專利名稱：生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及選擇性地生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，在通過金剛烷的氧化制備的金剛烷衍生物中，金剛醇和金剛酮各自是生產(chǎn)多種藥物、農(nóng)用化學(xué)品和工業(yè)產(chǎn)品的起始原料的重要中間體。
背景技術(shù)：
人們已知金剛烷是高度對(duì)稱的籠形化合物，它具有與金剛石的結(jié)構(gòu)單元相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)。金剛烷作為一種化學(xué)物質(zhì)的特征在于它的(1)低的分子應(yīng)變能和優(yōu)異的耐熱性，(2)由于碳密度高而具有高的脂肪和油溶解度，(3)盡管它的升華性等，但氣味小。因此，自二十世紀(jì)八十年代以來，人們就關(guān)注它在帕金森神經(jīng)功能障礙治療藥物和流感治療藥物的原料的藥物領(lǐng)域中的有用性。此外，近年來，賦予金剛烷衍生物的特性(例如，耐熱性和透明性)在如下領(lǐng)域吸引了特別的注意，光學(xué)材料，例如，用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的光致抗蝕劑，磁記錄介質(zhì)，光導(dǎo)纖維，光學(xué)透鏡和光具盤基材；功能材料，例如，耐熱塑料，涂料和粘合劑；化妝品；潤滑油等，于是擴(kuò)大了金剛烷衍生物的應(yīng)用范圍。此外，在藥物領(lǐng)域?qū)λ鼈兊男枰龃罅?，例如，作為下列藥物的原料抗癌藥物，大腦功能改善劑，神經(jīng)病的治療藥物和抗病毒藥物。
從碳源的有效利用角度考慮，通過氧化將烴化合物轉(zhuǎn)化為醇和酮的技術(shù)是工業(yè)上極為重要的技術(shù)。雖然已經(jīng)擁有從單環(huán)脂族化合物(例如，環(huán)己烷)生產(chǎn)醇和酮的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)，但是還沒有開發(fā)出通過選擇性氧化具有仲或叔碳原子的多環(huán)脂族化合物而選擇性地有效生產(chǎn)一元醇和酮的任何技術(shù)。
近年來，金剛烷衍生物中的2-金剛醇和2-金剛酮各自作為多種藥物和功能材料的重要中間體已成為人們關(guān)注的中心。然而，至于通過金剛烷與氧化劑反應(yīng)生產(chǎn)醇，它的一個(gè)分子中存在的四個(gè)叔碳原予主要反應(yīng)不但生成一元醇，還生成二元醇和三元醇，于是，使得不能選擇性地生產(chǎn)2-金剛醇。另外，2-金剛酮僅僅是通過一種其中將金剛烷在濃硫酸中加熱和反應(yīng)的方法生產(chǎn)的。
作為通過氧化金剛烷生產(chǎn)金剛醇的技術(shù)，已知這一技術(shù)，其中，在作為催化劑的二酰亞胺化合物(例如，N-羥基苯鄰二甲酰亞胺等)和作為助催化劑的過渡金屬絡(luò)合物存在下，用氧氧化金剛烷{參見日本專利申請(qǐng)公開No.327626/1997(Heisei 9)}。不過，該技術(shù)生產(chǎn)一元醇的選擇性低。
此外，作為生產(chǎn)氧基化合物衍生物(例如酮)的技術(shù)，公開了這一催化技術(shù)，其中，將強(qiáng)酸加到上述作為催化劑的苯鄰二甲酰亞胺化合物和作為助催化劑的過渡金屬絡(luò)合物中{參見日本專利申請(qǐng)公開No.309469/1998(Heisei 10)}。然而，該技術(shù)生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性低，還形成不適宜的副產(chǎn)物，例如，1-羥基金剛酮、1-金剛酮、1，3-金剛二醇和金剛二醇。
另一方面，至于除利用上述基于苯鄰二甲酰亞胺催化劑以外的技術(shù)，已知還有一種生產(chǎn)醇和酮的方法，它包括，在一種具有作為配體的卟啉基有機(jī)化合物的過渡金屬絡(luò)合物和一種醛類似物存在下使金剛烷反應(yīng){參見日本專利申請(qǐng)公開No.87216/1997(Heisei 9)}。不過，該方法涉及這樣的問題極低的產(chǎn)率，金剛醇產(chǎn)率低到4.6％，而2-金剛酮產(chǎn)率低到0.7％，生成目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性低，另外還需要一起存在昂貴的醛類似物作為還原劑。
