DE112007001830T5

DE112007001830T5 - Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsalzes von einer 3,4-Dihydro-1,2,3-Oxathiazin-4-ON-2,2-Dioxid-Verbindung

Info

Publication number: DE112007001830T5
Application number: DE112007001830T
Authority: DE
Inventors: Akira Myoko Saito; Atsushi Myoko Mori
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-06-18
Also published as: US20090318686A1; WO2008016099A1; JP2008037777A; CN101501011A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird

worin R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden sind und ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe sind,
und welches Schwefelsäure als Verunreinigung enthält,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
das Neutralisieren einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird

worin R¹ und R² wie oben definiert sind,
mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, um eine Lösung zu erhalten, die das Kaliumsalz enthält; und
das Ausfällen von Kaliumsulfat, das von der Schwefelsäure herrührt, beim Durchführen des Neutralisierungsschritts.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kaliumsalzen von 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindungen, welche als Süßungsmittel oder Ausgangsmaterialien für diese in der Nahrungsmittelindustrie oder als Zwischenprodukte für Feinchemikalien oder dergleichen brauchbar sind.
Stand der Technik
Als ein Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung offenbaren die Patentdokumente 1 bis 3 ein Verfahren, in welchem Acetoacetamid-N-sulfonsäure oder ein Salz davon mit Schwefelsäureanhydrid (SO₃) in einem inerten organischen Lösungsmittel umgesetzt wird, um eine Cyclisierung und einen Ringschluss herbeizuführen, anschließend das Produkt hydrolysiert wird, um eine 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung zu erhalten, und die erhaltene Verbindung mit Kaliumhydroxid neutralisiert wird. Als Verfahren zum Trennen und Reinigen des gebildeten Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 62-56481 die folgenden Verfahren: (1) das Eindampfen und Konzentrieren einer Flüssigkeit in einer organischen Phase nach der Hydrolyse, um einen Rückstand zu erhalten, das Auflösen des Rückstands in Methanol und das Umsetzen desselben mit Kaliumhydroxid in Methanol, um das Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung sofort auszufällen, und das Filtrieren und Trocknen des Niederschlags zur Isolierung; (2) das Vermischen einer Flüssigkeit in einer organischen Phase nach der Hydrolyse mit einer verdünnten wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid, das Rühren der Mischung, das Konzentrieren und Kühlen der von der Mischung abgetrennten Flüssigkeit in wässriger Phase, um das Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung auszufällen, und das Filtrieren und Trocknen des Niederschlags zur Isolierung; und (3) das Mischen einer Flüssigkeit in einer organischen Phase nach der Hydrolyse mit einer wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid in hoher Konzentration, das Rühren der Mischung, um ein Kaliumsalz einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung auszufällen, und das Filtrieren und Trocknen des Kaliumsalzes zur Isolierung.
In dem Verfahren, das Schwefelsäureanhydrid (SO₃) als Cyclisierungsmittel verwendet, wird Schwefelsäure als Nebenprodukt während der Hydrolyse nach der Cyclisierung gebildet, so dass die gebildete Schwefelsäure als Verunreinigung in die 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung hineingemischt wird. Die gebildete Schwefelsäure wird während der Neutralisation mit Kaliumhydroxid in Kaliumsulfat umgewandelt. Der Unterschied der Löslichkeit zwischen dem Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung und Kaliumsulfat in Wasser oder Methanol ist nicht so groß, so dass, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 62-56481 offenbart ist, Kaliumsulfat in das Produkt hineingemischt wird und die Qualität verschlechtert, wenn das Kaliumsalz einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung aus Wasser oder Methanol kristallisiert wird.

Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 62-56481
Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 62-129277
Patentdokument 3: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2005-263779

Offenbarung der Erfindung
Zu lösende technische Probleme
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum leichten und effizienten Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung von hoher Qualität bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum leichten und effizienten Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung mit einem geringeren Kaliumsulfatgehalt bereitzustellen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Nach intensiven Untersuchungen zum Lösen der vorstehenden Aufgabe haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass der Unterschied der Löslichkeit zwischen dem Kaliumsalz einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung und Kaliumsulfat in einem einzelnen Lösungsmittel wie Wasser und Methanol nicht so groß ist, aber in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel der Unterschied der Löslichkeit groß ist und somit, wenn ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel zu der Reaktionsmischung nach einer Reaktion der 3,4-Dihydro- 1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel oder nach einer Reaktion der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung mit Kaliumhydroxid in Wasser oder in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel zugegeben wird, sich zuerst ein Niederschlag von Kaliumsulfat, das von der in der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung als Verunreinigung enthaltenen Schwefelsäure herrührt, aus der Flüssigkeit bilden sollte, welche das Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung im gelösten Zustand enthält, und sie haben somit die vorliegende Erfindung zustande gebracht.
Speziell stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsatzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung bereit, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird.
In der Formel (2) sind R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden und sind ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe. Das Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung enthält Schwefelsäure als eine Verunreinigung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: das Neutralisieren einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird
(worin R¹ und R² wie oben definiert sind) mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, um eine Lösung zu erhalten, die das Kaliumsalz enthält; und das Ausfällen von Kaliumsulfat, das von der Schwefelsäure herrührt, beim Durchführen des Neutralisierungsschrittes.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung bereit, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird.
In der Formel (2) sind R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden und sind ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe. Das Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung enthält Schwefelsäure als eine Verunreinigung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: das Neutralisieren einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird
(worin R¹ und R² wie oben definiert sind) mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittel, das wenigstens Wasser enthält, um eine wässrige Lösung zu erhalten, die das Kaliumsalz enthält; und das Ausfällen von Kaliumsulfat, das von der Schwefelsäure herrührt, durch Zugeben eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in die wässrige Lösung, die das Kaliumsalz enthält, nach dem Schritt des Neutralisierens.
Vorzugsweise ist das wasserlösliche organische Lösungsmittel in den vorstehend erwähnten Verfahren Methanol.
