Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4079584B2 - Selective production of aromatic aldehydes - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4079584B2 - Selective production of aromatic aldehydes - Google Patents

Selective production of aromatic aldehydes Download PDF

Info

Publication number
JP4079584B2
JP4079584B2 JP2000309122A JP2000309122A JP4079584B2 JP 4079584 B2 JP4079584 B2 JP 4079584B2 JP 2000309122 A JP2000309122 A JP 2000309122A JP 2000309122 A JP2000309122 A JP 2000309122A JP 4079584 B2 JP4079584 B2 JP 4079584B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
xylene
alkylbenzene
acrph
acrh
chloroform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000309122A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002114735A (en
Inventor
俊一 福住
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency, National Institute of Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP2000309122A priority Critical patent/JP4079584B2/en
Publication of JP2002114735A publication Critical patent/JP2002114735A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4079584B2 publication Critical patent/JP4079584B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、芳香族アルデヒドの選択的製造法に関する。さらに詳しくは、医薬品、染料、殺虫剤、香料などの種々の薬品の製造中間体として有用な芳香族アルデヒドをアルキルベンゼンから製造しうる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルキルベンゼンを芳香族アルデヒドに選択的に部分酸素化させる反応は、医薬品、染料、殺虫剤、香料などの種々の薬品の製造中間体として有用な芳香族アルデヒドを製造するうえで、工業化学の技術分野において重要な化学反応である。
【0003】
従来、アルキルベンゼンの部分酸素化には、クロム(IV)、コバルト(III) 、マンガン(III) 、セリウム(IV)、ベンゼンセレニン酸無水物、過酸化二硫酸塩/銅イオンなどの無機酸化剤が用いられている(Chem. Br. 1975, 11, 59、Tetrahedron Lett. 1978, 4561、U.S. Patent No.4,482,438、Electrochem. Sci. Technol. 1976, 11, 143、Tetrahedron Lett. 1985, 28, 3353、Tetrahedron Lett. 1966, 4493、Tetrahedron Lett. 1976, 3331、Tetrahedron Lett. 1981, 22, 2605など)。
【0004】
しかしながら、これらの酸化剤を用いてアルキルベンゼンの酸素化を行なった場合には、生成する芳香族アルデヒドの収率が低く、選択性が悪いという欠点がある。また、化学量論量の無機酸化剤を用いた場合には、環境汚染を招くおそれのある副生物を生じるという欠点がある。
【0005】
そこで、化学量論量で毒性のある無機酸化剤を使用することを回避するために、これらの酸化剤を電気化学的にリサイクルする方法が報告されている(Chem. Int. Ed. Engl. 1986, 25, 683、J. Org. Chem. 1989, 54, 1526、Tetrahedron Lett. 1986, 42, 553 、J. Org. Chem. 1985, 50, 539 、J.Synth. Org. Chem., Jpn. 1979, 37, 914)。
【0006】
しかし、近年、従来の無機酸化剤などを使用せずに、環境に優しい酸化剤である酸素などの酸化剤を用いたアルキルベンゼンから芳香族アルデヒドの製造法の開発が待ち望まれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、酸化剤として、従来の無機酸化剤を使用せずに、環境に優しい酸化剤である酸素を用いて選択性よくアルキルベンゼンから芳香族アルデヒドを選択的に製造しうる方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、光触媒としてアクリジニウムイオン誘導体の存在下、酸化剤として酸素を用い、アルキルベンゼンに光線を照射し、アルキルベンゼンを酸素化させる芳香族アルデヒドの選択的製造法であって、前記アクリジニウムイオン誘導体が9−フェニル−10−メチルアクリジニウム過塩素酸塩であり、前記アルキルベンゼンをクロロホルム中で部分酸素化させる芳香族アルデヒドの選択的製造法に関する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の製造法によれば、前記したように、光触媒としてアクリジニウムイオン誘導体の存在下、酸化剤として酸素を用い、アルキルベンゼンに光線を照射し、アルキルベンゼンを部分酸素化させることにより、該アルキルベンゼンに対応する芳香族アルデヒドを選択的に製造することができる。
【0010】
本発明においては、光触媒としてアクリジニウムイオン誘導体が用いられている点に、1つの大きな特徴がある。このように、アクリジニウムイオン誘導体を用いた場合には、アルキルベンゼンから芳香族アルデヒドを選択性よく製造することができる。また、アクリジニウムイオン誘導体は、反応中においてほとんど失活しないので、反応終了後に回収することにより、繰り返し使用することができるという利点がある。
【0011】
アクリジニウムイオン誘導体の代表例としては、9−フェニル−10−メチルアクリジニウム過塩素酸塩、9−アルキル−10−アルキルアクリジニウム過塩素酸塩などが挙げられる。これらの中では、9−フェニル−10−メチルアクリジニウム過塩素酸塩は、得られる芳香族アルデヒドの選択性を高めることができるという利点があるので、好適に使用しうるものである。
【0012】
アクリジニウムイオン誘導体の量は、光吸収効率および触媒効率の観点から、アルキルベンゼン100重量部に対して、1〜100重量部、好ましくは10〜20重量部であることが望ましい。
【0013】
本発明においては、酸化剤として酸素が用いられる。このように、酸素が用いられるので、従来使用されている無機酸化剤のように環境汚染に関する問題を生じるおそれがない。
【0014】
アルキルベンゼンの酸素化を効率よく行なうために、アルキルベンゼンの酸素化は、溶媒中で行なうことが好ましい。
【0015】
溶媒としては、例えば、クロロホルム、アセトニトリル、メタノール、エタノールなどが挙げられる。これらの中では、クロロホルムは、得られる芳香族アルデヒドの選択性を向上させるので、好適に使用しうるものである。
【0016】
溶媒の量は、特に限定がないが、反応液の極性の制御および生成物の分離の効率化の観点から、アルキルベンゼン100重量部に対して、100〜10000重量部、好ましくは100〜1000重量部であることが望ましい。
【0017】
アルキルベンゼンを酸素化させるための酸素の量は、アルキルベンゼンを効率よく酸素化させるためには、できるだけ多いことが好ましい。アルキルベンゼンの酸素化を溶媒中で行なう場合には、酸素の量は、通常、アルキルベンゼンの酸素化を効率よく行なう観点から、溶媒における飽和量であることが好ましい。
【0018】
出発物質として用いられるアルキルベンゼンには、特に限定がない。アルキルベンゼンの代表例としては、例えば、ο−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、トルエン、エチルベンゼンなどが挙げられる。これらの中では、p−キシレンは、選択性の観点から、好適に使用しうるものである。
【0019】
アルキルベンゼンの量は、反応効率および生成物の分離の効率化の観点から、通常、溶媒100重量部に対して、1〜100重量部、好ましくは1〜10重量部であることが望ましい。
【0020】
アルキルベンゼンの酸素化は、例えば、アルキルベンゼンおよびアクリジニウムイオン誘導体を、酸素を溶解させた溶媒中に溶解し、これに光線を照射することによって、容易に行なうことができる。
【0021】
光線としては、波長が300〜450nm、好ましくは350〜420nmである光線を使用することができる。光線の照射源としては、紫外線カットフィルタを備えたキセノンランプ、アセトフェノン−メタノールフィルタを備えた高圧水銀灯などが挙げられる。
【0022】
光線の照射時間は、アルキルベンゼンの種類、使用量などによって異なるので一概には決定することができない。通常、かかる照射時間は、アルキルベンゼンがそれに対応する芳香族アルデヒドに変換されるまでであればよい。
【0023】
また、光線を照射する際の温度(溶媒を用いる場合には溶媒の温度)には特に限定がないが、かかる温度は、通常、10〜30℃程度であればよい。
【0024】
かくして、アルキルベンゼンを出発物質として、芳香族アルデヒドを効率よく製造することができる。
【0025】
反応終了後は、アクリジニウムイオン誘導体を回収することにより、繰り返して使用することができる。したがって、本発明の方法は、経済性にも優れた実用性が非常に高い方法である。
【0026】
ところで、本発明者は、ベンゼン環の水素原子がメチル基で置換された芳香族化合物から芳香族アルデヒドへの酸素化は、p−キシレンの場合を例にとれば、以下のスキーム1に示されるように、トルエンから10−メチルアクリジニウムイオン( 1AcrH+*)の一重項励起状態への光電子移動を介して進行することを報告している。
【0027】
【化1】

