表面銀固定化ハイドロキシアパタイト
【課題】ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を得る反応において触媒として有用な新規な化合物である表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供する。
【解決手段】本発明に係る表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化して得られる。さらに、触媒として用いられる表面銀固定化ハイドロキシアパタイト、およびハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法も開示される。
【解決手段】本発明に係る表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化して得られる。さらに、触媒として用いられる表面銀固定化ハイドロキシアパタイト、およびハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法も開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な化合物である表面銀固定化ハイドロキシアパタイト、及び該表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを使用したアミド化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニトリルを完全に加水分解するとカルボン酸とアミンを与えるが、適当な反応条件を選択することによって、中間体のアミド化合物を得ることができる。このようにして得られたアミド化合物は、エンジニアリングプラスチック、合成洗剤、潤滑油などの原料や、中間体などとして有用である。
【０００３】
上記のように有用なアミド化合物の製造方法としては、例えば、中性加水分解法、酸性加水分解法、アルカリ加水分解法、生物触媒を使用した方法などが知られている。中性加水分解法は、ニトリルのジクロロメタン溶液を活性二酸化マンガンと室温で撹拌することによってアミド化合物を得る方法である（例えば、特許文献１）。しかしながら、その収率は未だ十分に満足のできるものではなかった。
【０００４】
酸性加水分解法は、ニトリルを塩酸、硫酸、ポリリン酸などと加温することによってアミド化合物を得る方法である。しかしながら、一般に、芳香族ニトリルの加水分解反応が遅いことが問題であった。また、アルカリ加水分解法では、反応がカルボン酸まで進みやすく、中間のアミド化合物を得ることが難しいことが問題であった。
【０００５】
生物触媒を使用した方法としては、酵素活性を持つ微生物を利用してアミド化合物を合成する方法が挙げられる。この方法によれば、反応条件が穏和であるため反応プロセスが簡略化できること、あるいは副生物が少ないことによる反応生成物の純度が高いこと等の利点があるため、近年、多くの化合物の製造に用いられている（例えば、特許文献２）。しかしながら、微生物を利用して製造したアミド化合物の水溶液は、高純度の反応液が得られるにも拘らず、反応液中のアミド化合物が高濃度であるほど発泡し易くなり、後の工程、例えば、濃縮や蒸留、晶析工程あるいは、ポリマー化工程等がある場合にはトラブルの原因となることがあるため問題であった。さらに、微生物は反応条件が限定されるため、微生物を利用したアミド化合物の製造においてはその収率の点で、十分に満足できるものではなかった。その上、微生物は何度も繰り返して使用することができないことも問題であった。
【０００６】
すなわち、簡易に、且つ、効率よくニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造することのできる触媒が望まれていた。
【０００７】
一方、バルクと単量体金属種の間のサイズ範囲で存在する金属ナノ粒子（ＮＰ）は、電子装置、光学装置、および磁気装置から、最新式の触媒物質までの広範な技術に適用されている。現在、金属ＮＰ触媒は、液相条件下での有機合成における使用のために非常に大きな注目を集めている。例えば、金ＮＰは、多くの有機反応において触媒作用を促進することが示されてきた。他方、エチレンの気相エポキシ化を例外として、他の有機反応のためのＡｇ ＮＰの卓越した触媒活性についての研究は非常に少なかった。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１０４６６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１２３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、触媒として有用な新規な化合物である表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供することにある。
本発明の他の目的は、表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを使用して、簡易かつ効率よくアミド化合物の製造を行うアミド化合物の製造方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、金属ナノ粒子である銀を固定化したハイドロキシアパタイトを提供することにある。
本発明の他のさらなる目的は、金属ナノ粒子である銀を固定化したハイドロキシアパタイトを使用して、簡易かつ効率よくアミド化合物の製造を行うアミド化合物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ハイドロキシアパタイト表面に、Ａｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトが、高い触媒活性を示すことを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
さらに、本発明者らは、Ａｇ ＮＰの触媒としての潜在能力に着目し、そして固定化Ａｇ ＮＰがアルコールの脱水素化のための高い触媒活性、および液相条件下での水を用いるシランからシラノールへの選択的酸化を示すことを見い出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち本発明は、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供する。
【００１３】
前記表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、触媒として用いられることが好ましい。
【００１４】
本発明は、また、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法を提供する。
【００１５】
さらに本発明は、ハイドロキシアパタイト表面に金属ナノ粒子である０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供する。
【００１６】
さらに本発明は、ハイドロキシアパタイト表面に金属ナノ粒子である０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、簡易に製造することが出来、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造する反応に対して高い活性を示す。さらに、本発明の表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、固体であることから、容易に再利用可能であり、特に再生処理を必要とせずに、高い活性を保持したまま繰り返し再利用することができる。
【００１８】
本発明の方法によれば、簡易な操作によりニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を高収率で得ることができる。
【００１９】
本願発明は、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）固定化Ａｇ ＮＰ（ＡｇＨＡＰ）が水中のニトリルを水和してアミドにする反応を高効率で触媒可能であることを実証する。対応するアミドへのニトリルの水和は、有機合成において非常に大きな重要性を有する。なぜなら、アミドは、医薬品、ポリマー、界面活性剤、潤滑剤、および薬物安定剤の製造において使用される多用途な合成中間体であるからである。しかし、従来の触媒系は、均質である強力な酸および塩基触媒の存在下で、有機溶媒を必要とし、このことにより、アミドの過度の加水分解が起こり、望ましくないカルボン酸を生じ、触媒の中和後に、大量の塩の形成が起きる。それゆえに、ニトリルの水和のための有効な金属触媒の開発のために相当多くの労力が費やされてきた。溶媒として水を使用する中性条件下で再利用可能であるＡｇ触媒を使用するこの水和法は、環境への配慮の面からより良好であり、かつ工業的に受け入れ可能であるプロセスを確立するために十分に貢献できる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［表面銀固定化ハイドロキシアパタイト］
本発明に係る表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇが固定化されている。
【００２１】
上記ハイドロキシアパタイトは、例えば、下記式（１）
Ｃａ10-Z（ＨＰＯ4）Z（ＰＯ4）6-Z（ＯＨ）2-Z・ｎＨ2Ｏ （１）
（式中、Ｚは０≦Ｚ≦１を満たす数である。ｎは０〜２．５の数である）
で表される化合物である。
【００２２】
ハイドロキシアパタイトは、例えば、湿式合成法により調製することができる。前記湿式合成法は、具体的にはカルシウム溶液とリン酸溶液を１０：６の割合のモル濃度比でｐＨを７．４以上の所定値に維持したバッファー液中に長時間にわたり順次滴下することにより、上記バッファー液中にハイドロキシアパタイトが析出し、析出したハイドロキシアパタイトを捕集する方法である。
