JP2004075669A

JP2004075669A - ３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの製造方法

Info

Publication number: JP2004075669A
Application number: JP2003168768A
Authority: JP
Inventors: Jun Takahara; 高原　潤; Hans Lempers; ハンス　ランパアス
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドを一段階で効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】アクリルアミド類を、触媒として、パラジウム、銅および鉄の存在下、酸素およびアルコールと反応させる。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの製造方法に関する。詳しくは、アクリルアミド類から一段階の反応によりマロンアミド誘導体を製造することのできる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドは、有機合成上有用な化合物であり、医薬、農薬等の合成に用いられている。このアセタール部位は反応性が高く、この化合物自体が様々な化合物の中間体として有用であり、また、このアセタール部位を簡単にホルミル化することができるので、このホルミル化物も各種中間体として利用される。
【０００３】
例えば、アセタールは、脱アルコールにより３−アルコキシアクリル酸アミドを合成することができる。また、ホルミル化物は、このホルミル基部分を酸化すると、マロン酸アミド、マロン酸アミド塩、マロン酸アミドモノエステル等が得られ、逆に還元すると、３−ヒドロキシプロピオン酸アミドを得ることができる。もちろん、ホルミル基について知られているグリニアル反応、ウィティヒ反応などの増炭反応も可能である。
【０００４】
一方、アミド基側についても、例えば還元すれば３−アミノプロパナールまたはアセタールに導くことができる。またマロンアミドと同様、２位部分へのハロゲン、アミノ基等の導入や炭素−炭素結合の形成も行うことができる。
このような３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの製造方法として以下の方法が知られている。先ず、アクリル酸またはそのエステルに、Ｗａｃｋｅｒ反応として知られている方法、即ち、パラジウム化合物及び銅化合物を触媒とし、アルコール中で分子状酸素により酸化してアセタールとする方法を適用してマロン酸モノアルデヒドを製造する（例えば、特許文献１参照）。次いで、このマロン酸モノアルデヒドのアセタールやマロン酸エステルモノアルデヒドのアセタールをアンモニアやアミン等によりアミド化合物とすることにより得られる（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、前者は、７０〜８０％の収率を得るための反応時間が２０時間、後者は、２８．５時間と反応性が悪く、とても工業レベルとして利用できるものではない。
そこで、前記Ｗａｃｋｅｒ反応を、アクリル酸またはそのエステルに替えてアクリルアミドに適用すれば、アクリル酸またはそのエステルから得られる生成物をわざわざアミド化しなくても、直接、一段階で、３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドを得ることができると考えられるがこれに関する報告はされていない。これは、前記アクリル酸またはそのエステルを用いた場合でも、反応速度が非常に遅いという欠点があるが、アクリル酸アミドの場合は、基質の２重結合部の電子状態や、アミド基のＰｄへの配位による阻害などから、さらに反応性が低下すると推測される。これは工業的に致命的な欠陥である。
【０００６】
【特許文献１】
特表平６−５０３０９１号公報
【非特許文献２】
「オーガニック　レター（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒ）」，（米国），２００２年，第４巻，第１３号，ｐ．２１８５
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
本発明は、アクリルアミド類から一段階で３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドを効率的に高選択率で製造することのできる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、これらの反応について詳細に検討したところ、かかる問題点を解決すべく鋭意検討を加えた結果、パラジウム−銅−鉄という触媒系とすることにより、原料としてアクリルアミド類を用いた場合でも、選択性よく酸化反応が進行し、有機中間体として有用な３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドを一段階で高転化率・高選択的に製造できることを見出し、工業的に適用可能な製造方法を完成するに至った。本発明におけるこの触媒系は、パラジウム−銅触媒系と比較して、毒性もなく、安価で、また高い選択性を与える。