Vorzugsweise umfassen die Verfahren außerdem einen Schritt des Abtrennens und Entfernens des ausgefällten Kaliumsulfats durch Filtration und einen Schritt des Kristallisierens des Kaliumsatzes der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung aus der Lösung nach dem Entfernen des ausgefällten Kaliumsulfats. Wenn die Verfahren den zuletzt genannten Schritt umfassen, kann die Lösung nach dem Abtrennen und Entfernen des kristallisierten Kaliumsatzes der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung zu dem Neutralisierungsschritt zurückgeführt werden.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel neutralisiert oder nach der Neutralisation einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung mit Kaliumhydroxid wird ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel zu der Reaktionsmischung zugegeben. Entsprechend wird Kaliumsulfat als eine Verunreinigung vor dem Kaliumsalz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung ausgefällt. Deshalb kann ein Kaliumsalz einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung von hoher Qualität mit einem geringeren Kaliumsulfatgehalt leicht und effizient erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehungen zwischen der Menge von Wasser/Methanol in einem Wasser-Methanol-Lösungsmittelgemisch (Methanolkonzentration (%)) und den Löslichkeiten des Kaliumsatzes von 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid (ASK) und von Kaliumsulfat (K₂SO₄) bei 40°C in dem Lösungsmittel (Konzentration (%) in gesättigter Lösung) zeigt.
2 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehungen zwischen den Löslichkeiten von ASK in verschiedenen Lösungsmitteln (Konzentration (%) in gesättigter Lösung) und der Temperatur zeigt.
3 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehungen zwischen den Löslichkeiten von Kaliumsulfat (K₂SO₄) in verschiedenen Lösungsmitteln (Konzentration (%) in gesättigter Lösung) und der Temperatur zeigt.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
Das erste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte des Neutralisierens einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel zum Bilden eines Kaliumsatzes der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, das durch Formel (2) wiedergegeben wird, und des Ausfällens von Kaliumsulfat, das von in der durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung als Verunreinigung enthaltener Schwefelsäure herrührt, während der Neutralisation.
Außerdem umfasst das zweite Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Schritte des Neutralisierens einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittel, das wenigstens Wasser enthält, um ein Kaliumsatz der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, das durch Formel (2) wiedergegeben wird, zu bilden, und des Zugebens eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in die wässrige Lösung, die das durch Formel (2) wiedergegebene Kaliumsatz enthält, nach der Neutralisation, um Kaliumsulfat auszufällen, das von der in der durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung als Verunreinigung enthaltenen Schwefelsäure herrührt.
In den Formeln (1) und (2) sind R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden und sind ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe. Die gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sofern sie eine organische Gruppe ist, welche unter den Reaktionsbedingungen inert (inaktiv) ist. Beispiele sind Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Alkinylgruppen, Cycloalkylgruppen, Acylgruppen, Aralkylgruppen, Arylgruppen und dergleichen. Die Alkylgruppen schließen geradkettige oder verzweigte C_1-10-Alkylgruppen ein (z. B. C_1-6-Alkylgruppen wie eine Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe, Butylgruppe, Isobutylgruppe und tert-Butylgruppe). Die Alkenylgruppen schließen geradkettige oder verzweigte C_2-10-Alkenylgruppen ein (z. B. C_2-5-Alkenylgruppen wie eine Vinylgruppe, Allylgruppe, Isopropenylgruppe, 1-Butenylgruppe und 2-Butenylgruppe). Die Alkinylgruppen schließen geradkettige oder verzweigte C_2-10-Alkinylgruppen ein (z. B. C_2-5-Alkinylgruppen wie eine Ethinylgruppe, Propinylgruppe, 1-Butinylgruppe und 2-Butinylgruppe). Die Cycloalkylgruppen schließen z. B. C_3-10-Cycloalkylgruppen, wie eine Cyclopropylgruppe, Cyclobutylgruppe, Cyclopentylgruppe und Cyclohexylgruppe (vorzugsweise C_4-8-Cycloalkylgruppen) ein. Die Acylgruppen schließen geradkettige oder verzweigte aliphatische C_2-10-Acylgruppen (z. B. eine Acetyl gruppe, Propionylgruppe, Butyrylgruppe, Isobutyrylgruppe und Valerylgruppe) und aromatische C_7-11-Acylgruppen (z. B. eine Benzoylgruppe, Toluylgruppe und Naphthoylgruppe) ein. Die Aralkylgruppen schließen C_6-10-Aryl-C_1-4-alkylgruppen (z. B. eine Benzylgruppe) und dergleichen ein und die Arylgruppen schließen C_6-10-Arylgruppen wie eine Phenylgruppe und dergleichen ein.
In den Formeln (1) und (2) können R¹ und R² aus einer beliebigen geeigneten Kombination zusammengesetzt sein und es ist z. B. eine Kombination bevorzugt, in welcher R¹ und R² jeweils ein Wasserstoffatom oder eine C_1-4-Alkylgruppe sind. Von diesen ist als die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung eine Verbindung bevorzugt, in welcher R¹ eine C_1-4-Alkylgruppe ist und R² ein Wasserstoffatom ist, und speziell ist die Verbindung bevorzugt, in welcher R¹ eine Methylgruppe ist und R² ein Wasserstoffatom ist.
Eine 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, kann z. B. durch die Cyclisierung einer β-Ketoamid-N-sulfonsäure, die durch Formel (3) wiedergegeben wird:
(worin R¹ und R² wie oben definiert sind und X ein Wasserstoffatom ist) oder eines Salzes davon in Gegenwart eines Säureanhydrids oder weitere Hydrolyse des Produkts erhalten werden.
