JP5862479B2 - 四級アンモニウム塩、それから得られる酸化触媒、及び該触媒を用いるエポキシ誘導体の製造方法 - Google Patents

四級アンモニウム塩、それから得られる酸化触媒、及び該触媒を用いるエポキシ誘導体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、新規な四級アンモニウム塩、該四級アンモニウム塩から得られる酸化触媒、及び該酸化触媒を用いるエポキシ誘導体の製造方法に関する。
液晶性の骨格を有するエポキシ誘導体の合成法としては、末端のオレフィン性化合物をハロゲン系溶媒中で、メタクロロ過安息香酸を酸化剤として用いて、酸化する等の方法が知られている(例えば、非特許文献1〜4、特許文献1〜5を参照。)。このような合成法には、メタクロロ過安息香酸が高価であること、反応中で生成する安息香酸の除去において、煩雑な後処理操作が必要な上、大量の廃棄物が発生するという問題点がある。
これに対して、液晶性の骨格を有するエポキシ誘導体の合成方法として、酸化剤として安価な過酸化水素水を用いて、溶媒としてジクロロエタンを、触媒としてテトラキス(ジペルオキソタングスト)ホスフェートを用いる方法が報告されている(例えば、非特許文献5参照。)。
しかしながら、液晶性の骨格を有するエポキシ誘導体の合成において、過酸化水素水を酸化剤として用いる合成法は、生成物から触媒の回収が困難であり、環境問題で敬遠されているハロゲン系溶媒を使用しており、これらの点において、工業的には改善の余地が残されている。
特開2006−45195号公報 特開2005−60373号公報 特開2006−241116号公報 特開2006−232809号公報 特開2005−206579号公報
POLYMER 35 3 622(1994) Macromolecules 26 1244 (1993) Journal Polymer Science PartA 31 2249(1993) Macromol.Chem.Phys.202 180 (2001) Liquid Crystals 32 7 921(2005)
本発明は、非ハロゲン系溶媒を反応溶媒に用いることが可能であり、かつ反応生成物から酸化触媒を回収可能な、液晶性の骨格を有するエポキシ誘導体を効率よく製造するための技術を提供することを課題とする。
本発明者らは鋭意検討の結果、タングステン酸類、リン酸類、過酸化水素及び式(1)
で表される四級アンモニウム塩から調製される酸化触媒を見出し、さらにこの触媒を用いて式(4)及び(5)で表される、液晶性の骨格を有するエポキシ誘導体を効率よく製造できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 式(1)で表される四級アンモニウム塩。
Figure 0005862479
式(1)において、R1は、独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数4〜7のシ
クロアルキル、炭素数1〜12のフルオロアルキルを表し、R2、R3及びR4は、それぞ
れ炭素数1〜16のアルキルを表し、Zは、炭素数1〜20のアルキレンを表し、X-
、Cl-、Br-、I-、F-又はSO4-を表し、前記R1〜R4及びZにおいて、任意の−CH2−は、独立してフェニレン又はオキシ(ただしオキシは非連続)で置き換えられて
もよく、また、任意の−CH2−中の任意の水素は、独立して炭素数1〜6のアルキルで
置き換えられてもよい。
[2] Zが−CH2CH2PhCH2−(Phはフェニレンを表す)である、[1]に記
載の四級アンモニウム塩。
[3] Zが−PhCH2−(Phはフェニレンを表す)である、[1]に記載の四級ア
ンモニウム塩。
[4] Zが−(CH2n−(nは1〜20の整数を表す)である、[1]に記載の四級アンモニウム塩。
[5] タングステン酸類とリン酸類との過酸化水素水中での反応生成物、タングステン酸類の過酸化水素水中での反応生成物とリン酸類との混合物、又はタングステン、リン、及び酸素を含むヘテロポリ酸の過酸化水素水中での反応生成物と、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の四級アンモニウム塩とから調製される酸化触媒。
[6] 前記タングステン酸類がタングステン酸ナトリウム又はタングステン酸であり、前記リン酸類がリン酸であり、前記ヘテロポリ酸が12−タングストリン酸である、[5]に記載の酸化触媒。
[7] オレフィン類を、[5]又は[6]に記載の酸化触媒と過酸化水素との存在下で酸化反応させてエポキシ誘導体を得るエポキシ誘導体の製造方法であって、該オレフィン類とエポキシ誘導体の組み合わせが、下記の(2)と(8)、(3)と(9)、(4)と(10)、(5)と(11)、(6)と(12)および(7)と(13)からなる群より選択される、エポキシ誘導体の製造方法。
Figure 0005862479
式(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)中、Raは、水素、フッ素、塩素、シアノ、トリフルオロメトキシ、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、又は炭素数2〜20のアルケニルオキシを表し、式(2)〜(13)中、Bのうちの一つは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、9−クロロフルオレン−2,7−ジイル、又は9,9−ジフルオロフルオレン−2,7−ジイルを表し、残りのBは独立して1,4−シクロヘキシレン又は1,4−フェニレンを表し、Yは、独立して単結合、−COO−、−OCO−、−(CH22−、又は−C≡C−を表し、Qは独立して、単結合又は炭素数1〜20のアルキレンを表し、tは1又は2を表す。Bにおける1,4−フェニレンにおいて、任意の水素は、独立して塩素、フッ素、シアノ、メチル、エチル、プロピル、又はトリフルオロメチルで置き換えられてもよく、Qにおけるアルキレンにおいて、任意の−CH2
−は二つまで(ただし二つの場合は非連続)オキシで置き換えられてもよい。
[8] 前記オレフィン類の酸化反応を芳香族炭化水素系溶媒中で行い、前記酸化反応後に、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、又はエステル系溶媒とアルコール系溶媒との混合溶媒を用いて、前記酸化反応で生じた反応溶液に溶解している酸化触媒を析出させて回収することを特徴とする[7]に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
[9] 芳香族炭化水素系溶媒として、トルエン、ベンゼン、又はエチルベンゼンを用いることを特徴とする[8]に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
[10] エステル系溶媒として、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、又はエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いることを特徴とする[8]又は[9]に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
[11] アルコール系溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、又は2−ブタノールを用いることを特徴とする[8]〜[10]のいずれか一項に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
本発明の四級アンモニウム塩は、液晶性の骨格を有するエポキシ誘導体の合成における酸化触媒の原料に用いることができる。また本発明の酸化触媒は、タングステン酸類、リン酸類、又はタングステン、リン、及び酸素を含むヘテロポリ酸と、過酸化水素と、前記四級アンモニウム塩とから調製され、前記エポキシ誘導体の合成における酸化触媒として用いることによって、非ハロゲン系溶媒中で前記エポキシ誘導体を効率よく製造することができる。また、本発明の酸化触媒は、エステル系溶媒及び/又はアルコール系溶媒を用いることで、反応系から回収することができる。
本発明の四級アンモニウム塩は、式(1)で表される。
Figure 0005862479
式(1)において、R1は、独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数4〜7のシ
クロアルキル、炭素数1〜12のフルオロアルキルを表す。
1における炭素数1〜10のアルキルとしては、例えば、メチル、エチル、プロピル
、n−ブチル、イソブチル、t−ブチル、3−メチルペンチル、n−オクチル、及び6−メチルヘプチルが挙げられる。なお、本明細書において、炭化水素基における「n」はノルマルを意味し、「s」はセカンダリーを意味し、「t」はターシャリーを意味する。
また、R1における炭素数4〜7のシクロアルキルとしては、例えば、シクロペンチル
、シクロヘキシル、及びシクロヘプチルが挙げられる。
また、R1における炭素数1〜12のフルオロアルキルとしては、例えば、炭素数1〜
10の、水素が全てフッ素に置き換えられたフルオロアルキルや、炭素数1〜4のアルキレンと炭素数1〜8のフルオロアルキルとからなる炭素数2〜12のフルオロアルキルが挙げられる。前記の炭素数1〜10のフルオロアルキルとしては、例えば、トリフルオロメチル(−CF3)、ペンタフルオロエチル(−CF2CF3)、ノナフルオロブチル(−
CF2CF2CF2CF3)、ノナフルオロ−t−ブチル(−C(CF33)、トリデカフルオロヘキシル(−CF2CF2CF2CF2CF2CF3)、及びペンタデカフルオロヘプチル(−CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF3)が挙げられる。
また、炭素数1〜4のアルキレンと炭素数1〜8のフルオロアルキルとからなる炭素数
2〜12のフルオロアルキルとしては、例えば、3,3,3−トリフルオロプロピル、3,3,4,4,5,5,5−ヘプタフルオロペンチル、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7−ウンデカフルオロヘプチル、トリデカフルオロ−1,1,2,2,−テトラヒドロオクチル、及びヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロデシルが挙げられる。
また式(1)において、R2、R3及びR4は、それぞれ炭素数1〜16のアルキルを表
す。R2、R3、及びR4における炭素数1〜16のアルキルとしては、例えば、メチル、
エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、s−ブチル、n−ペンチル、n−へキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−オクチル、n−ノニル、2−ノニル、n−デシル、2−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、及びn−ヘキサデシルが挙げられる。
前記R1〜R4において、任意の−CH2−は、独立してフェニレン又はオキシ(ただし
オキシは非連続)で置き換えられてもよく、また、任意の−CH2−中の任意の水素は、
独立して炭素数1〜6のアルキルで置き換えられてもよい。
また式(1)において、Zは、炭素数1〜20のアルキレンを表す。Zにおいて、任意の−CH2−は、独立してフェニレン又はオキシ(ただしオキシは非連続)で置き換えら
れてもよく、また、任意の−CH2−中の任意の水素は、独立して炭素数1〜6のアルキ
ルで置き換えられてもよい。このようなZとしては、例えば、−CH2CH2PhCH2
、−PhCH2−(いずれもPhはフェニレンを表す)、及び、−(CH2n−(nは1
〜20の整数を表す)が挙げられる。
また式(1)において、X-は、Cl-、Br-、I-、F-又はSO4-を表す。
前記四級アンモニウム塩としては、例えば、以下に示す式(1−1)〜(1−3)で表される化合物が挙げられる。ただし、以下のものには限定されない。なお、下記式において、R1〜R4及びX-は式(1)におけるこれらと同じ意味である。
Figure 0005862479
次に、上記四級アンモニウム塩の合成法について説明する。
