JPH05246913A - オレフィンのアリル酸化 - Google Patents

オレフィンのアリル酸化

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JPH05246913A
JPH05246913A JP4231518A JP23151892A JPH05246913A JP H05246913 A JPH05246913 A JP H05246913A JP 4231518 A JP4231518 A JP 4231518A JP 23151892 A JP23151892 A JP 23151892A JP H05246913 A JPH05246913 A JP H05246913A
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catalyst
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cyclohexene
tppf
chloride
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JP4231518A
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James E Lyons
イ−. リヨンス ジェ−ムス
Jr Paul E Ellis
イ−. エリス ジュニア ポ−ル
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Sunoco Inc R&M
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Sunoco Inc R&M
Sun Co Inc R&M
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、オレフィンのアリル酸化方
法の提供である。 【構成】 酸素含有ガスと、ポルフィリン配位子中の水
素を置き換える吸電子置換基、例えばハライド好ましく
はフルオライド、ニトロ又はシアノなどを含有する、金
属好ましくは鉄のポルフィリン配位子で、プロピレンや
シクロヘキサンなどのオレフィンのアリル酸化が実施さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はオレフィンのアリル酸化
によって貴重な生成物を造ることに関する。アリル酸化
はオレフィン二重結合に隣接する炭素、水素結合が選択
的に酸化される酸化である。
【0002】
【従来の技術】オレフィンのアリル酸化はアクロレイ
ン、アクリル酸、メタクロレイン、メタクリン酸、アク
リロニトリル、その他を含めた種々の貴重な市販酸化生
成物を造るのに実行される重要な反応である。これらの
酸化は典型的には、高温で、気相で実施され、完全には
選択的ではない(J.E. ライオンズ、サ−フェ−スオル
ガノメタリックケミストリ−:表面触媒に対する分子的
なアプロ−チ、97−127、クルワ−アカデミックパ
ブリッシャ−ズ(1988))。
【0003】
【課題を解決する手段】我々は非常に温和な温度で、非
常に速い速度で、オレフィンのアリル酸化を触媒するの
に、鉄ハロポルフィリン錯体が、独特の活性を有するこ
とを見出した。酸化剤としての空気又は酸素による反応
は、非常に低い触媒濃度を用いて室温で発熱的に起き
る。この発見は、全く驚くべきものである。なぜなら
ば、メタロポルフィリン触媒の存在下で、漂白剤、アル
キルヒドロパ−オキシド類及び過酸化水素などの単一酸
素原子供与体は、優勢的にアリル酸化を与えることをし
ないでオレフィンのエポキシド化を与えるからである
(W.A. ナジェント及びJ.W. メイヤ−、メタルリガンド
マルチプルボンズ、ウイリ−、ニュ−ヨ−ク、248−
251(1988))。
【0004】本発明に従って使用される触媒は、遷移金
属の中心と構造式
【化2】 〔式中MはFe、Mn、Co、Ru、Cu又はCrであ
り、Feが好ましく、○はポルフィリン配位子であり、
Xは1又はそれ以上の電子吸引元素又は基であり、例え
