JP2004512332A

JP2004512332A - 高収率でＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法

Info

Publication number: JP2004512332A
Application number: JP2002537729A
Authority: JP
Inventors: キム、ジョン−ス; ジョン、ヒ−ヨン; イ、シーシュン
Original assignee: エス　ケー　コーポレイション
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2004-04-22
Also published as: EP1334093A1; CN1455775A; CN1186337C; EP1334093A4

Abstract

【課題】Ｚｎ−Ａｌ不均一触媒系の存在下、イソフィトール誘導体又はフィトール誘導体とトリメチルヒドロキノン（ＴＭＨＱ）との縮合により高収率でＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明において縮合は、Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒の存在下、ｎ−へプタン溶媒で２〜７時間８０〜１２０℃で行われる。Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒系は、イソフィトール誘導体又はフィトール誘導体とＴＭＨＱとの縮合反応の際の副反応を著しく低減させ得、その結果、高収率で高純度のＤＬ−α−トコフェロールを製造することができる。加えて、前記触媒系は取り扱い及びＤＬ−α−トコフェロールの製造のための連続反応への適用が非常に容易である。これらの利点を持つので、前記触媒系は、工業的規模で高収率で高純度のＤＬ−α−トコフェロールを製造する際に有効に使用することができる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｚｎ−Ａｌ不均一系触媒の存在下、イソフィトール誘導体又はフィトール誘導体とトリメチルヒドロキノン（ＴＭＨＱ）との縮合によってＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法に関するものである。更に特別には、本発明は、Ｚｎ及びＡｌサイトが同時に固着され、従って、高収率を伴うＤＬ−α−トコフェロールの製造に非常に有用な、Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ合成触媒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ここ二三十年にわたり、Ｚｎ（ＩＩ）イオンを金属触媒（ルイス酸触媒）として使用することによりＤＬ−α−トコフェロールを効率よく合成するための多くの努力が払われてきた。一般に、ＤＬ−α−トコフェロールは下記反応式１：
【化３】