【００２３】
本発明において好適に使用できるハイドロキシアパタイトの例としては、例えば、和光純薬工業株式会社製、商品名「りん酸三カルシウム」が挙げられる。
【００２４】
ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化する方法としては、例えば、銀化合物の溶液とハイドロキシアパタイトとを混合し、撹拌することによりハイドロキシアパタイト表面に銀化合物を吸着させ、還元処理を施す方法等が挙げられる。銀化合物としては、塩化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩等の銀塩の他、銀錯体等を使用することもできる。
【００２５】
溶媒としては、銀化合物を溶解できればよく、例えば、水、アセトン、アルコール類等を例示することができる。Ａｇの固定化処理を行う際の銀化合物の溶液の濃度は特に制限されず、例えば、０．１〜１０００ｍＭの範囲から選択することができる。撹拌時の温度は、例えば２０〜１５０℃の範囲から選択することができるが、通常室温で行うことができる。表面銀固定化ハイドロキシアパタイトのＡｇ含有率は特に制限されないが、例えば、ハイドロキシアパタイト１ｇに対して０．０１〜１０ｍｍｏｌ、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍｏｌの範囲から選択することができる。撹拌時間は撹拌時の温度によっても異なるが、例えば１〜３６０分間、好ましくは５〜９０分間の範囲から選択することができる。撹拌終了後は、必要に応じて水や有機溶媒等で洗浄し、乾燥し、さらに還元処理を施すことにより本発明の表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを調製することができる。
【００２６】
還元処理を施す還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ4）又は水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ4）等の水素化ホウ素錯化合物、ヒドラジン、水素（Ｈ2）、トリメチルシラン等のシラン化合物、ヒドロキシ化合物などが挙げられる。ヒドロキシ化合物としては第１級アルコール、第２級アルコール等のアルコール化合物が含まれる。また、ヒドロキシ化合物は、複数のヒドロキシル基を有していてもよく、１価アルコール、２価アルコール、多価アルコール等の何れであってもよい。
【００２７】
本発明における還元剤としては、なかでも水素化ホウ素錯化合物が好ましく、特に水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ4）が好ましい。水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ4）で還元することにより得られた表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、固定化したＡｇ粒子の平均粒径がより小さくなる傾向があり、それにより、比表面積を増大することができ、触媒活性を著しく向上させることができる。
【００２８】
本発明における表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、触媒として使用することができる。触媒活性を有する反応としては、例えば、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を合成する反応、シラン化合物の酸化によりシラノール化合物を合成する反応等が挙げられる。
【００２９】
［アミド化合物の製造]
本発明に係るアミド化合物の製造方法は、上述の本発明に係るハイドロキシアパタイト表面にＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造することを特徴とする。本発明の方法によって、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を高収率で製造することができる。
【００３０】
本発明におけるニトリル化合物は、一般式（２）
【化１】
（式中、Ｒは有機基を示す）
で表される。
【００３１】
Ｒにおける有機基としては、本反応を阻害しないような基（例えば、本方法における反応条件下で非反応性の基）であればよく、例えば、炭化水素基、複素環式基などが挙げられる。前記炭化水素基及び複素環式基には、置換基を有する炭化水素基及び複素環式基も含まれる。
【００３２】
Ｒにおける炭化水素基には、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、及びこれらの結合した基が含まれる。脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、デシル、ドデシル基などの炭素数１〜２０（好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜３）程度のアルキル基；ビニル、アリル、１−ブテニル基などの炭素数２〜２０（好ましくは２〜１０、さらに好ましくは２〜３）程度のアルケニル基；エチニル、プロピニル基などの炭素数２〜２０（好ましくは２〜１０、さらに好ましくは２〜３）程度のアルキニル基などが挙げられる。
【００３３】
脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル基などの３〜２０員（好ましくは３〜１５員、さらに好ましくは５〜８員）程度のシクロアルキル基；シクロペンテニル、シクロへキセニル基などの３〜２０員（好ましくは３〜１５員、さらに好ましくは５〜８員）程度のシクロアルケニル基；パーヒドロナフタレン−１−イル基、ノルボルニル、アダマンチル、テトラシクロ［４．４．０．１2,5．１7,10］ドデカン−３−イル基などの橋かけ環式炭化水素基などが挙げられる。芳香族炭化水素基としては、フェニル、ナフチル基などの炭素数６〜１４（好ましくは６〜１０）程度の芳香族炭化水素基が挙げられる。
【００３４】
脂肪族炭化水素基と脂環式炭化水素基とが結合した炭化水素基には、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、２−シクロヘキシルエチル基などのシクロアルキル−アルキル基（例えば、Ｃ3-20シクロアルキル−Ｃ1-4アルキル基など）などが含まれる。また、脂肪族炭化水素基と芳香族炭化水素基とが結合した炭化水素基には、アラルキル基（例えば、Ｃ7-18アラルキル基など）、アルキル置換アリール基（例えば、１〜４個程度のＣ1-4アルキル基が置換したフェニル基又はナフチル基など）、アリール置換Ｃ2-10アルケニル基（例えば、２−フェニルビニル基）などが含まれる。
【００３５】
Ｒにおける炭化水素基としては、Ｃ1-10アルキル基、Ｃ2-10アルケニル基、アリール置換Ｃ2-10アルケニル基、Ｃ2-10アルキニル基、Ｃ3-15シクロアルキル基、Ｃ6-14芳香族炭化水素基、Ｃ3-15シクロアルキル−Ｃ1-4アルキル基、Ｃ7-14アラルキル基、１〜４個程度のＣ1-4アルキル基が置換したフェニル基又はナフチル基等が好ましい。
【００３６】
前記炭化水素基は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基など）、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基（アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基など）、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、アシル基、置換又は無置換アミノ基、スルホ基、複素環式基などを有していてもよい。前記ヒドロキシル基やカルボキシル基は有機合成の分野で慣用の保護基で保護されていてもよい。また、脂環式炭化水素基や芳香族炭化水素基の環には芳香族性又は非芳香属性の複素環が縮合していてもよい。
【００３７】
前記Ｒにおける複素環式基を構成する複素環には、芳香族性複素環及び非芳香族性複素環が含まれる。このような複素環としては、例えば、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環（例えば、フラン、テトラヒドロフラン、オキサゾール、イソオキサゾール、γ−ブチロラクトン環などの５員環、４−オキソ−４Ｈ−ピラン、テトラヒドロピラン、モルホリン環などの６員環、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、４−オキソ−４Ｈ−クロメン、クロマン、イソクロマン環などの縮合環、３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン環、３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン環などの橋かけ環）、ヘテロ原子としてイオウ原子を含む複素環（例えば、チオフェン、チアゾール、イソチアゾール、チアジアゾール環などの５員環、４−オキソ−４Ｈ−チオピラン環などの６員環、ベンゾチオフェン環などの縮合環など）、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環（例えば、ピロール、ピロリジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール環などの５員環、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン環などの６員環、インドール、インドリン、キノリン、アクリジン、ナフチリジン、キナゾリン、プリン環などの縮合環など）などが挙げられる。上記複素環式基には、前記炭化水素基が有していてもよい置換基のほか、アルキル基（例えば、メチル、エチル基などのＣ1-4アルキル基など）、シクロアルキル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）などの置換基を有していてもよい。