Das Salz der β-Ketoamid-N-sulfonsäure-Verbindung, die durch Formel (3) wiedergegeben wird, schließt Salze (Sulfonate), in welchen die Sulfonsäuregruppe mit einer Base neutralisiert ist, und Salze, in welchem die -NH-Gruppe in der Formel mit einer Base neutralisiert ist, ein. Beispiele für diese Salze (Salze von Sulfonsäure und Salze von -NH-) sind Metallsalze, Ammoniumsalze, Salze von organischen Basen und dergleichen. Beispiele für die Metallsalze sind Salze von Alkalimetallen (Metallen der Gruppe 1A der Tabelle des Periodensystems) wie Li, Na und K; Salze von Erdalkalimetallen (Metallen der Gruppe 2A der Tabelle des Periodensystems) wie Mg, Ca, Sr und Ba; Salze von Metallen der Gruppe 3B der Tabelle des Periodensystems wie Al und Ga; und Salze von Übergangsmetallen (z. B. Metalle der Gruppe 3A, Metalle der Gruppe 4A, Metalle der Gruppe 5A, Metalle der Gruppe 6A, Metalle der Gruppe 7A wie Mn, Metalle der Gruppe 8 wie Fe, Metalle der Gruppe 1 B wie Cu, Ag und Au, Metalle der Gruppe 2B wie Zn, Metalle der Gruppe 4B und Metalle der Gruppe 5B der Tabelle des Periodensystems). Zu bevorzugten Metallsalzen gehören Salze von ein-, zwei- oder dreiwertigen Metallen, z. B. Salze von Alkalimetallen (Na, K und dergleichen), Salze von Erdalkalimetallen (Mg, Ca und dergleichen), Al-Salze und Salze von Übergangsmetallen (Mn, Fe und dergleichen) und dergleichen. In Anbetracht der ökonomischen Effizienz, Sicherheit und dergleichen sind Salze von Alkalimetallen wie Na und K besonders bevorzugt.
Beispiele für die organischen Basen sind aliphatische Amine [primäre Amine (z. B. C_1-10-Monoalkylamine wie Methylamin und Ethylamin), sekundäre Amine (z. B. Di-C_1-10-alkylamine wie Dimethylamin und Ethylmethylamin) und tertiäre Amine (z. B. Tri-C_1-10-alkylamine wie Trimethylamin und Triethylamin)], alicyclische Amine (z. B. Mono-, Di- oder Tri-C_3-12-cycloalkylamine wie Cyclohexylamin), aromatische Amine (z. B. Mono-C_6-10-Arylamine wie Anilin und Dimethylanilin, Di-C_6-10-Arylamine wie Diphenylamin, Tri-C_6-10-arylamine wie Triphenylamin und Aralkylamine wie Benzylamin), cyclische Amine (z. B. Piperidin, N-Methylpiperidin und Morpholin), stickstoffhaltige, aromatische, heterocyclische Verbindungen (z. B. Pyridin, Chinolin und Derivate davon) und dergleichen. Bevorzugte organische Basen schließen aliphatische Amine ein. Außerdem sind nicht nur aliphatische Amine, sondern auch jedes tertiäre Amin bevorzugt.
Als ein Salz einer β-Ketoamid-N-sulfonsäure-Verbindung, die durch Formel (3) wiedergegeben wird, (Sulfonat) ist ein Salz mit einem tertiären Amin besonders bevorzugt.
Das Säureanhydrid dient als Cyclisierungsmittel (Cyclisierungs-Dehydratisierungsmittel und dergleichen) für eine β-Ketoamid-N-sulfonsäure, die durch Formel (3) wiedergegeben wird, oder ein Salz davon (nachstehend manchmal einfach als "Substrat" bezeichnet). Beispiele für das Säureanhydrid sind Säureanhydride, die aus anorganischen Säuren wie Schwefelsäure, halogenierten Schwefelsäuren (Fuorschwefelsäure, Chlorschwefelsäure und dergleichen), Pyrophosphorsäuren (Pyrophosphorsäure; halogenierten Pyrophosphorsäuren wie Fluorpyrophosphorsäure und dergleichen), Salpetersäure und Borsäure (Orthoborsäure, Metaborsäure und dergleichen) gebildet sind; und aus organischen Säuren wie Sulfon säuren, organischen Phosphorsäuren (C_1-4-Alkyl-phosphorsäuren wie Methylphosphorsäure; Phosphorsäure-mono-C_1-4-alkylestern wie Phosphorsäuremonomethylester und Phosphorsäuremonoethylester) und dergleichen gebildet sind. Das Säureanhydrid kann ein beliebiges von einem Säureanhydrid, das durch Eliminierung von Wasser aus einem Molekül einer Säure gebildet ist, einem Säureanhydrid, das durch Eliminierung von Wasser aus zwei oder mehr Molekülen einer Säure gebildet ist, und einem Säureanhydrid, das durch die Eliminierung von Wasser aus zwei oder mehr Molekülen von verschiedenen Säuren gebildet ist (gemischtes Säureanhydrid), und dergleichen sein. Die Säureanhydride können allein oder als Mischung von zwei oder mehr Arten von Säureanhydriden verwendet werden. Ein bevorzugtes Säureanhydrid ist das Säureanhydrid, das aus einer Schwefelsäure enthaltenden Säure gebildet ist, und Schwefelsäureanhydrid (SO₃) ist besonders bevorzugt.
Die Menge des Säureanhydrids beträgt im Allgemeinen wenigstens 1 mol oder mehr (z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 20 mol), vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 10 mol und besonders bevorzugt ungefähr 4 bis ungefähr 8 mol pro 1 mol des Substrats.
Die Cyclisierung (Cyclisierung-Dehydratisierung und dergleichen) einer β-Ketoamid-N-sulfonsäure, die durch Formel (3) wiedergegeben wird, oder eines Salzes davon, wird allgemein in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt. Als das Reaktionslösungsmittel können verschiedene anorganische und organische Lösungsmittel, die gegenüber der Reaktion inert sind (speziell nicht mit einem Säureanhydrid reagieren) verwendet werden, aber allgemein wird ein organisches Lösungsmittel verwendet, das gegenüber der Reaktion inert ist. Außerdem wird als das Reaktionslösungsmittel im Allgemeinen ein Lösungsmittel verwendet, das im Wesentlichen kein Wasser enthält.
