JP6700252B2 - フェノール基材をヒドロキシル化するための方法及びヒドロキシル化されたフェノール基材の製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１４年８月１９日に出願された米国仮出願第６２／０３８，９６６号の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下での利益を主張する、２０１５年２月１９日に出願された同時係属中の米国特許出願第１４／６２６，９１８号に対する優先権を主張する。

本発明は、フェノールまたはフェノールエーテルなどのフェノール基材を過酸化水素でヒドロキシル化するための方法に関する。

フェノールの過酸化水素によるヒドロキシル化は、ヒドロキノン（ＨＱ）およびピロカテコール（ＣＴ）を生成するために数十年間にわたり商業的に実施されてきた。ヒドロキシル化反応は、いくつかのタイプの触媒、例えば、遷移金属、強酸、ケトン、およびチタン含有ゼオライトで触媒することができる。例えば、“Ｈｙｄｒｏｑｕｉｎｏｎｅ，Ｒｅｓｏｒｃｉｎｏｌ，ａｎｄ Ｃａｔｅｃｈｏｌ，”Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｏｎ−ｌｉｎｅ ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ４．２０００を参照されたい。

ヒドロキノンおよびピロカテコールを生成するためのフェノールヒドロキシル化反応の改善、特に反応速度、収率、および／またはヒドロキノンとピロカテコールとの間の比の変更の改善においてかなりの努力がなされてきた。例えば、米国特許第３，８４９，５０２号明細書、同第４，０１３，７２７号明細書、同第４，０７２，７２２号明細書、同第４，０７８，００６号明細書、同第４，２１４，１０５号明細書、同第４，２２３，１６５号明細書、同第５，３３１，１０３号明細書、同第５，４１４，１５３号明細書、および同第５，４３４，３１７号明細書を参照されたい。

米国特許第３，８４９，５０２号明細書には、金属イオンの実質的な非存在下および−０．１未満の水中ｐＫ値を有する触媒量の強酸の存在下において、過酸化水素でフェノールまたはフェノールエーテルをヒドロキシル化するための方法が開示されている。

米国特許第４，０１３，７２７号明細書には、活性白土、ホウ酸またはホウ酸誘導体からなる群から選択される触媒の存在下で、２０〜２５０℃の温度でケトンの存在下において過酸化水素またはケトン過酸化物でフェノールエーテルをヒドロキシル化するための方法が開示されている。

米国特許第４，０７２，７２２号明細書には、硫酸もしくはその塩、またはスルホン酸もしくはその塩の存在下または非存在下においてケトン過酸化物で一価フェノール誘導体を酸化することにより、二価フェノール誘導体を調製するための方法が開示されている。

米国特許第４，０７８，００６号明細書には、ケトンの存在下において過酸化水素で一価フェノール誘導体を酸化することにより、二価フェノール誘導体を調製するための方法が開示されている。反応は、硫酸もしくはその塩、またはスルホン酸もしくはその塩により促進される。

米国特許第４，２１４，１０５号明細書には、強酸の存在下において過酸化水素でフェノールをヒドロキシル化することにより、ピロカテコールおよびヒドロキノンを生成するための方法が開示されている。反応の開始時に、フェノールは、非水性溶媒中で実質的に無水の過酸化水素と反応させる。

米国特許第４，２２３，１６５号明細書には、トリフルオロメタンスルホン酸を含む反応媒体中において、過酸化水素でフェノールおよびフェノールエーテルを約−４０および１０℃の温度でヒドロキシル化するための方法が開示されている。

米国特許第５，３３１，１０３号明細書には、強酸およびケトンならびに極性非プロトン溶媒の存在下において過酸化水素でフェノール化合物をヒドロキシル化するための方法が開示されている。

米国特許第５，４３４，３１７号明細書には、強酸、そのアルカリ金属塩またはそのアルカリ土類金属塩、およびケトンの存在下において過酸化水素でフェノール化合物をヒドロキシル化するための方法が開示されている。ヒドロキノンへの選択性は、ベンゾフェノンおよびその誘導体の使用によって増加される。

工業的に、フェノールおよびフェノールエーテルなどのフェノール基材をヒドロキシル化する際の改善に対する必要性がある。

第１に、工業界は、より低い濃度の過酸化水素を使用することを望んでいる。上で検討された特許の多くは、少なくとも６０重量％の濃度を有する水性過酸化水素の使用を述べている。濃過酸化水素を取り扱うには特別な注意が払われなければならない。したがって、工業界は、約３０重量％の水性過酸化水素を使用することを望んでおり、これは、より容易に利用でき、使用するのにより安全であり、かつより経済的である。

