JP2003528062A - 微小反応器中で有機化合物を脱水するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、有機化合物を脱水して不飽和化合物を生成するための方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、有機化合物を脱水して不飽和化合物を得るための方法に関する。 好適な有機化合物を脱水して不飽和化合物を得ることは、化学工業において極
めて頻繁に実施されている方法であり、この顕著な重要性はまた、この主題につ
いての多くの刊行物中に反映されている。

【０００２】 しかし、工業規模でのこのタイプの脱水の実行は、安全性の問題および危険を
伴う。先ず、しばしば、比較的大量の高度に毒性の化学物質が用いられ、これは
、これら自体で、すでに、人および環境に顕著な危険を示し、第２に、反応条件
は、多くの場合において、相当な努力を伴って良好に制御されることができるの
みである。

【０００３】 従って、本発明の目的は、前述の欠点を回避する、有機化合物を脱水して不飽
和化合物を得るための方法を提供することにある。特に、この方法を、人および
環境について増大した安全性および良好な収量で、簡単であり、再現可能な方式
で実施することができなければならず、反応条件は、制御するのが極めて容易で
なければならない。

【０００４】 この目的は、驚くべきことに、有機化合物を脱水して不飽和化合物を得るため
の本発明の方法であって、液体形態または溶解した形態の少なくとも１種の有機
化合物を、液体形態または溶解した形態の少なくとも１種の脱水剤と、少なくと
も１つの微小反応器(microreactor)中で混合し、滞留時間にわたり反応させ、該
脱水された化合物を、所望により、反応混合物から単離する、前記方法により達
成される。

【０００５】 本発明の方法の有利な態様は、従属請求項に記載されている。 本発明において、個別の有機化合物またはこれらの化合物の少なくとも２種の
混合物を、クレームされた方法により脱水することができる。好ましくは、個別
の有機化合物を、本発明の方法において用いる。

【０００６】 本発明の目的のために、微小反応器は、液体および／または溶液を、少なくと
も１回密に混合する、≦１０００μｌの容積を有する反応器である。反応器の容
積は、好ましくは≦１００μｌ、特に好ましくは≦５０μｌである。 微小反応器は、好ましくは、互いに連結された薄いシリコン構造から製造され
ている。

【０００７】 微小反応器は、好ましくは、小型流動反応器、特に好ましくは静的マイクロミ
キサーである。微小反応器は、極めて特に好ましくは、国際公開番号WO 96/3011
3を有する特許出願に記載されている静的マイクロミキサーであり、これを、本
明細書中に、参照により組み込み、開示の一部と見なす。 このタイプの微小反応器は、液体および／または溶液の形態の化学化合物が、
互いに、流動する液体および／または溶液の運動エネルギーにより混合される、
小さいチャネルを有する。

【０００８】 微小反応器のチャネルは、好ましくは、１０〜１０００μｍ、特に好ましくは
２０〜８００μｍおよび極めて特に好ましくは３０〜４００μｍの直径を有する
。 液体および／または溶液は、好ましくは、これらが、微小反応器を、０．０１
μｌ／分〜１００ｍｌ／分、特に好ましくは１μｌ／分〜１ｍｌ／分の流速で流
れるように、微小反応器中に圧送する。

【０００９】 本発明において、微小反応器は、好ましくは、加熱可能である。 本発明において、微小反応器は、好ましくは、出口を介して、少なくとも１つ
の滞留域、好ましくは毛細管、極めて特に好ましくは加熱可能な毛細管に連結さ
れている。微小反応器中で混合された後、液体および／または溶液は、この滞留
域または毛細管中に供給されて、これらの滞留時間を延長する。

【００１０】 本発明の目的のために、滞留時間は、出発物質の混合と、得られた反応溶液の
、１種または２種以上の所望の生成物の分析または単離のための精製操作(work-
up)との間の時間である。 本発明の方法において必要な滞留時間は、種々のパラメーター、例えば出発物
質の温度または反応性に依存する。当業者は、滞留時間を、これらのパラメータ
ーに整合させ、従って反応の最適な経過を達成することができる。

