JP5465663B2 - ヒドロキシ芳香族アルデヒドを調製する方法 - Google Patents

ヒドロキシ芳香族アルデヒドを調製する方法 Download PDF

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Description

本発明の主題は、対応するマンデル酸誘導体の酸化によって、ヒドロキシ芳香族アルデヒドを調製する方法である。
本発明は、さらに特に、それぞれ４−ヒドロキシ−３−メトキシマンデル酸および３−エトキシ−４−ヒドロキシマンデル酸の酸化による、「バニリン」および「エチルバニリン」としてそれぞれ知られている４−ヒドロキシ−３−メトキシベンズアルデヒドおよび３−エトキシ−４−ヒドロキシベンズアルデヒドの調製に関する。
バニリンは、リグニン酸またはフェルラ酸などの天然供給源から得られるが、大部分のバニリンは化学的に生成される。
多数の多様なおよび異なる調製方法が、文献［ＫＩＲＫ−ＯＴＨＭＥＲ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２４、８１２−８２５頁、第４版（１９９７）］に記載されており、これらのいくつかが、グアヤコールまたは２−メトキシフェノールから出発している。
したがって、バニリンの調製は、水酸化カリウムの存在下でグアヤコールとクロロホルムとを反応させることに本質があるＲｅｉｍｅｒ−Ｔｉｅｍａｎｎ反応に従って記述されていると思われる。樹脂の形成は、この調製方法の不利な点である。
最近になって、欧州特許出願公開第Ａ−０７７３９１９号明細書において、特に、水酸化ナトリウムの存在下にてホルムアルデヒドとグアヤコールとを反応させて、ｏ−ヒドロキシメチルグアヤコール（ＯＭＧ）、ｐ−ヒドロキシメチルグアヤコール（ＰＭＧ）および４，６−ジ（ヒドロキシメチル）グアヤコール（ＤＭＧ）を含む混合物を生じさせ、次いで、パラジウム触媒およびビスマス触媒の存在下にて酸素で前記混合物を酸化し、引き続き、これを含む酸化生成物のオルト位にあるカルボキシル基を除去することで、良好な反応収率でバニリンを得ることを可能にすることに本質がある方法に従ったバニリンの調製が記載されている。
さらに、塩基性媒体中でグアヤコールとグリオキシル酸とを反応させて４−ヒドロキシ−３−メトキシマンデル酸を生じさせ、空気中で縮合物を酸化し、次いで、酸性化によって反応媒体からバニリンを放出することに本質がある、バニリン入手のための完全に異なる経路が存在する。
この種類の方法の例示は、プロトカテクアルデヒドエーテルを調製する方法に関する米国特許第２０６２２０５号明細書に記載されており、該方法は、アルカリ溶液中でｏ−アルコキシフェノールとグリオキシル酸の可溶性塩とを反応させ、引き続き、こうして得られた生成物を、酸化銅ＣｕＯ、二酸化鉛ＰｂＯ２、酸化マンガンＭｎＯ２、酸化コバルトＣｏ３Ｏ４、酸化水銀ＨｇＯまたは酸化銀Ａｇ２Ｏなどの穏和な酸化剤で処理することに本質がある。
欧州特許出願公開第Ａ−０７７３９１９号明細書 米国特許第２０６２２０５号明細書
文献［ＫＩＲＫ−ＯＴＨＭＥＲ、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２４、８１２−８２５頁、第４版（１９９７）］
前記方法に関して、本出願人会社は、良好な反応収率および向上した選択率でバニリンを得ることを可能にする改善を酸化段階にもたらす。
より詳細には、本発明の主題は、前記マンデル酸誘導体の酸化が、銅、ニッケル、コバルト、鉄およびマンガンによって形成される群から選択される少なくとも２種の金属元素Ｍ１およびＭ２を含む触媒系の存在下で行われることを特徴とする、塩基性媒体中で対応するマンデル酸誘導体の酸化によってヒドロキシ芳香族アルデヒドを調製する方法である。
驚くべきことに、本発明に従って定義された群から選択される少なくとも２種の金属元素を含む触媒系が使用されることを条件に、塩基性媒体中で４−ヒドロキシ−３−メトキシマンデル酸を酸化することによって、良好な反応収率および特に向上した選択性でバニリンが得られることが見出された。
今まで、金属元素のこうした組合せの使用により、該反応の能力を向上することが可能になると記載されたことがない。
以下に続く本発明の説明において、「ヒドロキシ芳香族アルデヒド」は、芳香核に直接結合している少なくとも２個の水素原子が、１個はヒドロキシル基によって、他方はホルミル基によって置き換えられている芳香族化合物を意味すると理解され、「芳香族化合物」は、文献において、特にＪｅｒｒｙ Ｍａｒｃｈ、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第４版、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ、１９９２、４０頁以下参照によって定義されている通り、芳香族性の古典的概念を意味すると理解される。
「マンデル酸誘導体」は、芳香核に直接結合している少なくとも２個の水素原子が、１個はヒドロキシル基によって、他方は式−ＣＨＯＨ−ＣＯＯＨのグリコール基によって置き換えられている芳香族化合物を意味すると理解される。
「マンデル酸」という表現は、式Ｃ６Ｈ５−ＣＨＯＨ−ＣＯＯＨのフェニルグリコール酸を表す。
本発明の方法に関与する１つの基質は、少なくとも１個のヒドロキシル基および１個のグリコール基を保有する芳香族化合物であり、以降、これを「マンデル酸基質」とも称する。
該芳香核は、１個または複数の他の置換基も保有できることに留意すべきである。一般に、いくつかの置換基とは、１つの芳香核当たり４個未満の置換基を表す。
