JP7232459B2 - 有機化合物のベンジル位の空気酸化方法及び空気酸化触媒 - Google Patents

Description

本発明は、有機化合物のベンジル位の空気酸化方法及び空気酸化触媒に関する。

ベンジル位を有する有機化合物の前記ベンジル位を酸化して水酸基（－ＯＨ）又はオキソ基（＝Ｏ）を導入し、アルコール化合物やカルボニル化合物を合成する反応は、電子材料、医薬品、農薬等の各種化学品の製造における基盤的な反応として知られている。
ベンジル位に直接的に水酸基又はオキソ基を導入する方法として空気酸化が知られている。空気酸化により水酸基又はオキソ基を導入する反応は一般的に、触媒のみでは高温高圧を必要とすることから、各種の添加剤が併用される。

例えば、ベンジルアルコールやベンズアルデヒド類の製造方法として、酸化チタンを触媒に用い、各種添加剤と組み合わせてトルエンのベンジル位を空気酸化する方法が知られている（非特許文献１）。
しかし、本方法は、光照射を効率的に行うためにごく低濃度で反応を行う必要があり、生産性に問題がある。また、ヒドロキシルラジカルを経由する方法であるので、目的化合物だけでなく二量化体、二酸化炭素等の多数の副生成物を発生させる。さらに、添加剤を併用することで生成物の純度が損なわれる。したがって、生成物の精製処理に多くのエネルギーが必要で、精製処理の副産物の廃棄処理の手間と費用もかかる。

近年、各種の有機化合物を温和な条件で空気酸化する手法として、Ｎ－ヒドロキシフタルイミド等のイミド化合物を用いる方法が報告されている（非特許文献２、特許文献１～２）。
しかし、本方法は、イミド化合物が犠牲剤として消費され再利用できないこと、反応後にイミド化合物の分解物を除去する煩雑さ、イミド化合物自体の価格が高価なこと等から、産業上有用な方法とは言えない。

ヘテロポリ酸、鉄錯体等の金属錯体を触媒に用いる反応が知られている（非特許文献３、４、５）。非特許文献３では、バナジウム置換ポリ酸を用いた硝酸によるニトロ化反応が報告され、またニトロ化反応にてアルコール化合物やカルボニル化合物が副生することが報告されている。非特許文献４～５では、鉄錯体を用いた炭素－水素結合のハロゲン化反応が報告され、またハロゲン化反応にてアルコール化合物やカルボニル化合物が副生することが報告されている。

特開平８－３８９０９号公報 特開平９－３２７６２６号公報

Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１９８２，Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．３，６６６－６７１ Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００１，１３５２－１３５３ Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２００４，１０，６４８９－６４９６ Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０１６，１３８，２４８４－２４８７ Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１６，５５，７７１７－７７２２

しかし、非特許文献３は、硝酸によるニトロ化の副産物としてごく一部、アルコール化合物やカルボニル化合物が生成することを示しているのみであり、直接的な酸化反応とは言えない。非特許文献４においても、ハロゲン化の副産物として一部アルコール化合物やカルボニル化合物が形成されるもので、５割程度の収率を得るために触媒を丁寧に扱う必要があり反応温度は－４０℃という低温下での処理を必要とする。非特許文献５においても、鉄触媒の炭素－水素結合のラジカル化反応を促進するために、ルイス酸のスカンジウム化合物を鉄触媒のほかに添加して反応系を調節するうえ、プロトンソースとしての酸を当量以上外部から投入する必要がある。

このように、従来の金属錯体を触媒に用いた反応は、触媒となる金属錯体自体の作製が煩雑で触媒サイクルとして回すためには添加剤や反応温度の精密な調整が必要である。
さらに、触媒のみにて空気酸化反応をさせる例はなく、添加剤の存在が必要となるため、触媒及び添加剤を生成物から十分に除去しきれず後工程や製品純度に影響を与えるといった、省エネルギーと品質の両面から課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属錯体を触媒に用い、添加剤を併存させなくても、比較的温和な反応条件で効率的にベンジル位を空気酸化して水酸基又はオキソ基を導入できる空気酸化方法、及び添加剤を併存させなくても、比較的温和な反応条件で効率的にベンジル位を空気酸化して水酸基又はオキソ基を導入できる、金属錯体である空気酸化触媒を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を有する。
〔１〕ベンジル位を有する有機化合物の前記ベンジル位を空気酸化する方法であって、
前記有機化合物を、二種以上の金属を含む多核金属錯体である触媒の存在下で分子状酸素と接触させることを特徴とする、空気酸化方法。
〔２〕前記多核金属錯体が、マクロサイクル配位子を含む、請求項１に記載の空気酸化方法。
〔３〕前記二種以上の金属が、セリウムと周期表第四周期に属する遷移金属とを含む、請求項１又は２に記載の空気酸化方法。
〔４〕前記多核金属錯体が、下記式（ｉ）で表される、請求項１～３のいずれか一項に記載の空気酸化方法。