Figure 0004079584
【0028】
酸素の非存在下では、p−キシレンから 1AcrH+*への光電子移動(ket)により、その基底状態への逆電子移動(kb )と競合して、p−キシレンラジカルカチオンの脱プロトン化が生じ、アクリジニルラジカル(AcrH・)と対となるp−キシレニルラジカルが生成し、付加物〔AcrH(CH2 6 4 CH3 −p)〕が生じる。
【0029】
酸素の存在下では、p−キシレニルラジカルは、酸素によって迅速に捕捉され、AcrH+ の再生成を伴ってAcrH・から逆電子移動によってp−キシレニルヒドロペルオキシドが得られる(スキーム1を参照)。そのヒドロパーオキシドが分解し、選択的にp−トルアルデヒドが生成する。
【0030】
p−キシレンを100%選択的に光触媒的に酸素化させることは、以下の蛍光消光試験で示されているように、p−キシレンと酸素化された生成物であるp−トルアルデヒドとの反応性の相違によって行なうことができる。
【0031】
キシレン、トルエンまたはそれに対応するアルデヒドの非存在下および存在下でのAcrH+ の蛍光(λem=488nm)の寿命(τ)は、時間分解蛍光分光光度計を用いて測定することができる。光電子移動による蛍光消光速度定数kq (=Kq τ-1)は、消光剤濃度に対するτ0 /τ(アセトアルデヒド中、τ0 =37ns)の直線状のスターン−ボルマープロット(Stern-Volmer plot)の傾きから測定される。このようにして測定したkq 値を表1に示す。
【0032】
【表1】
Figure 0004079584
【0033】
1AcrH+*の蛍光は、キシレンから 1AcrH+*への電子の移動によって効率よく消光したのに対し、p−トルアルデヒドでは消光が観察されなかった(kq <<1×107 -1-1)。kq 値は、p−キシレン>ο−キシレン>m−キシレン>ο−トルアルデヒド>トルエン>m−トルアルデヒド>>p−トルアルデヒド(観察されず)の順に減少する。この順序は、表1における一酸素化および二酸素化の製造収率と一致する。したがって、光電子移動が速いほど、製造収率が高くなる。
【0034】
しかしながら、より極性の大きい溶媒であるアセトニトリルにおける製造収率と比較してクロロホルムにおける製造収率がより向上しているのに対し、クロロホルム(4.2×109 -1-1)中で測定したp−キシレンに対するkq 値は、表1におけるアセトニトリルの値よりも小さい。溶媒の極性の低下に伴う、電子移動のための再配列エネルギーの減少によってクロロホルムにおける製造収率が向上し、前記スキーム1におけるAcrH・からp−キシレンラジカルカチオンへの逆電子移動が遅延化する。酸素化生成物を導くp−キシレンラジカルカチオンの脱プロトン化が逆電子移動と競合するので、逆電子移動が遅いほど製造収率が高くなる。
【0035】
再配列エネルギーは、アセトニトリルおよびクロロホルムにおける9−フェニル−10−メチルアクリジニウムイオン(AcrPh+ )とその一電子還元体ラジカル(AcrPh・)との間の電子移動自己交換反応の速度定数を測定することにより、評価することができる。
【0036】
AcrPh・ラジカルは、テトラメチルセミキノリンラジカルアニオンによるAcrPh+ の電子移動還元によって得られる。AcrPh・のESRスペクトルは、脱気したアセトニトリル中で数時間維持した。超微細結合および最大傾斜線幅(ΔHmsl ) は、ESRスペクトルのコンピュータによるシミュレーションによって測定した。このようにして測定したΔHmsl 値は、アセトアルデヒド中において、AcrPh+ の濃度の増大に伴って直線的に増大する。
【0037】
ESRスペクトルの線幅の変動は、ラジカル種が関与する速度プロセスを調査するのに用いることができる。AcrPh+ とAcrPh・との間の電子移動交換反応の速度定数(kex) は、式(I):
ex=〔1.57×107 (ΔHmsl −ΔH0 msl )〕
÷〔(1−Pi )〔AcrPh+ 〕〕 (I)
(式中、ΔH0 msl は、AcrPh+ が存在していないときのESRスペクトルの最大傾斜線幅、Pi はほぼ0の値をとりうる統計学的な係数を示す)
を用いて決定することができる。
【0038】
電子移動反応の再編成エネルギー(λ)は、式(II):
〔(kex-1−(kdiff-1〕=Z-1exp(λ/4kB T) (II)
(式中、Zは1011-1-1を示す。kdiffは、アセトアルデヒド中において2.0×1010-1-1であり、クロロホルム中において1.2×1010-1-1である。kB はボルツマン定数を示す)
により、kex値から求められる。クロロホルムにおけるλ値は、アセトアルデヒドにおける値(0.34eV)よりも小さい0.27eVであると測定された。
【0039】
λ値(0.27,0.34eV)は、AcrH・(SCEによるE0 ox=−0.43V)からp−キシレンラジカルカチオン(E0 red =1.93V)までの逆電子移動の駆動力(−ΔG0 et=2.36eV)よりも非常に小さいので、逆電子移動は、マーカスの逆転領域にあり、λ値の減少に伴って低下することが予想される。
【0040】
溶媒の極性の低下に伴って逆電子移動速度が低下することにより、実験的に観察されるように製造収率が向上する。
【0041】
AcrH+ の代わりにAcrPh+ を用いることにより、製造収率がより一層向上することにより、後者よりも前者に対する逆電子移動速度が低下することにもなる。
【0042】
マーカス(Marcus)逆転領域においては、駆動力の増加に伴って逆電子移動が遅くなる。
【0043】
AcrPh・のE0 ox値(SCEによるE0 ox=−0.55V)は、AcrH・の値(SCEによるE0 ox=−0.43V)よりも負であるから、AcrPh・からの逆電子移動の駆動力(2.48eV)は、AcrH・からの逆電子移動の駆動力(2.36eV)よりも大きい。駆動力が大きくなるにしたがって逆電子移動速度が低下し、製造収率が向上する。
【0044】
AcrH+ よりも光触媒としてAcrPh+ の安定性が高められることは、スキーム1における不活性プロセスである、脱プロトン化したラジカルのカップリングがAcrPh・のフェニル基の立体効果により、妨害されることに起因する。
【0045】
結論として、AcrPh+ をクロロホルム中で光触媒として使用すれば、他の異性体からそれに対応する芳香族アルデヒドに高選択的に光酸素化することができるとともに、p−キシレンからp−トルアルデヒドに100%選択的に光酸素化することができる。
【0046】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【0047】
実施例1
キセノンランプを用いて紫外線カットフィルタ(λ>310nm)を介してp−キシレン30mMを含む酸素が飽和したアセトニトリル0.6mL中で10−メチルアクリジニウム過塩素酸塩(AcrH+ ClO4 - :10mM)の吸収帯(λmax =358nmおよび417nm)の光線を照射したところ、p−キシレンの消失とともに、p−トルアルデヒドの生成が確認された。
【0048】
24時間光線を照射したところ、p−トルアルデヒドの収率は、37%であった。
【0049】
溶媒として、アセトニトリル0.6mLの代わりに、より極性が小さい溶媒であるクロロホルム−d0.6mLを用い、他の反応条件を同一にして光線を照射したところ、製造収率は、66%に向上した。
【0050】
光酸素化反応後には、光触媒であるアクリジニウムイオン(AcrH+ )は、ほとんど変化していなかったが、少量の付加物である9−p−キシレニル−10−メチル−9,10−ジヒドロアクリジン〔AcrH(CH2 6 4 CH3 −p)〕が生成していた。
【0051】
光酸素化による製造収率は、10−メチルアクリジニウムイオン(AcrH+ )を9−フェニル−10−メチルアクリジニウムイオン(AcrPh+ )と置換した場合には、表2に示すように、より一層向上した。
【0052】
なお、表2には、酸素が飽和したクロロホルム中で298Kの温度で、AcrPh+ を用い、キシレンおよびトルエンに光線を10時間照射することにより、光酸素化させたときの結果が示されている。
【0053】
【表2】
Figure 0004079584
【0054】
さらに光線の照射を行なったが、二酸化物は存在しなかった。また、光触媒と、AcrPh+ と、p−キシレンとの間では付加物の生成がなかった。
【0055】
このことから、光触媒としてAcrPh+ をクロロホルム中で用いることにより、p−キシレンからp−トルアルデヒドに100%の選択率で光酸素化されていることがわかる。
【0056】
キセノンランプの代わりに高圧水銀灯を用い、アセトフェノン−メタノールフィルタ(λ>300nm)を介して光線を照射した場合には、p−トルアルデヒド3.0×10-2Mを100%の収率で得るための光線の照射時間は、24時間から10時間に短縮した。
【0057】
他の異性体として、ο−キシレンおよびm−キシレンを用いたところ、表2に示されるように、それぞれο−トルアルデヒドおよびベンズアルデヒドに変換することができた。
【0058】
次に、AcrPh+ (1.0×10-2M)を含むキシレン3.0×10-2Mおよびトルエン3.0×10-2Mの酸素が飽和したクロロホルム溶液0.6mLに、高圧水銀灯(λ>300nm)を用いて光線を10時間照射したところ、ο−、m−およびp−トルアルデヒドおよびベンズアルデヒドの製造収率は、p−キシレン>ο−キシレン>m−キシレン>トルエンの順に減少した。トルアルデヒドの選択率は、p−キシレン(100%)>m−キシレン(99%)>ο−キシレン(94%)の順に減少した。
【0059】
m−キシレンおよびο−キシレンをさらに酸素化させると、少量のそれに対応するフタルアルデヒドが生成した。p−キシレンの場合、出発物質としてp−トルアルデヒドを用いたときには、p−トルアルデヒドの光酸素化が起こらないことが確認された。