ば、クロライド、ブロマイド、アイオダイド、フルオラ
イド又はこれらの組合せであるか、又はニトロ又はシア
ノであり、Aは陰イオンであるか存在しない〕を有する
配位子を含有する金属配位錯体触媒である。
【0005】本発明の一具体例に従って使用される触媒
は、遷移金属の中心とハロゲン化ポルフィリン配位子を
含有している金属配位錯体触媒であり、ここで配位子
は、例えばハロゲン化テトラフェニルポルフィリン、関
連するポルフィリナト配位子、ポルフィセン類又はポル
フェン類である。好ましくは、遷移金属は鉄であり、配
位子はパ−ハロゲン化されたポルフィリンである。配位
子の中の水素原子をハロゲン原子で置き換えることによ
る配位子自身のハロゲン化、特にパ−ハロゲン化は本発
明に従って、オレフィンのアリル酸化に対するこれらの
触媒の活性を増加する。本発明で使用される触媒は、配
位子中のハロゲン原子に加えて、ハライド陰イオン、即
ちクロライド、フルオライド、ブロマイド、アイオダイ
ド、又はこれらの組合せを有することができる。触媒は
また、アジド、ヒドロキシド、又はニトリド等の陰イオ
ンも含有できる。配位子の中で好ましいものは、ハロゲ
ン化ポルフィリンのような大環状の基である。ハロゲン
の代りに、又はハロゲンに加えて、ニトロ及びシアノを
含めた他の吸電子置換基が触媒活性を強めるのに有用で
ある。
【0006】「配位子」(リガンド)という用語は、慣
用の意味で本明細書で用いられ、一般的に金属イオンに
対して、1又はそれ以上の結合を形成する基又は原子の
システム、即ち配位錯体を形成し、そして望ましい酸化
状態で配位錯体を安定化させる基又は原子のシステムを
指している。この目的に適した配位子は、良く知られた
ポルフィリン類、例えばアルキル及びアリ−ルポルフィ
リン類、例えばテトラフェニルポルフィリン類、オクタ
エチルポルフィリン類、テトラメチルポルフィリン類等
である。通常は基本のポルフィリン構造上に0〜12個
の置換基、即ちアルキル又はアリ−ルが存在し、アルキ
ルはC1〜C4であり、アリ−ルは1又は2個の環を含有
し、これら自身もアルキル置換基を有し得る。
【0007】配位子の成分であるXは、フルオライド、
クロライド、ブロマイド、アイオダイド又はこれらの混
合物、シアノ又はニトロであり得るが、ハロゲンの中で
も好ましくは最初に挙げた3つの内の一つであり、より
好ましくはフルオライドである。配位子のハロゲン化の
程度は大きな程度、即ち少なくとも70%であるべきで
あり、100%でありえ、後者の場合は慣用的にパ−ハ
ロゲン化と呼ばれ、これに対しては慣用の記号はF−、
Cl−などである。われわれはある場合には、完全なハ
ロゲン化が実質的によりすぐれた結果を与え得ることを
見出した。ニトロ又はシアノ置換の程度は本発明に従っ
て使用される触媒中で10〜100%の範囲であるが、
ニトロ及びシアノ置換の場合には、配位子を製造するニ
トロ化及びシアノ化反応の困難性の為に、典型的には1
00%より低い。
【0008】使用される触媒は、非ハロゲン化配位子を
製造するこの技術で記載されている手順の単純な修正に
よって、容易に製造できる。例えば、非ハロゲン化Fe
(TPP)Cl錯体(ここで「TPP」はテトラフェニ
ルポルフィリナトである)は、(TPP)H2及びFe
(II)(又は他の金属)クロライドがジメチルホルムア
ミド溶液中で一緒に還流される標準の方法によって製造
できる。精製はクロマトグラフィ−で達成される(例え
ばA. D. アドラ−等、J. Inorg. Nucl. Chem.,32, 2443
(1970)を参照)。溶解したNaN3又はアジ化水素酸と
の複分解反応によって、これらの金属塩から対応するア
ジドが製造できる。
【0009】対応するハロゲン化配位子即ち、本発明の
配位錯体を製造するために、1又はそれ以上の配位子の
前駆体が縮合反応によって配位子自身が製造される前に
ハロゲン化される。従って、ペンタフルオロベンズアル
デヒド合成に続いてピロ−ルとの縮合を行なうと、TP
PF20を生じ、ここでF20は4つのフェニル上に20個
のフッ素原子があることをさしている。Fe(II)を含
有するジメチルホルムアミド溶液中で還流する前記の方
