JP4093882B2 - Method for synthesizing carboxylic acids - Google Patents

Description

【００１２】
（Ｒは、前記のものを示す）
で表わされるカルボン酸またはエステル化合物の少くともいずれかを合成することを特徴とするカルボン酸の合成方法を提供し、第３には、界面活性剤を添加することを特徴とするカルボン酸類の合成方法を、第４には、５ａｔｍ以上の一酸化炭素の加圧下に反応させることを特徴とするカルボン酸類の合成方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１４】
この出願の発明におけるカルボニル化反応によるカルボン酸類の合成方法では、水性媒体中でラジカル反応開始剤を添加してヨウ化炭化水素化合物を一酸化炭素と反応させるが、この場合のラジカル反応開始剤としては、特にその種類に限定はなく、たとえば代表的なものとしては従来よりラジカル重合開始剤として知られているアゾイソプチロニトリル（ＡＩＢＮ）のようなアゾ化合物や過酸化物のうちの適宜なものが１種または２種以上用いることが考慮される。
【００１５】
また反応基質としてのヨウ化炭化水素化合物は、前記一般式Ｒ−Ｘとして、置換基を有していてもよい炭化水素基（Ｒ）にヨウ素原子（Ｘ）が結合したものとすることができる。
【００１６】
この場合の炭化水素基については、鎖状または環状の各種のものであってよく、環状のものとしては、脂環式基が挙げられる。
【００１７】
これらの炭化水素基は置換基を有していてもよく、この場合の置換基としては、反応を阻害することのないもの、あるいは反応に寄与するものであれば、炭化水素基との組合わせとして適宜に選択されてよい。たとえば置換基としては、アルコキシ基、スルフィド基、エステル基、ニトロ基、シアノ基等のものが例示される。
【００１８】
この出願の発明のカルボニル化反応は、水性媒体中において行うが、この水性媒体としては、水または水と相溶性のある有機溶媒、たとえば、メタノール、エタノール等のアルコールとの混合溶媒とすることができる。
【００１９】
この水性媒体には、ラジカル種を経由する反応における、いわゆるchain carrier成分を反応の促進のために添加することも有効であって、次亜リン酸が示される。また反応には、界面活性剤を共存させてもよい。カチオン性、あるいはアニオン性の界面活性剤の各種のものの使用が考慮される。
【００２０】
これらのものを添加使用する場合の割合について、たとえば、前記のラジカル反応開始剤については、その種類によっても相違するが、一般的には、反応気質の有機ハライド化合物に対して、０．０１〜１．０当量を、また、chain carrierとしての次亜リン酸については１０当量以下を、界面活性剤については１．０当量以下を使用することが考慮される。もちろん、これに限定されることはない。
【００２１】
また、反応系には、無機あるいは有機の塩基を存在させることも考慮される。この存在は、Chain carrier との併用として有効である。
【００２２】
反応には一酸化炭素（ＣＯ）が使用されるが、このものは、加圧下にあることが好ましく、好適には５ａｔｍ以上、さらには１０ａｔｍ以上である。その上限は特に定められないが、実際的には、３０ａｔｍ程度とすることが考慮される。
【００２３】
この出願の発明のカルボニル化反応においては、前記の有機ハライド化合物から、たとえば前記式（１）（２）（３）のとおりのカルボン酸やエステル化合物が合成されるが、式（１）（２）は、モノカルボニル化体であって、式（３）はダブルカルボニル化体としてのα−ケトカルボン酸である。
【００２４】
有機ハライド化合物の種類や反応条件によっても相違するが、この出願の発明のカルボニル化反応においては、一般的には、前記のラジカル反応開始剤とChain carrier の使用量を増すに従って、式（１）のエステル化合物の生成が増大し、また、界面活性剤を使用しない場合や、水とアルコールとの混合媒体とする場合には、式（３）のα−ケトカルボン酸の生成が増加する傾向にある。反応温度についても特に限定的ではなく、一散化炭素の加圧度にもよるが、通常は、３０℃〜３００℃程度の範囲とすることができる。
【００２５】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【００２６】
【実施例】
有機ハライド化合物の一酸化炭素によるカルボニル化反応を行なった。詳細は以下のとおりである。
【００２７】
＜実施例１＞
テフロン（登録商標）被膜マグネット攪拌子を入れた５０ｍＬのガラス内筒内に、無水ＮａＨＣＯ₃（２１０ｍｇ，２．５ｍｍｏｌ）、水（１ｍＬ）、３０％Ｈ₃ＰＯ₂水溶液（０．１ｍＬ，０．５ｍｍｏｌ）、ＣＴＡＢ（７３ｍｇ，０．２ｍｍｏｌ）、ＡＩＢＮ（１６ｍｇ，０．１ｍｍｏｌ）、iodocyclohexane （１２９μＬ、１ｍｍｏｌ）をこの順序で攪拌しながら加えた。このガラス内筒を５０ｍＬステンレスオートクレーブに入れ、一酸化炭素（１０ａｔｍ）で２回置換、さらに５０ａｔｍの一酸化炭素で加圧し、油浴上７５℃で１５時間加熱した。室温までオートクレーブを冷却した後、一酸化炭素を排気し、ガラス内筒を取り出した。反応混合物に、飽和重曹水を加え、ジエチルエーテルで２回抽出した。水層は更に８５％リン酸でｐＨ約２に調節した後、ジエチルエーテルで３回抽出した。集めた有機層を飽和食塩水で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過後、減圧濃縮した。粗生成物に含まれるcyclohexanecarboxylic acidは、ナフタレンを内部標準物質として用いる ^１Ｈ ＮＭＲ分析により定量した（収率８２％）。