式中、Ｘ^１は、周期表第四周期に属する遷移金属であり、
Ｘ^２は、連結基であり、
Ｘ^３は、対アニオンであり、
Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、水酸基もしくはアミノ基であるか、又は互いに結合して環を形成している。
〔５〕前記周期表第四周期に属する遷移金属が、マンガン、銅及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項３又は４に記載の空気酸化方法。
〔６〕前記触媒の使用量が、前記有機化合物に対して１～２０質量％である、請求項１～５のいずれか一項に記載の空気酸化方法。
〔７〕ベンジル位を有する有機化合物の前記ベンジル位を空気酸化するための触媒であって、
二種以上の金属を含む多核金属錯体であることを特徴とする、空気酸化触媒。
〔８〕前記多核金属錯体が、マクロサイクル配位子を含む、請求項７に記載の空気酸化触媒。
〔９〕前記二種以上の金属が、セリウムと周期表第四周期に属する遷移金属とを含む、請求項７又は８に記載の空気酸化触媒。
〔１０〕前記多核金属錯体が、下記式（ｉ）で表される、請求項７～９のいずれか一項に記載の空気酸化触媒。

式中、Ｘ^１は、周期表第四周期に属する遷移金属であり、
Ｘ^２は、連結基であり、
Ｘ^３は、対アニオンであり、
Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、水酸基もしくはアミノ基であるか、又は互いに結合して環を形成している。
〔１１〕前記周期表第四周期に属する遷移金属が、マンガン、銅及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項９又は１０に記載の空気酸化触媒。

本発明によれば、金属錯体を触媒に用い、添加剤を併存させなくても、比較的温和な反応条件で効率的にベンジル位を空気酸化して水酸基又はオキソ基を導入できる空気酸化方法、及び添加剤を併存させなくても、比較的温和な反応条件で効率的にベンジル位を空気酸化して水酸基又はオキソ基を導入できる、金属錯体である空気酸化触媒を提供できる。

製造例１で得た触媒の構造を示す図である。 製造例２で得た触媒の構造を示す図である。

以下、本発明について詳細に説明する。以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
本明細書において、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
「ベンジル位」は、６員芳香環を構成する炭素原子に直接結合している炭素原子の位置である。
「空気酸化」は、分子状酸素が酸化剤となる酸化反応である。
「遷移金属」は、周期表第３族～第１２族の元素の総称である。

本発明の空気酸化方法は、ベンジル位を有する有機化合物の前記ベンジル位を空気酸化する方法である。以下、空気酸化する有機化合物を「基質」とも記す。
本発明の空気酸化方法では、基質を、二種以上の金属を含む多核金属錯体である触媒（以下、「空気酸化触媒」とも記す。）の存在下で分子状酸素と接触させる。これにより、基質のベンジル位が空気酸化され、基質のベンジル位に水酸基又はオキソ基が導入された構造の有機化合物が生成する。例えば、基質がベンジル位にＣ－Ｈ結合を有する場合、基質のベンジル位が空気酸化されると、ベンジル位にＣ－ＯＨ結合を有するアルコール化合物、又はベンジル位にＣ＝Ｏ結合を有するカルボニル化合物が生成する。

＜空気酸化触媒＞
本発明における空気酸化触媒は、二種以上の金属を含む多核金属錯体である。かかる空気酸化触媒によれば、添加剤を併存させなくても、比較的温和な反応条件で効率的に、基質のベンジル位を空気酸化して水酸基又はオキソ基を導入できる。また、金属錯体は、空気酸化の際に消費されない（分解しない）ので、反応後に回収して再利用できる。

二種以上の金属は少なくとも、セリウムと周期表第四周期に属する遷移金属（以下、「第四周期遷移金属」とも記す。）とを含むことが好ましい。これらの金属を含むことで、錯体の安定性が優れ回収と再使用が容易になる。
セリウムは、１００℃未満の温度で、三価と四価の酸化数を流動的かつ安定的に駆動する。この性質が上記効果に寄与すると考えられる。第四周期遷移金属は、セリウムの酸化数における三価と四価の駆動をより安定的なものとし、セリウムの酸化還元電位を変化させることで触媒活性の向上に寄与すると考えられる。

