JP5846438B2 - Polymer containing immobilized quaternary ammonium salt and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、過酸化水素を酸化剤に用いるオレフィンからのエポキシ化合物製造に代表される有機合成全般に際し、除去容易、有機溶媒不溶、且つ回収再使用可能なポリスチレンに固定化された4級アンモニウムを含有したポリマー、およびその製造方法に関する。 In the present invention, quaternary ammonium immobilized on polystyrene that is easy to remove, insoluble in an organic solvent, and recoverable and reusable in general organic synthesis represented by production of epoxy compounds from olefins using hydrogen peroxide as an oxidizing agent. The present invention relates to a contained polymer and a production method thereof.
相間移動触媒として知られる4級アンモニウム塩は、水相と油相の間の試薬の流通を開始・促進する試薬として有機合成上頻繁に利用され、農薬・医薬の中間体やレジスト材料、可塑剤、接着剤、塗料樹脂といった各種ポリマーの製造において幅広く用いられる有用な化合物である。 Quaternary ammonium salts, known as phase transfer catalysts, are frequently used in organic synthesis as reagents that initiate and accelerate the flow of reagents between aqueous and oil phases, and are used as agrochemical / pharmaceutical intermediates, resist materials, and plasticizers. It is a useful compound widely used in the production of various polymers such as adhesives and paint resins.
その中でも、オレフィンを酸化してエポキシ化合物を低環境負荷に製造する方法として、過酸化水素を酸化剤に用いる方法が注目されている。水相に存在する過酸化水素と油相に存在する基質を効率よく接触させ反応を進行させるために、4級アンモニウム塩が使用されている(非特許文献1)。 Among them, as a method for oxidizing an olefin to produce an epoxy compound with a low environmental load, a method using hydrogen peroxide as an oxidizing agent has attracted attention. A quaternary ammonium salt is used in order to efficiently bring hydrogen peroxide present in the aqueous phase into contact with the substrate present in the oil phase to advance the reaction (Non-patent Document 1).
しかしながら、非特許文献1に係る方法は、反応後に4級アンモニウム塩が目的生成物に混入し、除去しにくいという問題点があった。4級アンモニウム塩を除去出来ない場合、混入した4級アンモニウム塩による最終製品の黄変や耐熱性・対候性の低下等、目的材料の致命的な性能劣化につながるため、種々の除去方法が検討されている。 However, the method according to Non-Patent Document 1 has a problem that the quaternary ammonium salt is mixed into the target product after the reaction and is difficult to remove. If the quaternary ammonium salt cannot be removed, it will lead to fatal performance deterioration of the target material, such as yellowing of the final product due to the mixed quaternary ammonium salt and deterioration of heat resistance and weather resistance. It is being considered.
例えば、特許文献1には、高純度な残存触媒の少ないエポキシ化合物を提供することを課題とし、炭素−炭素二重結合を有する化合物を過酸化水素、4級アンモニウム塩、ヘテロポリ酸の存在下に酸化反応した後、活性炭とスメクタイト系物質にて反応混合物に残存する4級アンモニウム塩を除去するエポキシ化合物の製造方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 aims to provide a high-purity epoxy compound with a small amount of residual catalyst, and a compound having a carbon-carbon double bond in the presence of hydrogen peroxide, a quaternary ammonium salt, and a heteropolyacid. A method for producing an epoxy compound is described in which quaternary ammonium salt remaining in the reaction mixture is removed with activated carbon and a smectite-based substance after the oxidation reaction.
これに対し、使用する4級アンモニウム塩をポリマーに固定化し、有機溶媒、目的物や原料に溶解させないことで、反応後の4級アンモニウム塩の除去を容易にし、且つ4級アンモニウム塩を製品内にほとんど残留させないことを目的とする4級アンモニウム塩を固定化した触媒開発が進められてきた。(特許文献2、3、非特許文献2)。 In contrast, the quaternary ammonium salt to be used is fixed to the polymer and is not dissolved in the organic solvent, the target product or the raw material, thereby facilitating the removal of the quaternary ammonium salt after the reaction, and the quaternary ammonium salt in the product. Development of a catalyst in which a quaternary ammonium salt is immobilized for the purpose of hardly remaining in the catalyst has been advanced. (Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 2).
例えば、特許文献2には、各種相間移動反応、特に2相系におけるエポキシ化反応に対し非常に有用な相間移動触媒を得ることを課題とし、ポリスチレン担持アンモニウムメチル硫酸塩が記載されている。 For example, Patent Document 2 describes polystyrene-supported ammonium methyl sulfate with the object of obtaining a phase transfer catalyst that is very useful for various phase transfer reactions, particularly epoxidation reactions in a two-phase system.
また、特許文献3には、新規なポリマー担持アンモニウムアルキル硫酸塩およびポリマー担持アンモニウム硫酸水素塩、それらの製造方法およびそれを触媒に用いたエポキシ化合物の製造方法を提供することを課題とし、アンモニウムアルキル硫酸塩またはアンモニウム硫酸水素塩を有するポリマーが記載されている。 Further, Patent Document 3 aims to provide a novel polymer-supported ammonium alkylsulfate and polymer-supported ammonium hydrogensulfate, a method for producing them, and a method for producing an epoxy compound using the same as a catalyst. Polymers having sulfates or ammonium hydrogen sulfate are described.
しかしながら、これら4級アンモニウム塩を固定化したポリマーは、4級アンモニウム塩をポリマーに固定化することで、4級アンモニウム塩の部位の自由度が失われ、相間移動触媒としての性能が著しく損なわれることが知られている。実際に、これまで環状オレフィンのエポキシ化反応やアリルアルコールのエポキシ化反応等の比較的エポキシ化反応が容易な系では、従来の4級アンモニウム塩固定化ポリマーを用いる高選択的な反応例があるものの、末端オレフィンに対しては、適用できていない(特許文献2、3、非特許文献3)。 However, these quaternary ammonium salt-immobilized polymers lose the degree of freedom of the quaternary ammonium salt portion by immobilizing the quaternary ammonium salt to the polymer, and the performance as a phase transfer catalyst is significantly impaired. It is known. Actually, there are examples of highly selective reactions using a conventional quaternary ammonium salt-immobilized polymer in systems where epoxidation reaction of cyclic olefins or allylation of allyl alcohol is relatively easy. However, it cannot be applied to terminal olefins (Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 3).
さらに、従来の4級アンモニウム塩固定化ポリマーは、市販されているベンジルアミンを有するポリスチレンポリマーを4級アンモニウム塩化して作成されたものであり、この方法では、市販されているアミンを有するポリマーに構造が限定されるために、ポリスチレンのフェニル基と4級アンモニウム塩の窒素原子の間の炭素鎖を長くした4級アンモニウム塩の自由度が高い固定化ポリマーを製造することはできない。 Furthermore, a conventional quaternary ammonium salt-immobilized polymer is prepared by quaternizing ammonium chloride of a polystyrene polymer having a commercially available benzylamine. In this method, a commercially available polymer having an amine is converted into a polymer. Due to the limited structure, it is not possible to produce an immobilized polymer with a high degree of freedom of the quaternary ammonium salt in which the carbon chain between the phenyl group of polystyrene and the nitrogen atom of the quaternary ammonium salt is elongated.