Beispiele für das organische Lösungsmittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Pentan, Hexan und Octan), alicyclische Kohlenwasserstoffe (z. B. Cyclohexan), aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Benzol, Toluol, Xylol und Ethylbenzol), halogenierte Kohlenwasserstoffe (z. B. Halogenalkane wie Dichlormethan, Dichlorethan, Chloroform, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen und Trichlorfluorethylen), Ester (z. B. Carbonsäureester wie Methylacetat, Ethylacetat, Butylacetat und Methylpropionat), Ketone (z. B. aliphatische Ketone wie Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon; und cyclische Ketone wie Cyclohexanon), Ether (z. B. kettenförmige Ether wie Diethylether, Diisopropylether, 1,2-Dimethoxyethan, Cellosolve, Carbitol, Diglyme und Diethylenglycoldimethylether; aromatische Ether wie Anisol, 1,2-Dimethqoxybenzol und Diphenylether; und cyclische Ether wie Tetrahydrofuran, Dioxolan und Dioxan), Sulfoxide (z. B. Dimethylsulfoxid, Sulfolan, 2-Methylsulfolan und 3-Methylsulfolan) und dergleichen. Diese Lösungsmittel können allein oder als eine Mischung von zwei oder mehr Arten von Lösungsmitteln verwendet werden. Bevorzugte Lösungsmittel sind halogenierte Kohlenwasserstoffe und besonders bevorzugt wird Dichlormethan verwendet.
Vorzugsweise wird die Cyclisierung kontinuierlich durchgeführt, wobei ein Durchflussreaktor verwendet wird. Ein Rohrreaktor oder ein Mischer mit feststehenden Mischelementen wird vorzugsweise als der Durchflussreaktor verwendet. Um ein besseres Ergebnis der Cyclisierung zu erhalten, ist es bevorzugt, dass das Substrat und das Säureanhydrid [Schwefelsäureanhydrid (SO₃) und dergleichen], welche umgesetzt werden sollen, in dem Lösungsmittel gelöst oder dispergiert werden und auf beispielsweise 10°C oder weniger (ungefähr –100°C bis ungefähr 10°C), vorzugsweise –80°C bis 10°C und besonders bevorzugt –30°C bis 10°C vor der Reaktion gekühlt werden. Die Konzentration des Substrats in der Mischung, die das Substrat enthält, zum Einspeisen in den Reaktor kann zweckmäßig in einem Bereich ausgewählt werden, welcher die Funktionsfähigkeit und dergleichen nicht beeinträchtigt, und beträgt im Allgemeinen ungefähr 0,1 bis ungefähr 50 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 0,5 bis ungefähr 30 Gew.-% und mehr bevorzugt ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gew.-% (speziell ungefähr 5 bis ungefähr 15 Gew.-%). Die Konzentration des Säureanhydrids in der Mischung, die das Säureanhydrid [Schwefelsäureanhydrid (SO₃) und dergleichen] enthält, welche in den Reaktor eingespeist werden soll, kann zweckmäßig in einem Bereich ausgewählt werden, der die Funktionsfähigkeit und dergleichen nicht beeinträchtigt, und beträgt allgemein ungefähr 0,1 bis ungefähr 50 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 0,5 bis ungefähr 30 Gew.-% und mehr bevorzugt ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gew.-%.
Die verwendete Gesamtmenge des Reaktionslösungsmittels kann unter Berücksichtigung der Reaktivität, Funktionsfähigkeit und dergleichen zweckmäßig ausgewählt werden und kann im Allgemeinen in einem breiten Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 1000 Gewichtsteile pro 1 Gewichtsteil des Substrats ausgewählt werden und beträgt vorzugsweise ungefähr 5 bis ungefähr 500 Gewichtsteile, mehr bevorzugt ungefähr 10 bis ungefähr 100 Gewichtsteile und besonders bevorzugt ungefähr 15 bis ungefähr 50 Gewichtsteile.
Die Cyclisierung erfolgt vorzugsweise durch kontinuierliches Einspeisen einer Mischung von β-Ketoamid-N-sulfonsäure, die durch Formel (3) wiedergegeben wird, oder eines Salzes davon mit einem Lösungsmittel und einer Mischung von Säureanhydrid [Schwefelsäureanhydrid (SO₃) und dergleichen] mit einem Lösungsmittel in einen Strömungsrohrreaktor oder einen Mischer mit feststehenden Mischelementen, der mit einem Kühler zum Kühlen des Reaktors von außen, wie etwa einem Kühlmantel und einem Kühlbehälter (Kühlmittelbehälter) ausgerüstet werden kann. Die Reaktionstemperatur der Cyclisierung kann unter Berücksichtigung der Reaktionsgeschwindigkeit und dergleichen zweckmäßig festgesetzt werden.
Als Rohrreaktor kann ein übliches Edelstahlrohr und ein mit Glas oder Teflon (eingetragenes Warenzeichen) ausgekleidetes Rohr oder dergleichen verwendet werden, aber das Material ist nicht auf diese Materialien beschränkt. Außerdem unterliegt der Innendurchmesser des zu verwendenden Rohrs keinen besonderen Beschränkungen, aber es ist bevorzugt, dass in Anbetracht der Abfuhr der Reaktionswärme während der Cyclisierung der Innendurchmesser vorzugsweise mehrere zehn mm oder weniger (z. B. ungefähr 0,2 bis ungefähr 30 mm) und besonders bevorzugt 10 mm oder weniger (z. B. ungefähr 0,2 bis ungefähr 10 mm) beträgt. Außerdem wird die Länge des Rohrs so festgesetzt, dass eine für die Reaktion erforderliche Verweilzeit erhalten wird. Die Verweilzeit beträgt ungefähr 0,001 bis ungefähr 60 Sekunden, vorzugsweise 0,01 bis 40 Sekunden und mehr bevorzugt 0,1 bis 10 Sekunden (speziell 1 bis 10 Sekunden). Die Verweilzeit (s) ist ein Wert, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird: [Fassungsvermögen des Reaktors (ml)]/[eingespeiste Gesamtmenge der Rohmaterialmischung (ml/s)].