第四周期遷移金属としては、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛等が挙げられる。
第四周期遷移金属としては、セリウムの酸化数における三価と四価の安定的駆動と形成する錯体の安定性の二つの点で、マンガン、銅及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましく、銅及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種がより好ましい。

多核金属錯体の配位子としては、二種以上の金属を安定的かつ効果的に適切な距離に配置できる点で、マクロサイクル配位子が好ましい。

多核金属錯体の好ましい一態様は、マクロサイクル配位子と、前記マクロサイクル配位子の内側に配置された複数（例えば３個）の第四周期遷移金属と、前記複数の第四周期遷移金属の内側に配置されたセリウムとを含む多核金属錯体である。この多核金属錯体は、ベンジル位のＣ－Ｈ結合を活性化させる作用に優れており、ベンジル位の空気酸化を高効率に進行させることができる。また、この多核金属錯体は、簡便かつ確実に製造でき、錯体形成後に安定に存在する。安定性に優れることから、反応後に生成物から容易に回収でき製品に混入しにくい。また、回収後に再利用しやすい。
かかる多核金属錯体の一例として、下記式（ｉ）で表される多核金属錯体（以下、「錯体（ｉ）」とも記す。）が挙げられる。

式中、Ｘ^１は、第四周期遷移金属であり、
Ｘ^２は、連結基であり、
Ｘ^３は、対アニオンであり、
Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、水酸基もしくはアミノ基であるか、又は互いに結合して環を形成している。

Ｘ^１としては、前記した第四周期遷移金属と同様のものが挙げられ、好ましい態様も同様である。
Ｘ^２としては、例えば、アルキレン基、脂環式基、芳香族基等が挙げられる。アルキレン基としては、直鎖状でも分岐状でもよく、例えばエチレン基、ジメチルメチレン基、トリメチレン基、２，２－ジメチルトリメチレン基等が挙げられる。アルキレン基としては、エチレン基、ジメチルメチレン基、トリメチレン基等の炭素数２～３のアルキレン基が好ましい。脂環式基としては、例えばシクロヘキシレン基等の炭素数３～１０の脂環式基が挙げられる。芳香族基としては、例えばオルトフェニレン基等のフェニレン基、２，３－ナフタレン基等が挙げられる。
Ｘ^２は、典型的には、脂肪族ジアミン、芳香族ジアミン等のジアミンから２つのアミノ基を除いた残基である。ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン等の脂肪族ジアミン、１，２－シクロヘキサンジアミン等の脂環式ジアミン、１，２－フェニレンジアミン等の芳香族ジアミンが挙げられる。

Ｘ^３としては、種々の対アニオンを用いることができ、例えば、酢酸アニオン、塩化物イオン、硝酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオンが挙げられる。対アニオンは、セリウムやＸ^１に結合していてもよく、結合していなくてもよい。

Ｒ^１及びＲ^２において、アルキル基としては、例えば炭素数１～１５の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ｎ－オクチル基等が挙げられる。アルキル基は、アリール基又はハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。
アリール基としては、例えば炭素数６～２０、好ましくは６～１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられる。具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、アニシル基、ニトロフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基等が挙げられる。アリール基は、アルキル基又はハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。

Ｒ^１及びＲ^２が互いに結合して、Ｒ^１及びＲ^２それぞれが結合した炭素原子とともに形成する環としては、芳香環でもよく脂環でもよい。芳香環としては、例えば炭素数６～２０、好ましくは６～１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素環が挙げられる。脂環としては、例えば、炭素数３～１０の単環、多環又は縮合環式の飽和炭化水素環が挙げられる。

錯体（ｉ）としては、Ｘ^２がアルキレン基、Ｘ^３が酢酸アニオンであるものが好ましい。

錯体（ｉ）は、例えば、以下の手順で製造できる。
まず、溶媒中で、Ｘ^１の酢酸塩と、２，３－ジヒドロキシベンゼン－１，４－ジカルボアルデヒドと、セリウムアセテートとを混合する。混合条件は、例えば２５～８０℃で１～４時間である。次いで、得られた混合液にジアミン（Ｈ_２Ｎ－Ｘ^２－ＮＨ_２）を加えて撹拌する。攪拌条件は、例えば２５～８０℃で６～１８時間である。
その後、溶媒を除去することにより、形成された錯体を回収できる。必要に応じて、再結晶等の精製処理を行うことができる。得られた錯体の構造は、例えば、単結晶Ｘ線結晶構造解析により確認できる。