したがって、ポリスチレンに固定化された4級アンモニウム塩の触媒であって、ポリスチレンのフェニル基と4級アンモニウム塩の窒素原子の間を炭素数8以上に制御した自由度の高い4級アンモニウム塩を含有するポリマーで、末端オレフィンをはじめとする種々のオレフィンを高効率高選択的に過酸化水素エポキシ化反応させつつ、特に回収が容易な相間移動触媒、およびその製造方法が強く要望されている。 Therefore, it is a catalyst of a quaternary ammonium salt fixed to polystyrene, and contains a quaternary ammonium salt having a high degree of freedom in which the space between the polystyrene phenyl group and the nitrogen atom of the quaternary ammonium salt is controlled to 8 or more carbon atoms. In particular, there is a strong demand for a phase transfer catalyst that can be easily recovered while highly efficiently and selectively oxidizing various olefins including terminal olefins and a method for producing the same.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、4級アンモニウム塩とフェニル基の間の炭素数が8以上で、しかもアンモニウム塩がポリマーの外側に展開したポリマー、およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a polymer in which the number of carbon atoms between the quaternary ammonium salt and the phenyl group is 8 or more and the ammonium salt is developed outside the polymer. And a method of manufacturing the same.
本発明者は、ポリスチレンのフェニル基と4級アンモニウム塩の窒素原子との間の炭素数が反応性に与える影響に着目し、炭素数が一定数以上離れている場合に、種々のオレフィンを高効率高選択的にエポキシ化できる相間移動触媒となりうることを突き止めた。 The inventor paid attention to the effect of the carbon number between the phenyl group of polystyrene and the nitrogen atom of the quaternary ammonium salt on the reactivity, and increased the various olefins when the carbon number is more than a certain number. It has been found that it can be a phase transfer catalyst that can be epoxidized with high efficiency and selectivity.
ここで、ポリスチレンのフェニル基と4級アンモニウム塩の窒素原子との間の炭素数として、これまでのエポキシ化反応に高活性な4級アンモニウム塩の知見を基に、炭素数8個以上離して結合させた4級アンモニウム塩(長鎖型固定化4級アンモニウム塩)を設計した。 Here, as the number of carbons between the phenyl group of polystyrene and the nitrogen atom of the quaternary ammonium salt, based on the knowledge of the quaternary ammonium salt highly active in the epoxidation reaction so far, the number of carbons is 8 or more apart. A bound quaternary ammonium salt (long-chain immobilized quaternary ammonium salt) was designed.
本発明では前述した長鎖型固定化4級アンモニウム塩の合成法の一環として、その前駆体に新規な4級アンモニウム塩を有するカルボン酸(カルボキシル置換4級アンモニウム塩)を設計し合成した。 In the present invention, as part of the method for synthesizing the long-chain immobilized quaternary ammonium salt described above, a carboxylic acid (carboxyl-substituted quaternary ammonium salt) having a novel quaternary ammonium salt as a precursor was designed and synthesized.
カルボキシル置換4級アンモニウム塩を前駆体とし、ポリスチレンにフリーデルクラフツアシル化反応を用いてポリマーに固定化した4級アンモニウム塩を相間移動触媒に用いるエポキシ化合物の製造方法を開発することで本発明を完成するに至った。 The present invention has been developed by developing a method for producing an epoxy compound using a quaternary ammonium salt which is a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt as a precursor and immobilized on a polymer using a Friedel-Crafts acylation reaction in polystyrene as a phase transfer catalyst. It came to be completed.
上記課題を解決するための本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩は、一般式(1)で表されることを特徴とする。 The long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogensulfate according to the present invention for solving the above problems is represented by the general formula (1).
この発明によれば、高効率かつ高選択的にエポキシ化反応する時の触媒として使用が可能で、且つ回収再使用容易な長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩が提供可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a long-chain-type immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate that can be used as a catalyst when performing an epoxidation reaction with high efficiency and high selectivity and that can be easily recovered and reused.
上記課題を解決するための本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物は、一般式(2)で表されることを特徴とする。 The long-chain immobilized quaternary ammonium halide according to the present invention for solving the above problems is represented by the general formula (2).
この発明によれば、弱酸性条件下で高効率かつ高選択的にエポキシ化反応する時の触媒として使用が可能で、且つ回収再使用容易な長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物が提供可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a long-chain-type immobilized quaternary ammonium halide that can be used as a catalyst when performing an epoxidation reaction with high efficiency and high selectivity under weakly acidic conditions, and can be easily recovered and reused. It is.
上記課題を解決するための本発明に係るカルボキシル置換4級アンモニウム塩は、一般式(3)で表されることを特徴とする。 The carboxyl-substituted quaternary ammonium salt according to the present invention for solving the above problems is represented by the general formula (3).
この発明によれば、高効率高選択的にエポキシ化反応する時の触媒として使用が可能で、且つ回収再使用容易な長鎖型固定化4級アンモニウム塩の原料として有用な上、そのもののとしても末端にカルボン酸を有し高い親水性を有する界面活性剤として有用なカルボキシル置換4級アンモニウム塩が提供可能である。 According to the present invention, it is useful as a raw material for a long-chain immobilized quaternary ammonium salt that can be used as a catalyst for epoxidation reaction with high efficiency and high selectivity, and can be easily recovered and reused. In addition, a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt useful as a surfactant having a carboxylic acid at the terminal and high hydrophilicity can be provided.
上記課題を解決するための本発明に係る一般式(1)で表される長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩の製造方法は、一般式(2)で表される長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物を単離精製し、硫酸を作用させることを特徴とする。
この発明によれば、長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩を長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物から高効率かつ安全確実に合成できる。 According to this invention, a long-chain type immobilized quaternary ammonium hydrogensulfate can be synthesized from a long-chain type immobilized quaternary ammonium halide with high efficiency and safety.
上記課題を解決するための本発明に係る一般式(2)で表される長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物の製造方法は、カルボキシル置換4級アンモニウム塩とポリスチレンを、フリーデルクラフツ反応により反応させることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for producing a long-chain immobilized quaternary ammonium halide represented by the general formula (2) according to the present invention comprises a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt and polystyrene by a Friedel-Crafts reaction. It is made to react.
この発明によれば、長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物をカルボキシル置換4級アンモニウム塩から高効率かつ安全確実に合成できる。 According to this invention, a long-chain type immobilized quaternary ammonium halide can be synthesized from a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt with high efficiency and safety.