で表わされるイソフィトールとトリメチルヒドロキノン（ＴＭＨＱ）との縮合によって製造される。
【０００３】
例えば、米国特許第４，２１７，２８５号明細書は、酸、とりわけ塩酸の存在下でＺｎＣｌ_２とシリカ−アルミナ（又はシリカゲル）とを用いてトルエン又はｎ−ヘキサン溶媒中でＤＬ−α−トコフェロールを合成し、該トコフェロールを収率９９％以上、純度９５％ないし９６％で製造し得る方法を開示している。また、ＢＡＳＦ社の米国特許第４，６３４，７８１号明細書及び同第４，６３９，５３３号明細書は、イソフィトールをトリデシルアミンのようなアミン類と、そしてその後、ＺｎＣｌ_２及びＨＣｌの存在下でＴＭＨＱと反応させてＤＬ−α−トコフェロールを製造する、多少複雑で非効率的なＤＬ−α−トコフェロールの製造方法を開示している。このような場合には、ＤＬ−α−トコフェロールは、収率９５％ないし９８％、純度９４％ないし９５％で製造されると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術は、ＤＬ−α−トコフェロールの純度が平均９５％と比較的低いので、純度を向上させる余地がある。特に、前記ＢＡＳＦ社の特許は、ＤＬ−α−トコフェロールの所望の収率を満足させず、効率が悪い。
【０００５】
米国特許第４，２１７，２８５号明細書において、溶媒としてトルエン又はヘキサンが使用される場合、ＤＬ−α−トコフェロールの全体収率は減少する。トルエンを使用する場合、トルエン自体がイソフィトールと一部反応し、望ましくない副生成物が製造される。ヘキサンはイソフィトールと反応しないが、ヘキサンの低い沸点（約６９℃）のため反応時間が長くなり、触媒はイソフィトールの脱水を困難にする。更にまた、ＤＬ−α−トコフェロールの合成がこのような反応手順で行われる時、ＤＬ−α−トコフェロールに構造上類似する副生成物が比較的多量に見出され、ＤＬ−α−トコフェロールの純度を低下させる。これは、酸又は塩基を助触媒として使用する際に一層深刻になる。ＡｌＣｌ_３又はＳｉＯ_２ −Ａｌ_２Ｏ_３のようなＡｌベースの触媒と一緒でなく、ＺｎＣｌ_２のみの場合、類似する副生成物が多量に見られる。更にまた、前記従来技術は、塩酸のような酸又は塩基の使用から生じる廃水を処理しなければならないという深刻な問題に直面する。
【０００６】
触媒反応に関する知識は、変形及び応用を可能とし、本発明に至らしめる。
本発明者等により行われたＤＬ−α−トコフェロールの製造に関する厳しく且つ広範な研究は、焼成によりＺｎＣｌ_２をシリカ−アルミナ上にコートすることにより得られた新規触媒系は、簡便に高収率で高純度のＤＬ−α−トコフェロールを製造するために有用であることを見出した。
【０００７】
ＺｎＣｌ_２とシリカ−アルミナの有効性はＺｎＣｌ_２とＡｌＣｌ_３の混合触媒系を用いる種々の実験により支持され、これは、Ｚｎ（ＩＩ）イオンはＤＬ−α−トコフェロールの合成において触媒として重要な役割を果たし、他方、助触媒として機能することにより、Ａｌ（ＩＩＩ）イオンは副反応を低減し、そして最終生成物の純度を向上させるという結果をもたらした。全体的には、Ｚｎ−Ａｌ混合触媒系は、純粋なＤＬ−α−トコフェロールを高純度で合成することが可能であることが見出された。
【０００８】
この知見に基づいて、本発明者等は、Ｚｎ（ＩＩ）イオン触媒系を、ＤＬ−α−トコフェロールのための理想的な合成サイトを与えるＺｎ−Ａｌに基づく触媒系に発展させた。広範な検討の後、Ｚｎ（ＩＩ）イオンをコートされたシリカ−アルミナ触媒は、実質的に副生成物を生じさせることなく、イソフィトール誘導体又はフィトール誘導体の最小量からＤＬ−α−トコフェロールを製造する際に最も有用であることが見出された。
【０００９】
従って、本発明の目的は、非常に容易に高収率でＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、工業的規模におけるＤＬ−α−トコフェロールの製造のための連続反応に対して大きな利点を与え得るＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、実質的に副生成物を生じさせることなく、高価なイソフィトール誘導体又はフィトール誘導体を最小量にて使用するＤＬ−α−トコフェロー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】
本発明に基づいて、上記目的は、Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒の存在下、炭化水素溶媒、特にｎ−ヘプタン溶媒中で２時間ないし７時間８０℃ないし１２０℃でイソフィトール誘導体又はフィトール誘導体とトリメチルヒドロキノンとを縮合反応させることからなる、高収率でＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法を提供することにより達成され得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に従って、ＤＬ−α−トコフェロールは、Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ不均一系触媒の存在下、非極性溶媒中でイソフィトール誘導体又はフィトール誘導体とＴＭＨＱとの縮合によって製造される。
【００１２】
本発明において利用し得るイソフィトール誘導体又はフィトール誘導体は下記化学式Ｉ：【化４】

（式中、Ｘはヒドロキシ基、ハロゲン原子又はアセトキシ基を表わす。）
又は下記化学式ＩＩ：
【化５】

（式中、Ｙはヒドロキシ基、ハロゲン原子又はアセトキシ基を表わす。）
で表わされる。
【００１３】
基本的に、先行技術の混合触媒系は、成分触媒を別々に用いることにより引き起こされる問題を生じさせる。加えて、それらは取り扱いも簡便ではない。これらの不利益に伴い、従来の混合触媒系は、ＤＬ−α−トコフェロールの製造のための連続プロセスに適用することは相当に困難である。しかしながら、従来の触媒系に伴う問題は、シリカ−アルミナ上にＺｎ（ＩＩ）イオンをコートした本発明の触媒系により克服され得る。本発明において適する触媒は、Ｚｎ（ＩＩ）イオンが担持され、その結果、Ｚｎ（ＩＩ）及びＡｌ（ＩＩＩ）サイトが同時に固着されているシリカ−アルミナの形態に作られる。シリカ−アルミナ担体上へのＺｎ（ＩＩ）イオンの担持は、シリカ−アルミナ担体内にＺｎＣｌ_２を含浸させ、次いでＺｎＣｌ_２を含浸させた担体を約４００℃で２時間焼成することにより達成される。例えば、前記焼成の際、ＺｎＣｌ_２をシリカ−アルミナの５０質量％の量使用して得られた触媒系は、その成分を分析され、そして結果は下記表１に示されるが、表１によれば、ＺｎＣｌ_２がシリカ−アルミナ担体内に上手く含浸されていることが分る。
【表１】

