エポキシ化用触媒、その製造方法、及び、エポキシ化合物の製造方法
【課題】 エポキシ化を行うことのできる新規なエポキシ化用触媒、その製造方法、及び、前記エポキシ化用触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法を提供することである。
【解決手段】 固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなることを特徴とするエポキシ化用触媒と、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程、前記溶媒を除去し混合体を得る工程、及び、前記混合体を焼成する工程を含むことを特徴とするエポキシ化用触媒の製造方法と、固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合を、過酸化物を用いてエポキシ化する工程を含むエポキシ化合物の製造方法とである。
【解決手段】 固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなることを特徴とするエポキシ化用触媒と、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程、前記溶媒を除去し混合体を得る工程、及び、前記混合体を焼成する工程を含むことを特徴とするエポキシ化用触媒の製造方法と、固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合を、過酸化物を用いてエポキシ化する工程を含むエポキシ化合物の製造方法とである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ化用触媒、その製造方法、及び、前記触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機合成においてエポキシ化合物は、その反応性から医薬品、農薬、香料、接着剤、塗料及び樹脂改質剤等に用いられる種々の化合物や、その中間体として非常に有用である。その中でもα，β−カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合をエポキシ化したエポキシ化合物は、カルボニル基及びエポキシ基の双方の反応性から、様々な化合物への変換を容易に行うことができ、合成中間体として有用である。
近年、過酸化水素や無機過酸化物を用いるα，β−不飽和カルボニル化合物のエポキシ化法が報告されている（特許文献１及び２等）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９２４６６号公報
【特許文献２】特開２００４−９７９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの目的は、エポキシ化を行うことのできる新規なエポキシ化用触媒、及び、その製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、前記エポキシ化用触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記従来技術における問題点を克服するために鋭意検討した結果、以下の＜１＞、＜５＞及び＜６＞により上記課題を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。好ましい実施態様である＜２＞〜＜４＞及び＜７＞〜＜９＞と共に以下に記載する。
＜１＞固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなることを特徴とするエポキシ化用触媒、
＜２＞前記固体塩基が、Ｃａ／Ｐ比が０．５〜２．０のリン酸カルシウム系化合物である上記＜１＞に記載のエポキシ化用触媒、
＜３＞前記固体塩基が、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）又はヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）である上記＜２＞に記載のエポキシ化用触媒、
＜４＞前記アルカリ金属フッ化物が、フッ化カリウムである上記＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載のエポキシ化用触媒、
＜５＞固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程、前記溶媒を除去し混合体を得る工程、及び、前記混合体を焼成する工程を含むことを特徴とするエポキシ化用触媒の製造方法、
＜６＞固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物の２重結合を、過酸化物を用いてエポキシ化する工程を含むエポキシ化合物の製造方法、
＜７＞前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（１）で示す化合物である上記＜６＞に記載のエポキシ化合物の製造方法、
【０００６】
【化１】
（式（１）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表し、また、Ｒ3は水素原子、炭化水素系基、ヒドロキシ基又はアルコキシ基を表す。）
＜８＞前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（２）で示す化合物である上記＜７＞に記載のエポキシ化合物の製造方法、
【０００７】
【化２】
（式（２）中、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表す。）
＜９＞前記過酸化物が、過酸化水素である上記＜６＞〜＜８＞のいずれか１つに記載のエポキシ化合物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低コストで、後処理が簡便である新規なエポキシ化用触媒を得ることができる。
また、本発明によれば、低コストで、反応の後処理が簡便であり、温和な条件でエポキシ化反応を行うことのできる新規なエポキシ化合物の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明のエポキシ化用触媒、その製造方法、前記触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法について詳述する。
【００１０】
＜エポキシ化用触媒＞
本発明のエポキシ化用触媒は、固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなることを特徴とする。本発明のエポキシ化用触媒を用いてエポキシ化反応を行う基質としては、後述するα，β−不飽和カルボニル化合物が好ましい。
【００１１】
（固体塩基）
本発明に用いることのできる固体塩基としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酢酸塩、炭酸塩、リン酸塩、酸化物又は水酸化物を用いることができるが、その中でもＣａ／Ｐ比が０．５〜２．０のリン酸カルシウム系化合物がα，β−不飽和カルボニル化合物の反応性の面で好ましい。
