JP2005232073A - 芳香族アルデヒドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子供与基を有するベンゼン系化合物から良好な収率で操作性良く、芳香族アルデヒドを製造しうる方法を提供する。
【解決手段】分子内にベンゼン環とこれに結合した電子供与基を有する芳香族化合物、ホルムアミド類、及びクロロ化剤を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中で反応させることにより、芳香族アルデヒドを製造する。この反応溶媒には、ブチロニトリルやイソブチロニトリルのような脂肪族ニトリルが好適に用いられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、芳香族アルデヒドを製造する方法に関する。芳香族アルデヒドは、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。

芳香族アルデヒドを製造する方法の１つとして、芳香族化合物とホルムアミド類とクロロ化剤を有機溶媒中で反応させ、次いで加水分解処理する方法が知られている。例えば、特開平７−８９８９１号公報（特許文献１）には、１，３−ジヒドロキシベンゼンとジメチルホルムアミドとオキシ塩化リンを反応させる際、反応溶媒としてハロゲン化炭化水素が用いられることが記載されている。また、特開平１１−４９７３４号公報（特許文献２）には、芳香族アミンと第２級酸アミドとホスゲンを反応させる際、反応溶媒として、炭化水素系溶媒又はハロゲン化炭化水素系溶媒が用いられことが記載されている。さらに、特開２００３−５５２９０号公報（特許文献３）には、アルコキシベンゼン類とジアルキルホルムアミドとホスゲン、オキシ塩化リン又は塩化チオニルを反応させる際、反応溶媒として、ベンゼン、アルキルベンゼン類、アルキルエーテル類、炭化水素類、又はエステル類が用いられることが記載されている。
特開平７−８９８９１号公報 特開平１１−４９７３４号公報 特開２００３−５５２９０号公報

上記反応の際、ハロゲン系溶媒を用いると、概して芳香族アルデヒドの収率は良好であり、また、反応混合物を水と混合して加水分解処理した後、油水分離させることができ、分離精製の操作性も良好であるが、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、芳香族アルデヒドの収率や後処理等の操作性が、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、芳香族化合物、特にベンゼン系化合物から良好な収率で操作性良く、芳香族アルデヒドを製造しうる方法を提供することにある。

本発明者等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を用いて、電子供与基を有するベンゼン系化合物とホルムアミド類とクロロ化剤を反応させることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、分子内にベンゼン環とこれに結合した電子供与基を有する芳香族化合物、ホルムアミド類、及びクロロ化剤を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中で反応させることにより、芳香族アルデヒ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、電子供与基を有するベンゼン系化合物から、良好な収率で操作性良く、芳香族アルデヒドを製造することができる。

本発明で原料に用いる芳香族化合物は、分子内にベンゼン環を有するものであり、このベンゼン環にホルミル基が導入されることにより、対応する芳香族アルデヒドを生成しうるものである。そして、このベンゼン環には、ホルミル基の導入が可能乃至容易となるべく、電子供与基が結合している。なお、このベンゼン環には、電子供与基が複数個結合していてもよい。また、このベンゼン環には、ホルミル基の導入が可能であれば、電子供与基以外の基が結合していてもよい。

電子供与基の典型的な例は、次の式（１）〜（４）で示すことができる。
−ＯＲ¹ （１）
−ＮＲ²Ｒ³ （２）
−Ｏ−Ｒ¹¹−Ｏ− （３）
−ＮＲ⁴−Ｒ¹²−ＮＲ⁵− （４）
（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁵はそれぞれ水素原子又は１価の炭化水素基を表し、Ｒ¹¹及びＲ¹²はそれぞれ二価の炭化水素基を表す。）

上記式中、Ｒ¹〜Ｒ⁵で表される１価の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができる。

ここで、脂肪族炭化水素基とは、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。

また、脂環式炭化水素基とは、脂環式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３〜２０程度である。この脂環式炭化水素基は、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い。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。

また、芳香族炭化水素基とは、芳香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６〜２０程度である。この芳香族炭化水素基は、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い。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。