Der Rohrreaktor kann mit einer Apparatur zum Beschleunigen der Vermischung von
β-Ketoamid-N-sulfonsäure, die durch Formel (3) wiedergegeben wird, oder einem Salz davon mit dem Säureanhydrid [Schwefelsäureanhydrid (SO₃) und dergleichen] an einem Einlassteil des Rohrreaktors ausgestattet sein. Beispiele für die Apparatur sind Rührmischer, Ultraschallmischer, Mischer mit feststehenden Mischelementen, wie etwa ein statischer Mischer, Rohrleitungsverbindungen und dergleichen (nachstehend manchmal einfach als "Vormischer" bezeichnet). Wenn der Vormischer an dem Einlassteil des Rohrreaktors angeordnet ist, beträgt die Verweilzeit in dem Vormischer z. B. ungefähr 0,0005 bis ungefähr 30 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 20 Sekunden und mehr bevorzugt ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Sekunden (speziell ungefähr 1 bis ungefähr 10 Sekunden) und die anschließende Verweilzeit in dem Rohrreaktor beträgt z. B. ungefähr 0,001 bis ungefähr 60 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 40 Sekunden und mehr bevorzugt ungefähr 0,1 bis ungefähr 30 Sekunden (speziell ungefähr 1 bis ungefähr 30 Sekunden).
Außerdem kann auch ein Mischer mit feststehenden Mischelementen, wie etwa ein statischer Mischer, als der Reaktor verwendet werden. Wenn der Mischer mit feststehenden Mischelementen als der Reaktor verwendet wird, kann ein Mischer mit feststehenden Mischelementen mit einem größeren Innendurchmesser als dem des Rohrreaktors verwendet werden, da der Mischer mit feststehenden Mischelementen die Reaktionswärme ausreichend abführen kann. Zum Beispiel beträgt der Innendurchmesser des Mischers mit feststehenden Mischelementen ungefähr 0,2 bis ungefähr 30 mm und vorzugsweise ungefähr 0,5 bis ungefähr 20 mm. Die Art des Mischers mit feststehenden Mischelementen unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, aber als typischer Mischer mit feststehenden Mischelementen kann ein statischer Mischer von Sulzer, ein statischer Mischer von Kenics und dergleichen verwendet werden. Wenn der Mischer mit feststehenden Mischelementen als der Reaktor verwendet wird, beträgt die Verweilzeit z. B. ungefähr 0,001 bis ungefähr 60 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 40 Sekunden und mehr bevorzugt ungefähr 0,03 bis 10 Sekunden. In diesem Fall kann ein solcher Vormischer, wie er vorstehend beschrieben ist, auch am Einlassteil des Mischers mit feststehenden Mischelementen angeordnet sein. In diesem Fall beträgt die Verweilzeit in dem Vormischer z. B. ungefähr 0,0005 bis ungefähr 30 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 20 Sekunden und mehr bevorzugt ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 Sekunden (speziell ungefähr 1 bis ungefähr 10 Sekunden) und die anschließende Verweilzeit in dem Mischer mit feststehenden Mischelementen beträgt z. B. ungefähr 0,001 bis ungefähr 60 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 40 Sekunden und mehr bevorzugt ungefähr 0,03 bis ungefähr 10 Sekunden.
Die Anzahl der Elemente in dem statischen Mischer unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, sondern beträgt z. B. 5 oder mehr (ungefähr 5 bis ungefähr 25) und vorzugsweise 10 oder mehr.
Bei der vorstehend erwähnten Cyclisierung ergibt im Allgemeinen die Eliminierung von Wasser oder einer Base [z. B. im Fall, dass ein Salz der durch Formel (3) wiedergegebenen Verbindung als das Substrat verwendet wird] die 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird. In diesem Fall wird unter gewissen Bedingungen im Hinblick auf die Menge des verwendeten Säureanhydrids [Schwefelsäureanhydrid (SO₃) und dergleichen] ein Addukt aus der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, und dem Säureanhydrid [Schwefelsäureanhydrid (SO₃) und dergleichen] oder dergleichen gebildet. In diesem Fall kann nach der Cyclisierung eine anschließende Hydrolyse des Addukts oder dergleichen die 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung ergeben, die durch Formel (1) wiedergegeben wird.
Die Hydrolyse der durch die Cyclisierung erhaltenen Reaktionsmischung wird z. B. durch Vermischen der Reaktionsmischung mit Wasser oder einer Wasser enthaltenden Lösung (z. B. einer wässrigen Lösung von Schwefelsäure) durchgeführt. Falls es erforderlich ist, wird die Hydrolyse nach einer geeigneten Behandlung der Reaktionsmischung durchgeführt. Die Hydrolyse kann durch ein beliebiges System wie etwa ein kontinuierliches System, ein diskontinuierliches System oder ein halbkontinuierliches System durchgeführt werden. Im Fall der kontinuierlichen Hydrolyse wird ein Rührbehälter verwendet und der für die Cyclisierung verwendete kontinuierliche Reaktor kann verwendet werden. Die Temperatur des Wassers oder der Wasser enthaltenden Lösung für die Hydrolyse und die Temperatur der Hydrolysereaktion betragen z. B. 0 bis 50°C und vorzugsweise 10 bis 40°C. Außerdem beträgt die Menge an Wasser (oder die Menge an Wasser, die in der Wasser enthaltenden Lösung enthalten ist) z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 100 mol, vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 50 mol und mehr bevorzugt ungefähr 2 bis ungefähr 20 mol pro 1 mol des für die Cyclisierung verwendeten Säureanhydrids. Wasser kann in einem großen Überschuss verwendet werden. Die Reaktionszeit der Hydrolyse (im Falle eines kontinuierlichen Systems die Verweilzeit) beträgt z. B. 1 Stunde oder weniger (ungefähr 0,1 Minute bis ungefähr 1 Stunde) und vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 10 Minuten.
