水素を用いたデカ−１−エンのエポキシ化は、エポキシドをもたらさなかったが、少量のアセトニトリルの存在下では、３７３トンのエポキシドを生じた。Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ６９０（２００５年）４４９８−４５０４頁参照。Ａｄｖ．Ｓｙｎｔｈ．Ｃａｔａｌ．２００２年、３４４、８９９−９０５頁では、過酸化水素を用いて有機化合物を酸化するための触媒としてＭｎ−ＴＡＣＮ誘導体を基にした反応系に関する表が提供されている。一般に溶媒はアセトンまたはアセトニトリルであり、染みの漂白またはフェノール類の酸化において水に言及されたが、水は広範な生成物を作り出すがエポキシドはほとんどまたはまったく作り出さないと考えられている。やはり、この論文の結論は、溶媒としてアセトニトリルは必要であるということのようである。同じ著者であるＧ．Ｂ．Ｓｈｕｌ’ｐｉｎ等による、溶媒としてのアセトニトリルに関して同じ結論を有する多くの論文がある（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ２２２（２００４年）１０３−１１９頁）。Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９６年、３５、６４６１−６４６５頁の論文において、過酸化水素を用いたオレフィンの酸化における新規のマンガン触媒の活性について記載された。興味深いことに、オレフィンの酸化に関する研究において、水溶性オレフィンの水溶液中で行われる酸化反応によって、必ずしも対応するエポキシドがもたらされるわけではないということが示された。例えば、対応するエポキシドが反応条件下で十分に安定でなかった場合、ジオールが生成された。しかし、この反応の目的が、これらの溶解性を増大させることにより、染みを漂白することである場合、ならびに布地の汚染物を変色させることおよび／または除去することのいずれかである場合、これはまったく問題にならない。漂白の機序は、実際にＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ２５１（２００６年）１５０−１５８頁で、さらに研究された。したがって、一般に界面活性剤で利用されているアルカリ性水溶液中で触媒として二核の種を用いると、リグニンの酸化がもたらされる。繰り返すが、この方法は、実際のエポキシド生成に適していないと考えられることに留意すべきである。

エポキシ化を主題としたかなり以前の論文において、溶媒として水の使用が提案されている［Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒ ３９（１９９８年）、３２２１−３２２４頁参照］が、すべての反応は、実際にはアセトニトリル中で行われている。

したがって、エポキシドを、溶媒として水を使用して製造することができるか否か、さらには高い転換率で製造することができるか否かは、不明確なままである。

ＥＰ０６１８２０２には、ある種のマンガン錯体を用いたオレフィンのエポキシ化が記載されている。この方法は、エポキシ化されたオレフィンを回収する段階を含むとされている。この文献によると、エポキシ化は液体溶媒中で、特に水性系中で実施するのが最善である。エポキシ化を水性媒体中で実施する場合、最善の結果は、完全に水に溶ける安息香酸ビニル、酢酸スチリルおよびヘキセン酸等のカルボン酸基およびヒドロキシル基等の水溶性基を有するオレフィンを用いて得られるとされている。これらの水溶性オレフィンに加え、アリルアルコールも反応媒体として水を使用してエポキシ化される。アリルアルコールは水との完全な混和性を有する。適切なオレフィンのさらなるリストが提供されているものの、これらは水性媒体中で用いられるオレフィンではない。実施例において、触媒：オレフィン：過酸化水素比は、一般に１：１００：１０，０００であり、５００：１から２０：１までの（好ましい）酸化剤対オレフィン比と対応している。興味深いことに、エポキシドの収率に関するデータは提供されていないが、これは、本明細書のはじめの方で報告した学術研究に基づいて推察されることだが、おそらくオレフィンが対応するエポキシドに転換するだけでなく、（またはそれ以上に）対応するジオールにも転換していることを示唆している。