リン酸カルシウム系化合物としては、Ｃａ／Ｐ比が０．５〜２．０である各種リン酸カルシウム系化合物を好ましく用いることができ、例えば、ヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）、Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7、Ｃａ（ＰＯ3）2、及び、ＣａＨＰＯ4等が挙げられる。
これらの中でもα，β−不飽和カルボニル化合物の反応性の面から、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）又はヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）を用いるのが特に好ましい。また、これらアパタイト類は、動物の骨や歯の主成分であることから、環境にも優しい触媒であり好ましい。
【００１２】
（アルカリ金属フッ化物）
本発明に用いることのできるアルカリ金属フッ化物としては、例えば、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウムなどが挙げられるが、その中でもフッ化カリウム及びフッ化セシウムが好ましく、α，β−不飽和カルボニル化合物の反応性やコストの面からフッ化カリウムがより好ましい。
アルカリ金属フッ化物の使用量としては、水分を除去したエポキシ化用触媒の総重量に対し、α，β−不飽和カルボニル化合物の反応性やコストの面から０．１〜５０重量％であるのが好ましく、５〜２０重量％であるのがより好ましく、１０〜２０重量％であるのがさらに好ましい。
【００１３】
＜エポキシ化用触媒の製造方法＞
本発明のエポキシ化用触媒の製造方法は、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程（以下、混合工程とも言う。）、前記溶媒を除去し混合体を得る工程（以下、除去工程とも言う。）、並びに、前記混合体を焼成する工程（以下、焼成工程とも言う。）を含むことを特徴とする。
【００１４】
（混合工程）
本発明における混合工程では、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合し、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを含む混合物が得られる。
本発明で、混合工程に用いることのできる溶媒としては、前記アルカリ金属フッ化物を溶解する溶媒であれば特に制限はないが、溶解性やコストの面から水が好ましく挙げられる。
また、混合手段は特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
【００１５】
（除去工程）
本発明における除去工程では、前記混合工程で得られた混合物より溶媒を除去し、混合体が得られる。
溶媒を除去する手段としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、エバポレーターや加熱手段を用い、減圧下及び／又は加熱下において溶媒を留去する方法が挙げられる。
なお、除去工程において、溶媒を完全に除去する必要はなく、微量の溶媒が混合体中に残留していてもよく、後述する焼成工程で微量の溶媒をさらに除去してもよい。
【００１６】
（焼成工程）
本発明における焼成工程では、前記除去工程で得られた混合体を焼成し、本発明のエポキシ化用触媒が得られる。
焼成手段としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。焼成し得られたエポキシ化用触媒は、例えばデシケーター等を用い、湿度の少ない雰囲気下で室温へ冷却及び／又は保存するのが好ましい。
焼成温度及び焼成時間は、本発明の趣旨に反しない限り特に制限はない。焼成温度としては、１００〜２５０℃が好ましく、１２０〜１８０℃がより好ましい。焼成時間としては、焼成温度との兼ね合いとなるが、３０分〜１２時間が好ましく、１〜３時間がより好ましい。
【００１７】
＜エポキシ化合物の製造方法＞
本発明のエポキシ化合物の製造方法は、固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物を過酸化物によりエポキシ化する工程（以下、エポキシ化工程、又は、エポキシ化反応とも言う。）を含む製造方法である。
本発明における前記エポキシ化反応とは、α，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合を酸化してエポキシ化合物へと変換する反応である。
【００１８】
（α，β−不飽和カルボニル化合物）
本発明に用いることのできるα，β−不飽和カルボニル化合物としては、例えば、α，β−不飽和ケトン、α，β−不飽和アルデヒド、α，β−不飽和カルボン酸、及び、α，β−不飽和エステル等が挙げられる。
前記α，β−不飽和カルボニル化合物としては、下記式（１）に示す化合物が好ましく挙げられる。
【００１９】
【化３】
【００２０】
式（１）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表し、また、Ｒ3は水素原子、炭化水素系基、ヒドロキシ基又はアルコキシ基を表す。
Ｒ1〜Ｒ3の炭化水素系基としては、炭素数１〜４０のアルキル基、炭素数２〜４０のアルケニル基、炭素数２〜４０のアルキニル基、及び、炭素数６〜４０の炭化水素系芳香族基が挙げられ、これらの炭化水素系基は置換基を有していてもよい。ただし、アルケニル基及びアルキニル基の不飽和結合は、α，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合と共役していないのが好ましい。
置換基としては、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、及び、炭素数２〜２０のアルキニル基、炭素数６〜２０のアリール基、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、ヒドロキシ基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、カルボキシル基、及び、炭素数２〜２０のアルコキシカルボニル基が挙げられる。これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。また、可能な場合には互いに結合して環を形成していてもよい。
また、Ｒ1〜Ｒ3の炭化水素系基、及び、Ｒ3のアルコキシ基は、互いに結合して環を形成していてもよい。
式（１）で表される化合物の中でも、前記α，β−不飽和カルボニル化合物として式（２）で表される化合物がより好ましい。
【００２１】
【化４】
【００２２】
式（２）中、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表す。
Ｒ4〜Ｒ6の炭化水素系基としては、前記Ｒ1〜Ｒ3の炭化水素系基と同様である。
また、Ｒ4及びＲ5が共に水素原子でないのが好ましい。
本発明に用いることのできるα，β−不飽和カルボニル化合物の具体例としては、下記Ｋ−１〜Ｋ−１０に示す化合物を好ましく挙げられる。
【００２３】
【化５】
【００２４】
（過酸化物）