Zusammen mit der Bildung der durch Formel (1) wiedergegebenen 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung durch die Hydrolyse wird ein Hydrolysat des Säureanhydrids als ein Nebenprodukt gebildet. Im Fall, dass Schwefelsäureanhydrid (SO₃) als das Säureanhydrid verwendet wird, wird Schwefelsäure als das Nebenprodukt gebildet. Die gebildete 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, kann durch eine Trennmethode wie Waschen, Flüssig-Trennung, Konzentration, Lösungsmittelaustausch, Extraktion, Kristallisation, Umkristallisation und Säulenchromatografie abgetrennt und gereinigt werden. Zum Beispiel kann die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung durch die folgenden Arbeitsweisen isoliert werden; die Reaktionsmischung wird nach der Beendigung der Hydrolyse in eine Flüssigkeit in organischer Phase, welche die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung enthält, und eine wässrige Phase (eine wässrige Lösung von Schwefelsäure und dergleichen) getrennt, die Flüssigkeit in organischer Phase wird mit Wasser oder einer Wasser enthaltenden Lösung (z. B. einer wässrigen Lösung von Schwefelsäure) gewaschen und anschließend werden Arbeitsgänge wie eine Konzentration, ein Lösungsmittelaustausch und eine Kristallisation durchgeführt. Wasser oder eine wässrige Lösung von Schwefelsäure oder dergleichen kann für das Kristallisationslösungsmittel verwendet werden. Außerdem kann die in der wässrigen Phase verbliebene Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, durch Zugeben eines mit Wasser unverträglichem (oder nicht mischbaren) Lösungsmittels [das für die Cyclisierung verwendete Lösungsmittel oder Ester einer organischen Monocarbonsäure oder organischen Dicarbonsäure (z. B. die in der Beschreibung des Reaktionslösungsmittels aufgeführten Ester) und dergleichen] zu der wässrigen Phase extrahiert und gewonnen werden. Die auf diese Weise erhaltene 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch Formel (1) wiedergegeben wird, enthält im Allgemeinen als Nebenprodukt der Hydrolyse erhaltene oder aus der wässrigen Lösung von Schwefelsäure, die als das Kristallisationslösungsmittel verwendet wird, erhaltene Schwefelsäure als eine Verunreinigung. In der Erfindung wird die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung, die solche Schwefelsäure als die Verunreinigung enthält, als das Material verwendet. Die Menge der als die Verunreinigung enthaltenen Schwefelsäure unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und das Material mit einem Schwefelsäuregehalt, bezogen auf die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung, von z. B. 100 Gew.-% oder weniger (ungefähr 0,1 bis ungefähr 100 Gew.-%), vorzugsweise 50 Gew.-% oder weniger (ungefähr 0,1 bis ungefähr 50 Gew.-%) und mehr bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger (ungefähr 0,1 bis 20 Gew.-%) wird zweckmäßig verwendet.
Ein wichtiges Merkmal des Herstellungsverfahrens der Erfindung ist: (i) das Neutralisieren einer durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, um ein Kaliumsatz einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, das durch Formel (2) wiedergegeben wird, (in einem gelösten Zustand) zu erhalten, und das Ausfällen von während der Neutralisation als Nebenprodukt gebildetem Kaliumsulfat (erstes Herstellungsverfahren); oder (ii) das Neutralisieren einer durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittel, das wenigstens Wasser enthält, um ein Kaliumsalz einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, das durch Formel (2) wiedergegeben wird, (in einem gelösten Zustand) zu erhalten, und nach der Neutralisierung das Zugeben eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in die wässrige Lösung, die das durch Formel (2) wiedergegebene Kaliumsalz enthält, um als Nebenprodukt während der Neutralisation gebildetes Kaliumsulfat auszufällen (zweites Her stellungsverfahren). In einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel ist der Unterschied der Löslichkeit zwischen der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung und Kaliumsulfat groß, so dass Kaliumsulfat zuerst kristallisiert wird. Somit kann die durch Formel (2) wiedergegebene Verbindung mit einem extrem niedrigen Gehalt an Kaliumsulfat nach dem Entfernen des ausgefällten Kaliumsulfats aus der Lösung erhalten werden. Wenn Wasser oder ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel wie Methanol allein verwendet wird, ist der Unterschied der Löslichkeit zwischen der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung und Kaliumsulfat nicht so groß, so dass die durch Formel (2) wiedergegebene Verbindung und Kaliumsulfat durch den Kristallisationsvorgang unter Verwendung dieser Lösungsmittel als das Kristallisationslösungsmittel nicht effizient getrennt werden können. 1 zeigt das Versuchsergebnis der Beziehungen zwischen einer Menge von Methanol/Wasser in einem Wasser-Methanol-Lösungsmittelgemisch (Methanolkonzentration (%)) und den Löslichkeiten des Kaliumsalzes von 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid (ASK) und von Kaliumsulfat (K₂SO₄) bei 40°C in dem Lösungsmittel (Konzentration (%) in gesättigter Lösung). Außerdem zeigt 2 das Versuchsergebnis der Beziehungen zwischen den Löslichkeiten von ASK in verschiedenen Lösungsmitteln (Konzentration (%) in gesättigter Lösung) und der Temperatur und 3 zeigt das Versuchsergebnis der Beziehungen zwischen den Löslichkeiten von Kaliumsulfat (K₂SO₄) in verschiedenen Lösungsmitteln (Konzentration (%) in gesättigter Lösung) und der Temperatur. In den Figuren ist MeOH Methanol, EtOH ist Ethanol, AT ist Aceton und % ist Gew.-%.
Als das wasserlösliche organische Lösungsmittel kann ein beliebiges in Wasser lösliches organisches Lösungsmittel verwendet werden, aber Lösungsmittel, in welchen die Löslichkeit der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung nicht zu gering ist, z. B. Alkohole wie Methanol, Ethanol und Isopropylalkohol; und Ketone wie Aceton werden bevorzugt verwendet. Von diesen ist Methanol besonders bevorzugt.