【0060】
【発明の効果】
本発明の製造法によれば、無機酸化剤を使用せずに、環境に優しい酸化剤である酸素を用いて選択性よくアルキルベンゼンから芳香族アルデヒドを製造することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for selective production of aromatic aldehydes. More specifically, the present invention relates to a method capable of producing an aromatic aldehyde useful as an intermediate for producing various drugs such as pharmaceuticals, dyes, insecticides, and fragrances from alkylbenzene.
[0002]
[Prior art]
The reaction of selective partial oxygenation of alkylbenzenes to aromatic aldehydes is a technical field in industrial chemistry for the production of aromatic aldehydes useful as intermediates for the manufacture of various drugs such as pharmaceuticals, dyes, insecticides and fragrances. Is an important chemical reaction.
[0003]
Conventionally, for partial oxygenation of alkylbenzene, inorganic oxidizers such as chromium (IV), cobalt (III), manganese (III), cerium (IV), benzeneselenic anhydride, disulfate peroxide / copper ion, etc. (Chem. Br. 1975, 11, 59, Tetrahedron Lett. 1978, 4561, US Patent No. 4,482,438, Electrochem. Sci. Technol. 1976, 11, 143, Tetrahedron Lett. 1985, 28, 3353, Tetrahedron Lett. 1966, 4493, Tetrahedron Lett. 1976, 3331, Tetrahedron Lett. 1981, 22, 2605, etc.).
[0004]
However, when oxygenation of alkylbenzene is carried out using these oxidizing agents, there are disadvantages in that the yield of aromatic aldehydes produced is low and the selectivity is poor. Further, when a stoichiometric amount of an inorganic oxidizing agent is used, there is a disadvantage that a by-product that may cause environmental pollution is generated.
[0005]
In order to avoid the use of stoichiometric and toxic inorganic oxidants, a method for electrochemically recycling these oxidants has been reported (Chem. Int. Ed. Engl. 1986). , 25, 683, J. Org. Chem. 1989, 54, 1526, Tetrahedron Lett. 1986, 42, 553, J. Org. Chem. 1985, 50, 539, J. Synth. Org. Chem., Jpn. 1979 , 37, 914).
[0006]
However, in recent years, development of a method for producing an aromatic aldehyde from alkylbenzene using an oxidizing agent such as oxygen which is an environmentally friendly oxidizing agent without using a conventional inorganic oxidizing agent or the like has been awaited.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above prior art, and without using a conventional inorganic oxidant as an oxidant, using oxygen, which is an environment-friendly oxidant, from alkylbenzene with high selectivity to an aromatic aldehyde. It is an object of the present invention to provide a method capable of selectively producing the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Gist of the present invention, the presence of acridinium ion derivatives as a photocatalyst, oxygen used as the oxidant, is irradiated with light to alkylbenzene, a selective process for the preparation of Kaoru aromatic aldehyde Ru is oxygenated alkyl benzene, the The present invention relates to a method for selectively producing an aromatic aldehyde in which the acridinium ion derivative is 9-phenyl-10-methylacridinium perchlorate and the alkylbenzene is partially oxygenated in chloroform .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the production method of the present invention, as described above, in the presence of an acridinium ion derivative as a photocatalyst, oxygen is used as an oxidizing agent, light is irradiated to the alkylbenzene, and the alkylbenzene is partially oxygenated. Corresponding aromatic aldehydes can be selectively produced.
[0010]
The present invention has one major feature in that an acridinium ion derivative is used as a photocatalyst. Thus, when an acridinium ion derivative is used, an aromatic aldehyde can be produced from alkylbenzene with high selectivity. Moreover, since an acridinium ion derivative hardly deactivates during reaction, there exists an advantage that it can be repeatedly used by collect | recovering after completion | finish of reaction.
[0011]
Representative examples of acridinium ion derivatives include 9-phenyl-10-methylacridinium perchlorate, 9-alkyl-10-alkylacridinium perchlorate, and the like. Among these, 9-phenyl-10-methylacridinium perchlorate has a merit that the selectivity of the resulting aromatic aldehyde can be increased, and thus can be suitably used.
[0012]