此外，報(bào)導(dǎo)了一種生產(chǎn)金剛醇的方法，它包括，在釕化合物和次氯酸或其鹽存在下將金剛烷類似物羥基化(參見日本專利申請(qǐng)公開No.219646/2000)。然而，該方法不能選擇性地生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物2-金剛醇，因?yàn)橹饕拇籍a(chǎn)品是1-金剛醇和1，3-二金剛醇。
至于選擇性地生產(chǎn)2-金剛醇的技術(shù)，有一種廣為人知的方法是在濃硫酸中實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)該化合物。例如，Schlatmann報(bào)導(dǎo)了，通過在濃硫酸中保持將1-金剛醇在30℃下加熱12小時(shí)而以72％的產(chǎn)率獲得了2-金剛醇{參見四面體(Tetrahadronn)24，5361(1968)}。還提出了一種方法(其中，在兩級(jí)溫度條件下進(jìn)行該反應(yīng))作為上述方法的改良技術(shù)，其中，高度氧化性的濃硫酸也用作溶劑{參見日本專利申請(qǐng)公開No.189564/1999(Heisei 11)}。盡管該方法提高了金剛酮的產(chǎn)率，但仍然存在未解決的問題，因?yàn)閼?yīng)用了大量濃硫酸，于是使反應(yīng)后的分離和提純復(fù)雜化，而且同時(shí)，需要利用昂貴的和耐腐蝕的設(shè)備和原料。
發(fā)明公開本發(fā)明一個(gè)目的是提供一種方法，它能通過在溫和的反應(yīng)條件下氧化金剛烷而以高選擇性、高效率和安全性生產(chǎn)2-金剛醇和2-金剛酮。
在這樣的情況下，本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛而深入細(xì)致的調(diào)查和研究以便解決和消除本文上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，并且同時(shí)，以高選擇性、高效率和安全性生產(chǎn)2-金剛醇和2-金剛酮。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了上述目的可通過在特定的氧化催化劑存在下氧化金剛烷而實(shí)現(xiàn)。因此，基于前述發(fā)現(xiàn)和信息完成了本發(fā)明。
具體地說，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，它包括，在由稀土金屬鹽和助催化劑(包含選自新周期表的4族到10族的元素)構(gòu)成的氧化催化劑存在下，使金剛烷與氧反應(yīng)。
實(shí)施本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施方案如上文所述，在本發(fā)明的生產(chǎn)方法中應(yīng)用的氧化催化劑包括由稀土金屬鹽構(gòu)成的主催化劑和包含選自新周期表的4族到10族(具體地說，舊周期表的IVA～VIIA族和VIII族)的元素的助催化劑。
對(duì)于本文應(yīng)用的稀土金屬?zèng)]有特別限制，但優(yōu)選例如是銪、鐿、釤等。
稀土金屬鹽的實(shí)例優(yōu)選包括上述稀土金屬的氯化物和三氟甲烷锍鹽。
應(yīng)用的主催化劑的量基于作為反應(yīng)底物的金剛烷至少是0.5mol％，優(yōu)選至少是1.0mol％。應(yīng)用的量小于0.5mol％時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率不夠大，而更大的量對(duì)反應(yīng)沒有影響。
本發(fā)明的方法中可能利用作為助催化劑的、包含選自新周期表的4族到10族的元素的各種化合物。具體地說，優(yōu)選的是，該催化劑體系包含一種氧化絡(luò)合物，它包含選自鈦、鈷、釩、鉻和錳的元素，這些元素各自屬于新周期表的4族到7族的任一族，例如，氧化鈦絡(luò)合物；以及選自鈀、鉑、銠和鎳的金屬的化合物，這些金屬各自屬于新周期表的8族到10族的任一族，例如，氧化鉑。
至于助催化劑，可應(yīng)用上述一種或多種金屬的至少兩種化合物，它們分別負(fù)載在各自的催化劑載體上，或者可用作復(fù)合載體，其中，所述至少兩種化合物依次負(fù)載在一種催化劑載體上。前述催化劑載體的實(shí)例包括多孔載體，例如，活性炭、沸石、二氧化硅、二氧化硅-氧化鋁和膨潤土。