【００２８】
＜実施例２＞
実施例１と同様に、無水ＮａＨＣＯ₃（５８８ｍｇ，７ｍｍｏｌ）、水（５ｍＬ）、３０％Ｈ₃ＰＯ₂水溶液（１ｍＬ，５ｍｍｏｌ）、ＣＴＡＢ（７３ｍｇ，０．２ｍｍｏｌ）、ＡＩＢＮ（５０ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、iododecane（２１３μＬ、１ｍｍｏｌ）を用いて反応を行った。反応終了後、反応混合物に飽和重曹水を加え、ジエチルエーテルで２回抽出した。集めた有機層を飽和食塩水で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過後、減圧濃縮した。この粗生成物に含まれるdecylundecanoateは、ナフタレンを内部標準物質として用いる¹Ｈ ＮＭＲ分析により定量した（収率７４％）。一方、水層は８５％リン酸でｐＨ約２に調節した後、塩化メチレンで３回抽出した。集めた有機層を飽和食塩水で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過後、減圧濃縮した。この粗生成物に含まれるundecanoic acid は、ナフタレンを内部標準物質として用いる¹Ｈ ＮＭＲ分析により定量した（収率１％）。
【００２９】
＜実施例３＞
実施例１と同様に、無水ＮａＨＣＯ₃（１．２６ｇ，１５ｍｍｏｌ）、エタノール（５ｍＬ）、３０％Ｈ₃ＰＯ₂水溶液（１ｍＬ，５ｍｍｏｌ）、ＡＩＢＮ（５０ｍｇ，０．３ｍｍｏｌ）、iododecane（２１３μＬ、１ｍｍｏｌ）を用いて反応を行った。反応終了後、反応混合物をジエチルエーテルで２回洗浄した後、水層を８５％リン酸でｐＨ約２に調節、塩化メチレンで３回抽出した。集めた塩化メチレン層を飽和食塩水で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過後、減圧濃縮することにより、undecanoic acid （３％）と２-oxododecanoic acid（１５％）の混合物を得た。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、遷移金属触媒を用いることなしに、しかも環境への負荷の小さい水性媒体を用いることで、有機ハライド化合物の一酸化炭素によるカルボニル化反応を、ラジカル種を経由することで、簡便に、かつ、高い反応収率を行って実現し、カルボン酸やエステル化合物の合成を可能とすることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method for synthesizing carboxylic acids. More specifically, the invention of this application relates to a new carbonylation reaction using a radical species in an aqueous medium without using a metal catalyst, and thereby a new method for synthesizing carboxylic acids.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a technique using a transition metal catalyst has been developed for the carbonylation reaction of an organic halide compound using carbon monoxide.
[0003]
However, in this conventional method, since a transition metal catalyst is used, the reaction operation and the subsequent treatment are very troublesome.
[0004]
Against this background, carbonylation via radical species without using a catalyst has also been studied, but the application of this method is limited and a high reaction yield is obtained over a wide range of reaction substrates. The actual situation is that the carbonylation reaction cannot be carried out easily at a high rate (References 1 and 2).
[0005]
[Literature]
1) Review: Ryu.l.:Sonoda, N.Angew.Chem.int.Ed.1996,35,1050.