【００３８】
好ましいＲには、炭化水素基（Ｃ6-14芳香族炭化水素基、Ｃ7-14アラルキル基、１〜４個程度のＣ1-4アルキル基が置換したフェニル基又はナフチル基、アリール置換Ｃ2-10アルケニル基、Ｃ2-10アルケニル基等）、ヘテロ原子として酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含む芳香族性複素環などが挙げられる。
【００３９】
本発明におけるニトリル化合物としては、例えば、ベンゾニトリル、ｐ−シアノトルエン、ｍ−シアノトルエン、ｏ−シアノトルエン、ｐ−クロロベンゾニトリル、ｍ−クロロベンゾニトリル、ｏ−クロロベンゾニトリル、３−フェニルアクリロニトリル、３−シアノピリジン、２−シアノチオフェン、２−クロロ−３−シアノピリジン、２−シアノピラジン、２−シアノフラン、２−シアノ−５−メチルフラン、３−シアノキノリン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブタンニトリル、ヘキサンニトリル、２−ナフトニトリル、ｐ−ニトロベンゾニトリル、ｐ−アセチルベンゾニトリル、ｐ−フルオロベンゾニトリル等を挙げることができる。
【００４０】
上記ニトリル化合物を表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、水和することにより対応するアミド化合物を製造することができる。水和反応のための水の使用量としては、例えば、ニトリル化合物１ｍｏｌに対して水１〜１０ｍｏｌ程度である。水を大過剰量使用してもよい。
【００４１】
反応は、例えば、上記ニトリル化合物と表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを混合撹拌することにより行うことができる。表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの使用量は特に制限されないが、例えば、ニトリル化合物１ｍｏｌに対して、銀が０．００１〜１ｍｏｌ、好ましくは０．００１〜０．１ｍｏｌ、特に好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌとなるような範囲から選択することができる。反応は、液相で行ってもよく、気相で行うこともできる。作業性などを考慮して、本発明においては液相で反応を行うことが好ましい。
【００４２】
反応は、溶媒の存在下又は非存在下で行うことができる。溶媒としては反応を阻害しないものであれば特に制限されず、公知慣用の溶媒から適宜選択して使用することができる。例えば、水；トリフルオロトルエン、フルオロベンゼン、フルオロヘキサンなどのフッ素系溶媒；ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ニトロベンゼンなどの芳香族炭化水素；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素；１，２−ジオキサン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等のエーテル類；アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどのエステル；これらの混合物等が挙げられる。本発明においては、なかでも、極性溶媒が好ましく、特に高い極性を有する水を好適に使用することができる。
【００４３】
反応は常圧、又は加圧下において行うことができる。反応温度は、原料として使用するニトリル化合物の種類や溶媒の種類に応じて選択することができ、特に制限されないが例えば、０〜２５０℃、好ましくは６０〜２００℃、特に好ましくは１００〜２００℃の範囲から選択することができる。
【００４４】
反応時間は、原料として使用するニトリル化合物の種類や溶媒の種類、反応温度等に応じて適宜選択することができ特に制限されないが、例えば０．１〜２００時間、好ましくは０．１〜５０時間の範囲から選択することができる。反応は、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方式で行うことができる。反応終了後、反応生成物は、例えば、ろ過、濃縮、蒸溜、抽出、晶析、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段やこれらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
【００４５】
本発明に係る表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、銀がハイドロキシアパタイト表面に強固に固定化されているため、反応溶液中への銀の溶出がない。そのため、反応終了後、表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、ろ過や遠心分離等の操作により回収し、そのまま、又は必要に応じて水や有機溶媒などにより洗浄後、繰り返しニトリル化合物の水和反応に触媒として使用することができる。表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを繰り返し使用して反応を行った場合であっても、触媒活性は低下せず、高い収率で対応するアミド化合物を製造することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【００４７】
製造例１
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて銀水溶液を作製し、そこにハイドロキシアパタイト（りん酸三カルシウム、和光純薬工業株式会社製）２．０ｇを加え、空気雰囲気下、室温（２５℃）で６時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒（Ａｇとして、０．３ミリモル／ｇ）を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒（Ａｇとして、０．３ミリモル／ｇ）を得た。
【００４８】
製造例２
製造例１と同様にして、Ａｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにヒドラジン（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、６０℃で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒（Ａｇとして、０．３ミリモル／ｇ）を得た。
【００４９】
製造例３
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解して得た溶液に、フルオロアパタイト（和光純薬工業株式会社製：商品名『アパタイトＦＡＰ、六方晶』）２．０ｇを加え、室温（２５℃）で６時間撹拌後、脱イオン水で洗浄し、さらに室温（２５℃）にて２４時間真空乾燥することにより、Ａｇ（Ｉ）／フルオロアパタイト触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／フルオロアパタイト触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／フルオロアパタイト触媒（Ａｇとして、０．１ミリモル／ｇ）を得た。
【００５０】
製造例４
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解して得た溶液に、γ−ＺｒＰ（第一稀元素化学工業社製：商品名『ＣＺＰ−２００』）１．５ｇを加え、室温（２５℃）で６時間撹拌後、脱イオン水で洗浄し、さらに室温（２５℃）にて２４時間真空乾燥することにより、Ａｇ（Ｉ）／γ−ＺｒＰ触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／γ−ＺｒＰ触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／γ−ＺｒＰ触媒（Ａｇとして、０．５ミリモル／ｇ）を得た。
【００５１】
製造例５
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解して得た溶液に、ＨＴ（富田製薬株式会社製：商品名『トミタＡＤ５００ＮＳ』）２．０ｇを加え、室温（２５℃）で６時間撹拌後、脱イオン水で洗浄し、さらに室温（２５℃）にて２４時間真空乾燥することにより、Ａｇ（Ｉ）／ＨＴ触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／ＨＴ触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／ＨＴ触媒（Ａｇとして、０．２ミリモル／ｇ）を得た。
【００５２】
実施例１
ガラス製耐圧反応管に、製造例１で得られたＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０３ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率９３％、収率９０％で、ベンズアミドを得た。
【００５３】
実施例２
ガラス製耐圧反応管に、製造例２で得られたＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０３ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率５９％、収率６０％で、ベンズアミドを得た。
【００５４】
原料となるニトリル化合物、及び、反応温度を変えたこと以外は実施例１と同様にして実施例３〜１９を行った。結果を下記表１、２にまとめて示す。
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