本発明の四級アンモニウム塩は一般的な合成法で合成可能であるが、例えば、式(1)の「X-」におけるXとZとを有する下記式(15)で表されるトリクロロシラン誘導体
(15)と下記式(14)で表されるシルセスキオキサントリオール又はその金属塩(14)(Mは水素、又はNa、K等の金属を表す。)との第一の反応によって、下記式(16)で表される閉環型のT−8誘導体(16)を合成し、得られたT−8誘導体(16)と、R2〜R4を有する三級アミンとの第二の反応によって、X-がハロゲンイオンである
式(1)の四級アンモニウム塩を得ることができる。X-が硫酸水素イオンである式(1
)の四級アンモニウム塩は、下記式に示すように、X-がハロゲンイオンである式(1)
の四級アンモニウム塩と硫酸との置換反応により得ることができる。
Figure 0005862479
前記第一の反応には、有機溶媒を用いることが好ましい。化合物(14)のMが水素の場合は、トリエチルアミン等の三級アミンを反応系にさらに添加して、第一の反応に伴って生成する塩化水素を三級アミンで捕捉することが好ましい。このように第一の反応は、Mが水素の場合は、三級アミン塩酸塩を副生しながら進めることができる。一方、化合物(14)のMがNaやK等の金属の場合は、アルカリ金属の塩化物が副生することから、上記のような添加物を添加することなしに好適に第一の反応を進めることができる。
化合物(14)は、従来報告されている方法により合成することができる。例えば、国際公開第2004/014924号パンフレットにはエチルNa塩(R1=エチル、M=
Na)、シクロヘキシルNa塩(R1=シクロヘキシル、M=Na)、イソオクチル体(
R1=イソオクチル、M=H)、及びフェニル体(R1=フェニル、M=H)を、国際公
開第2004/078767号パンフレットにはプロピルNa塩(R1=プロピル、M=
Na)を、特開2004−123698号公報にはイソブチル体(R1=イソブチル、M
=H)及びNa塩(R1=H、M=Na)を、Organometallics(199
1)10(7)2526にはシクロペンチル体(R1=シクロペンチル、M=H)を、米
国特許出願公開第2004/0030084号明細書には3,3,3−トリフルオロプロピル体(R1=3,3,3−トリフルオロプロピル、M=H)を、特開2006−096
735号公報には3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル体(R1
=3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル、M=H)を、及び、特開2005−15738号公報には3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−トリデカフルオロオクチル体(R1=3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8
,8,8−トリデカフルオロオクチル、M=H)を、それぞれ合成する方法が報告されており、化合物(14)の合成方法としては、例えば、これらの方法が挙げられる。
また、シルセスキオキサントリオール(化合物(14))の中で、R1がエチル、イソ
ブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、イソオクチル、及びフェニルの化合物(いずれもM=H)は、米国のHybrid Plastics社より購入することができる。
トリクロロシラン誘導体(15)としては、例えば、4−(5−クロロペンチル)フェニルトリクロロシラン、4−(6−クロロヘキシル)フェニルトリクロロシラン、[4−(2−クロロエチル)フェニル]エチルトリクロロシラン、4−(3−クロロプロピル)
フェニルトリクロロシラン、4−(2−クロロエチル)フェニルトリクロロシラン、1−(4−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、2,2−ジメチル−2−(4−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、10−[(4−クロロメチル)フェニル]デシルトリクロロシラン、2−(4−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、2−(3−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、3−(2−クロロメチルフェニル)プロピルトリクロロシラン、1−(2−メチルクロロフェニル)エチルトリクロロシラン、2−(2−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、1−(4−クロロメチルフェニル)メチルトリクロロシラン、1−(2−クロロメチルフェニル)メチルトリクロロシラン、3−(4−クロロメチルフェニル)プロピルトリクロロシラン、及び[4−(クロロメチル)ナフチル]トリクロロシランが挙げられる。
前記式(1−1)の化合物の合成に用いられるトリクロロシラン誘導体(15)としては、例えば、2−(4−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、2−(3−クロロメチルフェニル)エチルトリクロロシラン、2−(2−(クロロメチル)フェニル)エチルトリクロロシラン、及び2−(4−(クロロメチル)フェニル)エチルトリクロロシランと2−(3−(クロロメチル)フェニル)エチルトリクロロシランとの混合物が挙げられる。
また、前記式(1−2)の化合物の合成に用いられるトリクロロシラン誘導体(15)としては、例えば、[2−(クロロメチル)フェニル]トリクロロシラン、[4−(クロロメチル)フェニル]トリクロロシラン及び[3−(クロロメチル)フェニル]トリクロロシランが挙げられる。
また、前記式(1−3)の化合物の合成に用いられるトリクロロシラン誘導体(15)としては、例えば、8−クロロオクチルトリクロロシラン、2−クロロ−1,1−ジメチルエチルトリクロロシラン、3−クロロ−2−メチルプロピルシラン、11−クロロウンデシルトリクロロシラン、5−クロロペンチルトリクロロシラン、2−クロロエチルトリクロロシラン、3−クロロプロピルトリクロロシラン、4−クロロブチルトリクロロシラン、2−クロロプロピルトリクロロシラン、2−クロロエチルトリクロロシラン、3−クロロブチルトリクロロシラン、6−クロロヘキシルトリクロロシラン、2−ブロモ−1−プロピルトリクロロシラン、3−ブロモブチルトリクロロシラン、2−ブロモブチルトリクロロシラン、3−ブロモウンデシルトリクロロシラン、2−ブロモウンデシルトリクロロシラン、15−ブロモペンタデシルトリクロロシラン、5−ブロモペンチルトリクロロシラン、14−ブロモテトラデシルトリクロロシラン、10−ブロモデシルトリクロロシラン、17−ヘプタデシルトリクロロシラン、16−ヘキサデシルトリクロロシラン、3−クロロ−1−メチルプロピルトリクロロシラン、11−ブロモウンデシルトリクロロシラン、8−ブロモオクチルトリクロロシラン、4−ブロモブチルトリクロロシラン、4−クロロペンチルトリクロロシラン、3−クロロペンチルトリクロロシラン、2−クロロペンチルトリクロロシラン、2−クロロ−1−メチルエチルトリクロロシラン、2−ブロモ−1−メチルエチルトリクロロシラン、2−ブロモエチルトリクロロシラン、3−ブロモプロピルトリクロロシラン及び2−クロロブチルトリクロロシランが挙げられる。
さらに、トリクロロシラン誘導体(15)は、公知の化合物の他、下記式に示すように合成することができる。トリクロロシラン誘導体(15a)は、末端ビニル基と芳香族ハロゲン化メチルとを有する式(17)で示される化合物と、トリクロロシランとのヒドロシリル化反応により合成することができる。また、トリクロロシラン誘導体(15b)は、末端ビニル基とハロゲン基とを有する式(18)で示される化合物と、トリクロロシランとのヒドロシリル化反応により合成することができる。
Figure 0005862479
式(17)中、R5は、水素又は炭素数1〜10のアルキルを表す。Qは、単結合又は
炭素数1〜20のアルキレンを表し、このアルキレン中の−CH2−は独立してオキシ、
脂環式アルキレン又は芳香族基と置き換えられてもよく(ただしオキシは非連続)、また前記−CH2−の水素は独立して炭素数1〜6のアルキルに置き換えられてもよい。Ar
はフェニレン、ナフチレン等の炭素数6〜18の芳香族環の二価の基を表す。Xは、塩素、臭素等のハロゲンを表す。
式(18)中、R5及びXは、式(17)と同じである。式(18)中、Qは、単結合
又は炭素数1〜20のアルキレンを表し、このアルキレン中の−CH2−は独立してオキ
シ又は炭素数1〜6のアルキルに置き換えられてもよい(ただしオキシは非連続)。
化合物(17)としては、例えば、1−(クロロメチル)−4−(4−ペンテン−1−イルオキシ)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−(3−ブテン−1−イルオキシ)ベンゼン、1−(3−ブテン−1−イル)−3−(クロロメチル)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−[2−(2−プロペン−1−イルオキシ)エチル]ベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−(3−ブテン−1−イル)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−2−(3−ブテン−1−イル)ベンゼン、1−(クロロメチル)−3−(2−プロペニル)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−(ヘキセニルオキシ)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−(4−ペンテニルオキシ)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−(9−デセニルオキシ)ベンゼン、2−(ブロモメチル)−7−(2−プロペニルオキシ)ナフタレン、1−(ブロモメチル)−4−[3−(4−エテニル)プロピル]ベンゼン、1−[(アリルオキシ)メチル]−2−ブロモメチルベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−[(2−メチル−2−プロペニル)オキシ]ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−[(2−メチル−2−プロペニル)オキシ]ベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−[(2−プロペニルオキシ)メチル]ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−トランス−4−エテニルシクロヘキシルベンゼン、4−(ブロモメチル)−4’−[[(4−エテニルフェニル)メトキシ]メチル]−1,1’−ビフェニル、1−(ブロモメチル)−4−[[4−[(4−エテニルフェニル)メトキシ]ブトキシ]メチル]ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−[(2−プロペニルオキシ)メチル]ベンゼン、1−(ブロモメチル)−2−(2−プロペニルオキシ)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−[(4−エテニルフェニル)メトキシ]ベンゼン、4−(ブロモメチル)−4’−エテニル−1,1’−ビフェニル、1−(ブロモメチル)−4−[(4−エテニルフェニル)メトキシ]ベンゼン、2−(クロロメチル)−7−(2−プロペニルオキシ)ナフタレン、1−(クロロメチル)−4−[[(4−エテニルフェニル)メトキシ]メチル]ベンゼン、2−アリルオキシベンジルクロリド、1−(ブロモメチル)−4−(11−ドデセニル)ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−[2−[2−[2−(2−プロペニルオキシ)エトキシ]エトキシ]エトキシ]ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−[2−(2−プロペニルオキシ)エトキシ]ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−(5−ヘキセニルオキシ)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−(2−プロペニルオキシ)ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−[(4
