JP2006096736A - 脂肪酸アミドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脂肪酸と、尿素から放出される気体状アンモニアとを、ルイス触媒の存在下で、大気圧および高温で反応させるための加熱部材としてマイクロ波照射を利用する、脂肪酸アミド、特にオレイルアミドの製造方法を提供する。
【解決手段】脂肪酸アミドの製造方法であって、（ａ）有効量の脂肪酸と有効量の窒素系化合物と組み合わせる工程と、および（ｂ）工程（ａ）から得た混合物を、マイクロ波の、加熱炉、装置または発生装置中において、０．５〜１０重量％量の触媒の存在下で、温度１４０〜２５０℃および予め決められた圧力で、１０〜３０分間、撹拌および加熱する工程とを含んでなる、製造方法。
【選択図】なし

Description

発明の分野
本発明は、脂肪酸アミドの製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、脂肪酸と、尿素から放出される気体状アンモニアとを、ルイス触媒の存在下で、大気圧および高温で反応させるための加熱部材としてマイクロ波照射を利用する、脂肪酸アミド、特にオレイルアミドの製造方法に関する。

発明の背景
対応する脂肪酸、それらの無水物または低級アルキルエステルと、アンモニアとの反応により、脂肪酸アミドを製造するための多くの方法が知られている。これらの反応は、米国特許第３，２５３，００６号（特許文献１）明細書に記載されているように、高温で非常に高い圧力で、触媒を使用して、または使用せずに達成することができるが、高圧を必要としなくても所望のアミド生成物に対する高転化率および高選択性を与える製法を使用する傾向にある。従って、脂肪酸とアンモニアの反応を、実質的に低圧で、場合によっては大気圧でも達成できる触媒作用による手順が開発されている。

米国特許第２，０１３，１０８号（特許文献２）明細書は、気体状アンモニアを、固体の無機物質である表面触媒を含む脂肪酸溶融物中に通すことによる、大気中アミド化反応の製法を開示している。そのような製法の大きな欠点は、妥当な転化レベルを達成するのに、４８時間以上になる場合があるような非常に長い反応時間が典型的に必要とされ、その結果、アミドの一部が対応するニトリルに脱水されることである。

カルボン酸のアミドへのアミド化反応における競合反応の一つは、アミドからニトリルへの脱水であるが、これは長い反応時間により助長され、従って、高収率のアミドを達成するには短い反応時間が好ましい。反応に要する時間が短く、好ましくない副生成物の形成を最少に抑える反応条件を使用する製法が開発されている。米国特許第３，８１６，４８３号（特許文献３）明細書によれば、アミド化工程を大気圧ならびに短い反応時間（１１時間）で行い、ニトリル副生成物の形成を低減することができる。この方法で使用する触媒は、第IVb族またはVb族の金属、好ましくはチタン、ジルコニウムまたはタンタルの化合物から得られる。

さらに、米国特許第４，２７７，４１０号（特許文献４）明細書では、同じアミド化反応方法が使用されているが、使用する触媒が、より具体的に０．２５〜４重量％の量のアルキルスズ触媒である。その他、米国特許第４，６５５，９７２号（特許文献５）明細書は、触媒量の水和酸化物、好ましくは水和したチタン、ジルコニウム、および酸化スズを、０．０５〜１０重量％の量で使用することを開示している。この方法は、良好な収率を達成するのに、１２０℃〜２４０℃の高温、および１００ｋＰａ〜１０００ｋＰａの圧力を必要とする。

脂肪酸アミドを合成するための出発材料に関して、最も一般的に使用される原料は、脂肪酸自体であるが、英国特許第ＧＢ９３９３７８号（特許文献６）明細書は、供給原料として長炭素鎖脂肪酸エステル（Ｃ12〜Ｃ30）を使用し、それを気体状アンモニアと高圧、高温で反応させることを記載している。非特許文献「Cravatt et al」は、アンモニアと反応させた時に、脂肪酸およびエステルよりも反応性が高い酸ハロゲン化物、典型的には塩素原子を含む酸ハロゲン化物、の使用を開示している。