国際公開第２００４／０４８３５３号 欧州特許出願公開第０６１８２０２号明細書

Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ ４３（２００２年）２６１９−２６２２頁 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ １８５（２００２年）７１−８０頁 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ５２０（１９９６年）１９５−２００頁 Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．、１９９９年、３８頁、７番 Ｂｕｌｌ．Ｋｏｒｅａｎ Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、２００３年、２４巻、１２番、１８３５頁 Ｒｕｓｓｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、４７巻、１２番、１９９８年１２月、２３７９頁 Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、２００７年、４６、１３１５−１３３１頁 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ６９０（２００５年）４４９８−４５０４頁 Ａｄｖ．Ｓｙｎｔｈ．Ｃａｔａｌ．２００２年、３４４、８９９−９０５頁 Ｇ．Ｂ．Ｓｈｕｌ’ｐｉｎ等、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ２２２（２００４年）１０３−１１９頁 Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．１９９６年、３５、６４６１−６４６５頁 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ２５１（２００６年）１５０−１５８頁 Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｅｒ ３９（１９９８年）、３２２１−３２２４頁

上記のように、産業界は今でもターンオーバー数が高く選択性が高い、つまりジオール等の副生成物を実質的に生じない、商業的に実現可能な１，２−エポキシドの製造方法を探していることは明らかである。また、この方法では、アセトニトリルおよび類似の有機溶媒に関する環境問題ならびに他の問題を避けるために、反応媒体として水性溶媒を使用できるようにすべきである。本発明は、これらの不利点を克服する。

（発明の開示）
したがって、本発明は、触媒酸化が有機相および水性反応媒体を含む２相系で実施され、水溶性マンガン錯体が酸化触媒として用いられ、末端オレフィンが２０℃における水１リットル当たり少なくとも０．０１から１００ｇの限られた溶解性で用いられ、末端オレフィン対過酸化水素のモル比が１：０．１から１：２までの範囲内である、過酸化水素を用いた末端オレフィンの触媒酸化による１，２−エポキシドの製造方法を提供する。

本明細書において、エポキシ化および酸化という語句は、同じ反応、つまり炭素−炭素二重結合をオキシラン環に転換する反応を意味する。酸化およびエポキシ化は、例えば漂白の場合において、ジオールおよびその他の誘導体の調製をもたらすこともできるが、これらは本発明においては望ましくないものとみなす。

この後に、本発明をより詳細に論じる。

酸化触媒として用いることのできる水溶性マンガン錯体については、多くの適切な錯体が知られている。

一般に、触媒は、１つまたは複数の配位子と配位している１つまたはいくつかのマンガン原子を含む。（１つまたは複数の）マンガン原子は、ＩＩ、ＩＩＩまたはＩＶの酸化状態でよく、反応中に活性化することができる。特に興味深いのは、本特許出願の導入部に記載した公開特許文献に記載されているような二核のマンガン錯体である。したがって、適切なマンガン錯体には、一般式（Ｉ）の一核の種：
［ＬＭｎＸ_３］Ｙ （Ｉ）
および一般式（ＩＩ）の二核の種：
［ＬＭｎ（μ−Ｘ）_３ＭｎＬ］Ｙ_２ （ＩＩ）
を含む。

式中、Ｍｎはマンガンであり；Ｌまたは各Ｌは独立に多座配位子であり、好ましくは３個の窒素原子を有する環式または非環式の化合物であり；各Ｘは独立に配位種であり、各μ−Ｘは独立に架橋配位種であり、前記配位種および前記架橋配位種は、それぞれ独立にＲＯ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、Ｆ⁻、ＮＣＳ⁻、Ｎ_３ ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＮＨ_３、ＮＲ_３、ＲＣＯＯ⁻、ＲＳＯ_３ ⁻、ＲＳＯ_４ ⁻、ＯＨ⁻、Ｏ ^２− 、Ｏ_２ ^２−、ＨＯＯ⁻、Ｈ_２Ｏ、ＳＨ⁻、ＣＮ⁻、ＯＣＮ⁻およびＳ_４ ^２−ならびにそれらの組合せ（Ｒは、アルキル、シクロアルキル、アリール、ベンジルおよびそれらの組合せからなる群から選択されるＣ_１−Ｃ_２０の基である。）からなる群から選択され；Ｙは酸化的に安定した対イオンである。対イオンであるＹは、例えば、ＲＯ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、Ｆ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＲＣＯＯ⁻、ＰＦ_６ ⁻、アセテート、トシレート、トリフレート（ＣＦ_３ＳＯ^３−）およびそれらの組合せ（Ｒは、前述と同様に、アルキル、シクロアルキル、アリール、ベンジルおよびそれらの組合せからなる群から選択されるＣ_１からＣ_２０の基である。）からなる群から選択される陰イオンとすることができる。いくつかの陰イオンは他の陰イオンより好ましいが、陰イオンの種類はあまり重要ではない。好ましい対イオンは、ＰＦ_６ ⁻である。

