JP2004113049A

JP2004113049A - 常温溶融塩中での生体触媒によるエステル交換反応方法

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Publication number: JP2004113049A
Application number: JP2002278567A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ito; 伊藤　敏幸; Yoshihisa Tsuji; 辻　嘉久
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】ハロゲン原子を有しない常温溶融塩を用い、生体触媒の存在下に効率よくエステル交換反応を行う方法を提供すること。
【解決手段】エステル交換反応を触媒する生体触媒を用い、常温溶融塩中で、アルコールに対してアシルドナーによりエステル交換反応を行うに際し、常温溶融塩として一般式（Ｉ）で示されるイミダゾリウム塩からなる常温溶融塩を用い、かつアシルドナーとしてカルボン酸エステルを用いることを特徴とするエステル交換反応方法。
【化１】

（式中、各記号は明細書中で定義したとおりである）
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常温溶融塩中での生体触媒によるエステル交換反応方法に関する。本発明は、効率よくエステル化合物を製造し得るエステル交換反応方法を提供するものであり、生体触媒の再使用が可能であるという利点を有し、各種エステル化合物の製造方法として有用である他、ラセミ体アルコールの光学分割方法などとして応用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、室温で液状の塩であり、蒸気圧がほぼ０であり、高温下においても蒸発しない常温溶融塩の物理的・化学的特徴に着目し、常温溶融塩中で生体触媒によるエステル交換反応を行う試みがなされており、例えば、（１）常温溶融塩として、一般式
【０００３】
【化２】

【０００４】
（式中、Ｘ^１　は、ＰＦ_６　、ＢＦ_４　、ＣＦ_３　ＣＯＯ、ＣＦ_３　ＳＯ_３　またはＳｂＦ_６　を表す。）で示されるイミダゾリウム塩からなる常温溶融塩を用い、アシルドナーとして酢酸ビニルを用いる方法（非特許文献１参照）、（２）常温溶融塩として、一般式
【０００５】
【化３】

【０００６】
（式中、Ｘ^２　は、ＰＦ_６　またはＢＦ_４　を表す。）で示されるイミダゾリウム塩からなる常温溶融塩を用い、アシルドナーとしてブタン酸エチルを用いる方法（非特許文献２参照）などが知られている。
【０００７】
【非特許文献１】
ケミストリー・レターズ（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．）、２００１年、２６２頁、テーブル１
【非特許文献２】
オルガニック・レターズ（Ｏｒｇ．Ｌｅｔｔ．）、２０００年、２巻、４１９０頁、図２および表１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法（１）および（２）では、いずれも使用される常温溶融塩にハロゲン原子が含まれる。したがって、それらの常温溶融塩の製造には環境負荷が避けられない。
【０００９】
本発明の目的は、ハロゲン原子を有しない常温溶融塩を用い、生体触媒の存在下に効率よくエステル交換反応を行うことができ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、生体触媒を用いるエステル交換反応の反応媒体として常温溶融塩を用いる検討を行った結果、該反応に適用でき、しかもハロゲン原子を有しない常温溶融塩を見出し、本発明に至った。
【００１１】
本発明は、エステル交換反応を触媒する生体触媒を用い、常温溶融塩中で、アルコールに対してアシルドナーによりエステル交換反応を行うに際し、常温溶融塩として一般式（Ｉ）
【００１２】
【化４】