【００１１】 少なくとも１つの微小反応器および所望により、滞留域を含む、用いられるシ
ステム中の反応溶液の滞留時間を、用いられる液体および／または溶液の流速の
選択により調整することができる。 反応混合物は、同様に、好ましくは、直列に連結された２つまたは３つ以上の
微小反応器を通過する。これにより、増大した流速においても滞留時間の延長が
達成され、用いられる脱水反応成分は、１種または２種以上の所望の脱水された
不飽和化合物の最適な生成物収量が達成されるように反応する。

【００１２】 他の好ましい態様において、反応混合物は、並列に配置された２つまたは３つ
以上の微小反応器を通過して処理量(throughput)を増大する。 本発明の方法の他の好ましい態様において、１つまたは２つ以上の微小反応器
中のチャネルの数および配置は、滞留時間が延長され、同様に、増大した流速と
同時に１種または２種以上の所望の脱水された不飽和化合物の最適な収量がもた
らされるように改変される。

【００１３】 微小反応器、適切な場合には微小反応器および滞留域における、反応溶液の滞
留時間は、好ましくは≦１５時間、特に好ましくは≦３時間、極めて特に好まし
くは≦１時間である。 本発明の方法は、極めて広い温度範囲において実施することができ、これは、
本質的に、微小反応器、すべての滞留域および他の構成部材、例えば連結および
密封の構造に用いられる材料の耐熱性並びに用いられる溶液および／または液体
の物理的特性により制限される。本発明の方法は、好ましくは、−１００〜＋２
５０℃、特に好ましくは−７８〜＋１５０℃、極めて特に好ましくは０〜＋４０
℃の温度で実施する。

【００１４】 本発明の方法を、連続的にまたはバッチ式のいずれにおいても実施することが
できる。これは、好ましくは、連続的に実施される。 有機化合物を脱水して不飽和化合物を得るための本発明の方法を実施するため
に、さもなければ微小反応器中に存在するチャネルが遮断されるため、脱水反応
を、可能な限り、固体粒子を含まないかまたは極めて小さい固体粒子のみを含む
均質な液体相において実施することが必要である。

【００１５】 本発明の方法における脱水反応の経過は、当業者に知られており、所要に応じ
て調節されている種々の分析方法を用いて追跡することができる。反応の経過は
、好ましくは、クロマトグラフィー、特に好ましくはガスクロマトグラフィー、
例えばＧＣ−ＭＳおよび／または高圧液体クロマトグラフィーにより追跡され、
所要に応じて調節されている。 反応の経過は、極めて特に好ましくは、高圧液体クロマトグラフィーにより追
跡される。本発明の方法における反応の制御は、既知の方法と比較して、顕著に
改善されている。 反応後、脱水された生成物を、所望により単離する。１種または２種以上の脱
水された生成物を、好ましくは、反応混合物から、抽出により単離する。

【００１６】 本発明の方法において用いることができる有機化合物は、脱水のための基質と
して当業者に知られており、不飽和化合物の生成と共に脱水される、すべての有
機化合物である。有機化合物は、好ましくは、脂肪族、芳香族またはヘテロ芳香
族アルコール、アミドまたはアルドキシムから選択される。

【００１７】 本発明の目的のために、「不飽和化合物」は、脱水により、不飽和有機化合物
の生成、または化合物がすでに不飽和である場合には、化合物の不飽和特性の増
大がもたらされることを意味する。従って、これは、アルコールが脱水されてア
ルケンを生成することおよびアミドまたはアルドキシムが脱水されてニトリルを
生成することを含む。

【００１８】 用いることができる脂肪族アルコール、アミドまたはアルドキシムは、当業者
に知られており、不飽和化合物が生成する脱水のための基質として適する、前述
の群の物質からのすべての脂肪族化合物である。これはまた、直鎖状、分枝状、
飽和または不飽和化合物を含む。

【００１９】 用いることができる芳香族アルコール、アミドまたはアルドキシムは、当業者
に知られており、不飽和化合物が生成する脱水のための基質として適する、前述
の群の物質からのすべての芳香族化合物である。従って、本発明の目的のために
、これは、単環式および／または多環式ホモ芳香族基本構造または対応する部分
を、例えば置換基の形態で有する化合物および／または誘導体を含む。

