JPH0460098B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は２，３，６−トリメチルフエノールを
水及び有機媒体中で銅ハロゲノ錯体の存在下酸素
と接触させることを特徴とする２，３，５−トリ
メチルベンゾキノンの製造方法に関するものであ
る。 ２，３，５−トリメチルベンゾキノン（以下
TMBQと略す）は、ビタミンＥの合成中間体と
して、有用な物質である。TMBQの製造法は
種々の原料から製造する方法が提案されている。
本発明はその中でも工業的に入手できる２，３，
６−トリメチルフエノール（以下TMPと略す）
からの製造に関するものである。 TMPからのTMBQの製造法の代表的な方法
は、 (1) 無機酸化剤で酸化する方法 (2) 触媒の存在下、酸素で酸化する方法 である。 (1)の無機酸化剤を用いる方法は、例えば酸化剤
として過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、
酸化鉛などが用いられており、これらの方法は高
価な酸化剤を化学量論量必要なこと、反応によつ
て生成する低原子価状態の金属の処理などが必要
なことなどの欠点がある。 (2)の触媒の存在下、酸素で酸化する方法として
は例えば触媒としてコバルト錯体を用いる方法
は、触媒の反応初期の活性は相当程度に高いが、
触媒としての寿命は極めて短かく工業的に使用す
るには相当の問題がある。また触媒として、ハロ
ゲン化銅を用いる方法は、反応率、選択率共に高
くはあるが種々の解決すべき基本的な欠点を有す
る。 例えば特開昭49−36641号は、ニトリル、第３
級アミド溶媒中銅塩を用いてTMPを酸化してい
るが、TMBQの収率は80％程度であり、又その
他ポリフエニレンオキシドを生成し、処理しにく
いポリマーとTMBQを分離しなくてはならない。
故に効果的な製造法とは言い難い。また、特公昭
53−17585号は溶媒中で銅及びハロゲンイオンの
存在下、TMPを酸素で酸化する方法である。こ
の方法は限定された条件では収率も高く優れた方
法であるが反応速度が小さいこと、反応を非水系
で行う方が好ましいこと、更には触媒の循環使用
を考慮した場合、大きなユーテイリテイー消費が
予想されること等の致命的な欠点を有する。即ち
本反応は水を生成する反応にもかかわらず、反応
を非水系で行う方が好ましいこと、その様な系を
選択しないと該反応の選択性、活性が低下するこ
とがあり、工業的に実施する場合には反応系から
生成水を除去する工夫が必要である。又、反応終
了後、銅およびハロゲンイオンを回収し再使用し
ようとすると反応液から大量の水で抽出し、その
水溶液を例えば水を蒸発処理して水を含まない触
媒として回収しなくては繰り返し使用できないの
で工業的に実施するにはその操作に多大のエネル
ギーを消費することになり極めて不利である。更
に銅およびハロゲンイオンを触媒とする本反応は
触媒の活性が比較的低いために長時間を要するた
めに空時収率が低く、結局のところ反応装置が大
型化する欠点も有する。 特開昭50−93931号は、上記方法の欠点の一つ
である非水系での反応を改善し、含水溶媒中でも
反応を効率よく進行させ、触媒の繰り返し使用を
容易にする方法を開示している。しかし、この方
法は反応系にあらかじめ或いは間欠的に臭素、塩
素、ハロゲン化水素、次亜ハロゲン化水素酸塩、
４−ブロモー２，３，６−トリメチルフエノール
等のハロゲン又は反応系でハロゲンを遊離しうる
ハロゲン化合物の一つを添加する事によつて、触
媒の劣化を防止し、水層に溶解した銅及びハロゲ
ンイオンを触媒としてそのまま繰り返し使用しよ
うとしている。しかし、実施例からも明らかな様
に、あらかじめハロゲン種を添加してもそれがそ
れが繰り返し使用のかなり早い時期に消費あるい
は消失し、間欠的にハロゲン種を添加しなくては
いけない。この事は操作上面倒であるばかりでな
く、TMBQの商業的生産を実施する場合はコス
トアツプを招来する。 更にこれら公知技術は、いずれも有機溶媒とし
て水に完全に混合あるいはかなり溶解する有機溶
媒の使用を必須としている。この事は反応後、目
的物であるTMBQを分離しようとすると、触媒、
溶媒からの分離操作を頗る煩雑にし、且つ多大の
エネルギーを必要とすることが予想される。 かかる欠点を解決すべき鋭意検討した結果、本
発明を完成するに到つた。 本発明は、TMPを水および有機媒体中で銅ハ
ロゲノ錯体の存在下、酸素と接触することを特徴