本発明に適切な配位子は、骨格に少なくとも７個の原子を含む非環式化合物、または環に少なくとも９個の原子を含む環式化合物であり、各非環式化合物または環式化合物は、少なくとも２個の炭素原子で分離された窒素原子を含む。配位子の好ましいクラスは、（置換された）トリアザシクロノナン（「Ｔａｃｎ」）に基づくものである。好ましい配位子は、例えばＡｌｄｒｉｃｈ社から市販されている、１，４，７−トリメチル−１，４，７，−トリアザシクロノナン（「ＴｍＴａｃｎ」）である。この点について、マンガン触媒の水溶性は、すべての前述の触媒成分に依存することに留意することが大切である。例えば、ＭｎＳＯ_４およびＴｍＴａｃｎから調製された一核のマンガン錯体は、十分に溶けないことがわかった。

活性および水溶性がより高いことから、二核のマンガン錯体が好ましい。好ましい二核のマンガン錯体は、式［Ｍｎ^ＩＶ _２（μ−Ｏ）_３Ｌ_２］Ｙ_２（式中、ＬおよびＹは上記で定義した意味を有する。）のものであり、好ましくは配位子がＴｍＴａｃｎ、対イオンがＰＦ_６ ⁻または酢酸（ＣＨ_３ＣＯ_２ ⁻、以下ＯＡｃ）のものである。

本発明によれば、マンガン錯体は、直接、または溶媒である不溶性の担体表面に吸着された形で使用されてよい。限定するものではなく説明するためのこれらの基質の例は、構造アルミノケイ酸（例えば、ゼオライトＡ、フォージャス沸石および方ソーダ石）、無定形アルミノケイ酸、無水ケイ酸、アルミナ、木炭、微孔性のポリマー樹脂（例えば、高い内部相乳化技術により形成されたポリスチレンビーズ）および粘土（特にヘクトライトおよびヒドロタルサイト等の層状粘土）である。マンガン錯体対担体の相対重量比は、約１０：１から約１：１０，０００の範囲のいずれでもよい。

マンガン錯体は、触媒として有効な量を用いる。一般に、触媒は、触媒（Ｍｎ）対末端オレフィンのモル比が１：１０から１：１００，０００で用い、好ましくは１：２０から１：１０，０００で用い、最も好ましくは１：５０から１：１０００で用いる。便宜的に、触媒の量は、水性媒体の体積に留意した場合、濃度で表わしてもよい。例えば、（Ｍｎを基準として）０．０１から１０ｍｍｏｌ／Ｌのモル濃度で用いることができ、好ましくは０．１から７ｍｍｏｌ／Ｌのモル濃度で用いることができ、最も好ましくは０．７から２ｍｍｏｌ／Ｌのモル濃度で用いることができる。この点について、エポキシ化は、触媒の濃度が第一であり、触媒の量に比例することに留意することも大切である。触媒の量の増大に伴い、活性も増大する。しかし、量が増大すればするほど、より高額の費用でバランスを取らなければならない。

一般に、水性反応媒体は溶解したエポキシドおよび／または末端オレフィン、ならびに含まれるのであれば、２５体積％未満の、好ましくはごく少量の他の有機化合物を含有する水相である。好ましくはないが、反応媒体は、メタノールおよびアセトン等の少量の共溶媒を含んでもよい。エポキシドおよび／または末端オレフィンの存在を除けば、水性反応媒体は、少なくとも９０体積％、好ましくは９５％ｖ、より好ましくは９９％ｖ、さらにより好ましくは９９．９％ｖの水を適切に含む。しかし、最も好ましくは、水性反応媒体は本質的に１００％の水相である。