法において、TPPをこのTPPF20で置き換えると、
対応するFe(TPPF20)塩が生じるであろう。
【0010】特定の例示のためにパ−ハロゲン化金属ポ
ルフィリン、即ちFe(TPPF20Br8)Cl、即ち
鉄テトラキスペンタフルオロフェニルオクタブロモポル
フィリンクロライドが以下のように製造される。N2
でフラスコに1.0gのZn(TPPF20)と300ml
のCCl4を仕込む。この混合物を150mlの6M Br
2と共に5時間還流し、次に室温に冷却する。塩基性ア
ルミナ上でクロマトグラフィ−にかけた後、300mgの
純粋なZn(TPPF20Br8)が得られ、UV/VI
S、IR及び元素分析で特性が決められる。亜鉛を酸処
理で除き、そして鉄錯体、Fe(TPPF20Br8)C
lが、還流するDMF中でのFeCl2での処理によっ
て造られる。アジド、即ちFe(TPPF20Br8)N3
は、クロライド塩をアセトン中でNaN3と反応させる
ことによって造ることができる。ルテニウム、クロム、
及びマンガン錯体が同様に製造される。ヒドロオキソ
塩、即ちFe(TPPF20Br8OH)が、CH2Cl2
/H2O中の希水性KOHでの処理によってクロロ塩か
ら造られる。
【0011】パ−ハロゲン化ハロポルフィリンFe(T
PPF20Cl8)Clは、以下のように造られる。N2
で、500mlのCCl4中に溶解した0.5gのZn
(TPPF20)を、溶液中にゆっくりとCl2ガスを泡
立てながら5時間還流する。冷却後混合物を瀘過し、ア
ルミナ上でクロマトグラフィにかけ、0.4gの純粋な
Zn(TPPF20Cl8)を生じる。亜鉛をトリフルオ
ロ酢酸処理で除去し、鉄を次にDMF中のFeCl2
の反応によって挿入する。生じるFe(TPPF20Cl
8)ClはUV/VIS、IR及び元素分析で特性を決
定する。ルテニウム、マンガン、及びクロム錯体を同様
に製造する。アジド塩はアセトン中でNaN 3との複分
解によってクロライド塩から造られる。ヒドロオキソ
塩、即ちFe(TPPF20Cl8)OHはCH2Cl2
で希水性KOH溶液での処理によってクロロ塩から造ら
れる。
【0012】ペルフルオロ化金属ポルフィリン、即ち鉄
ペルフルオロテトラフェニルポルフィリンクロライド、
即ちFe(TPPF28)Cl(28個F原子)は、N2
中の希F2ガスをCCl4中のZn(TPPF20)と、少
量のCoF3を加えて反応させ、続いて亜鉛を除去し、
鉄を前のように挿入することよって造ることができる。
このポルフィリン錯体は、IR、UV/VIS及び元素
分析で分析される。ルテニウム、クロム、及びマンガン
錯体は同様の方法で製造される。。アジド塩はアセトン
中でNaN3との反応によってクロライド塩から造られ
る。ヒドロキソ塩、即ちFe(TPPF28)OHはCH
2Cl2中のクロロ塩の希水性KOH処理によって造られ
る。
【0013】次の鉄錯体の製造は、われわれの発明で使
用されるテトラアルキルポルフィリン類の例である。新
たに蒸留したピロ−ル(0.8g)およびトリフルオロ
アセトアルデヒドメチルヘミアセタ−ル(10.9g)
を24時間、10mlの48%HBrを含有している50
0mlのエタノ−ル中で還流させた。混合物を中和し、粗
テトラキス(トリフルオロメチル)ポルフィリンをCH
2Cl2中に抽出した後に、H2(TTFMP)をアルミ
ナでのクロマトグラフィで精製した。鉄をH2(TTF
MP)中にFeCl2/DMF処理で挿入し、Fe(T
TFMP)Clを与えた。アジド及びヒドロキシド錯体
は、アセトン中でのNaN3、及びCH2Cl2中の水性
KOHとの複分解によってそれぞれ造られる。このポル
フィリンのピロ−ル水素は、テトラフェニルポルフィリ
ン類について使用した同じ技術を用いてBr、Cl、又
はFで部分的又は完全にハロゲン化できる。例としてC
Cl 4中のCoF3の存在下でZn(TTFMP)を希F
2ガスで処理すると、ペルフルオロ化亜鉛ポルフィリ
ン、即ち亜鉛ペルフルオロテトラメチルポルフィリンZ
n(TMP)の単離に導かれる。強酸処理で亜鉛を除
去すると、金属の存在しないH2TMP)に導か