第２に、工業界は、製造プロセスにより生じる廃棄物の量を減少させるために、フェノールおよびフェノールエーテルなどのフェノール基材をヒドロキシル化する際により高い収率を得ることを望んでいる。

第３に、工業界は、使用される触媒の量を減少させ、および／または生成物の製造のための設備のサイズおよび費用を減少させるために、反応の速度を増加させることを望んでいる。

第４に、工業界は、市場ニーズに基づいて生成物選択性を変更し得ることを望んでいる。例えば、フェノールのヒドロキシル化は、ヒドロキノンおよびピロカテコールを生成する。ヒドロキノンとピロカテコールとの比を制御し得ることが望ましい。

要約すれば、フェノールおよびフェノールエーテルなどのフェノール基材をヒドロキシル化するための方法をさらに改善する必要性がある。

本発明は、フェノール基材をヒドロキシル化するための方法であって、強酸、ケトン、およびそれらの混合物からなる群から選択される触媒の存在下でフェノール基材および過酸化水素を反応混合物中において反応させる工程と；同時に反応混合物から水を除去する工程とを含む方法である。

本発明の方法を行うために使用することができる１つの装置の部分的な組み立てである。

本発明は、フェノール基材をヒドロキシル化するための方法であって、強酸、ケトン、およびそれらの混合物からなる群から選択される触媒の存在下でフェノール基材および過酸化水素を反応混合物中において反応させる工程と；同時に反応混合物から水を除去する工程とを含む方法に関する。

本発明の方法は、一般式（Ｉ）のフェノール基材に適する。
式（Ｉ）中、円は芳香族核を象徴する。Ｒ_１は、水素原子、またはアルキル、シクロアルキル、もしくはアリール基を表す。Ｒ_２は、水素原子、または１個もしくは複数の同一もしくは異なる置換基を表す。芳香族核上の置換基の数は、ｎにより表され、これは、１５以下の数である。式（Ｉ）中、基−ＯＲ_１は、Ｒ_１が水素原子以外である場合、エーテル基である。

芳香族核の例には、スキームＩＩに示されるものが含まれる。

本方法は、式（ＩＩＩ）：
に対応するフェノール基材に特に適する。式（ＩＩＩ）中、ｍは、０〜４の数であり、好ましくは０、１、または２に等しく；Ｒ_１は、水素原子またはアルキル、シクロアルキル、アリールもしくはアラルキル基を表し；Ｒ_２は、同一または異なっていてもよく、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、ハロアルキル、パーハロアルキル基などを表す。

本発明の方法は、ｍが０または１に等しく；Ｒ_１がハロゲン原子または１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し；Ｒ_２が水素原子、または１〜４個の炭素原子を有するアルキルもしくはアルコキシ基を表す、式（ＩＩＩ）に対応する基材に優先的に適用される。

式（Ｉ）および式（ＩＩＩ）において、用語「アルキル」は、直鎖または分岐のＣ_１〜Ｃ_１５、好ましくはＣ_１〜Ｃ_１０、より優先的にはＣ_１〜Ｃ_４炭化水素系鎖を意味する。アルキル基の例は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔ−ブチルなどである。

用語「アルコキシ」は、用語「アルキル」が上に与えられた意味を有する、基「アルキル−Ｏ−」を意味する。アルコキシ基の好ましい例は、メトキシおよびエトキシ基である。

用語「シクロアルキル」は、Ｃ_３〜Ｃ_８単環式炭化水素系基、好ましくはシクロペンチルまたはシクロヘキシル基を意味する。

用語「アリール」は、単環式または多環式芳香族、好ましくはＣ_６〜Ｃ_２０単環式または二環式基、好ましくはフェニルまたはナフチルを意味する。基が多環式である場合、すなわち、それが２つ以上の環式核を含む場合、環式核は、対で縮合されていても、またはσ結合を介して対で結合されていてもよい。アリール基の例は、特にフェニルおよびナフチルである。

