JP2004155666A - エラグ酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高収率、短時間でエラグ酸を製造する方法を提供する。
【解決手段】没食子酸エステルを酸化カップリング反応させ、次い酸処理を行うことによりエラグ酸を合成するにあたり、該酸化カップリング反応を周期表５〜１１族から選ばれる金属元素を含有する化合物の存在下、ｐＨ７以上の条件で行うエラグ酸の製造方法。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエラグ酸の製造方法に関する。詳しくは、没食子酸エステルを出発原料としてエラグ酸を高収率で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】
エラグ酸は、抗酸化剤、抗ガン剤、美白用化粧品の有効成分など用途があり有用な化合物である。一般には、エラグタンニンの加水分解、酸化により製造されているが、その原料であるタンニンの抽出効率が低いことから高価なものとなっている。一方、没食子酸エステルの酸化カップリング、及びそれに続く酸処理によりエラグ酸を合成できることは、非常に古くから知られている。例えば、炭酸水素ナトリウムもしくはアンモニアの存在下に没食子酸メチルを空気で酸化し、さらに酸性で処理することによりエラグ酸が得られることが報告されている（非特許文献１参照）。この方法により得られるエラグ酸の収率は非常に低い。また、アンモニア水中で没食子酸メチルを空気酸化及び酸処理してエラグ酸を得る方法が開示されているが、室温で２日間の反応を行った結果、収率は最大５０％となっており、工業的に実施可能なレベルではない（非特許文献２参照）。
【０００３】
更に、炭酸水素ナトリウム水溶液中で、室温、４０時間で空気酸化を行っている例があるが、収率は４０〜５０％にとどまっている（非特許文献３参照）。
また同じ文献に、没食子酸メチルを出発物質とし、塩化鉄の存在下に酸化カップリングを行う方法が開示されている。しかしながらこの方法では、収率を向上させるため、原料である没食子酸メチルに対し４倍量の塩化鉄を使用している。そのため反応器の腐食等の問題から通常のステンレスなどの汎用反応器は使用できないばかりか、鉄イオンを生成物のエラグ酸から除去するのも困難である。またこの反応はラジカル反応であることから、大量の塩化物イオンの投入は、生成物のクロル化などの副成物を増加させる結果となる。その上、ここでは５日間という長時間の反応を行っているが、収率は１６％と非常に低い。
【０００４】
さらに同文献には、鉄を活性中心とするペルオキシターゼを添加する方法も記載されているが、酸化剤として過酸化水素水を用いなければならず、また２６時間の反応時間で、３２％という低収率にとどまっている。
【０００５】
【非特許文献１】
「リービクス アナーレン デア ゲミ」（Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ）、（独国）、１８７１年、第１５９号、ｐ．３２
【非特許文献２】
「モナッヘフテ フゥアー ゲミ」（Ｍｏｎａｔｓｈｅｆｔｅ ｆｕｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ）、（独国）、１９０８年、第２９号、ｐ．２７７
【非特許文献３】
「リービクス アナーレン デア ゲミ」（Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ）、（独国）、１９８４年、Ｐ．９２９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の方法ではいずれも収率が低く、５０％以下にとどまっている。また反応時間が４０時間などと非常に長く、実用的ではない。
