JP5286604B2 - Method for producing calixarene - Google Patents
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本発明は、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーンを脱ターシャリーブチル化して、分子認識材料、機能性材料などのファインケミカル材料となるカリックス[4]アレーンを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing calix [4] arene, which becomes a fine chemical material such as a molecular recognition material and a functional material, by detertiary butylation of p-tert-butylcalix [4] arene.
一般に、カリックスアレーンは、複数のフェノールがメチレンで架橋された環状化合物、すなわち環状4量体のカリックス[4]アレーン、環状6量体のカリックス[6]アレーン、環状8量体のカリックス[8]アレーンなどに代表される、分子認識物質・機能材料創製の有用な物質として知られている。このようなカリックスアレーンは、p-tert-ブチルカリックスアレーンからターシャリーブチル基を除去することにより、除去した位置に機能性基を導入することができ、期待する性質を有する化合物の合成が可能となる。 In general, calixarene is a cyclic compound in which a plurality of phenols are cross-linked with methylene, that is, cyclic tetrameric calix [4] arene, cyclic hexamer calix [6] arene, cyclic octamer calix [8]. It is known as a useful substance for creating molecular recognition substances and functional materials, such as arene. Such calixarene can introduce a functional group at the removed position by removing the tertiary butyl group from p-tert-butylcalixarene, enabling synthesis of compounds having the expected properties. Become.
前記のような脱ターシャルブチル化によりカリックスアレーンを合成する方法に関して、アメリカのC. D.Gutscheらは、酸触媒として無水塩化アルミニウムを用い、反応溶媒としてトルエンを用いている(非特許文献1)。 Regarding the method of synthesizing calixarene by deterbutylation as described above, C. D. Gutsche et al. Of the United States use anhydrous aluminum chloride as an acid catalyst and toluene as a reaction solvent (Non-patent Document 1).
このような、ルイス酸触媒である無水塩化アルミニウムを用いる製法では、反応後に触媒を回収できないため、塩化アルミニウムに水を加え水酸化アルミニウムとして廃棄処分しなければならない。また、分離・精製工程において塩酸や塩化アルミニウムを含む大量の廃液が発生するという問題もある。 In such a production method using anhydrous aluminum chloride which is a Lewis acid catalyst, the catalyst cannot be recovered after the reaction. Therefore, water must be added to aluminum chloride and discarded as aluminum hydroxide. Another problem is that a large amount of waste liquid containing hydrochloric acid and aluminum chloride is generated in the separation / purification process.
一方で、近年、化学物質の製造において、原料から製品に至るまで環境への負荷を低減する、いわゆる環境に優しい化学(グリーンケミストリー)が求められており、上記のようなカリックスアレーンの製造においても、省エネルギー、省溶媒、高収率化、製造時間短縮が望まれている。 On the other hand, in recent years, in the manufacture of chemical substances, so-called environmentally friendly chemistry (green chemistry) that reduces the burden on the environment from raw materials to products has been demanded. Energy saving, solvent saving, higher yield, and shorter production time are desired.
他方で、強酸性タイプのイオン交換樹脂を用いて、脱ターシャリーブチル化反応によりカリックスアレーンを製造する方法が知られている(特許文献1)。このようなイオン交換樹脂を用いた製法は廃液を出さないという利点がある。しかしながら、合成用イオン交換樹脂は高価であるうえ、耐熱性が低いことから反応時の熱により劣化が早いという問題もある。 On the other hand, a method for producing calixarene by a detertiary butylated reaction using a strongly acidic type ion exchange resin is known (Patent Document 1). Such a production method using an ion exchange resin has an advantage that no waste liquid is produced. However, the synthetic ion exchange resin is expensive and has a problem that its heat resistance is low, so that it deteriorates quickly due to heat during the reaction.