當(dāng)應(yīng)用一種或多種金屬的兩種化合物時(shí)，可利用它們的不同組合，例如包括，乙酰丙酮合氧化鈦絡(luò)合物和氧化鉑負(fù)載化催化劑的優(yōu)選組合。在該情況下，上述乙酰丙酮合氧化鈦絡(luò)合物和氧化鉑負(fù)載化催化劑各自作為助催化劑可單獨(dú)用，或者作為復(fù)合物載體，其中，乙酰丙酮合氧化鈦絡(luò)合物負(fù)載于氧化鉑負(fù)載化催化劑上。在催化劑載體上負(fù)載金屬物質(zhì)的方法沒有特別限制，但是可以列舉的是通過常規(guī)浸漬法。
包含選自新周期表的4族到7族的一種或多種金屬的助催化劑的量基于作為反應(yīng)底物的金剛烷至少是0.3mol％，優(yōu)選至少是1.0mol％。當(dāng)應(yīng)用的量小于0.3mol％時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率不夠大，而更大的量對(duì)反應(yīng)沒有影響。
包含選自新周期表的8族到10族的一種或多種金屬的助催化劑的量(以活性金屬化合物為基礎(chǔ))，各自基于作為反應(yīng)底物的金剛烷至少是0.007重量份，優(yōu)選至少是0.010重量份。當(dāng)應(yīng)用的量小于0.007重量份時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率不夠大，而更大的量對(duì)反應(yīng)沒有影響。
在本發(fā)明的生產(chǎn)方法中優(yōu)選通過往反應(yīng)體系中添加氫作為氧分子的活化劑來進(jìn)行反應(yīng)，此時(shí)，氫分子被用作氧分子的活化還原劑。
對(duì)用于本文的反應(yīng)溶劑沒有特別限制，但須它不與氫和氧反應(yīng)，并且同時(shí)，金剛烷可溶于其中，例如乙酸和乙酸乙酯可作為適用的反應(yīng)溶劑。
應(yīng)用的反應(yīng)溶劑的量各自基于1重量份金剛烷是1～300重量份，優(yōu)選是3～200重量份。當(dāng)應(yīng)用的量小于1重量份時(shí)，有時(shí)引起作為反應(yīng)底物的金剛烷的沉淀，而當(dāng)它的量大于300重量份時(shí)，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低。
此外，對(duì)反應(yīng)體系提供各自在常壓下呈氣體形式的氫和氧。提供的氧/氫比率在0.1～10、優(yōu)選在1～3范圍內(nèi)。當(dāng)它的比率小于0.1時(shí)，使得能夠進(jìn)行生成水的副反應(yīng)，而當(dāng)它的比率大于10時(shí)，導(dǎo)致反應(yīng)速率的顯著降低。
另外，反應(yīng)溫度在0～110℃、優(yōu)選30～80℃范圍內(nèi)。反應(yīng)時(shí)間在0.5～5小時(shí)、優(yōu)選1～3小時(shí)范圍內(nèi)。
實(shí)施例下文將參照對(duì)比例和工作實(shí)施例更詳細(xì)描述本發(fā)明，但是，它們絕不是限制本發(fā)明。
用于如下工作實(shí)施例的氫活化助催化劑各自是這樣制備的將各自主要屬于貴金屬并且具有氫解離/吸附功能的各種金屬的任意金屬浸漬入和負(fù)載于載體上，然后，將金屬進(jìn)行灼燒或還原處理。在下文，將給出一些描述作為制備下列催化劑的方法的典型實(shí)例，即，催化劑(PtOx/SiO2)，其中，鉑被負(fù)載在作為載體的二氧化硅上，以及復(fù)合催化劑{TiO(acac)z/PtOx/SiO2}，其中，acac表示乙酰丙酮根合。
參比例1{1wt％-PtOx/SiO2(SIO-8)助催化劑的制備}在盛于300mL燒杯內(nèi)的850毫升(mL)離子交換水中添加4950gSiO2(參比催化劑JRC-SIO-8，The Institute of Catalyst)，并在加熱和攪拌下通過滴定管在燒杯中滴加13.4mL 1.91mol/L的H2PtCl4水溶液。在劇烈攪拌下將所得混合物蒸發(fā)至完全干燥，進(jìn)一步充分干燥后，在馬弗爐中150℃下灼燒2小時(shí)，接著在300℃下灼燒4小時(shí)而獲得PtOx/SiO2(SIO-8)助催化劑。
參比例2{TiO(acac)2/PtOx/SiO2催化劑的制備}在加熱和攪拌下，在盛于100mL燒杯內(nèi)的20mL乙酸中添加20μmol TiO(acac)2至完全溶解。隨后往燒杯中添加預(yù)先制備的500mg的1wt％-PtOx/SiO2。在150℃電熱板上，在劇烈攪拌下將所得混合物蒸發(fā)至完全干燥，進(jìn)一步充分干燥。隨后，將干燥的產(chǎn)品照這樣用于反應(yīng)而沒有特別的處理。在下文，根據(jù)要負(fù)載的乙酰丙酮合氧化鈦{Ti(acac)2}量改變添加的乙酰丙酮合氧化鈦的量而進(jìn)行反應(yīng)。