前記エポキシ化反応に用いることのできる過酸化物としては、例えば、過酸化水素、有機過酸、無機過酸化物等のような公知の過酸化物を挙げられるが、コストや反応後処理、環境の面からエポキシ化反応後に水となる過酸化水素を用いるのが好ましい。
前記過酸化物として過酸化水素を用いる場合、用いる溶媒に直接過酸化水素を溶解させても、過酸化水素溶液を用いてもよいが、取り扱いなどの安全性の面から過酸化水素水を用いるのが好ましく、入手の容易さやコストの面から３０％過酸化水素水を用いるのがより好ましい。
過酸化物の使用量は、α，β−不飽和カルボニル化合物１モルに対し、１〜５モル用いるのが好ましく、１．２〜３モルがより好ましく、２モルがさらに好ましい。
【００２５】
（反応溶媒）
前記エポキシ化反応に用いることのできる反応溶媒としては、前記エポキシ化反応の酸化条件下で反応しない溶媒であれば特に制限はないが、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、イソプロパノール、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、２−エチルヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンなどのアルコール類；ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドの多価アルコールオリゴマー類；ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルｔ−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエチレングリコール、ジエトキシエチレングリコール及びジメトキシジエチレングリコールなどのエーテル類；クロロホルム、ジクロロメタン及びジクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素類；アセトニトリルなどのニトリル類；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、シクロペンタン及びシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類；ベンゼン、トルエン及びキシレンなどの芳香族炭化水素類が挙げられる。
上記反応溶媒は単独で用いてもよく、２以上の溶媒を混合して用いてもよい。
上述した反応溶媒の中でも、反応性の面から脂肪族炭化水素類やアルコール類を用いるのが好ましく、収率の面からヘキサン、又は、メタノールが特に好ましい。
また、上述したように過酸化水素水を過酸化物として用いてもよいことからもわかるように、エポキシ化反応に影響のでない限り、反応溶媒中に水を混合してもよい。
前記反応溶媒の使用量としては、特に制限はないが、α，β−不飽和カルボニル化合物１ｍｍｏｌに対し、０．１〜５００ｍｌが好ましく、１〜１００ｍｌがより好ましく、５〜２０ｍｌがさらに好ましい。
【００２６】
（エポキシ化用触媒）
本発明のエポキシ化用触媒は、前述した本発明のエポキシ化用触媒の製造方法により製造されるのが好ましい。
本発明のエポキシ化用触媒としては、α，β−カルボニル化合物の反応性やエポキシ化合物の収率の面から、固体塩基としてヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）又はフルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）を用い、かつ、アルカリ金属フッ化物としてフッ化カリウムを用いるのが特に好ましい。
エポキシ化用触媒の使用量としては、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とのモル比にもよるが、α，β−不飽和カルボニル化合物１ｍｍｏｌに対し、０．０１〜１０ｇが好ましく、０．０２〜２．０ｇがより好ましく、０．０５〜１．０ｇがさらに好ましい。
【００２７】
（反応条件）
前記エポキシ化反応の反応温度は、０〜１００℃が好ましく、温和な条件である０〜３０℃がより好ましい。前記エポキシ化反応の反応時間は、α，β−不飽和カルボニル化合物、触媒量、過酸化物量、反応溶媒量、及び、反応温度等に依存するが、５分〜４８時間が好ましく、１〜２４時間がより好ましい。
【００２８】
（エポキシ化反応の後処理）
前記エポキシ化反応の後処理は、公知の方法を好ましく用いることができる。
前記エポキシ化反応に用いたエポキシ化用触媒は、反応終了後、濾過によって容易に基質や反応溶媒等と分離することができる。また、抽出、洗浄、反応溶媒の減圧留去などの後処理を反応系に応じて選択して実施し、エポキシ化合物を得ることができる。エポキシ化合物の安定性を考慮し、単離精製を行ってもよい。
反応に用いたエポキシ化用触媒は、基質や溶媒等と分離し、必要に応じて洗浄及び／又は乾燥し、さらに必要に応じて前述の焼成工程を行うことにより、エポキシ化用触媒として再利用することもできる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
＜エポキシ化用触媒：１１重量％のフッ化カリウム／フルオロアパタイト（１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰ）の調製＞
フッ化カリウム １．１ｇをイオン交換水１００ｍｌに溶かし、その溶液へフルオロアパタイト ８．９ｇを加え、１時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターで水分を除去することにより１１重量％のフッ化カリウム／フルオロアパタイト（１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰ）触媒が定量的に得られた。該触媒は使用する前に電気炉を用い１５０℃で２時間焼成した。
【００３０】
（実施例２）
＜エポキシ化用触媒：１１重量％のフッ化カリウム／ヒドロキシアパタイト（１１ｗｔ％ＨＦ／ＨＡＰ）の調製＞
フルオロアパタイトの代わりにヒドロキシアパタイトを用いた以外は実施例１と同様に行い、１１重量％のフッ化カリウム／ヒドロキシアパタイト（１１ｗｔ％ＫＦ／ＨＡＰ）触媒が定量的に得られた。該触媒は使用する前に電気炉を用い１５０℃で２時間焼成した。
【００３１】
（実施例３）
＜フッ化カリウム／フルオロアパタイト（ＫＦ／ＦＡＰ）触媒を用いた２−シクロヘキセン−１−オンのエポキシ化＞
【００３２】
【化６】
【００３３】
５０ｍｌナス型フラスコに３０％過酸化水素水を過酸化水素のモル量として４ｍｍｏｌ、メタノール ５ｍｌ、１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰ ０．５ｇを入れ、２−シクロヘキセン−１−オン ２ｍｍｏｌとメタノール ２ｍｌの混合液を滴下し室温で１時間攪拌した。反応終了後、二酸化マンガンを加えて未反応の過酸化水素を処理して、触媒をろ過し、乾燥させた後、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。結果は収率：９９．２％であった。
1Ｈ ＮＭＲ (CDCl3) δ(ppm) = 1.65-2.57(m, 6H), 3.22(d, 1H), 3.60(m, 1H).