用語「アラルキル」は、芳香族基を有する直鎖または分岐の炭化水素系基を意味し；アラルキル基の脂肪族鎖は、一般に１〜１０個の炭素原子を含む。アラルキル基の例には、ベンジル、１−フェニルエチル、２−フェニルエチル、１−フェニルプロピル、２−フェニルプロピル、３−フェニルプロピルなどが含まれる。

用語「ハロアルキル基」は、１個以上の水素原子がハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で置き換えられている、前に定義されたとおりのアルキル基を意味する。

用語「パーハロアルキル基」は、１〜１０個の炭素原子および３〜２１個のハロゲン原子、好ましくはフッ素を含むアルキル基、より特にはトリフルオロメチル基を意味する。

用語「ハロゲン原子」は、フッ素、塩素、および臭素を定義する。

本発明の方法で使用されてもよい好ましいフェノール基材の例には、フェノール、アニソール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２−エチルフェノール、３−エチルフェノール、２−プロピルフェノール、２−ｓｅｃ−ブチルフェノール、２−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、３−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２−メトキシフェノール、３−メトキシフェノール、４−メトキシフェノール、２−エトキシフェノール、サリチル酸メチル、２−クロロフェノール、３−クロロフェノール、４−クロロフェノール、２，３−ジメチルフェノール、２，５−ジメチルフェノール、２，６−ジメチルフェノール、３，５−ジメチルフェノール、２，３−ジクロロフェノール、２，５−ジクロロフェノール、２，６−ジクロロフェノール、３，５−ジクロロフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，３，５−トリメチルフェノール、２，３，６−トリメチルフェノール、２，３，５−トリクロロフェノール、および２，３，６−トリクロロフェノールが含まれる。より好ましいフェノール基材には、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、アニソール、フェネトール、２−メトキシフェノールまたは２−エトキシフェノールが含まれる。１つの特に好ましいフェノール基材は、フェノールであり、これは、ヒドロキノンおよびピロカテコールを生成するために使用することができる。

本発明の方法は、過酸化水素を使用する。過酸化水素のいずれの供給源が使用されてもよい。使用される過酸化水素は、水溶液または有機溶媒中の溶液の形態であってもよい。過酸化水素の水溶液はより容易に利用可能であるため、それらが好ましくは使用される。少なくとも２０重量％、好ましくは２０〜９０重量％のＨ_２Ｏ_２濃度を有する過酸化水素水溶液が、一般に使用される。好都合には、約３０重量％の濃度を有する市販の過酸化水素水溶液が使用される。

使用される過酸化水素の量は決定的ではない。一般にＨ_２Ｏ_２とフェノール基材とのモル比は、０．０１：１〜０．５：１、好ましくは０．０２：１〜０．３：１、より好ましくは０．０３：１〜０．２：１である。

本発明の方法は、強酸、ケトン、およびそれらの混合物からなる群から選択される触媒を使用する。本方法は、触媒として強酸を使用してもよい。本発明において、用語「強酸」は、−０．１未満、好ましくは−１．０未満、より好ましくは−５．０未満の水中ｐＫａを有する酸を意味する。ｐＫａは、水が溶媒として使用される場合に酸／塩基対のイオン解離定数であると定義される。この定義に対応する酸の中で、過酸化水素による酸化に対して安定であるものを使用することが好ましい。適当な酸触媒の例には、硫酸、過塩素酸、脂肪族または芳香族スルホン酸（例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、スルホン化ヒドロキシ安息香酸；ヒドロキシベンゼンジスルホン酸、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸、ヒドロキシトルエンスルホン酸、ヒドロキシナフタレンスルホン酸、およびヒドロキシナフタレンジスルホン酸）、ハロスルホン酸（例えば、フルオロスルホン酸、クロロスルホン酸）、パーハロ酢酸（例えば、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸）、ビス−トリフルオロメタンスルホンアミド、スルホン酸樹脂などが含まれる。より好ましい酸触媒には、硫酸、過塩素酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸、クロロスルホン酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ビス−トリフルオロメタンスルホン酸、スルホン酸樹脂などが含まれる。最も好ましい強酸触媒には、硫酸、過塩素酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸、クロロスルホン酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸などが含まれる。特に好ましい酸触媒には、過塩素酸およびトリフルオロメタンスルホン酸が含まれる。

本発明の方法で使用される強酸の量は決定的ではない。一般に、酸触媒とフェノール基材とのモル比は、０．００００１：１〜０．０５：１、好ましくは０．０００１：１〜０．０１：１、より好ましくは０．０００２：１〜０．００５：１である。