實(shí)施例1在一個(gè)裝有攪拌器、溫度計(jì)和Dimroth冷凝器的100mL三頸圓底燒瓶內(nèi)加入0.136g(1mmol)金剛烷，1.29mg(5μmol)三氯化銪，0.86mg(3.3μmol)乙酰丙酮合氧化鈦(各自作為催化劑)，0.1g氧化鉑負(fù)載化催化劑和作為溶劑的20mL乙酸，在40℃下進(jìn)行反應(yīng)2小時(shí)，同時(shí)在75.9kPa的氫分壓和25.4kPa的氧分壓下，以20mL/min的流速將氫和氧的混合氣體通過燒瓶。
反應(yīng)完畢，通過氣相色譜(可得自Shimadzu GC-14A柱，PEG＝20M，毛細(xì)管柱)分析產(chǎn)生的液體。結(jié)果，作為目標(biāo)產(chǎn)物獲得了93.8μmol的1-金剛醇，22.2μmol的2-金剛酮和75.7μmol的2-金剛醇，產(chǎn)率為19.2％，至2-金剛酮和2-金剛醇的選擇性是51.1％。表1中給出了特性結(jié)果。
實(shí)施例2重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的三氯化銪量是2.59mg(10μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例3重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的三氯化銪量是5.17mg(20μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例4重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的三氯化銪量是15.51mg(60μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例5重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的三氯化銪量是31.02mg(120μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例6重復(fù)了實(shí)施例2的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的乙酰丙酮合氧化鈦的量是5.24mg(20μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例7重復(fù)了實(shí)施例3的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的乙酰丙酮合氧化鈦的量是5.24mg(20μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例8重復(fù)了實(shí)施例4的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的乙酰丙酮合氧化鈦的量是5.24mg(20μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例9重復(fù)了實(shí)施例6的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的乙酰丙酮合氧化鈦的量是31.02mg(120μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例10重復(fù)了實(shí)施例9的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的金剛烷和乙酰丙酮合氧化鈦的量分別是0.272g(2mmol)和0.86mg(3.3μmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例11重復(fù)了實(shí)施例9的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用的金剛烷的量是0.272g(2mmol)。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例12重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用0.1g負(fù)載20μmol乙酰丙酮合氧化鈦的氧化鉑催化劑。表1中給出了結(jié)果。