本発明の目的は、少量の触媒量で酸化カップリング反応の効率を高め、且つ反応時間を短縮化することのできる、効率的なエラグ酸の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はかかる問題点を解決すべく鋭意検討を行った結果、塩化鉄等の触媒系を用いた従来の方法によっても収率が向上しないのは、この反応系では、反応原料の組合せにより反応系の液性が、酸性側となることから、系内のｐＨが酸性側となっており、この条件下では酸化カップリング反応が効率的に起こりにくいことに知見し、また、従来酸性条件下で用いられていた金属化合物触媒系では反応系内のｐＨを従来とは異なる液性の反応系とすることにより、反応効率を格段に向上させることを見出し、工業的に適用可能なエラグ酸の合成方法を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の要旨は、没食子酸エステルを酸化カップリング反応させ、次い酸処理を行うことによりエラグ酸を合成するにあたり、該酸化カップリング反応を周期表５〜１１族から選ばれる金属元素を含有する化合物の存在下、ｐＨ７以上の条件で行うことを特徴とするエラグ酸の製造方法、に存する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法において、出発原料は没食子酸エステルを用いる。
エステル部分は特に限定されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数２３以下のアルコキシ基であり、このアルコキシ部分には、炭素数１〜２２のアルコキシ基、フェニル基等の炭素数６〜２２のアリール基、クロロ基、フ゛ロモ基等のハロケ゛ン基、ニトロ基等の置換基が１つ以上存在しても構わない。具体的には、没食子酸メチル、没食子酸エチル、没食子酸プロピル等が好ましく用いられる。
【００１０】
反応系中の没食子酸エステルの存在量は、反応系全体に対し、通常１ｖｏｌ％以上、好ましくは５ｖｏｌ％以上であり、また通常９９ｖｏｌ％以下、好ましくは５０ｖｏｌ％以下の範囲で選ぶことができる。但し反応生成物が沈殿として生じる場合は、原料濃度が高すぎると攪拌が難しくなる傾向があり、そのような場合は希薄な溶液、例えば５ｖｏｌ％以下で行うことが好ましい。
【００１１】
本発明においては、没食子酸エステルの酸化カップリング反応時に、周期表５〜１１族に属する金属元素を含有する化合物を触媒として使用する。具体的な金属元素としては、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、銅、銀が挙げられ、特に、マンガン、コバルト、鉄の少なくとも１種を含有するものが好ましい。最も好ましい金属元素はマンガン、コバルトである。この場合の触媒は均一系でも不均一系でもよい。これらの金属化合物としては、塩化物、臭化物等の金属塩化物、硫酸塩、硝酸塩等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩等が代表的である。具体的には、コバルト化合物の例を挙げると、塩化コバルト（ＩＩ）、塩化コバルト（ＩＩＩ）等の塩化物、臭化コバルト（ＩＩ）、臭化コバルト（ＩＩＩ）等の臭化物、硫酸コバルト（ＩＩ）、硫酸コバルト（ＩＩＩ）、硝酸コバルト（ＩＩ）、硝酸コバルト（ＩＩＩ）等の無機酸塩、酢酸コバルト（ＩＩ）、酢酸コバルト（ＩＩＩ）、シュウ酸コバルト（ＩＩ）、シュウ酸コバルト（ＩＩＩ）、ギ酸コバルト、アセチルアセトンコバルト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る。
【００１２】
上記周期表５〜１１族から選ばれる金属元素の使用量の上限値は、没食子酸エステルに対し通常、当量以下、好ましくは０．１当量以下である。下限値は、没食子酸エステルに対し、通常、０．００００１当量以上、好ましくは、０．０００１以上である。
また、触媒の濃度は、一般的に低濃度であることが経済的な観点では好ましいが、生産性という観点では、反応速度が触媒濃度に対して負の相関が無い領域においては、ある程度高濃度化した方が好ましい。これらの観点において金属化合物の濃度は、全反応液重量に対して、通常０．００１ｗｔ％以上、好ましくは０．０１ｗｔ％以上、また通常１０ｗｔ％以下、好ましくは５ｗｔ％以下の範囲である。高濃度下条件では、反応速度の濃度依存性が低濃度条件下とは異なる挙動を示し、触媒効率が悪くなる傾向にあるため、経済的な観点から効率的な濃度が選択されるべきである。