実施例２０
実施例１の反応終了後、反応溶液をろ過して使用後のＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を回収し、回収されたＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を水を使用して洗浄し、再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を得た。
再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を使用した以外は実施例１と同様にして、収率８８％で、ベンズアミドを得た。
【００５７】
実施例２１
実施例２１の反応終了後、反応溶液をろ過して使用後の再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を回収し、回収された再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を水を使用して洗浄し、再再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を得た。
再再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を使用した以外は実施例１と同様にして、収率８７％で、ベンズアミドを得た。
【００５８】
比較例１
ガラス製耐圧反応管に、ハイドロキシアパタイト（りん酸三カルシウム、和光純薬工業株式会社製）０．１ｇ、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌したが、ベンズアミドは得られなかった。
【００５９】
比較例２
ガラス製耐圧反応管に、製造例３で得られたＡｇ（０）／フルオロアパタイト触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０１ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率３９％、収率３２％で、ベンズアミドを得た。
【００６０】
比較例３
ガラス製耐圧反応管に、製造例４で得られたＡｇ（０）／γ−ＺｒＰ触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０５ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率１８％、収率１１％で、ベンズアミドを得た。
【００６１】
比較例４
ガラス製耐圧反応管に、製造例５で得られたＡｇ（０）／ＨＴ触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０２ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率４６％、収率４０％で、ベンズアミドを得た。
【００６２】
実施例２２−水中でニトリルを選択的に水和してアミドを得るための固定化銀ナノ粒子触媒
ＡｇＨＡＰは以下のようにして合成した：２．０ｇのＣａ5（ＰＯ4）3（ＯＨ）（ＨＡＰ）を１５０ｍＬのＡｇＮＯ3（６．７×１０-3Ｍ）水溶液中に浸漬し、室温で６時間攪拌した。得られるスラリーを濾過し、洗浄し、そして真空中で室温にて乾燥した。ＨＢＨ4の水溶液を用いて還元して、ＡｇＨＡＰを得た（Ａｇ３．３重量％）。ＡｇＨＡＰのＸ線回折（ＸＲＤ）ピーク位置は親のＨＡＰのピーク位置と同様であり、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析は、７．６ｎｍの平均直径および狭いサイズ分布（１．８ｎｍの標準偏差）を有するＡｇＮＰがＨＡＰ基材の表面上で形成したことを示した。
【００６３】
異なる支持体上で形成されたＡｇ0 ＮＰの触媒活性は、有機溶媒を含まない水性条件下でのベンゾニトリル（１）の水和のために試験した。ＡｇＨＡＰは、有効な触媒であって、ベンズアミドを唯一の生成物として９９％の収率で与えた（表３、番号１）。ＡｇＨＡＰの代わりにＡｇ／ＴｉＯ2を使用すると、１の比較的高い転換を示したが；しかし、ベンズアミドの過度の加水分解を経由して、副産物として安息香酸が形成した。Ａｇ／ＭｇＯ、ＡｇＳｉＯ2、およびＡｇ／Ｃは、有意に活性が低かった。水和反応は、ＨＡＰおよびＡｇ＋ＨＡＰを使用しても、還元処理なしでは進行しなかった。１の４０％転換時において、ＡｇＨＡＰを含む反応混合物の濾過後に、１４０℃、３時間で濾液をさらに攪拌しても、さらなる生成物は全く生じず、そしてＡｇ種は、誘導結合プラズマスペクトル測定（ＩＣＰ）分析によって濾液中で検出されなかった。これらの結果は、ＨＡＰとのＡｇ0 ＮＰの組み合わせが効率的な水和のために必須であり、この水和がＨＡＰの表面上のＡｇ ＮＰにおいて進行することを示す。ＡｇＨＡＰによって触媒される水和のためのニトリル反応基の範囲を調べた。表３に例示されるように、ＡｇＨＡＰは、アルキルニトリルを例外として、ニトリルの水和のために効率的であった（番号１４および１５）。種々のベンゾニトリル誘導体は、対応するアミドについて、９９％を超える選択性で高い収率で水和した（番号１〜１２）。反応速度に対するオルト置換ニトリルの立体効果を観察した（番号２および９）。シンナモニトリルの水和が進行し、無傷のＣ＝Ｃ二重結合を有するシンナムアミドを与えた（番号１３）。次に、表４に要約されるように、種々のヘテロ芳香族ニトリルの水和を、ＡｇＨＡＰ触媒を使用して実行した。顕著なことに、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子を含むヘテロ芳香族ニトリルの多くは、わずか１時間以内で対応するアミドに効率的に転換され、付随するカルボン酸は検出されなかった。例えば、２−シアノピリジン、２−フランカルボニトリル、および２−チオフェンカルボニトリルの水和は、定量的な収率で対応するアミドを生じた（番号１、５、および７）。３−キノリンカルボニトリルなどの非常に水不溶性であるニトリルさえもまた、９５％の収率で３−キノリンカルボキシアミドに水和された（番号４）。ピラジンカルボニトリル（２）はわずか１０分間以内に水和され、結核用の医薬品として使用される対応するピラジンカルボキシアミドが９９％収率で得られ（番号８）、さらに２は４０℃においてさえ定量的に転換された（番号９）ことが注目される。ＡｇＨＡＰ触媒系は、スケールアップした条件のためにもまた適用可能であった；２（１００ｍｍｏｌ；１０．５ｇ）はアミドに首尾よく転換され（９７％単離収率；１２．０ｇ）そして代謝回転数（ＴＯＰ）は１００００以上に達した（番号１０）。本発明者が知り得る限り、他のニトリルと比較して、ヘテロ芳香族ニトリルのこのような特異的に増強された反応性は報告されていなかった。
【００６４】
さらに、ＡｇＨＡＰは、２の水和後に遠心分離によって容易に分離され、そして触媒活性および選択性の損失なしで、２の水和のために４回再利用することができた（番号１１〜１４）。ＡｇＨＡＰ表面とニトリルの間の相互作用は、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル測定を使用して試験した。１，２−シアノピリジンおよびヘキサンニトリルは、ＡｇＨＡＰでそれぞれ処理し、吸着したニトリルのＣ≡Ｎ伸縮振動に割り当てた各吸収バンドは、それらの液体型に関して、より高い周波数にシフトした。このことは、Ａｇ ＮＰ上のニトリル基のサイドオン配位を示す。さらに、ＡｇＨＡＰに吸着したニトリルは、２９８Ｋの水蒸気に暴露も行った。時間分解ＩＲスペクトルは、３のニトリルバンドの強度が次第に減少することを示し、これはＣ＝Ｏ伸縮振動を示す新たなバンドの増加を伴った。アミドの製造は、質量スペクトル分析によってもまた確認されたが、１のニトリルＩＲバンドの強度はわずかに減少し、そして４のニトリルＩＲバンドの強度はほとんど変化しなかった。吸着したニトリルの水蒸気との反応性の順番は、３＞１＞４であり、これは、表３および４に示されるように、ＡｇＨＡＰを使用するニトリルの触媒的水和の結果と一致している。
【００６５】
本発明は理論によって限定されることはないが、ここで、ＡｇＨＡＰ表面上での水および芳香族ニトリルの配位を含む可能なメカニズムを提案する。芳香族ニトリルは、シアノ基および芳香族基の二重活性化を通して、ＡｇＨＡＰのＡｇＮＰ上で強力に活性化される。その後、Ａｇ表面上で生成する、Ｈ2Ｏからの求核性ＯＨ−は、近位のニトリル炭素原子を容易に攻撃し、イミノール遷移状態を通して対応するアミドを形成する。
【００６６】
結論として、ニトリルからアミドへの選択的水和のためのＡｇＮＰの新たな触媒特性を発見した。ＨＡＰ固定化Ａｇ ＮＰは、水中の芳香族ニトリルの水和のための高度に活性かつ再利用可能な固体触媒として働く。
【００６７】
表３．ＡｇＨＡＰ触媒性水和のためのニトリルの範囲a
【表３】
a反応条件：反応基（１ｍｍｏｌ）、ＡｇＨＡＰ（０．１ｇ、Ａｇ；０．０３ｍｍｏｌ）、水（３ｍＬ）、１４０℃。
b括弧内の値は、単離された収率である。c１８０℃の場合。d１６０℃の場合。
【００６８】
表４．ＡｇＨＡＰを使用する種々の複素環式芳香族ニトリルの水和a
【表４】
a反応条件：反応基（１ｍｍｏｌ）、ＡｇＨＡＰ（０．１ｇ、Ａｇ；０．０３ｍｍｏｌ）、Ｈ2Ｏ（３ｍＬ）、１４０℃。
b括弧内の値は、単離された収率である。c反応基（０．５ｍｍｏｌ）、４０℃。ｄ反応基（１００ｍｍｏｌ）、ＡｇＨＡＰ（０．０３ｇ、Ａｇ；０．００９ｍｍｏｌ）、Ｈ2Ｏ（３５ｍＬ）。
e１回再利用、f２回再利用、g３回再利用、h４回再利用。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な化合物である表面銀固定化ハイドロキシアパタイト、及び該表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを使用したアミド化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニトリルを完全に加水分解するとカルボン酸とアミンを与えるが、適当な反応条件を選択することによって、中間体のアミド化合物を得ることができる。このようにして得られたアミド化合物は、エンジニアリングプラスチック、合成洗剤、潤滑油などの原料や、中間体などとして有用である。
【０００３】
上記のように有用なアミド化合物の製造方法としては、例えば、中性加水分解法、酸性加水分解法、アルカリ加水分解法、生物触媒を使用した方法などが知られている。中性加水分解法は、ニトリルのジクロロメタン溶液を活性二酸化マンガンと室温で撹拌することによってアミド化合物を得る方法である（例えば、特許文献１）。しかしながら、その収率は未だ十分に満足のできるものではなかった。
【０００４】
酸性加水分解法は、ニトリルを塩酸、硫酸、ポリリン酸などと加温することによってアミド化合物を得る方法である。しかしながら、一般に、芳香族ニトリルの加水分解反応が遅いことが問題であった。また、アルカリ加水分解法では、反応がカルボン酸まで進みやすく、中間のアミド化合物を得ることが難しいことが問題であった。
【０００５】
生物触媒を使用した方法としては、酵素活性を持つ微生物を利用してアミド化合物を合成する方法が挙げられる。この方法によれば、反応条件が穏和であるため反応プロセスが簡略化できること、あるいは副生物が少ないことによる反応生成物の純度が高いこと等の利点があるため、近年、多くの化合物の製造に用いられている（例えば、特許文献２）。しかしながら、微生物を利用して製造したアミド化合物の水溶液は、高純度の反応液が得られるにも拘らず、反応液中のアミド化合物が高濃度であるほど発泡し易くなり、後の工程、例えば、濃縮や蒸留、晶析工程あるいは、ポリマー化工程等がある場合にはトラブルの原因となることがあるため問題であった。さらに、微生物は反応条件が限定されるため、微生物を利用したアミド化合物の製造においてはその収率の点で、十分に満足できるものではなかった。その上、微生物は何度も繰り返して使用することができないことも問題であった。
【０００６】
すなわち、簡易に、且つ、効率よくニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造することのできる触媒が望まれていた。
【０００７】
一方、バルクと単量体金属種の間のサイズ範囲で存在する金属ナノ粒子（ＮＰ）は、電子装置、光学装置、および磁気装置から、最新式の触媒物質までの広範な技術に適用されている。現在、金属ＮＰ触媒は、液相条件下での有機合成における使用のために非常に大きな注目を集めている。例えば、金ＮＰは、多くの有機反応において触媒作用を促進することが示されてきた。他方、エチレンの気相エポキシ化を例外として、他の有機反応のためのＡｇ ＮＰの卓越した触媒活性についての研究は非常に少なかった。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１０４６６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１２３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、触媒として有用な新規な化合物である表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供することにある。
本発明の他の目的は、表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを使用して、簡易かつ効率よくアミド化合物の製造を行うアミド化合物の製造方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、金属ナノ粒子である銀を固定化したハイドロキシアパタイトを提供することにある。
本発明の他のさらなる目的は、金属ナノ粒子である銀を固定化したハイドロキシアパタイトを使用して、簡易かつ効率よくアミド化合物の製造を行うアミド化合物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ハイドロキシアパタイト表面に、Ａｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトが、高い触媒活性を示すことを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
さらに、本発明者らは、Ａｇ ＮＰの触媒としての潜在能力に着目し、そして固定化Ａｇ ＮＰがアルコールの脱水素化のための高い触媒活性、および液相条件下での水を用いるシランからシラノールへの選択的酸化を示すことを見い出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち本発明は、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供する。
【００１３】
前記表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、触媒として用いられることが好ましい。
【００１４】
本発明は、また、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法を提供する。
【００１５】
さらに本発明は、ハイドロキシアパタイト表面に金属ナノ粒子である０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを提供する。
【００１６】
さらに本発明は、ハイドロキシアパタイト表面に金属ナノ粒子である０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、簡易に製造することが出来、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造する反応に対して高い活性を示す。さらに、本発明の表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、固体であることから、容易に再利用可能であり、特に再生処理を必要とせずに、高い活性を保持したまま繰り返し再利用することができる。
【００１８】
本発明の方法によれば、簡易な操作によりニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を高収率で得ることができる。
【００１９】
本願発明は、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）固定化Ａｇ ＮＰ（ＡｇＨＡＰ）が水中のニトリルを水和してアミドにする反応を高効率で触媒可能であることを実証する。対応するアミドへのニトリルの水和は、有機合成において非常に大きな重要性を有する。なぜなら、アミドは、医薬品、ポリマー、界面活性剤、潤滑剤、および薬物安定剤の製造において使用される多用途な合成中間体であるからである。しかし、従来の触媒系は、均質である強力な酸および塩基触媒の存在下で、有機溶媒を必要とし、このことにより、アミドの過度の加水分解が起こり、望ましくないカルボン酸を生じ、触媒の中和後に、大量の塩の形成が起きる。それゆえに、ニトリルの水和のための有効な金属触媒の開発のために相当多くの労力が費やされてきた。溶媒として水を使用する中性条件下で再利用可能であるＡｇ触媒を使用するこの水和法は、環境への配慮の面からより良好であり、かつ工業的に受け入れ可能であるプロセスを確立するために十分に貢献できる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［表面銀固定化ハイドロキシアパタイト］
本発明に係る表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇが固定化されている。
【００２１】
上記ハイドロキシアパタイトは、例えば、下記式（１）
Ｃａ10-Z（ＨＰＯ4）Z（ＰＯ4）6-Z（ＯＨ）2-Z・ｎＨ2Ｏ （１）
（式中、Ｚは０≦Ｚ≦１を満たす数である。ｎは０〜２．５の数である）
で表される化合物である。
【００２２】
ハイドロキシアパタイトは、例えば、湿式合成法により調製することができる。前記湿式合成法は、具体的にはカルシウム溶液とリン酸溶液を１０：６の割合のモル濃度比でｐＨを７．４以上の所定値に維持したバッファー液中に長時間にわたり順次滴下することにより、上記バッファー液中にハイドロキシアパタイトが析出し、析出したハイドロキシアパタイトを捕集する方法である。
【００２３】
本発明において好適に使用できるハイドロキシアパタイトの例としては、例えば、和光純薬工業株式会社製、商品名「りん酸三カルシウム」が挙げられる。
【００２４】
ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化する方法としては、例えば、銀化合物の溶液とハイドロキシアパタイトとを混合し、撹拌することによりハイドロキシアパタイト表面に銀化合物を吸着させ、還元処理を施す方法等が挙げられる。銀化合物としては、塩化物、臭化物、ヨウ化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩等の銀塩の他、銀錯体等を使用することもできる。
【００２５】
溶媒としては、銀化合物を溶解できればよく、例えば、水、アセトン、アルコール類等を例示することができる。Ａｇの固定化処理を行う際の銀化合物の溶液の濃度は特に制限されず、例えば、０．１〜１０００ｍＭの範囲から選択することができる。撹拌時の温度は、例えば２０〜１５０℃の範囲から選択することができるが、通常室温で行うことができる。表面銀固定化ハイドロキシアパタイトのＡｇ含有率は特に制限されないが、例えば、ハイドロキシアパタイト１ｇに対して０．０１〜１０ｍｍｏｌ、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍｏｌの範囲から選択することができる。撹拌時間は撹拌時の温度によっても異なるが、例えば１〜３６０分間、好ましくは５〜９０分間の範囲から選択することができる。撹拌終了後は、必要に応じて水や有機溶媒等で洗浄し、乾燥し、さらに還元処理を施すことにより本発明の表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを調製することができる。