上記課題を解決するための本発明に係る一般式(3)で表されるカルボキシル置換4級アンモニウム塩の製造方法は、一般式(4)で表されるエステルと一般式(5)で表されるアミンとを反応させ、水酸化ナトリウムによりエステルをカルボン酸塩にし、さらに塩酸によりカルボン酸にすることを特徴とする。 The method for producing a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt represented by the general formula (3) according to the present invention for solving the above problems is represented by the ester represented by the general formula (4) and the general formula (5). It is characterized in that it is reacted with an amine, and the ester is converted into a carboxylate with sodium hydroxide and further converted into a carboxylic acid with hydrochloric acid.
この発明によれば、カルボキシル置換4級アンモニウム塩を市販されているアミンとエステル誘導体から高収率かつ安全確実に合成できる。 According to this invention, a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt can be synthesized with high yield and safety from a commercially available amine and ester derivative.
上記課題を解決するためのオレフィンのエポキシ化反応用触媒は、一般式(1)を用いることを特徴とする。
A catalyst for epoxidation reaction of an olefin for solving the above-mentioned problems uses the general formula (1 ) .
これにより、各種相間移動を必要とする2相系の反応、特に2相系におけるエポキシ化反応に対する相間移動触媒として好適に用いることができる。 Thereby, it can use suitably as a phase transfer catalyst with respect to the reaction of the two-phase system which requires various phase transfers, especially the epoxidation reaction in a two-phase system.
本発明に係る4級アンモニウム塩を固定化したポリマーは、4級アンモニウム塩とフェニル基の間の炭素数が8以上で、しかもアンモニウム塩がポリマーの外側に展開しているので、2相系における過酸化水素を酸化剤に用いるエポキシ化反応に対し非常に有用な触媒であるとともに、エポキシ化合物の製造過程で触媒の回収再利用が容易に行える。 In the polymer in which the quaternary ammonium salt according to the present invention is immobilized, the number of carbon atoms between the quaternary ammonium salt and the phenyl group is 8 or more, and the ammonium salt spreads outside the polymer. It is a very useful catalyst for the epoxidation reaction using hydrogen peroxide as an oxidizing agent, and the catalyst can be easily recovered and reused during the production of the epoxy compound.
本発明に係る4級アンモニウム塩を固定化したポリマーの製造方法における、アミンを出発物質とする合成経路は、操作上のテクニックを必要とせず、また、簡便に種々のアミンを適用可能なために4級アンモニウム塩を固定化したポリマーのバリエーションを増やす点においても有効である。 In the method for producing a polymer in which a quaternary ammonium salt is immobilized according to the present invention, the synthetic route using an amine as a starting material does not require an operation technique, and various amines can be easily applied. This is also effective in increasing the variation of the polymer in which the quaternary ammonium salt is immobilized.
以下に、本発明に係る固定化された4級アンモニウム塩を含有したポリマー、およびその製造方法について詳細に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, the polymer containing the immobilized quaternary ammonium salt according to the present invention and the production method thereof will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist thereof.
[本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩]
本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩は、ポリスチレンに固定化された炭素数8以上の炭素鎖で連結されている4級アンモニウム塩を含むポリマーである。
[Long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate according to the present invention]
The long chain-type immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate according to the present invention is a polymer containing a quaternary ammonium salt linked by a carbon chain having 8 or more carbon atoms immobilized on polystyrene.
具体的には、一般式(1)および一般式(2)で表されるポリスチレンに固定化された炭素数8以上の炭素鎖で連結されている長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩が挙げられる。 Specifically, a long-chain type immobilized quaternary ammonium hydrogensulfate linked with a carbon chain having 8 or more carbon atoms immobilized on polystyrene represented by the general formulas (1) and (2) is provided. Can be mentioned.
[本発明に係るカルボキシル置換4級アンモニウム塩]
本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩の合成経路では、途中でカルボキシル置換4級アンモニウム塩が必要である。ここで、好適なカルボン酸としては、例えば、一般式(3)で表されるN原子とカルボニル置換基の間が、カルボニル基を含めて炭素数8以上の炭素鎖で連結されているカルボキシル置換4級アンモニウム塩が挙げられる。
[Carboxyl-substituted quaternary ammonium salt according to the present invention]
In the synthesis route of the long-chain immobilized quaternary ammonium bisulfate according to the present invention, a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt is required on the way. Here, as a suitable carboxylic acid, for example, a carboxyl substitution in which the N atom represented by the general formula (3) and the carbonyl substituent are connected by a carbon chain having 8 or more carbon atoms including the carbonyl group. A quaternary ammonium salt is mentioned.
なお、R1、R2およびR3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基等が挙げられるが、中でも、炭素数8〜12が、触媒として反応活性が高く、また入手し易いので好ましい。nは炭素数1〜8の整数、好ましくは1〜4の整数である。この範囲にあると、触媒としての活性が高くまた原料を入手し易い。Xは臭素又は塩素を示し、特に触媒としての高活性および入手し易さの点で塩素が好ましい。 The alkyl groups of R 1 , R 2 and R 3 are methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl. Among them, a group having 8 to 12 carbon atoms is preferable because it has high reaction activity as a catalyst and is easily available. n is an integer of 1 to 8 carbon atoms, preferably an integer of 1 to 4. If it is within this range, the activity as a catalyst is high and the raw material is easily available. X represents bromine or chlorine, and chlorine is particularly preferred from the viewpoint of high activity as a catalyst and availability.
[長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩の製造方法]
一般式(1)で表される長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩を製造する方法は、以下の通りである。
[Method for producing long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate]
A method for producing the long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate represented by the general formula (1) is as follows.
一般式(2)で表される長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物に、硫酸を作用させる。この反応は、反応溶媒の存在下で実施することが好ましい。この場合の反応溶媒は特に制限されないが、例えば、ベンゼン、トルエン等の有機溶媒を好適に使用することができる。これらの溶媒は、必要に応じて、単独または混合溶媒の形で使用することができる。 Sulfuric acid is allowed to act on the long-chain immobilized quaternary ammonium halide represented by the general formula (2). This reaction is preferably carried out in the presence of a reaction solvent. Although the reaction solvent in this case is not particularly limited, for example, an organic solvent such as benzene and toluene can be preferably used. These solvents can be used alone or in the form of a mixed solvent, if necessary.
この反応に用いられる硫酸は、1重量%〜100重量%、好ましくは、30重量%〜60重量%の範囲である。硫酸がこの範囲にあると、ハロゲン化物から硫酸水素塩への高効率かつ確実な変換ができ好ましい。 The sulfuric acid used in this reaction is in the range of 1% to 100% by weight, preferably 30% to 60% by weight. When the sulfuric acid is within this range, it is preferable because highly efficient and reliable conversion from a halide to a hydrogen sulfate can be achieved.