とするTMBQの製造方法である。 本発明に用いる銅ハロゲノ錯体触媒系は、
TMPを酸素により容易に酸化し極めて高選択率
でTMBQに変換する優れた物理的あるいは化学
的性質を有する新規触媒系である。即ち、触媒と
して銅ハロゲノ錯体を使用することにより水が多
量に存在する反応系において、公知の銅およびハ
ロゲンイオン触媒よりも反応速度、TMBQ選択
性の面で優れ且つまた水による触媒の失活が極め
て小さいと云う特徴を有する。 本発明は、従来法である銅およびハロゲンイオ
ンとは違つて、銅ハロゲノ錯体と言う新規触媒系
を用いるものであり、本発明を工業的に実施する
ことにより反応容器を大幅に小さくすることが可
能であり、空時収率を増大させ、又、TMBQ触
媒層の分離を容易にし、更には触媒の繰り返し使
用を大いに有利にすると言う極めて優れた効果を
発揮する。 本発明に用いられる原料のTMPはいかなるも
のでも用いられる。例えば、フエノール類のアル
キル化（例えばｍ−クレゾール、２，３−キシレ
ノール、２，５−キシレノールのアルキル化）；
ポリメチルフエノールのトランスアルキル化；
２，３，６−トリメチルクメンの酸化、あるいは
タール分の分留、フエノール類からの分離等によ
り得られるTMPが用いられる。 本発明に用いられる水および有機媒体とは単に
水と有機溶媒の共存を意味する。 本発明に用いられる有機溶媒はグリコール類の
モノアルキルエーテル類、グリコール類のジアル
キルエーテル類、アルコール類、ニトリル類、ア
ミド類が挙げられる。特にグリコール類のモノア
ルキルエーテル類としては、エチレングリコール
モノアルキルエーテル、プロピレングリコールモ
ノアルキルエーテル、ブタンジオールのモノアル
キルエーテルが好ましく、エチレングリコールモ
ノメチルエーテル、エチレンコールモノプロピル
エーテル、エチレングリコールモノブチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、
ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジ
エチレングリコールモノブチルエーテル、トリエ
チレングリコールモノメチルエーテル、トリエチ
レングリコールモノブチルエーテル、プロピレン
グリコールモノメチルエーテル、プロピレングリ
コールモノエチルエーテル、プロピレングリコー
ルモノプロピルエーテル、プロピレングリコール
モノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモ
ノアルキルエーテル、ジプロピレングリコールモ
ノブチルエーテル、ブタンジオールモノメチルエ
ーテル、ブタンジオールモノブチルエーテルが特
に好ましい。中でもエチレングリコールモノメチ
ルエーテル、エチレングリコールモノブチルエー
テル、ジエチレングリコールモノメチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、
トリエチレングリコールモノメチルエーテルが最
も好ましい。グリコール類のジアルキルエーテル
類としてはエチレングリコールジアルキルエーテ
ル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、
トリエチレングリコールジアルキルエーテル、プ
ロピレングリコールジアルキルエーテル、ジプロ
ピレングリコールジアルキルエーテル、ブチレン
グリコールジアルキルエーテルが挙げられ、エチ
レングリコールジメチルエーテル、エチレングリ
コールジエチルエーテル、エチレングリコールジ
プロピルエーテル、エチレングリコールジブチル
エーテル、プロピレングリコールジメチルエーテ
ル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プ
ロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピ
レングリコールジブチルエーテル、ブチレングリ
コールメチルエーテル、ブチレングリコールジエ
チルエーテル、トリエチレングリコールジメチル
エーテル、トリエチレングリコールジエチルエー
テル、トリエチレングリコールジブチルエーテ
ル、テトラエチレングリコールジメチルエーテ
ル、テトラエチレングリコールジエチルエーテ
ル、テトラエチレングリコールジプロピルエーテ
ル、テトラエチレングリコールジブチルエーテ