れ、これからFeCl2/DMF処理によって鉄錯体で
あるFe(TMP)Clが製造できる。アジド、ヒド
ロキシド及びニトリド錯体は前に記載したのと同じやり
かたで製造される。クロム、マンガン及びルテニウム錯
体はDMF中の適当な金属クロライド又は金属アセテ−
トの使用によってH2TMP)から製造できる。
【0014】他の金属ハロゲン化ポルフィリン類は、上
の方法と類似の方法で造られる。同様に他のポルフィリ
ン化合物が使用される時、同様な結果が得られる。触媒
の優れた触媒活性は、ポルフィリンマクロ構造自体の電
子的、及び構造的な性質に依存するのであって、どんな
特定の置換基にも依存するものではない。
【0015】ニトロ置換金属配位子は、例えば次の手順
によって造られる。鉄テトラキスペンタフルオロフェニ
ルポルフィリンクロライドは、塩化メチレン又はベンゼ
ン中の二酸化窒素(1〜8)当量と反応され、種々の量
の環のβ位置における硝酸化に、反応条件の苛酷さに従
って導かれる。硝酸化されないままのβ位置は、通常の
塩素化、臭素化又はフッ素化技術を用いてあとでハロゲ
ン化される。生成物の一般構造は
【化3】 である。式中MはFe、Cr、Mn、Ru、Co又はC
uであり、Xはニトロであり、Yはニトロ、又はCl又
はBr又はFであり、ZはH、又はCl又はFである。
【0016】別の製法において、Zn(ポルフィン)
は、塩化メチレン中で二酸化窒素と反応され、Zn(メ
ソテトラニトロポルフィリン)を生じる。亜鉛は酸処理
で除去され、Fe又は他の遷移金属、すなわちMがジメ
チルホルムアミド中の塩化第一鉄又MCl2の通常方法
によって挿入される。
【0017】β又はピロ−ル水素は、更に所望によりニ
トロ化又はハロゲン化される。一般式は
【化4】 である。式中MはFe、Cr、Mn、Ru、又はCoで
あり、Xはニトロであり、Yはニトロ、Cl、F、Br
又は任意のこれらの組合せである。
【0018】メソペルフルオロアルキルポルフィリン類
は、塩化メチレン中のNO2又は硝酸/硫酸硝酸化溶液
を用いてβ又はピロ−ル位置でニトロ化できる。一般構
造は
【化5】 である。式中MはFe、Cr、Mn、Ru、Cu又はC
oであり、Xは0〜6であり、YはNO2及びCl又は
Br又はFである。
【0019】シアノメタロポルフィリン又はシアノ/ハ
ロゲノ・メタロポルフィリン類は、例えば以下のように
製造出来る。
【0020】四塩化炭素中でZn(テトラキスペンタフ
ルオロフェニルポルフィン)を臭素で臭素化することに
よって造られた亜鉛(テトラキスペンタフルオロフェニ
ル−β−オクタブロモポルフィン)は、ピリジン、ジメ
チルホルムアミド、キノリン、又はこれらの溶媒の混合
物中で、還流において数時間9当量のCuCNで処理さ
れる。クロマトグラフィの後、臭素の幾つかがCN基で
置き換えられ、条件に従ってZn(TPPF20−β−C
4-8)を与える。亜鉛は1M/HClでの穏和な処理
によって除去され、そしてアルミナ上でのクロマトグラ
フィで回収される。金属はこのH2(TPPF20−β−
CN4-8)中にDMF中の金属塩、例えばDMF中の塩
化第一鉄での処理によって挿入することが出来、Fe
(TPPF20β−CN4-8)Clに導かれる。
【0021】CuCN処理がより穏和な条件下で実施さ
れる時は、臭素基の幾つかが保持でき、混合ブロモ/シ
アノメタロポルフィリン類に導かれる。シアノ又はブロ
モ置換なしのピロ−ルの位置も臭素化、塩素化又はフッ
素化でき、一般構造、
【化6】 の錯体に導かれる。式中MはFe、Cr、Mn、Ru、
Co又はCuであり、XはCNであり、YはCN、又は
Cl、又はBr又はFであり、ZnはH、Cl又はFで
ある。
【0022】例えば、上に述べた1990年8月16日
に出願した米国出願番号568,118である我々の継
続中の出願の開示に従って造られるメソペルフルオロア
ルキルポルフィリン類も上に示されるようにシアノ誘導
体に変換できる。
【0023】一般構造式は
【化7】 である。式中MはFe、Cr、Mn、Ru、Cu、又は
Coであり、Xは0〜6であり、YはCN及びCl及び
Br又はFである。
【0024】本発明の方法に於いてオレフィンは、ここ