反応温度は、0℃〜100℃の範囲、好ましくは20℃〜50℃の範囲である。反応温度がこの範囲にあると、速やかに反応が進行するとともに、反応溶液の噴き出しや異常な温度上昇を抑えることができ、製造時の安全性の観点から好ましい。 The reaction temperature is in the range of 0 ° C to 100 ° C, preferably in the range of 20 ° C to 50 ° C. When the reaction temperature is within this range, the reaction proceeds promptly, and the ejection of the reaction solution and abnormal temperature increase can be suppressed, which is preferable from the viewpoint of safety during production.
反応時間は、反応温度により左右される可能性があるため、一概に定めることは困難であるが、通常は4〜12時間である。 Since the reaction time may be affected by the reaction temperature, it is difficult to determine it generally, but it is usually 4 to 12 hours.
本反応は、陰イオン種の交換反応であるため、一般的に前記操作を繰り返すことで変換率が向上する。今回の場合、2ないし3回、前記操作を繰り返すことでより高効率に硫酸水素塩に変換することが出来る。 Since this reaction is an anion species exchange reaction, the conversion rate is generally improved by repeating the above operation. In this case, it can be converted to hydrogen sulfate with higher efficiency by repeating the above operation 2 to 3 times.
このようにして生成した長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩は、反応終了後に反応液から分離して取り出し、アセトン等の有機溶媒、次いで水で洗浄し、ポリマーに付着している余分な塩や有機溶媒を除去したのち、減圧乾燥することで触媒等の有用な用途に使用可能となる。 The long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate thus produced is separated from the reaction solution after completion of the reaction, and is washed with an organic solvent such as acetone and then with water to remove excess adhering to the polymer. After removing the salt and organic solvent, it can be used for a useful application such as a catalyst by drying under reduced pressure.
[長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物の製造方法]
一般式(2)で表される長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物の製造方法は以下の通りである。
[Method for producing long-chain immobilized quaternary ammonium halide]
The production method of the long-chain immobilized quaternary ammonium halide represented by the general formula (2) is as follows.
一般式(3)で表されるカルボキシル置換4級アンモニウム塩を、一般式(6)で表される酸ハライドへと変換する反応を行った後、ルイス酸触媒存在下フリーデルクラフツアシル化反応を行うことで長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物を合成する。 After carrying out a reaction for converting the carboxyl-substituted quaternary ammonium salt represented by the general formula (3) into the acid halide represented by the general formula (6), the Friedel-Crafts acylation reaction is carried out in the presence of a Lewis acid catalyst. By doing so, a long-chain type immobilized quaternary ammonium halide is synthesized.
一般式(6)に表される4級アンモニウム塩を含む酸ハライドは、一般式(3)に示されるカルボキシル置換4級アンモニウム塩と一般式(7)に表される塩化オキサリル等の塩素化剤を用いて合成される。 An acid halide containing a quaternary ammonium salt represented by the general formula (6) is a chlorinating agent such as a carboxyl-substituted quaternary ammonium salt represented by the general formula (3) and oxalyl chloride represented by the general formula (7). Is synthesized.
この反応は、有機溶媒の存在下で実施することが好ましい。この場合の反応溶媒は特に制限されないが、例えば、ジクロロメタン等のハロゲン系有機溶媒を好適に使用することができる。また、これらの溶媒は、必要に応じて、単独または混合溶媒の形で使用することができる。また、反応は即座に進行するが、好ましくは10〜40℃で1〜5時間撹拌する。 This reaction is preferably carried out in the presence of an organic solvent. Although the reaction solvent in this case is not particularly limited, for example, a halogen-based organic solvent such as dichloromethane can be preferably used. These solvents can be used alone or in the form of a mixed solvent, if necessary. Moreover, although reaction advances immediately, Preferably it stirs at 10-40 degreeC for 1 to 5 hours.
このようにして得られた一般式(6)で表される4級アンモニウム塩を含むカルボン酸ハライドをフリーデルクラフツアシル化反応によりポリスチレンへ結合させる。 The carboxylic acid halide containing the quaternary ammonium salt represented by the general formula (6) thus obtained is bonded to polystyrene by Friedel-Crafts acylation reaction.
この反応は、有機溶媒の存在下で実施することが好ましい。この場合の反応溶媒は特に制限されないが、例えば、ジクロロメタン、ジオキサン等の有機溶媒を好適に使用することができる。また、これらの溶媒は、必要に応じて、単独または混合溶媒の形で使用することができる。 This reaction is preferably carried out in the presence of an organic solvent. Although the reaction solvent in this case is not particularly limited, for example, an organic solvent such as dichloromethane or dioxane can be preferably used. These solvents can be used alone or in the form of a mixed solvent, if necessary.
この反応に用いられる触媒はルイス酸であり、例えば、塩化アルミニウム等が好適に用いられる。その使用量は、基質である一般式(6)で表される4級アンモニウム塩を含むカルボン酸ハライドに対し、1重量%〜100重量%の範囲、好ましくは、5重量%〜40重量%の範囲である。使用量がこの範囲にあると、反応が速やかに進行し且つ反応の暴走が抑えられ、確実に反応を遂行できる。 The catalyst used in this reaction is a Lewis acid, and for example, aluminum chloride is preferably used. The amount used is in the range of 1 to 100% by weight, preferably 5 to 40% by weight, based on the carboxylic acid halide containing the quaternary ammonium salt represented by the general formula (6) as the substrate. It is a range. When the amount used is within this range, the reaction proceeds rapidly and the reaction runaway is suppressed, so that the reaction can be performed reliably.
反応温度は、−10℃〜100℃の範囲、好ましくは0℃〜40℃の範囲である。反応温度がこの範囲にあると反応が速やかに進行し且つ反応の暴走が抑えられ、確実に反応を遂行できる。 The reaction temperature is in the range of −10 ° C. to 100 ° C., preferably in the range of 0 ° C. to 40 ° C. When the reaction temperature is within this range, the reaction proceeds rapidly and the runaway reaction is suppressed, so that the reaction can be performed reliably.
反応時間は、反応温度により左右される可能性があるため、一概に定めることは困難であるが、通常は12〜24時間である。 Since the reaction time may be affected by the reaction temperature, it is difficult to determine it generally, but it is usually 12 to 24 hours.
このようにして生成した目的の長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物は、反応終了後に反応液から分離して取り出し、水および有機溶媒で洗浄しポリスチレンに担持されなかった遊離の4級アンモニウム塩を除去したのち、減圧乾燥して用いる。 The desired long chain type immobilized quaternary ammonium halide thus produced is separated from the reaction solution after the completion of the reaction, taken out, washed with water and an organic solvent, and free quaternary ammonium salt not supported on polystyrene. Is used after drying under reduced pressure.
