JPH11226417A - 酸化触媒系及びそれを用いた酸化方法 - Google Patents
酸化触媒系及びそれを用いた酸化方法Info
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Abstract
で効率よく酸化できる酸化触媒系を得る。 【解決手段】 酸化触媒系は、(A)ルテニウム化合物
と(B)ジオキシベンゼン類又はその酸化体とで構成さ
れる。ルテニウム化合物(A)には、ジクロロトリス
(トリフェニルホスフィン)ルテニウム(II)などのル
テニウム錯体、Ru/Cなどが含まれる。ジオキシベン
ゼン類又はその酸化体(B)には、ヒドロキノンなどが
含まれる。上記酸化触媒系の存在下、アルコールを分子
状酸素で酸化すると、対応するカルボニル化合物が高い
収率で得られる。第2級アルコールに比べ、第1級アル
コールが選択的に酸化される。
Description
ルボニル化合物、特にアルデヒドを製造する上で有用な
酸化触媒系、この酸化触媒系を用いてアルコールを酸化
する方法、及びカルボニル化合物の製造法に関する。
化剤として用いて有機基質を酸化する方法、特にアルコ
ールを酸化して対応するカルボニル化合物を得る方法
は、経済上及び環境保護の点から極めて重要である。一
方、ルテニウム化合物を触媒として用い、アルコールを
酸化してカルボニル化合物を得る方法が種々検討されて
いる。例えば、J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1987,
1625には、触媒量のテトラプロピルアンモニウム過ルテ
ニウム酸塩と、アルコールに対して1.5当量の4−メ
チルモルホリン−N−オキシドとを用いることにより、
アルコールを酸化して対応するカルボニル化合物を得る
方法が提案されている。また、Bull. Chem. Soc. Jpn.,
61, 3607(1988)には、ジクロロトリス(トリフェニル
ホスフィン)ルテニウム(II)と、アルコールに対して
2当量のビス(トリメチルシリル)ペルオキシドとを用
いて、アリルアルコール及びベンジルアルコールを酸化
する方法が提案されている。しかし、これらの方法で
は、過酸化物等の共酸化剤を多量に用いる必要があり、
取扱いに注意を要すると共に、経済的に不利である。
媒量のテトラプロピルアンモニウム過ルテニウム酸塩と
モレキュラーシーブの存在下、アルコールを分子状酸素
により酸化してカルボニル化合物を得る方法が開示され
ている。しかし、この方法では、モレキュラーシーブを
比較的多量に用いる必要がある。また、一般に、アルコ
ールの酸素酸化反応においては、第1級アルコールより
第2級アルコールが酸化されやすく、第1級アルコール
を選択的に酸化することは困難である(J. Chem. Soc.,
Chem. Commun., 1994, 1037参照)。
は、少量の触媒により、アルコールを分子状酸素で効率
よく酸化できる酸化触媒系及び酸化方法を提供すること
にある。本発明の他の目的は、少量の触媒により、アル
コールから対応するカルボニル化合物を収率よく得るこ
とのできるカルボニル化合物の製造法を提供することに
ある。本発明のさらに他の目的は、第1級アルコールを
選択的に酸化して対応するアルデヒドを高い収率で得る
方法を提供することにある。
を達成するため鋭意検討した結果、ルテニウム化合物と
特定の化合物とを組み合わせると、触媒量の使用で、ア
ルコールが効率よく酸化され、対応するカルボニル化合
物が良好な収率で得られることを見いだし、本発明を完
成した。すなわち、本発明は、(A)ルテニウム化合物
と(B)ジオキシベンゼン類又はその酸化体とで構成さ
れた酸化触媒系を提供する。また、本発明は、上記の酸