【００２０】 用いることができるヘテロ芳香族アルコール、アミドまたはアルドキシムは、
当業者に知られており、不飽和化合物が生成する脱水のための基質として適し、
少なくとも１個のヘテロ原子を含む前述の群の物質からのすべてのヘテロ芳香族
化合物である。本発明の目的のために、ヘテロ芳香族化合物は、少なくとも１つ
の単環式および／または多環式ヘテロ芳香族基本構造または対応する部分を、例
えば置換基の形態で有するヘテロ芳香族化合物および／またはこれらの誘導体を
含む。ヘテロ芳香族基本構造または部分は、好ましくは、少なくとも１つの酸素
、窒素または硫黄原子を含む。

【００２１】 本発明の方法において用いることができる脱水剤は、当業者に知られており、
有機化合物を脱水して不飽和化合物を生成するのに適するすべての脱水剤または
少なくとも２種の成分の混合物である。好ましくは、単一の脱水剤が、本発明の
方法における各々の場合において用いられる。

【００２２】 他の好ましい態様において、脱水剤は、酸、酸無水物、酸ハロゲン化物、カル
ボジイミドもしくはシアノホルメート(cyanoformate)、またはこれらの脱水剤の
混合物から選択された少なくとも１種の化合物である。用いられる酸は、好まし
くは、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、硫酸、
塩酸、過塩素酸あるいはこれらの酸の２種または３種以上の混合物である。好ま
しい酸無水物は、無水酢酸、無水トリフルオロ酢酸、無水トリフルオロメタンス
ルホン酸またはこれらの混合物である。クロロスルホン酸、クロロスルホニルイ
ソシアネート、塩化アセチル、塩化トリクロロアセチル、塩化ｐ−トルエンスル
ホニル、塩化メタンスルホニル、ホスゲン、ジホスゲン、トリホスゲン、オキシ
塩化リン、三塩化リン、三臭化リン、ヘキサクロロシクロホスファトリアジン、
塩化チオニルおよびこれらの混合物は、好ましい酸ハロゲン化物である。さらに
、シアノギ酸エチルは、好ましいシアノホルメートである。好ましいカルボジイ
ミドの例には、ジシクロヘキシルカルボジイミド、カルボニルジイミダゾールお
よびこれらの混合物が含まれる。

【００２３】 本発明の方法において、用いられる有機化合物対用いられる脱水剤のモル比は
、用いられる有機化合物および脱水剤の反応性に依存する。脱水剤および有機化
合物を、好ましくは、等モル比で用いる。さらに好ましい態様において、脱水剤
を、有機化合物に対して１．３倍〜１０倍モル過剰、特に好ましくは３倍〜６倍
モル過剰、極めて特に好ましくは４倍〜５倍モル過剰で用いる。

【００２４】 反応の選択性は、用いられる試薬の濃度に加えて、多数の他のパラメーター、
例えば温度、用いられる脱水剤のタイプまたは滞留時間に依存する。当業者は、
種々のパラメーターを、１種または２種以上の所望の脱水された生成物が得られ
るように、それぞれの脱水反応に適合させることができる。

【００２５】 本発明の方法には、用いられる有機化合物および脱水剤が、これら自体液体で
あるかまたは溶解した形態であることが必須である。従って、これらの化合物が
、すでにこれら自体液体形態ではない場合には、これらを、本発明の方法を実施
する前に好適な溶媒に溶解しなければならない。好ましい溶媒は、ハロゲン化溶
媒、特に好ましくはジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタンま
たは１，１，２，２−テトラクロロエタン、直鎖状、分枝状または環式パラフィ
ン、特に好ましくはペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロペンタン
、シクロヘプタンまたはシクロオクタン、あるいは直鎖状、分枝状または環式エ
ーテル、特に好ましくはジエチルエーテル、メチルｔｅｒｔ−ブチルエーテル、
テトラヒドロフランまたはジオキサン、芳香族溶媒、特に好ましくはトルエン、
キシレン、リグロインまたはフェニルエーテル、Ｎ含有複素環式溶媒、特に好ま
しくはＮ−メチルピロリドンあるいはこれらの溶媒の混合物である。