−エテニルフェニル)メチル]ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−[(4−エテニルフェニル)メトキシ]ベンゼン、1−(ブロモメチル)−2−(エテニルオキシ)ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−[2−[2−(2−プロペニルオキシ)エトキシ]エトキシ]ベンゼン、1−(クロロメチル)−2−(2−メチル−3−ブテニル)ベンゼン、1−(3−ブテニル)−2−(クロロメチル)ベンゼン、1−(クロロメチル)−2−(2−メチル−2−プロペニル)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−2−(2−プロペニル)ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−(10−ウンデセニルオキシ)ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−(1−メチル−2−プロペニル)ベンゼン、3−イソプロペニルベンジルクロリド、4−クロロメチル−α−メチルスチレン、3−(ブロモメチル)スチレン、2−アリルベンジルクロリド、1−(ブロモメチル)−4−(3−ブテニル)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−2−エテニルベンゼン、1−(ブロモメチル)−3−(2−プロペニルオキシ)ベンゼン、1−(ブロモメチル)−4−(2−プロペニル)ベンゼン、1−(3−ブテニル)−4−(クロロメチル)ベンゼン、1−(クロロメチル)−4−(2―プロペニル)ベンゼン、3−(アリルオキシ)ベンジルクロリド、4−(アリルオキシ)ベンジルクロリド及び4−ビニルベンジルブロミドが挙げられる。
化合物(18)としては、例えば、4−ブロモ−1−ブテン、15−ブロモ−1−ペンタデセン、5−ブロモ−1−ペンテン、14−ブロモ−1−テトラデセン、10−ブロモ−1−デセン、17−ブロモ−1−ヘプタデセン、16−ブロモ−1−ヘキサデセン、4−クロロ−2−ブテン、11−ブロモ−1−ウンデセン、8−ブロモ−1−オクテン、4−ブロモ−1−ブテン、4−クロロ−1−ペンテン、3−クロロ−1−ヘプテン、及び2−クロロ−1−ペンテンが挙げられる。
上記化合物の中で、4−ブロモブチルトリクロロシラン、2−ブロモエチルトリクロロシラン、3−ブロモプロピルトリクロロシラン、11−ブロモウンデシルトリクロロシラン、3−クロロプロピルトリクロロシラン、((クロロメチル)フェニルエチル)トリクロロシラン(m、p−異性体)、及び[(4−クロロメチル)フェニル]トリクロロシランは、米国のGelest社より購入することができる。
化合物(14)と化合物(15)との反応(第一の反応)に用いる有機溶媒としては、第一の反応を進行させられるものであれば制限されない。このような有機溶媒としては、化合物(14)又は(15)に対して溶解性が高い有機溶媒が好ましい。好ましい有機溶媒としては、例えば、エーテル系溶媒(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン)、ハロゲン化炭化水素系溶媒(塩化メチレン、ジクロロエタン、クロロホルム)、エステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル)、芳香族炭化水素系溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレン)、及びニトリル系溶媒(アセトニトリル、プロピオニトリル)が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、その複数の組み合わせで用いてもよい。より好ましい有機溶媒はエーテル系溶媒であり、テトラヒドロフランが最も好ましい。化合物(15)は、有機溶媒中の水と反応し、塩酸と化合物(15)の加水分解物になるため、使用する有機溶媒は水を含まない脱水溶剤であることが好ましい。また、反応器への水の進入を防ぐため、反応器を予め窒素やアルゴン等の不活性ガスで置換することが好ましい。
第一の反応における前記反応溶媒の使用量は、化合物(14)に対して重量比で1〜30倍であることが好ましい。反応溶媒の使用量がこの範囲であれば、副生する塩化物塩の濃度を高くすることなく十分に攪拌することができ、反応を良好に進行させるという観点から好ましい。より好ましくは、1〜20倍である。
第一の反応における化合物(15)の使用量は、化合物(14)に対して1モル当量以上であることが好ましい。化合物(15)に対して1モル当量以上の化合物(14)を使
用することで、反応で残存する化合物(15)の量を少なくすることが可能となるが、化合物(14)の残存量も増える。化合物(15)のより好ましい使用量は、化合物(14)に対して1〜1.5モル当量である。
化合物(14)のMが水素の場合の第一の反応における三級アミンの使用量は、化合物(14)に対して、1モル当量以上であることが好ましい。三級アミンとしては、例えば、トリエチルアミン、及びピリジンが挙げられる。
第一の反応は発熱であるため、反応液の温度を一定にコントロールするため、第一の反応は通常、化合物(14)の溶液に化合物(15)を滴下しながら行う。第一の反応は、氷冷条件から室温の範囲で、又は必要に応じて加熱しながら行い、反応器の内部温度を確認しながら、適宜加温、冷却を行う。第一の反応終了後、生成してくる塩化物塩を吸引ろ過することで、ろ液に未反応の化合物(15)と生成した化合物(16)を主成分とする溶液を得ることができる。化合物(16)の精製法としては、例えば、化合物(16)を含むろ液を減圧下、溶媒留去した後、得られた濃縮残渣をメタノールやエタノール等のアルコールを用いて洗浄する方法や再結晶法等が挙げられる。
なお、前記T−8誘導体(16)のうち、R1=イソブチル、ZX=クロロベンジルは
、CholorobenzylIsobutyl POSSとして、R1=イソブチル、
ZX=クロロベンジルエチルは、CholorobenzylethylIsobutyl POSSとして、R1=イソブチル、ZX=クロロプロピルは、Choloropr
opylIsobutyl POSSとして、R1=シクロペンチル、ZX=クロロベン
ジルエチルは、PSS−(2−((4−Chloromethyl)phenyl)ethyl)−Heptacyclopentyl substitutedとして、R1
シクロペンチル、ZX=クロロベンジルは、PSS−(2−((4−Chlorobenzyl)−Heptacyclopentyl substitutedとして、R1
シクロペンチル、ZX=クロロプロピルは、PSS−(3−(Chloropropyl)−Heptacyclopentyl substitutedとして、それぞれ米国のHybrid Plastics社又はシグマアルドリッチ社から入手できる。
三級アミンと化合物(16)からの四級アンモニウム塩(1)の合成(第二の反応)は、過剰量の三級アミンを用いるか有機溶媒中で行うことができる。この有機溶媒としては、化合物(16)に対して溶解性が高い有機溶媒が好ましく、例えば、エーテル系溶媒(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン)、ハロゲン化炭化水素系溶媒(塩化メチレン、ジクロロエタン、クロロホルム)、ニトリル系溶媒(アセトニトリル、プロピオニトリル)、アミド系溶媒(DMF、DMA)、及び水を含有する上記有機溶媒が挙げられる。これらの有機溶媒は単独で用いても、その複数の組み合わせで用いてもよい。より好ましい有機溶媒はエーテル系溶媒であり、テトラヒドロフランが最も好ましい。
第二の反応における三級アミンの使用量は、化合物(16)に対して等モル以上であることが好ましい。等モル以上の使用は、未反応の化合物(16)の残留量を少なくする観点から好ましい。第二の反応における反応温度は、室温ないし有機溶媒の沸点温度であることが好ましく、40〜130℃であることがより好ましい。第二の反応における反応時間は、化合物(16)の残留量が少なくなるように、十分な反応時間であることが好ましく、通常、6〜36時間であることが好ましい。第二の反応は、通常、メカニカル攪拌機を付けた反応装置で攪拌しながら実施することができるが、さらに反応速度を速めるためマイクロ波を用いた反応装置で行うこともできる。
第二の反応に用いられる三級アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルプロピルアミン、ジメチルイソプロピルアミン、ジメチルブチルア
ミン、ジメチル−s−ブチルアミン、ジメチル−t−ブチルアミン、ジメチルヘキシルアミン、ジメチルペンチルアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルノニルアミン、ジメチルデシルアミン、メチルジエチルアミン、メチルエチルプロピルアミン、メチルエチルイソプロピルアミン、メチルエチルブチルアミン、メチルエチルイソブチルアミン、メチルエチル−t−ブチルアミン、メチルジプロピルアミン、メチルジ−イソプロピルアミン、メチルプロピルブチルアミン、メチルプロピルデシルアミン、メチルジブチルアミン、メチルジヘキシルアミン、エチルジブチル、メチルジオクチルアミン、ジエチルヘキサデシルアミン、エチルジブロピルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、及びトリブチルアミンが挙げられる。これらの三級アミンは常法によって合成することができるが、多くの化合物は、試薬メーカーより購入することができる
第二の反応終了後における化合物(1)の精製法としては、反応液を減圧下、溶媒を留去した後、得られた濃縮残渣に、四級アンモニウム塩に対して溶解性の低い溶媒を加えて洗浄するか再結晶で精製する方法が挙げられる。この方法における洗浄溶媒又は再結晶溶媒としては、例えば、ヘキサンやヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶媒、メタノールやエタノール等のアルコール系溶媒、酢酸エチルや酢酸プロピル等のエステル系溶媒、及び、ジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いても、その複数の組み合わせで用いてもよい。
四級アンモニウム塩のハロゲン化物からの硫酸水素塩化(前記置換反応)は、テトラヘドロン 57巻 2469〜2476項(2001)に報告されている方法により行うことができる。例えば、前記置換反応は、四級アンモニウム塩のハロゲン化物をトルエンやジクロロメタン等の溶媒に溶かし、約50重量%の硫酸水と攪拌することで行うことができる。前記置換反応における硫酸の使用量は、化合物(1)のハロゲン化物に対して5モル当量以上であることが好ましい。前記置換反応における反応温度は0℃から室温であることが好ましい。前記置換反応において、化合物(1)のハロゲン化物の溶液と硫酸水とを12時間程度攪拌し反応させた後、有機相をさらにもう1回同量の硫酸水で反応させることで、化合物(1)の高純度の硫酸水素塩を合成することができる。化合物(1)の硫酸水素塩は、R1、R2、R3、R4や連結基Zの構造により、反応溶媒に対して溶解度が著しく低くなる場合があり、攪拌中、沈殿物として析出する場合がある。この場合、沈殿物をろ過して攪拌を継続することで、硫酸水素塩の調製を行うことができる。
次に、本発明の酸化触媒について述べる。
本発明の酸化触媒は、タングステン酸類とリン酸類との過酸化水素水中での反応生成物、タングステン酸類の過酸化水素水中での反応生成物とリン酸類との混合物、又は、タングステン、リン、及び酸素を含むヘテロポリ酸の過酸化水素水中での反応生成物と、式(1)で表される四級アンモニウム塩とから調製される。
本発明の酸化触媒は、ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー(J.Org.Chem)53巻 1553〜1557項(1988年)、同誌53巻3587〜3593項(1988年)、及び特開昭56−18972号公報等に記載された方法により容易に調製することができる。すなわち、タングステン酸類に過酸化水素水を加え、過酸化水素により酸化したタングステン酸酸化物(ペルオキソタングステン化合物)にリン酸類の水溶液を加えて攪拌し、次いで、前記化合物(1)を加えることで容易に調製することができる。