【００２６】
還元処理を施す還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ4）又は水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ4）等の水素化ホウ素錯化合物、ヒドラジン、水素（Ｈ2）、トリメチルシラン等のシラン化合物、ヒドロキシ化合物などが挙げられる。ヒドロキシ化合物としては第１級アルコール、第２級アルコール等のアルコール化合物が含まれる。また、ヒドロキシ化合物は、複数のヒドロキシル基を有していてもよく、１価アルコール、２価アルコール、多価アルコール等の何れであってもよい。
【００２７】
本発明における還元剤としては、なかでも水素化ホウ素錯化合物が好ましく、特に水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ4）が好ましい。水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ4）で還元することにより得られた表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、固定化したＡｇ粒子の平均粒径がより小さくなる傾向があり、それにより、比表面積を増大することができ、触媒活性を著しく向上させることができる。
【００２８】
本発明における表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、触媒として使用することができる。触媒活性を有する反応としては、例えば、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を合成する反応、シラン化合物の酸化によりシラノール化合物を合成する反応等が挙げられる。
【００２９】
［アミド化合物の製造]
本発明に係るアミド化合物の製造方法は、上述の本発明に係るハイドロキシアパタイト表面にＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造することを特徴とする。本発明の方法によって、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を高収率で製造することができる。
【００３０】
本発明におけるニトリル化合物は、一般式（２）
【化１】
（式中、Ｒは有機基を示す）
で表される。
【００３１】
Ｒにおける有機基としては、本反応を阻害しないような基（例えば、本方法における反応条件下で非反応性の基）であればよく、例えば、炭化水素基、複素環式基などが挙げられる。前記炭化水素基及び複素環式基には、置換基を有する炭化水素基及び複素環式基も含まれる。
【００３２】
Ｒにおける炭化水素基には、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、及びこれらの結合した基が含まれる。脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、デシル、ドデシル基などの炭素数１〜２０（好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜３）程度のアルキル基；ビニル、アリル、１−ブテニル基などの炭素数２〜２０（好ましくは２〜１０、さらに好ましくは２〜３）程度のアルケニル基；エチニル、プロピニル基などの炭素数２〜２０（好ましくは２〜１０、さらに好ましくは２〜３）程度のアルキニル基などが挙げられる。
【００３３】
脂環式炭化水素基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル基などの３〜２０員（好ましくは３〜１５員、さらに好ましくは５〜８員）程度のシクロアルキル基；シクロペンテニル、シクロへキセニル基などの３〜２０員（好ましくは３〜１５員、さらに好ましくは５〜８員）程度のシクロアルケニル基；パーヒドロナフタレン−１−イル基、ノルボルニル、アダマンチル、テトラシクロ［４．４．０．１2,5．１7,10］ドデカン−３−イル基などの橋かけ環式炭化水素基などが挙げられる。芳香族炭化水素基としては、フェニル、ナフチル基などの炭素数６〜１４（好ましくは６〜１０）程度の芳香族炭化水素基が挙げられる。
【００３４】
脂肪族炭化水素基と脂環式炭化水素基とが結合した炭化水素基には、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、２−シクロヘキシルエチル基などのシクロアルキル−アルキル基（例えば、Ｃ3-20シクロアルキル−Ｃ1-4アルキル基など）などが含まれる。また、脂肪族炭化水素基と芳香族炭化水素基とが結合した炭化水素基には、アラルキル基（例えば、Ｃ7-18アラルキル基など）、アルキル置換アリール基（例えば、１〜４個程度のＣ1-4アルキル基が置換したフェニル基又はナフチル基など）、アリール置換Ｃ2-10アルケニル基（例えば、２−フェニルビニル基）などが含まれる。
【００３５】
Ｒにおける炭化水素基としては、Ｃ1-10アルキル基、Ｃ2-10アルケニル基、アリール置換Ｃ2-10アルケニル基、Ｃ2-10アルキニル基、Ｃ3-15シクロアルキル基、Ｃ6-14芳香族炭化水素基、Ｃ3-15シクロアルキル−Ｃ1-4アルキル基、Ｃ7-14アラルキル基、１〜４個程度のＣ1-4アルキル基が置換したフェニル基又はナフチル基等が好ましい。
【００３６】
前記炭化水素基は、種々の置換基、例えば、ハロゲン原子、オキソ基、ヒドロキシル基、置換オキシ基（例えば、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基など）、カルボキシル基、置換オキシカルボニル基（アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基など）、置換又は無置換カルバモイル基、シアノ基、ニトロ基、アシル基、置換又は無置換アミノ基、スルホ基、複素環式基などを有していてもよい。前記ヒドロキシル基やカルボキシル基は有機合成の分野で慣用の保護基で保護されていてもよい。また、脂環式炭化水素基や芳香族炭化水素基の環には芳香族性又は非芳香属性の複素環が縮合していてもよい。
【００３７】
前記Ｒにおける複素環式基を構成する複素環には、芳香族性複素環及び非芳香族性複素環が含まれる。このような複素環としては、例えば、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環（例えば、フラン、テトラヒドロフラン、オキサゾール、イソオキサゾール、γ−ブチロラクトン環などの５員環、４−オキソ−４Ｈ−ピラン、テトラヒドロピラン、モルホリン環などの６員環、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、４−オキソ−４Ｈ−クロメン、クロマン、イソクロマン環などの縮合環、３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン環、３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン環などの橋かけ環）、ヘテロ原子としてイオウ原子を含む複素環（例えば、チオフェン、チアゾール、イソチアゾール、チアジアゾール環などの５員環、４−オキソ−４Ｈ−チオピラン環などの６員環、ベンゾチオフェン環などの縮合環など）、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環（例えば、ピロール、ピロリジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール環などの５員環、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン環などの６員環、インドール、インドリン、キノリン、アクリジン、ナフチリジン、キナゾリン、プリン環などの縮合環など）などが挙げられる。上記複素環式基には、前記炭化水素基が有していてもよい置換基のほか、アルキル基（例えば、メチル、エチル基などのＣ1-4アルキル基など）、シクロアルキル基、アリール基（例えば、フェニル、ナフチル基など）などの置換基を有していてもよい。
【００３８】
好ましいＲには、炭化水素基（Ｃ6-14芳香族炭化水素基、Ｃ7-14アラルキル基、１〜４個程度のＣ1-4アルキル基が置換したフェニル基又はナフチル基、アリール置換Ｃ2-10アルケニル基、Ｃ2-10アルケニル基等）、ヘテロ原子として酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含む芳香族性複素環などが挙げられる。
【００３９】
本発明におけるニトリル化合物としては、例えば、ベンゾニトリル、ｐ−シアノトルエン、ｍ−シアノトルエン、ｏ−シアノトルエン、ｐ−クロロベンゾニトリル、ｍ−クロロベンゾニトリル、ｏ−クロロベンゾニトリル、３−フェニルアクリロニトリル、３−シアノピリジン、２−シアノチオフェン、２−クロロ−３−シアノピリジン、２−シアノピラジン、２−シアノフラン、２−シアノ−５−メチルフラン、３−シアノキノリン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブタンニトリル、ヘキサンニトリル、２−ナフトニトリル、ｐ−ニトロベンゾニトリル、ｐ−アセチルベンゾニトリル、ｐ−フルオロベンゾニトリル等を挙げることができる。
【００４０】
上記ニトリル化合物を表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、水和することにより対応するアミド化合物を製造することができる。水和反応のための水の使用量としては、例えば、ニトリル化合物１ｍｏｌに対して水１〜１０ｍｏｌ程度である。水を大過剰量使用してもよい。