水性反応媒体は、ｐＨを安定させるために緩衝系を含んでもよい。例えば、水性反応媒体は、ｐＨの範囲が２．５から８の間、好ましいｐＨの範囲は３から７の間、最も好ましくは３．５から６．５の間で適切に安定することがわかった。したがって、ｐＨは、一般によりアルカリ性の条件で行うオレフィンの漂白時（例えば、ｐＨをＮａＨＣＯ_３を用いて９．０に調整する。）に使用するｐＨより（十分に）低い。適切なまたは好ましい範囲は、いくつかの既知の酸−塩の組合せにより達成することができ、好ましい組合せはシュウ酸−シュウ酸塩を基にした組合せである。シュウ酸とシュウ酸ナトリウムを使用した場合、ｐＨ比は３．７から４．２の間で変化し得る。一般に、この緩衝剤は、触媒に対するモル比約１０：１で使用できるが、量は、例えば１：１から１００：１の範囲で大幅に変化し得る。

また、水性反応媒体は、特に末端オレフィンが低い溶解性で（例えば、水中に０．１ｇ／Ｌ未満）用いられる場合、相移動剤および／または界面活性剤を含んでもよい。本発明の方法で使用できる既知の相移動剤には、第四級アルキルアンモニウム塩が含まれる。本発明の方法で使用できる既知の界面活性剤には、Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ社が市販するＴｒｉｔｏｎ Ｘ１００（商標）等の非イオン界面活性剤が含まれる。

触媒酸化の反応条件は、当業者には即座に特定できるものである。圧力は特段の関連性はない。反応は発熱を伴い、反応媒体の冷却が必要となることがある。好ましくは、反応は−５℃から３０℃まで、好ましくは０℃から２０℃まで、最も好ましくは０℃から１０℃までの範囲のいずれかの温度で実施する。

本発明の方法において特に重要なのは、本方法が２相系で実施されることである。この定義には、１，２−エポキシドおよび末端オレフィンが分離相を形成する場合における多相系が含まれる。反応が、２相系で、この後に定義する溶解性が限られた末端オレフィンを用いて、さらには過酸化水素対末端オレフィンの適切なモル比で実施されるという理由により、本発明者らは、高い転換率で、１，２−エポキシドに対する高い選択性で、さらに生成された１，２−エポキシドの分離がより容易な方法で、対応する１，２−エポキシドを生成することに成功した。２相系は、反応媒体に溶解する量より多い量の（反応剤としての）末端オレフィンを添加することにより生じさせた。また、２相系は、末端オレフィンを対応する１，２−エポキシドに転換し、次いで反応媒体から分離して有機相を形成することにより生じさせることもできる。最適の結果を確実にもたらすために、反応剤の添加は水性媒体に行わなければならず、可能であれば、撹拌の際に生成された１，２−エポキシドを逆撹拌することは、好ましくは避けるべきである。

実施例として、この後に塩化アリル（「ＡＣ」）のエピクロロヒドリンへの転換について論じるが、実際には、下部にＥＣＨが豊富だと考えられている有機相を有する一方で、上部に出発物質である塩化アリルが豊富である有機相も有する３層系がもたらされる。この場合、反応系の混合または撹拌は、好ましくは下層を実質的には撹乱しないままにするように行うべきである。