【００１４】
前記触媒の存在下でＤＬ−α−トコフェロールが製造された時、得られた生成物は、ＺｎＣｌ_２とシリカ−アルミナとが別々に存在する場合と同等又はそれを上回って良好であることが見出された。この知見は、ＤＬ−α−トコフェロールの合成のための理想的な環境を提供するための本発明の触媒の能力に疑問の余地が無いことを証明している。
【００１５】
本発明の触媒がＴＭＨＱ１００質量部に基づいて２０質量部ないし４５０質量部の量使用される時、好ましい結果が得られる。前記触媒の１００質量部ないし２００質量部の範囲は、ＤＬ−α−トコフェロールの合成の際により好ましい結果を与える。本発明の触媒を製造する際、ＺｎＣｌ_２は好ましくは、シリカ−アルミナ１００質量部に基づいて５質量部ないし２５０質量部、そして最も好ましくは２０質量部ないし８０質量部使用される。触媒としての有効量に関して、触媒の量がＴＭＨＱの量に対して特定範囲内に維持される時、並びにＳｉＯ_２ −Ａｌ_２Ｏ_３に対するＺｎＣｌ_２のモル比がこのような範囲内に維持される時、優れたトコフェロール生成物が得られる。
【００１６】
本発明において有用な溶媒の例はトルエン、ベンゼン及びキシレンのような芳香族溶媒、並びにｎ−ヘプタン、ｎ−ヘキサン及びｎ−オクタンのような脂肪族飽和炭化水素溶媒を包含し、トルエン及びｎ−ヘプタンが好ましい。これらの中でも、ｎ−ヘプタンは、本発明において最も好ましい合成結果を示す。
【００１７】
最も好ましい反応時間は２時間ないし７時間の範囲内にあり、そして適する反応温度は８０℃ないし１２０℃の範囲内にある。
下記の表２に、与えられた反応条件及びそれらの結果示す。
【表２】