The amount of the acridinium ion derivative is 1 to 100 parts by weight, preferably 10 to 20 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of alkylbenzene, from the viewpoint of light absorption efficiency and catalyst efficiency.
[0013]
In the present invention, oxygen is used as the oxidizing agent. As described above, since oxygen is used, there is no possibility of causing a problem related to environmental pollution unlike a conventionally used inorganic oxidizing agent.
[0014]
In order to perform oxygenation of alkylbenzene efficiently, oxygenation of alkylbenzene is preferably performed in a solvent.
[0015]
Examples of the solvent include chloroform, acetonitrile, methanol, ethanol and the like. Among these, chloroform can be preferably used because it improves the selectivity of the resulting aromatic aldehyde.
[0016]
The amount of the solvent is not particularly limited, but is 100 to 10,000 parts by weight, preferably 100 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of alkylbenzene, from the viewpoint of controlling the polarity of the reaction solution and improving the efficiency of product separation. It is desirable that
[0017]
The amount of oxygen for oxygenating the alkylbenzene is preferably as large as possible in order to efficiently oxygenate the alkylbenzene. When the oxygenation of the alkylbenzene is performed in a solvent, the amount of oxygen is usually preferably a saturated amount in the solvent from the viewpoint of efficiently performing the oxygenation of the alkylbenzene.
[0018]
The alkylbenzene used as a starting material is not particularly limited. Representative examples of alkylbenzene include, for example, o-xylene, m-xylene, p-xylene, toluene, ethylbenzene and the like. Among these, p-xylene can be preferably used from the viewpoint of selectivity.
[0019]
The amount of alkylbenzene is usually 1 to 100 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solvent, from the viewpoint of reaction efficiency and efficiency of product separation.
[0020]
Oxygenation of alkylbenzene can be easily performed, for example, by dissolving alkylbenzene and an acridinium ion derivative in a solvent in which oxygen is dissolved, and irradiating it with light.
[0021]
As the light beam, a light beam having a wavelength of 300 to 450 nm, preferably 350 to 420 nm can be used. Examples of the irradiation source of light include a xenon lamp provided with an ultraviolet cut filter and a high-pressure mercury lamp provided with an acetophenone-methanol filter.
[0022]
The irradiation time of the light varies depending on the kind of alkylbenzene, the amount used, and so on, so it cannot be determined unconditionally. Usually, such irradiation time may be until the alkylbenzene is converted into the corresponding aromatic aldehyde.
[0023]
Moreover, although there is no limitation in particular in the temperature at the time of irradiating a light ray (when using a solvent, the temperature of a solvent), such temperature should just be about 10-30 degreeC normally.
[0024]
Thus, an aromatic aldehyde can be efficiently produced using alkylbenzene as a starting material.
[0025]
After completion of the reaction, the acridinium ion derivative can be recovered and used repeatedly. Therefore, the method of the present invention is a highly practical method excellent in economic efficiency.
[0026]
By the way, the present inventor shows that oxygenation from an aromatic compound in which a hydrogen atom of a benzene ring is substituted with a methyl group to an aromatic aldehyde is shown in the following scheme 1 taking p-xylene as an example. Thus, it has been reported that it proceeds via photoelectron transfer from toluene to a singlet excited state of 10-methylacridinium ion ( 1 AcrH + * ).
[0027]
[Chemical 1]
Figure 0004079584
[0028]
In the absence of oxygen, the photoelectron transfer from p-xylene to 1 AcrH + * (k et ) competes with its reverse electron transfer to its ground state (k b ), deprotonation of the p-xylene radical cation. As a result, a p-xylenyl radical paired with an acridinyl radical (AcrH.) Is generated, and an adduct [AcrH (CH 2 C 6 H 4 CH 3 -p)] is generated.
[0029]
In the presence of oxygen, the p-xylenyl radical is rapidly trapped by oxygen and p-xylenyl hydroperoxide is obtained by reverse electron transfer from AcrH. With regeneration of AcrH + (see Scheme 1 reference). The hydroperoxide decomposes to selectively produce p-tolualdehyde.