【００１３】
（式中、Ｒ^１　およびＲ^２　はそれぞれ水素原子または置換基を有していてもよいアルキル基を表し、Ｒ^３　は置換基を有していてもよいアルキル基または置換基を有していてもよいアリール基を表す。）
で示されるイミダゾリウム塩［以下、これをイミダゾリウム塩（Ｉ）と称する］からなる常温溶融塩を用い、かつアシルドナーとしてカルボン酸エステルを用いることを特徴とするエステル交換反応方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記の一般式（Ｉ）において、Ｒ^１　およびＲ^２　がそれぞれ表すアルキル基としては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、例えばメチル基、エチル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基などが挙げられる。これらのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのアルコキシ基が挙げられる。Ｒ^３　が表すアルキル基としては、炭素数１〜６のアルキル基が好ましく、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ｎ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などが挙げられる。これらのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、メチル基、エチル基などのアルキル基、フェニル基、ナフチル基などのアリール基；メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのアルコキシ基が挙げられる。また、Ｒ^３　が表すアリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。これらのアリール基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、メチル基、エチル基などのアルキル基；フェニル基、ナフチル基などのアリール基；メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのアルコキシ基が挙げられる。
【００１５】
イミダゾリウム塩（Ｉ）としては、例えば、イミダゾリウムカチオン、Ｎ−メチルイミダゾリウムカチオン、Ｎ−エチルイミダゾリウムカチオン、Ｎ−エチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムカチオン、Ｎ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムカチオンなどのイミダゾリウムカチオンと、メチルスルホナート、エチルスルホナート、プロピルスルホナート、ブチルスルホナート、ベンジルスルホナート、フェネチルスルホナート、メトキシメチルスルホナート、メトキシエチルスルホナート、エトキシメチルスルホナート、エトキシエチルスルホナート、ベンジルオキシメチルスルホナート、ベンジルオキシエチルスルホナートなどのアニオンからなる塩が挙げられる。これらの中でも、原料の入手性、製造の容易さを考慮すれば、Ｎ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムエトキシエチルスルホナート、Ｎ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムフェネチルスルホナートが好ましい。常温溶融塩の使用量は、特に制限されないが、反応の効率、操作性、経済性などを考慮すれば、アルコールに対して１〜５０倍重量の範囲であるのが好ましい。
【００１６】
エステル交換反応を触媒する生体触媒としては、例えばＮｏｖｏｚｙｍ４３５（Ｎｏｖｏ　Ｎｏｒｄｉｓｋ　Ｂｉｏｉｎｄｕｓｔｒｙ社製）、リパーゼＡＹ（天野エンザイム株式会社製）、リパーゼＭＹ（名糖産業株式会社製）などのキャンディダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；リパーゼＱＬ（名糖産業株式会社製）などのアルカリジェネス（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；リパーゼＰＳ（天野エンザイム株式会社製）などのシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；リパーゼＡ（天野エンザイム株式会社製）などのアスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；リパーゼＭ（天野エンザイム株式会社製）などのムコール（Ｍｕｃｏｒ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；リパーゼＮ（天野エンザイム株式会社製）などのリゾプス（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；リパーゼＧ（天野エンザイム株式会社製）、リパーゼＲ（天野エンザイム株式会社製）などのペニシリウム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；トヨチーム（ＬＩＰ社製）などのバチラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属に属する微生物が生産するリパーゼ；豚肝臓由来のエステラーゼ（シグマ社製）などが挙げられる。これらの生体触媒は、精製したものでも、未精製のものでもよく、担体に固定化されたものでもよい。担体としては、例えば、Ｔｏｙｏｎｉｔｅ（東洋電化工業株式会社製）などのセラミック；シリカアルミナ、アルミナ、シリカゲル、チタニア、セライト、モレキュラーシーブ、活性炭などの無機多孔質体；ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ナイロンなど樹脂が挙げられる。また、エステル交換活性を有する微生物菌体をそのまま、あるいはホモジネートして使用することも可能である。生体触媒の使用量は、基質となるアルコールに対して０．０１〜２００重量％の範囲となるような量を選択するのが好ましく、０．１〜１００重量％の範囲となるような量を選択するのがより好ましい。
【００１７】
基質となるアルコールとしては、上記の常温溶融塩に可溶であり、かつ、上述の生体触媒の基質となるもので、反応条件下に留去されないようなものであれば特に制限はなく、例えば脂肪族または芳香族の１級または２級アルコールなどが使用できる。アルコールの使用量は特に制限されない。
【００１８】
カルボン酸エステルとしては、カルボン酸アルキルエステルを用いるのが好ましく、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ビニル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ビニル、吉草酸メチル、吉草酸エチル、ヘキサン酸メチル、ヘキサン酸エチル、ヘプタン酸メチル、ヘプタン酸エチル、オクタン酸メチル、オクタン酸エチル、フェノキシ酢酸メチル、フェノキシ酢酸エチル、フェニルチオ酢酸メチル、フェニルチオ酢酸エチル、ナフトキシ酢酸メチル、ナフトキシ酢酸エチルなどが挙げられる。カルボン酸エステルの使用量は、基質となるアルコールに対して１〜１０当量の範囲であるのが好ましく、１〜３当量の範囲であるのがより好ましい。
【００１９】
反応温度は、用いる生体触媒の最適温度にもよるが、一般に２５〜４０℃の範囲で実施するのが好ましい。
【００２０】
反応は、生体触媒を加えた常温溶融塩中に、アルコールおよびアシルドナーを加えて、所定温度および所定圧力下で撹拌しながら行うが、必要に応じて常圧下または減圧下に、副生するアルコールを留去しながら行うことによりエステル交換効率を高めることが可能である。
【００２１】
このようにして得られたエステル化合物は、通常の有機化合物の単離・精製に用いられる方法により単離・精製することができる。例えば、反応混合物をジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類；酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステル類などの有機溶媒を用いて抽出し、得られた有機層を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、再結晶、蒸留などにより単離・精製する。
【００２２】
生体触媒を再使用する方法としては、上記の反応混合物から生成物であるエステル化合物を有機溶媒で抽出し、抽出されずに残った混合物（抽出残渣）から、少量含まれる抽出溶媒を減圧留去し、得られる残渣にアルコールおよびアシルドナーを加えて、所定温度および所定圧力で攪拌しながら反応を行うのが好ましい。上記の抽出残渣には生体触媒および常温溶融塩が含まれる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら制限されるものではない。
【００２４】
参考例１
Ｎ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムエトキシエチルスルホナートの調整法
２−エトキシエタノール６７．６ｇ（０．７５ｍｏｌ）とアミド硫酸７２．８ｇ（０．７５ｍｏｌ）の混合物を１３５℃で２時間撹拌した後、放冷し、エトキシエトキシスルホン酸アミド１３４．０ｇを得た。収率９５％。
【００２５】