ル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル
などが好ましく、エチレングリコールジメチルエ
ーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、
テトラエチレングリコールジメチルエーテルなど
が特に好ましい。アルコール類としては炭素数１
〜10脂肪族アルコール類、芳香族アルコール類が
挙げられ、脂肪族アルコール類としてはメタノー
ル、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、iso
−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、
iso−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、
ｎ−アミルアルコール、iso−アミルアルコール、
ｎ−ヘキシルアルコール、２−エチルヘキサノー
ル、ｎ−ヘプチルアルコール、ｎ−オクチルアル
コール、ｎ−ノニルアルコール、ｎ−デシルアル
コールなどが好ましく、芳香族アルコールとして
は、ベンジルアルコール、フエニルエタノールな
どが好ましい、ニトリル類としては、アセトニト
リル、プロピオニトリル、ブチロニトリルなどが
挙げられ、またアミド類とてはジメチルホルムア
ミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、ジエチルアセトアミドなどが挙げられる。 本発明に用いられる水及び有機媒体は、触媒で
ある銅ハロゲノ錯体の溶解、原料であるTMPの
溶解、並びに酸素の溶解に優れた効果を示し、こ
れを接触するだけで目的とするTMBQの生成を
極めて有効に行う。これらの溶媒のうちグリコー
ル類のジアルキルエーテル類、アルコール類が好
ましく、特にC₄〜C₁₀のアルコール類が好ましく、
C₆〜C₁₀の脂肪族アルコール類が最も好ましい。 更にアルコール溶媒のうち、C₄〜C₁₀のアルコ
ール類を選択した場合、驚いたことに反応系は完
全に不均一な系となるにもかかわらず反応は何等
の悪影響も受けず円滑に進行し、且つ反応速度が
極めて大きくなる。更に反応後触媒相である水
層、TMBQを含むアルコール相である有機層と
を単に相分離するだけで分けられるので、触媒の
再使用、TMBQの取り出しのための後処理が極
めて簡単となり最も好都合となる。 本発明における有機溶媒の使用量は、用いる溶
媒の種類により異なるが、通常は有機溶媒の量は
使用TMPの濃度が１〜80％（重量）好ましくは
５〜50％（重量）、更に好ましくは10〜30％（重
量）となるような量を使用する。又、水の量は使
用する銅ハロゲノ錯体の種類によつて異なるが通
常は銅ハロゲノ錯体の飽和溶解度に相当する水の
量が好ましい。しかし、本反応は水を生成する反
応であるので銅ハロゲノ錯体の過飽和状態は勿論
のこと銅ハロゲノ錯体の飽和溶解度に相当する水
の量の100％増し、好ましくは50％増し、更に好
ましくは30％増しで使用することが出来る。 本発明に於いて用いられる銅ハロゲノ錯体とは
銅ハロゲンが配位結合をしたもの、即ち、Ml
［Cu_nX_o］_pが用いられる（Ｍ＝I_A，_Aで示される
アルカリ金属、アルカリ土類金属及びアンモニウ
ム基、Ｘ＝ハロゲン、ｌ＝１〜３、ｍ＝１又は
２、ｎ＝３〜８、ｐ＝１又は２で表される錯体の
塩）。Ｍとしてはアルカリ金属、アンモニアが好
ましく、アルカリ金属としてはLi、Na、Ｋ、
Rb、Cs、好ましくはLi、Ｋ、Csがある。更にハ
ロゲンとしてはCl、Brが好ましい。 例えば、Li₂［CuCl₃］・2H₂O、NH₄［CuCl₃］・
2H₂O、（NH₄）₂［CuCl₄］・2H₂O、Ｋ［CuCl₃］、K₂
［CuCl₄］・2H₂O、Cs［CuCl₃］、Cs₂［CuCl₄］・
2H₂O、Cs₃［Cu₂Cl₇］・2H₂O、Li［CuBr₄］・
6H₂O、Ｋ［CuBr₃］、（NH₄）₂［CuBr₄］・2H₂O、
Cs₂［CuBr₄］、CsCuBr₃などが挙げられる。これ
らの銅ハロゲノ錯体は、公知方法、例えば、
Mellor′s Comprehensive Treatment on
Inorganic and Theoritical Chemistry Vol.
p.182〜１（Longamn）により簡単に合成できる。
これらの銅ハロゲノ錯体は単独は勿論のこと組合
わせても使用できる。 本発明において銅ハロゲノ錯体の使用量は、特
