JP2003238510A - シアノ酢酸ｔ−ブチルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有毒ガスの発生も無く、シアノ化を速やかに
進行させ、簡潔な製造プロセスにより高収率で工業的に
有利に実施することができるシアノ酢酸ｔ−ブチルの製
造方法を提供する。 【解決手段】 下記一般式（１） 【化４】 （式中、Ｘは塩素原子、または臭素原子を示す）で表さ
れるモノハロゲン化酢酸t−ブチルと、炭素数１〜３の
含水アルコール溶媒中で、アルカリ金属シアン化物とを
反応させることを特徴とするシアノ酢酸ｔ−ブチルの製
造方法。含水アルコール溶媒の水とアルコールの質量比
（水／アルコール）が、０．２〜２０である前記シアノ
酢酸ｔ−ブチルの製造方法。アルカリ金属シアン化物の
モル数とモノハロゲン化酢酸t−ブチルのモル数の比
（アルカリ金属シアン化物／モノハロゲン化酢酸ｔ−ブ
チル）が１．０１〜１．５０である前記シアノ酢酸ｔ−
ブチルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモノハロゲン化酢酸
t−ブチルをアルカリ金属シアン化物でシアノ化して、
簡便かつ高収率でシアノ酢酸ｔ−ブチルを製造する方法
に関する。シアノ酢酸ｔ−ブチルは、シアノメチル化剤
として非常に有用な反応試剤で、有機合成や医農薬製造
の中間原料として有用な物質である。

【０００２】

【従来技術】シアノ酢酸ｔ−ブチルの製造方法として、
クロロ酢酸エステルをシアン化水素やアルカリ金属シア
ン化物と反応させてシアノ化する方法[特開２０００−
１４３６０３公報、Ｈｅｌｖ．Ｃｈｅｍ．Ａｃｔａ．，
４２，１２１４（１９５９）]、シアノ酢酸を酸触媒で
アルコールと反応させてエステル化する方法［特開平９
−１８８６５７号公報］、アルカリ金属シアノ酢酸塩を
ハロゲン化アルキルと反応する方法［特開２０００−２
２９９３０公報］、シアノ酢酸低級アルキルエステルと
高級アルコールとのエステル交換による方法［特開平１
０−９５７６０号公報］などが公知の方法として知られ
ている。

【０００３】しかしながら、従来の方法ではいずれも以
下に述べるような問題点を有しており、工業的に有利な
製造法にはなり得なかった。特開２０００−１４３６０
３公報では、クロロ酢酸エステルを塩基触媒でシアン化
水素と反応させシアノ化する方法が記載されているが、
シアン化水素は取扱いが難しく、製造設備が限定され、
また、無水系で反応を行うため溶媒の脱水、製造設備の
十分な乾燥を必要とする。

【０００４】特開平９−１８８６５７号公報では、シア
ノ酢酸を酸触媒でアルコールと反応させ、反応で生じる
水を共沸剤と蒸留除去しながらエステル化する方法が記
載されているが、反応の間と、反応後に共沸剤を分離す
るため長時間蒸留する必要がある。また、酸触媒で容易
にエステル基が加水分解するシアノ酢酸ｔ−ブチルで
は、これらの方法は適切ではない。

【０００５】特開２０００−２２９９３０公報では、水
／有機二相系において、相関移動触媒の存在下にアルカ
リ金属シアノ酢酸塩をハロゲン化アルキルと反応させる
方法が記載されている。その実施例ではハロゲン化アル
キルをアルカリ金属シアノ酢酸塩に対し３〜１０倍モル
と大量に使用しており、反応後にハロゲン化アルキルの
分離回収が必須である。

【０００６】特開平１０−９５７６０号公報では、シア
ノ酢酸低級アルキルエステルを錫化合物触媒で高級アル
コールと反応させ、エステル交換でシアノ酢酸高級アル
キルエステルを製造する方法が記載されている。特に危
険な反応剤を必要としない優れた方法ではあるが、触媒
の錫化合物を除去するために薄膜蒸留等による精製が必
要となり、設備的な制約がある。