想定される反応と相容性がある限り、任意の置換基が存在してよい。置換基の例を下記に示すが、該一覧は、決して限定するものではない。
したがって、本発明の方法は、下記式（Ｉ）
Figure 0005465663
 （前記式中、
−Ｍは、水素原子および／または元素周期表Ｉａ族の金属カチオンもしくはアンモニウムカチオンを表し、
−Ｒは、水素原子を表し、または１個もしくは複数の同一でありもしくは異なっている置換基を表し、
−ｙは、１または２に等しい数であり、
−環上の置換基の数であるｘは、４以下の数であり、
−ｘが１を超える場合、２個の隣接する炭素原子上に位置する２個のＲ基は一緒になって、これらを保有する炭素原子とともに、５個から７個の原子を有し、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合によって含む飽和環、不飽和環または芳香族環を形成することができる。）
に対応するマンデル酸基質に適用するのによく適している。
式（Ｉ）において、同一でありまたは異なっているＲ基は、水素原子を表し、非置換である、または１個もしくは２個のアルキル基またはフェニル基によって置換されている、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシアルキル基、シクロアルキル基、アリール基もしくはアリールアルキル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基もしくはパーハロアルキル基、カルボキシル基またはアミノ基を表す。
式（Ｉ）において、ｘが１を超える場合、２個の隣接する炭素原子上に位置する２個のＲ基は、３個から５個の炭素原子を有するアルキレン基、アルケニレン基またはアルケニリデン基を介して互いに結合して、５個から７個の原子を有する飽和環、不飽和環または芳香族環を形成することができ、１個または複数（好ましくは２個または３個）の炭素原子は、ヘテロ原子、好ましくは酸素によって置き換えられていることが可能である。
本発明の文脈において、「アルキル」は、１個から１５個の炭素原子、好ましくは１個もしくは２個から１０個の炭素原子を有する直鎖または分枝の炭化水素鎖を意味すると理解される。
「アルコキシ」は、アルキルという用語が上記で示された意味を有するアルキル−Ｏ−基を意味すると理解される。アルコキシ基の好ましい例は、メトキシ基またはエトキシ基である。
「アルケニル」は、２個から１５個の炭素原子を有し、１つもしくは複数の二重結合、好ましくは１つから２つの二重結合を含む直鎖または分枝の炭化水素基を意味すると理解される。
「シクロアルキル」は、３個から８個の炭素原子を含む環式炭化水素基、好ましくはシクロペンチル基またはシクロヘキシル基を意味すると理解される。
「アリール」は、６個から１２個の炭素原子を含む芳香族単環式または多環式基、好ましくは単環式基または二環式基、好ましくはフェニルまたはナフチルを意味すると理解される。
「アリールアルキル」は、芳香族単環式環を保有し、７個から１２個の炭素原子を含む直鎖または分枝の炭化水素基、好ましくはベンジルを意味すると理解される。
「ハロアルキルもしくはパーハロアルキル」は、以下の基：−ＣＸ３、−［ＣＸ２］ｐ−ＣＸ３または−ＣｐＨａＦｂの１つを意味すると理解され、前記基において、Ｘは、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子またはフッ素原子を表し、ｐは、１から１０の範囲の数を表し、ｂは、３から２１の範囲の数を表し、ａ＋ｂ＝２ｐ＋１である。
本発明の方法を実行するのに特によく適している化合物は、同一でありまたは異なっているＲが、
−水素原子
−ヒドロキシル基
−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、ｓｅｃ−ブチルまたはｔｅｒｔ−ブチルなど、１個から６個の炭素原子、好ましくは１個から４個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル基
−ビニルまたはアリルなど、２個から６個の炭素原子、好ましくは２個から４個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルケニル基
−メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基またはｔｅｒｔ−ブトキシ基など、１個から６個の炭素原子、好ましくは１個から４個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルコキシ基
−フェニル基
−ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子、塩素原子または臭素原子
を表す式（Ｉ）に対応する。
式（Ｉ）に関与する他の記号の定義に関して、ｙは、１または２に等しく、好ましくは１に等しく、ｘは、有利には０、１または２に等しく、より有利には１に等しい。
Ｍに関して、これは水素原子、元素周期表Ｉａ族の金属カチオンまたはアンモニウムカチオンを表す。
現本文において、以下、Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｄｅ ｌａ Ｓｏｃｉｅｔｅ Ｃｈｉｍｉｑｕｅ ｄｅ Ｆｒａｎｃｅ、Ｎｏ１（１９６６）に公表されている元素周期表を参照とする。
アルカリ金属カチオンの中で、Ｍは、ナトリウムまたはカリウムが好ましい。
本発明の方法に使用することができる基質の好ましい例として、とりわけ、
−４−ヒドロキシ−３−メトキシマンデル酸