[0030]
The photocatalytic oxygenation of p-xylene selectively 100% is the reaction of p-xylene with the oxygenated product p-tolualdehyde, as shown in the fluorescence quenching test below. This can be done by gender differences.
[0031]
The lifetime (τ) of fluorescence (λ em = 488 nm) of AcrH + in the absence and presence of xylene, toluene or the corresponding aldehyde can be measured using a time-resolved fluorescence spectrophotometer. The fluorescence quenching rate constant k q (= K q τ −1 ) due to photoelectron transfer is a linear Stern-Volmer plot of τ 0 / τ (in acetaldehyde, τ 0 = 37 ns) against the quencher concentration. ) Measured from the slope. Table 1 shows the k q values measured in this way.
[0032]
[Table 1]
Figure 0004079584
[0033]
1 AcrH + * is a fluorescent, whereas the efficiently quenched by electron transfer from xylene 1 to AcrH + *, p- quenching with tolualdehyde was observed (k q << 1 × 10 7 M - 1 s -1 ). The k q value decreases in the order of p-xylene>o-xylene>m-xylene>o-tolualdehyde>toluene> m-tolualdehyde >> p-tolualdehyde (not observed). This order is consistent with the monooxygenation and dioxygenation production yields in Table 1. Therefore, the faster the photoelectron transfer, the higher the production yield.
[0034]
However, compared with the production yield in acetonitrile, which is a more polar solvent, the production yield in chloroform is improved, whereas in chloroform (4.2 × 10 9 M −1 s −1 ) The measured k q value for p-xylene is smaller than the value of acetonitrile in Table 1. The reduction in the rearrangement energy for electron transfer accompanying the decrease in the polarity of the solvent improves the production yield in chloroform, and the reverse electron transfer from AcrH. To the p-xylene radical cation in Scheme 1 is delayed. Since the deprotonation of the p-xylene radical cation leading to the oxygenated product competes with reverse electron transfer, the slower the reverse electron transfer, the higher the production yield.
[0035]
Rearrangement energy measures the rate constant of the electron transfer self-exchange reaction between 9-phenyl-10-methylacridinium ion (AcrPh + ) and its one-electron reductant radical (AcrPh.) In acetonitrile and chloroform Can be evaluated.
[0036]
The AcrPh. Radical is obtained by electron transfer reduction of AcrPh + with a tetramethylsemiquinoline radical anion. The ESR spectrum of AcrPh. Was maintained for several hours in degassed acetonitrile. Hyperfine coupling and maximum tilt linewidth (ΔH msl ) were measured by computer simulation of ESR spectra. The ΔH msl value measured in this way increases linearly with increasing concentration of AcrPh + in acetaldehyde.
[0037]
Variations in the line width of the ESR spectrum can be used to investigate rate processes involving radical species. The rate constant (k ex ) of the electron transfer exchange reaction between AcrPh + and AcrPh · is given by the formula (I):
k ex = [1.57 × 10 7 (ΔH msl −ΔH 0 msl )]
÷ [(1-P i ) [AcrPh + ]] (I)
(In the formula, ΔH 0 msl is the maximum slope line width of the ESR spectrum when AcrPh + is not present, and P i is a statistical coefficient that can take a value of almost 0)
Can be determined.
[0038]
The reorganization energy (λ) of the electron transfer reaction is given by the formula (II):
[(K ex ) −1 − (k diff ) −1 ] = Z −1 exp (λ / 4 k B T) (II)
(In the formula, Z represents 10 11 M −1 s −1 . K diff is 2.0 × 10 10 M −1 s −1 in acetaldehyde and 1.2 × 10 10 M in chloroform. 1 s −1 , k B represents Boltzmann constant)
Is obtained from the k ex value. The λ value in chloroform was measured to be 0.27 eV, which is smaller than the value in acetaldehyde (0.34 eV).
[0039]
The λ value (0.27, 0.34 eV) is the driving force of reverse electron transfer from AcrH · (E 0 ox = −0.43 V by SCE) to p-xylene radical cation (E 0 red = 1.93 V). Since it is much smaller than (−ΔG 0 et = 2.36 eV), the reverse electron transfer is in the Marcus inversion region, and is expected to decrease as the λ value decreases.
[0040]
The decrease in reverse electron transfer rate with decreasing solvent polarity increases the production yield as observed experimentally.
[0041]