【０００７】他の手法として、特開２０００−１３６１
７５公報では、アクリロニトリルとアルコールを酸化剤
の存在下で反応させるが、収率が低く実用的ではない。

【０００８】Ｈｅｌｖ．Ｃｈｅｍ．Ａｃｔａ．，４２，
１２１４（１９５９）では、クロロ酢酸ｔ−ブチルを含
水ｔ−ブタノール溶媒中でシアン化カリウムと反応させ
て、シアノ酢酸ｔ−ブチルを製造する方法が記載されて
いるが、クロロ酢酸ｔ−ブチル１モルに対してシアン化
カリウム０．５モルの条件で反応を行い、原料のクロロ
酢酸ｔ−ブチルに対するシアノ酢酸ｔ−ブチルの収率が
３３％と非常に低収率である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は有毒ガ
スの発生が無く、簡潔な反応プロセスにより高収率なシ
アノ酢酸ｔ−ブチルを製造する方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意検討した結果、炭素数1〜３の含水アル
コールを使用して、モノハロゲン化酢酸t−ブチルとア
ルカリ金属シアン化物とを反応させることにより、含水
ｔ−ブタノールを溶媒として反応させた場合に比べて高
収率でシアノ酢酸ｔ−ブチルを得られることを見出し、
本発明を完成した。

【００１１】すなわち、本発明は、「下記一般式（１）

【化２】 （式中、Ｘは塩素原子、または臭素原子を示す）で表さ
れるモノハロゲン化酢酸t−ブチルを、炭素数１〜３の
含水アルコール溶媒中でアルカリ金属シアン化物と反応
させることを特徴とするシアノ酢酸ｔ−ブチルの製造方
法。」を要旨とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明で原料として用いるモノハ
ロゲン化酢酸t−ブチルは下記一般式（１）

【化３】 （式中、Ｘは塩素原子、または臭素原子を示す）で表さ
れるが、具体的にはクロロ酢酸t−ブチル、ブロモ酢酸t
−ブチルを挙げることができる。

【００１３】本発明の含水アルコールとして使用される
アルコールは、炭素数が１〜３のアルコールであり、メ
タノール（Ｃ１）、エタノール（Ｃ２）、プロパノール
（Ｃ３）及びイソプロパノール（Ｃ３）が挙げられる。
これらアルコールは高収率で反応が進行するが更に好ま
しいのはメタノール及びエタノールである。

【００１４】上述したように本発明はＨｅｌｖ．Ｃｈｅ
ｍ．Ａｃｔａ．，４２，１２１４（１９５９）に述べら
れている製造法に基盤を置いているが、その最大の欠点
である低収率の要因を徹底的に究明し工業として成り立
つレベルの技術を完成させたものである。

【００１５】本製造法における反応の本質は、水に親和
性の高いシアン化ナトリウム又はカリウムとアルコール
との親和性の高いハロゲン化酢酸ｔ−ブチル分子が反応
することにある。このような親和性の異なる分子の共存
性を促進することが課題である。そのため水とアルコー
ルの混合溶媒を使用するわけであるが、Ｈｅｌｖ．Ｃｈ
ｅｍ．Ａｃｔａ．，４２，１２１４（１９５９）で使用
されている水、アルコール混合溶媒のｔ−ブタノールに
問題があるのではないかと考え、種々検討した。反応場
におけるシアン化ナトリウム又はカリウムと、ハロゲン
化酢酸ｔ−ブチルの接触確率が高くなれば、反応性も高
くなるものと考えられる。混合溶媒に溶解しているシア
ン化ナトリウム又はカリウムと、ハロゲン化酢酸ｔ−ブ
チルが接触するためには、混合溶媒のハロゲン化酢酸ｔ
−ブチル濃度が可能な限り高いことが望ましい。混合溶
媒のアルコールはハロゲン化酢酸ｔ−ブチルの溶解度を
上げる役割を果たす。このような観点でみるとアルコー
ルとして望ましいのは水と完全相溶であるメタノール、
エタノール等の低級アルコールであることが判る。ｔ−
ブタノールは本反応の温度域０〜８０℃では二相分離領
域があり、相溶性に劣るため接触確率を上げることがで
きないのが収率が悪い原因と考えられる。実験によりこ
の仮定が正しいことを確認した。