前記タングステン酸類としては、例えば、タングステン酸、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、及びタングステン酸アンモニウムが挙げられる。これらのタンステン酸類は、国内の試薬メーカーより購入することができる。
前記リン酸類としては、例えば、リン酸、無水リン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、リン酸のアルカリ金属塩(例えば、リン酸カリウム及びリン酸ナトリウム)が挙げられる。これらのうち、コストや取扱いの容易さの観点から、リン酸類は、リン酸又はリン酸アルカリ金属塩の水溶液であることが好ましい。
前記過酸化水素は、過酸化水素の有機溶媒溶液を使用してもかまわないが、通常、取扱いが容易な水溶液が好ましい。過酸化水素の濃度は特に制限されないが、取扱い性や安全面を考えると実用的には10〜60重量%である。過酸化水素は、通常市販されている過酸化水素を希釈、濃縮を行い、適宜濃度調整し使用することができる。
また、本発明の酸化触媒は、タングステン酸類とリン酸類とを混合した後に過酸化水素を混合し、次いで化合物(1)を添加することによっても容易に調製することができる。この調製方法におけるタングステン酸類は、リン酸に対する溶解性が良好である観点から、タングステン酸ナトリウム等のタングステン酸塩であることが好ましい。
さらに、本発明の酸化触媒は、タングステン、リン、及び酸素を含むヘテロポリ酸と過酸化水素とを混合し、次いで化合物(1)を添加することによっても容易に調製することができる。
前記ヘテロポリ酸としては、タングステン、リン、及び酸素を含むヘテロポリ酸が用いられ、例えば、12−タングストリン酸及び12−タングストリン酸ナトリウムが挙げられる。前記ヘテロポリ酸は常法によって合成することが可能であるが、国内の試薬メーカーの市販品を用いてもよい。12−タングストリン酸は、組成式H3[PW1240]・n
2Oで示される水和物で、日本新金属株式会社及び日本無機化学工業株式会社から入手
できる。12−タングストリン酸ナトリウムは、組成式Na3PW1240・nH2Oで示される水和物で試薬メーカーから入手できる。
本発明の酸化触媒の調製におけるタングステン酸類の使用量は、化合物(1)に対して1モル当量以上であることが好ましく、コスト面の観点から1〜10モル当量であることがより好ましい。また本発明の酸化触媒の調製におけるリン酸類の使用量は、化合物(1)に対して、1〜10モル当量であることが好ましい。
さらに本発明の酸化触媒の調製における過酸化水素の使用量は、化合物(1)に対して、2〜50モル当量であることが好ましく、2〜30モル当量であることがより好ましい。
さらに本発明の酸化触媒の調製における前記ヘテロポリ酸の使用量は、化合物(1)に対して1〜10モル当量であることが好ましく、2〜6モル当量であることがより好ましい。
前記ヘテロポリ酸を用いる場合では、リン酸の使用量を低減するか、或いはリン酸を使用せずに前記の調製反応を行うことができる。例えば、ヘテロポリ酸として12−タングストリン酸を使用する場合、リン酸類の添加なしで本発明の酸化触媒を調製することができる。
本発明の酸化触媒の調製では、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン等の溶媒を使用することができる。得られた触媒溶液から溶媒を留去することによって、前記酸化触媒を粉体として得ることができる。また、本発明の酸化触媒は、有機溶媒に溶かした触媒溶液として、エポキシ化反応に使用することもでき、このような溶液に、前記調製における反応液を直接用いることもできる。
本発明の酸化触媒は、過酸化水素水を酸化剤として用いて、一つ又は二つのオレフィンを有する原料化合物のオレフィンの酸化によるエポキシ誘導体の製造に好適に用いることができる。すなわち本発明のエポキシ誘導体の製造方法は、下記式(2)から式(7)で示されるオレフィン類を、本発明の酸化触媒と過酸化水素との存在下で酸化(エポキシ化)して、それぞれ対応する下記式(8)から式(13)のエポキシ誘導体を得る方法である。すなわち、式(2)で示されるオレフィン類から式(8)のエポキシ誘導体を得る方法、式(3)で示されるオレフィン類から式(9)のエポキシ誘導体を得る方法、式(4)で示されるオレフィン類から式(10)のエポキシ誘導体を得る方法、式(5)で示されるオレフィン類から式(11)のエポキシ誘導体を得る方法、式(6)で示されるオレフィン類から式(12)のエポキシ誘導体を得る方法、および式(7)で示されるオレフィン類から式(13)のエポキシ誘導体を得る方法、が包含される。
Figure 0005862479
前記式(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)中、Raは、水素、フッ素、塩素、シアノ、トリフルオロメトキシ、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、又は炭素数2〜20のアルケニルオキシを表す。また前記式(2)〜(13)中、Bのうちの一つは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、9−クロロフルオレン−2,7−ジイル、又は9,9−ジフルオロフルオレン−2,7−ジイルを表し、残りのBは独立して1,4−シクロヘキシレン又は1,4−フェニレンを表す。
また前記式(2)〜(13)中、Yは、独立して単結合、−COO−、−OCO−、−(CH22−、又は−C≡C−を表し、Qは独立して、単結合又は炭素数1〜20のアルキレンを表し、tは1又は2を表す。
なお、前記Bにおける1,4−フェニレンにおいて、任意の水素は、独立して塩素、フッ素、シアノ、メチル、エチル、プロピル、又はトリフルオロメチルで置き換えられてもよく、Qにおけるアルキレンにおいて、任意の−CH2−は二つまで(ただし二つの場合
は非連続)オキシで置き換えられてもよい。
前記酸化触媒は、水、メタノール、エタノール、ジエチルエーテル等のエーテル類、ヘプタン等の脂肪族炭化水素、酢酸エチル等のエステル類に対して溶解度が低いため、反応時には基質、生成物、及び触媒を溶解する溶媒を使用し、反応後には、触媒に対して溶解性の低い溶媒を添加することで反応物から触媒を沈殿物として回収することができる。
すなわち本発明のエポキシ誘導体の製造方法において、前記オレフィン類の酸化反応を芳香族炭化水素系溶媒中で行い、前記酸化反応後に、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、又はエステル系溶媒とアルコール系溶媒との混合溶媒を用いて、反応溶液に溶解している酸化触媒を析出させて回収することが、エポキシ誘導体の製造及び酸化触媒の回収の両方を行う観点から好ましい。
式(2)の前記オレフィン類としては、例えば、以下の式(2−1)〜(2−8)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005862479
また、式(3)の前記オレフィン類としては、例えば、以下の式(3−1)〜(3−6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005862479
また、式(4)の前記オレフィン類としては、例えば、以下の式(4−1)〜(4−8)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005862479
また、式(5)の前記オレフィン類としては、例えば、以下の式(5−1)〜(5−6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005862479
また、式(6)の前記オレフィン類としては、例えば、以下の式(6−1)〜(6−8)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005862479
また、式(7)の前記オレフィン類としては、例えば、以下の式(7−1)〜(7−6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005862479
式(2−1)〜(2−8)、(3−1)〜(3−6)、(4−1)〜(4−8)、(5−1)〜(5−6)、(6−1)〜(6−8)、(7−1)〜(7−6)中、R5は水素、
フッ素、塩素、シアノ、トリフルオロメトキシ、炭素数1〜20のアルキル、又は炭素数1〜20のアルコキシを表し、W1及びW2はそれぞれ水素、塩素、フッ素、又はシアノを表し、W3及びW4はそれぞれ水素、塩素、フッ素、シアノ、メチル、エチル、プロピル、又はトリフルオロメチルを表し、X5及びX6はそれぞれ独立して単結合又はオキシを表し、o、p及びrはそれぞれ1〜20の整数を表す。
前記式(2)から(7)で表されるオレフィン類は、例えば、特開2006−45195号公報、特開2005−60373号公報、特開2006−241116号公報、特開2006−232809号公報、特開2005−206579号公報、特開2011−144159号公報、及びに特開2012−1526号公報に記載の方法で合成できる。
エポキシ化反応に使用する有機溶媒としては、オレフィン類及び酸化触媒が溶解する溶媒を使用できる。このような有機溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム及びジクロロエタン等のハロアルカン、トルエン、キシレン及びエチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトニトリル及びプロピオニトリル等のニトリル系溶媒、t−ブタノール等のアルコール系溶媒、並びにこれらの混合溶媒が挙げられる。環境への影響、毒性の点から、芳香族炭化水素系溶媒やアルコール系溶媒が好ましい。ニトリル系溶媒、アルコール系溶媒を使用する場合は、芳香族炭化水素系溶媒との混合使用が好ましい。エポキシ化反応における前記有機溶媒の使用量は、特に限定されるものではないが、通常、オレフィン類に対して、重量で2〜30倍程度使用される。
エポキシ化反応では、系中の酸性を高めることで触媒活性を高めることができる。反応系のpHはpH測定メーターを用いて、リン酸水溶液、硫酸水溶液又は水酸化ナトリウムの水溶液を用いてpHを調整することができる。前記エポキシ化反応におけるpHは、pH1〜4であることが好ましい。
エポキシ化反応は、常圧でも加圧下でも行うことができるが、通常、反応操作の容易性から常圧での反応が好ましい。
エポキシ化反応は、有機溶剤を使用して加熱して行うことから、有機溶媒が爆発範囲に入らないように、窒素やアルゴンガス等の不活性ガス置換下で、又は、不活性ガスを反応器に供給しながらで実施することが望ましい。
エポキシ化反応に使用する過酸化水素は、過酸化水素の有機溶媒溶液を使用してもかまわないが、通常の取扱いが容易な水溶液が好ましい。過酸化水素の濃度は特に制限されないが、取扱いや安全面を考えると実用的には10〜60重量%である。過酸化水素は、通常市販されている過酸化水素を希釈、濃縮を行い、適宜濃度調整し使用することができる。
エポキシ化反応における過酸化水素の使用量は、一官能オレフィン体(化合物(2)、(4)、(6))に対して過酸化水素を0.7〜10モル当量であることが好ましく、0.9〜5モル当量であることがより好ましい。二官能オレフィン体(化合物(3)、(5)、(7))に対しては、過酸化水素が1モル当量以下の場合は、分子内の1つのみエポキシ化されたモノエポキシ体が主に生成する。ジエポキシ体を選択的に得るためには、過酸化水素の使用量は1.8〜10モル当量であることが好ましく、2〜5モル当量であることがより好ましい。過酸化水素の過剰の使用はジエポキシ体の生成には有利であるが、コストや安全上の観点から、10モル当量以下であることが好ましい。
エポキシ化反応における前記酸化触媒の使用量は、オレフィン類の反応性にもよるが、オレフィン類に対して、0.2〜30重量%であることが好ましく、0.5〜20重量%であることがより好ましい。酸化触媒の使用量が30重量%以下であれば、エポキシ化反応を十分進行させることが可能となる。酸化触媒の使用量が0.2重量%以上であれば、エポキシ体への転化が十分で目的物を効率的に取得することが可能となる。