By using AcrH + of AcrPh instead +, by the production yield is further improved, reverse electron transfer rate for the former than the latter also decreases.
[0042]
In the Marcus reversal region, the reverse electron movement becomes slower as the driving force increases.
[0043]
Since the E 0 ox value of AcrPh · (E 0 ox = −0.55 V by SCE) is more negative than the value of AcrH · (E 0 ox = −0.43 V by SCE), the reverse electron from AcrPh · The driving force (2.48 eV) for movement is larger than the driving force (2.36 eV) for reverse electron movement from AcrH. As the driving force increases, the reverse electron transfer speed decreases and the production yield improves.
[0044]
AcrH + the AcrPh + stability is enhanced as a photocatalyst than are inert process in Scheme 1, the steric effect of the phenyl group of the coupling of the deprotonated radical AcrPh ·, to be disturbed to cause.
[0045]
In conclusion, if AcrPh + is used as a photocatalyst in chloroform, it can be photooxygenated with high selectivity from other isomers to the corresponding aromatic aldehydes, and from 100 to 100 p-tolualdehyde. % Can be photooxygenated selectively.
[0046]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to such examples.
[0047]
Example 1
10-Methylacridinium perchlorate (AcrH + ClO 4 : 10 mM) in 0.6 mL of acetonitrile saturated with oxygen containing 30 mM of p-xylene through an ultraviolet cut filter (λ> 310 nm) using a xenon lamp ) Was irradiated with light in the absorption band (λ max = 358 nm and 417 nm), and formation of p-tolualdehyde was confirmed as p-xylene disappeared.
[0048]
When irradiated with light for 24 hours, the yield of p-tolualdehyde was 37%.
[0049]
As a solvent, chloroform-d 0.6 mL, which is a solvent having a smaller polarity, was used instead of acetonitrile 0.6 mL, and irradiation with light was performed under the same other reaction conditions. The production yield was improved to 66%. .
[0050]
After the photooxygenation reaction, the photocatalyst acridinium ion (AcrH + ) was hardly changed, but a small amount of adduct, 9-p-xylenyl-10-methyl-9,10-dihydroacridine [ AcrH (CH 2 C 6 H 4 CH 3 -p) ] was produced.
[0051]
When manufacturing yield by light oxygenation, substituting for the 10-methyl acridinium ions (AcrH +) of 9-phenyl-10-methyl-acridinium ions (AcrPh +), as shown in Table 2, more Improved.
[0052]
Table 2 shows the results when photooxygenation was performed by irradiating xylene and toluene with light for 10 hours using AcrPh + at a temperature of 298 K in chloroform saturated with oxygen. .
[0053]
[Table 2]
Figure 0004079584
[0054]
Further irradiation with light was performed, but no dioxide was present. Further, no adduct was formed between the photocatalyst, AcrPh + and p-xylene.
[0055]
From this, it can be seen that by using AcrPh + as a photocatalyst in chloroform, the photo-oxygenation is performed from p-xylene to p-tolualdehyde with a selectivity of 100%.
[0056]
When a high-pressure mercury lamp is used instead of a xenon lamp and irradiated with light through an acetophenone-methanol filter (λ> 300 nm), p-tolualdehyde 3.0 × 10 −2 M is obtained with a yield of 100%. Therefore, the irradiation time of the light beam was shortened from 24 hours to 10 hours.
[0057]
When ο-xylene and m-xylene were used as other isomers, as shown in Table 2, they could be converted into ο-tolualdehyde and benzaldehyde, respectively.
[0058]
Next, 0.6 mL of chloroform solution saturated with oxygen of 3.0 × 10 −2 M of xylene and 3.0 × 10 −2 M of toluene containing AcrPh + (1.0 × 10 −2 M) was added to a high pressure mercury lamp. (Λ> 300 nm) when irradiated with light for 10 hours, the production yields of ο-, m-, and p-tolualdehyde and benzaldehyde decreased in the order of p-xylene>ο-xylene>m-xylene> toluene. did. The selectivity for tolualdehyde decreased in the order of p-xylene (100%)> m-xylene (99%)> ο-xylene (94%).
[0059]
Further oxygenation of m-xylene and o-xylene produced a small amount of the corresponding phthalaldehyde. In the case of p-xylene, it was confirmed that no photo-oxygenation of p-tolualdehyde occurred when p-tolualdehyde was used as a starting material.
[0060]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, an aromatic aldehyde can be produced from alkylbenzene with high selectivity using oxygen, which is an environmentally friendly oxidant, without using an inorganic oxidant.