ブチルメチルイミダゾリウムクロリド７０．０ｇ（０．４０ｍｏｌ）とエトキシエトキシスルホン酸アミド８２．６ｇ（０．４４ｍｏｌ）の混合物にアセトン２００ｍｌを加えて溶解し、室温で２４時間撹拌した後、生じた塩化アンモニウムを、セライトを敷いたグラスフィルターで濾過し、濾取した塩化アンモニウムをアセトンで洗浄し、次いでトルエンで洗浄した。濾液を中性アルミナカラムに通した後、濾液に活性炭１ｇを加え、加温して撹拌し、セライトを敷いたグラスフィルターで活性炭を除去した。濾液をエバポレータで減圧濃縮した後、さらに６０℃、２ｔｏｒｒで６時間減圧し、溶媒を完全に除去し、淡黄色油状物として、下記の物性値を有するＮ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムエトキシエチルスルホナート（［ｂｍｉｍ］ＥｔＯＣＨ_２　ＣＨ_２　ＯＳＯ_３　）を１１８．８ｇ得た。収率９５％。
【００２６】
^１Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，ＣＤＣｌ_３　，ＴＭＳ）δ：０．９５（３Ｈ，ｔ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），１．１５（３Ｈ，ｔ，Ｊ＝６．９Ｈｚ），１．２０−１．４０（２Ｈ，ｍ），１．８０−１．８９（２Ｈ，ｍ），３．５１（２Ｈ，ｑ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），３．６８（２Ｈ，ｄｄ，Ｊ１＝４．９，Ｊ２＝２．３Ｈｚ），４．００（３Ｈ，ｓ），４．１５（２Ｈ，ｔ，Ｊ＝４．０Ｈｚ），４．２３（２Ｈ，ｔ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），７．４１（２Ｈ，ｄ，Ｊ＝２６．７Ｈｚ），９．４３（１Ｈ，ｓ）
【００２７】
実施例１
撹拌子を備えた内容量３０ｍｌの二口フラスコに、リパーゼ（商品名　Ｎｏｖｏｚｙｍ４３５（Ｎｏｖｏ　Ｎｏｒｄｉｓｋ　Ｂｉｏｉｎｄｕｓｔｒｙ社製））２５ｍｇおよびＮ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムエトキシエチルスルホナート（［ｂｍｉｍ］ＥｔＯＣＨ_２　ＣＨ_２　ＯＳＯ_３　）１．５ｍｌを入れ、さらにラセミ体３−ヒドロキシ−５−フェニル−１−ペンテン４９．０ｍｇ（０．３０ｍｍｏｌ）および酢酸ビニル３８．７ｍｇ（０．４５ｍｍｏｌ）を加えた後、３５℃で２４時間撹拌した。得られた反応混合物をジエチルエーテル３ｍｌで抽出し、さらにヘキサン／酢酸エチル＝２：１（３ｍｌ）で３回抽出した後、有機層をまとめて減圧濃縮し、濃縮液からシリカゲル薄層クロマトグラフィーにより、（Ｓ）−３−アセトキシ−５−フェニル−１−ペンテン１４．０ｍｇ（収率２３％、＞９９％ｅｅ）と未反応基質（Ｒ）−３−ヒドロキシ−５−フェニル−１−ペンテン３１ｍｇ（収率６２％、３０％ｅｅ）をそれぞれ単離した。（Ｒ）−３−ヒドロキシ−５−フェニル−１−ペンテンおよび（Ｓ）−３−アセトキシ−５−フェニル−１−ペンテンのエナンチオマー過剰率はキラルカラムによるキャピラリーガスクロマトグラフィーで算出した。
【００２８】
実施例２
実施例１において、常温溶融塩としてＮ−ブチル−Ｎ’−メチルイミダゾリウムフェネチルスルホナート（［ｂｍｉｍ］Ｃ_６　Ｈ_５　ＣＨ_２　ＣＨ_２　ＯＳＯ_３　）１．５ｍｌを使用した以外は同様にして反応を行い、（Ｓ）−３−アセトキシ−５−フェニル−１−ペンテン１４．３ｍｇ（収率２３％、＞９９％ｅｅ）と未反応基質（Ｒ）−３−ヒドロキシ−５−フェニル−１−ペンテン３１．２ｍｇ（収率６２％、３０％ｅｅ）をそれぞれ単離した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、ハロゲン原子を有しない常温溶融塩を用い、生体触媒の存在下に効率よくエステル交換反応を行うことができる。ハロゲン原子を有しない常温溶融塩を使用することにより、機器腐食の懸念がなく、環境に負荷を与えることがない。また、該常温溶融塩を製造する際にも、環境負荷を考慮する必要はない。さらに、本発明において、常温溶融塩は生体触媒などから反応系内に混入する水分により加水分解を受けることがなく、長期安定性に優れ、しかも生体触媒の再使用が可能となる。

Claims

エステル交換反応を触媒する生体触媒を用い、常温溶融塩中で、アルコールに対してアシルドナーによりエステル交換反応を行うに際し、常温溶融塩として一般式（Ｉ）

（式中、Ｒ^１　およびＲ^２　はそれぞれ水素原子または置換基を有していてもよいアルキル基を表し、Ｒ^３　は置換基を有していてもよいアルキル基または置換基を有していてもよいアリール基を表す。）
で示されるイミダゾリウム塩からなる常温溶融塩を用い、かつアシルドナーとしてカルボン酸エステルを用いることを特徴とするエステル交換反応方法。