本方法は、触媒としてケトンを使用してもよい。ケトンは、式（ＩＶ）：
で表される。式（ＩＶ）中、Ｒ_３およびＲ_４は、任意の炭化水素系基である。Ｒ_３およびＲ_４は、直鎖または分岐アルキル基、直鎖または分岐アルケニル基、シクロアルキルまたはシクロアルケニル基、単環式または多環式アリール基などであってもよい。一般に、Ｒ_３およびＲ_４は、１〜３０個の炭素原子を有する。Ｒ_３およびＲ_４は、二価基を形成してもよい。Ｒ_３およびＲ_４は、ヒドロキシ、ケトン、エステル、エーテル、カルボン酸、ハロゲンなどの置換基を有してもよい。

適当なケトンの例には、アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノン、３−ペンタノン、３−メチル−２−ブタノン、２−ヘキノン、３−ヘキサノン、３−メチル−２−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、３，３−ジメチル−２−ブタノン、２−ヘプタノン、３−ヘプタノン、２，４−ジメチル−３−ペンタノン、２−オクタノン、６−メチル−２−ヘプタノン、２−ノナノン、２，６−ジメチル−４−ヘプタノン、２，２，４，４−テトラメチル−３−ヘプタノン、３−デカノン、６−ウンデカノン、２−トリデカノン、７−トリデカノン、２−テトラデカノン、２−ペンタデカノン、２−ヘキサデカノン、２−ヘプタデカノン、３−オクタデカノン、４−ノナデカノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、２−エチル−１−シクロペンタノン、２−メチル−１−シクロヘキサノン、シクロデカノン、２，３−ブタンジオン、２，４−ペンタンジオン、２，５−ヘキサンジオン、ベンゾフェノン、２−メチルベンゾフェノン、２，４−ジメチルベンゾフェノン、４，４’−ジメチルベンゾフェノン、２，２’−ジメチルベンゾフェノン、４，４’−ジメトキシベンゾフェノン、４−ヒドロキシベンゾフェノン、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、４−ベンゾイルビフェニル、アセトフェノン、エチルフェニルケトン、ｎ−プロパニルフェニルケトンなどが含まれる。

ケトン前駆体が使用されてもよい。ケトン前駆体は、本方法の条件下でケトンに変換することができる化合物である。例えば、第二級アルコールは、過酸化水素により対応するケトンに酸化されてもよく、したがって、第二級アルコールは、適当なケトン前駆体である。適当な第二級アルコールには、２−プロパノール、２−ブタノール、２−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、３−メチル−２−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、３，３−ジメチル−２−ブタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、２−オクタノール、６−メチル−２−ヘプタノール、２−ノナノール、２，６−ジメチル−４−ヘプタノール、２，２，４，４−テトラメチル−３−ペンタノール、３−デカノール、６−インデカノール、２−トリデカノール、７−トリデカノール、２−テトラデカノール、２−ペンタデカノール、２−ヘキサデカノール、２−ヘプタデカノール、２−オクタデカノール、３−オクタデカノール、４−ノナデカノール、３−ブテン−２−オール、３−ペンテン−２−オール、５−ヘキセン−２−オール、４−メチル−３−ペンテン−２−オール、６−メチル−５−ヘプテン−２−オール、５−オクテン−２−オール、７−ノナデセン−２−オール、１−クロロ−２−ブタノール、１−クロロ−３−ヘプタノール、３−ヒドロキシ−２−ブタノール、１−ブロモ−３−ヘプタノール、１−ヒドロキシ−２−プロパノール、４−アミノ−４−メチル−２−ペンタノール、１−フェニルエタノール、ジフェニルメタノール、１−フェニル−２−プロパノール、１−フェニル−１−プロパノール、１−フェニル−１−ブタノール、１−フェニル−３−ブタノール、１−フェニル−３−ペンタノール、１，３−ジフェニル−２−プロパノール、２，３−ブタンジオール、２，４−ペンタンジオール、２，５−ヘキサンジオール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、２−エチル−１−シクロペンタノール、２−メチル−１−シクロヘキサノールなどが含まれる。

