JP2007308410A - アミド化合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カルボン酸誘導体とアミンとを反応させるアミド化合物の製造方法であって、副生する分子内イミド化合物の生成を低減することができるアミド化合物の製造方法を提供する。
【解決手段】カルボン酸誘導体とアミンとを反応させて、アミド化合物を製造する方法であって、反応後に該カルボン酸誘導体及び該アミンの融点以下の温度で、反応混合物を熟成させる工程を含むアミド化合物の製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、アミド化合物の効率的な製造方法に関する。

従来、１，３−ジカルボン酸誘導体から、１，３−ジアミド誘導体を得る方法としては、（１）１，３−ジカルボン酸誘導体と過剰量のアミンとを加熱、脱水縮合する方法、（２）１，３−ジカルボン酸誘導体を、一旦１，３−ジエステル誘導体に変換した後、アルカリ等の触媒存在下、過剰量のアミンを加えて加熱することで、ジエステルからジアミドへ交換する方法等が知られている。
しかしながら、これらの反応では、大過剰のアミン存在下においても６員環形成による分子内イミド化反応が進行しやすく、また一旦形成された分子内イミド化合物は、過剰量のアミン存在下、反応を継続しても容易に消失しないという問題がある。
また、油性基材のゲル化剤の製造方法として、アルカントリカルボン酸と、該カルボン酸１モルに対して３〜１０モルの過剰のアミン化合物とを反応させるトリアミド化合物の製造方法（特許文献１参照）、脂肪酸ハライドとＬ−アスパラギン酸とを反応させ、さらにアミン化合物と反応させるＮ−アシル−Ｌ−アスパラギン酸ジアミド化合物の製造方法（特許文献２参照）が知られている。
これらの製造過程においても、分子内イミド化合物が生成する。このような分子内イミド化合物を含むアミド化合物を油性基材のゲル化剤として用いるとゲルの強度を低下させるという問題がある。

特開２００５−２８１２９２号公報 特開２００２−３１６９７１号公報

本発明は、カルボン酸誘導体とアミンとを反応させるアミド化合物の製造方法であって、副生する分子内イミド化合物の生成を低減することができるアミド化合物の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、カルボン酸誘導体とアミンとを反応させてアミド化合物を製造する際、副生した分子内イミド化合物は、系内に存在するカルボン酸誘導体とアミンの融点以下の温度で、反応混合物を熟成させることにより、速やかに目的とするアミド化合物へと変換することを見出した。
すなわち、本発明は、下記一般式（１）又は一般式（２）で表されるカルボン酸誘導体と、下記一般式（３）で表されるアミンとを反応させて、アミド化合物を製造する方法であって、反応後に該カルボン酸誘導体及び該アミンの融点以下の温度で、反応混合物を熟成させる工程を含む下記一般式（４）で表されるアミド化合物の製造方法を提供するものである。

［式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ独立にハロゲン原子又は−ＯＲ⁵（Ｒ⁵は、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数１〜５の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。）を示し、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³は、それぞれ独立にアミド基、エステル基又はフェニル基を示し、ｍ、ｎ及びｐは、それぞれ独立に０又は１を示し、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立に水素原子、又は置換基を有していてもよい全炭素数１〜２０の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。］

（式中、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³、ｍ、ｎ及びｐ、並びにＲ¹、Ｒ²及びＲ³は前記に同じである。）

（式中、Ｒ⁴は、水酸基、エーテル基、エステル基、アミノ基、及びアミド基の中から選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい全炭素数１〜２４の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。）

（式中、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³、ｍ、ｎ及びｐ、並びにＲ¹〜Ｒ³は前記に同じであり、Ｒ⁴は、それぞれ独立に前記に同じである。）
を提供するものである。

本発明の製造方法により副生する分子内イミド化合物の生成を低減することができアミド化合物を効率的に得ることができる。

一般に、反応温度と反応速度との間には正の相関がある。また、低温で固化する化合物の場合、一旦固化させてしまうと取扱いが困難になり、再溶解するには大きな手間とコストを要する。アミド化合物を製造する場合も、工業的には液化温度以上の高温で液体状態を保ったまま反応、精製を行って目的とする製品を製造するのが通常である。
これに対して本発明は、下記一般式（１）又は（２）で表されるカルボン酸誘導体と、下記一般式（３）で表されるアミンとを反応させアミド化反応を行い、該反応後に該カルボン酸誘導体及び該アミンの融点以下の温度で、反応混合物を熟成させて下記一般式（４）で表されるアミド化合物を製造することを特徴とする。