[カルボキシル置換4級アンモニウム塩の製造方法]
一般式(3)で表されるカルボキシル置換4級アンモニウム塩の製造方法は以下の通りである。
[Method for producing carboxyl-substituted quaternary ammonium salt]
The production method of the carboxyl-substituted quaternary ammonium salt represented by the general formula (3) is as follows.
一般式(4)で表されるハロゲン置換エステルに、一般式(5)で表される3級アミンを作用させ、4級アンモニウム塩を含むエステルを製造したのち、水酸化ナトリウムを用いてエステルからカルボン酸塩へ変換し、さらに塩酸を作用させることにより4級アンモニウム塩を含むカルボン酸を製造する。 The halogen-substituted ester represented by the general formula (4) is allowed to act on the tertiary amine represented by the general formula (5) to produce an ester containing a quaternary ammonium salt. A carboxylic acid containing a quaternary ammonium salt is produced by converting to a carboxylate and further reacting with hydrochloric acid.
この反応は、有機溶媒の存在下で実施することが好ましい。この場合の反応溶媒は特に制限されないが、例えば、アセトニトリル、ジオキサン等の有機溶媒を好適に使用することができる。また、これらの溶媒は、必要に応じて、単独または混合溶媒の形で使用することができる。 This reaction is preferably carried out in the presence of an organic solvent. Although the reaction solvent in this case is not particularly limited, for example, an organic solvent such as acetonitrile or dioxane can be preferably used. These solvents can be used alone or in the form of a mixed solvent, if necessary.
反応温度は、エステル置換4級アンモニウム塩の合成時には、10℃〜150℃の範囲、好ましくは80℃〜120℃の範囲である。この範囲にあると反応が速やかに進行し且つ反応の暴走が抑えられ、確実に反応遂行できる。 The reaction temperature is in the range of 10 ° C to 150 ° C, preferably in the range of 80 ° C to 120 ° C during the synthesis of the ester-substituted quaternary ammonium salt. Within this range, the reaction proceeds rapidly and the runaway reaction is suppressed, so that the reaction can be performed reliably.
カルボキシル置換4級アンモニウム塩の合成時には、10℃〜100℃の範囲、好ましくは20℃〜50℃の範囲である。この範囲にあると反応が速やかに進行し且つ反応の暴走が抑えられ、確実に反応遂行できる。 When synthesizing the carboxyl-substituted quaternary ammonium salt, the temperature is in the range of 10 ° C to 100 ° C, preferably in the range of 20 ° C to 50 ° C. Within this range, the reaction proceeds rapidly and the runaway reaction is suppressed, so that the reaction can be performed reliably.
反応時間は、反応温度により左右される可能性があるため、一概に定めることは困難であるが、エステル置換4級アンモニウム塩の合成時には、通常は12〜24時間である。また、カルボキシル置換4級アンモニウム塩の合成時には、2〜5時間である。 Since the reaction time may be affected by the reaction temperature, it is difficult to determine it generally, but it is usually 12 to 24 hours during the synthesis of the ester-substituted quaternary ammonium salt. In addition, it takes 2 to 5 hours during the synthesis of the carboxyl-substituted quaternary ammonium salt.
このようにして生成したカルボキシル置換4級アンモニウム塩は、反応終了後に反応液から分離して取り出し、水および有機溶媒で洗浄したのち、減圧乾燥して用いる。 The carboxyl-substituted quaternary ammonium salt thus produced is separated from the reaction solution after completion of the reaction, washed with water and an organic solvent, and then dried under reduced pressure.
[長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩の具体例]
本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウム硫酸水素塩の具体例を例示すると、以下の化学式(8)および(9)で示される化合物が挙げられるが、これらの化合物に限定されるものではない。
[Specific examples of long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate]
Specific examples of the long-chain immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate according to the present invention include compounds represented by the following chemical formulas (8) and (9), but the compounds are not limited to these compounds. Absent.
[長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物の具体例]
本発明の長鎖型固定化4級アンモニウムハロゲン化物の具体例を例示すると、以下の化学式(10)および(11)で示される化合物が挙げられるが、これらの化合物に限定されるものではない。
[Specific examples of long-chain immobilized quaternary ammonium halides]
Specific examples of the long-chain immobilized quaternary ammonium halide of the present invention include compounds represented by the following chemical formulas (10) and (11), but are not limited to these compounds.
[カルボキシル置換4級アンモニウム塩の具体例]
本発明のカルボキシル置換4級アンモニウム塩の具体例を例示すると、以下の化学式(12)および(13)で示される化合物が挙げられるが、これらの化合物に限定されるものではない。
[Specific examples of carboxyl-substituted quaternary ammonium salts]
Specific examples of the carboxyl-substituted quaternary ammonium salt of the present invention include compounds represented by the following chemical formulas (12) and (13), but are not limited to these compounds.
[ポリスチレンの粒径]
本発明に係る長鎖型固定化4級アンモニウム塩を構成するポリスチレンの粒径は、触媒の調製の簡便さ、および相間移動触媒としての活性の点、さらには、反応系からの分離回収を考慮すると、50〜8000μm、好ましくは100〜3000μmが好ましい。
[Particle size of polystyrene]
The particle size of polystyrene constituting the long-chain immobilized quaternary ammonium salt according to the present invention is considered in terms of the ease of catalyst preparation, activity as a phase transfer catalyst, and separation and recovery from the reaction system. Then, 50-8000 micrometers, Preferably 100-3000 micrometers is preferable.
[細孔容積・細孔径]
ポリスチレンの細孔容積や細孔径は、一般的には細孔径が小さく細孔容積が大きければ、表面積が広くなり単位体積あたりの効率を上げることができるが、細孔径が小さすぎると反応基質が拡散にくく、効率が低下する原因となる。しかし、本発明に係る触媒は、ポリスチレンの細孔から一定以上の距離を取り、均一系触媒に類似した挙動を示すため、細孔面積や細孔径にさほど依存しない。一般的に用いられる細孔容積の範囲内であれば問題なく、例えば乾燥樹脂において0.1〜1.0ml/gの範囲である。
[Pore volume / pore diameter]
In general, the pore volume and pore diameter of polystyrene are such that if the pore diameter is small and the pore volume is large, the surface area becomes large and the efficiency per unit volume can be increased. Difficult to diffuse, causing efficiency to drop. However, the catalyst according to the present invention takes a certain distance from the pores of polystyrene and exhibits a behavior similar to that of a homogeneous catalyst, and therefore does not depend much on the pore area and the pore diameter. If it is in the range of the pore volume generally used, there is no problem, for example, in the range of 0.1 to 1.0 ml / g in the dry resin.