エポキシ化反応は上記有機溶媒中で行われ、酸化触媒を含む有機相に基質となるオレフィン類と過酸化水素水を加えることで実施できる。オレフィン類と過酸化水素の仕込み順序は特に限定されず、どちらを先に仕込んでもよい。
前記オレフィン類は室温で固体の化合物が多いため、エポキシ化反応ではオレフィン類を一旦溶媒に溶解した後、触媒溶液と過酸化水素水を加え、攪拌、加熱する方法が好ましい。化合物(3)、(5)及び(7)のエポキシ化では、化合物(2)、(4)及び(6)に比べ反応熱量が多いため、反応速度や反応装置による除熱能力を考える必要がある。このような観点から、本発明では、過酸化水素やオレフィン類の溶液を分割して仕込む方法や滴下してフィードする方法が望ましい。
エポキシ化反応における反応温度は、20〜90℃であることが好ましく、40〜80℃であることがより好ましい。反応温度が90℃以下であれば、過酸化水素自身の分解の影響がなく、コスト面でも安全面でも望ましい。また、反応温度が20℃以上であれば、反応速度が遅くなることがなく望ましい。通常、エポキシ化反応における反応温度は、オレフィン類と触媒を含む溶液、又は触媒と過酸化水素水を含む溶液を所定の反応温度付近まで昇温させ、過酸化水素水又は基質溶液をフィードすることで、上記の範囲に制御することができる。
酸化触媒は、芳香族炭化水素系溶媒、ニトリル系溶媒、t−ブタノール、ハロゲン系溶媒等の溶剤に可溶である。これらの有機溶媒は反応用の溶剤として使用することができる
。芳香族炭化水素系溶媒やハロゲン系溶媒を用いた場合は、有機相と水相(過酸化水素水)の2相に分離した状態で反応が進行するため、反応終了後、未反応の過酸化水素は、水相として分液して回収することができる。有機相には未反応のオレフィン体、生成物のエポキシ体、及び酸化触媒が含まれる。
水相を分離除去して得られる有機相は、さらに水を加え、攪拌し、水相を分液、除去することでさらに有機相中の少量含有されている過酸化水素を除くことができる。通常、有機相に対して、10〜50重量%の水で数回洗浄することで、過酸化水素を十分除去することができる。
水洗処理して得られた有機相は、減圧下、反応用溶媒を留去して、触媒、エポキシ体を含む濃縮物として得ることができる。濃縮物は、酸化触媒の溶解性が低いエステル系溶媒やアルコール系溶媒等の貧溶媒(以下、「触媒回収用溶媒」とも言う)を加えることで、酸化触媒を沈殿物として析出させることができる。沈殿した酸化触媒は、遠心分離、ろ過、デカンテーション等の公知の方法で回収することができる。
有機相の濃縮が十分でなく、濃縮物に反応用の溶媒が残存している場合、触媒回収用溶媒を濃縮物に加えても酸化触媒の回収率が低い場合があるため、濃縮物中の反応用溶媒の十分な除去が必要である。反応用溶媒の除去は、通常の攪拌式反応器に冷却器をつけた受器を用いて減圧する方法やロータリーエバポレーター等を用いる公知の方法で行うことできる。
濃縮物から酸化触媒を回収する方法としては、例えば、ロータリーエバポレーターを用いて反応溶媒を留去して濃縮した後、得られた濃縮物の入っているフラスコに触媒回収用溶媒を攪拌しながら追加する方法や、攪拌機の付いた反応釜に回収触媒用溶媒を仕込み、反応釜に濃縮物を追加、攪拌する方法が挙げられる。
触媒回収用溶媒としては、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、及びこれらの混合溶媒が挙げられる。エステル系溶媒としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートが挙がられる。エステル系溶媒としては、酢酸エチル及び酢酸n−プロピルが特に好ましい。アルコール系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、及び2−ブタノールが挙げられる。触媒回収用溶媒は、一種でも二種以上でもよい。
触媒回収用溶媒の使用量は、濃縮物中のエポキシ体(化合物(8)〜(13)のいずれかの一つ)の種類、触媒種、触媒量にもよるが、通常、濃縮物に対して重量比で、1〜30倍程度であることが好ましい。触媒回収用溶媒の使用量がこの範囲であれば、釜効率やコストの点で好ましい。濃縮物への回収触媒用溶媒を添加するときの温度は、−40〜40℃であることが好ましい。この添加温度は、酸化触媒が触媒回収用溶媒に対して溶解性がある場合、より低い温度であることが触媒回収の観点から有効である。
上記のように回収された酸化触媒(回収触媒)は、反応用に使用する溶剤に溶かして、エポキシ化に再使用することができる。また、回収触媒の活性低下が見られる場合は、回収触媒の使用量を増やして、又は未使用の酸化触媒を追加することにより、回収触媒をエポキシ化反応に使用することができる。
酸化触媒を濃縮物から除去した後、触媒回収用溶剤に溶解しているエポキシ体、化合物
(8)〜(13)のいずれかの一つは、通常有機化合物の精製で行われる手法、例えば、カラムクロマトグラフィー、再結晶、晶析、ろ過、乾燥を用いて、高純度のエポキシ体に精製することができる。
具体的には、化合物(8)〜(13)のいずれかの一つは、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン等の炭化水素系の溶媒、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸プロピル等のエステル系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒等の有機溶媒を用いて、クロマトグラフィーや再結晶により精製することができる。
クロマトグラフィーは、従来公知のシリカゲル、アルミナ、フロリジル等の吸着剤を使用することができる。吸着剤の平均粒径は3〜80μmであることが好ましく、5〜10μmであることがより好ましい。前記吸着剤は、金属イオンの含有が少ない高純度のシリカゲルであることが好ましい。得られたエポキシ体を電子剤用途に使用する場合は、通常、微量な不純物を除去するため、上記のうちの異なる精製法を組み合わせるか、同じ精製を繰り返すことが好ましい。これによって、より高純度のエポキシ体を得ることができる。
本発明で得られるエポキシ誘導体は、液晶性の骨格を有しており、各種モノマーや重合体に誘導することで、偏光版、光学補償板、輝度向上フィルム、配向膜、カラーフィルター、ホログラフ素子、液晶表示素子、接着剤及び機械的異方性を有する合成高分子等に利用できる。
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本実施例で用いた測定装置を以下に示す。なお、本実施例で用いた水は、カートリッジ純水器純水装置(アドバンテック東洋株式会社)アンバライトMB−2型イオン交換膜によって製造された精製水である。また本発明において、室温とは25℃をいう。
プロトン核磁気共鳴スペクトルは、VARIAN社製VARIAN NMR SYSTEM(500MHz)を用い、テトラメチルシランを内部標準として測定した。
IRスペクトルは、日本分光株式会社製FT/IR−4200を用いて測定した。
MALDI−TOF MSは、Bruker Daltonics社製autoflexIIIを用いて測定した。
高速液体クロマトグラフィーは、株式会社島津製作所製プロミネンスシリーズLC−20AD検出器SPD−20Aを用いた。
ICP発光分析には、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製iCAP6300を用いた。
元素分析には、株式会社ジェイ・サイエンスラボ製マイクロコーダーJM10を用いた。
(合成例1)T8誘導体(16−1)の合成
滴下ロートを付けた500mLのナス型フラスコに、下記式(R−1)で表されるシルセスキオキサントリオールA(R1=シクロペンチル)20.0g(22.8mmol)
、トリエチルアミン9.2g(91.0mmol)、及びTHF140mLを仕込み、窒素気流下で0℃に氷冷した。そこに、((クロロメチル)フェニルエチル)トリクロロシラン7.2g(25.2mmol)のTHF(20mL)溶液を滴下ロートへ仕込み、ナス型フラスコ中の溶液を攪拌しながら前記の溶液を滴下ロートからナス型フラスコへ滴下した。0℃で1時間攪拌し、次いで室温で1時間さらに撹拌を続けた。ナス型フラスコ内
に無色の沈殿(Et3NHCl)を生成させた。吸引ろ過器により無色の沈殿を除去した
。ろ液はロータリーエバポレーターを用いて濃縮し、得られた濃縮物にメタノール100mLを加え、目的生成物であるT−8誘導体(16−1)を無色の固体の沈殿物として得た。得られた沈殿物を吸引ろ過にて分別後、メタノール(30mL)で洗浄し、真空乾燥器で溶媒除去を行った。収量は23.0g(収率95%)であった。得られた生成物の1
H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.95(m,2H)、0.97(m,7H)、1.44〜1.80(56H)、2.72(m,2H)、4.56(s,2H)、7.14〜7.30(m,4H)。
Figure 0005862479
(合成例2)T8誘導体(16−2)の合成
窒素雰囲気下、100mLの四つ口フラスコに前記シルセスキオキサントリオールA2.0g(2.28mmol)、ピリジン0.72g(9.14mmol)を加えた後、テトラヒドロフラン(脱水)50mLを加えて溶解した。反応液を0℃まで冷却し、(4−(クロロメチル)フェニル)トリクロロシラン0.65g(2.5mmol)を加えた。反応液を0℃で30分間攪拌し、室温下でさらに4時間撹拌した後、析出した固体をろ別した。ろ液を減圧濃縮後、アセトン50mLを加えて撹拌した。析出した固体をろ取し、水、アセトンの順で洗浄後、乾燥した。収量は1.16g(収率50%)であった。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=1.00(m,7H)、1.48〜1.76(56H)、4.59(s,2H)、7.39(d,2H)、7.66(d,2H)。
IR(KBr,cm-1)2949、2867、1450、1244、1110、917、700、511。
Figure 0005862479
(合成例3)T8誘導体(16−3)の合成
((クロロメチル)フェニルエチル)トリクロロシランに代えて3−ブロモプロピルトリクロロシランを0.81g(3.14mmol)用いる以外は、前記のT8誘導体(16−1)の合成と同様に行い、T8誘導体(16−3)を無色の固体として得た(収量1.89g、収率65%)。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以
下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.75(t,2H)、0.98(m,7H)、1.40〜1.80(56H)、1.96(quintet,2H)、3.42(t,2H)。
Figure 0005862479
(合成例4)T8誘導体(16−1’)の合成
シルセスキオキサントリオールAに代えて下記式(R−1’)で表されるシルセスキオキサントリオールB(R1=イソブチル)を2.5g(3.16mmol)用いる以外は
、前記合成例1のT8誘導体(16−1)の合成と同様に行い、T8誘導体(16−1’)を無色の固体として得た(収量2.10g、収率69%)。得られた生成物の1H−N
MRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.6(m,16H)、0.96(d,42H)、1.86(m,7H)、2.72(m,2H)、4.57(s,2H)、7.13〜7.30(m,4H)。
Figure 0005862479
(合成例5)T8誘導体(16−2’)の合成
シルセスキオキサントリオールAに代えて前記シルセスキオキサントリオールB(R1
=イソブチル)を4g(5.05mmol)用い、かつ((クロロメチル)フェニルエチル)トリクロロシランに代えて(4−(クロロメチル)フェニル)トリクロロシランを1.45g(5.58mmol)用いる以外は、前記のT8誘導体(16−1)の合成と同様に行い、T8誘導体(16−2’)を無色の固体として得た(収量3.13g、収率66%)。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.62(m,14H)、0.96(m,42H)、1.87(m,7H)、4.59(s,2H)、7.32(d,2H)、7.65(d,2H)。
Figure 0005862479
(合成例6)T8誘導体(16−3’)の合成