ところで、アレーン環を構成するフェノールの数によって、疎水溶媒に対するカリックスアレーンの溶解性が異なっている。例えば、トルエンやキシレンに対し、p-tert-ブチルカリックス[6]が最も解けやすく、次いでp-tert-ブチルカリックス[4]アレーンが解けやすいが、p-tert-ブチルカリックス[8]アレーンは不溶である。これらは、カリックスアレーンの分子内水素結合によるフォーメーションに関係しているためであると思われる。また、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーンは、p-tert-ブチルカリックス[6]アレーンやp-tert-ブチルカリックス[8]アレーンと比べて、フェノール間が密であるために、ターシャリーブチル基同士が関与する立体障害によって、フェノール間のメチレン基が分断されにくく脱ターシャリーブチル化反応が起こりやすいという性質を有している。 By the way, the solubility of calixarene in a hydrophobic solvent differs depending on the number of phenols constituting the arene ring. For example, p-tert-butylcalix [6] is the most soluble in toluene and xylene, followed by p-tert-butylcalix [4] arene, but p-tert-butylcalix [8] arene is insoluble. It is. These are considered to be related to formation by intramolecular hydrogen bonding of calixarene. In addition, p-tert-butylcalix [4] arene has a higher density between phenols than p-tert-butylcalix [6] arene and p-tert-butylcalix [8] arene. Due to the steric hindrance involving butyl groups, the methylene group between phenols is less likely to be separated and a detertiary butylation reaction is likely to occur.
本発明は、前記の点に着目してなされたものであって、製造工程を簡素化することができ、安価で、環境に優しい製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above points, and an object of the present invention is to provide an inexpensive and environmentally friendly manufacturing method that can simplify the manufacturing process.
本発明者らは、上記目的を達成するため、反応触媒としてジルコニアを担体とする固体超強酸触媒に、反応溶媒として電子供与性基を有するベンゼン誘導体にそれぞれ着目し、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至ったのである。 In order to achieve the above object, the present inventors focused on a solid superacid catalyst having zirconia as a support as a reaction catalyst and a benzene derivative having an electron-donating group as a reaction solvent, and as a result of intensive studies, The present invention has been completed.
すなわち、本発明の請求項1に記載のカリックスアレーンの製造方法は、下記の一般式(I);
斯かる本発明の反応式を次の式(III)に示す。この場合、電子供与性基を有するトルエンは、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーンを溶解して脱ターシャリーブチル化反応に供するとともに、反応により離脱したターシャリーブチル基と反応してこれを取り込む性質を有している。
また、本発明は、上記の一般式(I)で示されるp-tert-ブチルカリックス[4]アレーン1重量部に対し、2重量部以上4重量部以下の硫酸化ジルコニアおよび8.66重量部以上17.32重量部以下のトルエンの存在下で100℃以上110℃以下の温度に加熱して、上記の一般式(II)で示されるカリックス[4]アレーンを得ることを特徴とするものである。 In addition, the present invention provides 2 to 4 parts by weight of sulfated zirconia and 8.66 parts by weight with respect to 1 part by weight of p-tert-butylcalix [4] arene represented by the above general formula (I). those above 17.32 by heating to a temperature of 100 ° C. or higher 110 ° C. or less in the presence of parts by weight of toluene, and wherein the Rukoto give calix [4] arene represented by the above general formula (II) It is.
そして、本発明は、硫酸化ジルコニアが、反応で使用された固体超強酸触媒を洗浄したのちに加熱乾燥する工程を5回以下の複数回繰り返して得られた再生触媒であることを特徴とするものである。
The present invention is characterized in that sulfated zirconia is a regenerated catalyst obtained the step of heating dried after washing the solid were used superacid catalyst in the
本発明に用いる硫酸化ジルコニアは固体超強酸触媒であるが、脱ターシャリーブチル化反応の触媒となり得、安価で入手しやすい。さらに、硫酸化ジルコニアを用いると、簡単に再生できるという利点がある。 Although sulfated zirconia used in the present invention is a solid super acid catalyst, it can become a catalyst for removing tertiary butyl reaction, easily available at cheaper. Furthermore, when sulfated zirconia is used, there is an advantage that it can be easily regenerated.
本発明の反応に用いる電子供与性基を有するトルエンは、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーンを溶解させる反応溶媒の機能と、反応により離脱したターシャリーブチル基と反応してこれを分子に取り込む機能を有している。 Toluene having an electron donating group used in the reaction of the present invention reacts with a function of a reaction solvent for dissolving p-tert-butylcalix [4] arene and a tertiary butyl group released by the reaction to form a molecule. that it has a function to capture.