Das Verhältnis von Wasser zu einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, das bei der Fällung von Kaliumsulfat verwendet wird, ist in dem ersten Herstellungsverfahren das Verhältnis von Wasser zu einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in dem Lösungsmittelgemisch, das bei der Neutralisation verwendet wird, und in dem zweiten Herstellungsverfahren das Verhältnis von Wasser zu einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in der wässrigen Lösung, die bei der Zugabe eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels zu der wässrigen Lösung, die das durch Formel (2) wiedergegebene Kaliumsalz enthält, nach der Neutralisation verwendet wird. Das Verhältnis von Wasser/wasserlöslichem organischem Lösungsmittel (Gewichtsverhältnis) beträgt z. B. ungefähr 1/99 bis ungefähr 99/1, vorzugsweise ungefähr 20/80 bis ungefähr 95/5, mehr bevorzugt ungefähr 40/60 bis ungefähr 93/7 und besonders bevorzugt ungefähr 65/35 bis ungefähr 90/10. Falls das Verhältnis bzw. der Anteil von Wasser zu niedrig ist, sind nicht nur die Löslichkeit von Kaliumsulfat, sondern auch die der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung herabgesetzt, so dass die Menge des Lösungsmittels, die verwendet werden muss, erhöht ist sowie der Löslichkeitsunterschied verringert ist, und somit auch die Trenneffizienz beeinträchtigt sein kann. Außerdem ist, wenn der Anteil von Wasser zu hoch ist, der Löslichkeitsunterschied untereinander verringert und somit kann die Trenneffizienz beeinträchtigt werden.
Verfahren zur Einführung der durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung, von Wasser, einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel und Kaliumhydroxid in das System unterliegen keinen speziellen Beschränkungen. Zum Beispiel kann die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung und Kaliumhydroxid in festem Zustand oder in gelöstem Zustand in einem Lösungsmittel wie Wasser, einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel oder einer Mischung von diesen Lösungsmitteln in das System eingeführt werden. In dem Verfahren zur Einführung des wasserlöslichen organischen Lösungsmittels wird z. B. das wasserlösliche organische Lösungsmittel zu einer Lösung von Kaliumhydroxid zugegeben und anschließend kann die Mischung in eine Lösung eingeführt werden, die die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung enthält; das wasserlösliche organische Lösungsmittel wird zu einer Lösung zugegeben, die die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung enthält, und anschließend kann die Mischung in eine Lösung von Kaliumhydroxid eingeführt werden; oder das wasserlösliche organische Lösungsmittel kann in eine Lösung zugegeben und eingeführt werden, die Kaliumhydroxid und die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung enthält. Außerdem kann z. B. in dem zweiten Herstellungsverfahren der Erfindung das folgende Verfahren verwendet werden: eine Lösung der durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung in einem organischen Lösungsmittel (eine Lösung in Methylenchlorid und dergleichen) und eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid werden in einem System aus zwei verschiedenen nicht mischbaren Flüssigkeiten zur Neutralisation vermischt, eine wässrige Phase, die das durch Formel (2) wiedergegebene Kaliumsalz enthält, und eine organische Lösungsmittelphase werden getrennt und anschließend wird ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel zu der wässrigen Phase zugegeben, um als Nebenprodukt während der Neutralisation gebildetes Kaliumsulfat auszufällen.
Die Menge an Kaliumhydroxid, die für die Neutralisation verwendet wird, ist eine beliebige Menge, die ausreicht, um die durch Formel (1) wiedergegebene Verbindung in das Kaliumsalz umzuwandeln und beträgt z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 3 mol, vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 1,5 mol und mehr bevorzugt ungefähr 1 bis ungefähr 1,1 mol pro 1 mol der Gesamtmenge der durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung und der als die Verunreinigung enthaltenen Schwefelsäure. Falls die Menge an Kaliumhydroxid zu klein ist, läuft die Neutralisation nicht vollständig ab, und falls die Menge an Kaliumhydroxid zu groß ist, werden Nebenprodukte gebildet und die Qualität der Zielverbindung kann beeinträchtigt sein.
Die Temperatur während der Neutralisation und der Fällung von Kaliumsulfat kann nicht höher als der Siedepunkt eines verwendeten Lösungsmittels sein und beträgt im allgemeinen ungefähr 0 bis ungefähr 100°C, vorzugsweise ungefähr 5 bis ungefähr 80°C und mehr bevorzugt ungefähr 10 bis ungefähr 60°C. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird der Unterschied der Löslichkeit zwischen der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung und Kaliumsulfat klein, so dass die Trenneffizienz beeinträchtigt sein kann. Wenn die Temperatur zu hoch ist, wird sie energetisch nachteilig.
Das durch den Arbeitsgang ausgefällte Kaliumsulfat wird durch Fest-Flüssig-Trennung wie eine Filtration und eine Zentrifugation entfernt. Unter dem Gesichtspunkt der Funktionsfähigkeit und dergleichen ist es bevorzugt, dass Kaliumsulfat durch Filtration entfernt wird. Die durch Formel (2) wiedergegebene Verbindung kann nach dem Entfernen von Kaliumsulfat (Filtrat und dergleichen) z. B. durch Kristallisation aus der Lösung entfernt werden. Die Kristallisation kann durch Konzentrieren und/oder Kühlen der Lösung nach dem Entfernen von Kaliumsulfat durchgeführt werden. Die durch Formel (2) wiedergegebene ausgefällte Verbindung kann durch Fest-Flüssig-Trennung (Filtration, Zentrifugation und dergleichen) erhalten werden. Die Reinheit der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung, die auf diese Weise erhalten wird, kann durch weiteres Umkristallisieren erhöht werden. Als das Umkristallisationslösungsmittel, kann z. B. Wasser verwendet werden.
Nach der Kristallisation kann die durch die Fest-Flüssig-Trennung der durch Formel (2) wiedergegebenen ausgefällten Verbindung erhaltene Restlösung (Filtrat und dergleichen) zu dem Neutralisationsschritt zurückgeführt werden. Selbst wenn die Lösung wiederholt zurückgeführt wird, wird die Qualität der durch Formel (2) wiedergegebenen Verbindung beibehalten. Außerdem kann im Fall, dass die Kristallisation durch die Konzentration erfolgt, das Destillat zu dem Neutralisierungsschritt zurückgeführt werden. Außerdem kann im Fall, dass die Umkristallisation durchgeführt wird, die Lösung nach der Abtrennung der ausgefällten Zielverbindung (Filtrat und dergleichen) zu dem Neutralisationsschritt zurückgeführt werden.