本発明方法で製造するアミド化合物の好適例としては、ヘキサン−１，３，６−トリカルボン酸トリ（３’−オクタデシロキシプロピル）アミド、ヘキサン−１，３，６−トリカルボン酸トリオクタデシルアミド、ヘキサン−１，３，６−トリカルボン酸トリ（２’−エチルヘキシル）アミド、ヘキサン−１，３，６−トリカルボン酸トリドデシルアミド等が挙げられる。この中では、特にヘキサン−１，３，６−トリカルボン酸トリ（３’−オクタデシロキシプロピル）アミドが挙げられる。

〔アミド化反応〕
本発明で出発原料として用いるカルボン酸誘導体は、前記一般式（１）又は前記一般式（２）で表される。
一般式（１）においてＸ¹及びＸ²は、それぞれ独立にハロゲン原子又は−ＯＲ⁵を示す。
ハロゲン原子としては、反応性及び経済面の観点から塩素原子が好ましい。
Ｒ⁵は、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数１〜５の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。Ｒ⁵としては、反応性及び経済面の観点から、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数１〜３の飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基が好ましく、さらに水素原子、又は炭素数１〜２の飽和の炭化水素基がより好ましい。これらの中では、水素原子又はメチル基が特に好ましい。

一般式（１）及び（２）において、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³は、それぞれ独立にアミド基、エステル基，フェニル基から選ばれる置換基を示す。Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³としては、反応の選択性の点からアミド基及びフェニル基が好ましい。
一般式（１）及び（２）において、ｍ、ｎ及びｐは、それぞれ独立に０又は１を示す。ｍ、ｎ及びｐとしては、製造されるアミド化合物の使用目的に応じてその数を選択できる。反応性の観点から、ｍ、ｎ及びｐとしては、少なくとも１つが０であることが好ましく、さらに少なくとも２つが０であることがより好ましく、すべてが０であることが特に好ましい。
一般式（１）及び（２）において、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立に水素原子、又は置換基を有していてもよい全炭素数１〜２０の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。
Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³としては、製造されるアミド化合物の使用目的に合致する構造を持っていれば良い。反応性の観点から、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³としては、少なくとも１つが水素原子であることが好ましく、さらに少なくとも２つが水素原子であることがより好ましい。
また、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³としては、トリアミド化合物を得る観点から、少なくとも１つが、下記一般式（５）で表される炭化水素基であることが好ましい。

前記一般式（５）においてＸ³は、ハロゲン原子又は−ＯＲ⁵（Ｒ⁵は、前記に同じである。）を示す。ハロゲン原子及びＲ⁵としては、前記Ｘ¹及びＸ²のハロゲン原子及びＲ⁵の好適例と同様のものが挙げられる。
ｑは、０〜３の整数を示す。ｑとしては、製造されるアミド化合物の使用目的に合致する構造を持っていれば良いが反応性の観点から、好ましくは１〜３である。
Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³の炭化水素基の置換基としては、水酸基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、フェニル基等が挙げられる。

一般式（１）で表されるカルボン酸誘導体としては、例えば、ヘキサン−１，３，６−トリカルボン酸、ブタン−１，２，４−トリカルボン酸、グルタル酸、グルタル酸ジメチル、グルタミン酸メチルエステル等が挙げられる。
一般式（２）で表されるカルボン酸誘導体としては、例えば、上記カルボン酸の酸無水物等が挙げられる。

本発明で出発原料として用いるアミンは、前記一般式（３）で表される。
一般式（３）においてＲ⁴は、水酸基、エーテル基、エステル基、アミノ基、及びアミド基の中から選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい全炭素数１〜２４の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。

直鎖状飽和炭化水素基としては、例えば、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、イコシル、ドコシル、テトラコシル等の基が挙げられる。
分岐鎖状飽和炭化水素基としては、例えば、メチルペンチル、メチルヘキシル、エチルヘキシル、メチルノニル、ジメチルオクチル、テトラメチルオクチル、メチルドデシル、ジメチルウンデシル、トリメチルデシル、ヘキシルデシル、メチルペンタデシル、ジメチルテトラデシル、トリメチルトリデシル、テトラメチルドデシル、オクチルドデシル、デシルテトラデシル等の基が挙げられる。
直鎖状又は分岐鎖状の不飽和炭化水素基としては、例えば、ヘキセニル、オクテニル、デセニル、ドデセニル、テトラデセニル、ヘキサデセニル、オクタデセニル、イコセニル、ドコセニル、テトラコセニル、メチルペンテニル、メチルヘキセニル、エチルヘキセニル、メチルノネニル、ジメチルオクテニル、テトラメチルオクテニル等の基が挙げられる。