全ての反応生成物の分析は、ＨＰ−１カラムを備えた気相クロマトグラフィ（ＨＰ−５８９０シリーズ）を使用することにより得られた。
【００１８】
表２の要約は、２種の溶媒中でのＴＭＨＱの当量とイソフィトールの当量との触媒に基づく反応により得られた結果である。表２から分るように、ＺｎＣｌ_２がコートされたＳｉ−Ａｌ触媒を使用して得られた生成物は、同一溶媒中におけるＺｎＣｌ_２とＳｉ−Ａｌとの触媒混合物の使用により得られた生成物と殆ど同一である。トルエンが使用された時、９３％ないし９４％の収率から分るように、約６％のＴＭＨＱが未反応で残っている。従って、イソフィトールの対応する量は反応に関与せず、そして触媒によって分解されたことが分かった。他方、ｎ−ヘプタンは少なくとも９９％まで製造収率を改良し、１％又はそれを下回る水準で未反応のＴＭＨＱを残す。従って、９９％又はそれを上回るイソフィトールが反応に前記反応に関与し、そして対応する量、即ち１％又はそれを下回るイソフィトールが触媒により分解された。この結果は、イソフィトールがｎ−ヘプタン中で他の溶媒中よりも一層安定的であることを示す。従って、反応溶媒としてのｎ−ヘプタンの使用は、与えられた量のＴＭＨＱと完全に反応させるために必要とされるイソフィトールの量を最小化し得、それ故、ＤＬ−α−トコフェロールの製造のための原料コストを低減することができる。
【００１９】
下記の実施例により本発明のより良い理解が得られ得るが、下記の実施例は本発明を具体的に説明するために設けられており、本発明を限定する意味に解釈されるべきではない。
【００２０】
比較例１
ディーン・スターク（Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ）装置及び凝縮器を備えた１００ｍＬ丸底フラスコを窒素を用いてパージし、その後、ＴＭＨＱ３ｇ及びＺｎＣｌ_２１ｇを前記フラスコに入れ、トルエン５０ｍＬを添加し、そしてこの溶液を撹拌した。シリカ−アルミナ２ｇを前記溶液に添加した後、窒素ガスを用いて前記フラスコをパージしながら、滴下漏斗を装着した。トルエン１０ｍＬ中のイソフィトール６ｇの溶液を滴下漏斗に入れ、そして前記フラスコを窒素雰囲気下で加熱・還流させた。還流下で、イソフィトールのトルエン溶液を前記フラスコに２時間に亘ってゆっくり添加した。添加の完結後、更に１時間還流した。生成物の混合物をガスクロマトグラフィーにより分析し、そしてＴＭＨＱの転換率は９３％であり、且つＤＬ−α−トコフェロールの純度は９９％又はそれを上回ることが分かった。
【００２１】
製造例
Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒の製造
Ｈ_２Ｏ１５ｇと３５％ＨＣｌ水溶液３ｇとの混合物にＺｎＣｌ_２１５ｇを溶解し、その後、シリカ−アルミナ３０ｇを添加した。シリカ−アルミナにＺｎＣｌ_２を含浸させるためには、沈澱物を濾過し、その後乾燥し、そして４００℃で２時間焼成して、Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ合成触媒を得た。
【００２２】
実施例１
比較例１と同一の反応条件下で、ＴＭＨＱ３ｇ及び前記製造例に従って製造された触媒４ｇをフラスコに入れ、そして溶媒としてｎ−ヘプタン５０ｍＬを添加する。還流下で、ｎ−ヘプタン中のイソフィトール６ｇの溶液を窒素雰囲気下でゆっくり添加する。添加の完結後、２時間以上還流を持続した。生成物の混合物をガスクロマトグラフィーにより分析し、そしてＴＭＨＱの転換率は９９％又はそれを上回り、且つＤＬ−α−トコフェロールの純度は９９％又はそれを上回ることが分かった。
【００２３】
【発明の効果】
前記本文中に記載の如く、本発明のＺｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒系は、ＤＬ−α−トコフェロールを製造する際に使用するための従来の製造方法と比較して、イソフィトールとＴＭＨＱとの縮合の際の副反応を著しく低減させ、その結果、高収率で高純度を有するＤＬ−α−トコフェロールを製造することができる。加えて、本発明の触媒系は取扱性及びＤＬ−α−トコフェロールの製造のための連続反応への適用性が大幅に向上されている。これらの利点を持つので、本発明のＺｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒は、工業的規模で高収率で高純度のＤＬ−α−トコフェロールを製造する際に有効に使用することができる。
【００２４】
本発明は具体的に記載されており、そして使用された用語は限定の意味でなく、特徴を説明することを意図していると理解されるべきである。本発明の様々な改良及び変形は上記の開示内容の範囲内で可能である。従って、添付された請求の範囲の範疇で、本発明は特に記載されたこと以外でも実施可能である。

Claims

Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒の存在下、ｎ−ヘプタン溶媒中で２時間ないし７時間８０℃ないし１２０℃でイソフィトール誘導体又はフィトール誘導体とトリメチルヒドロキノンとを縮合反応させることからなる、高収率でＤＬ−α−トコフェロールを製造する方法。
前記Ｚｎ（ＩＩ）イオンがコートされたシリカ−アルミナ触媒が、ＺｎＣｌ_２をシリカ−アルミナ担体に含浸させ、そしてＺｎＣｌ_２を含浸させた前記担体を４００℃で２時間焼成することにより製造されることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記ＺｎＣｌ_２が、前記シリカ−アルミナ担体１００質量部に基づいて５質量部ないし２５０質量部の量使用されることを特徴とする請求項２記載の方法。
前記ＺｎＣｌ_２が、前記シリカ−アルミナ担体１００質量部に基づいて２０質量部ないし８０質量部の量使用されることを特徴とする請求項２記載の方法。
前記イソフィトール誘導体又はフィトール誘導体が、下記化学式Ｉ：

（式中、Ｘはヒドロキシ基、ハロゲン原子又はアセトキシ基を表わす。）
又は下記化学式ＩＩ：

（式中、Ｙはヒドロキシ基、ハロゲン原子又はアセトキシ基を表わす。）
で表わされることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記触媒が、トリメチルヒドロキノン１００質量部に基づいて２０質量部ないし４５０質量部の量使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記触媒が、トリメチルヒドロキノン１００質量部に基づいて１００質量部ないし２００質量部の量使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。