に制限はないが、好ましくは使用TMPに対して、
0.05〜10倍モル、好ましくは0.1〜５倍モル、更
に好ましくは0.5〜３倍モルであるが、10倍モル
より多くなると操作性で、0.05モルより少なくな
ると反応性で困難となることがある。 本発明に用いる酸素とは、純酸素あるいは含酸
素ガスを意味し含酸素ガスには酸素富化空気、空
気、不活性ガスで希釈された酸素等が含まれる。
本発明に用いられる酸素を希釈することのできる
不活性ガスとして窒素、ヘリウム、アルゴン、炭
酸ガス、水蒸気等が挙げられる。しかし、二酸化
硫黄、二酸化窒素、塩化水素等の酸性ガスは本反
応を阻害するので好ましくない。 本発明における圧力は酸素分圧として0.05〜50
Kg／cm²（絶対圧）好ましくは0.1〜20Kg／cm²（絶
対圧）更に好ましくは0.2〜10Kg／cm²（絶対圧）
で行うのが有利である。１Kg／cm²〜0.2Kg／cm²
（絶対圧）という常圧以下の圧力で実施するのが
最も好ましい態様である。又反応温度は用いる銅
ハロゲノ錯体の種類、使用量、溶媒の種類によつ
て異なるが、10〜120℃が好ましく、30〜100℃が
更に好ましく、50〜80℃が最も好ましい。反応時
間も用いる銅ハロゲノ錯体の種類、量、並びに反
応温度、媒体等により異なるが、５〜180分程を
要する。しかし、水アルコール媒体を用いる場合
は５〜60分で反応は終了し、好ましい実施態様で
ある。 本発明はTMPを水及び有機媒体中で銅ハロゲ
ノ錯体の存在下、酸素と接触することにより達成
できる。接触方法としては反応器に撹拌機を用い
るとか、酸素を吹き込むことは気液の接触を向上
することになり好ましい実施態様である。本反応
はガスを通気する方法あるいは所定圧力を保つよ
う吸収ガスを補給するよう酸素を供給する方法に
より達成できる。 本発明はバツチ方式で反応できることは勿論の
こと、セミ連続方式、あるいは連続方式で反応で
きることができる。 本発明に於いて、生成物であるTMBQの分取
には使用する水および有機媒体により方法を選択
する。即ち、水相と有機相が均一に混合した系で
は、例えば炭素数１〜３のアルコールやアセトニ
トリル、ジメチルホルムアミド等を用いた場合は
反応生成物に水を加え、適当な水に混合しない溶
媒、例えば四塩化炭素、酢酸エチル、ベンゼン等
により抽出し、溶媒を留去しTMBQを得るが、
水と均一に混合している有機溶媒を反応系にリサ
イクルして使用するには加えた水を蒸留等により
除去しなくてはいけない。また水相、有機相が二
層に分離した系では、例えば炭素数４〜10のアル
コール、あるいはエチレングリコールジブチルエ
ーテルを用いた時には、単に水層と有有機層を分
離し、有機層は該溶媒を留去し、TMBQを得る
ことができるし、また水層はそのまま、あるいは
必要ならば脱水あるいは精製して触媒液として繰
り返し使用できる。 以下本発明を実施例、比較例に従つて更に詳し
く説明する。本実施例に用いられる反応率、収率
はモル基準で表わす。また、結果を示す表におい
て酸素ガス吸収速度は、理論酸素吸収率50％にお
ける酸素ガス吸収速度（mol／ｌ・hr）を示す。 実施例１〜５、比較例１ TMP3.4ｇ（2.5×10^-2モル）、銅ハロゲノ錯体
Li［CuCl₃］・2H₂O5.3ｇ（2.5×10^-2モル）又は
CuCl₂・2H₂O（2.5×10^-2モル）（比較例１の場合）
及び水10mlと有機溶媒10mlを100mlの四ツ口フラ
スコに仕込んだ、反応系内を酸素で置換した後、
外部より加熱或いは冷却し60℃に保ち、且つ
800rpmで激しく反応混合物を撹拌した。酸素は
ガスホルダーより逐次供給し、その消費量はガス
ビユーレツトにより測定した。酸素ガス吸収が停
止した時点を反応終了とした。反応後有機層と水
層とが分離しない場合は反応混合物に水500mlを
加えトルエンで抽出しガスクロマトグラフにより
分析した。有機層と水層とが分離する場合は分液
後、有機層についてガスクロマトグラフにより分
析した。 種々の溶媒について検討した結果を第１表に示
した。 実施例６〜13、比較例２ TMP3.4ｇ（2.5×10^-2モル）、あらかじめ合成
した銅ハロゲノ錯体2.5×10^-2モル用い、ｎ−ブ
チルアルコール10ml−水所定量の混合溶媒中で実
施例１と同様の操作で反応を行い分析した。 なお、比較例２では、銅ハロゲノ錯体の代わり
にCuCl₂・2H₂O（2.5×10^-2モル）を用いた。 結果を第２表に示す。

