JP2000026370A - α−ヒドロキシカルボン酸エステルの製造方法 - Google Patents

α−ヒドロキシカルボン酸エステルの製造方法

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JP2000026370A JP10194447A JP19444798A JP2000026370A JP 2000026370 A JP2000026370 A JP 2000026370A JP 10194447 A JP10194447 A JP 10194447A JP 19444798 A JP19444798 A JP 19444798A JP 2000026370 A JP2000026370 A JP 2000026370A
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和寛 山田
Futoshi Kawako
太 河高
Kenichi Nakamura
健一 中村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 α−ヒドロキシカルボン酸アミドとアルコー
ルからα−ヒドロキシカルボン酸エステルを高選択率、
高収率で製造できる方法を提供する。 【解決手段】 α−ヒドロキシカルボン酸アミドとアル
コールを金属トリフラート触媒の存在下、液相で反応さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はα−ヒドロキシカル
ボン酸アミドとアルコールからα−ヒドロキシカルボン
酸エステルを製造する方法に関する。α−ヒドロキシカ
ルボン酸エステルは、例えば乳酸エステルは高沸点溶剤
として用いられる他、食品添加物や香料、医農薬の原
料、生分解性ポリマーの原料として用いられる。また、
α−ヒドロキシイソ酪酸エステルは溶剤として用いられ
る他、脱水によるメタクリル酸エステル、特にメタクリ
ル酸メチルの生成、アミノリシスによるα−アミノ酸の
生成などの原料として用いられる等、工業的に重要な化
合物である。
【0002】
【従来の技術】α−ヒドロキシカルボン酸エステルを製
造する方法としては酸触媒を用いる方法が古くから知ら
れている。例えば、α−ヒドロキシイソ酪酸メチルを製
造する方法として酸触媒を用いてアセトンシアンヒドリ
ンから直接α−ヒドロキシイソ酪酸メチルが得られてい
る。米国特許第2041820号公報にはアセトンシア
ンヒドリンと硫酸とメタノールとを100℃以下の温度
で加水分解ならびにメチル化を行ったのち、無水硫酸ナ
トリウムを加え蒸留する方法が開示されている。しか
し、この方法においては多量の硫酸アンモニウムを副生
し、その処理に多大な費用を要すると共に硫酸を使用す
るため反応装置は高価な耐蝕性材料を使用しなければな
らない。
【0003】α−ヒドロキシカルボン酸アミドとアルコ
ールからα−ヒドロキシカルボン酸エステルを製造する
方法としては特開昭52−3015号公報には陰イオン
がエステルを形成する酸の残基である少なくとも部分的
に溶解した金属カルボキシレートの存在下で反応を実施
する方法が示されている。このなかで、アルコーリシス
を圧力反応器中でアルコールの沸点を越える温度で実施
し、その際反応器を間欠的にまたは部分的に放圧するこ
とにより、生じたアンモニアを除去する方法が提案され
ている。しかし、この方法では収率が低く、副生成物も
多く実用的でなかった。特開平6−345692号公
報、特開平7−258154号公報および特開平8−7
3408号公報において不溶性の固体酸触媒または金属
触媒の存在下で反応する方法が提案されている。しか
し、本研究者らが検討したところ、高収率でα−ヒドロ
キシカルボン酸エステルを製造するには、使用する触媒
量が多く、反応に長時間を要し、副生成物も多く、工業
的には実用的ではなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、α
−ヒドロキシカルボン酸エステルを製造する際には多量
の硫酸などの副原料を必要としたり、触媒を用いる場合
でも収率が低く煩雑な工程を必要とするなど工業的には
種々の問題があった。本発明の目的は、α−ヒドロキシ
カルボン酸アミドとアルコールからα−ヒドロキシカル
ボン酸エステルの製造を工業的に有利に実施できる方法
を提供することにあり、具体的には、少ない触媒量で高
収率、高選択率でα−ヒドロキシカルボン酸エステルを