他方、先行技術のほとんどは、出発材料として気体状アンモニアを使用し、脂肪部分と反応させて所望のアミドを得ている。「Cravatt et al」の文献では、アンモニアの代わりに尿素およびチオ尿素(Beckwith)を使用し、脂肪部分と反応させて脂肪酸アミドを得ている。その他、米国特許第２，０７０，９９１号（特許文献７）明細書は、気体状アンモニアの代わりに液体アンモニアをアミド化工程に使用している。

一般的に、通常の方法は、三つの深刻な欠点の少なくとも一つを有すると言える。米国特許第４，２７７，４１０号（特許文献４）または第４，６５５，９７２号（特許文献５）明細書に記載されているように、それらの方法が少なくとも１１時間の長い反応時間を必要とするか、米国特許第３，２５３，００６号（特許文献１）明細書に記載されているように、それらの方法が高い温度および圧力（例えば２４０℃、１３６気圧）で行う必要があるか、または非特許文献に見られるように、それらの方法が高価な中間体化合物の合成を必要とする。

そこで、本発明の目的は、脂肪酸の通常のアミドを合成する方法を提供することである。本発明の別の目的は、短い反応時間でアミドを高収率で与える合成方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、高価な中間体化合物の使用を必要としない合成方法を提供することである。本発明のもう一つの目的は、高収率の脂肪アミドを得るのに高圧を必要としない合成方法を提供することである。

発明の概要
従って、（ａ）有効量の脂肪酸を有効量の窒素系化合物と組み合わせる工程、および（ｂ）工程（ａ）から得た混合物を、マイクロ波の加熱炉、装置または発生装置中、０．５〜１０重量％量の触媒の存在下で、温度１４０〜２５０℃、および予め決められた圧力で、１０〜３０分間攪拌および加熱する工程を含んでなる脂肪酸アミドの製造方法を提供する。
米国特許第３，２５３，００６号 米国特許第２，０１３，１０８号 米国特許第３，８１６，４８３号 米国特許第４，２７７，４１０号 米国特許第４，６５５，９７２号 英国特許第９３９３７８号 米国特許第２，０７０，９９１号

本発明は、以下に詳細に説明し、従属する請求項で特に指摘する、特定の新規な特徴および部品の組合せからなり、無論、本発明の範囲から離れることなく、あるいは本発明の優位性のいずれかを犠牲にすることなく、様々な変形をこれらの詳細部に加えることができる。

好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、脂肪酸アミドの製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、脂肪酸と、尿素から放出される気体状アンモニアとを、ルイス触媒の存在下で大気圧および高温で反応させるための加熱部材としてマイクロ波照射を利用する、脂肪酸アミド、特にオレイルアミドの製造方法に関する。しかし、無論、説明を本発明の好ましい実施態様に限定することは、単に本発明を考察し易くするためであり、当業者は、従属する請求項の範囲から離れることなく、様々な修正および等価物を考案することができる。

本発明には、脂肪酸重量に対して０．５〜１０重量％、より好ましくは０．５〜１重量％のルイス酸触媒を使用する。好ましくは、ルイス酸触媒は、チタン酸テトラ−ｎ−ブチル、チタン酸テトラ−ｎ−エチルおよびブチルスズクロライドジ−ヒドロキシである。

該脂肪酸は、主成分として好ましくは炭素数が１２〜２２である鎖長を有し、Ｃ１８：１である長鎖長脂肪酸である。アンモニアガスは、加熱により気体状アンモニアを放出できる窒素系化合物、例えば尿素およびチオ尿素、から得ることができる。特に、脂肪酸と尿素の比は、脂肪酸１モルあたり尿素約２〜６モルである。本製法は、２５０℃まで高い温度および高圧の下で行うこともできるが、好ましくは温度１６０℃〜２１０℃、および大気圧で行う。

反応生成物は、クロロホルムで溶剤抽出した後、抽出溶剤を未反応尿素から濾過する。次いで、溶剤を回転蒸発装置を使用して蒸発させ、粗製脂肪アミドを得る。粗製脂肪酸アミドの収率は、脂肪酸の重量に対して９１〜９４％である。粗製脂肪アミドをＨＰＬＣ分析にかけ、ＨＰＬＣクロマトグラムに基づき、粗製脂肪酸アミドは、オレイルアミド約７４〜７６％の純度を有する（オレイン酸からオレイルアミドへの転化率９３〜９６％）。