繰り返すが、反応を２相系で実施するために、末端オレフィンの水性反応媒体中の溶解性は限られたものでなくてはならない。したがって、前述のＥＰ０６１８２０２で用いられた４−安息香酸ビニル、酢酸スチリル、トランス−３−ヘキセン酸、トランス−２−ヘキセン酸またはアリルアルコールはすべて水に可溶であるため、本発明の範囲から外れる。かなり驚くべきことだが、塩化アリルまたは酢酸アリルの溶解性は限られたものでしかない一方で、アリルアルコールは水との十分な混和性を有しているにもかかわらず、本発明者らは、実際にアリルアルコールを用いた場合と比較して、塩化アリルまたは酢酸アリルを用いた場合に、より高い転換率で、より大量の１，２−エポキシドが生成されることを発見した。一方で、いくらかの溶解性は必要である；非置換α−オレフィン（１−オクテン等）の転換は、本発明の方法では成功できない。したがって、適切な末端オレフィンは、０．０１から１００ｇ／Ｌまで、より好ましくは０．１から５０ｇ／Ｌまで、最も好ましくは０．５から２０ｇ／Ｌまでの範囲の溶解性（２０℃における水１リットル当たりのグラム数で表示）を有する。適切な末端オレフィンの例には、分子に３個から８個の炭素原子を有するハロゲン化オレフィン、分子に４個から６個の炭素原子を有するヒドロキシル置換オレフィン、分子に３個から６個の炭素原子を有するカルボニル置換オレフィン、分子に３個から８個の炭素原子を有するアルコキシ置換オレフィン、７個から８個の炭素原子を有するアルケン酸および合計で４個から８個の炭素原子を有するアルケン酸エステル、３個から８個の炭素原子を有するアルカン酸アリルエステル等が含まれる。特に（商業上の）妥当性があるものは、臭化アリル（４ｇ／Ｌの溶解性）、塩化アリル（３．６ｇ／Ｌの溶解性）および酢酸アリル（約１０ｇ／Ｌの溶解性）である。また、適切で、ほぼ同等の溶解性を有するものは、プロピオン酸アリル、ブタン酸アリル、ヘキサン酸アリル、オクタン酸アリル、デカン酸アリル、ステアリン酸アリル、パルミチン酸アリル、サリチル酸アリル、乳酸アリルおよびコハク酸アリルである。好ましい末端オレフィンは、塩化アリル（この後論じるように、商業上の利点および生成物の分離し易さという理由により）および酢酸アリルである。上述のモノオレフィンに加えて、例えばグルタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、ピメリン酸ジアリル、シュウ酸ジアリル、マレイン酸ジアリル、フタル酸ジアリルおよびイソフタル酸ジアリル等のジオレフィンも用いることができる。

本発明の触媒酸化は、酸化剤として過酸化水素を用いて実施する。他の酸化剤も、すなわち過酸化水素の前駆体として用いることができるが、入手の可能性に鑑みて、また環境に対する影響を軽減するために、過酸化水素が好ましい酸化剤である。過酸化水素は強い酸化特性を有する。これは漂白剤として主に紙の漂白に使用される。これは一般に水溶液中で使用される。過酸化水素の濃度は、１５％（例えば、毛髪脱色用の消費者用等級）から９８％（推進剤用等級）まで異なり得るものであり、工業用等級に好適な２０から６０％まで、好ましくは３０から５０％まで異なり得る。

末端オレフィン対過酸化水素のモル比は、本発明の方法において非常に重要である。過剰な量の過酸化水素が用いられた場合、望ましくない副生成物が生成されるために、１，２−エポキシドの選択性は減少する。十分な量の過酸化水素が用いられなかった場合、転換率は不十分になる。したがって、この点は、過剰な量の過酸化水素が用いられている従来技術に記載されている漂白条件とは大きく異なる。末端オレフィン対過酸化水素のモル比は、１：０．１から１：２までの範囲内であり、より好ましくは０．５：１から１．２：１までの範囲内であり、最も好ましくは約１：１である。最適な過酸化物の効率を確保するために、過酸化水素は、好ましくは触媒酸化の反応速度とほぼ同じ速度で水性反応媒体に添加する。

触媒酸化はバッチ法、連続法または半連続法で実施することができる。実際には、方法は、本発明の主旨から逸脱することなく様々な点を修正することができる。

一般の実施例として、塩化アリルの触媒酸化を、以下に説明する。

触媒酸化は、例えば上部経路から下部まで幅広く撹拌する手段を備えた一般的な連続撹拌槽型反応器で実施することができるが、ＥＣＨが豊富な有機相を含有している下部はほとんど撹乱しないままとする。例えば、これは、バッチ反応器で約２５０ｒｐｍの撹拌速度で動作する、翼を上昇させた一般的な翼付きの撹拌器でよい。触媒、水性反応媒体および反応剤はバッチに投入してもよく、または反応剤は反応時間中に投入してもよい。本発明の方法の結果、ＥＣＨは分離した下層として形成され、（浴）反応の終了時に取り出すことも容易であるし、継続的に取り出すことも容易である。過酸化水素を反応中に添加する場合は、これを塩化アリルを含む（撹拌中の）有機相、または（撹拌中の）水性反応媒体のいずれかに添加する。