製造する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、α−ヒドロキ
シカルボン酸アミドとアルコールを可溶性もしくは不溶
性の金属トリフルオロメタンスルホン酸塩(金属トリフ
ラートとも言う、以下金属トリフラート)存在下に液相
で反応させるα−ヒドロキシカルボン酸エステルの製造
法に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳しく説明する。
本発明の方法において用いる触媒は、周期律表のIa, II
a, IIIa, IVa, Ib, IIb, IIIb, IVb族元素からなる群の
中から選ばれた1種または2種以上の元素を含む、トリ
フラートを配位子として持つ金属トリフラートである。
好ましくは、金属トリフラートが、Na, Li, K, Mg, Ca,
Sr, Ba, Sc, Y, La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, E
r, Tm, Yb, Lu, Hf, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, B, Al, Ga,
In, Tl, Si, Ge, Sn,およびPbからなる群の中から選ば
れた1種または2種以上の元素を含む触媒である。特開
昭52−3015号公報には陰イオンがカルボキシレー
トである可溶性の金属錯体がアルコーリシスを促進する
とあるが、本発明の触媒系は金属カルボキシラートでは
なく金属トリフラートである。金属トリフラートを用い
ることにより金属カルボキシラートを用いる場合に比べ
反応が促進され、より早い反応速度が得られる。
【0007】また、本研究者らは先に、αーヒドロキシ
カルボン酸アミドのアルコーリシスによるαーヒドロキ
シカルボン酸エステル製造において可溶性のチタン均一
系触媒を用いて反応を行い、高収率、高選択率の成績が
得られることを見いだしているが(特願平10−773
69号公報)、チタン均一系触媒は加水分解性が高く、
原料系中の水分量をコントロールする必要がある。これ
に対して本発明の場合、特にランタノイドのトリフラー
トは水溶液中で水熱合成で調製され、またランタノイド
自身の加水分解性も低いので水を含んだ系においても触
媒が加水分解され、失活することなく反応を進めること
ができるという大きな利点を有している。
【0008】本発明の触媒は、市販品あるいは調製した
もの何れも用いることができる。調製方法としては、こ
の種の技術分野で知られている任意の方法を用いること
ができる。
【0009】本発明の反応は、α−ヒドロキシカルボン
酸アミドとアルコールとの反応を、上記触媒の存在下で
行う。本反応に用いられるα−ヒドロキシカルボン酸ア
ミドの代表例はラクトアミドまたはα−ヒドロキシイソ
酪酸アミドであるがこれらに限定されるものではない。
アルコールの代表例としては、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、2ーエチルヘキサノー
ル、グリシジルアルコール、ベンジルアルコール、エチ
レングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−
ブタンジオール、ジメチルアミノエタノール等が挙げら
れるが、これらの化合物に限定されるものではない。ア
ルコールの使用量は、α−ヒドロキシカルボン酸アミド
に対して1−50倍モル、好ましくは2−20倍モルの
範囲で用いるのが良い。
【0010】反応温度は、100−250℃、好ましく
は120−230℃の範囲で行うのが良い。100℃よ
り低い温度では反応速度が小さくなり、また250℃よ
り高い温度ではα−アルコキシカルボン酸エステル、α
−ヒドロキシカルボン酸や脱水生成物であるオレフィン
誘導体などの副生成物量が多くなり好ましくない。
【0011】反応圧は、使用されるアルコールの種類お
よび量、反応温度等により適時決められるが、1−10
0気圧、好ましくは5−50気圧の範囲で行うのがよ
い。本反応は、溶媒の共存下に反応を行うこともでき
る。また、反応の形式は、回分式、連続式の何れの方法
により行うことができる。
【0012】
【実施例】以下に実施例をあげて本発明の方法を更に詳
しく説明する。 実施例1 ジャケット式還流凝縮器および撹拌器付きの内容積30
0mlのステンレス製オートクレーブにα−ヒドロキシ
イソ酪酸アミド30.0g(0.291mol)、メタ