本発明において、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーン1重量部に対する硫酸化ジルコニアの使用量は、脱ターシャリーブチル化反応を阻害しない範囲であれば特に限定されないが、好ましくは2重量部以上8重量部以下である。このように2重量部以上8重量部以下の範囲内で硫酸化ジルコニアを使用すれば、現実的に効率よく脱ターシャリーブチル化反応を行なって、カリックス[4]アレーンを収率よく製造することができる。 In the present invention, the amount of sulfated zirconia used per 1 part by weight of p-tert-butylcalix [4] arene is not particularly limited as long as it does not inhibit the detertiary butylated reaction, but preferably 2 parts by weight or more. 8 parts by weight or less. Thus, when sulfated zirconia is used in the range of 2 parts by weight or more and 8 parts by weight or less, a detertiary butylated reaction can be practically and efficiently performed to produce calix [4] arene with high yield. Can do.
本発明の反応温度は、脱ターシャリーブチル化反応に際してカリックス[4]アレーンの基本骨格(アレーン環)を開裂させない温度であれば特に限定されない。原料であるp-tert-ブチルカリックス[4]アレーンに対する硫酸化ジルコニアの使用量とも関係するが、反応温度は常圧下で70℃以上110℃以下とするのが好ましい。反応温度が70℃を下回ると、硫酸化ジルコニアの使用量が少ない場合に反応完了までに極めて長時間必要となる。反応温度が110℃を上回ると、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーンのアレーン環が開裂して目的生成物が得られなくなる。反応系を加熱する手段は特に限定されず、電気抵抗、スチーム、マイクロ波エネルギーなどを用いることができ、反応容器はバッチ式でも連続流通式でも構わない。また、本発明の反応は常圧下で進行するが、加圧下で反応させることも可能である。 The reaction temperature of the present invention is not particularly limited as long as it does not cleave the basic skeleton (arene ring) of the calix [4] arene during the detertiary butylated reaction. Although it is related to the amount of sulfated zirconia used relative to the starting material p-tert-butylcalix [4] arene, the reaction temperature is preferably 70 ° C. or higher and 110 ° C. or lower under normal pressure. When the reaction temperature is lower than 70 ° C., it takes a very long time to complete the reaction when the amount of sulfated zirconia is small. When the reaction temperature exceeds 110 ° C., the arene ring of p-tert-butylcalix [4] arene is cleaved and the desired product cannot be obtained. The means for heating the reaction system is not particularly limited, and electric resistance, steam, microwave energy and the like can be used. The reaction vessel may be a batch type or a continuous flow type. Moreover, although reaction of this invention advances under a normal pressure, it is also possible to make it react under pressure.
反応終了後は、硫酸化ジルコニアをろ別し、ろ過して反応液にメタノールなどを加えて目的生成物を析出させ、この析出物をろ別・洗浄し、乾燥することにより、100%に近い純度でカリックス[4]アレーンが得られる。すなわち、加熱とろ過と濃縮の操作だけで、高純度のカリックス[4]アレーンを収率よく得ることができる。 After completion of the reaction, sulfated zirconia is filtered off, filtered, and methanol or the like is added to the reaction solution to precipitate the target product. This precipitate is filtered, washed, and dried, which is close to 100%. A calix [4] arene is obtained in purity. That is, high-purity calix [4] arene can be obtained with high yield only by heating, filtration, and concentration.
本発明の反応に使用した硫酸化ジルコニアは、再生により次回の反応に再利用することができる。硫酸化ジルコニアの再生は、触媒表面の活性点を洗浄液(例えば、硫酸)で洗浄して活性化させ、洗浄液を水などで洗い流したのちに、500℃程度で加熱乾燥させることで実現される。 The sulfated zirconia used in the reaction of the present invention can be reused in the next reaction by regeneration. Regeneration of sulfated zirconia, washing liquid active sites on the catalyst surface (e.g., sulfuric acid) is washed and activated with, after washing away the cleaning liquid such as water, is achieved by heating and drying at about 500 ° C. .