また、上記式中、Ｒ¹¹及びＲ¹²で表される二価の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができる。

ここで、二価の脂肪族炭化水素基とは、脂肪族炭化水素から同一又は異なる炭素上の水素２個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、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、エチリデン基、プロピリデン基、イソプロピリデン基、ビニレン基、プロペニレン基、ビニリデン基等を挙げることができる。

また、二価の脂環式炭化水素基とは、脂環式炭化水素から同一又は異なる炭素上の水素２個を除いた残基であり、その炭素数は通常３〜２０程度である。その具体例としては、１，２−シクロペンチレン基、１，２−シクロへキシレン基、シクロペンチリデン基、シクロヘキシリデン基等を挙げることができる。

また、二価の芳香族炭化水素基とは、芳香族炭化水素から同一又は異なる炭素上の水素２個を除いた残基であり、その炭素数は通常６〜２０程度である。その具体例としては、１，２−フェニレン基、１，２−ナフチレン基、２，３−ナフチレン基、ベンジリデン基、シンナミリデン基等を挙げることができる。

なお、上記Ｒ¹〜Ｒ⁵で表される一価の炭化水素基や、Ｒ¹¹及びＲ¹²で表される二価の炭化水素基は、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、シリル基、シアノ基等を挙げることができる。

さらに、上記式（１）〜（４）で示される基の他、ベンゾ、ナフト等の接頭語で表現される如き、前記ベンゼン環に対し縮合した芳香族環を形成しうる二価の基も、電子供与基として例示することができる。なお、この芳香族環も、上記一価乃至二価の炭化水素基同様、置環基を有していてもよい。

前記式（１）〜（４）で示される基から選ばれる電子供与基がベンゼン環に結合してなる芳香族化合物の例は、次の式（５）で示すことができる。

〔式中、Ｘ¹〜Ｘ⁵はそれぞれ前記式（１）若しくは（２）で示される基、水素原子又は一価の炭化水素基を表し、少なくとも１つは前記式（１）又は（２）で示される基であり、或いは、Ｘ¹とＸ²又はＸ²とＸ³が一緒になって、前記式（３）又は式（４）で示される基を形成している。〕

なお、上記式（５）中、Ｘ¹〜Ｘ⁵で表される一価の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができ、その例は、前記Ｒ¹〜Ｒ⁵で表される一価の炭化水素基の例と同様である。

芳香族化合物の具体例としては、アニソール、１，２−ジメトキシベンゼン、１，３−ジメトキシベンゼン、１，４−ジメトキシベンゼン、１，３，５−トリメトキシベンゼン、エトキシベンゼン、ブトキシベンゼン、ｔ−ブトキシベンゼン、シクロヘキシルオキシベンゼン、１，２−メチレンジオキシベンゼン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、ジフェニルメチルアミン、トリフェニルアミン、２−メトキシナフタレン、アントラセン、１−メトキシアントラセン、ナフタセン等を挙げることができる。芳香族化合物は必要に応じてそれらの２種以上を用いてもよい。

上記芳香族化合物を、ホルムアミド類及びクロロ化剤から形成される所謂Vilsmeier錯体と反応させることにより、ベンゼン環にホルミル基が導入されてなる対応する芳香族アルデヒドの前駆体が生成する。この前駆体は加水分解により芳香族アルデヒドに変換される。

例えば、芳香族化合物として、前記式（５）で示される化合物を用いることにより、次の式（６）

（式中、Ｘ¹〜Ｘ⁵はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）
で示される化合物を製造することができる。

ホルムアミド類としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドのようなＮ，Ｎ−ジアルキルホルムアミドや、Ｎ−メチルホルムアニリド（Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルホルムアミド）のようなＮ−アルキル−Ｎ−アリールホルムアミド等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。ホルムアミド類の使用量は、通常、原料の芳香族化合物の０．５〜４モル倍、好ましくは１〜２モル倍である。