【００１３】
本発明において、酸化カップリング反応時の反応溶媒は、ｐＨ７以上で安定なものであれば特に限定されないが、例えば、アルコール類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトン等のケトン類、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられ、原料の没食子酸エステルが可溶なものが好ましい。中でも、アルコール類又はアルコール水溶液が、本発明のｐＨ条件にて安定であり、また後述するｐＨ調節剤を溶解しやすいか又はｐＨ調節剤の水溶液と混和しやすく、更に反応後の生成物が不溶であるので分離が容易になるので好ましい。アルコール類としては、通常、炭素数１〜１０のアルコールが用いられ、中でもメタノールが好ましい。アルコール水溶液の場合、水溶液中のアルコール類の存在量は、反応容積全体に対して、通常１ｖｏｌ％以上、好ましくは５ｖｏｌ％以上であり、また、通常９９ｖｏｌ％以下、好ましくは８０ｖｏｌ％以下の範囲内である。
【００１４】
本発明においては、酸化カップリング反応時の反応系内のｐＨが７以上であることが必要である。ｐＨの上限値は１４、好ましくは１１、特に好ましくは９とするのがよい。下限値は好ましくは７．１、更に好ましくは７．３である。酸化カップリングの際に主として生成する３，３‘，４，４’，５，５‘−ヘキサヒドロキシ−２，２’−ジ安息香酸エステルは、アルカリ性溶液中では、いくらかは、エステル交換反応によりエラグ酸で存在すると思われる。エラグ酸は、アルカリ溶液中では酸化されやすい性質があることが知られており、特に高ｐＨ条件でエラグ酸が溶解した状態では酸化を受け易いので、ｐＨは弱塩基性である方がより好ましい。塩基性条件下で、反応がより効率よく反応するのは、塩基性条件下で、フェノール性水酸基のプロトンを引き抜かれた形の没食子酸エステルアニオンからのラジカル種の発生が、没食子酸エステルそのものよりも容易なため、反応の進行がより効率的になると推測される。
【００１５】
ｐＨが酸性側に偏ると極端に収率が低下する。反応系のｐＨを７以上に調節する手段としては、塩基性の化合物を添加する方法が挙げられる。塩基性の化合物とは具体的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムなどの塩基性固体、アンモニア、アミンなどの有機化合物、陰イオン交換樹脂などの塩基性固体などが挙げられる。中でも、炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウムが好ましい。これら塩基性化合物の添加量は、少量でも効果があるが、好ましくは没食子酸エステルとモル等量以上、さらに好ましくは２倍モル量以上が好ましい。これらのｐＨ調節剤は、反応開始時に一括で添加してもよいし、系内のｐＨを７以上に維持するよう、連続的又は分割して添加してもよい。
【００１６】
反応は塩基性条件で行われるのが好ましいので、反応器の材質としては、ガラスのような塩基に弱いものは避けるべきである。
また、本発明においては、酸素を含有するガスの流通下で酸化カップリング反応を行うことが好ましい。ガス中の酸素濃度には特に制限はないが、通常、１０ｐｐｍ以上であり、経済的な観点からは空気を使用するのが望ましい。
【００１７】
但し、酸素と有機化合物はある温度、ある圧力領域、組成領域において、爆発性混合物を作る可能性があるのでその危険性を回避することが必要である。酸素の分圧は通常０．００１Ｍｐａ以上であれば反応は進行するが、酸素分圧が低いと反応速度が遅くなる傾向があり、触媒の失活が懸念される。好ましい酸素分圧は、温度、触媒濃度との関係で決定する必要があるが、本発明においては、０．００１Ｍｐａ以上であり、上限は１０Ｍｐａ以下とするのが良い。
【００１８】
上記酸化カップリング反応は、一般的な酸化の方法に従って行うことができる。回分反応器により特定の反応時間、没食子酸エステルと必要により酸素を含有するカ゛スとを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、酸素を含有するカ゛ス及び没食子酸エステルを連続的又は間歇的に供給して酸化重合反応を進行させることができる。一方、触媒成分が固定化されている場合においては、前述の液相反応を使用することもできるし、固定床に触媒を充填し、液相状態として対応する没食子酸エステル及び必要により酸素を含有するガスを供給するいわゆるトリクルヘ゛ット゛方式を採用することもできる。
【００１９】
酸素を含有するガスの供給は、酸素を含むカ゛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カ゛スを細かい気泡とする手法、ノス゛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。
反応温度は、通常１０℃以上であれば反応が進行することが確認できるが、本発明の反応の温度依存性は大きいので、より高温が好ましい。しかしながら爆発性混合物の形成条件を回避すること、及び、高温領域で進行しやすくなる副生物の増大は避けるべきことであり、これらの観点から反応温度は選択されるべきであるが、一般的には本酸化カップリング反応は、２０℃以上、好ましくは３０℃以上の温度領域で行う。上限値は通常、１００℃以下、好ましくは８０℃以下とすることにより経済的にも有利な反応速度を得ることができる。
【００２０】
酸化カップリング反応後には、主として３，３‘，４，４’，５，５‘−ヘキサヒドロキシ−２，２’−ジ安息香酸エステルを生じており、これを酸処理することによりエラグ酸を得る。
酸処理は、反応溶液に塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の鉱酸、ヘテロホ゜リ酸等のホ゜リ酸、イオン交換樹脂、セ゛オライト、粘土等の固体酸等の酸を添加して中和すればよく、さらに添加を続けて液性を酸性にしてもよい。酸化カップリング反応時にアンモニア等の有機塩基を用いた場合は、加熱等により塩基を揮発除去した後に酸を添加してもよい。また酸化カップリング反応時に反応溶媒として、酸化カップリング反応生成物が不溶な溶媒もしくは混合溶媒を使用した場合は、酸化カップリング反応後の生成物を濾別した後に酸を添加するか、あるいは濾別した生成物を酸性の溶液に懸濁させる等の処理をしてもよい。
【００２１】
上記のうち、例えば縣濁処理に用いる酸性溶液の量は、通常懸濁溶液の生成物濃度が５〜５０重量％になるように調整すればよく、縣濁時間は、通常１０分〜１時間であるが、さらに長い時間懸濁してもよく、また懸濁処理の際に、超音波を照射させる等の処理を行ってもよい。
その濾別の際には、水等で洗浄した後に酸処理することも可能である。 上記の濾過処理により分離された濾液中の触媒は、反応器にリサイクルして使用することができる。
【００２２】
このようにして得られたエラグ酸は、通常、乾燥処理により精製を行う。精製における圧力は特に限定されないが、常圧、もしくは常圧より低い減圧下が好ましい。乾燥温度は、通常８８℃以上であり、好ましくは１１０℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上である。上限は、窒素雰囲気下では通常、４７０℃以下、好ましくは２２０℃以下であり、空気雰囲気下では、２００℃以下が好ましい。乾燥時間は、選択される乾燥温度にもよるが、例えば常圧、１５０℃の場合、１時間で十分精製することができる。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例により本発明をさら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、これらの実施例によって限定されるものではない。
実施例１
