JP2010126464A

JP2010126464A - アミノ基含有イミダゾール類の製造方法

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Publication number: JP2010126464A
Application number: JP2008301136A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Shimoda; 晃義下田; Nobuhiro Ito; 暢浩伊藤
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】選択率が高く、生産性に優れたアミノ基含有イミダゾール類の製造方法の提供。
【解決手段】下記一般式（１）で表されるシアノ基含有イミダゾール類を、不活性溶剤中でコバルト系触媒等からなる群より選ばれる１種以上の触媒を用いて水素添加反応を行う工程を含む、下記一般式（２）で表されるアミノ基含有イミダゾール類の製造方法。

【選択図】なし

Description

本発明は、アミノ基を含有したイミダゾール類の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、各種硬化材料、電子工業用材料、及びそれらの原料、更には医薬原料や農薬原料として有用なアミノ基含有イミダゾール類の製造方法に関する。

アミノ基含有イミダゾール化合物は、各種官能基と反応できるアミノ基と、塩基性触媒能を有するイミダゾール基を同時に有しているため、各種材料や原料に有用に用いることができる。
アミノ基含有イミダゾール化合物は、例えば、アミノ基はエポキシ基と付加型の反応を起こし、イミダゾール部分の３級窒素はエポキシ基を開環させる高活性な触媒能を有しているため、エポキシ樹脂の硬化剤として有用である。
特許文献１には、アミノ基含有イミダゾール類とイソシアネート基を含有する化合物とを反応させて得られる化合物が、エポキシ樹脂の硬化剤として用いることができることが記載されている。
特許文献２には、アミノ基含有イミダゾール類として１−（２−アミノエチル）−２−アミノエチルイミダゾールと、イソシアネート基を有する化合物とを反応させて得られる化合物が、優れた硬化性能を有するエポキシ樹脂組成物を提供できることが記載されており、その化合物自体が硬化剤となるだけでなく、硬化剤の原料としてもアミノ含有イミダゾール類が有用であることが記載されている。
特許文献３には、アミノ基含有イミダゾール類が、牛の血小板より分画したソロンボキサン・シンセターゼ（ｔｈｒｏｍｂｏｘａｎｅｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ）に対し強い阻害効果を有し、炎症、高血圧、血栓、脳出血、喘息等のソロンボキサン・Ａ２に起因する疾患の治療剤として有用であることが記載されている。

ここで、アミノ基含有イミダゾール類の製造方法としては、従来より各種提案されている。例えば、特許文献４には、１−アミノエチル−イミダゾール化合物の製造方法として、１−アシルアミノエチル−イミダゾリン化合物を接触脱水素することにより、１−アシルアミノエチル−イミダゾール化合物を合成し、次いで、該化合物を酸又はアルカリを用いて加水分解することにより１−アミノエチル−イミダゾールを製造する方法が提案されている。しかしながら、当該文献に記載された方法では、加水分解後の酸又はアルカリからの溶媒を用いた抽出工程、該溶媒を除去する工程、更には必要に応じて所望の化合物を蒸留等で精製するといった工程が必須となり、工程が長く、収率も低くなる傾向にあるため生産性が低い。

一方、ニトリル化合物を触媒の存在下で水素添加することにより対応するアミン化合物を得る方法を利用したアミノ基含有イミダゾール類の製造方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾールを、エタノール溶媒中でラネーニッケル触媒の存在下、圧力と温度がそれぞれ１００ｐｓｉ、１００℃の条件下で１８時間水素添加を行うことにより、１−アミノプロピル−２−エチル−４−メチルイミダゾールを製造することが記載されている。当該文献においては、カーボンにパラジウムやロジウムを担持させた触媒を用いた場合でも、実質的に同じ結果が得られることが記載されている。
また、特許文献３には、１−（３−シアノプロピル）イミダゾールを、エタノールと濃塩酸混合溶媒中で白金触媒下で水素添加を行い、１−（４−アミノブチル）イミダゾールを製造することが記載されている。

特開昭６４−６６１７２号公報特開２０００−２９０２６０号公報特開昭５４−１１２８６２号公報特開昭６２−１９８６６８号公報

本発明者らは、水素添加によりアミノ基含有イミダゾールを製造する方法において、工程が短縮され、且つ、精製の容易な方法の検討を行った結果、上記特許文献に記載された方法では、目的物の選択率が低く、得られるアミノ基含有イミダゾール類の純度及び収率が不十分となることが分かった。