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、塩化スルフリル等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。クロロ化剤の使用量は、通常、原料の芳香族化合物の０．８〜４モル倍、好ましくは１〜２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、続く加水分解処理により、芳香族アルデヒドを良好な収率で製造することができる。また、加水分解処理後は、油水分離操作を有利に採用することができ、芳香族アルデヒドの分離精製を操作性良く行うことができる。

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、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、アジポニトリルのような脂肪族ニトリル；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のような脂環式ニトリル；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のような芳香族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、芳香族アルデヒドの収率の点から、通常、原料の芳香族化合物の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、原料の芳香族化合物の１００重量倍以下、好ましくは２０重量倍以下である。

反応は、原料の芳香族化合物、ホルムアミド類、クロロ化剤及び前記反応溶媒を混合して行い、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。

反応後は、反応混合物を水と混合して加水分解処理することにより、反応混合物中に含まれる反応生成物（前駆体）を芳香族アルデヒドに変換することができる。この水の使用量は適宜調整されるが、容積効率の点から、通常、前記反応溶媒の１０重量倍以下である。また、この水として、アルカリ水溶液を用いることにより、反応時乃至加水分解時に発生した酸を中和して除去することができる。

得られる芳香族アルデヒドの例としては、ｐ−アニスアルデヒド、３，４−ジメトキシベンズアルデヒド、２，４−ジメトキシベンズアルデヒド、２，５−ジメトキシベンズアルデヒド、２，４，６−トリメトキシベンズアルデヒド、４−エトキシベンズアルデヒド、４−ブトキシベンズアルデヒド、４−t−ブトキシベンズアルデヒド、４−シクロヘキシルオキシベンズアルデヒド、３，４−メチレンジオキシベンズアルデヒド、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）ベンズアルデヒド、４−（Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ）ベンズアルデヒド、４−（Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ）ベンズアルデヒド、２−メトキシナフタレン−１−カルバルデヒド、アントラセン−９−カルバルデヒド、１−メトキシアントラセン−９−カルバルデヒド、ナフタセン−５−カルバルデヒド等を挙げることができる。

加水分解処理後は、油水分離により、有機層として芳香族アルデヒドが前記反応溶媒に溶解した溶液を得ることができる。この溶液は、さらに晶析、蒸留等の精製操作に付してもよい。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれによって限定されるものではない。

実施例１
２００ｍｌフラスコに、１，２−メチレンジオキシベンゼン４．９ｇ、ブチロニトリル３０ｇ、及びＮ−メチルホルムアニリド２１．６ｇを入れて攪拌し、この中に、オキシ塩化リン６．１ｇを１０℃にて１時間かけて滴下した後、１００℃にて４時間保持した。得られた反応液に２５重量％水酸化ナトリウム水溶液２５．６ｇを添加してｐＨ９とした後、有機層と水層に分液した。有機層をガスクロマトグラフィーで分析した結果、３，４−メチレンジオキシベンズアルデヒド（＝ピペロナール）の含量は５．１ｇ（収率８５％）であった。

Claims (5)

1. 分子内にベンゼン環とこれに結合した電子供与基を有する芳香族化合物、ホルムアミド類、及びクロロ化剤を、水と分液可能なニトリルからなる溶媒中で反応させることを特徴とする芳香族アルデヒドの製造方法。
2. 電子供与基が下記式（１）〜（４）
   −ＯＲ¹ （１）
   −ＮＲ²Ｒ³ （２）
   −Ｏ−Ｒ¹¹−Ｏ− （３）
   −ＮＲ⁴−Ｒ¹²−ＮＲ⁵− （４）
   （式中、Ｒ¹〜Ｒ⁵はそれぞれ水素原子又は一価の炭化水素基を表し、Ｒ¹¹及びＲ¹²はそれぞれ二価の炭化水素基を表す。）
   で示される基から選ばれる請求項１に記載の製造方法。
3. 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に記載の製造方法。
4. ホルムアミド類がＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド又はＮ−メチルホルムアニリドである請求項１又は２に記載の製造方法。
5. クロロ化剤がホスゲン、オキシ塩化リン、塩化チオニル又は塩化スルフリルである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。