化触媒系の存在下、アルコールを分子状酸素で酸化する
酸化方法を提供する。さらに、本発明は、上記の酸化触
媒系の存在下、アルコールを分子状酸素で酸化して、対
応するカルボニル化合物を生成させるカルボニル化合物
の製造法を提供する。
として(A)ルテニウム化合物と(B)ジオキシベンゼ
ン類又はその酸化体とを含んでいる。
合物(A)には、ルテニウム元素を含む化合物のほか、
ルテニウム単体も含まれる。ルテニウム化合物(A)と
しては、例えば、金属ルテニウム、酸化ルテニウム、硫
化ルテニウム、水酸化ルテニウム、フッ化ルテニウム、
塩化ルテニウム、臭化ルテニウム、ヨウ化ルテニウム、
硫酸ルテニウム、ルテニウム酸又はその塩(例えば、ル
テニウム酸アンモニウムなど)、過ルテニウム酸又はそ
の塩(例えば、過ルテニウム酸テトラプロピルアンモニ
ウムなど)、無機ルテニウム錯体[例えば、ヒドロキシ
ハロゲン化ルテニウム(ヒドロキシ塩化ルテニウムな
ど)、ヘキサアンミンルテニウムハロゲン化物(ヘキサ
アンミンルテニウム塩化物など)、ルテニウムニトロシ
ル、ヘキサハロルテニウム酸又はその塩(ヘキサクロロ
ルテニウム酸ナトリウムなど)]などの無機化合物;シ
アン化ルテニウム、有機ルテニウム錯体[例えば、ドデ
カカルボニル三ルテニウム(0)、ジカルボニルトリス
(トリフェニルホスフィン)ルテニウム(II)、ジアセ
タトジカルボニルビス(トリフェニルホスフィン)ルテ
ニウム(II)、ジクロロトリス(トリフェニルホスフィ
ン)ルテニウム(II)、ジヒドリドテトラキス(トリフ
ェニルホスフィン)ルテニウム(II)、ジクロロビス
(アセトニトリル)ビス(トリフェニルホスフィン)ル
テニウム(II)、ルテノセンなど]などの有機化合物が
挙げられる。ルテニウムの価数は0〜8の何れであって
もよい。好ましいルテニウムの価数は0〜4価であり、
特に2価が好ましい。
属ルテニウム、過ルテニウム酸又はその塩及びルテニウ
ム錯体が含まれる。これらのなかでも、金属ルテニウム
及びルテニウム錯体が好ましい。さらに好ましくは、有
機ルテニウム錯体、特に、トリフェニルホスフィンなど
のホスフィン類を配位子として有する有機ルテニウム錯
体[例えば、ジクロロトリス(トリフェニルホスフィ
ン)ルテニウム(II)など]である。ルテニウム化合物
(A)は、単独で又は2以上を混合して使用することが
できる。
(B)]ジオキシベンゼン類(B)には、置換基を有し
ていてもよいジオキシベンゼン、及びジオキシベンゼン
/ベンゾキノン−レドックス系における上記ジオキシベ
ンゼンの等価体が含まれる。なお、ジオキシベンゼンに
は、2つのヒドロキシル基が1つのベンゼン環に結合し
た化合物のほか、2つのヒドロキシル基が異なるベンゼ
ン環に結合したジオキシポリフェニル化合物も含まれ
る。前記ジオキシベンゼンとして、例えば、ヒドロキノ
ン(p−ジオキシベンゼン)、カテコール(o−ジオキ
シベンゼン)、ジオキシビフェニルなどが挙げられる。
基としては、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子;
シアノ基;ニトロ基;メチル、エチル、イソプロピル、
t−ブチルなどのアルキル基(好ましくは、炭素数1〜
4程度のアルキル基);トリフルオロメチルなどのハロ
アルキル基(好ましくは、炭素数1〜4程度のハロアル
キル基);ヒドロキシル基;メトキシ、エトキシなどの
アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜4程度のアルコ
キシ基);フェノキシなどのアリールオキシ基;メルカ
プト基;メチルチオ、エチルチオなどのアルキルチオ基
(好ましくは、炭素数1〜4程度のアルキルチオ基);
フェニルチオなどのアリールチオ基;アセチル、ベンゾ