粗製オレイルアミドを、ｎ−ヘキサン、エタノールおよびアセトニトリルの順序で溶剤を使用し、再結晶法により精製する。精製されたオレイルアミドの収率は、ＨＰＬＣによる分析で、純度９０％で約５４％である。

本発明の改良された方法は、炭素数が１２〜２２である脂肪族モノカルボン酸のアミド化に特に有用である。本方法で使用できる典型的な脂肪族酸は、ラウリン酸、ミリスチン酸、ミリストレイン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、エライジン酸、リノレン酸、エレオステリン酸、アラキドン酸、ベヘン酸、エルカ酸、リグノセリン酸、ネルボン酸、リシノール酸、等である。本製法における改良を、オレイン酸（純度７０％）で立証するが、そこではオレイルアミドの製造を説明する。

本発明の方法における改良は、本発明における加熱部材としてマイクロ波照射を使用することにより得られる。その結果、反応時間は非常に短く、所望の生成物の収率が著しく高くなる。反応は、９００Ｗマイクロ波加熱炉中で行い、反応物を丸底フラスコ中に入れ、触媒を入れる。マイクロ波加熱炉は、周囲温度から１９５℃まで５分間で加熱するようにプログラム化し、この温度に２５分間維持する。反応中、反応物は磁気攪拌機で攪拌する。

製造条件および他の操作上の細部は、広範囲に変えることができる。反応温度は、一般的に約１４０℃〜２１０℃であるが、２３０℃まで高い温度を使用することができる。当業者には公知のように、反応温度が高すぎると、好ましくない副反応が起こり、温度が低すぎると、反応は、良好な収率を得るのに過度の時間を必要とする。本発明には、温度は１８０℃〜２００℃の範囲内にあるのが好ましい。この範囲の温度を使用することにより、副生成物を最少に抑えながら、良好な転化率を達成し、妥当な反応速度を得ることができる。

本発明でマイクロ波照射を使用することにより、大気圧を本発明に使用することもできる。本発明の方法を大気圧で行い、そのような操作により、経費のかかる高圧装置の使用を避けることは、本発明の特に好ましい特徴である。

本発明では、加熱により気体状アンモニアを放出する窒素系化合物を使用する。特に、尿素を使用して気体状アンモニアを発生させる。本方法に使用する尿素の量は、脂肪酸の量との比で、脂肪酸１モルあたり尿素約２〜６モルである。反応フラスコ中で固体の尿素を脂肪酸と混合し、次いでマイクロ波照射で特定温度まで加熱すると、尿素が融解し、気体状アンモニアを脂肪酸に対して表面下で放出し始める。尿素または反応物を乾燥させる必要はないが、過剰量の水は一般的に反応物中に存在すべきではない。

脂肪酸アミドは、脂肪酸とアンモニアとの反応から、触媒が存在しなくても製造できるが、脂肪酸アミドの収率は著しく低いことが報告されている。従って、本発明では、ルイス酸触媒を使用し、脂肪酸と、尿素から放出される気体状アンモニアとの反応の速度を増加させる。本方法では、脂肪酸の重量に対して約０．５〜１０重量％、より好ましくは０．５〜１．０重量％のルイス酸触媒を使用する。好ましくは、ルイス酸触媒は、チタン酸テトラ−ｎ−ブチル、チタン酸テトラ−ｎ−エチルおよびブチルスズクロライドジ−ヒドロキシである。

反応は、反応後に反応混合物の酸価を測定することにより、都合良く追跡することができる。一般的に、反応の後、反応混合物の酸価は１５以下であるのが好ましい。本発明のマイクロ波照射と触媒の組合せを使用することにより、過剰量の好ましくない副生成物を形成することなく、短時間で１５未満の酸価を容易に達成することができる。