に開示される触媒の存在下に酸素含有ガスと接触され
る。反応は任意の適当な温度、好ましくは25〜125
℃の範囲、そして任意の適当な圧力、好ましくは15〜
150psigの範囲で実施することが出来る。本発明
の範囲内の特定の反応を実施する為の最適条件は、本発
明に照して当業者によって決定できる。
【0025】本発明に従って実施され得るアリル酸化
は、(1)プロピレンをアリルアルコ−ル、アクロレイ
ン、アクリル酸及び副生物にすること、(2)ブチレン
をクロチルアルコ−ル、クロチルアルデヒド、クロトン
酸にすること、(3)イソブチレンをメタリルアルコ−
ル、メタクロレイン及びメタクリル酸にすること、
(4)シクロヘキセンを2−シクロヘキセン−1−オ−
ル、2−シクロヘキセン−1−オンにすることである
が、アリルC−H結合を有し、そして構造的又は化学的
に阻害基を含有しないかぎり任意のオレフィンC3及び
それ以上のもの、及び任意の環状オレフィンC5又はそ
れ以上のものがそのように酸化できる。次の実施例は本
発明を例示する。
【0026】
【実施例】
実施例1 酸素をシクロヘキセンと触媒Fe(TPPF20)OHの
存在下で、室温において接触させることによって、シク
ロヘキセンを酸化して、主として2−シクロヘキセン−
1−オ−ル及び2−シクロヘキセン−1−オンを与え
た。4000モルを越える生成物が40分内に触媒モル
当り生成された。これは商業的な規模においてさえも、
速い速度である。反応は室温で開始したが、活性の鉄触
媒が、迅速で発熱的な反応を促進したので、40分の反
応期間の終りにおいては、溶液温度は70℃を越えると
ころまで上昇していた。シクロヘキサンの酸化に対する
アリル反応経路は以下に示される。結果は表Iに示され
る。 表I 実験 触媒 PSI ℃ 時間 酸化物 エノ−ル エノン 変換% 1 Fe(TPPF20)OH 100 22 0.65 3.34 14.02 32.06 >17 2 Fe(TPPF20)OH 50 23 0.65 1.75 14.17 31.13 >17 3 Cr(TPPF20)OH 100 27 6.0 0 4 Mn(TPPF20)OAc 100 22 2.3 痕跡 <1 <2 <1
【0027】各実験において0.013mモルの触媒が
使用された。酸素ガスはシクロヘキセン393mモル中
の触媒の溶液に送られた。反応を指定された時間(時)
進行させ、その後ガスを放出し、そして生成物混合物を
標準化したglpcによって分析した。実験1及び2に
おける温度(℃)は、反応が開始した時は浴の温度であ
り;反応が完了するまでに内部温度は75℃に上昇して
おり;外部からの熱が加えられなかった。実験3及び4
で反応温度は反応容器を室温の油浴中に浸漬させること
によって、30℃又はそれ以下に保った。表に於ける
「酸化物」は、シクロヘキセンオキサイドであり、「エ
ノ−ル」は、2−シクロヘキセン−1−オ−ルであり、
「エノン」は、2−シクロヘキセン−1−オンである。
変換率は反応時間の間シクロヘキセンの酸化生成物への
モル変換率である。
【0028】実施例2 同じ触媒を用いて実施例1と同じ方法で2,3−ジメチ
ルブテン−2を酸化し、そしてより速い反応が続いてお
こった。反応発熱を抑制するために、2,3−DMB
は、ベンゼンで希釈した(50%)。40分の反応期間
で希薄溶液は、40℃を越える所に到達しそして、1
0,000モルよりも多くの酸素が使用した触媒モル当
り反応した。
【0029】実施例3 シクロヘキセンの酸化を実施例1のものとほぼ同様の条
件で実施したが、例外として触媒を293mモルのシク
ロヘキセン中に溶解し、反応温度は、反応容器を室温の
油浴中に浸漬させることによって、室温以下に保った。
結果を表IIに示す。 表II メタロポルフィリン錯体によるより触媒されたシクロヘキセンの酸化 実験 触媒 mモル PSI ℃ 時間 酸化物 オ-ル・オン 変換率 5 Fe(TPF20Br8)Cl 0.013 45 25 6 0.7 31.5 11 6 Fe(TPPF20Cl8)Cl 0.013 45 25 6 0.5 22.4 8 7 Fe(TPP)Cl 0.013 45 25 6 痕跡 痕跡 0 8 Co(BPI)(OAc)O2t-Bu) 0.013 45 25 6 0.1 1.8 <1 ここでBPIはビス−(ピリジルイミノ)イソインドリ