イルなどのアシル基(好ましくは、炭素数1〜10程度
のアシル基);カルボキシル基;メトキシカルボニル、
エトキシカルボニル、フェニルオキシカルボニルなどの
置換オキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2〜11
程度の置換オキシカルボニル基);置換又は無置換アミ
ノ基;フェニル、ナフチルなどのアリール基などが挙げ
られる。また、置換基を有するジオキシベンゼンには、
ジオキシベンゼンのベンゼン環に、ベンゼン環などの炭
素環又は複素環が縮合した縮合環化合物も含まれる。
クス系におけるジオキシベンゼンの等価体とは、酸化反
応条件下においてベンゾキノンに変換可能なジオキシベ
ンゼンの類縁体を意味する。このようなジオキキベンゼ
ン類縁体として、ヒドロキノンモノメチルエーテルなど
のジオキシベンゼンモノアルキルエーテル;ヒドロキノ
ンジメチルエーテルなどのジオキシベンゼンジアルキル
エーテル;アミノフェノール;ジアミノベンゼンなどが
挙げられる。これらの化合物も前記置換基を有していて
もよい。これらのジオキシベンゼン類縁体は、通常酸性
条件下での酸化によりベンゾキノンに変換される。
キノン、クロロヒドロキノンなどの、置換基(例えば、
ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基な
ど)を有していてもよいヒドロキノンなどが含まれる。
化反応条件下においてジオキシベンゼン/ベンゾキノン
−レドックス系を構成する前記ジオキシベンゼン類に対
応する酸化体を意味する。例えば、該酸化体として、p
−ベンゾキノン(ヒドロキノンに対応)、o−ベンゾキ
ノン(カテコールに対応)、クロロベンゾキノン(クロ
ロヒドロキノンに対応)などが挙げられる。ジオキシベ
ンゼン類又はその酸化体(B)は、単独で又は2以上を
混合して使用できる。
とルテニウム化合物(A)との比率は、例えば、前者
(B)/後者(A)(モル比)=0.01〜100、好
ましくは0.1〜10、さらに好ましくは0.5〜2、
特に0.8〜1.2程度である。
ゼン類又はその酸化体(B)のうち、少なくとも一方
[例えば、ルテニウム化合物(A)]は担体に担持され
ていてもよい。特に、ルテニウム化合物(A)として金
属ルテニウムを用いる場合には、担体に担持することに
より触媒活性を大幅に向上できる。前記担体としては、
触媒担持用の慣用の担体、例えば、活性炭、シリカ、ア
ルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライトなどが挙げられ
る。ルテニウム化合物(A)の担持量は、例えば、担体
に対して0.1〜50重量%、好ましくは1〜20重量
%、さらに好ましくは2〜10重量%程度である。
ニウム化合物(A)及びジオキシベンゼン類又はその酸
化体(B)に加えて、塩基を含んでいてもよい。塩基を
併用することにより、酸化反応が促進される場合が多
い。このような塩基として、アルカリ金属(例えば、ナ
トリウム、カリウムなど)の水酸化物、炭酸塩、炭酸水
素塩、アルカリ土類金属(例えば、マグネシウム、カル
シウムなど)の水酸化物、炭酸塩などの無機塩基;トリ
エチルアミン、ピペリジン、N−メチルピペリジン、N
−メチルピロリジン、N,N−ジメチルアニリンなどの
アミン、ピリジン、キノリンなどの芳香族性含窒素複素
環化合物などの有機塩基が挙げられる。好ましい塩基に
は、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、アルカリ土類
金属の炭酸塩が含まれ、特に、炭酸カリウムなどのアル
カリ金属の炭酸塩が好ましい。塩基の使用量は、例え
ば、前記ルテニウム化合物(A)1モルに対して、0.