反応生成物の分離は、生成物を先ずクロロホルムで溶剤抽出にかけることにより達成される。この段階で、脂肪酸アミドおよび未反応脂肪酸は溶剤により抽出され、未反応尿素およびその誘導体が濾過法により後に残る。次いで、回転蒸発装置を使用して溶剤を蒸発させると、粗製脂肪酸アミドが後に残る。粗製脂肪酸アミドの収率は脂肪酸の重量に対して９１〜９４％である。粗製脂肪酸アミド試料の分析は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）法を使用し、ＨＰＬＣクロマトグラムにより達成でき、粗製脂肪酸アミドは純度が約７４％〜７６％オレイルアミドであり、これは出発原料中のオレイン酸の純度（７０％〜８０％）に対応する。従って、この製法から得られるオレイルアミドの収率は約９３％〜９６％である。

本製法の最終工程は、粗製オレイルアミドの精製である。これは、ｎ−ヘキサン、エタノールおよびアセトニトリルの順序で溶剤を使用し、再結晶法により精製する。各溶剤と粗製オレイルアミドの比は、粗製物の重量で、粗製オレイルアミド１部に対して溶剤１０部に固定した。最終的に、精製されたオレイルアミドの収率は、ＨＰＬＣによる分析で、純度９０％〜９５％で約５０％〜５４％である。製造されたオレイルアミドの融点は、７３℃〜７５℃であり、これは純粋なオレイルアミドの融点７４℃〜７５℃に非常に近い。

そのようなオレイルアミドは、離型剤、プラスチックフィルム製造における滑り剤、はっ水剤および化粧品製造用の原料のような用途に好ましい。

以下に、本発明の脂肪酸アミドの製造方法の一例を実施例を用いて説明するが、本発明の内容はこれら実施例に限定して解釈されるものではない。

例１
オレイン酸（２５ｇ、純度７４％）を２５０ｍｌ丸底フラスコ中に入れ、次いで固体尿素ビーズ（２２ｇ）をチタン酸テトラ−ｎ−ブチル（０．２５ｇ）と共に同フラスコ中に入れた。この混合物を、９００Ｗマイクロ波加熱炉キャビティ中で磁気攪拌機で１分間攪拌した。加熱プログラムにより、温度を周囲温度から１９０℃に５分間で増加し、温度を１９０℃でさらに２５分間維持した。加熱工程の際、尿素は１３５℃を超える温度で融解し、１５０℃で分解してＮＨ_３およびＣＯ_２を放出し始めた。反応生成物の酸価は約１０であると測定され、酸価に基づくオレイン酸から反応生成物への転化百分率は約９５％である。

例２
例１から得た冷却した試料をクロロホルムと混合し、未反応尿素を反応生成物から濾別する。その後、回転蒸発装置を使用してクロロホルム画分を蒸発させ、粗製オレイルアミドを得た。粗製オレイルアミドの収率は、使用したオレイン酸に対して９２％である。粗製オレイルアミドをＨＰＬＣ分析にかけ、クロマトグラムは粗製オレイルアミドの純度が７５％であることを示した。従って、出発材料（オレイン酸）の純度が７４％オレイン酸であるので、オレイン酸からオレイルアミドへの転化／収率は約９３％である。

例３
例２から得た粗製オレイルアミドを一連の再結晶化にかけて精製した。先ず粗製オレイルアミドを高温ｎ−ヘキサン（５０℃）に溶解させ、混合物を放置して冷却した。混合物の温度が下がるにつれて、オレイルアミドが溶剤から析出した。ブフナーフィルターを使用してオレイルアミドを混合物から濾過し、放置して乾燥させた。次いで、再結晶させたオレイルアミドを高温エタノール（５０℃）に溶解させ、混合物を冷却し、試料中の不純物を再結晶させ、濾過した。濾液を減圧乾燥させ、次いで高温アセトニトリル（６０℃）に溶解させ、室温に冷却した時、精製されたオレイルアミドが溶剤から再結晶した。この精製工程からのオレイルアミドの収率は、約５４％であり、オレイルアミドの純度は約９０％であり、その融点は約７５℃であった。