[用途]
本発明に係る化合物は様々な用途に使用することができ、その範囲は制限されない。ポリスチレンに固定化された4級アンモニウム塩触媒であって、末端オレフィンをはじめとする種々のオレフィンを高効率高選択的にエポキシ化でき、且つ目的物との分離容易な相間移動触媒に用いることができ、例えば、各種相間移動を必要とする2相系の反応、特に2相系におけるエポキシ化反応に対する相間移動触媒として好適に用いることができる。また、エポキシ化合物の製造過程で触媒の回収再利用を容易に行うことができる。
[Usage]
The compound according to the present invention can be used in various applications, and the scope thereof is not limited. A quaternary ammonium salt catalyst immobilized on polystyrene, which can be used as a phase transfer catalyst that can selectively epoxidize various olefins including terminal olefins with high efficiency and high selectivity, and can be easily separated from the target product. For example, it can be suitably used as a phase transfer catalyst for a two-phase reaction requiring various phase transfers, particularly an epoxidation reaction in a two-phase system. Further, the catalyst can be easily recovered and reused in the process of producing the epoxy compound.
以下の実験例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実験例の記載に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically by the following experimental examples. In addition, this invention is not limited to description of the following experiment examples, unless the summary is exceeded.
[実施例1:エステル置換メチルジオクチルアンモニウム塩の製造]
撹拌子およびジムロート冷却管を備えた100ml一口フラスコに、8−ブロモオクタン酸メチル(2.52g,10.0mmol)および溶媒としてアセトニトリルを26ml加え、そこにメチルジオクチルアミン(2.56g,10.0mmol)を加え、19時間加熱した。氷冷後、1規定の塩酸30mlに加えて10分間撹拌した。得られた混合物にジクロロメタンを加えて抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥したのち、カラムクロマトグラフィー(メタノール:クロロホルム=1:20)で生成物を分離生成したところ、目的とする7−(カルボキシメチル)へプチルジオクチルメチルアンモニウムブロミドが2.74g、単離収率54%で得られた。
[Example 1: Production of ester-substituted methyl dioctyl ammonium salt]
To a 100 ml one-necked flask equipped with a stirrer and a Dimroth condenser, methyl 8-bromooctanoate (2.52 g, 10.0 mmol) and 26 ml of acetonitrile as a solvent were added, and methyl dioctylamine (2.56 g, 10.0 mmol) was added thereto. ) And heated for 19 hours. After ice cooling, the mixture was added to 30 ml of 1N hydrochloric acid and stirred for 10 minutes. Dichloromethane was added to the resulting mixture for extraction, dried over sodium sulfate, and then the product was separated and produced by column chromatography (methanol: chloroform = 1: 20) to obtain the desired 7- (carboxymethyl). 2.74 g of butyl dioctylmethylammonium bromide was obtained with an isolated yield of 54%.
[実施例2:カルボキシル置換メチルジオクチルアンモニウム塩の製造]
撹拌子およびジムロート冷却管を備えた100ml一口フラスコに、7−(カルボキシメチル)へプチルジオクチルメチルアンモニウムブロミド(2.74g,5.40mmol)、THF19ml、水6ml、および水酸化リチウム一水和物(453mg,10.8mmol)を加え3時間撹拌した。そののち、1規定の塩酸30mlを加えて更に10分間撹拌した。得られた混合物にジクロロメタンを加えて抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥ののち、濃縮したところ、目的とする7−カルボキシへプチルジオクチルメチルアンモニウムブロミドが1.80g、単離収率71%で得られた。
[Example 2: Production of carboxyl-substituted methyl dioctyl ammonium salt]
To a 100 ml one-necked flask equipped with a stir bar and a Dimroth condenser, 7- (carboxymethyl) heptyldioctylmethylammonium bromide (2.74 g, 5.40 mmol), THF 19 ml, water 6 ml, and lithium hydroxide monohydrate ( 453 mg, 10.8 mmol) was added and stirred for 3 hours. Thereafter, 30 ml of 1N hydrochloric acid was added and the mixture was further stirred for 10 minutes. Dichloromethane was added to the resulting mixture for extraction, dried over sodium sulfate, and concentrated to obtain 1.80 g of the desired 7-carboxyheptyldioctylmethylammonium bromide in 71% isolated yield. .
[実施例3:長鎖型固定化メチルジオクチルアンモニウム塩化物(メチルジオクチルL8PS−QCl)の製造]
撹拌子および塩化カルシウム管を備えた100ml一口フラスコに、7−カルボキシへプチルジオクチルメチルアンモニウムブロミド(1.80g,3.76mmol)、ジクロロメタン20mlおよび塩化オキサリル1.84mlを加え室温で1時間撹拌した。攪拌子を備えた二口フラスコに、塩化アルミニウム(606mg,4.54mmol)、およびジクロロメタン8mlを加え0℃に冷却した中に、先に作成した混合物を加え0℃で30分間攪拌した。そこにポリスチレン樹脂(東京化成工業株式会社製、P1432、438mg)を加えて室温にて24時間撹拌した。得られた固体を水、THF、ジクロロメタンで順に洗浄したところ、目的とする長鎖型固定化メチルジオクチルアンモニウム塩化物(メチルジオクチルL8PS−QCl)が613mg得られた。元素分析の結果、
C、79.3%、H,9.51%、N,1.45%(理論値:C、79.5%、H,9.25%、N,1.43%)となり、期待された通り、スチレン4ユニット当たりに対し1ユニットの4級アンモニウム塩が結合したポリスチレンが合成されたことが確認された。
[Example 3: Production of long-chain immobilized methyl dioctyl ammonium chloride (methyl dioctyl L8PS-QCl)]
To a 100 ml one-necked flask equipped with a stir bar and a calcium chloride tube, 7-carboxyheptyldioctylmethylammonium bromide (1.80 g, 3.76 mmol), dichloromethane 20 ml and oxalyl chloride 1.84 ml were added and stirred at room temperature for 1 hour. To a two-necked flask equipped with a stirrer, aluminum chloride (606 mg, 4.54 mmol) and 8 ml of dichloromethane were added and cooled to 0 ° C., and then the previously prepared mixture was added and stirred at 0 ° C. for 30 minutes. A polystyrene resin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., P1432, 438 mg) was added thereto and stirred at room temperature for 24 hours. The obtained solid was washed in turn with water, THF, and dichloromethane to obtain 613 mg of the desired long-chain immobilized methyl dioctyl ammonium chloride (methyl dioctyl L8PS-QCl). As a result of elemental analysis,
C, 79.3%, H, 9.51%, N, 1.45% (theoretical values: C, 79.5%, H, 9.25%, N, 1.43%) As a result, it was confirmed that polystyrene having 1 unit of quaternary ammonium salt bonded thereto per 4 units of styrene was synthesized.