0001〜10モル、好ましくは0.001〜5モル、
さらに好ましくは0.01〜1モル、特に0.1〜0.
6モル程度である。
法]本発明の方法では、前記酸化触媒系の存在下、アル
コールを分子状酸素で酸化し、対応するカルボニル化合
物を生成させる。アルコールには、脂肪族アルコール、
脂環式アルコール、芳香族アルコール及び複素環式アル
コールが含まれる。これらのアルコールは、分子内に複
数のヒドロキシル基を有していてもよい。
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロ
パノ−ル、1−ブタノール、2−メチルプロパノール、
1−ペンタノール、1−ヘキサノール、1−オクタノー
ル、2−エチル−1−ヘキサノール、1−オクタノー
ル、1−デカノール、1−ドデカノール、1−ヘキサド
デカノール、1−オクタデカノール、アリルアルコー
ル、3−メチル−2−ブテン−1−オール、3,7−ジ
メチル−2,6−オクタジエン−1−オール(ゲラニオ
ール)などの一価アルコール;エチレングリコール、プ
ロピレングリコール、トリメチレングリコール、ヘキサ
メチレングリコールなどの二価アルコール;グリセリン
などの多価アルコールなどの炭素数1〜30(好ましく
は1〜20)程度の飽和又は不飽和脂肪族アルコールが
例示できる。
ロヘキサノール、シクロヘキシルメチルアルコール、2
−シクロヘキシルエチルアルコール、10−ピナノー
ル、α−ピネン−10−オール、1−ヒドロキシメチル
アダマンタンなどの単環又は多環の脂環式アルコールな
どが挙げられる。芳香族アルコールとしては、例えば、
ベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコール、
3−フェニルプロピルアルコール、3−フェニル−2−
プロペン−1−オールなどの炭素数7〜30(好ましく
は7〜18)程度の芳香族アルコールなどが挙げられ
る。複素環式アルコールとしては、例えば、フルフリル
アルコール、2−ヒドロキシメチルチオフェン、2−ヒ
ドロキシメチルピリジン、3−ヒドロキシメチルピリジ
ン、4−ヒドロキシメチルピリジン、2−ヒドロキシメ
チルキノリン、1−(3−ヒドロキシプロピル)ピペリ
ジン、2−ヒドロキシメチルモルホリンなどの、酸素原
子、イオウ原子及び窒素原子から選択された少なくとも
1種のヘテロ原子を1〜3個程度含む複素環を有するア
ルコールなどが例示できる。
換基を有していてもよい。このような置換基として、例
えば、ハロゲン原子、置換オキシ基(例えば、アルコキ
シ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、ア
シルオキシ基、シリルオキシ基など)、メルカプト基、
置換チオ基(例えば、アルキルチオ基、シクロアルキル
チオ基、アリールチオ基など)、カルボキシル基、置換
オキシカルボニル基(例えば、アルキルオキシカルボニ
ル基、アリールオキシカルボニル基など)、置換又は無
置換カルバモイル基、シアノ基、アシル基、ホルミル
基、ニトロ基、置換又は無置換アミノ基、アルキル基、
シクロアルキル基、シクロアルケニル基、アリール基、
複素環基などが挙げられる。
は、特に制限されず、純粋な酸素を用いてもよく、窒
素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスで希釈した酸
素や空気を使用してもよい。分子状酸素の使用量は、通
常、アルコール1モルに対して、0.5モル以上(例え
ば、1モル以上)、好ましくは1〜100モル、さらに
好ましくは1〜50モル程度である。アルコールに対し
て過剰モルの分子状酸素を用いる場合が多い。
ば、アルコール1モルに対して、0.001〜1モル、
好ましくは0.01〜0.6モル、さらに好ましくは
0.02〜0.4モル程度である。ジオキシベンゼン類
又はその酸化体(B)の使用量は、例えば、アルコール
1モルに対して、0.001〜1モル、好ましくは0.