水酸基を有する直鎖状又は分岐鎖状の飽和炭化水素基としては、例えば、ヒドロキシヘキシル、ヒドロキシオクチル、ヒドロキシデシル、ヒドロキシドデシル、ヒドロキシテトラデシル、ヒドロキシヘキサデシル、ヒドロキシオクタデシル、ヒドロキシイコシル、ヒドロキシドコシル、ヒドロキシテトラコシル、ヒドロキシメチルペンチル、ヒドロキシメチルヘキシル、ヒドロキシエチルヘキシル、ヒドロキシメチルノニル、ヒドロキシジメチルオクチル、ヒドロキシテトラメチルオクチル等の基が挙げられる。
水酸基を有する直鎖状又は分岐鎖状の不飽和炭化水素基としては、例えば、ヒドロキシヘキセニル、ヒドロキシオクテニル、ヒドロキシデセニル、ヒドロキシドデセニル、ヒドロキシテトラデセニル、ヒドロキシヘキサデセニル、ヒドロキシオクタデセニル、ヒドロキシイコセニル、ヒドロキシドコセニル、ヒドロキシテトラコセニル、ヒドロキシメチルペンテニル等の基が挙げられる。

エーテル基を有する炭化水素基としては、（エチルヘキシロキシ）エチル、ドデシロキシエチル、オクタデシロキシエチル、オクタデシロキシプロピル、［（オクタデシロキシ）エチロキシ］エチル、オクタデセニロキシプロピル等の基が挙げられる。
エステル基を有する炭化水素基としては、２−ステアロイルオキシエチル基等が挙げられる。
アミノ基を有する炭化水素基としては、Ｎ，Ｎ−ジオクチル−３−アミノプロピル基等が挙げられる。
アミド基を有する炭化水素基としては、Ｎ−オクタデシロイルアミノエチル、Ｎ−ドデシロイルアミノプロピル、Ｎ−オクタデセニロイルアミノプロピル、Ｎ−（２−エチルヘキサノイル）アミノエチル等の基が挙げられる。
前記の炭化水素基において、分岐の位置、不飽和結合の位置、水酸基、エーテル基、エステル基、アミノ基、及びアミド基の位置は、特に限定されない。

前記一般式（３）において、Ｒ⁴は、製造されるアミド化合物の使用目的に合致する構造を持っていれば良い。本発明においては、下記に述べる熟成工程における熟成温度が、この一般式（３）で表されるアミンの融点以下の温度である観点から、Ｒ⁴としては、全炭素数４〜２４の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基、及びエーテル基を有する前記炭化水素基が好ましく、さらには全炭素数１０〜２４の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基、及びエーテル基を有する前記炭化水素基が好ましい。この中では、特にオクタデシロキシエチレン、オクタデシロキシプロピレン、セチル、ステアリルが好ましい。
該アミンは、製造されるアミド化合物の使用目的に応じて、１種単独で用いてもよいが、２種以上を組み合わせて用いることもできる。

該アミンの使用量としては、選択的にアミド化合物を合成する観点から、前記のカルボン酸誘導体のカルボキシル基に対し１当量以上の使用が好ましく、反応速度の観点からは１．１モル以上が好ましく、さらには１．２モル以上が好ましい。

アミド化反応においては、反応速度を上げる目的で、高級アルコール、好ましくはステアリルアルコール等の溶媒を用いることが可能であるが、経済面及び後処理の観点から、溶媒は用いないことが望ましい。
また、反応速度を上げる目的で、触媒として酸を用いることができる。触媒としては、一般的な鉱酸及び有機酸を用いることができる。例えば、鉱酸としては、塩酸、硫酸、リン酸が挙げられ、有機酸として、酢酸、クエン酸、パラトルエンスルホン酸等が挙げられる。
触媒の使用量としては、特に制限はないが、製造コストの観点から、好ましくは反応混合物に対し、１０質量％以下である。
反応温度は、カルボン酸誘導体の転化速度を向上させる観点から、反応混合物が融解する温度以上に昇温させて液体状態となる温度で反応させることが好ましい。反応温度としては、一般に１２０〜２２０℃、好ましくは１３０〜２００℃の温度である。
反応速度の観点からは、系内を攪拌し、十分に混合させながら反応させることが好ましい。
反応時間は、原料の反応性、混合比、触媒の有無、反応温度によって異なるが、製造コストの観点から、反応混合物の組成が変わらなくなるまで続けることが好ましい。反応時間としては、通常１〜３０時間である。