本発明に係る製造方法は、上記した通り、所定量の硫酸化ジルコニアおよびトルエンの存在下で所定加熱温度で脱ターシャリーブチル化反応を行なうので、トルエンがp-tert-ブチルカリックス[4]アレーンを溶解し、硫酸化ジルコニアが脱ターシャリーブチル化反応を高効率に進行させる。そのうえ、トルエンの一部が、反応の際に離脱したターシャリーブチル基と結合してこれを捕捉する。これらに起因して、本発明製法はカリックス[4]アレーンを収率よく製造できる。 In the production method according to the present invention, as described above, the detertiary butylated reaction is carried out at a predetermined heating temperature in the presence of a predetermined amount of sulfated zirconia and toluene , so that toluene is p-tert-butylcalix [4] arene. The sulfated zirconia allows the detertiary butylated reaction to proceed with high efficiency. In addition, a portion of the toluene binds to and traps the tertiary butyl group released during the reaction. Due to these reasons, the production method of the present invention can produce calix [4] arene with high yield.
また、本発明に係る製造方法は、従来の無水塩化アルミニウムを用いた反応と比べて、有毒ガスの発生がなく、反応後の触媒に対する水洗工程が不要であり、少なくともろ過と濃縮で目的生成物を得ることができる。従って、反応後の目的生成物の分離・精製に水が不要、すなわち廃液がほとんど発生しないので、環境にやさしい製法を提供することができる。 Further, the production method according to the present invention does not generate toxic gas compared to the conventional reaction using anhydrous aluminum chloride, and does not require a water washing step for the catalyst after the reaction. Can be obtained. Accordingly, water is not required for separation and purification of the target product after the reaction, that is, almost no waste liquid is generated, so that an environmentally friendly production method can be provided.
一方、固体超強酸触媒である硫酸化ジルコニアは、無水塩化アルミニウムよりは高価で、強酸性型イオン交換樹脂よりは安価である。しかしながら、無水塩化アルミニウムは1回の反応にしか使用できない。また、前記イオン交換樹脂は再生可能であるが反応使用時の熱劣化が早いことから、再生をする毎に触媒活性が低下していくために多数回の再生使用ができない。これに対し、硫酸化ジルコニアは、反応使用後の洗浄、加熱乾燥により再生が可能であり、多数回の再生によっても触媒活性が低下せず目的生成物を高収率で得ることができる。すなわち、硫酸化ジルコニアを多数回繰り返し使用すると、総合的に割安となる。
以上述べたように、本発明によれば、カリックス[4]アレーンの高収率の製造を達成しつつ、製造工程を簡素化できるとともに、安価で環境に優しいカリックス[4]アレーンの製造方法を提供できるのである。
On the other hand, sulfated zirconia, which is a solid superacid catalyst , is more expensive than anhydrous aluminum chloride and less expensive than strongly acidic ion exchange resins. However, anhydrous aluminum chloride can only be used for one reaction. In addition, the ion exchange resin can be regenerated. However, since the heat deterioration during reaction use is fast, the catalyst activity decreases every time it is regenerated, so that it cannot be used many times. In contrast, sulfated zirconia can be regenerated by washing and heat drying after use of the reaction, and the target product can be obtained in a high yield without reducing the catalytic activity even after a large number of regenerations. That is, when sulfated zirconia is repeatedly used many times, the overall price is reduced.
As described above, according to the present invention, there is provided a method for producing calix [4] arene that can simplify the production process while achieving high-yield production of calix [4] arene, and is inexpensive and environmentally friendly. It can be provided.
以下、この発明の実施の形態を実施例によって具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものでない。
まず、実施例1から実施例10において最適な反応条件を模索した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
First, optimum reaction conditions were sought in Examples 1 to 10.
p-tert-ブチルカリックス[4]アレーン0.5g、ペレット状に成型された硫酸化ジルコニア(S04/ZrO2;和光純薬工業社製;品番コード268−01762)1gおよびトルエン5mlをナスフラスコに入れ、110℃で還流下5時間反応させた。次に、反応液を冷却した後にペレット状の硫酸化ジルコニアをろ別し、ろ過して得た反応液を60℃に保持したロータリーエバポレータに入れトルエンを留去して1〜3mlに濃縮した。続いて、この濃縮液にメタノールを加えて不溶成分を析出させた後、不溶成分をろ取して乾燥させることにより、白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収量214mg、収率65%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 Put 0.5 g of p-tert-butylcalix [4] arene, 1 g of sulfated zirconia (S04 / ZrO2; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; product code 268-01762) formed into pellets and 5 ml of toluene into an eggplant flask. , And reacted at 110 ° C. under reflux for 5 hours. Next, after cooling the reaction solution, pelletized sulfated zirconia was filtered off, the reaction solution obtained by filtration was placed in a rotary evaporator maintained at 60 ° C., and toluene was distilled off and concentrated to 1 to 3 ml. Subsequently, methanol was added to the concentrated solution to precipitate insoluble components, and then the insoluble components were collected by filtration and dried to obtain a white powder as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only detertially butylated calix [4] arene (yield 214 mg, yield 65%) was detected, and no other product was observed.