＜基質＞
基質としては、ベンジル位を有する有機化合物であれば特に制限はない。
基質は、典型的には、ベンジル位にＣ－ＯＨ結合を有さない。すなわちベンジル位に置換基として水酸基を持たない。
基質としては、例えば、下記式（１）で表される化合物（以下、「化合物（１）」とも記す。）、下記式（２）で表される化合物（以下、「化合物（２）」とも記す。）等の、ベンジル位にＣ－Ｈ結合を有する化合物が挙げられる。

式中、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、又はスルフィニル基を示す。これらの基はさらに、アルキル基、アリール基又はハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。
Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、及びＲ^１１から選ばれる二か所が結合して環を形成してもよい。
Ｒ^４、Ｒ^５、及びＲ^６から選ばれる二か所が結合してオキソ基を形成してもよい。
Ｒ^４、Ｒ^５、及びＲ^６が結合して芳香環を形成してもよく、さらにその芳香環がＲ^７又はＲ^１１と結合して縮合環を形成してもよい。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいアルキル基としては、例えば、炭素数１～１５の直鎖状又は分岐状のアルキル基が挙げられる。具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ｎ－オクチル基等が挙げられる。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいシクロアルキル基としては、例えば、炭素数３～１０の単環、多環又は縮合環式のシクロアルキル基が挙げられる。具体例としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基等が挙げられる。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいアルケニル基としては、例えば、炭素数３～１０のアルケニル基が挙げられる。具体例としては、ビニル基、アリル基、ヘキセニル基等が挙げられる。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいアルキニル基としては、例えば、炭素数３～１０のアルキニル基及びアリールアルキニル基が挙げられる。具体例としては、エチニル基、プロピニル基、ヘキシニル基、フェニルエチニル基等が挙げられる。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいアリール基としては、例えば炭素数６～２０、好ましくは６～１４の単環、多環又は縮合環式の芳香族炭化水素基が挙げられる。具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、アニシル基、ニトロフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基等が挙げられる。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいアラルキル基としては、例えば炭素数は７～２０、好ましくは７～１４の単環、多環又は縮合環式のアラルキル基が挙げられ。具体例としては、ベンジル基、１－フェニルエチル基、１－フェニルプロピル基、１－ナフチルメチル基、２－ナフチルメチル基等が挙げられる。

Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２における置換基を有していてもよいスルフィニル基としては、メチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等が挙げられる。

基質の具体例としては、ベンジルフェニルケトン、１,４－ジフェニル－３－ブチン－２－オン、トルエン、о－キシレン、ｍ－キシレン、ｐ－キシレン、メシチレン、プソイドクメン、クメン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、フルオレン、インダン等が挙げられる。

＜空気酸化＞
基質を空気酸化触媒の存在下で分子状酸素と接触させることにより、基質のベンジル位の空気酸化反応が進行する。
基質を空気酸化触媒の存在下で分子状酸素と接触させる方法としては、例えば、基質と、空気酸化触媒と、必要に応じて液状媒体を容器に収容し、空気下で撹拌する方法が挙げられる。

空気は、例えば、１～１０気圧の圧力範囲で用いられる。
空気は、容器形状に依存した拡散を利用して容器内に導入してもよく、エアポンプを用いて導入してもよく、上方を開放させたフラスコや試験管等のガラス器具で１気圧の大気下における拡散条件下で導入してもよい。

空気酸化触媒の使用量は、例えば、基質（１００質量％）に対して０．０１～２０質量％であり、好ましくは０．０１～１０質量％、より好ましくは０．０５～５質量％である。
又は、空気酸化触媒の使用量は、例えば、基質１ミリモルに対して１～２００ｍｇ、好ましくは１～１００ｍｇ、より好ましくは１～１０ｍｇである。
空気酸化触媒の使用量が前記範囲の下限値以上であれば、基質のベンジル位の空気酸化反応がより進みやすい。空気酸化触媒の使用量が前記範囲の上限値を超えると、加えた触媒が完全に溶解せず見かけの触媒活性が低下するおそれがある。

液状媒体としては、一般的な有機溶媒は全て用いることが出来、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジクロロエタン、ジメチルホルミアミド（ＤＭＦ）、アセトニトリル、エタノール、ベンゼン、ベンゾニトリル等が挙げられる。これらの液状媒体は単独で使用しても、２種以上を混合使用してもよい。
液状媒体の使用量は、基質に対し、質量比で、０．１～１０００倍が好ましく、１～１００倍がより好ましい。

空気酸化反応の反応条件に特に制約はないが、反応温度は、好ましくは０～１５０℃、より好ましくは２０～６０℃である。
反応時間は、用いる触媒の量や反応温度等により左右され、一概に定めることはできないが、通常は１～２０時間の範囲で、好ましくは２～６時間の範囲で行われる。