−３−エトキシ−４−ヒドロキシマンデル酸
−３，４−ジヒドロキシマンデル酸
−２，４−ジヒドロキシマンデル酸
−２−ヒドロキシ−５−メチルマンデル酸
−２−ヒドロキシ−５−メトキシマンデル酸
−４−ヒドロキシ−３−クロロマンデル酸
−４−ヒドロキシ−３−ブロモマンデル酸
−４−ヒドロキシ−３−フルオロマンデル酸
−４−ヒドロキシマンデル酸
−４−ヒドロキシ−３−メトキシ−５−メチルマンデル酸
−２−ヒドロキシ−２−（１−ヒドロキシナフト−２−イル）酢酸
を挙げることができる。
本発明は、特に、単独または混合物として使用される、下記式
Figure 0005465663
 （前記式中、Ｍは、式（Ｉ）に示されている意味を有し、ｘは、１または２に等しく、同一でありまたは異なっているＲ基は、１個から４個の炭素原子を有するアルキル基またはアルコキシ基、好ましくはメトキシ基またはエトキシ基を表す。）
に対応する化合物に該当する。
各種式（Ｉ）、（Ｉａ）、（Ｉｂ）および（Ｉｃ）において、Ｍは、水素原子またはナトリウムもしくはカリウムを表すのが好ましい。
式（Ｉ）、好ましくは式（Ｉａ）、（Ｉｂ）および／または（Ｉｃ）のマンデル酸誘導体は、塩化形態、より好ましくは完全に塩化された形態で酸化反応にかけられる。
出発マンデル酸基質が塩化されていないまたは十分に塩化されていないと、塩基性媒体中で、酸化が起こるのに引き続いて塩化反応が起こる。
したがって、本発明の方法によると、使用時に調製されるマンデル酸誘導体の塩化形態を用いることが可能であるが、マンデル酸誘導体と塩基とを反応させることによって、その場でこれを調製することも可能である。
本発明の方法に関与するマンデル酸誘導体は、公知の生成物である。これらは、アルカリ性媒体中で、グリオキシル酸をフェノールおよび／またはこの対応する誘導体と縮合させることによって得ることができる。特に、国際公開第９９／６５８５３号パンフレットを参照とする。
マンデル酸誘導体を調製する方法は、アルカリ剤の存在下、場合によってジカルボン酸系触媒の存在下で、式（ＩＩ）に対応するフェノール誘導体とグリオキシル酸との縮合反応を行うことである。
Figure 0005465663
 （前記式中、Ｒおよびｘは、式（Ｉ）で示される意味を有する。）
該縮合反応は、アルカリ剤、好ましくは水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであってよいアルカリ金属水酸化物の存在下で行われ、経済的理由から、水酸化ナトリウムを選択するのが好ましい。
グリオキシル酸に関して、例えば１５重量％と７０重量％との間で変化する濃度を有するグリオキシル酸水溶液が用いられる。
グリオキシル酸は、式（ＩＩ）のフェノール誘導体と過剰に反応させる。グリオキシル酸に対する式（ＩＩ）のフェノール誘導体のモル比は、１．０と４．０との間で変化する。
使用されるアルカリ金属水酸化物溶液は、一般に、１０重量％と５０重量％との間の濃度を有する。
反応媒体中に導入されるアルカリ金属水酸化物の量は、式（ＩＩ）のフェノール誘導体のヒドロキシル官能基を塩化するのに必要な量およびグリオキシル酸のカルボキシル官能基を塩化するのに必要な量を考慮に入れる。
式（ＩＩ）のフェノール誘導体の濃度は、０．５ｍｏｌ／リットルと１．５ｍｏｌ／リットルとの間が好ましい。
反応温度は、２０℃と６０℃との間で選択するのが有利である。
該反応は、大気圧で行われるが、不活性ガス、好ましくは窒素または希ガス、特にアルゴンの制御雰囲気下で行われる。窒素を選択するのが好ましい。
式（ＩＩ）のフェノール誘導体、グリオキシル酸およびアルカリ金属水酸化物を接触させた後、１時間から１０時間の範囲で変化する時間、反応媒体を撹拌し続け上述した範囲内で選択される温度で維持する。
反応の最後に、塩化形態で得られたマンデル酸誘導体の分離を、従来の分離技術に従って、特に結晶化によって行う。
可能な代替形態は、国際公開第９９／６５８５３号パンフレットに記載されている通り、ジカルボン酸系触媒、好ましくはシュウ酸の存在下で反応することに本質がある。
したがって、本発明によるヒドロキシ芳香族アルデヒドを調製する方法において、例えば、式（Ｉａ）もしくは（Ｉｂ）もしくは（Ｉｃ）または上記した通り、フェノール誘導体およびグリオキシル酸の縮合反応から生じる粗反応生成物などの単離されたマンデル酸誘導体は、この場合、式（Ｉａ）、（Ｉｂ）および（Ｉｃ）および場合によって縮合反応の反応物によって例示した通りの異性体を含む反応混合物となり、この反応中において異性体が過剰にある場合、反応基質として関与することがある。
本発明の方法によると、塩化形態のマンデル酸誘導体と酸化剤とは、本発明の触媒系の存在下で反応させることができる。
反応媒体中のマンデル酸基質の重量濃度は、通常、５重量％と３０重量％との間、好ましくは１０重量％と２５重量％との間である。
少なくとも２種の金属元素を含むことが特徴である触媒系は、したがって、本発明の方法に関与している。したがって、該触媒系は、銅、ニッケル、コバルト、鉄およびマンガンによって形成される群から選択され、Ｍ１で示される金属元素と、銅、ニッケル、コバルト、鉄およびマンガンによって形成される群から選択され、Ｍ１とは異なる別の金属元素Ｍ２とを含むのが有利である。
より好ましくは、金属元素Ｍ１は、銅、ニッケル、コバルトおよび鉄によって形成される群から選択され、Ｍ１とは異なる別の金属元素Ｍ２は、銅、ニッケル、コバルトおよび鉄によって形成される群から選択される。
またさらに好ましくは、以下の金属対：コバルト／銅、コバルト／ニッケル、コバルト／鉄、銅／鉄またはニッケル／鉄を含む触媒系が用いられる。前記金属の３種の混合物を使用することもできる。別の金属元素を添加することは、本発明の範囲から逸脱することにはならない。