【００１６】またアルコールとしてメタノール（Ｃ
１）、エタノール（Ｃ２）、プロパノール（Ｃ３）及び
イソプロパノール（Ｃ３）であれば高収率で反応が進行
するが更に好ましいのはメタノール及びエタノールであ
る。

【００１７】また混合溶媒の水とアルコールの比率によ
り、反応に関与する分子特にハロゲン化酢酸ｔ−ブチル
の混合溶媒への溶解度が大幅に変化する。この溶解度が
高いほど反応性が高いことは当然である。我々はハロゲ
ン化酢酸ｔ−ブチルの溶解度が（水／アルコール）の重
量比の特定の範囲の時に大きくなることを見出した。即
ち０．２〜２０の範囲であれば良好な溶解度を示すの
で、収率も高いものになる。この範囲が０．８〜２の時
に溶解度は最も大きくなり、更に好ましい。

【００１８】含水アルコール中の水とアルコールの比率
は０．２〜２０の範囲が収率が高く好ましく、より好ま
しくは０．８〜２である。

【００１９】本発明で用いるアルカリ金属シアン化物と
しては、シアン化ナトリウムまたは、シアン化カリウム
が挙げられる。

【００２０】アルカリ金属シアン化物のモル数とモノハ
ロゲン化酢酸t−ブチルのモル数の比（シアン化物／ハ
ロゲン化酢酸）は、ハロゲン化酢酸ｔ−ブチルを完全に
反応させるためには大きいほど好ましいが、大きすぎる
とシアン化物の重合等副反応が起き易くなるため３以下
が好ましい。一方少なすぎると、終盤で反応速度が極端
に遅くなり実用的ではなくなるので、１より大きいこと
が好ましい。更に好ましくは１．１が下限値で１．３が
上限値である。

【００２１】反応温度は０℃〜８０℃の範囲で実施され
るが、２０℃〜３０℃が好ましい。

【００２２】反応方法は通常、含水アルコール溶媒にア
ルカリ金属シアン化物を溶解させた溶液に、モノハロゲ
ン化酢酸t−ブチルを添加して実施されるが、アルコー
ルにモノハロゲン化酢酸t−ブチルを溶解させた溶液
に、アルカリ金属シアン化物の水溶液を添加しても良
い。

【００２３】反応時間はモノハロゲン化酢酸t−ブチル
の種類、アルコールの種類、反応溶媒の水とアルコール
の質量比、及び使用量、アルカリ金属シアン化物の種類
及び使用量、反応温度等により異なるが、通常は２４時
間以内、１〜１０時間で実施される。

【００２４】上記の反応により生成したシアノ酢酸ｔ−
ブチルは、反応溶液を減圧することによりアルコールを
除去すると濃縮され油分として水層と分離して存在す
る。上層にシアノ酢酸ｔ−ブチルが、下層にハロゲン化
ナトリウムまたはカリウムおよびシアン化ナトリウムま
たはカリウムの水溶液が存在する。従って下層の水層を
分離すれば容易にシアノ酢酸ｔ−ブチルを単離すること
ができる。更にアルカリ金属炭酸塩水溶液で洗浄してか
ら単蒸留を行えば、高品質のシアノ酢酸ｔ−ブチルを得
ることができる。

【００２５】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。

【００２６】以下の実施例中に水／アルコールの質量比
を（Ｗ／Ａ）で、シアン化金属塩のモル数とモノハロゲ
ン化酢酸ｔ−ブチルのモル数の比を（Ｃ／Ｈ）で表すこ
とにする。