【００３４】
また、反応溶媒としてヘキサン又はエタノールを用いた以外は実施例３と同様に反応を行ったところ、エポキシ化合物の収率はそれぞれ９４．７％、９３．６％であった。
【００３５】
（実施例４〜１２）
表１に示すα，β−不飽和カルボニル化合物、反応時間とした以外は、実施例３と同様の操作で反応を行い、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。反応溶媒はメタノールを用いた。
実施例３〜１２の結果を、以下の表１に示す。なお、転換率とは、α，β−不飽和カルボニル化合物が反応により他の化合物に変化した割合を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
（実施例１３）
＜フッ化カリウム／ヒドロキシアパタイト（ＫＦ／ＨＡＰ）触媒を用いた２−シクロヘキセン−１−オンのエポキシ化＞
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりに１１ｗｔ％ＫＦ／ＨＡＰを用いた以外は実施例３と同様の操作で反応を行い、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。結果は収率：９８．８％であった。
【００３８】
また、反応溶媒としてヘキサン又はエタノールを用いた以外は実施例１３と同様に反応を行ったところ、エポキシ化合物の収率はそれぞれ９０．５％、７９．７％であった。
【００３９】
（実施例１４〜２２）
表２に示すα，β−不飽和カルボニル化合物、反応時間とした以外は、実施例１３と同様の操作で反応を行い、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。反応溶媒はメタノールを用いた。
実施例１３〜２２の結果を、以下の表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
（比較例１）
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりにフルオロアパタイトを用いた以外は実施例３と同様に反応を行ったが、エポキシ化合物は全く得られなかった。
【００４２】
（比較例２）
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりにヒドロキシアパタイトを用いた以外は実施例３と同様に反応を行ったが、エポキシ化合物は全く得られなかった。
【００４３】
（比較例３）
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりにフッ化カリウムを用いた以外は実施例３と同様に反応を行った。エポキシ化合物は収率１１％で得られた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ化用触媒、その製造方法、及び、前記触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機合成においてエポキシ化合物は、その反応性から医薬品、農薬、香料、接着剤、塗料及び樹脂改質剤等に用いられる種々の化合物や、その中間体として非常に有用である。その中でもα，β−カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合をエポキシ化したエポキシ化合物は、カルボニル基及びエポキシ基の双方の反応性から、様々な化合物への変換を容易に行うことができ、合成中間体として有用である。
近年、過酸化水素や無機過酸化物を用いるα，β−不飽和カルボニル化合物のエポキシ化法が報告されている（特許文献１及び２等）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９２４６６号公報
【特許文献２】特開２００４−９７９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの目的は、エポキシ化を行うことのできる新規なエポキシ化用触媒、及び、その製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、前記エポキシ化用触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記従来技術における問題点を克服するために鋭意検討した結果、以下の＜１＞、＜５＞及び＜６＞により上記課題を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。好ましい実施態様である＜２＞〜＜４＞及び＜７＞〜＜９＞と共に以下に記載する。
＜１＞固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなることを特徴とするエポキシ化用触媒、
＜２＞前記固体塩基が、Ｃａ／Ｐ比が０．５〜２．０のリン酸カルシウム系化合物である上記＜１＞に記載のエポキシ化用触媒、
＜３＞前記固体塩基が、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）又はヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）である上記＜２＞に記載のエポキシ化用触媒、
＜４＞前記アルカリ金属フッ化物が、フッ化カリウムである上記＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載のエポキシ化用触媒、
＜５＞固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程、前記溶媒を除去し混合体を得る工程、及び、前記混合体を焼成する工程を含むことを特徴とするエポキシ化用触媒の製造方法、