上記事情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、シアノ基含有イミダゾール類を水素添加することによりアミノ基含有イミダゾール類を製造する方法において、目的物の選択率が高く、高純度のアミノ基含有イミダゾール類を高収率で得ることのできる、生産性に優れたアミノ基含有イミダゾール類の製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、シアノ基含有イミダゾール類を水素添加することによりアミノ基含有イミダゾール類を製造する方法において、不活性溶剤中でコバルト系触媒、銅系触媒、パラジウム系触媒、ルテニウム系触媒、ロジウム系触媒、金系触媒、及び銀系触媒から選ばれる１種以上の触媒を用いて水素添加反応を行うことにより、低温時においても、短時間で、且つ、非常に高い選択率で反応が進行し、高純度のアミノ基含有イミダゾール類を高収率で得ることができることを見出した。

即ち、本発明は以下のとおりである。
［１］
下記一般式（１）で表されるシアノ基含有イミダゾール類を水素添加することにより、下記一般式（２）で表されるアミノ基含有イミダゾール類を製造する方法であって、
不活性溶剤中で、コバルト系触媒、銅系触媒、パラジウム系触媒、ルテニウム系触媒、ロジウム系触媒、金系触媒、及び銀系触媒からなる群より選ばれる１種以上の触媒を用いて水素添加反応を行う工程を含む、アミノ基含有イミダゾール類の製造方法。

（式中、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃は、各々独立して、水素原子、ハロゲン基、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキル基、又は置換基を含んでもよい芳香族基を示す。Ｘは、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキレン基を示す。）
［２］
前記触媒は、コバルト系触媒及び銅系触媒から選ばれる１種以上である、上記［１］記載のアミノ基含有イミダゾール類の製造方法。
［３］
前記不活性溶剤は、エーテル類及びアルコール類から選ばれる１種以上である、上記［１］又は［２］記載のアミノ基含有イミダゾール類の製造方法。

本発明により、目的物の選択率が高く、高純度のアミノ基含有イミダゾール類を高収率で得ることのできる、生産性に優れたアミノ基含有イミダゾール類の製造方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、本実施の形態）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

本実施の形態のアミノ基含有イミダゾール類の製造方法は、
下記一般式（１）で表されるシアノ基含有イミダゾール類を水素添加することにより、下記一般式（２）で表されるアミノ基含有イミダゾール類を製造する方法であって、
不活性溶剤中で、コバルト系触媒、銅系触媒、パラジウム系触媒、ルテニウム系触媒、ロジウム系触媒、金系触媒、及び銀系触媒からなる群より選ばれる１種以上の触媒を用いて水素添加反応を行う工程を含む、アミノ基含有イミダゾール類の製造方法。

（式中、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃は、各々独立して、水素原子、ハロゲン基、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキル基、又は置換基を含んでもよい芳香族基を示す。Ｘは、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキレン基を示す。）

本実施の形態において原料として用いられるシアノ基含有イミダゾール類は、下記一般式（１）で表される化合物である。

ここで、式中のＲ₁、Ｒ₂、及びＲ₃は、各々独立して、水素原子、ハロゲン基、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキル基、又は置換基を含んでもよい芳香族基を示す。

上記ハロゲン基とは、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素を表す。

上記炭素数１〜２０のアルキル基とは、直鎖もしくは分岐鎖の飽和炭化水素基であり、脂環基のような環状飽和炭化水素を含んでいてもかまわない。炭素数１〜２０のアルキル基は置換基を含んでもよく、該置換基としては、例えば、フェニル基等の芳香族基、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン基、水酸基、アミノ基、アシル基等が挙げられる。また、炭素数が２０を超えると、水素添加後の精製が複雑となり、最終的に得られるアミノ基含有イミダゾール類の収率及び純度が低下する傾向にある。

上記芳香族基とは、共役環状構造を有する官能基であり、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。芳香族基は置換基を含んでもよく、該置換基としては、例えば、水酸基、メチル基やエチル基等のアルキル基、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン基等が挙げられる。

Ｒ₁としては、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基、ウンデシル基、ヘプタデシル基等の炭素数１８以下のアルキル基、又はフェニル基等の芳香族基が好ましい。

Ｒ₂及びＲ₃としては、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基、ウンデシル基、ヘプタデシル基等の炭素数１８以下のアルキル基、ヒドロキシメチル基等の水酸基を有する炭素数１８以下のアルキル基、又はフェニル基等の芳香族基が好ましい。