例４
ルイス酸触媒としてチタン酸テトラ−ｎ−エチルを使用し、他の反応パラメータは例１と等しくして、同じ実験を繰り返した。この試験から得た組成オレイルアミドの収率はオレイン酸の重量に対して約９４％であり、ＨＰＬＣクロマトグラムは、製造された粗製オレイルアミドの純度が約７６％であることを示している。従って、出発材料（オレイン酸）の純度が７４％オレイン酸であるので、オレイン酸からオレイルアミドへの転化／収率は約９６％である。同じ精製工程を採用し、収率は約５５％である。製造されたオレイルアミドの純度は約９５％であり、融点は７４℃である。

例５
ルイス酸触媒としてブチルスズクロライドジ−ヒドロキシを使用し、他の反応パラメータは例１と等しくして、同じ実験を繰り返した。この試験から得た組成オレイルアミドの収率はオレイン酸の重量に対して約９４％であり、ＨＰＬＣクロマトグラムは、製造された粗製オレイルアミドの純度が約７４％であることを示している。従って、出発材料（オレイン酸）の純度が７４％オレイン酸であるので、オレイン酸からオレイルアミドへの転化／収率は約９４％である。同じ精製工程を採用し、収率は約５２％である。製造されたオレイルアミドの純度は約９０％であり、融点は７３℃である。

上記の明細書で、本発明を特定の好ましい実施態様に関して説明し、多くの詳細部を説明のために記載したが、当業者には明らかなように、本発明には他の実施態様が可能であり、本発明の基本的な原理から離れることなく、ここに記載した詳細のあるものを変形することができる。

Claims (19)

1. 脂肪酸アミドの製造方法であって、
   （ａ）有効量の脂肪酸と有効量の窒素系化合物と組み合わせる工程と、および
   （ｂ）工程（ａ）から得た混合物を、マイクロ波の、加熱炉、装置または発生装置中において、０．５〜１０重量％量の触媒の存在下で、温度１４０〜２５０℃および予め決められた圧力で、１０〜３０分間、攪拌および加熱する工程とを含んでなる、製造方法。
2. 前記温度が１６０℃〜２１０℃である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記製造方法が圧力１気圧で行われる、請求項１に記載の製造方法。
4. 前記製造方法の時間が１５〜３０分間である、請求項１に記載の製造方法。
5. 前記使用される触媒の量が好ましくは１重量％である、請求項１に記載の製造方法。
6. 前記アミドが直鎖状の第１級脂肪酸アミドである、請求項１に記載の製造方法。
7. 前記直鎖状の第１級脂肪酸アミドがオレイルアミドである、請求項６に記載の製造方法。
8. 前記オレイルアミドが、離型剤、プラスチックフィルム製造における滑り剤、はっ水剤および化粧品製造用の原料として使用される、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記オレイルアミド中の不純物が溶剤抽出および再結晶法により除去される、請求項７に記載の製造方法。
10. 前記溶剤抽出に使用される溶剤が極性有機溶剤、好ましくはクロロホルムである、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記再結晶に使用される溶剤が直鎖状の非極性アルカン、好ましくはｎ−ヘキサンである、請求項９に記載の製造方法。
12. 前記再結晶に使用される溶剤が極性有機溶剤、好ましくはエタノールまたはアセトニトリルである、請求項９に記載の製造方法。
13. 前記脂肪酸の総炭素数が１２〜２２、好ましくは１８〜２２である、請求項１に記載の製造方法。
14. 前記脂肪酸が植物または動物脂肪から得られる、請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記窒素系化合物が尿素である、請求項１に記載の製造方法。
16. 前記尿素が工業用等級の尿素である、請求項１５に記載の製造方法。
17. 前記製造方法がバッチ式または連続式である、請求項１に記載の製造方法。
18. 前記マイクロ波の、加熱炉、装置または発生装置の電力が１００Ｗ〜３０００Ｗである、請求項１に記載の製造方法。
19. 前記使用される触媒が、ルイス酸、例えばチタン酸テトラ−ｎ−ブチル、チタン酸テトラ−ｎ−エチルおよびブチルスズクロライドジ−ヒドロキシである、請求項１に記載の製造方法。