〔熟成工程〕
アミド化反応によって得られた反応混合物中には、目的とする前記一般式（４）で表されるアミド化合物の他に、下記一般式（６）

（式中、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³、ｍ、ｎ及びｐ、並びにＲ¹〜Ｒ⁴は前記に同じである。）
で表される分子内イミド化合物が生成している。

本発明の製造方法は、前述のアミド化反応後に、反応混合物を熟成させる工程を行うものである。前記の分子内イミド化合物は、熟成工程により、速やかに目的とするアミド化合物へと変換する。
前記分子内イミド化合物としては、前述のアミド化反応の反応混合物をそのまま用いても良く、該混合物から精製単離して用いてもよい。

本工程において、反応収率の観点から、前記一般式（３）で表されるアミンを添加して熟成を行うことが好ましい。
本工程に用いるアミンの具体例及び好適例としては、上述のアミド化反応において用いたアミンと同様のものを例示できる。
アミンの使用量としては、反応収率の観点から、前記分子内イミド化合物に対し当量以上が好ましく、熟成速度の観点から、２モル当量以上がより好ましく、さらには５モル当量以上が好ましい。
また、製造コスト及び後処理の観点から、１０モル当量以下が好ましく、更には８モル当量以下が好ましい。

本工程において、高級アルコール、好ましくはステアリルアルコール等の溶媒を用いることが可能であるが、反応速度及び製造コストの観点から、溶媒不存在下で熟成を行うことが好ましい。上述のアミド化反応で溶媒を用いた場合には溶媒を除去した後に熟成を行うことが好ましい。
本工程において、熟成速度を上げる目的で、前記のアミド化反応で述べた酸を触媒として用いることができる。触媒の使用量としては、特に制限はないが、経済面の観点から反応混合物に対し、好ましくは１０質量％以下である。
また、本工程において、熟成速度を上げる目的で、水を添加することができる。水の添加によって競争的な分子内イミド化合物の加水分解反応が起こることによる収率の低下を防ぐ観点から、水の使用量としては、系内水分量を好ましくは５質量％以下、より好ましくは１質量％以下となるように添加する。

本工程は、用いたカルボン酸誘導体及びアミンの融点以下の温度で、系を固化させた状態で進行させる。この際、前記アミド化反応で液体状態であった反応混合物を、そのまま冷却して熟成させることもできるが、その後の取扱い性を考慮し、冷却しながらフレーク状にし、又は冷却した後にフレーク状にして熟成させることもできる。
本工程に用いる反応混合物を均一化させる目的で、該混合物が固体であれば、フレーク状、または粉末状にして攪拌することもできる。また、該混合物を、用いたカルボン酸誘導体及びアミンの融点以上の温度まで昇温し、液体状態で混合することもできる。この場合には、その後冷却し固化した後は、攪拌はしなくても良い。
本工程は、例えば、アミド化合物の使用目的が油性基材のゲル化剤であるような場合、用いたアミンの融点以上の温度でも、見かけ上、系は固化したように見えることがある。この時遠心分離等を行うと相分離がみられ、完全な固化に至っていない場合がある。この様な場合には、系を完全に固化することによりさらに速やかに熟成が進行する。

本工程における熟成温度としては、系が混合物である場合には凝固点降下が起こり得る観点から、用いたカルボン酸誘導体及びアミンの融点よりさらに低い温度であることが好ましい。凝固点降下の程度は、混合物の組成によっても異なるが、該融点よりも５℃以上低い温度であることがより好ましい。
一方、反応速度は、温度に対し正の相関を有することから、上記の範囲でできる限り高い温度であることが好ましい。よって熟成温度としては、用いたカルボン酸誘導体及びアミンの融点よりも５℃〜５０℃以上低い温度が好ましく、更には用いたカルボン酸誘導体及びアミンの融点よりも５℃〜３０℃以上低い温度が好ましい。
熟成時間は、化合物の反応性、触媒及び水の有無、アミンの使用量、反応温度、イミドの残存許容量等により異なるが、通常０．５時間〜２週間である。熟成時間としては、製造コストの観点から好ましくは２時間〜１週間である。

〔評価方法〕
各実施例で得られた熟成後のアミド化反応混合物のトリアミド化合物／分子内イミド化合物／ジアミドモノカルボン酸化合物の組成比を、高速液体クロマトグラフィー法（ＨＰＬＣ）により測定した。