本実施の形態においては、Ｒ₁が、水素、メチル基、エチル基、ヘプタデシル基、フェニル基であり、Ｒ₂及びＲ₃が、水素、メチル基、エチル基、ヒドロキシメチル基、フェニル基であることがより好ましい。

上記一般式（１）において、Ｘは、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキレン基であり、直鎖構造、分岐構造、又は環状構造を有する２価の飽和炭化水素基である。該置換基としては、水酸基、フェニル基等の芳香族基、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン基、アミノ基、アシル基等が挙げられる。

Ｘの炭素数は、好ましくは１〜１８であり、より好ましくは１〜１０であり、更に好ましくは１〜４である。また、Ｘとしては、下記一般式（５）で表されるいずれかの構造を有することが好ましい。

本実施の形態の製造方法で用いられるシアノ基含有イミダゾール類は、公知の方法で得ることができ、例えば、アルカリの存在下でイミダゾール類と不飽和二重結合を有するニトリル化合物とを付加反応させることにより得ることができる。

具体的には、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の触媒の存在下で、２−メチルイミダゾールとアクリロニトリルを反応させることにより、下式一般式（３）で表される１−シアノエチル−２−メチルイミダゾールを得ることができる。

次に、本実施の形態の製造方法に用いる不活性溶剤について説明する。
本実施の形態における不活性溶剤とは、室温や反応温度において液体であり、原料であるシアノ基含有イミダゾール類、用いる触媒及び生成物であるアミノ基含有イミダゾール類と化学反応及び塩形成を行わず、且つ、反応温度において、シアノ基含有イミダゾール類を０．１質量％以上溶解するものである。具体的には水や有機溶剤等が挙げられる。

有機溶剤としては、炭化水素類、エーテル類、アルコール類、アミン類等及びこれらの混合物が挙げられる。炭化水素類としては、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の飽和炭化水素類；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類等が挙げられる。また、エーテル類としては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジオキサン、トリオキサン等が挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール等のモノオール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等のジオール類；トリメチロールプロパン等のトリオール類等が挙げられる。また、アミン類としては、メチルアミン、エチルアミン等のモノアミン類；ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン等のジアミン類；トリメチルアミン、トリエチルアミン等の第３級アミン等が挙げられる。

不活性溶剤としては、水、炭化水素類、エーテル類、アルコール類が好ましく、中でも、選択性及びシアノ基含有イミダゾール類の溶解性が高くなる傾向にあるため、エーテル類、アルコール類がより好ましい。更には、例えば、水素添加反応後に蒸留でアミノ基含有イミダゾール類を精製する場合は、アミノ基含有イミダゾール類と沸点の離れた又は共沸しない不活性溶剤が好ましく、沸点が常圧で２００℃以下のエーテル類やアルコール類がより好ましく、沸点が常圧で１５０℃以下のものが更に好ましい。

本実施の形態において、水素添加を行う際のシアノ基含有イミダゾール類の不活性溶剤中における濃度は、特に制限はいが、通常は０．１質量％から９８質量％であり、好ましくは５質量％から７５質量％、より好ましくは１０質量％から６０質量％である。シアノ基含有イミダゾール類の濃度が９８質量％を超える場合には、触媒活性が低下して、結果的に水素添加反応速度が低下する傾向にあり、更には触媒寿命が低下する傾向にある。また、シアノ基含有イミダゾールの濃度が０．１質量％未満の場合には、水素添加反応後に不活性溶剤を除去する工程の負荷が大きく、生産性が低下する傾向にある。

次に、本実施の形態における触媒に関して説明する。本実施の形態の製造方法で用いる触媒は、コバルト系触媒、銅系触媒、パラジウム系触媒、ルテニウム系触媒、ロジウム系触媒、金系触媒、及び銀系触媒からなる群より選ばれる１種以上の金属を含む触媒である。

本実施の形態では、上記触媒に含まれる金属の含有量が１質量％から実質１００質量％であり、例えば、担体上にこれら金属を公知の方法で担持させたものや、多孔質のスポンジ状構造のもの等が挙げられる。