【表】

【表】 実施例 14〜16 TMP3.4ｇ（2.5×10^-2モル）、およびあらかじ
め合成した銅ハロゲノ錯体2.5×10^-2モルを用い、
ｎ−ヘキシルコール10ml−水所定量の混合溶媒中
で実施例１と同様の操作で反応を行い分析した。
その結果を第３表に示す。

【表】 銅ハロゲノ錯体の種類 実施例14：（NH₄）［CuCl₃］・2H₂O 実施例15：K₂［CuCl₄］・2H₂O 実施例16：Cs₂［CuCl₄］・2H₂O 実施例17〜24、比較例33 TMP3.4ｇ（2.5×10^-2モル）、あらかじめ合成
した銅ハロゲノ錯体1.25×10^-2モル用い、ｎ−ブ
チルアルコール10ml−水10mlの混合溶媒中で実施
例１と同様の操作で反応を行い分析した。 なお、比較例３では、銅ハロゲノ錯体の代わり
にCuCl₂・2H₂O（1.25×10^-2モル）を用いた。 結果を第４表に示す。

【表】 実施例 25〜26 TMP3.4ｇ（2.5×10^-2モル）、あらかじめ合成
した銅ハロゲノ錯体Li［CuCl₂］・2H₂Oの所定量、
水10ml及びｎ−ヘキシルコール10mlを用い、実施
例１と同様に反応を行い分析した。 結果を第５表に示す。

【表】 実施例 27〜33 TMP3.4ｇ（2.55×10^-2モル）、銅ハロゲノ錯体
Li［CuCl₃］・2H₂O5.3ｇ（2.5×10^-2モル）、水10
ml及び種々のアルコール10mlを用い実施例１と同
様に反応を行い分析した。その結果を第６表に示
す。

【表】

【表】 実施例 34〜36 TMP3.4ｇ（2.5×10^-2モル）、銅ハロゲノ錯体
Li［CuCl₃］・2H₂O5.3ｇ（2.5×10^-2モル）、水10
ml、ｎ−ブチルアルコール10mlを用い反応温度を
変えた以外は実施例１と同様に反応を行い分析し
た。その結果を第７表に示す。

【表】 実施例 37 TMP6.8ｇ（５×10^-2モル）、銅ハロゲノ錯体
Li［CuCl₃］・2H₂O10.6ｇ（５×10^-2モル）、ｎ−
オクチルアルコール20ml、水20mlを200ml四ツ口
フラスコに仕込み、実施例１と同様の操作条件で
１時間反応を行なつた。反応終了後有機層と水層
とに分離し有機層についてガスクロマトグラフに
より分析しTMP反応率とTMBQ収率を求めた。
一方水層は再び四つ口フラスコに戻し、新たに
TMP6.8ｇとｎ−オクチルアルコールを仕込み同
様に反応を行なつた。この様な操作を何回か繰り
返し触媒の劣化状況を調べた。その結果を第８表
に示す。

【表】 比較例 ４ 塩化銅リチウム錯体Li［CuCl₃］・2H₂O5.3ｇ
（2.5×10^-2モル）、水10ml、ｎ−ブチルアルコー
ル10mlおよびフエノール2.4ｇ（2.5×10^-2モル）
を四ツ口フラスコに入れ、撹拌下、実施例１と同
様の条件で反応させた。反応開始から４時間後、
実施例１と同様に処理しガスクロマトグラフで分
析したところ、次のような結果が得られた。 フエノール反応率 83％ ｏ−クロロフエノール収率 3.2％ ｐ−クロロフエノール収率 26.8％ ジクロロフエノール収率 0.8％ その他はガスクロでは検出されなかつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２，３，６−トリメチルフエノールを水およ
   び有機媒体中で、銅ハロゲノ錯体の存在下、酸素
   と接触させることを特徴とする２，３，５−トリ
   メチルベンゾキノンの製造方法。