適当なケトン前駆体の別の群は、アセタールまたはヘミアセタールである。アセタールは、式（Ｖ）により表される。ヘミアセタールは、式（ＶＩ）により表される。

式（Ｖ）および式（ＶＩ）中、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、およびＲ_８は、独立して、任意の炭化水素系基である。Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、およびＲ_８は、直鎖または分岐アルキル基、直鎖または分岐アルケニル基、シクロアルキルまたはシクロアルケニル基、単環式または多環式アリール基などであってもよい。一般に、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、およびＲ_８は、１〜３０個の炭素原子を有する。Ｒ_５およびＲ_６は、二価基を形成してもよい。Ｒ_７およびＲ_８は、二価基を形成してもよい。Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、およびＲ_８は、ヒドロキシ、ケトン、エステル、エーテル、カルボン酸、ハロゲンなどの置換基を有してもよい。

本方法で存在するケトンの量は決定的ではない。一般に、ケトンとフェノール基材とのモル比は、０．０００１：１〜０．２：１、好ましくは０．００１：１〜０．１：１、より好ましくは０．００５：１〜０．０５：１であってもよい。

本方法が触媒としてケトンを使用する場合、それは、促進剤の存在下で行われてもよい。促進剤は、反応を加速し、または所望の生成物への選択性を改善するのに役立つ。硫黄含有物質が、促進剤として使用されてもよい。適当な硫黄含有促進剤の１つの群には、硫酸塩（硫酸の塩）、例えば、硫酸アンモニウム、硫酸水素リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸カリウム、硫酸水素カリウム、硫酸セリウム、硫酸ヒドロキシルアミン、硫酸ジブチルアミン、硫酸アニリン、硫酸ピリジン、硫酸ピペリジンなどが含まれる。

本方法の条件下で硫酸塩に変換され得る化合物は、促進剤前駆体として使用されてもよい。例えば、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、二酸化硫黄は、本方法の条件下で硫酸塩に酸化され得る。硫酸のエステルも、本方法の条件下で硫酸または硫酸塩に変換され得る。

適当な硫黄含有促進剤の別の群には、スルホン酸塩（スルホン酸の塩）、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ｐ−フェノールスルホン酸、ｐ−アミノスルホン酸、ナフタレン−α−スルホン酸、およびスルホン酸型樹脂の金属塩、アンモニウム塩、および有機塩基の塩が含まれる。

スルホン酸塩に変換され得る化合物は、促進剤前駆体として使用されてもよい。例えば、アルキルおよびアリールチオールは、本方法の条件下でスルホン酸またはスルホン酸塩に酸化され得る。スルホン酸のエステルも、本方法の条件下でスルホン酸またはスルホン酸塩に変化され得る。

本方法で存在する促進剤の量は決定的ではない。一般に、促進剤とフェノール基材とのモル比は、０．００００１：１〜０．０５：１、好ましくは０．０００１：１〜０．０１：１、より好ましくは０．０００２：１〜０．００５：１であってもよい。

本方法は、触媒として上に記載された強酸と上に記載されたケトンとの組み合わせを使用してもよい。

本方法は、一部の金属イオン、特に鉄、ニッケル、銅、クロム、コバルト、マンガンおよびバナジウムイオンなどの遷移金属イオンは本方法に対して有害であるため、反応混合物中に存在し得る金属イオンに対して錯化剤を使用してもよい。遷移金属イオンは、フェノール基材、過酸化水素試薬などにより導入されることがある。これらの金属イオンの作用を阻害するために、過酸化水素に対して安定であり、かつ本方法の条件下で錯体を形成する１種以上の錯化剤の存在下で反応を行うことが望ましい。錯化剤の例には、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、ホスホン酸、例えば、（１−ヒドロキシエチリデン）ジホスホン酸、ホスホン酸、エチルホスホン酸、およびフェニルホスホン酸が含まれる。上述の酸のエステル、例えば、オルトリン酸モノアルキルもしくはジアルキル、オルトリン酸モノシクロアルキルもしくはジシクロアルキル、またはオルトリン酸モノアルキルアリールもしくはジアルキルアリール、例えば、リン酸エチルもしくはリン酸ジエチル、リン酸ヘキシル、リン酸シクロヘキシルまたはリン酸ベンジルも、本方法で錯化剤として使用されてもよい。１つの特に好ましい錯化剤は、ピロホスホン酸である。