本実施の形態においては、上記触媒の中でも、コバルト系触媒、銅系触媒が水素添加速度が速くなる傾向にあるため好ましい。

触媒に含まれる金属含有量が８５質量％以下の場合は、通常金属が担体に担持されているものであり、該担体としては、例えば、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、ゼオライト、マグネシア、チタニア、ジルコニア等を好適に用いることができる。更には、本実施の形態においては、上記担体に担持されている触媒が、選択性を低下させない範囲で、クロム、鉄、モリブデン、及びニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属活性化剤により修飾されていてもよく、特に、クロム、鉄及びモリブデンにより修飾されていることが好ましい。これら金属活性化剤の量は、通常０．０１〜１５質量％の範囲であり、好ましくは０．０５〜８質量％の範囲である。

コバルト系触媒及び銅系触媒に関しては、その構造がスポンジ状構造を有している場合に水素添加速度が速くなる傾向にあるため、特に好適に使用できる。スポンジ構造を有している触媒に含まれるコバルト又は銅の含有量が実質１００質量％の場合は、その製造に用いるアルミニウムを微量残留していてもよく、該アルミニウムの含有量は、通常０．０１〜１０質量％の範囲にある。これらの残留アルミニウムは、実質的には水素添加に関与しないと考えられ、該アルミニウムが、例えば、０．０１〜１質量％の場合も、触媒に含まれるコバルト又は銅が実質１００質量％とする。

更には、本実施の形態においては、触媒のスポンジ状構造が、選択性を低下させない範囲で、クロム、鉄、モリブデン、及びニッケルから選ばれる少なくとも１種の金属活性化剤により修飾されていてもよく、特に、クロム、鉄及びモリブデンにより修飾されていることが好ましい。これら金属活性化剤の量は、通常０．０１〜１５質量％の範囲であり、好ましくは０．０５〜８質量％の範囲である。

触媒の粒径としては、特に制限はなく、以下に説明する反応形式に合わせて、適宜、所望の粒径で用いることができる。

本実施の形態の製造方法における反応形式は、上記触媒を固定し、反応液を流通させる固定床反応形式や、反応液中に上記触媒を分散させたスラリー相反応形式で行うことができる。固定床反応形式の場合には、上記触媒粒径は、通常０．１ｍｍ〜１ｃｍの範囲である。また、スラリー相反応形式の場合には、上記触媒粒径は、通常０．１〜１０００μｍの範囲であり、好ましくは０．５〜３００μｍ、より好ましくは１０〜１００μｍの範囲にある。ここで、触媒の粒径は、ベックマン・コールター社製のレーザー回折・散乱法粒度分布測定装置「ＬＳ２３０型」を用いて得られる体積平均粒径である。

本実施の形態の製造方法においては、所望の選択率と収率を得ることができれば、反応をバッチ式で行っても、連続式で行ってもよく、更には循環式で行ってもよい。

具体的には、例えば、撹拌式オートクレーブ反応器槽で、シアノ基含有イミダゾール、及び不活性溶剤を仕込み、水素加圧下のもとで、バッチ式で水素添加反応を行うことができる。

本実施の形態の製造方法においては、水素添加反応は、２５℃〜１８０℃の温度範囲で行うことが好ましく、より好ましくは３０℃〜１５０℃、更に好ましくは４０℃〜１３０℃、特に好ましくは５０〜１２０℃の温度範囲で行う。水素添加反応における温度が１８０℃を超える場合は、目的物の選択率が低下して、結果的に収率が低下する傾向にある。また、２５℃未満の場合には、水素添加反応速度が遅いため実用的でない。

用いる触媒量は、所望の選択率と収率を得ることができれば特に制限はない。上記バッチ式で行う場合には、反応温度にも左右されるが、用いる触媒量は、通常、原料であるシアノ基含有イミダゾール類に対し、０．０００１〜３００質量％の範囲であり、好ましくは０．００１〜２００質量％、より好ましくは０．０１〜５０質量％の範囲である。また、反応を上記連続式で行う場合にはこの限りでない。バッチ式反応においては、該触媒量が０．０００１質量％未満の場合には、反応速度が低下する傾向にあり、また、３００質量％を超える場合には、選択率が低下する傾向にある。

本実施の形態の製造方法における反応時間は、所望の選択率と生産性を得ることができれば特に制限はないが、例えば、上記バッチ式で行う場合には、反応温度及び触媒量にも左右されるが、通常１０分〜１００時間の範囲である。