2) Ngahara, M: Ryu. L .: Komatsu, M .: Sonoda, NJAm. Chem. Soc. 1997, 119, 5465.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the invention of this application solves the above-mentioned problem, and without using a transition metal catalyst, the carbonylation reaction with carbon monoxide of an organic halide compound via a radical species can be performed simply and with a high reaction yield. It is an object of the present invention to provide a new carbonylation reaction method and a new synthesis method of carboxylic acids by this method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application, as to solve the above problems, the first, in an aqueous medium, hypophosphorous acid (H ₃ PO ₂₎ was added along with the radical initiator, the following equation iodide Hydrocarbon compounds
[Chemical 3]
R-X
(X represents an iodine atom, R represents a chain or alicyclic hydrocarbon group)
The present invention provides a method for synthesizing carboxylic acids, characterized in that a carboxylic acid or an ester compound is synthesized by reacting a carboxylic acid with carbon monoxide.
[0008]
In addition, the invention of this application is the above-described method, and secondly, the iodinated hydrocarbon compound.
Is reacted with carbon monoxide to give the following formulas (1), (2), (3)
[0011]
[Formula 4]

[0012]
(R represents the above)
At a minimum of carboxylic acid or ester compound represented in providing a method of synthesizing carboxylic acid, which comprises synthesizing one, the third, the carboxylic acids, characterized in that the addition of interfacial active agent A fourth synthesis method is a method for synthesizing carboxylic acids, characterized by reacting under pressure of carbon monoxide of 5 atm or more.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.
[0014]
In the method of synthesizing carboxylic acids by the carbonylation reaction in the invention of this application, a radical reaction initiator is added in an aqueous medium to react the iodinated hydrocarbon compound with carbon monoxide. In this case, the radical reaction initiator is used as a radical reaction initiator. There is no particular limitation on the type, and for example, a representative one is an appropriate azo compound or peroxide such as azoisoptyronitrile (AIBN), which has been conventionally known as a radical polymerization initiator. Is considered to be used alone or in combination.
[0015]
The iodide hydrocarbon compound as the reaction substrate, as the general formula R-X, Yo U atom (X) be those bound to have a substituent or a hydrocarbon group (R) Can do.
[0016]
The hydrocarbon group in this case may be various chain or cyclic groups , and examples of the cyclic group include alicyclic groups .
[0017]
These hydrocarbon groups may have a substituent. In this case, the substituent is a combination with a hydrocarbon group as long as it does not inhibit the reaction or contributes to the reaction. As appropriate. For example, examples of the substituent include an alkoxy group, a sulfide group, an ester group, a nitro group, and a cyano group.
[0018]
The carbonylation reaction of the invention of this application is carried out in an aqueous medium, and the aqueous medium may be water or a mixed solvent with an organic solvent compatible with water, for example, an alcohol such as methanol or ethanol. it can.
[0019]
This aqueous medium is in the reaction via radical species, also be effective to add a so-called chain carrier components to promote the reaction, the hypophosphite is shown. Further, a surfactant may coexist in the reaction. The use of various cationic or anionic surfactants is considered.
[0020]
About the ratio in the case of adding and using these things, for example, about the above-mentioned radical reaction initiator, although it changes also with the kind, generally 0.01- 1.0 eq, also the following hypophosphorous 10 for a phosphoric acid equivalent of the chain carrier, the surfactant may use these 1.0 equivalents are considered. Of course, it is not limited to this.
[0021]
In addition, the presence of an inorganic or organic base in the reaction system is also considered. This existence is effective as a combination with Chain carrier.
[0022]
Carbon monoxide (CO) is used for the reaction, and this is preferably under pressure, preferably 5 atm or more, more preferably 10 atm or more. The upper limit is not particularly defined, but in practice, it is considered to be about 30 atm.
[0023]
In the carbonylation reaction of the invention of this application, for example, carboxylic acids and ester compounds as shown in the above formulas (1), (2) and (3) are synthesized from the above organic halide compounds. ) Is a monocarbonylated product, and formula (3) is an α-ketocarboxylic acid as a doublecarbonylated product.
[0024]
Generally, in the carbonylation reaction of the invention of this application, the amount of the above-mentioned radical reaction initiator and chain carrier is increased in accordance with the amount of the organic halide compound and reaction conditions. In the case where a surfactant is not used or a mixed medium of water and alcohol is used, the production of α-ketocarboxylic acid of formula (3) tends to increase. . The reaction temperature is also not particularly limited, and can usually be in the range of about 30 ° C to 300 ° C, although it depends on the degree of pressurization of carbonized carbon.
[0025]
Therefore, an example will be shown below and will be described in more detail. Of course, the invention is not limited by the following examples.