【００４１】
反応は、例えば、上記ニトリル化合物と表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを混合撹拌することにより行うことができる。表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの使用量は特に制限されないが、例えば、ニトリル化合物１ｍｏｌに対して、銀が０．００１〜１ｍｏｌ、好ましくは０．００１〜０．１ｍｏｌ、特に好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌとなるような範囲から選択することができる。反応は、液相で行ってもよく、気相で行うこともできる。作業性などを考慮して、本発明においては液相で反応を行うことが好ましい。
【００４２】
反応は、溶媒の存在下又は非存在下で行うことができる。溶媒としては反応を阻害しないものであれば特に制限されず、公知慣用の溶媒から適宜選択して使用することができる。例えば、水；トリフルオロトルエン、フルオロベンゼン、フルオロヘキサンなどのフッ素系溶媒；ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ニトロベンゼンなどの芳香族炭化水素；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素；１，２−ジオキサン、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等のエーテル類；アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどのアミド；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどのエステル；これらの混合物等が挙げられる。本発明においては、なかでも、極性溶媒が好ましく、特に高い極性を有する水を好適に使用することができる。
【００４３】
反応は常圧、又は加圧下において行うことができる。反応温度は、原料として使用するニトリル化合物の種類や溶媒の種類に応じて選択することができ、特に制限されないが例えば、０〜２５０℃、好ましくは６０〜２００℃、特に好ましくは１００〜２００℃の範囲から選択することができる。
【００４４】
反応時間は、原料として使用するニトリル化合物の種類や溶媒の種類、反応温度等に応じて適宜選択することができ特に制限されないが、例えば０．１〜２００時間、好ましくは０．１〜５０時間の範囲から選択することができる。反応は、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方式で行うことができる。反応終了後、反応生成物は、例えば、ろ過、濃縮、蒸溜、抽出、晶析、再結晶、吸着、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段やこれらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
【００４５】
本発明に係る表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、銀がハイドロキシアパタイト表面に強固に固定化されているため、反応溶液中への銀の溶出がない。そのため、反応終了後、表面銀固定化ハイドロキシアパタイトは、ろ過や遠心分離等の操作により回収し、そのまま、又は必要に応じて水や有機溶媒などにより洗浄後、繰り返しニトリル化合物の水和反応に触媒として使用することができる。表面銀固定化ハイドロキシアパタイトを繰り返し使用して反応を行った場合であっても、触媒活性は低下せず、高い収率で対応するアミド化合物を製造することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【００４７】
製造例１
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて銀水溶液を作製し、そこにハイドロキシアパタイト（りん酸三カルシウム、和光純薬工業株式会社製）２．０ｇを加え、空気雰囲気下、室温（２５℃）で６時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒（Ａｇとして、０．３ミリモル／ｇ）を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒（Ａｇとして、０．３ミリモル／ｇ）を得た。
【００４８】
製造例２
製造例１と同様にして、Ａｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにヒドラジン（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／ハイドロキシアパタイト触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、６０℃で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒（Ａｇとして、０．３ミリモル／ｇ）を得た。
【００４９】
製造例３
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解して得た溶液に、フルオロアパタイト（和光純薬工業株式会社製：商品名『アパタイトＦＡＰ、六方晶』）２．０ｇを加え、室温（２５℃）で６時間撹拌後、脱イオン水で洗浄し、さらに室温（２５℃）にて２４時間真空乾燥することにより、Ａｇ（Ｉ）／フルオロアパタイト触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／フルオロアパタイト触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／フルオロアパタイト触媒（Ａｇとして、０．１ミリモル／ｇ）を得た。
【００５０】
製造例４
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解して得た溶液に、γ−ＺｒＰ（第一稀元素化学工業社製：商品名『ＣＺＰ−２００』）１．５ｇを加え、室温（２５℃）で６時間撹拌後、脱イオン水で洗浄し、さらに室温（２５℃）にて２４時間真空乾燥することにより、Ａｇ（Ｉ）／γ−ＺｒＰ触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／γ−ＺｒＰ触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／γ−ＺｒＰ触媒（Ａｇとして、０．５ミリモル／ｇ）を得た。
【００５１】
製造例５
２００ｍＬのナスフラスコにＡｇＮＯ3（１．０ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解して得た溶液に、ＨＴ（富田製薬株式会社製：商品名『トミタＡＤ５００ＮＳ』）２．０ｇを加え、室温（２５℃）で６時間撹拌後、脱イオン水で洗浄し、さらに室温（２５℃）にて２４時間真空乾燥することにより、Ａｇ（Ｉ）／ＨＴ触媒を得た。
２００ｍＬのナスフラスコにＫＢＨ4（９ミリモル）を加え、水（１５０ｍＬ）を加えて溶解し、そこに得られたＡｇ（Ｉ）／ＨＴ触媒（１．８ｇ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温（２５℃）で１時間撹拌した。撹拌後、吸引濾過し、脱イオン水（１Ｌ）で洗浄し、２４時間真空乾燥させてＡｇ（０）／ＨＴ触媒（Ａｇとして、０．２ミリモル／ｇ）を得た。
【００５２】
実施例１
ガラス製耐圧反応管に、製造例１で得られたＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０３ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率９３％、収率９０％で、ベンズアミドを得た。
【００５３】
実施例２
ガラス製耐圧反応管に、製造例２で得られたＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０３ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率５９％、収率６０％で、ベンズアミドを得た。
【００５４】
原料となるニトリル化合物、及び、反応温度を変えたこと以外は実施例１と同様にして実施例３〜１９を行った。結果を下記表１、２にまとめて示す。
【表１】
【００５５】
【表２】
【００５６】
実施例２０
実施例１の反応終了後、反応溶液をろ過して使用後のＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を回収し、回収されたＡｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を水を使用して洗浄し、再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を得た。
再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を使用した以外は実施例１と同様にして、収率８８％で、ベンズアミドを得た。
【００５７】
実施例２１
実施例２１の反応終了後、反応溶液をろ過して使用後の再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を回収し、回収された再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を水を使用して洗浄し、再再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を得た。