【００２７】実施例１（（Ｗ／Ａ）＝１０．６
（Ｃ／Ｈ）＝１．２０） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、水１７４．４ｇ、メタノール１６．４ｇ、シアン化
ナトリウム３０．４ｇを加えて溶解し、攪拌しながらブ
ロモ酢酸ｔ−ブチル１００．０ｇを内温３０℃以下で1
時間かけて滴下した。内温３０℃で１６時間攪拌した。
反応終了後、反応混合物をガスクロマトグラフィーで分
析したところ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転化率は９７．５
％、シアノ酢酸ｔ−ブチル反応収率は８５．８％であっ
た。

【００２８】実施例２（（Ｗ／Ａ）＝１．０５
（Ｃ／Ｈ）＝１．２０） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、水８６．７ｇ、メタノール８２．１ｇ、シアン化ナ
トリウム３０．４ｇを加えて溶解し、攪拌しながらブロ
モ酢酸ｔ−ブチル１００．０ｇを１時間かけて滴下し
た。内温３０℃で１時間攪拌した。反応終了後、反応混
合物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、ブロ
モ酢酸ｔ−ブチル転化率９９．８％、シアノ酢酸ｔ−ブ
チル反応収率８１．５％であった。

【００２９】実施例３（（Ｗ／Ａ）＝１．０５
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、ブロモ酢酸ｔ−ブチル１００．０ｇ、メタノール８
２．１ｇを加えて溶解し、攪拌しながらシアン化ナトリ
ウム水溶液（水８６．７ｇ、シアン化ナトリウム２６．
１ｇ）を１時間かけて滴下した。内温３０℃で２時間攪
拌した。反応終了後、反応混合物をガスクロマトグラフ
ィーで分析したところ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転化率９
８．１％、シアノ酢酸ｔ−ブチル反応収率７９．８％で
あった。

【００３０】実施例４（（Ｗ／Ａ）＝１．０６
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、水８６．５ｇ、メタノール８１．５ｇ、シアン化カ
リウム３４．４ｇを加えて溶解し、攪拌しながらブロモ
酢酸ｔ−ブチル１００．０ｇを１時間かけて滴下した。
内温３０℃で１時間攪拌した。反応終了後、反応混合物
をガスクロマトグラフィーで分析したところ、ブロモ酢
酸ｔ−ブチル転化率９９．９％、シアノ酢酸ｔ−ブチル
反応収率８０．１％であった。

【００３１】実施例５（（Ｗ／Ａ）＝０．８６
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、水２０．３ｇ、エタノール２３．６ｇ、シアン化ナ
トリウム５．２ｇを加えて溶解し、攪拌しながらブロモ
酢酸ｔ−ブチル２０．０ｇを１時間かけて滴下した。内
温３０℃で２時間攪拌した。反応終了後、反応混合物を
ガスクロマトグラフィーで分析したところ、ブロモ酢酸
ｔ−ブチル転化率９９．７％、シアノ酢酸ｔ−ブチル反
応収率８０．４％であった。

【００３２】実施例６（（Ｗ／Ａ）＝０．８６
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、水２２．６ｇ、エタノール３０．６ｇ、シアン化ナ
トリウム６．８ｇを加えて溶解し、攪拌しながらクロロ
酢酸ｔ−ブチル２０．０ｇを１時間かけて滴下した。内
温４０℃で１０時間攪拌した。反応終了後、反応混合物
をガスクロマトグラフィーで分析したところ、クロロ酢
酸ｔ−ブチル転化率９８．６％、シアノ酢酸ｔ−ブチル
反応収率７５．２％であった。

【００３３】実施例７（（Ｗ／Ａ）＝０．９２
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、水１７．３ｇ、イソプロパノール１８．８ｇ、シア
ン化ナトリウム５．２ｇを加えて溶解し、攪拌しながら
ブロモ酢酸ｔ−ブチル２０．０ｇを１時間かけて滴下し
た。内温３０℃で５時間攪拌した。反応終了後、反応混
合物をガスクロマトグラフィーで分析したところ、ブロ
モ酢酸ｔ−ブチル転化率９７．８％、シアノ酢酸ｔ−ブ
チル反応収率７１．５％であった。