＜６＞固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物の２重結合を、過酸化物を用いてエポキシ化する工程を含むエポキシ化合物の製造方法、
＜７＞前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（１）で示す化合物である上記＜６＞に記載のエポキシ化合物の製造方法、
【０００６】
【化１】
（式（１）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表し、また、Ｒ3は水素原子、炭化水素系基、ヒドロキシ基又はアルコキシ基を表す。）
＜８＞前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（２）で示す化合物である上記＜７＞に記載のエポキシ化合物の製造方法、
【０００７】
【化２】
（式（２）中、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表す。）
＜９＞前記過酸化物が、過酸化水素である上記＜６＞〜＜８＞のいずれか１つに記載のエポキシ化合物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低コストで、後処理が簡便である新規なエポキシ化用触媒を得ることができる。
また、本発明によれば、低コストで、反応の後処理が簡便であり、温和な条件でエポキシ化反応を行うことのできる新規なエポキシ化合物の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明のエポキシ化用触媒、その製造方法、前記触媒を用いたエポキシ化合物の製造方法について詳述する。
【００１０】
＜エポキシ化用触媒＞
本発明のエポキシ化用触媒は、固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなることを特徴とする。本発明のエポキシ化用触媒を用いてエポキシ化反応を行う基質としては、後述するα，β−不飽和カルボニル化合物が好ましい。
【００１１】
（固体塩基）
本発明に用いることのできる固体塩基としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酢酸塩、炭酸塩、リン酸塩、酸化物又は水酸化物を用いることができるが、その中でもＣａ／Ｐ比が０．５〜２．０のリン酸カルシウム系化合物がα，β−不飽和カルボニル化合物の反応性の面で好ましい。
リン酸カルシウム系化合物としては、Ｃａ／Ｐ比が０．５〜２．０である各種リン酸カルシウム系化合物を好ましく用いることができ、例えば、ヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）、Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｃａ2Ｐ2Ｏ7、Ｃａ（ＰＯ3）2、及び、ＣａＨＰＯ4等が挙げられる。
これらの中でもα，β−不飽和カルボニル化合物の反応性の面から、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）又はヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）を用いるのが特に好ましい。また、これらアパタイト類は、動物の骨や歯の主成分であることから、環境にも優しい触媒であり好ましい。
【００１２】
（アルカリ金属フッ化物）
本発明に用いることのできるアルカリ金属フッ化物としては、例えば、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウムなどが挙げられるが、その中でもフッ化カリウム及びフッ化セシウムが好ましく、α，β−不飽和カルボニル化合物の反応性やコストの面からフッ化カリウムがより好ましい。
アルカリ金属フッ化物の使用量としては、水分を除去したエポキシ化用触媒の総重量に対し、α，β−不飽和カルボニル化合物の反応性やコストの面から０．１〜５０重量％であるのが好ましく、５〜２０重量％であるのがより好ましく、１０〜２０重量％であるのがさらに好ましい。
【００１３】
＜エポキシ化用触媒の製造方法＞
本発明のエポキシ化用触媒の製造方法は、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程（以下、混合工程とも言う。）、前記溶媒を除去し混合体を得る工程（以下、除去工程とも言う。）、並びに、前記混合体を焼成する工程（以下、焼成工程とも言う。）を含むことを特徴とする。
【００１４】
（混合工程）
本発明における混合工程では、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合し、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを含む混合物が得られる。
本発明で、混合工程に用いることのできる溶媒としては、前記アルカリ金属フッ化物を溶解する溶媒であれば特に制限はないが、溶解性やコストの面から水が好ましく挙げられる。
また、混合手段は特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
【００１５】
（除去工程）
本発明における除去工程では、前記混合工程で得られた混合物より溶媒を除去し、混合体が得られる。
溶媒を除去する手段としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、エバポレーターや加熱手段を用い、減圧下及び／又は加熱下において溶媒を留去する方法が挙げられる。