[0026]
【Example】
Carbonylation reaction with carbon monoxide of organic halide compound was performed. Details are as follows.
[0027]
<Example 1>
In a 50 mL glass inner tube containing a Teflon (registered trademark) -coated magnetic stir bar, anhydrous NaHCO ₃ (210 mg, 2.5 mmol), water (1 mL), 30% H ₃ PO ₂ aqueous solution (0.1 mL,. 5 mmol), CTAB (73 mg, 0.2 mmol), AIBN (16 mg, 0.1 mmol), iodocyclohexane (129 μL, 1 mmol) were added in this order with stirring. This glass inner cylinder was placed in a 50 mL stainless steel autoclave, replaced twice with carbon monoxide (10 atm), further pressurized with 50 atm carbon monoxide, and heated at 75 ° C. for 15 hours on an oil bath. After the autoclave was cooled to room temperature, carbon monoxide was evacuated and the glass inner cylinder was taken out. Saturated aqueous sodium hydrogen carbonate was added to the reaction mixture, and the mixture was extracted twice with diethyl ether. The aqueous layer was further adjusted to about pH 2 with 85% phosphoric acid and extracted three times with diethyl ether. The collected organic layer was washed with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered, and concentrated under reduced pressure. The cyclohexanecarboxylic acid contained in the crude product was quantified by ¹ H NMR analysis using naphthalene as an internal standard substance (82% yield).
[0028]
<Example 2>
As in Example 1, anhydrous NaHCO ₃ (588 mg, 7 mmol), water (5 mL), 30% aqueous H ₃ PO ₂ solution (1 mL, 5 mmol), CTAB (73 mg, 0.2 mmol), AIBN (50 mg, 0.3 mmol) ), Iododecane (213 μL, 1 mmol). After completion of the reaction, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate was added to the reaction mixture, and the mixture was extracted twice with diethyl ether. The collected organic layer was washed with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered, and concentrated under reduced pressure. Decylundecanoate contained in the crude product was quantified by ¹ H NMR analysis using naphthalene as an internal standard substance (yield 74%). On the other hand, the aqueous layer was adjusted to about pH 2 with 85% phosphoric acid and extracted three times with methylene chloride. The collected organic layer was washed with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered, and concentrated under reduced pressure. The undecanoic acid contained in the crude product was quantified by ¹ H NMR analysis using naphthalene as an internal standard substance (yield 1%).
[0029]
<Example 3>
As in Example 1, anhydrous NaHCO ₃ (1.26 g, 15 mmol), ethanol (5 mL), 30% aqueous H ₃ PO ₂ solution (1 mL, 5 mmol), AIBN (50 mg, 0.3 mmol), iododecane (213 μL, 1 mmol) ) Was used to carry out the reaction. After completion of the reaction, the reaction mixture was washed twice with diethyl ether, and then the aqueous layer was adjusted to about pH 2 with 85% phosphoric acid and extracted three times with methylene chloride. The collected methylene chloride layer was washed with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, filtered, and concentrated under reduced pressure to obtain a mixture of undecanoic acid (3%) and 2-oxododecanoic acid (15%).
[0030]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the invention of this application, by using an aqueous medium having a low environmental load without using a transition metal catalyst, a carbonylation reaction with carbon monoxide of an organic halide compound can be carried out by radical species. This can be realized simply and with a high reaction yield, thereby enabling the synthesis of carboxylic acid and ester compounds.

Claims (4)

In an aqueous medium, hypophosphorous acid (H ₃ PO ₂ ) is added together with a radical reaction initiator, and an iodinated hydrocarbon compound of the following formula :
[Chemical 1]
R-X
(X represents an iodine atom, R represents a chain or alicyclic hydrocarbon group)
A method for synthesizing a carboxylic acid, which comprises reacting a compound with carbon monoxide to synthesize a carboxylic acid or an ester compound. The iodinated hydrocarbon compound is reacted with carbon monoxide to give the following formulas (1) (2) (3)
[Chemical 2]
R-CO-O-R (1)
R-CO-OH (2)
R-CO-CO-OH (3)
(R represents the above)
The method for synthesizing carboxylic acids according to claim 1, wherein at least one of the carboxylic acid and the ester compound represented by formula (1) is synthesized.   A method for synthesizing carboxylic acids according to claim 1 or 2, wherein a surfactant is added.   The method for synthesizing a carboxylic acid according to any one of claims 1 to 3, wherein the reaction is performed under pressure of carbon monoxide of 5 atm or more.