Claims (2)

光触媒としてアクリジニウムイオン誘導体の存在下、酸化剤として酸素を用い、アルキルベンゼンに光線を照射し、アルキルベンゼンを酸素化させる芳香族アルデヒドの選択的製造法であって、前記アクリジニウムイオン誘導体が9−フェニル−10−メチルアクリジニウム過塩素酸塩であり、前記アルキルベンゼンをクロロホルム中で部分酸素化させる芳香族アルデヒドの選択的製造法Presence acridinium ion derivatives as a photocatalyst, oxygen used as the oxidant, is irradiated with light to alkylbenzene, a selective process for the preparation of alkylbenzene Fang aromatic aldehyde Ru is oxygenated, the acridinium ions derivative 9 A selective method for producing an aromatic aldehyde, which is phenyl-10-methylacridinium perchlorate, wherein the alkylbenzene is partially oxygenated in chloroform . アルキルベンゼンがp−キシレンである請求項1記載の製造法。Alkylbenzenes method according to claim 1 Symbol mounting a p- xylene.
JP2000309122A 2000-10-10 2000-10-10 Selective production of aromatic aldehydes Expired - Fee Related JP4079584B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000309122A JP4079584B2 (en) 2000-10-10 2000-10-10 Selective production of aromatic aldehydes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000309122A JP4079584B2 (en) 2000-10-10 2000-10-10 Selective production of aromatic aldehydes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002114735A JP2002114735A (en) 2002-04-16
JP4079584B2 true JP4079584B2 (en) 2008-04-23