本実施の形態の製造方法により得られた反応液から、触媒及び不活性溶剤を除去することにより、アミノ基含有イミダゾール類を得ることができる。更に、純度を高める目的で、後工程として蒸留等の精製を行ってもよい。

以下、実施例により本実施の形態を具体的に説明するが、本実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
内容積５０ｍＬのオートクレーブに、下式（３）で表される１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール（四国化成工業株式会社製：２ＭＺ−ＣＮ）を０．８３４ｇ（０．０６１８ｍｏｌ）、溶媒としてエタノールを８．２４ｇ、及びエタノールで湿潤状態とした展開コバルト触媒（川研ファインケミカル社製、ＯＤＨＴ−６０）を乾燥状態における換算で０．１５０ｇを仕込み、２５℃において反応器内を水素１．９６ＮＰａの圧力で５回置換した。用いた展開コバルト触媒の組成は、コバルト９６．６質量％、鉄０．３質量％、アルミニウム３．１％であった。次いで、反応器内の水素の圧力を３．９２ＭＰａ（水素約０．７１ｍｏｌに相当）とし、温度をおよそ３０分かけて１００℃に昇温し、該温度で４時間反応させることにより、下式（４）で表されるアミノブチル−２−メチルイミダゾール（分子量１３９：図１参照）を得た。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（実施例２）
仕込みの水素圧を６．８６ＭＰａとし、反応時間を１時間とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（実施例３）
反応時間を２時間とした以外は、実施例２と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（実施例４）
触媒量を乾燥状態における換算で０．０５０ｇとし、仕込みの水素圧を６．８６ＭＰａ、及び反応時間を８時間とした以外は実施例１と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（比較例１）
触媒としてエタノールで湿潤状態とした展開ニッケル触媒（川研ファインケミカル社製、ＮＤＨＴ）を乾燥状態における換算で０．１５０ｇ用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（比較例２）
触媒としてエタノールで湿潤状態とした展開ニッケル触媒（川研ファインケミカル社製、ＮＤＨＴ）を乾燥状態における換算で０．１５０ｇ用いた以外は、実施例２と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（比較例３）
触媒としてエタノールで湿潤状態とした展開ニッケル触媒（川研ファインケミカル社製、ＮＤＨＴ）を乾燥状態における換算で０．０５０ｇ用い、反応時間を１８時間とした以外は実施例１と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（実施例５）
溶媒として１−プロパノールを用い、触媒を１−プロパノールで湿潤状態とした展開コバルト触媒を用いた以外は、実施例３と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

（実施例６）
触媒としてエタノールで湿潤状態とした展開銅触媒（川研ファインケミカル社製、ＣＤＴ）を乾燥状態での換算で０．１５０ｇ用い、反応時間を４時間とした以外は実施例３と同様の操作を行った。得られた反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、本実施の形態の製造方法を用いた実施例１〜６においては、目的物の選択率が高く、高純度のアミノ基含有イミダゾール類を高い生産性（収率）で得ることができた。これに対して、比較例１〜３は、目的物の選択率が低く、高沸不純生成物の量も多くなり、生産性に劣っていた。

本発明の製造方法よれば、各種硬化材料、電子工業用材料、及びそれらの原料、更には医薬原料や農薬原料として有用なアミノ基含有イミダゾール類を、高選択率及び高収率で得ることができる。

実施例１で得られたアミノブチル−２−メチルイミダゾールのマススペクトルを示す。

Claims

下記一般式（１）で表されるシアノ基含有イミダゾール類を水素添加することにより、下記一般式（２）で表されるアミノ基含有イミダゾール類を製造する方法であって、
不活性溶剤中で、コバルト系触媒、銅系触媒、パラジウム系触媒、ルテニウム系触媒、ロジウム系触媒、金系触媒、及び銀系触媒からなる群より選ばれる１種以上の触媒を用いて水素添加反応を行う工程を含む、アミノ基含有イミダゾール類の製造方法。
（式中、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃は、各々独立して、水素原子、ハロゲン基、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキル基、又は置換基を含んでもよい芳香族基を示す。Ｘは、置換基を含んでもよい炭素数１〜２０のアルキレン基を示す。）
前記触媒は、コバルト系触媒及び銅系触媒から選ばれる１種以上である、請求項１記載のアミノ基含有イミダゾール類の製造方法。
前記不活性溶剤は、エーテル類及びアルコール類から選ばれる１種以上である、請求項１又は２記載のアミノ基含有イミダゾール類の製造方法。