なお、除去工程において、溶媒を完全に除去する必要はなく、微量の溶媒が混合体中に残留していてもよく、後述する焼成工程で微量の溶媒をさらに除去してもよい。
【００１６】
（焼成工程）
本発明における焼成工程では、前記除去工程で得られた混合体を焼成し、本発明のエポキシ化用触媒が得られる。
焼成手段としては、特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。焼成し得られたエポキシ化用触媒は、例えばデシケーター等を用い、湿度の少ない雰囲気下で室温へ冷却及び／又は保存するのが好ましい。
焼成温度及び焼成時間は、本発明の趣旨に反しない限り特に制限はない。焼成温度としては、１００〜２５０℃が好ましく、１２０〜１８０℃がより好ましい。焼成時間としては、焼成温度との兼ね合いとなるが、３０分〜１２時間が好ましく、１〜３時間がより好ましい。
【００１７】
＜エポキシ化合物の製造方法＞
本発明のエポキシ化合物の製造方法は、固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物を過酸化物によりエポキシ化する工程（以下、エポキシ化工程、又は、エポキシ化反応とも言う。）を含む製造方法である。
本発明における前記エポキシ化反応とは、α，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合を酸化してエポキシ化合物へと変換する反応である。
【００１８】
（α，β−不飽和カルボニル化合物）
本発明に用いることのできるα，β−不飽和カルボニル化合物としては、例えば、α，β−不飽和ケトン、α，β−不飽和アルデヒド、α，β−不飽和カルボン酸、及び、α，β−不飽和エステル等が挙げられる。
前記α，β−不飽和カルボニル化合物としては、下記式（１）に示す化合物が好ましく挙げられる。
【００１９】
【化３】
【００２０】
式（１）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表し、また、Ｒ3は水素原子、炭化水素系基、ヒドロキシ基又はアルコキシ基を表す。
Ｒ1〜Ｒ3の炭化水素系基としては、炭素数１〜４０のアルキル基、炭素数２〜４０のアルケニル基、炭素数２〜４０のアルキニル基、及び、炭素数６〜４０の炭化水素系芳香族基が挙げられ、これらの炭化水素系基は置換基を有していてもよい。ただし、アルケニル基及びアルキニル基の不飽和結合は、α，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合と共役していないのが好ましい。
置換基としては、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、及び、炭素数２〜２０のアルキニル基、炭素数６〜２０のアリール基、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、ヒドロキシ基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、カルボキシル基、及び、炭素数２〜２０のアルコキシカルボニル基が挙げられる。これらの置換基はさらにこれらの置換基によって置換されていてもよい。また、可能な場合には互いに結合して環を形成していてもよい。
また、Ｒ1〜Ｒ3の炭化水素系基、及び、Ｒ3のアルコキシ基は、互いに結合して環を形成していてもよい。
式（１）で表される化合物の中でも、前記α，β−不飽和カルボニル化合物として式（２）で表される化合物がより好ましい。
【００２１】
【化４】
【００２２】
式（２）中、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表す。
Ｒ4〜Ｒ6の炭化水素系基としては、前記Ｒ1〜Ｒ3の炭化水素系基と同様である。
また、Ｒ4及びＲ5が共に水素原子でないのが好ましい。
本発明に用いることのできるα，β−不飽和カルボニル化合物の具体例としては、下記Ｋ−１〜Ｋ−１０に示す化合物を好ましく挙げられる。
【００２３】
【化５】
【００２４】
（過酸化物）
前記エポキシ化反応に用いることのできる過酸化物としては、例えば、過酸化水素、有機過酸、無機過酸化物等のような公知の過酸化物を挙げられるが、コストや反応後処理、環境の面からエポキシ化反応後に水となる過酸化水素を用いるのが好ましい。
前記過酸化物として過酸化水素を用いる場合、用いる溶媒に直接過酸化水素を溶解させても、過酸化水素溶液を用いてもよいが、取り扱いなどの安全性の面から過酸化水素水を用いるのが好ましく、入手の容易さやコストの面から３０％過酸化水素水を用いるのがより好ましい。
過酸化物の使用量は、α，β−不飽和カルボニル化合物１モルに対し、１〜５モル用いるのが好ましく、１．２〜３モルがより好ましく、２モルがさらに好ましい。
【００２５】
（反応溶媒）