使用される錯化剤の量は、反応混合物中の金属イオン含有量に依存する。錯化剤とフェノール基材とのモル比は、一般に０．００００１：１〜０．１：１、好ましくは０．００００５：１〜０．０５：１、より好ましくは０．０００１：１〜０．０１：１である。

本方法は、一般に３０〜１８０℃、好ましくは４０〜１５０℃、より好ましくは５０〜１３０℃の温度で行われる。

本方法は、触媒の存在下でフェノール基材および過酸化水素を反応混合物中において反応させる工程と；同時に反応混合物から水を除去する工程とを含む。水は、フェノール基材または過酸化水素試薬により反応混合物に導入されることがある。水はまた、過酸化水素によるフェノール基材のヒドロキシル化からの副生成物である。

水が反応混合物から除去される方法は決定的ではない。例えば、水は、好ましくは大気圧より低い圧力で、反応中に反応混合物からの蒸留により反応混合物から除去されてもよい。蒸留は、単純な一段蒸留であってもよい。代わりに、蒸留は、バブルキャップトレイ、バルブトレイ、シーブトレイを有する蒸留カラム、またはランダム充填もしくは規則充填を有する充填カラムで行われてもよい。蒸留カラムは、好ましくは２〜３０の理論段、より好ましくは３〜２０の理論段を有する。好ましくは、蒸留は、５０〜１２０℃、より好ましくは６０〜１１０℃の温度、および好ましくは１〜５００ｍｍＨｇ、より好ましくは３〜１００ｍｍＨｇの圧力で行われる。

水が反応混合物から除去されている間に、フェノール基材、ケトン（使用される場合）、および過酸化水素の一部も反応混合物から水と一緒に除去され得る。除去された混合物は、さらに処理または精製されて、フェノール基材、ケトン、および過酸化水素を回収してもよく、これは、本方法で再使用されてもよい。

反応混合物から水を除去する他の方法が使用されてもよい。例えば、溶媒が、反応混合物に添加されてもよい。この場合、水は、溶媒と一緒に蒸留され得る。適当な溶媒には、芳香族炭化水素、エステル、ニトリル、ハロゲン化炭化水素、アミドなどが含まれる。適当な溶媒の例には、トルエン、キシレン、酢酸エチル、クロロベンゼン、アセトニトリル、ニトロベンゼンなどが含まれる。

反応混合物から水を除去するさらに別の方法は、ガスストリッピングである。ガスは、反応混合物に散布されて、水を反応混合物から除去してもよい。適当なガスには、空気、窒素、他の不活性ガス、メタンなどが含まれてもよい。

水は、反応混合物から連続的にまたは間隔をあけて除去されてもよい。

本方法の反応混合物中の水濃度は、一般に１．５重量％未満、好ましくは１．０重量％未満、より好ましくは０．５０重量％未満、最も好ましくは０．１０重量％未満で制御される。

本方法を行うための多くの方法があり得る。本方法は、バッチ式、半連続式、または連続式で行われてもよい。

実施例１
装置の部分的な組み立てを図１に示す。三つ口の２５０ｍＬ丸底フラスコ１（「反応器」とも呼ぶ）は、蒸留カラム２（２５ｃｍ長さ、２．５ｃｍ内径）を備えている。ガラス製サーモウェル（図示せず）は、フラスコ１の口６を通して取り付けられ、フラスコ内に延伸している。熱電対は、サーモウェルに取り付けられて、反応混合物の温度を測定する。磁気式攪拌棒（図示せず）がフラスコ内で使用される。蒸留カラム２はランダム充填で充填されており（５理論段）、ガラスウールでくるまれて、熱損失を防止する。蒸留ヘッド３は、蒸留カラム２の上部に設置されている。コンデンサ４および収集フラスコ５は、蒸留ヘッド３に設置されている。収集フラスコは、反応中に冷却剤で２℃に冷やされる。コンデンサ４の上部は、圧力測定装置および真空ポンプ（図示せず）に取り付けられている。２℃の冷却剤は、反応中にコンデンサに循環する。反応器の口７を通してポンプによって過酸化水素水溶液を添加する。熱水浴によりフラスコに熱が供給される。