ナトである。
【0030】表IIのデ−タ−を得るに当って、酸素ガス
を293mモルのシクロヘキセン中の触媒の溶液上に圧
縮した。反応を指定された時間(時)進行させ、その後
にそのガスを放出し、生成物混合物を標準化したglp
cによって分析した。表中の「酸化物」は反応生成物中
のシクロヘキセンオキサイドの%である。「オ−ル・オ
ン」は1−シクロヘキセン−1−オ−ル+2−シクロヘ
キセン−1−オンの反応生成物中の%である。変換率は
反応時間の間のシクロヘキセンの酸化生成物へのモル変
換率である。
【0031】表IIは実験5及び6において、本発明に従
って使用した触媒が、シクロヘキセンのアリル酸化に有
効であるが、実験7及び8で使用した触媒が有効でない
ことを示している。さらにシクロヘキセンの酸化を実施
例3の手順で、但し次の触媒を用いて試みたときに、3
時間の期間中に反応が得られなかった。即ち、アセチル
アセトン第一鉄;アセチルアセトン第二鉄;アセチルア
セトント第一コバルト及びアセチルアセトン第二コバル
ト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 49/303 6917−4H // C07B 61/00 300 (72)発明者 ポ−ル イ−. エリス ジュニア アメリカ合衆国 19335 ペンシルバニア 州 ダウニングタウン グレンサイド ア ベニュ− 1179

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オレフィンを酸素含有ガス及び式 【化1】 〔式中MはFe、Mn、Co、Cu、Ru又はCrであ
    り、○はポルフィリン配位子(リガンド)であり、Xは
    配位子中の水素を置換する吸電子置換基であり、Aは陰
    イオンであるか存在しない。〕を有する触媒と接触する
    ことからなる、オレフィンのアリル酸化方法。
  2. 【請求項2】 金属が鉄である請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 Xがハロゲンである請求項1に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 Xがフルオライドである請求項3に記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 配位子がパ−ハロゲン化されている請求
    項3に記載の方法。
  6. 【請求項6】 該触媒がテトラキス(ペンタフルオロフ
    ェニル)ポルフィリナト鉄(III)クロライド,Fe(T
    PPF20)Clである請求項3に記載の方法。
  7. 【請求項7】 該触媒がテトラキス(ペンタフルオロフ
    ェニル)β-オクタブロモポルフィリナト鉄(III)クロラ
    イド,Fe(TPPF20Br8)Clである請求項5に
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 該触媒がテトラキス(ペンタフルオロフ
    ェニル)β-オクタクロロポルフィリナト鉄(III)クロラ
    イド,Fe(TPPF20Cl8)Clである請求項1に
    記載の方法。
  9. 【請求項9】 該触媒がテトラキス(ペンタフルオロフ
    ェニル)ポルフィリナト鉄(III)ヒドロキシド,Fe
    (TPPF20)OHである請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】 Xがニトロである請求項1に記載の方
    法。
  11. 【請求項11】 Xがシアノである請求項1に記載の方
    法。
JP4231518A 1991-08-12 1992-08-07 オレフィンのアリル酸化 Pending JPH05246913A (ja)

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