JP6268078B2 - N−オキシル化合物の分解方法 - Google Patents
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- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Description
また、TEMPO触媒酸化反応では、水を媒体として、常温常圧の反応で、セルロース等の多糖類の水酸基を選択的にカルボキシル基のナトリウム塩等に変換することができることが知られている。このような反応は短時間で進行するため、多糖類の位置特異的な化学構造変換反応に用いることができるなど、TEMPO等のN−オキシル化合物は産業レベルでの利用が期待されている。
また、特許文献2には、TEMPOと粒子状磁性物質を化学結合させることにより、TEMPO触媒酸化反応後に磁力によりTEMPOを回収する方法が記載されている。
以下に本発明を詳述する。
上記TEMPOの誘導体としては、例えば、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アセトアミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アセトアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、N,N−ジメチルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2−アザアダマンタンN−オキシル等が挙げられる。
上記N−オキシル化合物を含有する溶液は、上記N−オキシル化合物を1種のみ含有してもよく、2種以上を含有してもよい。
上記溶液のpHを調整する際のpH調整剤としては、特に限定されないが、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸等が挙げられる。
フェントン試薬法では、フェントン反応により、下記式(1)及び下記式(2)のように、鉄(II)イオンは過酸化水素により鉄(III)イオンに酸化され、ヒドロキシルラジカルと水酸化物イオンが生成する。次に鉄(III)イオンは鉄(II)イオンに還元され、過酸化水素によりヒドロペルオキシドラジカルとプロトンが生成される。
Fe2++H2O2 → Fe3++OH・+OH− (1)
Fe3++H2O2 → Fe2++OOH・+H+ (2)
これらの鉄塩は、単独で用いられてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記撹拌方法としては、例えば、撹拌翼を有する攪拌機による方法、ポンプによる循環による方法、散気管等によるエアレーション等が挙げられる。
N−オキシル化合物として、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルを水に溶解し、N−オキシル化合物を含有する水溶液100mL(N−オキシル化合物0.656mmol/L)を得た。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.654mmol/Lとし、硫酸第一鉄・七水和物0.06g(0.216mmol)添加した以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.710mmol/Lとし、硫化第一鉄・七水和物0.96g(3.453mmol)、30%過酸化水素水1.07mL(過酸化水素10.48mmol)添加した以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.672mmol/Lとし、硫化第一鉄・七水和物0.06g(0.216mmol)、30%過酸化水素水0.075mL(過酸化水素0.73mmol)添加した以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.676mmol/Lとし、硫化第一鉄・七水和物0.06g(0.216mmol)、30%過酸化水素水0.035mL(過酸化水素0.34mmol)添加した以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物として4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(H−TEMPO)を用い、N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.530mmol/L、硫酸第一鉄・七水和物0.06g(0.216mmol)、30%過酸化水素水0.13mL(過酸化水素1.27mmol)を添加し、120分間撹拌して反応させることにより分解処理を行った以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物として4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(A−TEMPO)を用い、N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.577mmol/Lとし、硫酸第一鉄・七水和物0.