フェノール（１５３．８５ｇ、１．６３モル）、７０重量％過塩素酸（ＨＣｌＯ_４）水溶液（０．２８ｇ、０．００２０モル）、および９０重量％ピロリン酸（Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７）固体（０．１４ｇ、０．０００７１モル）を反応器に投入した。この混合物を７５℃の水浴で７２℃に加熱する一方で、反応器内容物を攪拌棒で混合した。圧力を真空ポンプで２７ｍｍＨｇに制御する。３０重量％Ｈ_２Ｏ_２水溶液（１１．６１ｇ、０．１０２モル）を、一定添加速度で５２分の期間にわたりフラスコに添加した。反応器内の温度は７２℃に維持した。反応器内の圧力は２７ｍｍＨｇに維持した。特定の量の液体が収集フラスコ内で蓄積した。Ｈ_２Ｏ_２溶液の添加を止めたとき、反応器内の温度は７５℃に上昇した。反応は、Ｈ_２Ｏ_２溶液の添加後にさらに８分間継続した。

収集フラスコ内の液体および蒸留カラム中のランダム充填内に残っているすべての液体を合わせ、「蒸留混合物」と称した。この蒸留混合物および反応器内容物を秤量し、ＨＰＬＣにより分析した。結果を表１に示す。蒸留混合物は、水、フェノール、およびＨ_２Ｏ_２を含有する。合計で３．３３ｇのＨ_２Ｏ_２（純形態）を消費した。反応器中のＨ_２Ｏ_２変換率は＞９９．８％であった。変換されたＨ_２Ｏ_２に対するヒドロキノン（ＨＱ）への選択性は３８．２％であった。変換されたＨ_２Ｏ_２に対するピロカテコール（ＣＴ）への選択性は４７．５％であった。変換されたＨ_２Ｏ_２に対するヒドロキノンおよびピロカテコール（ＣＴ）への合計選択性は８５．７％であった。

実施例２〜実施例６
実施例１の手順を繰り返した。詳細を表１に示す。

比較例７
三つ口の２５０ｍＬ丸底フラスコ１（「反応器」とも呼ぶ）は、コンデンサ、ガラス製サーモウェル、滴下漏斗、および磁気式攪拌棒を備えている。熱電対は、サーモウェルに取り付けられて、反応混合物の温度を測定する。熱水浴によりフラスコに熱が供給される。

フェノール（１５３．１９ｇ、１．６３モル）、７０重量％過塩素酸（ＨＣｌＯ_４）水溶液（０．１４ｇ、０．０００９８モル）、および９０重量％ピロリン酸（Ｈ_４Ｐ_２Ｏ_７）固体（０．１４ｇ、０．０００７１モル）を反応器に投入した。この混合物を水浴で７５℃に加熱する一方で、反応器内容物を攪拌棒で混合した。３０重量％Ｈ_２Ｏ_２水溶液（９．５８ｇ、０．０８５モル）を、滴下漏斗を通してフラスコに２分の期間にわたり添加した。反応器内の温度は７５℃に維持した。Ｈ_２Ｏ_２の添加から７０分、１２０分、および１８０分後に採取した試料をＨＰＬＣにより分析した。結果を表２に示す。

実施例６および比較例７−１は、３０重量％過酸化水素溶液を反応混合物に徐々に添加したこと以外は、同様の量のフェノール、過酸化水素、過塩素酸、およびピロリン酸を使用し、実施例６では水を反応中に反応器から除去する。実施例６は、反応器中６０分で＞９９．８％の過酸化水素変換率を与えるが、一方で比較例７−１は、７０分でわずか４８．１％の過酸化水素変換率を与える。

実施例６は、変換されたＨ_２Ｏ_２に対してヒドロキノンおよびピロカテコールへの８６．５％の合計選択性を与える。比較において、比較例７−１は、変換されたＨ_２Ｏ_２に対してヒドロキノンおよびピロカテコールへの７１．６％の合計選択性を与える。

実施例６は、１．２８／１のＣＴ／ＨＱモル比を与える。比較において、比較例７−１−は、１．４２／１のＣＴ／ＨＱモル比を与える。

実施例８〜実施例９
実施例１の装置を使用した。実施例１の手順に従った。ベンゾフェノンを、フェノール、過塩素酸または硫酸、およびピロリン酸と一緒に反応混合物に添加した。使用した試薬の量およびプロセス条件を表３に示す。

実施例１０
蒸留カラムを使用しなかったこと以外は、実施例１の装置を使用した。したがって、蒸留ヘッドは、フラスコに直接取り付けられている。このようにして、装置は一段階蒸留を有する。