空気酸化反応は、添加剤の不在下で行うことが好ましい。添加剤の不在下で空気酸化反応を行うことにより、生成物の純度が高まる。また、反応終了後の精製時のエネルギー投入量を少なくできる。
添加剤としては、例えば、特開平８－３８９０９号公報の［００１４］～［００２９］や特開平９－３２７６２６号公報の［００３０］～［００３７］に開示されるイミド化合物（Ｎ－ヒドロキシフタルイミド等）、ＡｇＢＦ_４、ＡｇＰＦ_６、ＮａＢＦ_４、ＮａＰＦ_６等が挙げられる。

反応終了後、蒸留、クロマト分離、再結晶、昇華等の通常の方法によって、得られた生成物（アルコール化合物、カルボニル化合物等）を取り出すことができる。

＜生成物＞
上記のように基質のベンジル位を空気酸化することで、基質のベンジル位に水酸基又はオキソ基が導入された構造の有機化合物が得られる。
例えば基質が前記化合物（１）である場合、下記式（３）で表されるアルコール化合物及び／又は下記式（４）で表されるカルボニル化合物が得られる。
例えば基質が前記化合物（２）である場合、下記式（５）で表されるアルコール化合物及び／又は下記式（６）で表されるカルボニル化合物が得られる。

式中、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、及びＲ^１２は、それぞれ、前記と同義である。

得られるアルコール化合物又はカルボニル化合物の具体例としては、ベンジルアルコール、２－メチルベンジルアルコール、３－メチルベンジルアルコール、４－メチルベンジルアルコールベンジル、３，５－ジメチルベンジルアルコール、１－フェニルエタノール、ジフェニルメタノール、フルオレノール、１－インダノール、ベンジル、安息香酸、２－メチル安息香酸、３－メチル安息香酸、４－メチル安息香酸、３，５－ジメチル安息香酸、アセトフェノン、ベンゾフェノン、フルオレノン、又は１－インダノン等が挙げられる。

以上説明した本発明にあっては、前記した空気酸化触媒を用いることで、添加剤を併存させなくても、比較的温和な条件下で効率的にベンジル位を空気酸化でき、基質のベンジル位に水酸基又はオキソ基が導入された構造の有機化合物を高収率で得ることができる。また、分子状酸素を酸化剤として用いるので、水のみを副生物として排出しながら、アルコール化合物やカルボニル化合物を製造できる。
また、前記した空気酸化触媒は、金属錯体であるので、ベンジル位を空気酸化する際に分解せず、再利用できる。
特に、前記した触媒（ｉ）は、簡便かつ確実に製造でき、錯体形成後に安定に存在する。そのため、従来の金属錯体に用いられているような、製造法が煩雑で高コストであり、しかも製造中や製造後に分解するおそれのある配位子の利用を避けることができる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。室温は、特に記載のない場合、２５℃である。
空気酸化における転化率、収率は、ガスクロマトグラフィーにより分析した結果を元に、以下の計算式により計算した。
転化率（％）＝（１－残存した原料のモル数／使用した原料のモル数）×１００
収率（％）＝（目的化合物のモル数／使用した原料のモル数）×１００

（製造例１）
酢酸亜鉛二水和物（和光純薬株式会社製）（２７４ｍｇ、１．２５ｍｍｏｌ）のメタノール溶液（５０ｍＬ）と、２，３－ジヒドロキシベンゼン－１，４－ジカルボアルデヒド（２０８ｍｇ、１．２５ｍｍｏｌ）のクロロホルム溶液（７５ｍＬ）とを、セリウムアセテート一水和物（キシダ化学株式会社製）（１３９．８ｍｇ、０．４１６ｍｍｏｌ）のメタノール／水混合溶媒（メタノール：水＝２：１（質量比））溶液（７５ｍＬ）に加え、３０分間室温で撹拌した。その後、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン（東京化成工業株式会社製）（１４８ｍｇ、１．４５ｍｍｏｌ）のクロロホルム溶液（７５ｍＬ）を加え、１８時間室温で撹拌した。ロータリーエバポレーターで溶媒を留去した後、０．０５ｍｍＨｇ下で真空乾燥させ、メタノール／ジエチルエーテル／ヘキサンの３層系で再結晶を行い、前記式（ｉ）で表され、式中のＸ^１が亜鉛、Ｘ^２がジメチルメチレン基、Ｘ^３が酢酸アニオンである錯体（３７９ｍｇ、０．３１５ｍｍｏｌ、収率７６％）を得た。
得られた錯体について単結晶Ｘ線結晶構造解析を行い、その結果から、得られた錯体が図１に示す構造を有することを確認した。