[実施例4:長鎖型固定化メチルジオクチルアンモニウム硫酸水素塩(メチルジオクチルL8PS−QHSO4)の製造]
撹拌子および塩化カルシウム管を備えた100ml一口フラスコに、メチルジオクチルL8PS−QCl(500mg,0.52mmol)、トルエン4mlおよび45%硫酸4mlを加え室温で12時間撹拌した。トルエンおよび懸濁しているメチルジオクチルL8PS−QClを抽出したのち、再度45%硫酸4mlを加え室温で12時間撹拌した。メチルジオクチルL8PS−QClを取り出し、トルエン、水で順に洗浄し、減圧乾燥を行ったところ、目的とする長鎖型固定化メチルジオクチルアンモニウム硫酸水素塩(メチルジオクチルL8PS−QHSO4)が413mg得られた。元素分析の結果、
C、70.7%、H,9.90%、N,1.95%、S,4.63%(理論値:C、71.6%、H,10.1%、N,2.04%、S,4.66%)となり、期待された通り、固定化4級アンモニウム塩の硫酸水素塩が合成されたことが確認された。
[Example 4: Production of long-chain immobilized methyl dioctyl ammonium hydrogen sulfate (methyl dioctyl L8PS-QHSO 4 )]
Methyldioctyl L8PS-QCl (500 mg, 0.52 mmol), 4 ml of toluene and 4 ml of 45% sulfuric acid were added to a 100 ml one-necked flask equipped with a stir bar and a calcium chloride tube, and stirred at room temperature for 12 hours. Toluene and suspended methyldioctyl L8PS-QCl were extracted, 4 ml of 45% sulfuric acid was added again, and the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. Removed methyl dioctyl L8PS-QCl, toluene, washed successively with water, was subjected to vacuum drying, long-chain immobilized methylated dioctyl ammonium hydrogen sulfate (methyl dioctyl L8PS-QHSO 4) was obtained 413mg of interest . As a result of elemental analysis,
C, 70.7%, H, 9.90%, N, 1.95%, S, 4.63% (theoretical value: C, 71.6%, H, 10.1%, N, 2.04) %, S, 4.66%), and it was confirmed that an immobilized quaternary ammonium hydrogen sulfate was synthesized as expected.
[実施例5:長鎖型固定化メチルジオクチルアンモニウム硫酸水素塩(メチルジオクチルL8PS−QHSO4)を用いる1−オクテンのエポキシ化反応]
磁気攪拌子を備えた試験管にタングステン酸ナトリウム2水和物(6.6mg、0.02mmol)、メチルジオクチルL8PS−QHSO4(10.6mg、0.01mmol)、アミノメチルホスホン酸(1.1mg、0.01mmol)、35%過酸化水素水溶液(155μL、1.5mmol)、98%硫酸(1.0mg、0.01mmol)を入れ15分間攪拌し、温度を90℃としたのち1−オクテン(112mg、1.0mmol)を加え、攪拌速度1000rpmにて4時間反応させた。水層より分離した有機層をガスクロマトグラフ計で分析すると、1−オクテンの転化率は61%、1,2−エポキシオクタンの収率は61%、1,2−エポキシオクタンの選択率は99%以上であることが確認された。
[Example 5: Epoxidation reaction of 1-octene using long-chain immobilized methyl dioctyl ammonium hydrogen sulfate (methyl dioctyl L8PS-QHSO 4 )]
In a test tube equipped with a magnetic stir bar, sodium tungstate dihydrate (6.6 mg, 0.02 mmol), methyl dioctyl L8PS-QHSO 4 (10.6 mg, 0.01 mmol), aminomethylphosphonic acid (1.1 mg, 0.01 mmol), 35% aqueous hydrogen peroxide solution (155 μL, 1.5 mmol) and 98% sulfuric acid (1.0 mg, 0.01 mmol) were added and stirred for 15 minutes. After the temperature was adjusted to 90 ° C., 1-octene (112 mg 1.0 mmol) was added, and the mixture was reacted at a stirring speed of 1000 rpm for 4 hours. When the organic layer separated from the aqueous layer was analyzed with a gas chromatograph, the conversion of 1-octene was 61%, the yield of 1,2-epoxyoctane was 61%, and the selectivity of 1,2-epoxyoctane was 99%. That was confirmed.
[比較例1:固定化4級アンモニウム塩を用いる1−オクテンのエポキシ化反応]
磁気攪拌子を備えた試験管にタングステン酸ナトリウム2水和物(6.6mg、0.02mmol)、特開2008−94899号公報および特開2008−94916号公報と同様にして合成したメチルジオクチルアンモニウム塩を固定化した固定化4級アンモニウム塩(7.6mg、0.01mmol)、アミノメチルホスホン酸(1.1mg、0.01mmol)、35%過酸化水素水溶液(155μL、1.5mmol)、98%硫酸(1.0mg、0.01mmol)を入れ15分間攪拌し、温度を90℃としたのち1−オクテン(112mg、1.0mmol)を加え、攪拌速度1000rpmにて2時間反応させた。水層より分離した有機層をガスクロマトグラフ計で分析すると、1−オクテンの転化率は75%、1,2−エポキシオクタンの収率は55%、1,2−エポキシオクタンの選択率は73%であることが確認された。
[Comparative Example 1: Epoxidation reaction of 1-octene using immobilized quaternary ammonium salt]
Sodium tungstate dihydrate (6.6 mg, 0.02 mmol) in a test tube equipped with a magnetic stir bar, methyl dioctyl ammonium synthesized in the same manner as in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-94899 and 2008-94916 Immobilized quaternary ammonium salt with immobilized salt (7.6 mg, 0.01 mmol), aminomethylphosphonic acid (1.1 mg, 0.01 mmol), 35% aqueous hydrogen peroxide (155 μL, 1.5 mmol), 98% Sulfuric acid (1.0 mg, 0.01 mmol) was added and stirred for 15 minutes. After the temperature was adjusted to 90 ° C., 1-octene (112 mg, 1.0 mmol) was added, and the mixture was reacted at a stirring speed of 1000 rpm for 2 hours. When the organic layer separated from the aqueous layer was analyzed with a gas chromatograph, the conversion of 1-octene was 75%, the yield of 1,2-epoxyoctane was 55%, and the selectivity of 1,2-epoxyoctane was 73%. It was confirmed that.
[実施例6:エステル置換メチルジブチルアンモニウム塩の製造]
撹拌子およびジムロート冷却管を備えた100ml一口フラスコに、8−ブロモオクタン酸メチル(2.52g,10.0mmol)および溶媒としてアセトニトリルを26ml加え、そこにメチルジブチルアミン(1.44g,10.0mol)を加えて19時間加熱した。氷冷後、1規定の塩酸30 mlに加えて10分間撹拌した。得られた混合物にジクロロメタンを加えて抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥したのち、カラムクロマトグラフィー(メタノール:クロロホルム=1:50)で生成物を分離生成したところ、目的とする7‐(カルボキシメチル)へプチルジブチルメチルアンモニウムブロミドが2.23g、単離収率59%で得られた。
[Example 6: Production of ester-substituted methyl dibutylammonium salt]
To a 100 ml one-necked flask equipped with a stirrer and a Dimroth condenser, methyl 8-bromooctanoate (2.52 g, 10.0 mmol) and 26 ml of acetonitrile as a solvent were added, and methyldibutylamine (1.44 g, 10.0 mol) was added thereto. ) And heated for 19 hours. After ice cooling, the mixture was added to 30 ml of 1N hydrochloric acid and stirred for 10 minutes. The resulting mixture was extracted by adding dichloromethane, dried over sodium sulfate, and then separated by column chromatography (methanol: chloroform = 1: 50) to produce the desired 7- (carboxymethyl). Thus, 2.23 g of butyl dibutylmethylammonium bromide was obtained with an isolated yield of 59%.