尚、参考までに、実施例1で得られた1H NMRスペクトルを図1に示す。図1(a)は原料のp-tert-ブチルカリックス[4]アレーンのNMRスペクトルであり、図1(b)は目的生成物のカリックス[4]アレーンのNMRスペクトルである。また、脱ターシャリーブチル化反応開始後30分経過時における反応液のガスクロマトグラムとマススペクトルを図2に示し、同反応開始後180分経過時における反応液のガスクロマトグラムとマススペクトルを図3に示す。 For reference, the 1H NMR spectrum obtained in Example 1 is shown in FIG. FIG. 1A shows the NMR spectrum of the starting material p-tert-butylcalix [4] arene, and FIG. 1B shows the NMR spectrum of the target product calix [4] arene. In addition, the gas chromatogram and mass spectrum of the reaction liquid after 30 minutes from the start of the detertiary butylated reaction are shown in FIG. 2, and the gas chromatogram and mass spectrum of the reaction liquid after 180 minutes from the start of the reaction are shown in FIG. Show.
斯かる実施例の反応を下記の反応式(IV)に示す。この反応式(IV)に示されるように、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーンから離脱したターシャリーブチル基は、一部のトルエンと結合してtert-ブチルメチルベンゼンとなる。
実施例1において使用したトルエン5mlを10mlとしたこと以外は、実施例1と同様の操作を行ない、230mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率70%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 1 was performed except that 5 ml of toluene used in Example 1 was changed to 10 ml, and 230 mg of white powder was obtained as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 70%) was detected, and no other products were observed.
実施例1において使用したトルエン5mlを20mlとし、反応時間5時間を6時間としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行ない、250mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率76%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 1 was carried out except that 5 ml of toluene used in Example 1 was changed to 20 ml and the reaction time was changed to 6 hours to obtain 250 mg of white powder as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 76%) was detected, and no other products were observed.
実施例1において使用した硫酸化ジルコニア1gを2gとし、トルエン5mlを20mlとし、反応時間5時間を2時間としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行ない、150mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率46%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 1 was carried out except that 1 g of sulfated zirconia used in Example 1 was 2 g, 5 ml of toluene was 20 ml, and the reaction time was 5 hours, and 150 mg of white powder was obtained as a product. Got as. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 46%) was detected, and no other product was observed.
実施例4における反応時間2時間を5時間としたこと以外は、実施例4と同様の操作を行ない、131mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率40%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 4 was carried out except that the reaction time of 2 hours in Example 4 was changed to 5 hours to obtain 131 mg of white powder as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 40%) was detected, and no other products were observed.
実施例4において使用した硫酸化ジルコニア2gを4gとし、反応時間2時間を1時間としたこと以外は、実施例4と同様の操作を行ない、147mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率45%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 4 was carried out except that 2 g of sulfated zirconia used in Example 4 was changed to 4 g and the reaction time was set to 1 hour to obtain 147 mg of white powder as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 45%) was detected, and no other products were observed.
実施例6における反応時間1時間を4時間としたこと以外は、実施例6と同様の操作を行ない、46mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率14%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 6 was carried out except that the reaction time in Example 6 was changed to 4 hours to obtain 46 mg of white powder as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 14%) was detected, and no other products were observed.
実施例7における反応温度110℃を100℃としたこと以外は、実施例7と同様の操作を行ない、122mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率37%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 7 was performed except that the reaction temperature of 110 ° C. in Example 7 was changed to 100 ° C., and 122 mg of white powder was obtained as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 37%) was detected, and no other product was observed.
実施例7における反応温度110℃を90℃としたこと以外は、実施例7と同様の操作を行ない、184mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率56%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 7 was performed except that the reaction temperature 110 ° C. in Example 7 was changed to 90 ° C., and 184 mg of white powder was obtained as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 56%) was detected, and no other products were observed.