（製造例２）
酢酸銅（アルドリッチ社製）（５５．３ｍｇ、０．３０４ｍｍｏｌ）と硝酸セリウム六水和物（アルドリッチ社製）（４３．７ｍｇ、０．１０１ｍｍｏｌ）のメタノール溶液（２５ｍＬ）に、２，３－ジヒドロキシベンゼン－１，４－ジカルボアルデヒド（５０．７ｍｇ、０．３０５ｍｍｏｌ）のメタノール溶液（５ｍＬ）を加え、４時間室温で撹拌した。その後、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン（東京化成工業株式会社製）（３５．６ｍｇ、０．３５０ｍｍｏｌ）のメタノール溶液（５ｍＬ）を加えて、１７時間室温で撹拌した。０．０５ｍｍＨｇ下で、溶媒を留去し乾燥させ、ピリジン／トルエンの２層系で再結晶を行い、前記式（ｉ）で表され、式中のＸ^１が銅、Ｘ^２がジメチルメチレン基、Ｘ^３が酢酸アニオンである錯体（３７９ｍｇ、０．３１５ｍｍｏｌ、収率７６％）を得た。
得られた錯体について単結晶Ｘ線結晶構造解析を行い、その結果から、得られた錯体が図２に示す構造を有することを確認した。

（製造例３）
酢酸亜鉛二水和物（和光純薬株式会社製）（１０９．８ｍｇ、０．５００ｍｍｏｌ）にメタノール（２０ｍＬ）と水（１０ｍＬ）を加え溶解させ、２，３－ジヒドロキシベンゼン－１，４－ジカルボアルデヒド（８３．１ｍｇ、０．５００ｍｍｏｌ）のクロロホルム溶液（１０ｍＬ）を加え、室温で１７時間攪拌した。溶媒を留去し減圧乾燥後、メタノール（３０ｍＬ）を加え、塩化セリウム（III）（無水）（東京化成工業株式会社製）（４１．１ｍｇ、０．１６６ｍｍｏｌ）を加え、室温で１時間攪拌した。その後、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン（東京化成工業株式会社製）（５２．８ｍｇ、０．５１６ｍｍｏｌ）のメタノール溶液（３ｍＬ）を加えて、１７時間室温で撹拌した。０．０５ｍｍＨｇ下で、溶媒を留去し乾燥させ、メタノール（６ｍＬ）に溶かし、その溶液をジエチルエーテル（２００ｍＬ）に滴下し錯体を再沈殿させた。得られた粉末をろ過し、乾燥させることで、前記式（ｉ）で表され、式中のＸ^１が亜鉛、Ｘ^２がジメチルメチレン基、Ｘ^３が塩素イオンである錯体（１３２ｍｇ、０．１１７ｍｍｏｌ、収率７０％）を得た。得られた錯体の構造は、質量分析により確認した。

（製造例４）
硝酸亜鉛六水和物（ナカライテスク製）（１４８．６ｍｇ、０．５００ｍｍｏｌ）と、セリウムアセテート一水和物（キシダ化学株式会社製）（５５．９ｍｇ、０．１６６ｍｍｏｌ）にメタノール（２０ｍＬ）と水（１０ｍＬ）を加え溶解させ、２，３－ジヒドロキシベンゼン－１，４－ジカルボアルデヒド（８３．１ｍｇ、０．５００ｍｍｏｌ）のクロロホルム溶液（１０ｍＬ）を加え、室温で１７時間攪拌した。溶媒を留去し減圧乾燥後、メタノール（２０ｍＬ）を加え、室温で１時間攪拌した。その後、２，２－ジメチル－１，３－プロパンジアミン（東京化成工業株式会社製）（５２．８ｍｇ、０．５１６ｍｍｏｌ）のメタノール溶液（３ｍＬ）を加えて、１７時間室温で撹拌した。０．０５ｍｍＨｇ下で、溶媒を留去し乾燥させ、メタノール（６ｍＬ）に溶かし、その溶液をジエチルエーテル（２００ｍＬ）に滴下し錯体を再沈殿させた。得られた粉末をろ過し、乾燥させることで、前記式（ｉ）で表され、式中のＸ^１が亜鉛、Ｘ^２がジメチルメチレン基、Ｘ^３が硝酸イオンである錯体（１９７ｍｇ、０．１６２ｍｍｏｌ、収率９８％）を得た。得られた錯体の構造は、質量分析により確認した。