01〜0.6モル、さらに好ましくは0.02〜0.4
モル程度である。塩基をを用いる場合、その使用量は、
例えば、アルコール1モルに対して、0.001〜1モ
ル、好ましくは0.005〜0.2モル、さらに好まし
くは0.01〜0.1モル程度である。
れで行ってもよい。溶媒は、アルコール及び目的生成物
の種類等により適当に選択できる。前記溶媒として、ベ
ンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、トリフ
ルオロメチルベンゼン、クロロベンゼン、アニソール、
ベンゾニトリル、ニトロベンゼン、安息香酸エチルなど
の、ベンゼン環がハロゲン原子、アルキル基、ハロアル
キル基、アルコキシ基、シアノ基、ニトロ基、置換オキ
シカルボニル基などで置換されていてもよいベンセン誘
導体;ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化
水素;シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;四塩化炭
素、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロ
エタンなどのハロアルカン;アセトン、メチルエチルケ
トンなどのケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソ
プロピル、酢酸ブチルなどのエステル;N,N−ジメチ
ルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどの
アミド;アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニト
リル;ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキ
シエタン、ジオキサン、テトラヒドロフランなどの鎖状
または環状エーテルなどが挙げられる。好ましい溶媒に
は、ベンゼン、トルエン、トリフルオロメチルベンゼン
などの前記ベンゼン誘導体、1,2−ジクロロエタンな
どのハロアルカン、酢酸エチルなどのエステルなどが含
まれる。なかでも、トリフルオロメチルベンゼンなどの
ベンゼン環がハロアルキル基で置換されたベンゼン誘導
体が好ましい。これらの溶媒は一種で又は二種以上混合
して用いられる。
て適宜選択でき、例えば、0〜200℃、好ましくは1
0〜100℃、さらに好ましくは30〜80℃程度であ
る。反応は常圧で行ってもよく、加圧下に行ってもよ
い。また、反応はバッチ式、セミバッチ式、連続式など
の何れの方法で行ってもよい。
であっても、温和な条件下で酸化反応が円滑に進行し、
対応するカルボニル化合物が良好な収率で得られる。ま
た、本発明は、第1級アルコールが選択的に酸化される
という大きな特徴を有する。そのため、第1級アルコー
ル及び第2級アルコールの混合物から、第1級アルコー
ルに対応するアルデヒドを高い選択率で得ることができ
る。また、分子内に第1級アルコールと第2級アルコー
ルに対応するヒドロキシル基を何れも有する化合物を酸
化すると、第1級アルコールに対応するヒドロキシル基
が選択的に酸化されて、対応するアルデヒドが高収率で
得られる。さらに、本発明では、いわゆるアリル位やベ
ンジル位にヒドロキシル基を有するアルコールを酸化す
る場合でも、分子内水素移動による飽和化合物の副生が
なく、対応する不飽和アルデヒド又は芳香族アルデヒド
が収率よく生成する。
慣用の分離手段、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶
析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段
により、又はこれらを組み合わせることにより容易に分
離精製できる。
ば、少量の触媒により、アルコールを分子状酸素で効率
よく酸化できる。また、本発明の製造法によれば、少量
の触媒により、アルコールから対応するカルボニル化合
物を収率よく得ることができる。また、第1級アルコー
ルが選択的に酸化され、対応するアルデヒドを高い収率
で得ることができる。
に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。
ルホスフィン)ルテニウム(II)]0.2ミリモル、ヒ
ドロキノン0.2ミリモル、炭酸カリウム0.03ミリ