実施例7における反応温度110℃を80℃としたこと以外は、実施例7と同様の操作を行ない、194mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率59%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 The same operation as in Example 7 was carried out except that the reaction temperature of 110 ° C. in Example 7 was changed to 80 ° C., and 194 mg of white powder was obtained as a product. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 59%) was detected, and no other products were observed.
上記した実施例1から実施例10までの反応条件、カリックス[4]アレーンの収量および収率を下記の表1にまとめた。実施例1〜10の結果は図4〜6にも示してある。図4は硫酸化ジルコニアの使用量と反応時間による収率の変化を示したグラフ、図5は反応温度と反応時間による収率の変化を示したグラフ、図6は溶媒使用量と反応時間による収率の変化を示したグラフである。尚、図4において示した硫酸化ジルコニアの使用量は、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーン、硫酸化ジルコニア、およびトルエンの合計重量に対する硫酸化ジルコニアの重量を百分率(%w/w)で表わしている。
表1によると、実施例1〜10のうちで、収率が最も良い条件は実施例3であった。また、表1および図4〜6から明らかなように、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーン0.5gに対し、硫酸化ジルコニアが1gから4g、反応溶媒であるトルエンが10mlから20ml、反応温度が110℃から80℃の範囲で、反応を効率よく行えることが判る。これらの範囲を超えて、硫酸化ジルコニアを増量したり、トルエンを減量したりすると、カリックス[4]アレーンの基本骨格が分解して収率低下につながる。逆に、硫酸化ジルコニアを減量し、反応温度を低くし、またはトルエンを増量した場合、反応時間が6時間をはるかに超えて長くなり、多くの手間とエネルギーコストを必要とする。 According to Table 1, among Examples 1 to 10, Example 3 had the best yield. Further, as apparent from Table 1 and FIGS. 4 to 6, 1 g to 4 g of sulfated zirconia and 10 to 20 ml of toluene as a reaction solvent are reacted with 0.5 g of p-tert-butylcalix [4] arene. It can be seen that the reaction can be carried out efficiently when the temperature is in the range of 110 to 80 ° C. If the amount of sulfated zirconia is increased beyond this range or the amount of toluene is decreased, the basic skeleton of calix [4] arene is decomposed, leading to a decrease in yield. On the other hand, when the amount of sulfated zirconia is reduced, the reaction temperature is lowered, or the amount of toluene is increased, the reaction time becomes much longer than 6 hours, and much labor and energy cost are required.
続く、実施例11,12は、使用済みの硫酸化ジルコニアを再生して脱ターシャリーブチル化反応に再利用した例を示している。
実施例11では、一回使用済みのペレット状の硫酸化ジルコニア1gを2N H2SO4、水、アセトンで洗浄し、電気炉500℃で1時間加熱乾燥させたものと、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーン0.5gと、トルエン10mlをナスフラスコに入れ、実施例2と同様の操作を行った結果、230mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率70%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。
The following Examples 11 and 12 show examples in which used sulfated zirconia is regenerated and reused in a detertiary butylated reaction.
In Example 11, 1 g of pelletized sulfated zirconia that had been used once was washed with 2N H 2 SO 4 , water, and acetone, and heated and dried in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour, and p-tert-butyl Calix [4] arene 0.5 g and
実施例11で使用した(2回使用済み)のペレット状の硫酸化ジルコニア1gを実施例11と同様に操作して再生し反応に使用した。このような反応及び再生の操作を繰り返して、累計5回使用済み再生後の硫酸化ジルコニアを得た。この5回使用済みのペレット状の硫酸化ジルコニアを用いて実施例11と同様に反応操作を行なった。その結果、6回目の反応も230mgの白色粉末が生成物として得られた。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率70%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。 1 g of pelletized sulfated zirconia used in Example 11 (used twice) was regenerated and used in the reaction in the same manner as in Example 11. Such a reaction and regeneration operation was repeated to obtain sulfated zirconia after 5 times of used regeneration. The reaction operation was performed in the same manner as in Example 11 using the pelletized sulfated zirconia that had been used five times. As a result, 230 mg of white powder was obtained as a product in the sixth reaction. When the obtained product was analyzed by NMR, only de-tert-butylated calix [4] arene (yield 70%) was detected, and no other products were observed.