（製造例５）
硝酸亜鉛六水和物とセリウムアセテート一水和物の代わりにトリフルオロメタンスルホン酸亜鉛（ＩＩ）とトリフルオロメタンスルホン酸セリウム（ＩＩＩ）を用いた以外は製造例４と同様にして、前記式（ｉ）で表され、式中のＸ^１が亜鉛、Ｘ^２がジメチルメチレン基、Ｘ^３がトリフルオロメタンスルホン酸アニオン（以下、「ＯＴｆ」とも記す。）である錯体（２２１ｍｇ、０．１５ｍｍｏｌ、収率９０％）を得た。得られた錯体の構造は、質量分析により確認した。

（実施例１）
２５ｍＬ丸底フラスコにスターラーチップを入れ、製造例１で得た錯体６．０ｍｇを入れ、さらに基質としてベンジルフェニルケトン（東京化成工業株式会社製）を１９．６ｍｇ入れ、液状媒体としてＤＭＳＯ（ナカライテスク株式会社製）を２ｍＬ加え、還流管に接続し、１気圧の空気下９０℃で１８時間撹拌した。その後、内部標準としてトリフェニルメタン（ナカライテスク株式会社製）を２２．５ｍｇ（０．０９２１ｍｍｏｌ）を加え、ガスクロマトグラフィー測定を行った。その結果、転化率は９７％、ジケトン（下記反応式中のＡ）の収率は５９％であり、２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノン（下記反応式中のＢ）は検出されなかった。

（実施例２）
ＤＭＳＯの代わりにジクロロエタンを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は８１％、ジケトンの収率は２８％であり、２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンの収率は１６％であった。

（実施例３）
ＤＭＳＯの代わりにジメチルホルムアミドを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は９４％、ジケトンの収率は４０％であり、２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンの収率は８％であった。

（実施例４）
ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は８９％、ジケトンの収率は４８％であり、２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンの収率は１６％であった。

（実施例５）
製造例１で得た錯体の代わりに製造例３で得た錯体（Ｘ^３が塩化物イオン）を触媒とし、ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は６４％、ジケトンの収率は１９％であり、２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンの収率は３０％であった。

（実施例６）
製造例１で得た錯体の代わりに製造例４で得た錯体（Ｘ^３がＯＴｆ）を触媒とし、ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は５９％、ジケトンの収率は２０％であり、２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンの収率は２２％であった。

（比較例１）
触媒を用いず、ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は０％、ジケトン及び２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンは未検出であった。

（比較例２）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸セリウム一水和物を用い、ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は０％、ジケトン及び２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンは未検出であった。

（比較例３）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸亜鉛二水和物を用い、ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は０％、ジケトン及び２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンは未検出であった。

（比較例４）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸セリウム一水和物と酢酸亜鉛二水和物を用い、ＤＭＳＯの代わりにアセトニトリルを用いた以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。その結果、転化率は０％、ジケトン及び２－ヒドロキシ－１，２－ジフェニルエタノンは未検出であった。

（実施例７）
２５ｍＬ丸底フラスコにスターラーチップを入れ、製造例１で得た錯体１．２９ｍｇを入れ、さらにエチルベンゼン（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を３ｍＬ入れ、還流管に接続し、１気圧の空気下１４０℃で１８時間撹拌した。その後、内部標準としてトリフェニルメタン（ナカライテスク株式会社製）を２２．３ｍｇ（０．０９１３ｍｍｏｌ）を加え、ガスクロマトグラフィー測定を行った。その結果、１－フェニルエタノール（下記反応式中のＢ）の収率は３．４％、アセトフェノン（下記反応式中のＡ）の収率は０．８％であった。

（実施例８）
２５ｍＬ丸底フラスコにスターラーチップを入れ、製造例２で得た錯体１．２ｍｇを入れ、さらにエチルベンゼン（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を３ｍＬ入れ、還流管に接続し、１気圧の空気下１４０℃で１８時間撹拌した。その後、内部標準としてトリフェニルメタン（ナカライテスク株式会社製）を２２．９ｍｇ（０．０９２８ｍｍｏｌ）を加え、ガスクロマトグラフィー測定を行った。その結果、１－フェニルエタノールの収率は１．５％、アセトフェノンの収率は０．８％であった。

（比較例５）
触媒を用いなかった以外は実施例７と同様の条件で反応を行った。その結果、アセトフェノン及び１－フェニルエタノールは痕跡量観測されたのみであった。

（比較例６）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸セリウム一水和物を用いた以外は実施例７と同様の条件で反応を行った。その結果、アセトフェノンの収率は０．３％、１－フェニルエタノールの収率は１．３％であった。