【０００９】
即ち本発明の要旨は、アクリルアミド類を、触媒として、パラジウム、銅および鉄の存在下、酸素およびアルコールと反応させることを特徴とする、３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの製造方法、に存する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の詳細について説明する。
本反応では、アクリルアミド類は、パラジウム、銅および鉄を成分して含有する触媒の存在下に、酸素およびアルコールと反応させ、原料の２重結合部分が酸化され、３位部分がアセタールに変換された化合物を得る。
【００１１】
アセタールの形でアルデヒドを得ることは、酸素による追酸化を受けない利点がある。従って、得られる化合物は、例えば、原料としてアクリルアミドとメタノールを用いた場合は、３，３−ジメトキシプロピオン酸アミドを生成物として得る。
【００１２】
＜アクリルアミド類＞
原料であるアクリルアミド類は、ＣＲ^１Ｒ^２＝ＣＲ^３ＣＯＮＲ^４Ｒ^５、の構造を有するものであれば制限されない。ここで、Ｒ^１〜Ｒ^５はそれぞれ水素原子，メチル基、エチル基、イソプロピル基、等の炭素数１〜２３のアルキル基，メトキシ基、エトキシ基等の炭素数１〜２３のアルコキシ基，フェニル基、ナフチル基などの炭素数６〜２２のアリール基であり、これらの炭素原子に結合する水素原子は，塩素、臭素等のハロゲン原子やニトロ基などで置換されていても良く、また縮合環を形成していても良い。
【００１３】
具体的な化合物としては、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ―イソプロピルアクリルアミド、などが挙げられる。これらアクリルアミドと共に、アクリル酸類、アクリル酸エステル類を併用しても良い。これらアクリル酸、アクリル酸エステルは、相当する３，３−ジアルコキシプロピオン酸、３，３−アルコキシプロピオン酸エステルに変換される。
【００１４】
反応系中のこれら原料の存在量は、下限が通常１ＶＯＬ％以上、好ましくは５ＶＯＬ％以上であり、上限が通常９９ＶＯＬ％以下、好ましくは５０ＶＯＬ％以下の範囲で選ぶことができる。
これらの原料の中には、熱等により重合したり、ラジカル自動酸化を起こしやすいものが含まれる。そのような場合は、ヒドロキノン、フェノチアジンなどのラジカル補足剤、重合禁止剤などを系中に加えるとよい。
【００１５】
＜アルコール＞
反応に使用するアルコールについては、特に制限はない。中でも鎖状の脂肪族炭化水素アルコールが好ましい。炭素数は、下限が通常１以上であり、通常炭素数２０以下、好ましくは１５以下、より好ましくは１０以下であり、少ない方が好ましい。
【００１６】
このようなアルコールとしては具体的には、メタノール、エタノール、２−プロパノール等の１価アルコール、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール等の２価アルコールなどが例示されるが、１価アルコールが好ましく、メタノールが最も好ましい。
反応系中のアルコールの存在量は、反応容積全体に対して、下限が通常１ＶＯＬ％以上、好ましくは５ＶＯＬ％以上であり、上限が通常９９ＶＯＬ％以下、好ましくは８０ＶＯＬ％以下の範囲である。
【００１７】
アクリルアミド類とアルコールとの反応開始時における反応系中のモル比は、特に限定されるものではないが、アクリルアミド類の１モルに対し、アルコールが、下限が通常１モル以上、好ましくは１．２モル以上であり、上限が通常１００モル以下、好ましくは９５モル以下、更に好ましくは９０以下である。
【００１８】
＜触媒＞
本発明は、触媒成分としてパラジウム、銅及び鉄を含有する触媒を用いることを特徴とする。
触媒としては、均一系でも不均一系でもよい。これらパラジウム、銅、鉄の化合物としては、市販のもの等多くが知られており、それらの中の任意の化合物を使用することができる。