（半）連続動作では、反応条件を制御し（−５℃から１０℃の間に温度を維持する。）、生成率を最適化するために、様々な再利用の流れを使用することができる。

方法の設計に関しては、ＥＣＨの重力分離を最適化するために沈降促進剤を添加することができる。同様に、触媒の損失を減らした水性反応媒体を再利用するために膜分離装置を使用することができる。

本発明における反応方法の物質収支の一例は以下の通りである。

ＥＣＨ 約１１０００ｋｇ／ｈ
ＡＣ 約９１００ｋｇ／ｈ
Ｈ_２Ｏ_２（３５％） 約６４５７ｋｇ／ｈ
Ｈ_２Ｏ 約２１４０ｋｇ／ｈ
この物質収支の結果によると、ＥＣＨ／ｃａｔ比は約８０００ｍｏｌ／ｍｏｌである。

以下の実施例は、本発明の選択した実施形態をより十分に説明するものである。本明細書および添付の特許請求の範囲に記載のすべての部、百分率および割合は、別段の指示がない限り、重量によるものである。
（実施例）

以下の式の触媒を用いて、触媒酸化を実施した。

また、酸化剤としての３５％水性Ｈ_２Ｏ_２および水性反応媒体としての水と共に、シュウ酸塩／シュウ酸の緩衝剤も使用する。実験は末端オレフィンとして塩化アリルを用いて実施する。

実験
一般的なエポキシ化の反応において、水５０ｍＬ中の触媒０．００９３ｍｍｏｌ、Ｈ_２Ｏ７．５ｍＬ中のシュウ酸ナトリウム１１２．５μｍｏｌおよびＨ_２Ｏ７．５ｍＬ中のシュウ酸１１２．５μｍｏｌを、機械式撹拌器を備えた三つ口丸底フラスコに取り入れた。オレフィン（１５０ｍｍｏｌ）および希Ｈ_２Ｏ_２（２００ｍｍｏｌ）を添加して、４℃で反応を開始した。

追加の水１０ｍＬを反応の溶媒として添加した。酸化剤を反応溶液中に８．８ｍＬ／ｈｒの流入条件で添加した。反応溶液のｐＨは３．５から３．６であり、撹拌速度は機械式撹拌器を用いて実験の多くで２１０ｒｐｍを維持した。

結果および考察
マンガン錯体は、溶媒として水を用いて効率的にＥＣＨを生成した。溶媒として水を用いたエポキシ化の間、反応初期に、ＡＣは水性触媒溶液の上部に分離層として存在する。エポキシ化が進むにつれ、いくらかのＡＣが分離相に溶解するのに伴い、ＥＣＨ（より高密度を有する。）が下部に分離した。したがって反応系は上相から下相まで３相、有機（主にＡＣ）相、水相およびもう１つの有機（主にＥＣＨ）相を形成した。反応の終了時に、上相および下相の両方の有機断片は多量のＥＣＨおよびＡＣを構成した。微量のＡＣおよびＥＣＨは、水断片にも認められた。

この実施例は、オレフィンを基に５０％の収率でエポキシドを供給し、４０％の過酸化水素の選択性と７８００ＴＯＮで、生成した。顕著な量のジオールまたは他の副産物は生成されなかった。

実施例１の方式で様々な実験を実施した。様々な撹拌速度でＡＣのエポキシ化を行った結果を表１に示す。

この実施例は、エポキシドの収率が、下層が撹乱するまで撹拌速度に伴って増大することを示している。

様々なオレフィンのエポキシ化
上記のマンガン錯体を用いて実施した様々なオレフィンのエポキシ化反応を、実施例１に記載の方式で実施した。この結果を表２に示す。

この実施例は、溶解性が限られたままである場合、エポキシドの収率およびターンオーバー数は溶解性の結果に伴って増大することを説明するものである。この実施例の１番および４番は対照例である。

触媒の量の変化
酢酸アリルのエポキシ化を、実施例１の方式を用いるが触媒の量を変化させて実施した。この実施例は、触媒の量を増加することによりエポキシドの生成量が増大し、それゆえ時間を短縮することができることを説明している。最善の実験において、酢酸アリルは９２％の収率で、０．５時間で、９５％の効率で酢酸グリシジル（ＧＬＡｃ）に転換された。結果は以下の表に含まれる。