シルセスキオキサントリオールAに代えて前記シルセスキオキサントリオールB(R1
=イソブチル)を3.0g(3.79mmol)用い、かつ((クロロメチル)フェニルエチル)トリクロロシランに代えて3−ブロモプロピルトリクロロシランを1.07g(4.17mmol)用いる以外は、前記のT8誘導体(16−1)の合成と同様に行い、T8誘導体(16−3’)を無色の固体として得た(収量2.75g、収率77%)。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.61(m,14H)、0.74(t,2H)、0.96(m,42H)、1.85(m,7H),1.93(quintet,2H)、3.41(t,2H)。
Figure 0005862479
(実施例1)
四級アンモニウム塩(1−1a)の合成
ジムロート冷却器を付けた500mLナスフラスコにT8誘導体(16−1)20.0g(19.0mmol)、N,N−ジメチル−n−オクチルアミン3.6g(22.8mmol)、THF100mL、及び水20mLを加え、75℃にて還流を行った。6時間後、反応液を濃縮し、得られた残渣にヘプタン200mLを加え、無色の沈殿物を析出させた。吸引ろ過により無色の沈殿物を分別した後、さらに無色の沈殿物をヘプタン50mLで洗浄した。50℃で真空乾燥を行い、収量23.0g(収率99%)で目的生成物である四級アンモニウム塩(1−1a)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトル
におけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.88(t,3H)、0.93(m,2H)、0.99(m,7H)、1.23〜1.41(12H)、1.46〜1.84(56H)、2.74(m,2H)、3.31(d,6H)、3.48(m,2H)、4.90(d,2H)、7.26〜7.53(m,4H)。
MALDI−TOFMS:正イオンモード m/z 1174.52
Figure 0005862479
(実施例2)
四級アンモニウム塩(1−1b)の合成
ジムロート冷却器を付けた500mLナスフラスコにT8誘導体(16−1)10.0g(9.8mmol)、N,N−ジ(n−オクチル)メチルアミン3.7g(14.6mmol)、THF50mL、及び水10mLを加え、75℃にて還流を行った。24時間後、反応液を濃縮し、ヘプタン100mLにて再沈殿を行った。吸引ろ過にて分別後、ヘプタン30mLで沈殿物を洗浄、70℃真空乾燥を行い、収量13.0g(収率98%)で目的生成物である四級アンモニウム塩(1−1b)を得た。得られた生成物の1H−N
MRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.89(t,6H)、0.99(m,7H)、1.28〜1.37(m,24H+2H)、1.50〜1.75(m,56H)、2.74(m,2H)、3.25(d,3H)、3.41(m,4H)、4.89(d,2H)、7.26〜7.53(m,4H)。
MALDI−TOFMS:正イオンモード m/z 1272.62
Figure 0005862479
(実施例3)
四級アンモニウム塩(1−2a)の合成
ジムロート冷却器を付けた100mLのナス型フラスコにT8誘導体(16−2)2.0g(1.95mmol)及びN,N−ジメチル−n−オクチルアミン30.66g(194.9mmol)を仕込み、窒素気流下120℃の油浴中でマグネチック式攪拌機を用いて、16時間加熱撹拌した。反応液を室温まで冷却し、析出した無色の固体を吸引ろ過器によりろ別し、ヘプタン50mLを加え無色の固体を洗浄した。さらに無色の固体を100mLナス型フラスコに入れヘプタン60mLを加え、80℃で10分間攪拌した。熱時ろ過して得た無色の固体を真空乾燥して、四級アンモニウム塩(1−2a)を収量1.67g(収率72%)で得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピーク
及びIRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.89(t,3H)、1.01(m,7H)、1.22〜1.88(68H)、3.31(s,6H)、3.45(t,2H)、5.00(s,2H)、7.62(2H,d)、7.76(2H,d)。
IR(KBr,cm-1)3,422、2,949、2,867、1,450、1,200〜1,000、915、816、728、511。
Figure 0005862479
(実施例4)
硫酸水素塩(1−1c)の合成
300mLナスフラスコに四級アンモニウム塩(1−1b)4.0g(3.1mmol)、及びジクロロメタン40mLを加えた。水96mLに95重量%硫酸52mLを加えた硫酸水溶液を別途準備し、前記ジクロロメタン溶液を撹拌しながら硫酸水溶液をゆっくり加えた。室温で12時間激しく撹拌した後、分液にてジクロロメタン相を抽出した。抽出したジクロロメタン相に、水96mLに95重量%硫酸を52mL加えた硫酸水溶液を加え激しく室温で12時間撹拌し、次いでジクロロメタン相を抽出した。硫酸水溶液による振とうとジクロロメタン相の抽出の操作を計3回繰り返した後、ジクロロエタン相を減圧乾燥し、収量4.0g、収率96%で目的生成物の硫酸水素塩(1−1c)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.88(t,6H)、0.99(m,7H)、1.22〜1.40(m,24H+2H)、1.45〜1.79(m,56H)、2.72(m,2H)、3.15(d,3H)、3.27(m,4H)、4.60(d,2H)、7.12〜7.46(m,4H)。
Figure 0005862479
(実施例5)
四級アンモニウム塩(1−3a)の合成
ジムロート冷却器を付けた50mLナスフラスコにT8誘導体(16−3)1.23g(1.2mmol)、N,N−ジメチル−n−オクチルアミン0.38g(2.4mmol)、THF7mLを加え、75℃にて還流を行った。24時間後、反応液を濃縮し、得られた残渣にヘプタン10mLを加え、無色の沈殿物を析出させた。吸引ろ過により無色の沈殿物を分別した後、さらに無色の沈殿物をヘプタン10mLで洗浄した。真空乾燥を行い、収量1.06g(収率75%)で目的生成物である四級アンモニウム塩(1−3a)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.68(t,2H)、0.88(t,3H)、1.00(m,7H)、1.27〜1.83(m,70H)、3.39〜3.47(m,8H)、3.55(m,2H)。
Figure 0005862479
(実施例6)
四級アンモニウム塩(1−1d)の合成
ジムロート冷却器を付けた50mLナスフラスコにT8誘導体(16−1’)1.8g(1.86mmol)、N,N−ジメチル−n−オクチルアミン0.44g(2.80mmol)、DMF18mLを加え、100℃にて還流を行った。24時間後、反応液を濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル5mLを加え、無色の沈殿物を析出させた。吸引ろ過により無色の沈殿物を分別した後、さらに無色の沈殿物をアセトニトリル5mLで洗浄した。真空乾燥を行い、収量1.31g(収率63%)で目的生成物である四級アンモニウム塩(1−1d)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを
以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.61(m,16H)、0.88(t,3H)、0.97(m,42H)、1.27〜1.36(m,10H)、1.84〜1.88(m,9H)、2.75(m,2H)、3.30(s,3H)、3.31(s,3H)、3.49(m,2H)、4.89〜4.90(2H)、7.26〜7.5(m,4H)。
Figure 0005862479
(実施例7)
四級アンモニウム塩(1−2b)の合成
ジムロート冷却器を付けた50mLナスフラスコにT8誘導体(16−2’)2.24g(2.38mmol)、N,N−ジメチル−n−オクチルアミン0.56g(3.57mmol)、DMF23mlを加え、100℃にて還流を行った。24時間後、反応液を濃縮し、得られた残渣にアセトニトリル5mLを加え、無色の沈殿物を析出させた。吸引ろ過により無色の沈殿物を分別した後、さらに無色の沈殿物をアセトニトリル5mLで洗浄した。真空乾燥を行い、収量1.29g(収率49%)で目的生成物である四級アンモニウム塩(1−2b)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピーク
を以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.64(m,14H)、0.88(t,3H)、0.96(m,42H)、1.26〜1.35(m,10H)、1.83〜1.90(m,9H)、3.32(s,6H)、3.49(t,2H)、5.04(s,2H)、7.73(d,2H)、7.75(d,2H)。
Figure 0005862479
(実施例8)
四級アンモニウム塩(1−3b)の合成
ジムロート冷却器を付けた50mLナスフラスコにT8誘導体(16−3’)2.0g
(2.13mmol)、N,N−ジメチル−n−オクチルアミン33.52g(213.10mmol)を加え、100℃にて加熱を行った。16時間後、反応液を濃縮し、得られた残渣にヘプタン20mLを加え、無色の沈殿物を析出させた。吸引ろ過により無色の沈殿物を分別した後、さらに無色の沈殿物をヘプタン10mLで洗浄した。真空乾燥を行い、収量0.95g(収率41%)で目的生成物である四級アンモニウム塩(1−3b)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3):δ=0.61(d,14H)、0.67(t,2H)、0.88(t,3H)、0.96(d,42H)、1.28〜1.37(m,10H)、1.69〜1.80(m,4H)、1.85(m,7H)、3.41(s,8H)、3.55(m,2H)。
Figure 0005862479
(実施例9)
タングステン酸ナトリウム及び四級アンモニウム塩(1−1a)を用いた触媒の調製
ジムロート冷却器を付けた10mLのナスフラスコにタングステン酸ナトリウム0.8g(2.5mmol)及び40重量%リン酸水溶液0.61g(リン酸2.5mmol)を加え溶解させた。更に30重量%過酸化水素水8.0g(過酸化水素70.6mmol)を加え、マグネチック式攪拌機を用いて60℃の水浴で1時間加熱撹拌した。反応混合物を室温まで冷却後、水10mLで希釈してタングステン溶液1を調製した。別途、滴下ロート、温度計を取り付けた100mL四つ口フラスコに、四級アンモニウム塩(1−1a)1.0g(0.8mmol)/トルエン(40mL)溶液を準備した。ここに撹拌しながら室温下で、3分間かけてタングステン溶液1を滴下した。滴下後、室温下で1時間撹拌した後、有機相を分取し、硫酸ナトリウム(2g)を加えて乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別後、減圧濃縮・真空乾燥して無色の固体1.1gを得た。得られた生成物の1
−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固体を触媒1とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.86(t,3H)、0.93(m,2H)、0.99(m,7H)、1.23(br,12H)、1.44〜1.80(56H)、2.69(m,2H)、3.00(br,2H)、3.23(d,6H)、4.57(d,2H)、7.10〜7.48(m,4H)。
(実施例10)
タングステン酸ナトリウム及び四級アンモニウム塩(1−1a)を用いた触媒の調製
ジムロート冷却器を付けた10mLのナスフラスコに、タングステン酸ナトリウム0.8g(2.5mmol)及び40重量%リン酸水溶液0.61g(リン酸2.5mmol)を加え溶解させた後に、30重量%過酸化水素水8.0g(過酸化水素70.6mmol)に加えて35重量%塩酸をパスツールピペットで4滴を加え、マグネチック式攪拌機を用いて60℃の水浴で1時間加熱撹拌し、反応混合物を室温まで冷却後、水10mLで希釈してタングステン溶液2を調製した以外は、実施例11と同様にして無色の固体1.
1gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。こ
の無色の固体を触媒2とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.86(t,3H)、0.93(m,2H)、0.99(m,7H)、1.23(br,12H)、1.44〜1.80(56H)、2.69(m,2H)、3.00(br,2H)、3.23(d,6H)、4.57(d,2H)、7.10〜7.48(m,4H)。
(実施例11)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−1b)を用いた触媒の調製
ジムロート冷却器を付けた10mLのナスフラスコにタングステン酸0.7g(2.8mmol)及び30重量%過酸化水素水2.2g(過酸化水素19.5mmol)を加え、マグネチック式攪拌機を用いて60℃の水浴で1時間加熱撹拌した。反応混合物を室温まで冷却後、遠心分離(3,370rpm、10分間)して上澄み液を採取した。採取した上澄み液に40重量%リン酸水溶液0.22g(リン酸0.9mmol)を加えた後、水で23mLに希釈し、タングステン溶液3を調製した。得られたタングステン溶液3を、滴下ロート、温度計を取り付けた100mL四つ口フラスコに移しかえた。タングステン溶液3を撹拌しながら、四級アンモニウム塩(1−1b)1.9g(1.5mmol)/トルエン(30mL)溶液を室温下、タングステン溶液3に3分間かけて滴下した。滴下後、室温下で1時間撹拌した後、有機相を分取し、硫酸ナトリウム(2g)を加えて乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別後、減圧濃縮及び真空乾燥して無色の固体2.2gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固
体を触媒3とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.85(6H,t)、0.89〜0.94(m,2H)、0.99(m,7H)、1.15〜1.35(24H)、1.44〜1.80(56H)、2.64〜2.72(m,2H)、2.96〜3.18(br,4H)、3.32(s,3H)、4.61(br,2H)、7.02〜7.54(m,4H)。
元素分析 C:44.6%、H:6.6%、N:0.90%
ICP発光分析 W:13.4%、P:0.39%
(実施例12)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−2a)を用いた触媒の調製
ジムロート冷却器を付けた10mLのナスフラスコにタングステン酸0.41g(1.63mmol)及び30重量%過酸化水素水1.29g(過酸化水素11.379mmol)を加え、マグネチック式攪拌機を用いて60℃の水浴で1時間加熱撹拌した。反応混合物を室温まで冷却後、遠心分離((3,370rpm、10分間)して上澄み液を採取した。採取した上澄み液に40重量%リン酸水溶液0.13g(リン酸0.51mmol)を加えた後、水で15mLに希釈し、タングステン溶液4を調製した。得られたタングステン溶液4を、滴下ロート、温度計を取り付けた50mL四つ口フラスコに移しかえた。タングステン溶液4を撹拌しながら、四級アンモニウム塩(1−2a)1.0g(0.845mmol)/ジクロロメタン(18mL)溶液を室温下、4分間かけてタングステン溶液4に滴下した。滴下後、室温下で1時間撹拌した後、有機相を分取し、硫酸ナトリウム(2g)を加えて乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別後、減圧濃縮及び真空乾燥して無色の固体(1.06g)を得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピー
ク、IRスペクトルにおけるピーク、元素分析結果、及びICP発光分析結果を以下に示す。この無色の固体を触媒4とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.85(t,3H)、1.00(m,7H)、1.23〜1.75(m,68H)、3.00(br,2H)、3.26(s,6H)、4.65(s,2H)、7.49(s,2H)、7.69(d,2H)。
IR(KBr,cm-1)3,444、2,950、2,867、1,450、1,200〜1,000、848、730、573、509。
元素分析 C:41.9%、H:6.4%、N:0.9%
ICP発光分析 W:12.6%、P:0.43%
触媒4は室温でベンゼン、トルエン、アセトニトリル、t−ブタノール、ジクロロエタンには容易に溶解し、メタノール、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、ヘプタンには溶解しなかった。
(実施例13)
12−タングストリン酸及び四級アンモニウム塩(1−2a)を用いた触媒の調製
20mLのナスフラスコに12−タングストリン酸(0.44g)及び水(0.27mL)を加えて溶解した後、室温下、撹拌しながら30重量%過酸化水素水3.2mL、過酸化水素28.23mmol)を加え、30分撹拌してタングステン溶液5を調製した。このタングステン溶液5を撹拌しながら、四級アンモニウム塩(1−2a)(0.5g;0.4225mmol)/ジクロロメタン(4mL)溶液をタングステン溶液5に加え、室温下で1時間撹拌した。有機相を分取し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮、真空乾燥し、無色の固体0.53gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおける
ピークを以下に示す。この無色の固体を触媒5とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.85(t,3H)、1.00,(m,7H)、1.24〜1.75(68H)、2.98(br,2H)、3.18〜3.27(6H)、4.64(s,2H)、7.5(d,2H)、7.69(d,2H)。
(実施例14)
タングステン酸及び硫酸水素塩(1−1c)を用いた触媒の調製
ジムロート冷却器を付けた10mLのナスフラスコにタングステン酸0.7g(2.8mmol)及び30重量%過酸化水素水2.2g(過酸化水素19.5mmol)を加え、マグネチック式攪拌機を用いて60℃の水浴で1時間加熱撹拌した。反応混合物を室温まで冷却後、遠心分離(3,370rpm、10分間)して上澄み液を採取した。採取した上澄み液に40重量%リン酸水溶液0.22g(リン酸0.9mmol)を加えた後、水で23mLに希釈してタングステン溶液6を調製した。このタングステン溶液6を、滴下ロート、温度計を取り付けた100mL四つ口フラスコに移しかえ、撹拌しながら、四級アンモニウム塩(1−1c)2.0g(1.5mmol)/ジクロロメタン(30mL)溶液をタングステン溶液6に室温下、3分間かけて滴下した。反応液を室温下で1時間撹拌した後、有機相を分取し、硫酸ナトリウム(2g)を加えて乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別後、減圧濃縮、真空乾燥して無色の固体2.3gを得た。得られた生成物の1
−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固体を触媒6とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.86(t,6H)、0.89〜0.94(m,2H)、0.99(m,7H)、1.17〜1.35(24H)、1.44〜1.82(56H)、2.69(2H)、3.07〜3.25(br,4H)、3.30(s,3H)、4.61(br,2H)、7.03〜7.65(m,4H)。
(実施例15)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−3a)を用いた触媒の調製
四級アンモニウム塩(1−1b)に代えて四級アンモニウム塩(1−3a)0.8g(0.68mmol)を用いる以外は実施例11と同様にして無色の固体0.82gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固
体を触媒7とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.65(t,2H)、0.88(t,3H)、0.99(m,7H)、1.30(m,10H)、1.47〜1.99(60H)、3.23〜3.36(10H)。
(実施例16)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−1d)を用いた触媒の調製
四級アンモニウム塩(1−1b)に代えて四級アンモニウム塩(1−1d)0.9g(0.80mmol)を用いる以外は実施例11と同様にして無色の固体0.96gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固
体を触媒8とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.61(m,16H)、0.86(t,3H)、0.96(m,42H)、1.22(10H)、1.70(2H)、1.86(m,7H)、2.68(m,2H)、2.96(br,2H)、3.26(br,6H)、4.54(s,2H)、7.19〜7.26(m,4H)。
(実施例17)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−2b)を用いた触媒の調製
四級アンモニウム塩(1−1b)に代えて四級アンモニウム塩(1−2b)0.25g(0.23mmol)を用いる以外は実施例11と同様にして無色の固体0.26gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の
固体を触媒9とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.63(m,14H)、0.86(t,3H)、0.95(m,42H)、1.24(10H)、1.70(2H)、1.86(m,7H)、2.94(br,2H)、3.27(s,6H)、4.65(s,2H)、7.49(s,2H)、7.68(d,2H)。
(実施例18)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−3b)を用いた触媒の調製
四級アンモニウム塩(1−1b)に代えて四級アンモニウム塩(1−3b)0.7g(0.64mmol)を用いる以外は実施例11と同様にして無色の固体0.79gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固
体を触媒10とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.61(m,16H)、0.88(t,3H)、0.96(m,42H)、1.27〜1.36(12H)、1.68(2H)、1.86(m,7H)、3.23(2H)、3.3(8H)。
(実施例19)
タングステン酸及び四級アンモニウム塩(1−1a)を用いた触媒の調製
四級アンモニウム塩(1−1b)に代えて四級アンモニウム塩(1−1a)1.8g(1.5mmol)を用いる以外は実施例11と同様にして無色の固体1.7gを得た。得られた生成物の1H−NMRスペクトルにおけるピークを以下に示す。この無色の固体を
触媒11とする。
1H−NMR(CDCl3);δ=0.86(t,3H)、0.99(m,7H)、1.23(br,12H)、1.44〜1.80(56H)、2.69(m,2H)、3.00(br,2H)、3.23(d,6H)、4.57(d,2H)、7.10〜7.48(m,4H)。
元素分析 C:41.9%、H:6.1%、N:0.94%
ICP発光分析 W:12.4%、P:0.55%
(実施例20)
触媒1を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
ジムロート冷却器、温度計、滴下ロートを取り付けた50mL四つ口フラスコに、下記式(3−1a)で表されるジオレフィン体(3−1a)3.0g(8.87mmol)、触媒1を0.31g、及びトルエン30mLを加えてマグネチック攪拌機で攪拌し溶解し
た。前記四つ口フラスコを油浴に浸し、70℃まで昇温した。同温度を維持しながら撹拌下、15重量%過酸化水素水3.67g(過酸化水素17.73mmol)を5分間かけて滴下し、70℃の油浴中でさらに7時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、反応液にトルエン10mLを加えて有機相を分取した。有機相を水3mLで洗浄し、得られた有機相を、ロータリーエバポレーターを用いて真空下、濃縮して粗エポキシ体を得た。
粗エポキシ体は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製(溶出溶媒ヘプタン:酢酸エチル(容積比)=5:1)を行った。各フラクション毎に濃縮を行い生成物の単離を行った。その結果、高速液体クロマトグラフィー(カラム:YMC−Pack ODS−A(25cm×0.46cm)、移動相:MeOH:H2O(容量比)=9:1、検
出器:UV)で測定したところ、純度99.5%のジエポキシ体(9−1a)が収率42%で得られた。またジオレフィン体(3−1a)からジエポキシ体(9−1a)生成の過程の中間体であるモノエポキシ体1及び2が合わせて収率46%で得られた。
Figure 0005862479
(実施例21)
触媒2を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
触媒1に代えて0.31g(0.066mmol)の触媒2を用い、70℃における反応時間を8時間にした以外は実施例23と同じ方法によりジエポキシ体(9−1a)を合
成し、実施例20と同様に生成物を高速液体クロマトグラフィーで測定したところ、ジエポキシ体(9−1a)の収率は68%、モノエポキシ体1及び2の収率は30%であった。
(実施例22)
触媒3を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
触媒1に代えて触媒3を用いた以外は実施例20と同じ方法によりジエポキシ体(9−1a)を合成し、実施例20と同様に生成物を高速液体クロマトグラフィーで測定したところ、ジエポキシ体(9−1a)の収率は78%、モノエポキシ体1及び2の収率は14%であった。
(実施例23)
触媒4を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
触媒1に代えて触媒4を用いた以外は実施例20と同じ方法によりジエポキシ体(9−1a)を合成し、実施例20と同様に生成物を高速液体クロマトグラフィーで測定したところ、ジエポキシ体(9−1a)の収率は80%、モノエポキシ体1及び2の収率は17%であった。