[比較例1]
実施例2において使用した硫酸化ジルコニア1gの替わりにナフィオンSAC13 (強酸性タイプのイオン交換樹脂)1gを用いたこと以外は、実施例2と同様の操作を行ない、240mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化カリックス[4]アレーン(収率73%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。
[Comparative Example 1]
The same operation as in Example 2 was performed except that 1 g of Nafion SAC13 (strongly acidic ion exchange resin) was used instead of 1 g of sulfated zirconia used in Example 2, and 240 mg of white powder was used as a product. Obtained. When the obtained product was analyzed by NMR, only detertiary butylated calix [4] arene (yield 73%) was detected, and no other product was observed.
[比較例2]
比較例1で用いた一回使用済みのナフィオンSAC13(1g)を2N H2SO4、水、アセトンで洗浄し、110℃で2時間乾燥したもの、p-tert-ブチルカリックス[4]アレーン0.5g、およびトルエン10mlをナスフラスコに入れ、実施例4と同様の操作を行った結果、190mgの白色粉末を生成物として得た。得られた生成物をNMRで分析したところ、脱ターシャリーブチル化されたカリックス[4]アレーン(収率58%)のみが検出され、その他の生成物は認められなかった。
[Comparative Example 2]
Nafion SAC13 (1 g) used once in Comparative Example 1 was washed with 2N H 2 SO 4 , water and acetone and dried at 110 ° C. for 2 hours, p-tert-butylcalix [4]
[比較例3]
ナフィオンSAC13についても比較例2と同様の操作を行なって、その反応および再生を5回繰り返した。その都度、得られた目的生成物(白色粉末)の量は、150mg(2回使用済み再生後のナフィオンSAC13を用いた場合)、120mg(3回使用済み再生後のナフィオンSAC13を用いた場合)、98mg(4回使用済み再生後のナフィオンSAC13を用いた場合)、80mg(5回使用済み再生後のナフィオンSAC13を用いた場合;収率24%)と順次減少した。
[Comparative Example 3]
For Nafion SAC13, the same operation as in Comparative Example 2 was performed, and the reaction and regeneration were repeated 5 times. In each case, the amount of the target product (white powder) obtained was 150 mg (when using Nafion SAC13 after used regeneration twice), 120 mg (when using Nafion SAC13 after used regeneration three times) , 98 mg (when Nafion SAC13 after 4 times used regeneration was used) and 80 mg (when Nafion SAC13 after 5 times used regeneration was used; yield 24%) were successively decreased.
前記したように、ナフィオンSAC13は反応および再生を繰り返すたびに反応収率が低下していき、6回目の使用では目的生成物の収率が24%と低くなっていた。これに対し、5回反応および再生を繰り返した硫酸化ジルコニアを6回目の反応に使用した実施例12は、下記の表2に示すように、目的生成物の収率が1回目の反応使用時(実施例2、70%)と変わらず高い値であった。すなわち、本発明の実施例に用いた硫酸化ジルコニアは、かなりの再生回数を経た再生品であっても高収率で目的生成物を得られることがわかる。
[比較例4]
p-tert-ブチルカリックス[8]アレーン0.5g、ペレット状の硫酸化ジルコニア1g、およびトルエン20mlを110℃で6時間還流したが、p-tert-ブチルカリックス[8]アレーンはトルエンにほとんど溶解しておらず、脱ターシャリーブチル化反応を行なえなかった。
[Comparative Example 4 ]
0.5 g of p-tert-butylcalix [8] arene, 1 g of pelleted sulfated zirconia and 20 ml of toluene were refluxed at 110 ° C. for 6 hours, but p-tert-butylcalix [8] arene was almost dissolved in toluene. The detertiary butylation reaction could not be performed.
本発明に係る製造方法により得られるカリックス[4]アレーンは、各フェノール単位の4位に様々な置換基を導入することができる。こうした修飾によって包接能力を変化し得るため、カリックス[4]アレーンは超分子化学において重要なホスト分子となり得る。 The calix [4] arene obtained by the production method according to the present invention can introduce various substituents at the 4-position of each phenol unit. Since such modifications can change the inclusion ability, calix [4] arene can be an important host molecule in supramolecular chemistry.
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