ｐＨの効果
前の実験では、エポキシ化の反応を約３．５から３．６の低いｐＨで実施した。以下に、本発明者らは、触媒は、シュウ酸のみが存在するｐＨ＝２．６の酸性条件、およびシュウ酸ナトリウムのみが存在するｐＨ＝８の塩基性条件の両条件において活性であったことを示す。これらの結果は、触媒系はＡＣのエポキシ化において幅広いｐＨ範囲で活性であることを立証する。

対イオンの効果
上述の実験では、エポキシ化の反応を、対イオンとしてＰＦ６⁻を有する触媒を用いて実施した。この実験では、対応する［Ｍｎ_２（μ−Ｏ）_３ＴｍＴａｃｎ_２］（ＯＡｃ）_２を用いた。触媒は非常に活性であったが、ＰＦ_６塩を用いた場合と同様の活性を生じさせるためには、２倍の量のシュウ酸塩／シュウ酸の緩衝剤を必要とすることが認められた。この触媒を用いた暫定的な結果を表５に示す。

Claims (20)

1. 有機相および水性反応媒体を含む２相系中で、触媒の存在下に末端オレフィンを酸化剤と反応させることを含む１，２−エポキシドの製造方法であって、前記触媒は、水溶性マンガン錯体を含み、前記末端オレフィンは２０℃における水１リットル当たり少なくとも０．０１から１００ｇの溶解性を有し、且つ前記末端オレフィン対前記酸化剤のモル比は１：０．１から１：１までの範囲内である、１，２−エポキシドの製造方法であって、前記水溶性マンガン錯体が一般式（Ｉ）の一核のマンガン錯体：
   ［ＬＭｎＸ_３］Ｙ （Ｉ）
   または一般式（ＩＩ）の二核のマンガン錯体：
   ［ＬＭｎ（μ−Ｘ）_３ＭｎＬ］Ｙ_２ （ＩＩ）
   ［式中、Ｍｎはマンガンであり；Ｌまたは各Ｌは独立に多座配位子であり；各Ｘは独立に配位種であり、各μ−Ｘは独立に架橋配位種であり、前記配位種および前記架橋配位種は、ＲＯ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、Ｆ⁻、ＮＣＳ⁻、Ｎ_３ ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＮＨ_３、ＮＲ_３、ＲＣＯＯ⁻、ＲＳＯ_３ ⁻、ＲＳＯ_４ ⁻、ＯＨ⁻、Ｏ^２−、Ｏ_２ ^２−、ＨＯＯ⁻、Ｈ_２Ｏ、ＳＨ⁻、ＣＮ⁻、ＯＣＮ⁻およびＳ_４ ^２− （Ｒは、アルキル、シクロアルキル、アリールおよびベンジルからなる群から選択されるＣ_１−Ｃ_２０の基である。）からなる群から選択され；ＹはＲＯ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、Ｆ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＲＣＯＯ⁻、ＰＦ_６ ⁻、アセテート、トシレートおよびトリフレート（ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻ ）からなる群のアニオンから選択される、酸化的に安定した対イオンであり、各多座配位子が、環に９個以上の原子を含む環式化合物であり、各多座配位子は、２個以上の炭素原子でそれぞれが分離された窒素原子３個を含む。］
   を含むものである、製造方法。
2. 二核の水溶性マンガン錯体が前記触媒として用いられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記触媒が、前記触媒（Ｍｎ）対前記末端オレフィンのモル比が１：１０から１：１００，０００で用いられる、請求項１または２に記載の方法。
4. 水性反応媒体が水相である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 水性反応媒体が、２．５から６．５の範囲内のｐＨ有する緩衝系をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 反応が−５℃から３０℃の範囲内の温度で実施される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記２相系が、反応媒体に溶解する量より多い量の末端オレフィンを添加し、前記末端オレフィンが対応する１，２−エポキシドに転換することにより生じる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記末端オレフィンが、０．