(実施例24)
触媒5を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
ジムロート冷却器、温度計、滴下ロートを取り付けた50mL四つ口フラスコに、ジオレフィン体(3−1a)3.0g(8.87mmol)、触媒5を0.31g、及びトルエン30mLを加えてマグネチック攪拌機で攪拌し溶解した。前記四つ口フラスコを油浴に浸し、70℃まで昇温した。同温度を維持しながら撹拌下、15重量%過酸化水素水10.5g(過酸化水素44.35mmol)を5分間かけて滴下し、70℃の油浴中でさらに4時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、反応液にトルエン10mLを加えて有機相を分取した。有機相を水3mLで洗浄し、得られた有機相を、ロータリーエバポレーターを用いて真空下、濃縮して粗エポキシ体を得た。得られた濃縮残渣に酢酸エチル12mLを加えて生成物のエポキシ体を溶解させ、遠心分離(3,370rpm、10分間)して、触媒1を前記の生成エポキシ溶液から回収した。さらに、40℃、1時間、真空で溶媒を留去して、回収触媒5(触媒回収率87%)を得た。実施例20と同様に生成物を高速液体クロマトグラフィーで測定したところ、ジエポキシ体(9−1a)を収率86%で(0.94g;2.55mmol)得た。モノエポキシ体1及び2は検出されなかった。
(実施例25)
回収触媒5を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
実施例24で回収した回収触媒5を0.10g、ジオレフィン体(3−1a)1.00g(2.96mmol)、及び15重量%過酸化水素水2.69g(過酸化水素11.86mmol)を使用して、実施例24の方法に準じて70℃で16時間反応させ、また回収触媒5をさらに回収して回収触媒5’を0.9g(触媒回収率90%)得た。さらに実施例20と同様にシリカゲルカラムクロマトグラフィーで粗エポキシ体を精製してジエポキシ体(9−1a)を収率71%(0.86g、2.31mmol)で、中間体であるモノエポキシ体1及び2を収率3%で得た。
(実施例26)
触媒6を用いたジエポキシ体(9−1a)の合成
実施例20と同じ反応装置を用いて、ジオレフィン体(3−1a)3.0g(8.87mmol)、触媒6を0.33g、トルエン30mL、及び16重量%過酸化水素水3.67g(過酸化水素17.73mmol)を使用し、反応温度70℃で8時間攪拌して反応させ、実施例20と同様に生成物を高速液体クロマトグラフィーで測定したところ、ジ
エポキシ体(9−1a)を収率85%で得た。中間体であるモノエポキシ体1及び2を収率12%で得た。
(実施例27〜35)
下記表1に示す条件で、実施例24と同じ反応条件でエポキシ化反応を行い、また触媒を回収してそれぞれ回収触媒を得た。反応条件及び結果を表1に示す。
Figure 0005862479
(実施例36)
窒素ガス置換下、ジムロート冷却器、温度計、定量送液ポンプ、メカニカル攪拌機を取り付けた500mLジャケット式反応槽に、ジオレフィン体(3−1a)15.00g(44.3mmol)及び1.50gの触媒3を加えた後、トルエン150mLを加えて溶解した。恒温槽に接続した温水を反応器のジャケットに循環させ反応器中の内部温度を70℃まで昇温させた。同温度を維持しつつ300rpmで撹拌しながら、16重量%過酸化水素水47.10g(過酸化水素221.5mmol)を8分間かけて定量送液ポンプでフィードした。7時間撹拌した後、内部温度を室温まで冷却した。反応液を500mLの分液ロートに移し、静置して有機相と水相を分離し、水相を取り除いた。有機相に水(30mL)を加えて有機相を洗浄後、ロータリーエバポレーターを用いて有機相を減圧濃縮した。濃縮残渣に酢酸エチル200mLを加えて撹拌した後、析出した沈殿物を遠心分離(3,370rpm、10分間)した。
真空乾燥器を用い、得られた沈殿物から50℃、2時間真空で溶媒を除去して、触媒を回収し、回収触媒3を1.4g得た(触媒回収率93%)。
一方で、遠心分離で得られた上澄み液からは、真空下、ロータリーエバポレーターを用い、溶媒留去を行い、粗エポキシ体を得た。長さ100mm、内径30mmの開口カラムにシリカゲル(500gメッシュ)を充填した。粗エポキシ体を実施例20と同様に精製し、ジエポキシ体(9−1a)14.1g(38.1mmol)を収率86%で得た。得
られたジエポキシ体(9−1a)の純度を実施例20の高速液体クロマトグラフィーの条件で測定したところ、純度は99.5%であった。またモノエポキシ体1及び2は0.1%検出された。
(実施例37)
モノエポキシ体の合成
ジムロート冷却器、温度計、滴下ロートを取り付けた50mL四つ口フラスコに、下記式に表される化合物(2−4a)1.00g(4.25mmol)及び0.208gの触媒3を加えた後、トルエン5mLを加えて溶解した。この溶液の入ったフラスコを油浴に浸し、70℃まで昇温した。同温度を維持しながら撹拌下、15重量%過酸化水素水1.93g(過酸化水素8.51mmol)を前記溶液に滴下した。滴下後、70℃の油浴中で6時間撹拌した後、反応液を室温まで冷却し、トルエン10mLを反応液に加えて有機相を分取した。有機相を水3mLで洗浄後、減圧濃縮した。濃縮残渣に酢酸エチル10mLを加えて撹拌した後、遠心分離にて触媒3を回収し、回収触媒3を0.11g得た。一方で、遠心分離の上澄み液を減圧濃縮し、その後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー処理(酢酸エチル:ヘプタン(容積比)=1:5→1:3)して化合物(8−4a)を単離した(0.845g、収率79%)。生成物の1H−NMRのピークを以下に示す。
1H−NMR(CDCl3);δ(ppm)=2.88(dd,1H)、2.94(dd,1H)、3.39(m,1H)、4.01(dd,1H)、4.30(dd,1H)、7.03(m,2H)、7.54(m,2H)、7.64(m,2H)、7.69(m,2H)。
Figure 0005862479
(比較例1)
塩化トリオクチルメチルアンモニウムを用いた触媒の合成
100mLのナスフラスコにタングステン酸5.00g(20.0mmol)及び35重量%過酸化水素水11.90g(過酸化水素122.5mmol)を加え、60℃の水浴で1時間加熱撹拌した。反応混合物を室温まで冷却後、遠心分離して上澄み液を採取した。採取した上澄み液に40重量%リン酸水溶液(1.23g;5.0mmol)を加えた後、水で60mLに希釈し、300mLフラスコに移しかえた。この溶液を撹拌しながら塩化トリオクチルメチルアンモニウム(4.04g;10.0mmol)/ジクロロメタン(80mL)溶液を室温下、7分間かけて滴下した。反応液を室温下で15分間撹拌した後、有機相を分取し、硫酸ナトリウム2gを加えて乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別後、減圧濃縮、真空乾燥して粘性の高い固体7.21gを得た。この固体を触媒C1とす
る。
触媒C1を用いた反応、触媒回収
触媒3に代えて0.75gの触媒C1を用い、かつ過酸化水素水に17.5重量%過酸化水素水43.05g(過酸化水素221.5mmol)を用いた以外は実施例36と同様にして、ジエポキシ体(9−1a)12.30g(33.2mmol)を収率75%で得た。ジエポキシ体の純度は99.5%であった。またモノエポキシ体1及び2が0.1%検出された。実施例36と同様に、反応後の有機相を減圧濃縮し、濃縮残渣に酢酸エチル200mLを加えて撹拌したが、沈殿物は生成せず、触媒C1を回収することはできなかった。
(実施例38)
触媒3を用いたジエポキシ体(11−3)の合成
触媒3を0.3g用い、ジオレフィン体(5−3)3.0g(4.7mmol)、15重量%過酸化水素水4.31g(19.0mol)、70℃における反応時間を4時間にした以外は、実施例20と同じ方法によりジエポキシ体(11−3)を合成し、粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製したところ、ジエポキシ体(11−3)を収率79%で得た。
Figure 0005862479
(実施例39)
触媒3を0.2を用い、ジオレフィン体(7−3)3.0g(4.3mmol)、15重量%過酸化水素水2.43g(10.8mmol)、50℃における反応時間を3時間にした以外は、実施例20と同じ方法によりジエポキシ体(13−3)を合成し、実施例20と同じ方法により(13−3)を合成し、粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製したところ、ジエポキシ体(13−3)を収率80%で得た。
Figure 0005862479
本実施例に示した方法に準じて、前記のオレフィン誘導体(2−1)〜(2−8)、(3−1)〜(3−6)、(4−1)〜(4−8)、(5−1)〜(5−6)、(6−1)〜(6−8)、(7−1)〜(7−6)から、下記式で表される、対応するエポキシ誘導体(8−1)〜(8−8)、(9−1)〜(9−6)、(10−1)〜(10−8)、(11−1)〜(11−6)、(12−1)〜(12−8)、(13−1)〜(13−6)を容易に合成することができる。
Figure 0005862479
Figure 0005862479
Figure 0005862479
Figure 0005862479
Figure 0005862479
Figure 0005862479
本発明によれば、液晶化合物となるエポキシ誘導体を効率よく製造することができ、かつ反応系から容易かつ高効率で酸化触媒を回収することができる。このような本発明により、液晶化合物の生産性のさらなる向上や、液晶化合物の製造における環境負荷のさらなる軽減が期待される。

Claims (11)

  1. 式(1)で表される四級アンモニウム塩。
    Figure 0005862479

    (式(1)において、R1は、独立して、炭素数1〜10のアルキル、炭素数4〜7のシクロアルキル、炭素数1〜12のフルオロアルキルを表し、R2、R3及びR4は、それぞれ炭素数1〜16のアルキルを表し、Zは、炭素数1〜20のアルキレンを表し、X-は、Cl-、Br-、I-、F-又はSO4-を表し、前記R1〜R4及びZにおいて、任意の−CH2−は、独立してフェニレン又はオキシ(ただしオキシは非連続)で置き換えられてもよく、また、任意の−CH2−中の任意の水素は、独立して炭素数1〜6のアルキルで置き換えられてもよい。)
  2. Zが−CH2CH2PhCH2−(Phはフェニレンを表す)である、請求項1に記載の四級アンモニウム塩。
  3. Zが−PhCH2−(Phはフェニレンを表す)である、請求項1に記載の四級アンモニウム塩。
  4. Zが−(CH2n−(nは1〜20の整数を表す)である、請求項1に記載の四級アン
    モニウム塩。
  5. タングステン酸類とリン酸類との過酸化水素水中での反応生成物、タングステン酸類の過酸化水素水中での反応生成物とリン酸類との混合物、又はタングステン、リン、及び酸素を含むヘテロポリ酸の過酸化水素水中での反応生成物と、請求項1〜4のいずれか一項に記載の四級アンモニウム塩とを反応させることを特徴とする、
    オレフィン類を、過酸化水素との存在下で酸化反応させることによるエポキシ誘導体製造用の酸化触媒の製造方法
  6. 前記タングステン酸類がタングステン酸ナトリウム又はタングステン酸であり、前記リン酸類がリン酸であり、前記ヘテロポリ酸が12−タングストリン酸である、請求項5に記載の酸化触媒の製造方法
  7. 求項5又は請求項6に記載の酸化触媒の製造方法で酸化触媒を製造し、
    オレフィン類を、前記酸化触媒と過酸化水素との存在下で酸化反応させてエポキシ誘導体を得るエポキシ誘導体の製造方法であって、該オレフィン類とエポキシ誘導体の組み合わせが、下記の(2)と(8)、(3)と(9)、(4)と(10)、(5)と(11)、(6)と(12)および(7)と(13)からなる群より選択される、エポキシ誘導体の製造方法。
    Figure 0005862479

    (式(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)中、Raは、水素、フッ素、塩素、シアノ、トリフルオロメトキシ、炭素数1〜20のアルキル、炭素数1〜20のアルコキシ、又は炭素数2〜20のアルケニルオキシを表し、式(2)〜(13)中、Bのうちの一つは独立して、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、9−クロロフルオレン−2,7−ジイル、又は9,9−ジフルオロフルオレン−2,7−ジイルを表し、残りのBは独立して1,4−シクロヘキシレン又は1,4−フェニレンを表し、Yは、独立して単結合、−COO−、−OCO−、−(CH22−、又は−C≡C−を表し、Qは独立して、単結合又は炭素数1〜20のアルキレンを表し、tは1又は2を表す。Bにおける1,4−フェニレンにおいて、任意の水素は、独立して塩素、フッ素、シアノ、メチル、エチル、プロピル、又はトリフ
    ルオロメチルで置き換えられてもよく、Qにおけるアルキレンにおいて、任意の−CH2−は二つまで(ただし二つの場合は非連続)オキシで置き換えられてもよい。)
  8. 前記オレフィン類の酸化反応を芳香族炭化水素系溶媒中で行い、
    前記酸化反応後に、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、又はエステル系溶媒とアルコール系溶媒との混合溶媒を用いて、前記酸化反応で生じた反応溶液に溶解している酸化触媒を析出させて回収することを特徴とする請求項7に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
  9. 芳香族炭化水素系溶媒として、トルエン、ベンゼン、又はエチルベンゼンを用いることを特徴とする請求項8に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
  10. エステル系溶媒として、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、又はエチレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いることを特徴とする請求項8又は9に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
  11. アルコール系溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、又は2−ブタノールを用いることを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載のエポキシ誘導体の製造方法。
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