モル及びトリフルオロメチルベンゼン6mlの混合液
に、1−デカノール1ミリモルを加え、酸素雰囲気下
(1気圧)、60℃で20時間撹拌した。生成物をシリ
カゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン/
酢酸エチル=10/1)に付して分離したところ、1−
デカノールの転化率90%で、1−デカナールが得られ
た(収率90%)。
l用いた以外は実施例1と同様の操作を行ったところ、
1−デカノールの転化率86%で、1−デカナールが得
られた(収率78%)。
ロエタンを6ml用いた以外は実施例1と同様の操作を
行ったところ、1−デカノールの転化率70%で、1−
デカナールが得られた(収率65%)。
ml用いた以外は実施例1と同様の操作を行ったとこ
ろ、1−デカノールの転化率60%で、1−デカナール
が得られた(収率59%)。
4 -[テトラプロピルアンモニウム過ルテニウム酸塩(T
PAP)]を0.2ミリモル用いた以外は実施例1と同
様の操作を行ったところ、1−デカノールの転化率98
%で、1−デカナールが得られた(収率40%)。
0.2ミリモル(Ruとして)用いた以外は実施例1と
同様の操作を行ったところ、1−デカノールの転化率9
3%で、1−デカナールが得られた(収率68%)。
ルと4−デカノール0.5ミリモルとの混合物を用いた
以外は実施例1と同様の操作を行ったところ、1−デカ
ナール(収率83%)、及び4−デカノン(収率3%)
が得られた。
を用いた以外は実施例1と同様の操作を行ったところ、
1−オクタノールの転化率89%で、1−オクタナール
が得られた(収率89%)。
ール1ミリモルを用いた以外は実施例1と同様の操作を
行ったところ、シクロヘキシルメチルアルコールの転化
率58%で、シクロヘキサンカルバルデヒドが得られた
(収率48%)。
を用いた以外は実施例1と同様の操作を行ったところ、
10−ピナノールの転化率80%で、10−ピナナール
が得られた(収率76%)。
タン1ミリモルを用い、トリフルオロメチルベンゼンに
代えて1,2−ジクロロエタン6mlを用いた以外は実
施例1と同様の操作を行ったところ、1−ヒドロキシメ
チルアダマンタンの転化率76%で、1−アダマンタン
カルバルデヒドが得られた(収率58%)。
ルホスフィン)ルテニウム(II)]0.1ミリモル、ヒ
ドロキノン0.1ミリモル、炭酸カリウム0.03ミリ
モル及びトリフルオロメチルベンゼン6mlの混合液
に、ベンジルアルコール1ミリモルを加え、酸素雰囲気
下(1気圧)、50℃で15時間撹拌した。生成物をシ
リカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン
/酢酸エチル=10/1)に付して分離したところ、ベ
ンジルアルコールの転化率80%で、ベンズアルデヒド
が得られた(収率80%)。
−1−オール1ミリモルを用いた以外は実施例12と同
様の操作を行ったところ、3−メチル−2−ブテン−1
−オールの転化率94%で、3−メチル−2−ブテナー
ルが得られた(収率81%)。
を用いた以外は実施例12と同様の操作を行ったとこ
ろ、ゲラニオールの転化率99%以上で、ゲラニアール
が得られた(収率98%)。
ル1ミリモルを用いた以外は実施例12と同様の操作を
行ったところ、α−ピネン−10−オールの転化率92
%で、α−ピネン−10−アールが得られた(収率90
%)。
ペン−1−オール1ミリモルを用いた以外は実施例12
と同様の操作を行ったところ、3−フェニル−2−プロ
ペン−1−オールの転化率100%で、3−フェニル−
2−プロペナールが得られた(収率99%)。
Claims (4)
- 【請求項1】 (A)ルテニウム化合物と(B)ジオキ
シベンゼン類又はその酸化体とで構成された酸化触媒
系。 - 【請求項2】 請求項1記載の酸化触媒系の存在下、ア
ルコールを分子状酸素で酸化する酸化方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の酸化触媒系の存在下、ア
ルコールを分子状酸素で酸化して、対応するカルボニル
化合物を生成させるカルボニル化合物の製造法。 - 【請求項4】 第1級アルコールを酸化して、対応する
アルデヒドを生成させる請求項3記載のカルボニル化合
物の製造法。
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