【００２６】 本発明の方法において、放出される化学物質によるヒトおよび環境への危険は
、顕著に低減し、従って、危険物質の取り扱いの間の増大された安全性がもたら
される。有機化合物の、本発明の方法による脱水により、さらに、従来の方法に
おいて可能であるよりも、反応条件、例えば反応継続時間および反応温度の良好
な制御が可能になる。温度を、システムの各々の容積単位において個別に、選択
し、一定に保持することができる。還元における脱水反応の経過を、本発明の方
法において、極めて迅速かつ精密に調節することができる。従って、脱水された
不飽和生成物を、極めて良好かつ再現可能な収量で得ることができる。

【００２７】 また、本発明の方法を、連続的に実施することができることは、特に有利であ
る。これにより、これが、従来の方法と比較して、迅速かつ安価になり、任意の
所望の量の脱水された不飽和化合物を、主要な測定および調節の努力を伴わずに
製造することが可能である。 本発明を、以下に、例を参照して説明する。この例は、単に、本発明を説明す
る役割を有し、本発明の思想の全体を限定しない。

【００２８】 例ベンズアルドキシムのベンゾニトリルへの脱水 ベンズアルドキシムの、塩化メタンスルホニルを用いた脱水を、４０ｍｍ×２
５ｍｍ×１ｍｍの物理的大きさを有し、各々が０．１２５μｌの容積を有する合
計で１１の混合段階を有する静的マイクロミキサー(Technical University of I
lmenau, Faculty of Machine Construction, Dr.-Ing. Norbert Schwesinger, P
O Box 100565, D-98684, Ilmenau)中で実施した。合計の圧力損失は、約１００
０Ｐａであった。

【００２９】 静的マイクロミキサーを、出口およびオムニフィット(Omnifit)中圧ＨＰＬＣ
コネクター(Omnifit, 英国)を介して、０．４９ｍｍの内径および１．０ｍの長
さを有するテフロン（登録商標）毛細管に連結した。反応を、室温において実施
した。

【００３０】 ２ｍｌの使い捨て注射シリンジを、８ｍｌのＮ−メチルピロリドン中の１．０
ｇ（８ｍｍｏｌ）のベンズアルドキシム溶液の一部で充填し、他の２ｍｌシリン
ジを、１．４ｇ（１２ｍｍｏｌ）の塩化メタンスルホニルを８ｍｌのＮ−メチル
ピロリドンに溶解した溶液の一部で充填した。その後、２つのシリンジの内容物
を、静的マイクロミキサー中に、計測ポンプ(Harvard Apparatus Inc., Pump 22
, South Natick, Massachusetts, USA)により移送した。反応を実施する前に、
実験装置を、滞留時間のポンプ流速への依存性に関して校正した。滞留時間を、
３．７５分に設定した。反応を、Merck Hitachi LaChrom HPLC機器の補助により
進行させた。静的マイクロミキサーおよびテフロン（登録商標）毛細管の温度を
、１５０℃に恒温にしたジャケット付き容器中で制御した。

【００３１】 ３．７５分の反応継続時間の間に、ベンズアルドキシムの専らベンゾニトリル
への完全な転化が、観察された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０７Ｃ 255/50 Ｃ０７Ｃ 255/50 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｆｒａｎｋｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． 250， Ｄ−64293 Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｆｅｄ ｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅ ｒｍａｎｙ (72)発明者 ヴュルツィガー， ハンス ドイツ連邦共和国 64291 ダルムシュタ ット、グラインシュトラーセ ７ベー (72)発明者 ピーパー， グイド ドイツ連邦共和国 68199 マンハイム、 アドラーシュトラーセ 57 (72)発明者 シュヴェジンガー， ノルベルト ドイツ連邦共和国 98693 イルムナウ、 シュトゥルムハイデ 10 Ｆターム(参考） 4G075 AA13 AA39 AA65 BA10 BD15 CA02 DA18 EB01 EB50 EC06 4H006 AA02 AC13 BC10 BC18 BC19 BC31 BC40 BD80 QN00

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機化合物を脱水して不飽和化合物を得るための方法であっ
   て、液体形態または溶解した形態の少なくとも１種の有機化合物を、液体形態ま
   たは溶解した形態の少なくとも１種の脱水試薬と、少なくとも１つの微小反応器
   中で混合し、滞留時間にわたり反応させ、該脱水された化合物を、所望により、
   反応混合物から単離することを特徴とする、前記方法。
2. 【請求項２】 微小反応器が、小型流動反応器であることを特徴とする、請
   求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 微小反応器が、静的マイクロミキサーであることを特徴とす
   る、請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 微小反応器を、出口を介して、毛細管、好ましくは加熱可能
   な毛細管に連結することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 微小反応器の容積が、≦１００μｌ、好ましくは≦５０μｌ
   であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 微小反応器が、加熱可能であることを特徴とする、請求項１
   〜５のいずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】 微小反応器が、１０〜１０００μｍ、好ましくは２０〜８０
   ０μｍ、特に好ましくは３０〜４００μｍの直径を有するチャネルを有すること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】 反応混合物が、微小反応器を通って、０．０１μｌ／分〜１
   ００ｍｌ／分、好ましくは１μｌ／分〜１ｍｌ／分の流速で流れることを特徴と
   する、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】 微小反応器、適切な場合には微小反応器および毛細管におい
   て用いられる化合物の滞留時間が、≦１５時間、好ましくは≦３時間、特に好ま
   しくは≦１時間であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法
   。
10. 【請求項１０】 方法を、−１００〜＋２５０℃、好ましくは−７８〜＋１
    ５０℃、特に好ましくは０〜＋４０℃の温度で実施することを特徴とする、請求
    項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 【請求項１１】 反応の経過が、クロマトグラフィー、好ましくはガスクロ
    マトグラフィー、特に好ましくは高圧液体クロマトグラフィーによって追跡され
    、所要に応じて調節されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載
    の方法。
12. 【請求項１２】 有機化合物を、脂肪族、芳香族またはヘテロ芳香族アルコ
    ール、アミドまたはアルドキシムから選択することを特徴とする、請求項１〜１
    １のいずれかに記載の方法。
13. 【請求項１３】 用いられる脱水剤が、酸、酸無水物、酸ハロゲン化物、カ
    ルボジイミドおよびシアノホルメート並びにこれらの脱水剤の混合物から選択さ
    れた少なくとも１種の化合物であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれ
    かに記載の方法。
14. 【請求項１４】 用いられる酸が、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホ
    ン酸、トリフルオロ酢酸、硫酸、塩酸、過塩素酸またはこれらの混合物であるこ
    とを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 用いられる酸無水物が、無水酢酸、無水トリフルオロ酢酸
    、無水トリフルオロメタンスルホン酸またはこれらの混合物であることを特徴と
    する、請求項１３に記載の方法。
16. 【請求項１６】 用いられる酸ハロゲン化物が、クロロスルホン酸、クロロ
    スルホニルイソシアネート、塩化アセチル、塩化トリクロロアセチル、塩化ｐ−
    トルエンスルホニル、塩化メタンスルホニル、ホスゲン、ジホスゲン、トリホス
    ゲン、オキシ塩化リン、三塩化リン、三臭化リン、ヘキサクロロシクロホスファ
    トリアジン、塩化チオニルまたはこれらの混合物であることを特徴とする、請求
    項１３に記載の方法。
17. 【請求項１７】 用いられるシアノホルメートが、シアノギ酸エチルである
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
18. 【請求項１８】 用いられるカルボジイミドが、ジシクロヘキシルカルボジ
    イミド、カルボニルジイミダゾールまたはこれらの混合物であることを特徴とす
    る、請求項１３に記載の方法。
19. 【請求項１９】 脱水剤を、等モル比または、有機化合物に対して１．３倍
    〜１０倍モル過剰、好ましくは３倍〜６倍モル過剰、特に好ましくは４倍〜５倍
    モル過剰で用いることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。