例えば、パラジウム化合物としては、塩化パラジウム、臭化パラジウム等のハロゲン化パラジウム、Ｎａ_２ＰｄＣｌ_４，Ｌｉ_２ＰｄＣｌ_４等のパラデート、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、酢酸パラジウム、トリフロロ酢酸パラジウム、パラジウムアセチルアセトナート等の無機酸または有機酸のパラジウム塩、酸化パラジウム、水酸化パラジウム等の無機パラジウム、更にはこれらの金属塩から誘導される塩基の配位した化合物、例えば、ＰｄＣｌ_２（ＣＨ_３ＣＮ）_２，　　ＰｄＣｌ_２（ＰＨＣＮ）_２，ＰｄＣｌ_２（ＰＰＨ_３）_２，Ｐｄ（ＥＮ）_２Ｃｌ_２，Ｐｄ（ＰＨＥＮ）Ｃｌ_２等があるが、これらに限定されるものではない（ここでＥＮ：エチレンジアミン、ＰＨＥＮ：１，１０−フェナントロリンを表す）。これらの中でも反応混合物に可溶なものが好ましく、Ｎａ_２ＰｄＣｌ_４，Ｌｉ_２ＰｄＣｌ_４等のパラデート、ＰｄＣｌ_２（ＣＨ_３ＣＮ）_２，　　ＰｄＣｌ_２（ＰＨＣＮ）_２が好適に用いられる。
【００１９】
銅化合物としては、例えば、塩化銅（Ｉ）、塩化銅（ＩＩ）等の塩化物、臭化銅（Ｉ）、臭化銅（ＩＩ）等の臭化物、硫酸銅、硫酸銅、硝酸銅、硝酸銅等の無機酸塩、酢酸銅、酢酸銅、シュウ酸銅、シュウ酸銅、ギ酸銅、アセチルアセトン銅等の各種の塩又は配位化合物の形態で反応に供することができ、中でも塩化銅（Ｉ）、塩化銅（ＩＩ）が好ましい。
【００２０】
鉄化合物としては、例えば、塩化鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）等の塩化物、臭化鉄（ＩＩ）、臭化鉄（ＩＩＩ）等の臭化物、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩＩ）等の無機酸塩、酢酸鉄（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）、ギ酸鉄、アセチルアセトン鉄等の各種の塩又は配位化合物の形態で反応に供することができ、中でも塩化鉄（ＩＩＩ）が好ましい。
【００２１】
パラジウムの濃度は、全反応液重量に対して、［Ｐｄ］として、下限が通常０．００１重量％以上、好ましくは０．０１重量％以上であり、上限が通常１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の範囲から選ぶことができる。反応液中の鉄、銅の濃度はパラジウムに対する相対濃度で記述することができる。鉄及び銅の存在量をパラジウムに対するモル比で表すと、各々下限が通常０．０１以上、好ましくは０．１以上であり、上限が通常１００以下、好ましくは１０以下の範囲で選ぶことができる。
【００２２】
＜添加物＞
本反応においては、反応系中にハロゲンイオン、特にはＣｌイオン又はＢｒイオンを存在させることが好ましい。ここで「イオン」とは、反応系中において、解離したイオンの形態であってもよいし、解離せずに塩の形態であってもよい。ハロゲンイオンを存在させる方法としては、触媒として用いるパラジウム、銅、鉄から選ばれる少なくとも一種の原料化合物として塩化物や臭化物等のハロゲン塩を用いることが望ましい。また、これとは別に反応系中にハロゲン化合物を添加することもできる。ハロゲン化合物としては、ＮａＣｌ，ＬｉＣｌ，ＳｎＣｌ２等の無機塩を用いることができる。これらのハロゲンイオンの反応系中の存在量はＰｄに対する相対濃度で記述することができる。即ち［Ｃｌ　ａｎｄ／ｏｒ　Ｂｒ］／［Ｐｄ］（モル比）の下限が通常、０．１以上、好ましくは０．３以上であり、上限が通常、１００以下、好ましくは５０以下である。
【００２３】
＜溶媒＞
反応させるアルコールを溶媒として過剰に用いることもできるが、アルコールとは別の溶媒を加えてもよい。別の溶媒としては、芳香族、脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素等が挙げられる。
その添加量に特に制限はないが、アルコール及び原料の合計に対して下限が通常、０．０５重量％以上、さらに好ましくは０．１重量％以上であり、上限は、原料が、反応混合物全体の体積の通常１重量％以上、好ましくは５重量％以上になるまでの添加量である。
【００２４】
＜反応温度＞
一般的には本反応は、０℃以上２００℃以下の温度領域で行うことが好ましい。特に１０℃以上１００℃以下の温度において、経済的にも有利な反応速度を得ることができる。
＜反応圧力＞
酸素の分圧は、０．０１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の範囲が好ましい。可能であれば０．０５ＭＰａ以上５ＭＰａであることが好ましいが、安全性、経済性の観点から適切な圧力が選択される。
【００２５】
＜反応方法＞
反応は一般的な酸化の方法に従って行うことができる。触媒の各成分が溶液状態で存在する場合は、回分反応器により特定の反応時間、酸素を含むガスと接触させて酸化反応を進行させることもできるし、連続相反応器により、連続的に供給して酸化反応を進行させることができる。酸素の供給は、酸素を含有するガスを攪拌翼によって細かい気泡とする手法、反応器の内側に邪魔板を設け酸素ガスを細かい気泡とする手法、ノズルより高線速で系中に噴霧するといった手法により、反応溶液系への酸素の溶解に有効な手法を採用することができる。
【００２６】