【００３４】実施例８（（Ｗ／Ａ）＝０．２５
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、ブロモ酢酸ｔ−ブチル１００．０ｇ、メタノール１
６０．１ｇを加えて溶解し、攪拌しながらシアン化ナト
リウム水溶液（水４.０ｇ、シアン化ナトリウム２６．
１ｇ）を１時間かけて滴下した。内温３０℃で１２時間
攪拌した。反応終了後、反応混合物をガスクロマトグラ
フィーで分析したところ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転化率
９８．１％、シアノ酢酸ｔ−ブチル反応収率７０．８％
であった。

【００３５】実施例９（（Ｗ／Ａ）＝１８．５
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） 攪拌機、温度計および滴下漏斗つきの四つ口フラスコ
に、ブロモ酢酸ｔ−ブチル１００．０ｇ、メタノール
８．５ｇを加えて溶解し、攪拌しながらシアン化ナトリ
ウム水溶液（水１５０．０ｇ、シアン化ナトリウム２
６．１ｇ）を１時間かけて滴下した。内温３０℃で２０
時間攪拌した。反応終了後、反応混合物をガスクロマト
グラフィーで分析したところ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転
化率９５．８％、シアノ酢酸ｔ−ブチル反応収率７２．
３％であった。

【００３６】比較例１（アルコール不使用 、 （Ｃ／
Ｈ）＝１．０３ ） メタノールを使わず、水のみを溶媒としたこと以外は実
施例３と同じ条件であった。内温３０℃で１時間攪拌し
た。反応混合物をガスクロマトグラフィーで分析したと
ころ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転化率１３％、シアノ酢酸
ｔ−ブチル反応収率１２％であり、不十分な値しか得ら
れなかった。

【００３７】比較例２（（水不使用 、 （Ｃ／Ｈ）＝
１．０３ ） 水を使わず、メタノールのみを溶媒としたこと以外は実
施例３と同じ条件であった。内温４０℃で２.５時間攪
拌した。反応混合物をガスクロマトグラフィーで分析し
たところ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転化率７４．９％、シ
アノ酢酸ｔ−ブチル反応収率５５．１％であり、上記比
較例と同様不十分な値しか得られなかった。

【００３８】比較例３ （（Ｗ／Ａ）＝１．０５
（Ｃ／Ｈ）＝１．０３ ） メタノールの代わりにｔ−ブタノールを使用したこと以
外は実施例３と同じ条件であった。内温３０℃で１０時
間攪拌した。反応混合物をガスクロマトグラフィーで分
析したところ、ブロモ酢酸ｔ−ブチル転化率７３.２
％、シアノ酢酸ｔ−ブチル反応収率４１．６％であり、
上記比較例と同様不十分な値しか得られなかった。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明のモノハロゲン化
酢酸t−ブチルを、炭素数１〜３の含水アルコール溶媒
中で、アルカリ金属シアン化物と反応させる方法によ
り、有毒ガスの発生も無く、シアノ化を速やかに進行さ
せ、簡潔な製造プロセスにより高収率でシアノ酢酸ｔ−
ブチルを得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式（１） 【化１】 （式中、Ｘは塩素原子、または臭素原子を示す）で表さ
   れるモノハロゲン化酢酸t−ブチルを、炭素数１〜３の
   含水アルコール溶媒中で、アルカリ金属シアン化物と反
   応させることを特徴とするシアノ酢酸ｔ−ブチルの製造
   方法。
2. 【請求項２】 含水アルコール溶媒の水とアルコールの
   質量比（水／アルコール）が、０．２〜２０である請求
   項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 アルカリ金属シアン化物のモル数とモノ
   ハロゲン化酢酸t−ブチルのモル数の比（アルカリ金属
   シアン化物／モノハロゲン化酢酸ｔ−ブチル）が１．０
   １〜１．５０である請求項１または２記載の製造方法。