Family

ID=18789336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000309122A Expired - Fee Related JP4079584B2 (en) 2000-10-10 2000-10-10 Selective production of aromatic aldehydes

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4079584B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007308316A (en) * 2006-05-16 2007-11-29 Japan Science & Technology Agency Method for producing hydrogen peroxide
JP5083725B2 (en) * 2007-02-21 2012-11-28 公益財団法人名古屋産業科学研究所 Method for producing carbonyl compound
WO2016196816A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 The University Of North Carolina At Chapel Hill Photoredox-catalyzed direct c-h functionalization of arenes
JP7645249B2 (en) * 2019-09-26 2025-03-13 アリエル サイエンティフィック イノベーションズ リミテッド Photoinduced catalytic C—H oxygenation of alkanes

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002114735A (en) 2002-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Srivastava et al. Synthetic applications of flavin photocatalysis: a review
Stevenson et al. Chromium photocatalysis: accessing structural complements to Diels–Alder adducts with electron-deficient dienophiles
Gan et al. Fullerenes as a tert-butylperoxy radical trap, metal catalyzed reaction of tert-butyl hydroperoxide with fullerenes, and formation of the first fullerene mixed peroxides C60 (O)(OO t Bu) 4 and C70 (OO t Bu) 10
Teplý Photoredox catalysis by [Ru (bpy) 3] 2+ to trigger transformations of organic molecules. Organic synthesis using visible-light photocatalysis and its 20th century roots
Smith et al. Novel meso-substitution reactions of metalloporphyrins
Cava et al. Condensed cyclobutane aromatic compounds. XXVI. Benzocyclobutadienoquinone: synthesis and simple transformations
Lv et al. Iron-catalyzed decarbonylation initiated [2+ 2+ m] annulation of benzene-linked 1, n-enynes with aliphatic aldehydes
Tada et al. Facile aerobic photooxidation of methyl group in the aromatic nucleus in the presence of an organocatalyst under VIS irradiation
Figiel et al. Self-assembled dicopper (II) diethanolaminate cores for mild aerobic and peroxidative oxidation of alcohols
Mazzocchi et al. Photolysis of N-(2-methyl-2-propenyl) phthalimide in methanol. Evidence supporting radical-radical coupling of a photochemically generated radical ion pair
Pavlinac et al. Effect of Water on the Functionalization of Substituted Anisoles with Iodine in the Presence of F− TEDA− BF4 or Hydrogen Peroxide
Ohkubo et al. Solvent-free selective photocatalytic oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde by molecular oxygen using 9-phenyl-10-methylacridinium
JP4079584B2 (en) Selective production of aromatic aldehydes
Cameron et al. Photoactivated oxidation by alcohols by oxygen
Janaagal et al. meso-Carbazole substituted palladium porphyrins: Efficient catalysts for visible light induced oxidation of aldehydes
TW593130B (en) Direct synthesis of hydrogen peroxide in a new multicomponent solvent system
CN1810754A (en) Alkylbenzene photooxidizing process with oxygen to prepare aromatic aldehyde and aromatic acid
Azarani et al. Electron transfer reactions between excited diarylmethyl and triarylmethyl carbocations and aromatic donors
Shariati et al. CH activation under visible light using DDQ organo-photocatalyst: Practical, tunable and additive free
Kraft et al. Photoinduced diradical formation and decay in uncomplexed and metal-bound benzotriazine systems: mechanistic implications to chemically and biologically relevant photochemistry
Julliard et al. Oxidation of methyl aromatic compounds by redox photosensitization
JP4004770B2 (en) photocatalyst
Shima et al. Organic photochemical reactions. XXIV. Photocycloaddition of propanal to 1, 3-cyclohexadiene.
Hajimohammadi et al. Efficient aerobic photooxygenation of aldehydes to carboxylic acids using cobalt (II) phthalocyanine sulfonate as a photosensitizer in organic-water biphasic media
JP4141731B2 (en) Process for producing organic compounds using imide compounds as catalysts

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040412

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040927

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080205

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110215

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4079584

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120215

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130215

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140215

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees