JP2005187368A

JP2005187368A - カルボン酸クロリドの製造方法

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Publication number: JP2005187368A
Application number: JP2003429136A
Authority: JP
Inventors: Shoji Hirota; 将司広田; Toru Haga; 徹葉賀
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】カルボン酸類から良好な収率で、カルボン酸クロリドを製造しうる方法を提供する。
【解決手段】カルボン酸又はその塩を、ブチロニトリル、イソブチロニトリル等の水と分液可能なニトリルからなる溶媒中、ホスゲン、オキシ塩化リン、塩化チオニル等のクロロ化剤と反応させることにより、カルボン酸クロリドを製造する。この反応は、Ｎ，Ｎ−二置換アミド、含窒素複素芳香族化合物、第３級アミン等の触媒の存在下に行ってもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、カルボン酸又はその塩（以下、これらを合わせてカルボン酸類ということがある）からカルボン酸クロリドを製造する方法に関する。カルボン酸クロリドは、医薬、農薬、電子材料や、それらの原料乃至中間体等として有用である。

カルボン酸類からカルボン酸クロリドを製造する方法として、例えば、特開平７−１７８９９号公報（特許文献１）には、トランス−４−イソプロピルシクロヘキサンカルボン酸からトランス−４−イソプロピルシクロヘキサンカルボン酸クロリドを製造する際、クロロ化剤として三塩化リン、五塩化リン、オキシ塩化リン等のリン塩化物を用いることが提案されており、反応溶媒として、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ベンゼン、トルエン又はエーテルが用いられることが記載されている。また、特開２００２−２０１１５８号公報には、アルキニルベンゼンジカルボン酸類からアルキニルベンゼンジカルボン酸ジクロリドを製造する際、反応溶媒として、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、石油エーテル等の炭化水素、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン等の塩素化溶媒が用いられることが記載されている。

特開平７−１７８９９号公報特開２００２−２０１１５８号公報

上記反応の際、ハロゲン系溶媒を用いると、概してカルボン酸クロリドの収率は良好であるが、近年、特に環境面でのニーズから、ハロゲン系溶媒はなるべく使用しないのが望ましい。しかしながら、ハロゲン系溶媒以外の上記溶媒を用いると、カルボン酸クロリドの収率が必ずしも良好でないことがある。そこで、本発明の目的は、ハロゲン系溶媒を使用しなくとも、カルボン酸類から良好な収率でカルボン酸クロリドを製造しうる方法を提供することにある。

本発明者は鋭意研究を行った結果、反応溶媒として水と分液可能なニトリル溶媒を用いて、カルボン酸類をクロロ化剤と反応させることにより、上記目的を達成できることを見いだし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、カルボン酸又はその塩を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中、クロロ化剤と反応させることにより、カルボン酸クロリドを製造する方法を提供するものである。

本発明によれば、カルボン酸類から良好な収率でカルボン酸クロリドを製造することができる。

本発明で原料に用いるカルボン酸は、カルボキシル基（−ＣＯ₂Ｈ）を分子内に少なくとも１個有する化合物であり、またカルボン酸塩は、カルボキシル基のプロトンが他のカチオンに置き換わった基を分子内に少なくとも１個有する化合物であり、両者の混合物を原料に用いることもできる。なお、カルボキシル基とカルボキシル基のプロトンが他のカチオンに置き換わった基の両方を分子内に有する化合物は、カルボン酸と呼ぶことができ、またカルボン酸塩と呼ぶこともできる。

カルボン酸類の典型的な例は、次の式（１）で示すことができる。
Ｒ−ＣＯ₂Ｍ（１）
（式中、Ｒは、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基又は複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよく、Ｍは、水素、アルカリ金属又はアンモニウムを表す。）

上記脂肪族炭化水素基は、脂肪族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常１〜２０程度である。その具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−オクタデシル基のようなアルキル基；ビニル基、アリル基のようなアルケニル基；エチニル基、プロパルギル基のようなアルキニル基等を挙げることができる。

上記脂環式炭化水素基は、脂環式炭化水素から水素を除いた残基であり、脂環式炭化水素の脂肪族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を有する脂環式炭化水素の脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよく、その炭素数は通常３〜２０程度である。その具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基のようなシクロアルキル基；シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基のようなシクロアルキルアルキル基等を挙げることができる。