實(shí)施例13重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，應(yīng)用0.1g負(fù)載3.3μmol乙酰丙酮合氧化鈦的氧化鉑催化劑。表1中給出了結(jié)果。
對(duì)比例1
重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，該反應(yīng)中沒有應(yīng)用三氯化銪。表1中給出了結(jié)果。
對(duì)比例2重復(fù)了實(shí)施例6的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，該反應(yīng)中沒有應(yīng)用三氯化銪。表1中給出了結(jié)果。
對(duì)比例3重復(fù)了實(shí)施例1的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，該反應(yīng)中沒有應(yīng)用三氯化銪和乙酰丙酮合氧化鈦。表1中給出了結(jié)果。
對(duì)比例4重復(fù)了實(shí)施例3的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，該反應(yīng)中沒有應(yīng)用乙酰丙酮合氧化鈦。表1中給出了結(jié)果。
對(duì)比例5重復(fù)了實(shí)施例3的操作步驟制備所述產(chǎn)品，不同的是，該反應(yīng)中沒有應(yīng)用氫活化助催化劑。表1中給出了結(jié)果。
表1

表1(續(xù))

{備注}1-OH1-金剛醇，2-AdO2-金剛酮，2-AdOH2-金剛醇，產(chǎn)率＝產(chǎn)物的量(μmol)/裝填的原料(μmol)×100(％)選擇性＝{生產(chǎn)的2-AdO的量(μmol)+生產(chǎn)的2-AdOH的量(μmol)}/產(chǎn)物的量(μmol)×100(％)
工業(yè)適用性按照本發(fā)明的方法，可通過在溫和的反應(yīng)條件下氧化金剛烷而以高選擇性、高效率和安全性生產(chǎn)2-金剛醇和2-金剛酮，它們適用于如下領(lǐng)域藥物和農(nóng)用化學(xué)品，半導(dǎo)體，磁記錄介質(zhì)，光學(xué)材料，耐熱塑料，涂料，粘合劑，化妝品，潤滑油等。此外，按照本發(fā)明的生產(chǎn)方法，由于在反應(yīng)體系中沒有應(yīng)用腐蝕性物質(zhì)，不必利用任何昂貴的和耐腐蝕性設(shè)備和原料，而且同時(shí)，反應(yīng)后的分離和提純的步驟簡化了。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，它包括，在由稀土金屬鹽和包含選自新周期表的4族到10族的元素的助催化劑構(gòu)成的氧化催化劑存在下，使金剛烷與氧反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，其中，所述稀土金屬是各自是三價(jià)的銪、鐿或釤。
3.權(quán)利要求1的生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，其中，所述催化劑體系中的助催化劑包括選自鈦、鈷、釩、鉻和錳的金屬的化合物，這些金屬各自屬于新周期表的4族到7族的任一族，以及選自鈀、鉑、銠和鎳的金屬的化合物，這些金屬各自屬于新周期表的8族到10族的任一族。
4.權(quán)利要求1的生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，其中，將氫加到反應(yīng)物中作為氧分子的活化劑。
全文摘要
提供了一種生產(chǎn)金剛醇和金剛酮的方法，它包括，在由稀土金屬鹽和包含選自新周期表的4族到10族的元素的助催化劑構(gòu)成的氧化催化劑存在下，使金剛烷與氧反應(yīng)，而且可通過本發(fā)明的方法在溫和的反應(yīng)條件下氧化金剛烷而以高選擇性、高效率和安全性生產(chǎn)2－金剛醇和2－金剛酮。
文檔編號(hào)C07C45/28GK1522238SQ0281313
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者大塚潔, 山中一郎, 大 潔, 郎 申請(qǐng)人:出光石油化學(xué)株式會(huì)社