（比較例７）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸亜鉛二水和物を用いた以外は実施例７と同様の条件で反応を行った。その結果、アセトフェノンの収率は０．５％、１－フェニルエタノールの収率は１．７％であった。

（比較例８）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸セリウム一水和物と酢酸亜鉛二水和物を用いた以外は実施例７と同様の条件で反応を行った。その結果、アセトフェノンの収率は０．２％、１－フェニルエタノールの収率は０．９％であった。

（比較例９）
製造例１で得た錯体の代わりにヘキサニトラトセリウム（ＩＶ）酸アンモニウム（ＣＡＮ）を用いた以外は実施例７と同様の条件で反応を行った。その結果、アセトフェノンの収率は０．５％、１－フェニルエタノールの収率は２．２％であった。

（比較例１０）
製造例１で得た錯体の代わりに酢酸を３０μｍｏｌ用いた以外は実施例７と同様の条件で反応を行った。その結果、アセトフェノンの収率は０．１％、１－フェニルエタノールの収率は０．５％であった。

基質としてベンジルフェニルケトンを用いた実施例１～６及び比較例１～４の結果を表１に示す。
基質としてエチルベンゼンを用いた実施例７～８及び比較例５～１０の結果を表２に示す。表２中、添加量は、エチルベンゼン３ｍＬ当たりの触媒の使用量を示す。

実施例１～６及び比較例１～４の対比から、二種以上の金属を含む多核金属錯体を触媒に用いた実施例１～６では、触媒を用いなかった比較例１や他の触媒を用いた比較例２～４に比べて効率良く基質のベンジル位を空気酸化でき、基質のベンジル位に水酸基又はオキソ基が導入された構造の有機化合物を高収率で得ることができることが確認できた。
実施例７～８及び比較例５～１０の対比においても同様の結果が確認できた。

空気酸化によりベンジル位を直接的に酸化して水酸基又はオキソ基を導入することにより、医薬品、農薬等の中間体や樹脂の原料等として工業的に重要なアルコール化合物やカルボニル化合物が得られる。そして、本発明によれば、空気を酸化剤として、副生成物が水のみで、単純な触媒混合により、アルコール化合物又はカルボニル化合物を効率的に製造できるので、本発明は、医薬品、農薬等の中間体や樹脂の原料等の分野を中心に幅広く活用することができる。

Claims (9)

1. ベンジル位を有する有機化合物の前記ベンジル位を空気酸化する方法であって、
   前記有機化合物を、二種以上の金属を含む多核金属錯体である触媒の存在下で分子状酸素と接触させ、
   前記多核金属錯体が、下記式（ｉ）で表されることを特徴とする、空気酸化方法。
   

   

   式中、Ｘ ^１ は、周期表第四周期に属する遷移金属であり、
   Ｘ ^２ は、連結基であり、
   Ｘ ^３ は、対アニオンであり、
   Ｒ ^１ 及びＲ ^２ は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、水酸基もしくはアミノ基であるか、又は互いに結合して環を形成している。
2. 前記多核金属錯体が、マクロサイクル配位子を含む、請求項１に記載の空気酸化方法。
3. 前記二種以上の金属が、セリウムと周期表第四周期に属する遷移金属とを含む、請求項１又は２に記載の空気酸化方法。
4. 前記周期表第四周期に属する遷移金属が、マンガン、銅及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項３に記載の空気酸化方法。
5. 前記触媒の使用量が、前記有機化合物に対して１～２０質量％である、請求項１～４のいずれか一項に記載の空気酸化方法。
6. ベンジル位を有する有機化合物の前記ベンジル位を空気酸化するための触媒であって、
   二種以上の金属を含む多核金属錯体であり、
   前記多核金属錯体が、下記式（ｉ）で表されることを特徴とする、空気酸化触媒。
   

   

   式中、Ｘ ^１ は、周期表第四周期に属する遷移金属であり、
   Ｘ ^２ は、連結基であり、
   Ｘ ^３ は、対アニオンであり、
   Ｒ ^１ 及びＲ ^２ は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、水酸基もしくはアミノ基であるか、又は互いに結合して環を形成している。
7. 前記多核金属錯体が、マクロサイクル配位子を含む、請求項６に記載の空気酸化触媒。
8. 前記二種以上の金属が、セリウムと周期表第四周期に属する遷移金属とを含む、請求項６又は７に記載の空気酸化触媒。
9. 前記周期表第四周期に属する遷移金属が、マンガン、銅及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項８に記載の空気酸化触媒。

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