該金属元素は、任意の形態で使用することができる。これらは、金属もしくは酸化物の形態で、または単一塩もしくは複塩および無機もしくは有機であってよい塩の形態で供給することができる。
本発明は、一元または二元金属錯体の形態における該金属元素の使用も、排除していない。
より詳細には、上述した元素は、金属の形態で、または酸化物もしくは水酸化物の形態で導入することができる。無機塩、好ましくは硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物、ケイ酸塩、炭酸塩もしくはシュウ酸塩を、または有機塩、好ましくはアセチルアセトン塩もしくはカルボン酸塩、またさらに好ましくは酢酸塩を用いることが可能である。
特に、無機または有機銅化合物の例として、銅化合物には、臭化第一銅および臭化第二銅；ヨウ化第一銅；塩化第一銅および塩化第二銅；塩基性炭酸第二銅；硝酸第一銅および硝酸第二銅；硫酸第一銅および硫酸第二銅；亜硫酸第一銅；酸化第一銅および酸化第二銅；水酸化第二銅；酢酸第一銅および酢酸第二銅；またはトリフルオロメチルスルホン酸第二銅を挙げることができる。
例えば２−ヒドロキシアセトフェノンおよび２−ヒドロキシベンズアルデヒドなど、ジアミン、好ましくはエチレンジアミン、およびβ−ジカルボニル化合物またはヒドロキシカルボニル化合物の反応から得られるサルコミン系銅錯体も、本発明に適当である。
したがって、サルコミン系銅錯体の中で、以下の主鎖
Figure 0005465663
 を有する錯体が好ましく、特に、１個から４個の炭素原子、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子もしくはフッ素原子を有するアルキル基またはアルコキシ基、またはニトロ基によってベンゼン環が置換されることが可能である。
ニッケル誘導体の具体例として、塩化ニッケル（ＩＩ）、臭化ニッケル（ＩＩ）もしくはヨウ化ニッケル（ＩＩ）などのハロゲン化ニッケル（ＩＩ）；硫酸ニッケル（ＩＩ）；炭酸ニッケル（ＩＩ）；特に酢酸塩もしくはプロピオン酸塩など、１個から１８個の炭素原子を含む有機酸塩；ニッケル（ＩＩ）アセチルアセトネート、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）ニッケル（ＩＩ）もしくはジブロモビス−（ビピリジン）ニッケル（ＩＩ）などのニッケル（ＩＩ）錯体；またはビス（シクロオクタ−１，５−ジエン）ニッケル（０）または［ビス（ジフェニル−ホスフィノ）エタン］ニッケル（０）などのニッケル（０）錯体を挙げることができる。
コバルト系化合物の例として、特に、塩化コバルト（ＩＩ）、臭化コバルト（ＩＩ）もしくはヨウ化コバルト（ＩＩ）または塩化コバルト（ＩＩＩ）、臭化コバルト（ＩＩＩ）もしくはヨウ化コバルト（ＩＩＩ）など、ハロゲン化コバルト（ＩＩ）およびハロゲン化コバルト（ＩＩＩ）；硫酸コバルト（ＩＩ）および硫酸コバルト（ＩＩＩ）；炭酸コバルト（ＩＩ）もしくは塩基性炭酸コバルト（ＩＩ）；オルトリン酸コバルト（ＩＩ）；硝酸コバルト（ＩＩ）；酸化コバルト（ＩＩ）および酸化コバルト（ＩＩＩ）；水酸化コバルト（ＩＩ）および水酸化コバルト（ＩＩＩ）；特に酢酸コバルト（ＩＩ）および酢酸コバルト（ＩＩＩ）もしくはプロピオン酸コバルト（ＩＩ）などの１個から１８個の炭素原子を含む有機酸塩；または塩化ヘキサアンミンコバルト（ＩＩ）もしくは塩化ヘキサアンミンコバルト（ＩＩＩ）、硫酸ヘキサアンミンコバルト（ＩＩ）もしくは硫酸ヘキサアンミンコバルト（ＩＩＩ）、塩化ペンタアミンコバルト（ＩＩＩ）もしくは塩化トリエチレンジアミンコバルト（ＩＩＩ）などのコバルト（ＩＩ）錯体を挙げることができる。
式を下記に示すＣｏ（ＩＩＩ）サレン・ヤコブセン・コバルト錯体、または前記錯体から誘導し、Ｌ．Ａｏｕｎｉらによって「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃａｌｅ：Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」、Ｈ．Ｕ．Ｂｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｅ．Ｓｃｈｍｉｄｔ Ｅｄｓ．；Ｗｉｌｅｙ、２００４、１６５−１９９頁に記載されているオリゴマー系も用いることができる。
Figure 0005465663
 例えば２−ヒドロキシアセトフェノンおよび２−ヒドロキシベンズアルデヒドなど、ジアミン、好ましくはエチレンジアミン、およびβ−ジカルボニル化合物またはヒドロキシカルボニル化合物の反応から得られるサルコミン系コバルト錯体も、本発明に適当である。
したがって、サルコミン系コバルト錯体の中で、以下の主鎖
Figure 0005465663
 を有する錯体が好ましく、特に、１個から４個の炭素原子、ハロゲン原子、好ましくは塩素原子もしくはフッ素原子を有するアルキル基またはアルコキシ基、またはニトロ基によってベンゼン環が置換されることが可能である。
マンガン系化合物の例として、特に、ハロゲン化マンガン、例えば、塩化マンガン（ＩＩ）および塩化マンガン（ＩＩＩ）；臭化マンガン（ＩＩ）；ヨウ化マンガン（ＩＩ）；塩化マンガン（ＩＩ）；硫酸マンガン（ＩＩ）；硝酸マンガン（ＩＩ）；酸化マンガン（ＩＩ）および酸化マンガン（ＩＩＩ）；水酸化マンガン（ＩＩ）および水酸化マンガン（ＩＩＩ）；酢酸マンガン（ＩＩ）；または酒石酸マンガン（ＩＩ）を挙げることができる。