８．５ｇの炭酸水素ナトリウム水溶液２００ｍｌの入った、直径３ｃｍ、高さ３５ｃｍメスシリンダー型の円筒状反応器をウオーターバスに入れ、マグネットスターラーで攪拌しながら３０℃に保った。これに先にガラスフィルター（Ｇ４）を付けたノズルを底から１ｃｍ程度に据え付け、２１ｍｌ／ｍｉｍの流量で空気をバブリングさせた（反応系内はｐＨ８．５、酸素分圧０．０２Ｍｐａ）。これに、Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ５０ｍｇ 及びＣｏ（ａｃａｃ）３ ５０ｍｇを添加し、さらに没食子酸メチル３．７５ｇを２０ｍｌのメタノールに溶解させた溶液を加え、反応を開始した（ｐＨ７．５）。３時間後、攪拌、空気の流通を止めて静置したところ、緑色の沈殿物を得た。これを濾別した後、１０％硫酸水溶液２００ｍｌに１時間懸濁させ、濾別することにより粗エラグ酸を得た。
【００２４】
この粗エラグ酸を５％硫酸水溶液２００ｍｌに１時間懸濁させた後、濾別した。濾別されたエラグ酸を洗液がｐＨ７になるまで洗浄した。さらに、これを水２００ｍｌに懸濁させ、懸洗した後、再び濾別した。これを減圧下６０℃で３時間乾燥させた後、常圧で１５０℃１時間加熱処理をして、精製したエラグ酸２．７９ｇ（収率９１％）を得た。エラグ酸を分析した結果、１３ｐｐｍのコバルトの含有率であった。
【００２５】
実施例２
Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ５０ｍｇ 及びＣｏ（ａｃａｃ）３ ５０ｍｇの代わりに、ＭｎＯ２ １００ｍｇを用いた以外、実施例１と同様の方法で反応を行った。得られたエラグ酸は２．４５ｇ（収率８０％）であった。エラグ酸を分析した結果、１２２ｐｐｍのマンガンの含有率であった。
実施例３
Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ５０ｍｇ 及びＣｏ（ａｃａｃ）３ ５０ｍｇの代わりに、Ｃｕ（Ｃｌ）２ ５０ｍｇ 及びＣｕＣｌ ５０ｍｇを用いた以外、実施例１と同様の方法で反応を行った。得られたエラグ酸は０．７５ｇ（収率２５％）であった。
【００２６】
実施例４
Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ５０ｍｇ 及びＣｏ（ａｃａｃ）３ ５０ｍｇの代わりに、ＦｅＣｌ２ ５０ｍｇ 及びＦｅＣｌ３ ５０ｍｇを用いた以外、実施例１と同様の方法で反応を行った。得られたエラグ酸は０．９９ｇ（収率３２％）であった。
実施例５
空気のバブリングを行わず、また粗エラグ酸を得るための反応時間を１５時間とした以外は、実施例１と同様の方法で反応を行った。得られたエラグ酸は２．７０ｇ（収率８８％）であった。
【００２７】
比較例１
炭酸水素ナトリウムを用いない以外は、実施例２と同様に反応を行った（反応系のｐＨは５．０）。反応時間３時間では、エラグ酸は全く得られなかった。
比較例２
Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ５０ｍｇ 及びＣｏ（ａｃａｃ）３ ５０ｍｇを用いない以外は実施例１と同様の方法で反応を行った、得られたエラグ酸は０．４ｇ（収率１３％）であった。
【００２８】
比較例３
Ｃｏ（ＯＡｃ）２ ５０ｍｇ 及びＣｏ（ａｃａｃ）３ ５０ｍｇを用いない以外は実施例５と同様の方法で反応を行った、得られたエラグ酸は１．２８ｇ（収率４２ ％）であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、没食子酸エステルの酸化カップリン グ反応の効率を高め、反応時間を短縮化することのできるので、非常に 効率的にエラグ酸を製造することができる。

Claims (4)

1. 没食子酸エステルを酸化カップリング反応させ、次い酸処理を行うことによりエラグ酸を合成するにあたり、該酸化カップリング反応を周期表５〜１１族から選ばれる金属元素を含有する化合物の存在下、ｐＨ７以上の条件で行うことを特徴とするエラグ酸の製造方法。
2. 周期表５〜１１族から選ばれる金属元素が、コバルト及び／又はマンガンである、請求項１に記載のエラグ酸の製造方法。
3. 周期表５〜１１族から選ばれる金属元素の使用量が、没食子酸エステルに対し当量以下である、請求項１または２に記載のエラグ酸の製造方法。
4. 酸化カップリング反応時の系内の酸素分圧が０．００１〜１０Ｍｐａである、請求項１〜３のいずれかに記載のエラグ酸の製造方法。