本発明の反応により、反応原料に対応した３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドが得られる。
＜反応液の処理＞
反応後の反応液は、加圧状態にある場合には、圧力をある程度解放し、低圧化させてもよい。
【００２７】
触媒成分、水及び副成物から目的生成物の分離は、一般の操作方法、例えば、蒸留分離、抽出分離、晶析分離、沈降分離、濾別分離などを用いることができる。
また、分離によって生じた副成物、もしくは副成物を含む多価アルコールを再び反応器に戻すこともできる。
【００２８】
以上は、本発明の基本となる構成要素について述べたが、これらの構成要素は効率的な３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの合成に好適な条件であり、これらに加えて更に、別の成分を加えて活性及び反応性を上げることも可能である。即ち、酸化反応の促進効果のある添加剤、例えば、銅化合物、アルカリ、アルカリ土類金属及び希土類等の化合物の添加、ラジカルトラップ剤による副反応の抑制、溶液中の溶存酸素濃度を上げる為の溶媒の使用、超臨界流体の使用、機械的な攪拌強度の向上、活性成分を固定化して、触媒成分の分散性を向上させるといった手法であっても、上述した本発明の触媒成分を含む限りにおいては本発明の枠内にある。
【００２９】
【実施例】
以下に実施例により本発明の態様を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。
実施例１
ＰｄＣｌ_２（ＣＨ_３ＣＮ）_２、ＣｕＣｌおよびＦｅＣｌ_３の各々１ｍｍｏｌをメタノール１００ｍｌに溶解し、アクリルアミド１４．２ｇを添加し、これを２５０ｍｌのオートクレーブに投入した。酸素置換した後、０．８ＭＰａの酸素圧とし、１５℃で１５時間攪拌した。この間、消費された酸素を供給して０．８ＭＰａを保ちつづけた。反応後のＧＣ分析では原料は消失していた。反応混合物を冷却後、取り出し、メタノールを２０℃で減圧下に留去し、反応混合物として２７．１ｇの生成物を得た。その後、塩化メチレン３００ｍｌを加え３０分攪拌した後、シリカ約５ｇをつめた簡易カラムを通し、さらに５０ｍｌの塩化メチレンを流した後にこれを合わせ、塩化メチレンを留去し、２２．８ｇの生成物を得た。ＮＭＲで確認したところ、３，３−ジメトキシプロピオン酸アミドであり、収率は８６％であった。
【００３０】
実施例２
Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド２０ｇを用い、実施例１同様の方法で反応した。メタノール留去後の反応混合物は、３４．９ｇであり、カラム精製後の生成物は３，３−ジメトキシプロピオン酸Ｎ，Ｎ−ジメチルアミド２９．９ｇであり、収率は９３％であった。
【００３１】
実施例３
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド２１．９ｇを用い、実施例１同様の方法で反応した。メタノール留去後の反応混合物は、３３．８　ｇであり、カラム精製後の生成物は、３，３−ジメトキシプロピオン酸Ｎ−イソプロピルアミド２５．６ｇであり、収率は７５％であった。
【００３２】
実施例４
ＰｄＣｌ_２（ＣＨ_３ＣＮ）_２、ＣｕＣｌおよびＦｅＣｌ_３の各々０．１ｍｍｏｌをメタノール２０ｍｌに溶解し、アクリルアミド１．４２ｇを添加し、これをオートクレーブに投入した。酸素置換した後、０．７ＭＰａの酸素圧とし、６５℃で１時間攪拌した。この間、消費された酸素を供給して０．７ＭＰａを保ちつづけた。反応混合物を冷却後、取り出し、メタノールを２０℃で減圧下に留去した後、塩化メチレン６０ｍｌを加え３０分攪拌した後、シリカ約５ｇをつめた簡易カラムを通し、さらに１０ｍｌの塩化メチレンを流した後にこれを合わせ、塩化メチレンを留去し、１．９９ｇの生成物を得た。ＮＭＲで確認したところ、３，３−ジメトキシプロピオン酸アミドであり、収率は７５％であった。
【００３３】
比較例１〜３
実施例１〜３に記載の方法で、塩化鉄を添加しない以外はすべて同じ方法で反応を行った。その結果、反応後の溶液にパラジウムブラックの沈殿が見られた。沈殿したパラジウムブラックの量は、仕込みのパラジウム量の９０％であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドを一段階で効率よく製造することができる。

Claims

アクリルアミド類を、触媒として、パラジウム、銅および鉄の存在下、酸素およびアルコールと反応させることを特徴とする、３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの製造方法。
反応系中に、ハロゲンイオンをパラジウム原子１モルに対し、０．１モル以上１００モル以下の範囲で含有する、請求項１に記載の３，３−ジアルコキシプロピオン酸アミドの製造方法。