上記芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素から水素を除いた残基であり、芳香族炭化水素の芳香族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を含む芳香族炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族環を含む芳香族炭化水素の該脂肪族環から水素を除いた残基であってもよく、その炭素数は通常６〜２０程度である。その具体例としては、フェニル基、ナフチル基、インデニル基のようなアリール基；ベンジル基、４−フェニルブチル基のようなアリールアルキル基（アラルキル基）等を挙げることができる。

上記複素環基は、上記脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基において、環を構成する炭素の一部が、窒素、酸素、硫黄の如き炭素以外の原子で置換されたものであり、その炭素数は通常３〜２０程度である。その具体例としては、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、テトラヒドロフリル基等を挙げることができる。

これら脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基又は複素環基は、置換基を有していてもよく、かかる置換基の例としては、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲノ基、オキソ基、シリル基、シリル基、Ｎ，Ｎ−２置換アミノカルボニル基、ジアゾ基、シアノ基等を挙げることができる。

Ｍで表されるアルカリ金属は、例えばリチウムであってもよいし、ナトリウムであってもよいし、カリウムであってもよい。また、Ｍで表されるアンモニウムは、アンモニアのアンモニウムであってもよいし、脂肪族、脂環式又は芳香族の第１級、第２級又は第３級のアミンのアンモニウムであってもよいし、第４級アンモニウムであってもよい。

カルボン酸類の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、オクタデカン酸、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、アダマンタンカルボン酸、ノルボルナンカルボン酸、菊酸、１−フェニル酢酸、４−フェニル酪酸、安息香酸、２−メチル安息香酸、４−メチル安息香酸、４−メトキシ安息香酸、４−アセチル安息香酸、３−シアノ安息香酸、４−クロロ安息香酸、アクリル酸、メタアクリル酸のような、カルボキシル基を分子内に１個有するカルボン酸や、これらカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩等を挙げることができる。さらに、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸のような、カルボキシル基を分子内に複数個有するカルボン酸や、これらカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩等も例示することができる。カルボン酸類は必要に応じてそれらの２種以上を用いてもよい。

上記カルボン酸類をクロロ化剤と反応させることにより、対応するカルボン酸クロリド、すなわち、カルボン酸類のカルボキシル基乃至そのプロトンが他のカチオンに置き換わった基が、クロロカルボニル基に変換された化合物を製造することができる。このクロロ化剤としては、例えば、ホスゲン、オキシ塩化リン、塩化チオニル等が挙げられる。かかるクロロ化剤の使用量は、通常、スルホン酸類の０．８〜４モル倍である。

本発明では、上記反応の際、反応溶媒として水と分液可能なニトリル溶媒を用いる。かかる溶媒を用いることにより、反応を円滑に進行させることができ、カルボン酸クロリドを良好な収率で製造することができる。

かかる溶媒としては、反応に実質的に不活性であって、常温で液体のもの、例えば、脂肪族ニトリルとして、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、トリメチルアセトニトリル、イソバレロニトリル、ヘキサンニトリル、ヘプタンニトリル、オクタンニトリル、ノナンニトリル、ドデカンニトリル、ペンタデカンニトリル、アジポニトリル等；脂環式ニトリルとして、シクロプロピルアセトニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、シクロヘプタンカルボニトリル等；芳香族ニトリルとして、ベンゾニトリル、ｏ−トルニトリル、ｍ−トルニトリル、２−エチルベンゾニトリル、４−エチルベンゾニトリル、フェニルアセトニトリル、ｏ−トリルアセトニトリル、ｍ−トリルアセトニトリル、ｐ−トリルアセトニトリル、２−フェニルブチロニトリル、４−フェニルブチロニトリル等が挙げられ、その炭素数は通常４〜１５程度である。中でも、ブチロニトリルやイソブチロニトリルの如き脂肪族ニトリルが好ましい。これらニトリル溶媒は、単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。なお、必要により、水と分液可能なニトリル以外の溶媒を併用することもできるが、かかる溶媒の使用量は、水と分液可能なニトリル１００重量部に対し、通常２０重量部までである。

反応溶媒の使用量は、カルボン酸クロリドの収率の点から、通常、カルボン酸類の０．５重量倍以上、好ましくは１重量倍以上であり、また、容積効率の点から、通常、カルボン酸類の１００重量倍以下、好ましくは２０重量倍以下である。