前記エポキシ化反応に用いることのできる反応溶媒としては、前記エポキシ化反応の酸化条件下で反応しない溶媒であれば特に制限はないが、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、イソプロパノール、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、２−エチルヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンなどのアルコール類；ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドの多価アルコールオリゴマー類；ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルｔ−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエチレングリコール、ジエトキシエチレングリコール及びジメトキシジエチレングリコールなどのエーテル類；クロロホルム、ジクロロメタン及びジクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素類；アセトニトリルなどのニトリル類；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、シクロペンタン及びシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類；ベンゼン、トルエン及びキシレンなどの芳香族炭化水素類が挙げられる。
上記反応溶媒は単独で用いてもよく、２以上の溶媒を混合して用いてもよい。
上述した反応溶媒の中でも、反応性の面から脂肪族炭化水素類やアルコール類を用いるのが好ましく、収率の面からヘキサン、又は、メタノールが特に好ましい。
また、上述したように過酸化水素水を過酸化物として用いてもよいことからもわかるように、エポキシ化反応に影響のでない限り、反応溶媒中に水を混合してもよい。
前記反応溶媒の使用量としては、特に制限はないが、α，β−不飽和カルボニル化合物１ｍｍｏｌに対し、０．１〜５００ｍｌが好ましく、１〜１００ｍｌがより好ましく、５〜２０ｍｌがさらに好ましい。
【００２６】
（エポキシ化用触媒）
本発明のエポキシ化用触媒は、前述した本発明のエポキシ化用触媒の製造方法により製造されるのが好ましい。
本発明のエポキシ化用触媒としては、α，β−カルボニル化合物の反応性やエポキシ化合物の収率の面から、固体塩基としてヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）又はフルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）を用い、かつ、アルカリ金属フッ化物としてフッ化カリウムを用いるのが特に好ましい。
エポキシ化用触媒の使用量としては、固体塩基とアルカリ金属フッ化物とのモル比にもよるが、α，β−不飽和カルボニル化合物１ｍｍｏｌに対し、０．０１〜１０ｇが好ましく、０．０２〜２．０ｇがより好ましく、０．０５〜１．０ｇがさらに好ましい。
【００２７】
（反応条件）
前記エポキシ化反応の反応温度は、０〜１００℃が好ましく、温和な条件である０〜３０℃がより好ましい。前記エポキシ化反応の反応時間は、α，β−不飽和カルボニル化合物、触媒量、過酸化物量、反応溶媒量、及び、反応温度等に依存するが、５分〜４８時間が好ましく、１〜２４時間がより好ましい。
【００２８】
（エポキシ化反応の後処理）
前記エポキシ化反応の後処理は、公知の方法を好ましく用いることができる。
前記エポキシ化反応に用いたエポキシ化用触媒は、反応終了後、濾過によって容易に基質や反応溶媒等と分離することができる。また、抽出、洗浄、反応溶媒の減圧留去などの後処理を反応系に応じて選択して実施し、エポキシ化合物を得ることができる。エポキシ化合物の安定性を考慮し、単離精製を行ってもよい。
反応に用いたエポキシ化用触媒は、基質や溶媒等と分離し、必要に応じて洗浄及び／又は乾燥し、さらに必要に応じて前述の焼成工程を行うことにより、エポキシ化用触媒として再利用することもできる。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
＜エポキシ化用触媒：１１重量％のフッ化カリウム／フルオロアパタイト（１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰ）の調製＞
フッ化カリウム １．１ｇをイオン交換水１００ｍｌに溶かし、その溶液へフルオロアパタイト ８．９ｇを加え、１時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターで水分を除去することにより１１重量％のフッ化カリウム／フルオロアパタイト（１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰ）触媒が定量的に得られた。該触媒は使用する前に電気炉を用い１５０℃で２時間焼成した。
【００３０】
（実施例２）
＜エポキシ化用触媒：１１重量％のフッ化カリウム／ヒドロキシアパタイト（１１ｗｔ％ＨＦ／ＨＡＰ）の調製＞
フルオロアパタイトの代わりにヒドロキシアパタイトを用いた以外は実施例１と同様に行い、１１重量％のフッ化カリウム／ヒドロキシアパタイト（１１ｗｔ％ＫＦ／ＨＡＰ）触媒が定量的に得られた。該触媒は使用する前に電気炉を用い１５０℃で２時間焼成した。
【００３１】
（実施例３）
＜フッ化カリウム／フルオロアパタイト（ＫＦ／ＦＡＰ）触媒を用いた２−シクロヘキセン−１−オンのエポキシ化＞
【００３２】
【化６】
【００３３】
５０ｍｌナス型フラスコに３０％過酸化水素水を過酸化水素のモル量として４ｍｍｏｌ、メタノール ５ｍｌ、１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰ ０．５ｇを入れ、２−シクロヘキセン−１−オン ２ｍｍｏｌとメタノール ２ｍｌの混合液を滴下し室温で１時間攪拌した。反応終了後、二酸化マンガンを加えて未反応の過酸化水素を処理して、触媒をろ過し、乾燥させた後、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。結果は収率：９９．２％であった。
1Ｈ ＮＭＲ (CDCl3) δ(ppm) = 1.65-2.57(m, 6H), 3.22(d, 1H), 3.60(m, 1H).