コバルトに関し、サルコミン系マンガン錯体、特に、以下の場合によって置換されている主鎖
Figure 0005465663
 を呈するものが適当である。
鉄（ＩＩ）および鉄（ＩＩＩ）の塩化物、臭化物、ヨウ化物もしくはフッ化物；硫酸鉄（ＩＩ）および硫酸鉄（ＩＩＩ）；硝酸鉄（ＩＩ）および硝酸鉄（ＩＩＩ）；酸化鉄（ＩＩ）および酸化鉄（ＩＩＩ）；水酸化鉄（ＩＩ）および水酸化鉄（ＩＩＩ）；塩基性酸化鉄（ＩＩＩ）；酢酸鉄（ＩＩ）および塩基性酢酸鉄（ＩＩＩ）；リン酸鉄（ＩＩＩ）；シュウ酸鉄（ＩＩ）およびシュウ酸鉄（ＩＩＩ）；鉄（ＩＩＩ）アセチルアセトネート；または酒石酸鉄（ＩＩ）など、一般に酸化物、水酸化物または塩の形態で鉄系触媒系を用いることもできる。
本発明の方法に完全によく適している様々な金属元素の供給源として、塩化第一銅、塩化第二銅、硫酸第二銅または硫酸第二銅；塩化ニッケル（ＩＩ）もしくは硫酸ニッケル（ＩＩ）；塩化コバルト（ＩＩ）、塩化コバルト（ＩＩＩ）、硫酸コバルト（ＩＩ）もしくは硫酸コバルト（ＩＩＩ）；塩化マンガン（ＩＩ）もしくは硫酸マンガン（ＩＩ）；または塩化鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）もしくは硫酸鉄（ＩＩＩ）から選択される少なくとも２種の異なる化合物を挙げることができる。
該触媒系は、固体形態または水溶液で、本発明の方法に導入することができる。例として、水溶液における触媒系の濃度は５重量％から２０重量％であると明記する。
本発明の方法によると、少なくとも２種の金属元素Ｍ１およびＭ２が、本発明の方法の触媒系に関与する。
該触媒系における金属元素の比率は大きく異なってよい。
したがって、Ｍ１／Ｍ２の原子比率は、９９．９／０．１から０．１／９９．９の範囲でよいが、９０／１０および１０／９０との間、より好ましくは７０／３０と３０／７０との間で選択するのが好ましい。
本発明の方法において、酸化されるマンデル酸基質に対して使用される触媒系の量は、広い限度内で異なってよい。したがって、媒体に存在するマンデル酸基質のモル数に対する金属Ｍ１＋Ｍ２のモル数のモル比によって表される触媒系の量は、０．０００１％と２０％との間、好ましくは０．０１％と０．３％との間で選択するのが好ましい。
本発明の方法によると、該酸化は、塩基剤、さらに特には水酸化アンモニアまたはアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の塩基を溶解して含む水性媒体中で行われ、中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化リチウムおよび水酸化バリウム、またはアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩、好ましくは炭酸ナトリウムもしくは炭酸カリウムなど、アルカリ金属水酸化物およびアルカリ土類金属水酸化物を挙げることができる。
同一でありまたは異なっているアルキル基が、好ましくは１個から６個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル鎖を表す、第４級水酸化アンモニウム、例えば水酸化テトラアルキルアンモニウムまたは水酸化トリアルキルベンジルアンモニウムなどの有機塩基を用いることもできる。
水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニアまたは水酸化トリメチルベンジルアンモニウムから選択するのが好ましい。
経済的理由から、選択される塩基は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであるのが好ましい。
使用されるアルカリ金属水酸化物溶液は、一般に、５重量％と５０重量％との間の濃度を有する。出発溶液の濃度は重要ではない。しかし、３０重量％と５０重量％との間で変化する濃度を持つ、より濃縮された溶液を用いるのが好ましい。
マンデル酸基質に対してモル百分率として表される使用塩基の量は、一般に、化学量論量の８０％と３００％との間で変化する。
上記した通り、マンデル酸基質は、酸化剤を使用し、塩基性媒体中にて、上記で定義した固体触媒系または水溶液の触媒系の存在下で酸化する。
本発明の方法に使用することができる酸化剤として、特に、過酸化水素、過酢酸などの過酸、またはｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、シクロヘキシルヒドロペルオキシドもしくはクミルヒドロペルオキシドなどのヒドロペルオキシドを挙げることができる。
上述した酸化剤の中で、過酸化水素を用いるのが好ましい。
過酸化水素は、この市販形態、すなわち濃度が一般に３０％と７０％との間で変化する水溶液で使用するのが有利である。
導入される酸化剤の量は大きく異なってよい。一般に、これは、実際には化学量論量に対して２０％の僅かな過剰であっても化学量論量に等しい。
化学酸化剤を使用することが可能だが、分子酸素またはこれを含むガスを用いるのが好ましい。
このガスは、純粋な酸素または不活性ガスで希釈した酸素、例えば、窒素または希ガス、好ましくはアルゴンであってよい。したがって、空気を用いることができる。
使用される酸素の量は、供給原料ガスも反応領域に現れることができる可能なガス相も爆発性組成物の範囲内で発生しない限り重要ではなく、選択される他の反応パラメータまたは条件を考慮する。酸素の量は、酸化される基質に対して反応の化学量論量に、少なくとも同等である。マンデル酸基質のモル数に対する酸素のモル数の比率は、少なくとも０．５である。上限は重要でない。前記比率は、０．５と５０との間で選択されるのが有利である。