反応はクロロ化反応を促進しうる触媒の存在下に行ってもよく、かかる触媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルホルムアミドのようなＮ，Ｎ−二置換アミド；ピリジン、４−エチルピリジン、２−メチル−５−エチルピリジン、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ピリジンのような含窒素複素芳香族化合物；Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、トリエチルアミンのような第３級アミン等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。かかる触媒の使用量は、通常、スルホン酸類の０．００１〜１０モル倍、好ましくは０．０１〜２モル倍である。

反応は、カルボン酸類、クロロ化剤、反応溶媒及び必要に応じて触媒等を混合して行い、その混合方法は適宜選択される。また、反応温度は、通常−１０〜１５０℃程度である。反応の経過は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル等で追跡することができる。

反応終了後、反応液中に未反応のクロロ化剤が残存する場合は、水やアルコール等を適量添加して消失させることができ、また、ホスゲンの如き低沸点のクロロ化剤であれば、揮散させて除去することもできる。得られたカルボン酸クロリドの溶液は、さらに乾燥、蒸留、晶析等の分離精製操作に付してもよい。水と分液可能なニトリル溶媒を用いているので、該ニトリル溶媒と水との共蒸留により、水の除去を容易に行うことができ、また、反応混合物に水を加えて分液するという油水分配操作を採用することもできる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、各例中、目的物のカルボン酸クロリドは、エタノールによりエチルエステルに変換して、その収率を求めた。

実施例１
２００ｍｌフラスコに、オクタン酸ナトリウム６．７ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド２．９ｇを入れて攪拌し、この中に、オキシ塩化リン１２．３ｇを３０℃にて１時間かけて滴下した後、３０℃にて３時間保持した。得られた反応液にエタノール４０ｇを１時間かけて添加し、６０℃にて２時間撹拌した。この混合物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、オクタン酸エチルの含量は６．２ｇ（収率８９％）であった。

実施例２
２００ｍｌフラスコに、オクタン酸ナトリウム６．７ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及び４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ピリジン０．９５ｇを入れて攪拌し、この中に、塩化チオニル９．５ｇを６０℃にて１時間かけて滴下した後、６０℃にて３時間保持した。得られた反応液にエタノール４０ｇを１時間かけて添加し、６０℃にて２時間撹拌した。この混合物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、オクタン酸エチルの含量は３．８ｇ（収率６９％）であった。

実施例３
２００ｍｌフラスコに、オクタン酸ナトリウム６．７ｇ、ブチロニトリル４０ｇ、及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド２．９ｇを入れて攪拌し、この中に、ホスゲン７．９ｇを４０℃にて３０分かけて吹き込んだ後、４０℃にて３時間保持した。得られた反応液にエタノール２２ｇを１時間かけて添加し、６０℃にて３時間撹拌した。この混合物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、オクタン酸エチルの含量は６．５ｇ（収率９４％）であった。

実施例４
２００ｍｌフラスコに、安息香酸４．９ｇ、ブチロニトリル３０ｇ、及びＮ−メチルホルムアニリド４．１ｇを入れて攪拌し、この中に、ホスゲン７．９ｇを４０℃にて３０分かけて吹き込みんだ後、４０℃にて３時間保持した。得られた反応液にエタノール２４ｇを１０分かけて添加し、４０℃にて２時間撹拌した。この混合物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、安息香酸エチルの含量は５．３ｇ（収率８８％）であった。

実施例５
２００ｍｌフラスコに、安息香酸４．０ｇ、ブチロニトリル３０ｇ、及びトリエチルアミン５．３ｇを入れて攪拌し、この中に、オキシ塩化リン８．０ｇを４０℃にて１０分かけて滴下した後、４０℃にて４時間保持した。得られた反応液にエタノール２４ｇを１０分かけて添加し、４０℃にて２時間撹拌した。この混合物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、安息香酸エチルの含量は３．９ｇ（収率７９％）であった。

Claims

カルボン酸又はその塩を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中で、クロロ化剤と反応させることを特徴とするカルボン酸クロリドの製造方法。
カルボン酸又はその塩が式（１）
Ｒ−ＣＯ₂Ｍ（１）
（式中、Ｒは、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基又は複素環基を表し、これらの基は置換基を有していてもよく、Ｍは、水素、アルカリ金属又はアンモニウムを表す。）
で示される化合物である請求項１に記載の製造方法。
溶媒がブチロニトリル又はイソブチロニトリルである請求項１又は２に記載の製造方法。
クロロ化剤がホスゲン、オキシ塩化リン又は塩化チオニルである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
Ｎ，Ｎ−二置換アミド、含窒素複素芳香族化合物又は第３級アミンの存在下に、反応を行う請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。