再再生−Ａｇ（０）／ハイドロキシアパタイト触媒を使用した以外は実施例１と同様にして、収率８７％で、ベンズアミドを得た。
【００５８】
比較例１
ガラス製耐圧反応管に、ハイドロキシアパタイト（りん酸三カルシウム、和光純薬工業株式会社製）０．１ｇ、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌したが、ベンズアミドは得られなかった。
【００５９】
比較例２
ガラス製耐圧反応管に、製造例３で得られたＡｇ（０）／フルオロアパタイト触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０１ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率３９％、収率３２％で、ベンズアミドを得た。
【００６０】
比較例３
ガラス製耐圧反応管に、製造例４で得られたＡｇ（０）／γ−ＺｒＰ触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０５ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率１８％、収率１１％で、ベンズアミドを得た。
【００６１】
比較例４
ガラス製耐圧反応管に、製造例５で得られたＡｇ（０）／ＨＴ触媒０．１ｇ（Ａｇ：０．０２ミリモル）、水３ｍＬ、ベンゾニトリル０．１ｇ（１．０ミリモル）を加え、空気雰囲気下、１４０℃で２時間撹拌した。転化率４６％、収率４０％で、ベンズアミドを得た。
【００６２】
実施例２２−水中でニトリルを選択的に水和してアミドを得るための固定化銀ナノ粒子触媒
ＡｇＨＡＰは以下のようにして合成した：２．０ｇのＣａ5（ＰＯ4）3（ＯＨ）（ＨＡＰ）を１５０ｍＬのＡｇＮＯ3（６．７×１０-3Ｍ）水溶液中に浸漬し、室温で６時間攪拌した。得られるスラリーを濾過し、洗浄し、そして真空中で室温にて乾燥した。ＨＢＨ4の水溶液を用いて還元して、ＡｇＨＡＰを得た（Ａｇ３．３重量％）。ＡｇＨＡＰのＸ線回折（ＸＲＤ）ピーク位置は親のＨＡＰのピーク位置と同様であり、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析は、７．６ｎｍの平均直径および狭いサイズ分布（１．８ｎｍの標準偏差）を有するＡｇＮＰがＨＡＰ基材の表面上で形成したことを示した。
【００６３】
異なる支持体上で形成されたＡｇ0 ＮＰの触媒活性は、有機溶媒を含まない水性条件下でのベンゾニトリル（１）の水和のために試験した。ＡｇＨＡＰは、有効な触媒であって、ベンズアミドを唯一の生成物として９９％の収率で与えた（表３、番号１）。ＡｇＨＡＰの代わりにＡｇ／ＴｉＯ2を使用すると、１の比較的高い転換を示したが；しかし、ベンズアミドの過度の加水分解を経由して、副産物として安息香酸が形成した。Ａｇ／ＭｇＯ、ＡｇＳｉＯ2、およびＡｇ／Ｃは、有意に活性が低かった。水和反応は、ＨＡＰおよびＡｇ＋ＨＡＰを使用しても、還元処理なしでは進行しなかった。１の４０％転換時において、ＡｇＨＡＰを含む反応混合物の濾過後に、１４０℃、３時間で濾液をさらに攪拌しても、さらなる生成物は全く生じず、そしてＡｇ種は、誘導結合プラズマスペクトル測定（ＩＣＰ）分析によって濾液中で検出されなかった。これらの結果は、ＨＡＰとのＡｇ0 ＮＰの組み合わせが効率的な水和のために必須であり、この水和がＨＡＰの表面上のＡｇ ＮＰにおいて進行することを示す。ＡｇＨＡＰによって触媒される水和のためのニトリル反応基の範囲を調べた。表３に例示されるように、ＡｇＨＡＰは、アルキルニトリルを例外として、ニトリルの水和のために効率的であった（番号１４および１５）。種々のベンゾニトリル誘導体は、対応するアミドについて、９９％を超える選択性で高い収率で水和した（番号１〜１２）。反応速度に対するオルト置換ニトリルの立体効果を観察した（番号２および９）。シンナモニトリルの水和が進行し、無傷のＣ＝Ｃ二重結合を有するシンナムアミドを与えた（番号１３）。次に、表４に要約されるように、種々のヘテロ芳香族ニトリルの水和を、ＡｇＨＡＰ触媒を使用して実行した。顕著なことに、窒素原子、酸素原子、および硫黄原子を含むヘテロ芳香族ニトリルの多くは、わずか１時間以内で対応するアミドに効率的に転換され、付随するカルボン酸は検出されなかった。例えば、２−シアノピリジン、２−フランカルボニトリル、および２−チオフェンカルボニトリルの水和は、定量的な収率で対応するアミドを生じた（番号１、５、および７）。３−キノリンカルボニトリルなどの非常に水不溶性であるニトリルさえもまた、９５％の収率で３−キノリンカルボキシアミドに水和された（番号４）。ピラジンカルボニトリル（２）はわずか１０分間以内に水和され、結核用の医薬品として使用される対応するピラジンカルボキシアミドが９９％収率で得られ（番号８）、さらに２は４０℃においてさえ定量的に転換された（番号９）ことが注目される。ＡｇＨＡＰ触媒系は、スケールアップした条件のためにもまた適用可能であった；２（１００ｍｍｏｌ；１０．５ｇ）はアミドに首尾よく転換され（９７％単離収率；１２．０ｇ）そして代謝回転数（ＴＯＰ）は１００００以上に達した（番号１０）。本発明者が知り得る限り、他のニトリルと比較して、ヘテロ芳香族ニトリルのこのような特異的に増強された反応性は報告されていなかった。
【００６４】
さらに、ＡｇＨＡＰは、２の水和後に遠心分離によって容易に分離され、そして触媒活性および選択性の損失なしで、２の水和のために４回再利用することができた（番号１１〜１４）。ＡｇＨＡＰ表面とニトリルの間の相互作用は、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル測定を使用して試験した。１，２−シアノピリジンおよびヘキサンニトリルは、ＡｇＨＡＰでそれぞれ処理し、吸着したニトリルのＣ≡Ｎ伸縮振動に割り当てた各吸収バンドは、それらの液体型に関して、より高い周波数にシフトした。このことは、Ａｇ ＮＰ上のニトリル基のサイドオン配位を示す。さらに、ＡｇＨＡＰに吸着したニトリルは、２９８Ｋの水蒸気に暴露も行った。時間分解ＩＲスペクトルは、３のニトリルバンドの強度が次第に減少することを示し、これはＣ＝Ｏ伸縮振動を示す新たなバンドの増加を伴った。アミドの製造は、質量スペクトル分析によってもまた確認されたが、１のニトリルＩＲバンドの強度はわずかに減少し、そして４のニトリルＩＲバンドの強度はほとんど変化しなかった。吸着したニトリルの水蒸気との反応性の順番は、３＞１＞４であり、これは、表３および４に示されるように、ＡｇＨＡＰを使用するニトリルの触媒的水和の結果と一致している。
【００６５】
本発明は理論によって限定されることはないが、ここで、ＡｇＨＡＰ表面上での水および芳香族ニトリルの配位を含む可能なメカニズムを提案する。芳香族ニトリルは、シアノ基および芳香族基の二重活性化を通して、ＡｇＨＡＰのＡｇＮＰ上で強力に活性化される。その後、Ａｇ表面上で生成する、Ｈ2Ｏからの求核性ＯＨ−は、近位のニトリル炭素原子を容易に攻撃し、イミノール遷移状態を通して対応するアミドを形成する。
【００６６】
結論として、ニトリルからアミドへの選択的水和のためのＡｇＮＰの新たな触媒特性を発見した。ＨＡＰ固定化Ａｇ ＮＰは、水中の芳香族ニトリルの水和のための高度に活性かつ再利用可能な固体触媒として働く。
【００６７】
表３．ＡｇＨＡＰ触媒性水和のためのニトリルの範囲a
【表３】
a反応条件：反応基（１ｍｍｏｌ）、ＡｇＨＡＰ（０．１ｇ、Ａｇ；０．０３ｍｍｏｌ）、水（３ｍＬ）、１４０℃。
b括弧内の値は、単離された収率である。c１８０℃の場合。d１６０℃の場合。
【００６８】
表４．ＡｇＨＡＰを使用する種々の複素環式芳香族ニトリルの水和a
【表４】
a反応条件：反応基（１ｍｍｏｌ）、ＡｇＨＡＰ（０．１ｇ、Ａｇ；０．０３ｍｍｏｌ）、Ｈ2Ｏ（３ｍＬ）、１４０℃。
b括弧内の値は、単離された収率である。c反応基（０．５ｍｍｏｌ）、４０℃。ｄ反応基（１００ｍｍｏｌ）、ＡｇＨＡＰ（０．０３ｇ、Ａｇ；０．００９ｍｍｏｌ）、Ｈ2Ｏ（３５ｍＬ）。
e１回再利用、f２回再利用、g３回再利用、h４回再利用。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイト。
【請求項２】
触媒として用いられる請求項１に記載の表面銀固定化ハイドロキシアパタイト。
【請求項３】
ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法。
【請求項４】
Ａｇが金属ナノ粒子である、請求項１または２に記載の表面銀固定化ハイドロキシアパタイト。
【請求項５】
Ａｇが金属ナノ粒子である、請求項３に記載のアミド化合物の製造方法。
【請求項１】
ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイト。
【請求項２】
触媒として用いられる請求項１に記載の表面銀固定化ハイドロキシアパタイト。
【請求項３】
ハイドロキシアパタイト表面に０価のＡｇを固定化した表面銀固定化ハイドロキシアパタイトの存在下、ニトリル化合物を水和して対応するアミド化合物を製造するアミド化合物の製造方法。
【請求項４】
Ａｇが金属ナノ粒子である、請求項１または２に記載の表面銀固定化ハイドロキシアパタイト。
【請求項５】
Ａｇが金属ナノ粒子である、請求項３に記載のアミド化合物の製造方法。
【公開番号】特開２００９−２３３６５３（Ｐ２００９−２３３６５３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８４８（Ｐ２００９−２８４８）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２９０１）ダイセル化学工業株式会社 (1,236)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２９０１）ダイセル化学工業株式会社 (1,236)
【Ｆターム（参考）】
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