【００３４】
また、反応溶媒としてヘキサン又はエタノールを用いた以外は実施例３と同様に反応を行ったところ、エポキシ化合物の収率はそれぞれ９４．７％、９３．６％であった。
【００３５】
（実施例４〜１２）
表１に示すα，β−不飽和カルボニル化合物、反応時間とした以外は、実施例３と同様の操作で反応を行い、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。反応溶媒はメタノールを用いた。
実施例３〜１２の結果を、以下の表１に示す。なお、転換率とは、α，β−不飽和カルボニル化合物が反応により他の化合物に変化した割合を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
（実施例１３）
＜フッ化カリウム／ヒドロキシアパタイト（ＫＦ／ＨＡＰ）触媒を用いた２−シクロヘキセン−１−オンのエポキシ化＞
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりに１１ｗｔ％ＫＦ／ＨＡＰを用いた以外は実施例３と同様の操作で反応を行い、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。結果は収率：９８．８％であった。
【００３８】
また、反応溶媒としてヘキサン又はエタノールを用いた以外は実施例１３と同様に反応を行ったところ、エポキシ化合物の収率はそれぞれ９０．５％、７９．７％であった。
【００３９】
（実施例１４〜２２）
表２に示すα，β−不飽和カルボニル化合物、反応時間とした以外は、実施例１３と同様の操作で反応を行い、ガスクロマトグラフィーによりエポキシ化合物の収率（％）を求めた。反応溶媒はメタノールを用いた。
実施例１３〜２２の結果を、以下の表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
（比較例１）
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりにフルオロアパタイトを用いた以外は実施例３と同様に反応を行ったが、エポキシ化合物は全く得られなかった。
【００４２】
（比較例２）
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりにヒドロキシアパタイトを用いた以外は実施例３と同様に反応を行ったが、エポキシ化合物は全く得られなかった。
【００４３】
（比較例３）
１１ｗｔ％ＫＦ／ＦＡＰの代わりにフッ化カリウムを用いた以外は実施例３と同様に反応を行った。エポキシ化合物は収率１１％で得られた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体塩基、及び、
アルカリ金属フッ化物
からなることを特徴とする
エポキシ化用触媒。
【請求項２】
前記固体塩基が、Ｃａ／Ｐ比が０．５〜２．０のリン酸カルシウム系化合物である請求項１に記載のエポキシ化用触媒。
【請求項３】
前記固体塩基が、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）又はヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）である請求項２に記載のエポキシ化用触媒。
【請求項４】
前記アルカリ金属フッ化物が、フッ化カリウムである請求項１〜３のいずれか１つに記載のエポキシ化用触媒。
【請求項５】
固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程、
前記溶媒を除去し混合体を得る工程、及び、
前記混合体を焼成する工程
を含むことを特徴とする
エポキシ化用触媒の製造方法。
【請求項６】
固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合を、過酸化物を用いてエポキシ化する工程を含む
エポキシ化合物の製造方法。
【請求項７】
前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（１）で示す化合物である請求項６に記載のエポキシ化合物の製造方法。
【化１】
（式（１）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表し、また、Ｒ3は水素原子、炭化水素系基、ヒドロキシ基又はアルコキシ基を表す。）
【請求項８】
前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（２）で示す化合物である請求項７に記載のエポキシ化合物の製造方法。
【化２】
（式（２）中、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表す。）
【請求項９】
前記過酸化物が、過酸化水素である請求項６〜８のいずれか１つに記載のエポキシ化合物の製造方法。
【請求項１】
固体塩基、及び、
アルカリ金属フッ化物
からなることを特徴とする
エポキシ化用触媒。
【請求項２】
前記固体塩基が、Ｃａ／Ｐ比が０．５〜２．０のリン酸カルシウム系化合物である請求項１に記載のエポキシ化用触媒。
【請求項３】
前記固体塩基が、フルオロアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6Ｆ2）又はヒドロキシアパタイト（Ｃａ10（ＰＯ4）6（ＯＨ）2）である請求項２に記載のエポキシ化用触媒。
【請求項４】
前記アルカリ金属フッ化物が、フッ化カリウムである請求項１〜３のいずれか１つに記載のエポキシ化用触媒。
【請求項５】
固体塩基とアルカリ金属フッ化物とを溶媒中で混合する工程、
前記溶媒を除去し混合体を得る工程、及び、
前記混合体を焼成する工程
を含むことを特徴とする
エポキシ化用触媒の製造方法。
【請求項６】
固体塩基、及び、アルカリ金属フッ化物からなるエポキシ化用触媒の存在下、反応媒体中でα，β−不飽和カルボニル化合物の炭素−炭素２重結合を、過酸化物を用いてエポキシ化する工程を含む
エポキシ化合物の製造方法。
【請求項７】
前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（１）で示す化合物である請求項６に記載のエポキシ化合物の製造方法。
【化１】
（式（１）中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表し、また、Ｒ3は水素原子、炭化水素系基、ヒドロキシ基又はアルコキシ基を表す。）
【請求項８】
前記α，β−不飽和カルボニル化合物が、下記式（２）で示す化合物である請求項７に記載のエポキシ化合物の製造方法。
【化２】
（式（２）中、Ｒ4、Ｒ5及びＲ6はそれぞれ独立に、水素原子又は炭化水素系基を表す。）
【請求項９】
前記過酸化物が、過酸化水素である請求項６〜８のいずれか１つに記載のエポキシ化合物の製造方法。
【公開番号】特開２００６−２２４０１８（Ｐ２００６−２２４０１８Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４２２８６（Ｐ２００５−４２２８６）
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年１１月１日 第４３回 日本油化学会年会実行委員会発行の「第４３回 日本油化学会年会（ＪＯＣＳ−ＭＰＯＢ ジョイントシンポジウム併催）講演要旨集」に発表
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１６年１１月１日 第４３回 日本油化学会年会実行委員会発行の「第４３回 日本油化学会年会（ＪＯＣＳ−ＭＰＯＢ ジョイントシンポジウム併催）講演要旨集」に発表
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
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