１から５０ｇ／Ｌまでの範囲の溶解性を有する１種またはそれ以上の末端オレフィンを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記末端オレフィンが、分子に３個から８個の炭素原子を有するハロゲン化末端オレフィン、分子に４個から６個の炭素原子を有するヒドロキシル置換末端オレフィン、分子に３個から６個の炭素原子を有するカルボニル置換末端オレフィン、分子に３個から８個の炭素原子を有するアルコキシ置換末端オレフィン、７個から８個の炭素原子を有するアルケン酸および合計で４個から８個の炭素原子を有するアルケン酸エステル、並びに３個から８個の炭素原子を有するアルカン酸アリルエステルから選択される、１またはそれ以上の末端オレフィンを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記末端オレフィンが、臭化アリル、塩化アリル、プロピオン酸アリルおよび酢酸アリルの群から選択される、請求項８に記載の方法。
11. 前記酸化剤が過酸化水素を含み、且つ１５％から９８％の濃度の水溶液として用いられる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記酸化剤が過酸化水素を含み、且つ前記末端オレフィン対前記酸化剤のモル比が１：０．１から１．２：１の範囲内である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記酸化剤が、前記反応の速度と等しい速度で前記水性反応媒体に添加される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記反応がバッチ法、連続法または半連続法で実施される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記末端オレフィンには、合計で３個から８個の炭素原子を有するアルカン酸アリルエステルが含まれる、請求項８に記載の方法。
16. 前記末端オレフィンには、ジオレフィンが含まれる、請求項８に記載の方法。
17. 前記末端オレフィンには、デカン酸アリル、サリチル酸アリル、フタル酸ジアリル及びそれらの組み合わせが含まれる、請求項８に記載の方法。
18. 前記水性反応媒体が、いずれもの溶解したエポキシドおよび末端オレフィンを除き、１００％水性媒体を含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記末端オレフィンには、分子に３個から８個の炭素原子を有するハロゲン化末端オレフィン、７個から８個の炭素原子を有するアルケン酸および合計で４個から８個の炭素原子を有するアルケン酸エステル、並びに３個から８個の炭素原子を有するアルカン酸アリルエステルから成る群から選択される１種又はそれ以上の末端オレフィンが含まれる、請求項１に記載の方法。
20. 前記錯体が、一般式（Ｉ）：
    ［ＬＭｎＸ_３］Ｙ （Ｉ）
    の一核のマンガン錯体または一般式（ＩＩ）：
    ［ＬＭｎ（μ−Ｘ）_３ＭｎＬ］Ｙ_２ （ＩＩ）
    を含み、
    ［式中、Ｍｎはマンガンであり；Ｌまたは各Ｌは独立に多座配位子であり；各Ｘは独立に配位種であり、各μ−Ｘは独立に架橋配位種であり、前記配位種および前記架橋配位種は、ＲＯ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、Ｆ⁻、ＮＣＳ⁻、Ｎ_３ ⁻、Ｉ_３ ⁻、ＮＨ_３、ＮＲ_３、ＲＣＯＯ⁻、ＲＳＯ_３ ⁻、ＲＳＯ_４ ⁻、ＯＨ⁻、Ｏ^２−、Ｏ_２ ^２−、ＨＯＯ⁻、Ｈ_２Ｏ、ＳＨ⁻、ＣＮ⁻、ＯＣＮ⁻およびＳ_４ ^２− （Ｒは、アルキル、シクロアルキル、アリールおよびベンジルからなる群から選択されるＣ_１−Ｃ_２０の基である。）からなる群から選択され；ＹはＲＯ ⁻ 、Ｃｌ ⁻ 、Ｂｒ ⁻ 、Ｉ ⁻ 、Ｆ ⁻ 、ＳＯ _４ ^２− 、ＲＣＯＯ ⁻ 、ＰＦ _６ ⁻ 、アセテート、トシレートおよびトリフレート（ＣＦ _３ ＳＯ _３ ⁻ ）からなる群のアニオンから選択される、酸化的に安定した対イオンであり、各多座配位子が、環に９個以上の原子を含む環式化合物であり、各多座配位子は、２個以上の炭素原子でそれぞれが分離された窒素原子３個を含む。］
    前記水性反応媒体が、２．５から６．５のｐＨ範囲を有する緩衝系をさらに含み、および
    前記末端オレフィンと過酸化水素とのモル比が１：０．１から１．２：１の範囲である、請求項１に記載の方法。