Die auf diese Weise erhaltene Verbindung, die durch Formel (2) wiedergegeben wird, weist einen extrem niedrigen Gehalt an Kaliumsulfat, eine hohe Reinheit und eine hohe Qualität auf, so dass sie als Süßungsmittel oder Ausgangsmaterialien dafür in der Nahrungsmittelindustrie oder als Zwischenprodukte für Feinchemikalien oder dergleichen verwendet werden kann. Speziell wird die Verbindung der Formel (2), worin R¹ eine Methylgruppe ist und R² ein Wasserstoffatom ist (Kaliumsalz von 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid), als das Süßungsmittel [(Acesulfame (Acesulfame K)] in der Nahrungsmittelindustrie verwendet, so dass sie besonders brauchbar ist.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf verschiedene Beispiele nachstehend ausführlicher beschrieben, welche den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.
Beispiel 1
Destilliertes Wasser und Methanol wurden zu einem feuchten Kristall von 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid, der Schwefelsäure als Verunreinigung enthielt, zugegeben und anschließend wurde der feuchte Kristall in dem zugegebenen destillierten Wasser und Methanol gelöst. Die Lösung setzte sich aus 60,4 g 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid, 5,3 g Schwefelsäure, 282,7 g Wasser und 99,0 g Methanol zusammen. Zu der Lösung wurden 49,3 g einer wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid mit 50 Gew.-% tropfenweise unter Rühren zugegeben, wobei die Reaktionswärme abgeführt wurde, um bei 35°C zu neutralisieren. In der Reaktionsmischung bildete sich ein geringfügiger Niederschlag. Die Reaktionsmischung wurde bei 40°C filtriert, um den Niederschlag zu entfernen. Der Niederschlag enthielt 7,06 g Kaliumsulfat. Das Filtrat enthielt 2,4 g Kaliumsulfat.
Vergleichsbeispiel 1
Destilliertes Wasser wurde zu einem feuchten Kristall von 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid, der Schwefelsäure als eine Verunreinigung enthielt, zugegeben und anschließend wurde der feuchte Kristall in dem destillierten Wasser gelöst. Die Lösung setzt sich aus 60,7 g 6-Methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid, 5,3 g Schwefelsäure und 383,7 g Wasser zusammen. Zu dieser Lösung wurden 49,1 g einer wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid mit 50 Gew.-% tropfenweise unter Rühren zugegeben, wobei die Reaktionswärme abgeführt wurde, um bei 35°C zu neutralisieren. In der Reaktionsmischung bildete sich ein geringfügiger Niederschlag. Die Reaktionsmischung wurde bei 40°C filtriert, um den Niederschlag zu entfernen. Der Niederschlag enthielt kein Kaliumsulfat. Das Filtrat enthielt 9,6 g Kaliumsulfat.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Im Hinblick auf Kaliumsalze von 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindungen, die als Süßungsmittel oder Ausgangsmaterialien dafür in der Nahrungsmittelindustrie oder als Zwischenprodukte für Feinchemikalien und dergleichen brauchbar sind, kann ein Verfahren zum Herstellen von Kaliumsalzen von 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindungen von hoher Qualität bereitgestellt werden, in welchen eine Kontamination durch Kaliumsulfat, welche eine Beeinträchtigung der Qualität verursacht, auf eine extrem kleine Menge beschränkt werden kann.
Zusammenfassung
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES KALIUMSALZES VON EINER 3,4-DIHYDRO-1,2,3-OXATHIAZIN-4-ON-2,2-DIOXID-VERBINDUNG
Es wird ein Verfahren zum leichten und effizienten Herstellen eines Kaliumsatzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung von hoher Qualität bereitgestellt.
Das Herstellungsverfahren der Erfindung schließt die folgenden Schritte ein: das Neutralisieren einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird
worin R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden sind und ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe sind, mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel zum Bilden eines Kaliumsatzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird
und, während der Neutralisation, das Ausfällen von Kaliumsulfat, das von Schwefelsäure herrührt, die in der durch Formel (1) wiedergegebenen Verbindung als Verunreinigung enthalten ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 62-56481 [0002, 0003, 0003]
- JP 62-129277 [0003]
- JP 2005-263779 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird
worin R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden sind und ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe sind, und welches Schwefelsäure als Verunreinigung enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Neutralisieren einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird
worin R¹ und R² wie oben definiert sind, mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittelgemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, um eine Lösung zu erhalten, die das Kaliumsalz enthält; und das Ausfällen von Kaliumsulfat, das von der Schwefelsäure herrührt, beim Durchführen des Neutralisierungsschritts.
Verfahren zum Herstellen eines Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird
worin R¹ und R² gleich oder voneinander verschieden sind und ein Wasserstoffatom oder eine gegenüber der Reaktion inerte organische Gruppe sind, und welches Schwefelsäure als Verunreinigung enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Neutralisieren einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung, die durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird
worin R¹ und R² wie oben definiert sind, mit Kaliumhydroxid in einem Lösungsmittel, das wenigstens Wasser enthält, um eine wässrige Lösung zu erhalten, die das Kaliumsalz enthält; und das Ausfällen des Kaliumsulfats, das von der Schwefelsäure herrührt, durch Zugeben eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in die wässrige Lösung, die das Kaliumsalz enthält, nach dem Schritt des Neutralisierens.
Verfahren zum Herstellen des Kaliumsatzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wasserlösliche organische Lösungsmittel Methanol ist.
Verfahren zum Herstellen des Kaliumsatzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem umfassend einen Schritt des Abtrennens und Entfernens des ausgefällten Kaliumsulfats durch Filtration.
Verfahren zum Herstellen des Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem umfassend einen Schritt des Kristallisierens des Kaliumsalzes aus der Lösung nach dem Entfernen des ausgefällten Kaliumsulfats.
Verfahren zum Herstellen des Kaliumsalzes einer 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid-Verbindung nach Anspruch 5, außerdem umfassend einen Schritt des Zurückführens der Lösung nach dem Abtrennen und Entfernen des kristallisierten Kaliumsalzes der 3,4-Dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-an-2,2-dioxid-Verbindung zu dem Schritt des Neutralisierens.