06g(0.216mmol)、30%過酸化水素水0.13mL(過酸化水素1.27mmol)を添加し、180分間撹拌して反応させることにより分解処理を行った以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物としてA−TEMPOを用い、N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.614mmol/Lとし、硫酸第一鉄・七水和物0.16g(0.575mmol)、30%過酸化水素水0.13mL(過酸化水素1.27mmol)を添加し、150分間撹拌して反応させることにより分解処理を行った以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.580mmol/Lとし、硫酸第一鉄・七水和物に代えて塩化第一鉄・四水和物0.05g(0.251mmol)、30%過酸化水素水0.13mL(過酸化水素1.27mmol)を添加し、150分間撹拌して反応させることにより分解処理を行った以外は、実施例1と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.714mmol/Lとし、30%過酸化水素水を添加しなかった以外は、実施例2と同様にしてN−オキシル化合物の分解処理を行った。
N−オキシル化合物を含有する水溶液におけるN−オキシル化合物の濃度を0.572mmol/Lとし、硫酸第一鉄・七水和物を添加しなかった以外は、実施例1と同様にしてTEMPOの分解処理を行った。
実施例1〜9及び比較例1〜2について以下の評価を行った。
撹拌開始後30分毎に処理液をサンプリングし、ESR測定装置e−scan 卓上型 ESR スペクトロメーター(ブルカー・バイオスピン社製)を用いたESR測定を行い、ラジカル量を測定した。ラジカルが検出できなくなった時点で反応終了とし、確認のために一昼夜静置後、再度残存がないかESR測定を行い、ラジカル量を測定した。結果を表2に示す。
なお、実施例1〜5及び9については、撹拌時間を90分として分解処理を行った。実施例1、2、4、5及び9では、撹拌開始90分後、ラジカルの残留が確認されたものの、一昼夜静置後、ラジカルが検出されないことを確認した。
実施例1〜9及び比較例1、2の分解処理後、混合液を一昼夜静置し、Quantofix(MACHEREY−NAGEL社製)過酸化水素試験紙を混合液に浸漬することにより、残留過酸化水素の濃度を測定した。
その結果、実施例1〜9及び比較例1、2の分解処理後、一昼夜静置した混合液には過酸化水素が残留しておらず、過酸化水素由来のヒドロペルオキシドラジカルが検出されないことを確認した。
実施例3の分解処理後、一昼夜静置後の混合液について、JIS K 0101−36.2に準拠してインドフェノール青吸光光度法によりアンモニア体窒素の含有量を測定した。また、DX−500(ダイオネクス社製)を用い、イオンクロマトグラフ法により亜硝酸イオン及び硝酸イオンの含有量を測定した。結果を表3に示す。
表3の通り、分解処理終了後の混合液からは、窒素化合物の分解生成物であるアンモニア体窒素、亜硝酸イオン、硝酸イオンが検出されており、N−オキシル化合物が分解されていることを確認した。
分解処理終了後の混合液に生成された沈殿生成物をヘキサン10mlで溶媒抽出することにより抽出し、ガスクロマトグラフ質量分析計GC−17A(島津製作所社製)を用いて、GC−MS分析を行い、ピーク強度を測定し、2,2,6,6−テトラメチルピペリジンの残留の有無を確認し、ピペリジン構造が存在しているか否かを確認した。評価結果を表2に示す。
実施例1〜9の分解処理終了後に得られた混合液に生成された沈殿生成物では、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン由来のピークは検出されず、ピペリジン構造が存在していないことを確認した。
分解処理終了後の混合液に生成された沈殿生成物について、NMR分析装置JNM−ECA500(日本電子社製)を用いて、固体NMR測定を行い、残存有機物の有無を確認した。評価結果を表2に示す。また、実施例2、6、7、8の測定結果を図1に示す。
図1から、実施例2、6、7、8の分解処理後の沈殿生成物には有機化合物が含有しておらず、N−オキシル化合物が充分に分解されていることを確認した。他の実施例についても同様の傾向が確認でき、N−オキシル化合物が充分に分解されていることを確認した。
Claims (4)
- N−オキシル化合物を含有する溶液に、過酸化水素と鉄塩とを添加してN−オキシル化合物を分解することを特徴とするN−オキシル化合物の分解方法。
- 鉄塩の添加量は、N−オキシル化合物1molに対して、0.03〜100molであることを特徴とする請求項1記載のN−オキシル化合物の分解方法。
- 過酸化水素の添加量は、N−オキシル化合物1molに対して、0.05〜200molであることを特徴とする請求項1又は2記載のN−オキシル化合物の分解方法。
- 鉄塩は、無機酸の鉄塩であることを特徴とする請求項1、2又は3記載のN−オキシル化合物の分解方法。
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