ノール100g、ランタントリフラート6.19g
(0.0106mol)を仕込み、圧力を3.0MPa
に保ち、撹拌下、190℃でオートクレーブに窒素ガス
を送り込み、生成するアンモニアをオートクレーブから
窒素ガスと共に放出しながら1.5時間反応を行った。
この際、還流凝縮器のジャケットに185℃のオイルを
循環させ加温し、アンモニアと共にメタノールの一部を
30g/hrの速度で還流凝縮器上部より抜出し、同時
に反応器にメタノールを30g/hrの速度で供給し
た。反応後、反応液を冷却し、ガスクロマトグラフィー
により分析を行った。α−ヒドロキシイソ酪酸アミド転
化率98.5mol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチル
エステル選択率98.2mol%が得られた。
【0013】実施例2−6 下記表1に記載の各種金属トリフラート触媒を用いたこ
と以外は実施例1と同様の方法で反応を行った。その結
果を表1に示す。
【0014】
【表1】 表1 実施例 触媒 触媒量 αーヒドロキシ αーヒドロキシ イソ酪酸アミド イソ酪酸メチル g 転化率 (%) 選択率 (%) 収率 (%) 1 La(OTf)3 6.19 98.5 98.2 96.7 2 Yb(OTf)3 6.55 98.2 97.5 95.7 3 Sn(OTf)2 4.40 97.9 98.3 96.2 4 Mg(OTf)2 3.40 85.3 96.5 82.3 5 Sc(OTf)3 5.19 96.5 97.2 93.8 6 Zn(OTf)2 3.84 97.1 97.7 94.9 La(OTf)3 :ランタントリフラート、OTf はトリフラートの略
【0015】比較例1−5 下記表2に各種金属カルボキシラートを、金属トリフラ
ートと同一モル数使用し、触媒に用いた反応を行った。
記載の触媒を用いたこと以外は実施例1と同様の方法で
反応を行った。その結果を表2に示す。表からわかるよ
うに金属トリフラートを用いたほうが転化率が高かっ
た。
【0016】
【表2】 表2 比較例 触媒 触媒量 αーヒドロキシ αーヒドロキシ イソ酪酸アミド イソ酪酸メチル g 転化率 (%) 選択率 (%) 収率 (%) 1 La(OAc)3・1.5H2O 3.62 89.2 96.7 86.3 2 Yb(OAc)3・4H2O 4.46 88.2 95.2 83.8 3 Sn(OAc)2 2.50 90.6 97.0 87.9 4 Mg(OAc)2・4H2O 2.26 75.4 95.4 71.9 5 Zn(OAc)2・2H2O 2.32 86.7 94.1 81.6 La(OAc)3 ・1.5H2O:ランタンカルボキシラート、OAc はカルボキシラート
【0017】参考例1(チタン均一系触媒を用いた例) α−ヒドロキシイソ酪酸アミド(HBD)65.3g
(0.634mol)をイソプロパノール1000gに
溶解させた。ここにチタンテトライソプロポキシド30
g(0.106mol)をイソプロパノール1000g
に溶解させた液を加えた。混合液をロータリーエバポレ
ーターを用いてイソプロパノールを留去し、840gに
濃縮した。室温で一昼夜放置し析出した沈殿をロ過し、
ヘプタンで洗浄後、真空乾燥して37.0gの結晶を得
た。得られた錯体の元素分析を行ったところ、 Ti:10.5
wt%, C:42.7wt%, H:7.91wt%, N:12.1wt% となった。こ
の錯体は Ti(HBD)4 と同定された(元素分析理論値:T
i:10.4wt%, C:41.8wt%, H:7.83wt%, N:12.2wt% )。Ti
(HBD)4 錯体4.85g(0.0106mol)を触媒
とした以外は実施例1と同様の方法で反応を行った。反
応後、反応液を冷却し、ガスクロマトグラフィーにより
分析を行った。α−ヒドロキシイソ酪酸アミド転化率9
5.3mol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチルエステ
ル選択率97.1mol%で得られた。
【0018】参考例2(チタン均一系触媒を用いた例) 仕込みとして水をα−ヒドロキシイソ酪酸アミドに対し
て5wt%添加し、触媒としてTi(HBD)4錯体4.85g
(0.0106mol)を用いた以外は実施例1と同様
の方法で反応を行った。α−ヒドロキシイソ酪酸アミド
転化率80.7mol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチ
ルエステル選択率90.2mol%,α−ヒドロキシイ
ソ酪酸選択率8.2mol%が得られた。生成液中に白
色沈殿が析出しており、反応中にTi(HBD)4錯体が加水分
解をうけて一部水酸化チタン、酸化チタンになったと思
われる。そのため、アミド転化率が下がり、アミドの加
水分解も促進されてエステル選択率が低下した。
【0019】実施例7 仕込みとして水をα−ヒドロキシイソ酪酸アミドに対し
て5wt%添加し、触媒としてLa(OTf)3 6.19g
(0.0106mol)を用いた以外は実施例1と同様
の方法で反応を行った。α−ヒドロキシイソ酪酸アミド
転化率98.2mol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチ
ルエステル選択率97.9mol%が得られた。系中の
水によりαーヒドロキシイソ酪酸への加水分解が一部起
こるが、触媒が失活していないことでメタノールによる
エステル化も同時に起こっているのでエステル選択率の
低下はみられない。
【0020】実施例8 仕込みとして水をα−ヒドロキシイソ酪酸アミドに対し
て5wt%添加し、触媒としてYb(OTf)3 6.55g
(0.0106mol)を用いた以外は実施例1と同様
の方法で反応を行った。α−ヒドロキシイソ酪酸アミド
転化率97.3mol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチ
ルエステル選択率97.1mol%が得られた。
【0021】実施例9 仕込みとしてラクトアミド25.9g(0.291mo
l)、メタノール100g、La(OTf)3 6.19g
(0.0106mol)を用いた以外は実施例1と同様
の方法で反応を行った。ラクトアミド転化率98.1m
ol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチルエステル選択率
97.4mol%が得られた。
【0022】実施例10 仕込みとしてラクトアミド25.9g(0.291mo
l)、メタノール100g、Yb(OTf)3 6.55g
(0.0106mol)を用いた以外は実施例1と同様
の方法で反応を行った。ラクトアミド転化率96.2m
ol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチルエステル選択率
98.4mol%が得られた。
【0023】実施例11 仕込みとしてラクトアミド25.9g(0.291mo
l)、メタノール100g、Sn(OTf)3 4.40g
(0.0106mol)を用いた以外は実施例1と同様
の方法で反応を行った。ラクトアミド転化率97.5m
ol%,α−ヒドロキシイソ酪酸メチルエステル選択率
98.7mol%が得られた。
【0024】
【発明の効果】α−ヒドロキシカルボン酸アミドとアル
コールからα−ヒドロキシカルボン酸エステルを高選択
率、高収率で製造できる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4H006 AA02 AC48 BA02 BA05 BA06 BA07 BA08 BA09 BA11 BA31 BA33 BA36 BC14 BN10 KA16 4H039 CA66 CD30 CD50 CE10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 α−ヒドロキシカルボン酸アミドとアル
    コールを、金属トリフルオロメタンスルホン酸塩の存在
    下、液相で反応させることを特徴とするα−ヒドロキシ
    カルボン酸エステルの製造方法。
  2. 【請求項2】 金属トリフルオロメタンスルホン酸塩を
    構成する金属が周期律表のIa, IIa, IIIa, IVa, Ib, II
    b, IIIb およびIVb 族元素からなる群の中から選ばれた
    1種または2種以上の元素を含む触媒である請求項1記
    載の製造法。
  3. 【請求項3】 金属トリフルオロメタンスルホン酸塩を
    構成する金属がランタノイド元素の中から選ばれた1種
    または2種以上の元素を含む触媒である請求項1記載の
    製法。
  4. 【請求項4】 α−ヒドロキシカルボン酸アミドが、ラ
    クトアミドまたはα−ヒドロキシイソ酪酸アミドである
    請求項1記載の製造方法。
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