[実施例7:カルボキシル置換メチルジブチルアンモニウム塩の合成]
撹拌子およびジムロート冷却管を備えた100ml一口フラスコに、7−(カルボキシメチル)へプチルジブチルメチルアンモニウムブロミド(2.23g,5.89mmol)、THF21ml、水7ml、および水酸化リチウム 一水和物(495mg,11.8mmol)を加え3時間撹拌した。そののち、1規定の塩酸30mlを加えて更に10分間撹拌した。得られた混合物にジクロロメタンを加えて抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥したのち、濃縮したところ、目的とする7−カルボキシへプチルジブチルメチルアンモニウムブロミドが1.24g、単離収率57%で得られた。
[Example 7: Synthesis of carboxyl-substituted methyldibutylammonium salt]
To a 100 ml one-necked flask equipped with a stir bar and Dimroth condenser, 7- (carboxymethyl) heptyldibutylmethylammonium bromide (2.23 g, 5.89 mmol), 21 ml THF, 7 ml water, and lithium hydroxide monohydrate ( (495 mg, 11.8 mmol) was added, and the mixture was stirred for 3 hours. Thereafter, 30 ml of 1N hydrochloric acid was added and the mixture was further stirred for 10 minutes. Dichloromethane was added to the resulting mixture for extraction, dried over sodium sulfate, and concentrated to obtain 1.24 g of the intended 7-carboxyheptyldibutylmethylammonium bromide in an isolated yield of 57%. .
[実施例8:長鎖型固定化メチルジブチルアンモニウム塩化物(メチルジブチルL8PS−QCl)の製造]
撹拌子およびジムロート冷却管を備えた100ml一口フラスコに、7−カルボキシへプチルジブチルメチルアンモニウムブロミド(1.24g,3.38mmol)、ジクロロメタン18mlおよび塩化オキサリル1.45mlを加え室温で1時間撹拌した。攪拌子を備えた二口フラスコに、塩化アルミニウム(533mg,4.00mmol)、およびジクロロメタン7mlを加え0℃に冷却した中に、先に作成した混合物を加え0℃で30分間攪拌した。そこにポリスチレン樹脂(東京化成工業株式会社製、P1432、357mg)を加えて室温にて24時間撹拌した。得られた固体を水、THF、ジクロロメタンで順に洗浄したところ、目的とする長鎖型固定化メチルジブチルアンモニウム塩化物(メチルジブチルL8PS−QCl)が413mg得られた。元素分析の結果、
C、84.8%、H,8.13%、N,0.82%(理論値:C、85.9%、H,8.69%、N,1.14%)となり、期待された通り、スチレン9ユニット当たりに対し1ユニットの4級アンモニウム塩が結合したポリスチレンが合成されたことが確認された。
[Example 8: Production of long-chain immobilized methyldibutylammonium chloride (methyldibutyl L8PS-QCl)]
To a 100 ml one-necked flask equipped with a stir bar and a Dimroth condenser, 7-carboxyheptyldibutylmethylammonium bromide (1.24 g, 3.38 mmol), 18 ml of dichloromethane and 1.45 ml of oxalyl chloride were added and stirred at room temperature for 1 hour. To a two-necked flask equipped with a stirrer, aluminum chloride (533 mg, 4.00 mmol) and 7 ml of dichloromethane were added and cooled to 0 ° C., and then the previously prepared mixture was added and stirred at 0 ° C. for 30 minutes. A polystyrene resin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., P1432, 357 mg) was added thereto and stirred at room temperature for 24 hours. The obtained solid was washed in turn with water, THF, and dichloromethane to obtain 413 mg of the desired long-chain immobilized methyldibutylammonium chloride (methyldibutyl L8PS-QCl). As a result of elemental analysis,
C, 84.8%, H, 8.13%, N, 0.82% (theoretical value: C, 85.9%, H, 8.69%, N, 1.14%) As a result, it was confirmed that polystyrene having 1 unit of quaternary ammonium salt bonded to 9 units of styrene was synthesized.
[実施例9:長鎖型固定化メチルジブチルアンモニウム硫酸水素塩(メチルジブチルL8PS−QHSO4)の製造]
撹拌子および塩化カルシウム管を備えた100ml一口フラスコに、メチルジブチルL8PS−QCl(500mg,0.29mmol)、トルエン4mlおよび45%硫酸4 mlを加え室温で12時間撹拌した。トルエンおよび懸濁しているメチルジブチルL8PS−QClを抽出したのち、再度45%硫酸4mlを加え室温で12時間撹拌した。メチルジブチルL8PS−QClを取り出し、アセトン、水で順に洗浄し、減圧乾燥を行ったところ、目的とする長鎖型固定化メチルジブチルアンモニウム硫酸水素塩(メチルジブチルL8PS−QHSO4)が323mg得られた。元素分析の結果、
C、83.0%、H,7.87%、N,0.84%、S,1.41%(理論値:C、83.9%、H,8.24%、N,0.87%、S,2.00%)となり、期待された通り、固定化4級アンモニウム塩の硫酸水素塩が合成されたことが確認された。
Example 9: Production of long-chain immobilized methylated dibutyl ammonium hydrogen sulfate (Mechirujibuchiru L8PS-QHSO 4)]
Methyldibutyl L8PS-QCl (500 mg, 0.29 mmol), 4 ml of toluene and 4 ml of 45% sulfuric acid were added to a 100 ml one-necked flask equipped with a stir bar and a calcium chloride tube, and stirred at room temperature for 12 hours. After extracting toluene and suspended methyldibutyl L8PS-QCl, 4 ml of 45% sulfuric acid was added again and stirred at room temperature for 12 hours. Removed Mechirujibuchiru L8PS-QCl, acetone, washed successively with water, was subjected to vacuum drying, long-chain immobilized methylated dibutyl ammonium hydrogen sulfate (Mechirujibuchiru L8PS-QHSO 4) was obtained 323mg of interest . As a result of elemental analysis,
C, 83.0%, H, 7.87%, N, 0.84%, S, 1.41% (theoretical value: C, 83.9%, H, 8.24%, N, 0.87) %, S, 2.00%), and it was confirmed that an immobilized quaternary ammonium hydrogensulfate was synthesized as expected.
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