実施例１の手順に従った。ベンゾフェノンを、フェノール、過塩素酸、およびピロリン酸と一緒に反応混合物に添加した。使用した試薬の量およびプロセス条件を表４に示す。

実施例１１〜実施例１２
実施例１の装置を使用した。実施例１の手順に従った。メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）を、フェノール、硫酸、およびピロリン酸と一緒に反応混合物にプロセスの始めに添加した。使用した試薬の量およびプロセス条件を表５に示す。

比較例１３〜比較例１６
比較例７の装置を使用した。比較例７の手順に従った。ＭＩＢＫを、フェノール、硫酸、およびピロリン酸と一緒に反応混合物に添加した。使用した試薬の量および詳細なプロセス条件を表６に示す。

実施例１６〜実施例１８
実施例１の装置を使用した。実施例１の手順に従った。アセトフェノンを、フェノール、使用する場合は硫酸または硫酸水素ナトリウム、およびピロリン酸と一緒に反応混合物にプロセスの始めに添加した。使用した試薬の量およびプロセス条件を表７に示す。

比較例１９〜比較例２１
比較例７の装置を使用した。比較例７の手順に従った。アセトフェノンを、フェノール、使用する場合は硫酸または硫酸水素ナトリウム、およびピロリン酸と一緒に反応混合物に添加した。使用した試薬の量および詳細なプロセス条件を表８に示す。

実施例２２
実施例１の装置を使用した。実施例１の手順に従った。２−オクタノンを、フェノール、硫酸水素ナトリウム、およびピロリン酸と一緒に反応混合物にプロセスの始めに添加した。使用した試薬の量およびプロセス条件を表９に示す。

比較例２３
比較例７の装置を使用した。比較例７の手順に従った。２−オクタンを、フェノール、硫酸水素ナトリウム、およびピロリン酸と一緒に反応混合物に添加した。使用した試薬の量および詳細なプロセス条件を表１０に示す。

Claims (18)

1. フェノール基材をヒドロキシル化するための方法であって、強酸、ケトン、およびそれらの混合物からなる群から選択される触媒の存在下でフェノール基材および過酸化水素を反応混合物中において反応させる工程と；同時に反応混合物から水を除去する工程とを含み、
   フェノール基材が、一般式（ＩＩＩ）：
   （式（ＩＩＩ）中、ｍは、０であり；Ｒ _１ は、水素原子またはアルキル、シクロアルキル、アリールもしくはアラルキル基を表す）
   で表される化合物である、方法。
2. 水が蒸留により反応混合物から除去される、請求項１に記載の方法。
3. 蒸留が蒸留カラムによって行われる、請求項２に記載の方法。
4. 蒸留カラムが２〜３０の理論段を有する、請求項３に記載の方法。
5. 蒸留が大気圧より低い圧力下で行われる、請求項２に記載の方法。
6. 水が反応混合物から連続的に除去される、請求項１に記載の方法。
7. 水が反応混合物から間隔をあけて除去される、請求項１に記載の方法。
8. 反応混合物が１．０重量％未満の水含有量を有する、請求項１に記載の方法。
9. 反応混合物が０．５０重量％未満の水含有量を有する、請求項１に記載の方法。
10. 強酸が−０．１未満の水中ｐＫａを有する、請求項１に記載の方法。
11. 強酸が−０．５未満の水中ｐＫａを有する、請求項１に記載の方法。
12. 触媒がケトンである、請求項１に記載の方法。
13. 硫黄含有促進剤の存在下で行われる、請求項１２に記載の方法。
14. ３０〜１８０℃の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
15. フェノール基材がフェノールである、請求項１に記載の方法。
16. 錯化剤の存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
17. 錯化剤がピロリン酸である、請求項１６に記載の方法。
18. ヒドロキシル化されたフェノール基材を製造するための方法であって、強酸、ケトン、およびそれらの混合物からなる群から選択される触媒の存在下でフェノール基材および過酸化水素を反応混合物中において反応させる工程と；同時に反応混合物から水を除去する工程とを含み、
    フェノール基材が、一般式（ＩＩＩ）：
    （式（ＩＩＩ）中、ｍは、０であり；Ｒ _１ は、水素原子またはアルキル、シクロアルキル、アリールもしくはアラルキル基を表す）
    で表される化合物である、方法。