反応圧力は、大気圧とおよそ２０バールとの間で変化する。１バールと１０バールとの間の圧力が好ましい。
本発明の方法は、純粋な酸素を気泡にして通過させながら、大気圧で行うことができる。
本発明の別の代替形態は、高圧滅菌器内にて圧力下で操作することに本質がある。この場合、希釈酸素、好ましくは空気を、有利には１バールから１０バール程度の圧力下で使用する。
該混合物は、引き続き、マンデル基をホルミル基に変換するのに必要な量に対応する酸素の量が消費されるまで、所望の温度で撹拌する。
用いられる反応温度は、調製される生成物の熱安定性により変化する。
本発明によると、温度は、５０℃から９５℃の幅の温度範囲内で選択されるのが好ましい。
該反応は一般に水性媒体中で行われるが、本発明では、反応温度が、例えば１００℃を超えるのであれば有機溶媒の使用を排除することがないことに留意されるべきである。有機溶媒のさらに特定の例として、ジメチルスルホキシドまたはジメチルホルムアミドを挙げることができる。
実際的観点から、マンデル酸基質、触媒系および塩基性溶液、および次いで酸化剤が反応器に投入される。
酸化剤が液状形態である場合、他の反応剤と同時に導入される。
酸化剤がガス形態である場合、反応媒体を撹拌し、選択された反応温度に加熱し、次いで、これを含む分子酸素または分子ガスを次いで変換する。
反応の最後に、式（ＩＩＩ）
Figure 0005465663
 （前記式中、Ｒ、Ｍ、ｘおよびｙは、上記で示された意味を有する。）
に対応するヒドロキシ芳香族アルデヒドを反応媒体中で得る。
形成されたアルデヒドは、従来の分離技術、例えば、適当な溶媒を使用する抽出または蒸留によって回収される。
本発明の方法は、特に、以下のヒドロキシ芳香族アルデヒド：バニリン、エチルバニリンまたはプロトカテクアルデヒドの調製に適用される。
本発明による酸化方法は、しばしば９０％を超える良好な反応収率でヒドロキシ芳香族アルデヒドの生成をもたらすが、これは、以下の実施例において実証される通り、反応の選択率を有意に増加することを可能にするので特に有利である。
本発明の各種実装例は、例示として示される。
実施例１から９は、本発明の方法によるバニリンの調製に関する。
実施例ａからｆは、単一の金属元素のみを含む触媒系を使用する比較試験である。
実施例において、選択率（ＹＤ）は、変換されたマンデル酸基質のモル数に対する形成された生成物（アルデヒド）のモル数の比率に対応する。
（実施例）
各種実施例１から９で使用される手順を下記に示す。
酸化反応は、機械撹拌システム、バッフル、流量計で調節される酸素または空気の注入口、および垂直還流凝縮器を装備した、ステンレス鋼３１６Ｌ（またはガラス）製の反応器内で行われる。
４−ヒドロキシ−３−メトキシマンデル酸（「ＡＰＭ」）、または最先端技術の教示（国際公開第９９／６５８５３号パンフレット）に従って行われるグリオキシル酸とグアヤコールとの間の縮合反応から得られる（「粗製生成物」と表される）ＡＰＭ２５重量％を含む粗反応生成物のいずれかを、反応器に投入する。
実施例において下記で定義される触媒系を、撹拌しながら投入し、次いで、該媒体を５０℃に加熱する。
該反応の化学量論に必要である量に対応する、５０％水酸化ナトリウム水溶液の適当な量を添加する。
該媒体を、次いで、８０℃に加熱し、酸素を１．６ ｌ／ｈ程度の流量で導入する。
該反応を、酸素がもはや消費されなくなるまで続ける。
該反応の化学性能を、液クロマトグラフィーによって決定する。
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．１２５および０．１２５の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率９８％を得る。
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．０２８および０．２６７の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率９７％を得る。
ＡＰＭ、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．０４２および０．０４０の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率９８％を得る。
ＡＰＭ、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．０１０および０．００５の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率９５％を得る。
ＡＰＭ、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．００５および０．０１０の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率９７％を得る。
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．１２５および０．１３２の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率１００％を得る。
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．１２５および０．１１７の量でそれぞれ使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＦｅ２（ＳＯ４）３を含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率１００％を得る。