実施例１
〔アミド化反応〕
脱水管を装着した５００ｍＬ４つ口丸底フラスコに、１，３，６−ヘキサントリカルボン酸２２．４ｇ（ｍｐ１１２℃）及び３−オクタデシロキシ−１−プロピルアミン〔ｍｐ；４６．２℃（ｍｅｔｔｌｅｒ社製ＦＰ６２型融点測定器）〕／ステアリルアルコール＝８７．１／１２．９（質量比）混合物１２７．６ｇを入れ、１７０℃で脱水しながら反応した。２２時間後の混合物中の組成比（質量比）は、ＨＰＬＣ及びアミン分析、水分量分析より、トリアミド化合物／分子内イミド化合物／ジアミドモノカルボン酸化合物／アミン／水／アルコール＝５４．５／１８．３／１．３／１４．４／０．２／１１．２であった。
〔熟成工程〕
前記アミド化反応混合物［組成比（質量比）：トリアミド化合物／分子内イミド化合物／ジアミドモノカルボン酸化合物＝７６．５／２１．１／２．４］１．０ｇ、及び３−オクタデシロキシ−１−プロピルアミン／ステアリルアルコール＝８７．１／１２．９（質量比）混合物０．７３ｇを、サンプル管に入れ、１３０℃まで昇温して均一溶解した。その後４０℃まで冷却して固化した後、４０℃で２４時間熟成した。結果を表１に示す。

実施例２
実施例１のアミド化反応で得られたアミド化反応混合物２．２ｇ、及び３−オクタデシロキシ−１−プロピルアミン／ステアリルアルコール＝８７．１／１２．９（質量比）混合物１．８ｇを、サンプル管に入れ、１３０℃まで昇温して均一溶解した。その後２５℃まで冷却して固化した後、２５℃で２４時間熟成した。結果を表１に示す。

実施例３
熟成工程において、原料としてさらに水１５ｍｇを添加した以外は実施例２と同様に行った。結果を表１に示す。

比較例１
熟成工程において、１３０℃まで昇温して均一溶解し、その後１７０℃まで昇温した後１７０℃で２４時間熟成した以外は実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。

比較例２
熟成工程において、１３０℃まで昇温して均一溶解し、その後５０℃まで冷却して固化した後５０℃で２４時間熟成した以外は実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。

実施例１及び２と比較例１及び２より、分子内イミド化合物は、原料アミンの融点以下で、速やかにアミド化合物へと変換されること、実施例３より、水の添加により熟成工程における熟成速度が加速されることが分かる。

本発明の製造方法により、化粧品分野等における油性基材のゲル化剤等として有用であるアミド化合物を効率的に製造可能である。

Claims (3)

1. 下記一般式（１）又は一般式（２）で表されるカルボン酸誘導体と、下記一般式（３）で表されるアミンとを反応させて、アミド化合物を製造する方法であって、反応後に該カルボン酸誘導体及び該アミンの融点以下の温度で、反応混合物を熟成させる工程を含む下記一般式（４）で表されるアミド化合物の製造方法。
   ［式中、Ｘ¹及びＸ²は、それぞれ独立にハロゲン原子、又は−ＯＲ⁵（Ｒ⁵は、水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数１〜５の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。）を示し、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³は、それぞれ独立にアミド基、エステル基又はフェニル基を示し、ｍ、ｎ及びｐは、それぞれ独立に０又は１を示し、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立に水素原子、又は置換基を有していてもよい全炭素数１〜２０の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。］
   （式中、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³、ｍ、ｎ及びｐ、並びにＲ¹、Ｒ²及びＲ³は前記に同じである。）
   （式中、Ｒ⁴は、水酸基、エーテル基、エステル基、アミノ基、及びアミド基の中から選ばれる少なくとも一種を含んでいてもよい全炭素数１〜２４の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基を示す。）
   （式中、Ｚ¹、Ｚ²及びＺ³、ｍ、ｎ及びｐ、並びにＲ¹〜Ｒ³は前記に同じであり、Ｒ⁴は、それぞれ独立に前記に同じである。）
2. 一般式（１）において、ｍ、ｎ及びｐは、０を示し、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³のうち少なくとも１つが、下記一般式（５）で表され、一般式（３）において、Ｒ⁴は、全炭素数４〜２４の飽和又は不飽和の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基である請求項１に記載のアミド化合物の製造方法。
   ［式中Ｘ³はハロゲン原子又は−ＯＲ⁵（Ｒ⁵は、前記に同じである。）を示し、ｑは０〜３の整数を示す。］
3. 前記熟成工程において水を添加する請求項１又は２に記載のアミド化合物の製造方法。