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．１２５および０．１２０の量でそれぞれ使用されるＣｕＳＯ４・５Ｈ２ＯおよびＦｅ２（ＳＯ４）３を含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率１００％を得る。
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．１２５および０．１２８の量でそれぞれ使用されるＮｉＣｌ２・６Ｈ２ＯおよびＦｅ２（ＳＯ４）３を含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率１００％を得る。
比較試験ａからｄ
比較として、単一の金属元素のみを使用しながら、一連の試験を行った。
本発明の実施例および各種比較試験において得られた結果を比較し、２種の金属元素を含む本発明の触媒系のより良い性能を、選択率に関して記録する。
試験ａ
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．２５０の量で使用されるＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率８６％を得る。
この試験で得られた黒色と比較して、実施例１における薄橙色である反応媒体の着色に改善が見られる。
試験ｂ
ＡＰＭ、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．２２０の量で使用されるＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率８２％を得る。
試験ｃ
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．２５０の量で使用されるＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率６８％を得る。
この試験で得られた黒色と比較して、実施例１における薄橙色である反応媒体の着色に改善が見られる。
試験ｄ
定義した通りの粗反応生成物、およびＡＰＭのモル百分率として表される０．２１５の量で使用されるＦｅ２（ＳＯ４）３を含む触媒系を使用しながら、上記に示した手順を再現する。
３０分間反応させた後、バニリンの反応選択率８９％を得る。

Claims (24)

  1. 塩基性媒体中で対応するマンデル酸誘導体を酸化することによってヒドロキシ芳香族アルデヒドを調製する方法であり、前記マンデル酸誘導体の酸化が、金属元素として、銅、ニッケル、コバルト、鉄およびマンガンによって形成される群から選択される少なくとも２種の金属元素Ｍ１およびＭ２ のみからなる触媒系の存在下で行われることを特徴とする方法。
  2. マンデル酸基質が、下記式（Ｉ）
    Figure 0005465663
     （前記式中、
    −Ｍは、水素原子および／またはＩａ族の金属カチオンもしくはアンモニウムカチオンを表し、
    −Ｒは、水素原子を表し、または１個もしくは複数の同一でありまたは異なっている置換基を表し、
    −ｙは、１または２に等しい数であり、
    −環上の置換基の数であるｘは、４以下の数であり、
    −ｘが１を超える場合、２個の隣接する炭素原子上に位置する２個のＲ基は一緒になって、これらを担持する炭素原子とともに、５個から７個の原子を有し、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合によって含む飽和環、不飽和環または芳香族環を形成することができる。）
    に対応することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. マンデル酸基質が、式（Ｉ）（式中、同一でありまたは異なっているＲ基が、水素原子、非置換である、または１個もしくは２個のアルキル基またはフェニル基によって置換されている、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシアルキル基、シクロアルキル基、アリール基もしくはアリールアルキル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基もしくはパーハロアルキル基、カルボキシル基またはアミノ基を表し、ｘが１を超える場合、２個の隣接する炭素原子上に位置する２個のＲ基が、３個から５個の炭素原子を有するアルキレン基、アルケニレン基またはアルケニリデン基を介して互いに結合して、５個から７個の原子を有する飽和環、不飽和環または芳香族環を形成することができ、１個または複数の炭素原子が、ヘテロ原子によって置き換えられていることが可能である。）に対応することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. マンデル酸基質が、式（Ｉ）（式中、同一でありまたは異なっているＲは、
    −水素原子
    −ヒドロキシル基
    −１個から６個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル基
    −２個から６個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルケニル基
    −１個から６個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルコキシ基
    −フェニル基、または
    −ハロゲン原子
    を表す。）
    に対応することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  5. マンデル酸基質が、ｙが１に等しく、ｘが、０、１または２に等しい式（Ｉ）に対応することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  6. グリコール基がヒドロキシル基に対してオルト位またはパラ位にある式（Ｉ）に対応するマンデル酸基質が使用されることを特徴とする、請求項２から５の一項に記載の方法。
  7. アルカリ性媒体中における対応するフェノール誘導体とのグリオキシル酸の縮合から生じる粗反応混合物に含まれるマンデル酸基質が使用されることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の方法。
  8. 粗反応混合物が、下記式
    Figure 0005465663
     （前記式中、Ｍは、式（Ｉ）に示されている意味を有し、ｘは、１または２に等しく、同一でありまたは異なっているＲ基は、１個から４個の炭素原子を有するアルキル基またはアルコキシ基を表す。）
    に対応する化合物を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. マンデル酸基質が、
    −４−ヒドロキシ−３−メトキシマンデル酸
    −３−エトキシ−４−ヒドロキシマンデル酸
    −３，４−ジヒドロキシマンデル酸
    −２，４−ジヒドロキシマンデル酸
    −２−ヒドロキシ−５−メチルマンデル酸
    −２−ヒドロキシ−５−メトキシマンデル酸
    −４−ヒドロキシ−３−クロロマンデル酸
    −４−ヒドロキシ−３−ブロモマンデル酸
    −４−ヒドロキシ−３−フルオロマンデル酸
    −４−ヒドロキシマンデル酸
    −４−ヒドロキシ−３−メトキシ−５−メチルマンデル酸
    −２−ヒドロキシ−２−（１−ヒドロキシナフト−２−イル）酢酸
    から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  10. 反応媒体におけるマンデル酸基質の重量濃度が、５重量％と３０重量％との間であることを特徴とする、請求項１から９の一項に記載の方法。
  11. 金属元素が、金属の形態または酸化物もしくは水酸化物の形態で、無機塩の形態、または有機塩の形態で、または一元もしくは二元金属錯体の形態で導入されることを特徴とする、請求項１から１０の一項に記載の方法。
  12. 銅、コバルトおよびマンガンが、サルコミン系錯体の形態で導入され、コバルトが、Ｃｏ（ＩＩＩ）サレン・ヤコブセン錯体の形態でも導入されることを特徴とする、請求項１から１１の一項に記載の方法。
  13. 金属元素が、塩化第一銅、塩化第二銅、硫酸第一銅もしくは硫酸第二銅；塩化ニッケル（ＩＩ）もしくは硫酸ニッケル（ＩＩ）；塩化コバルト（ＩＩ）、塩化コバルト（ＩＩＩ）、硫酸コバルト（ＩＩ）もしくは硫酸コバルト（ＩＩＩ）；塩化マンガン（ＩＩ）もしくは硫酸マンガン（ＩＩ）；または塩化鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）もしくは硫酸鉄（ＩＩＩ）から選択される少なくとも２種の異なる化合物を介して導入されることを特徴とする、請求項１から１２の一項に記載の方法。
  14. 触媒系が、固体形態または水溶液で導入されることを特徴とする、請求項１から１３の一項に記載の方法。
  15. 触媒系が、金属元素として、Ｍ１／Ｍ２対のみからなることを特徴とする、請求項１から１４の一項に記載の方法。
  16. 触媒系における金属元素の割合が、Ｍ１／Ｍ２の原子比率が９９．９／０．１から０．１／９９．９との間で変化することを特徴とする、請求項１から１５の一項に記載の方法。
  17. 媒体に存在するマンデル酸基質のモル数に対する金属Ｍ１およびＭ２のモル数のモル比で表される使用触媒系の量が、０．０００１％と２０％との間で選択されることを特徴とする、請求項１から１６の一項に記載の方法。
  18. 酸化が、水酸化アンモニウム、アルカリ金属またはアルカリ土類金属水酸化物、炭酸ナトリウムもしくは炭酸カリウム、または第４級水酸化アンモニウムから選択される塩基剤を溶解して含む水性媒体中で行われることを特徴とする、請求項１から１７の一項に記載の方法。
  19. 反応が、分子酸素またはこれを含むガスの存在下で行われることを特徴とする、請求項１から１８の一項に記載の方法。
  20. 酸化反応の温度が、５０℃と９５℃の間で選択されることを特徴とする、請求項１から１９の一項に記載の方法。
  21. 反応圧力が、大気圧と２０バールとの間で変化することを特徴とする、請求項１から２０の一項に記載の方法。
  22. 反応が、水性媒体または有機溶媒中で行われることを特徴とする、請求項１から１７及び１９から２１の一項に記載の方法。
  23. マンデル酸基質、触媒系および塩基性溶液を反応器に充填し、媒体を、選択された反応温度にし、次いで、酸素流またはこれを含むガス流を気泡にして通過させることを特徴とする、請求項１から２２の一項に記載の方法。
  24. 得られるヒドロキシ芳香族アルデヒドが、バニリン、エチルバニリンまたはプロトカテクアルデヒドであることを特徴とする、請求項１から２３の一項に記載の方法。
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