JP2012136466A - ２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩を製造できる新たな方法を提供すること。
【解決手段】メタンチオールの金属塩と、２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程を有することを特徴とする２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法。メタンチオールの金属塩として、具体的には、例えば、リチウムメタンチオレート、ナトリウムメタンチオレート、カリウムメタンチオレート等のメタンチオールのアルカリ金属塩、カルシウムメタンチオレート、バリウムメタンチオレート等のメタンチオールのアルカリ土類金属塩が挙げられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法に関する。

２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩は、必須アミノ酸であるメチオニンの原料として有用であることが知られている（例えば特許文献１参照）。２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩は、飼料添加物として有用であることも知られている（例えば特許文献２参照）。

２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法として、例えば、特許文献２には、２−オキソ−３−ブテン酸の水溶液と、気体又は液体のメチルメルカプタン（メタンチール）とを触媒の存在下で混合する方法が提案されている。

ＷＯ２００６／１１３０８５号パンフレット 特表２００８−５２６７２０号公報（段落〔００５６〕〜〔００６７〕）

本発明の目的は、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩を製造できる新たな方法を提供することである。

本発明者は、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法について鋭意検討した結果、本発明に至った。

即ち本発明は、以下の通りである。
〔１〕 メタンチオールの金属塩と、２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程を有することを特徴とする２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法。
〔２〕 前記工程が、水の存在下で、メタンチオールの金属塩と、２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程である前記〔１〕記載の製造方法。

本発明によれば、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩を製造できる新たな方法を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、メタンチオールの金属塩と２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程を有することを特徴とする。以下、メタンチオールの金属塩と２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程を本反応ということがある。本反応により、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩が生成する。

本反応に用いられる２−オキソ−３−ブテン酸は、例えば、１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンを酸化する方法により製造することができる。１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンを酸化する方法としては、例えば、特表２００８−５２６７２０号公報に記載される方法が挙げられ、具体的には、例えば、１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンを、触媒の存在下で酸化する方法が挙げられる。

１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンを酸化する方法に用いられる触媒（以下、酸化触媒ということがある。）としては、例えば、貴金属を含む触媒が挙げられ、好ましくは、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム及びロジウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の貴金属を含む触媒が挙げられ、より好ましくはパラジウム及び白金からなる群より選ばれる少なくとも一種の貴金属を含む触媒が挙げられる。触媒は、担体に担持された触媒（以下、担持触媒ということがある。）であってもよい。担体としては、アルミナ、シリカ、活性炭及びグラファイト等が挙げられる。担持触媒を用いる場合、担持触媒に対する貴金属の含有量は、例えば０．１〜２０重量％であり、好ましくは０．５〜１０重量％である。

酸化触媒は、さらに、例えば、ビスマス、鉛、アンチモン、スズ、ニオブ、テルル、インジウム、ガリウム、亜鉛、銅、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデン、レニウム、バナジウム、クロム、マンガン及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも一種の助触媒を含んでいてもよく、ビスマス及び鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の助触媒を含んでいてもよい。助触媒の量は、貴金属１重量部に対して、例えば０．００００５〜５重量部、好ましくは０．００００５〜１重量部である。

酸化触媒は、さらに好ましくは、パラジウム及び白金からなる群より選ばれる少なくとも一種の貴金属と、ビスマス及び鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の助触媒とを含む担持触媒である。

酸化触媒は、例えば、含浸法により調製した触媒前駆体を、還元する方法により得ることができる。還元に用いる試剤としては、例えば、ホルムアルデヒド、ギ酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素、次亜リン酸、ヒドラジン及び還元糖が挙げられる。還元温度は、例えば、２０℃〜４００℃の範囲から選択される。

１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンの酸化は、好ましくは、溶媒の存在下で行われる。溶媒としては、１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンを溶解できるものであれば限定されず、例えば、水；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン等の鎖式炭化水素溶媒；シクロヘキサン等の脂環式炭化水素溶媒；ベンゼン、スチレン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン、イソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒；ギ酸エチル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、酢酸エチル、酢酸アリル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ビニル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、イソブタン酸メチル、ブタン酸メチル等のエステル溶媒；ジブチルエーテル、１−イソプロポキシブタン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、１−エトキシブタン、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル溶媒；ブチロニトリル、アセトニトリル、アクリロニトリル、プロピオニトリル等のニトリル溶媒；シクロペンタノン、ジプロピルケトン、ヘプタノン、メチルイソプロピルケトン、５−メチルヘキサン−２−オン、２−ペンタノン、メチルエチルケトン等のケトン溶媒が挙げられ、好ましくは水が挙げられる。

１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンの酸化には、酸素が用いられる。酸素としては、例えば、分子状酸素、空気、酸素と不活性ガスとの混合ガスが挙げられる。

１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンの酸化は、例えば、１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンと、酸化触媒と、溶媒とを混合し、得られる混合物を酸素の存在下、加圧条件下又は常圧条件下で攪拌する方法により行われる。
１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンの酸化は、好ましくはｐＨ４〜１１の条件下で行なわれ、より好ましくはｐＨ５．５〜７．５の条件下で行なわれる。ｐＨの調整は、上述の混合物に、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物；水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物；炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等の炭酸塩を添加することにより行なうことができる。
反応温度は、例えば１０℃〜９５℃の範囲、好ましくは２５℃〜７０℃の範囲から選択される。反応時間は、例えば、２０分〜１５時間である。

本反応に用いられるメタンチオールの金属塩は、市販のものであってもよいし、メタンチオールと、金属を含有する塩基とを反応させることにより調製したものであってもよい。金属を含有する塩基としては、例えば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、及びアルカリ金属アルコキシド、アルカリ土類金属アルコキシドが挙げられる。アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられ、アルカリ土類金属水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化バリウムが挙げられる。アルカリ金属アルコキシドとしては、例えばナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、リチウムメトキシドリチウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシドが挙げられ、アルカリ土類金属アルコキシドとしては、カルシウムメトキシド、カルシウムエトキシドが挙げられる。
金属を含有する塩基の使用量は、メタンチオール１モルに対して、例えば０．８〜２モルであり、好ましくは０．９〜１．５モルであり、より好ましくは０．９５〜１．１モルである。

メタンチオールの金属塩は、溶媒の存在下で調製することもできる。溶媒は、金属を含有する塩基の種類により適宜選択すればよく、例えば、水；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン等の鎖式炭化水素溶媒；シクロヘキサン等の脂環式炭化水素溶媒；ベンゼン、スチレン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン、イソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒；ジブチルエーテル、１−イソプロポキシブタン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、１−エトキシブタン、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル溶媒；ブチロニトリル、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル溶媒；シクロペンタノン、ジプロピルケトン、ヘプタノン、メチルイソプロピルケトン、５−メチルヘキサン−２−オン、２−ペンタノン、メチルエチルケトン等のケトン溶媒；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒；及びこれらの混合溶媒が挙げられる。混合溶媒は、均一に混合されるものであってもよいし、二層以上に分離するものであってもよい。溶媒の使用量は、メタンチオール１重量部に対して、好ましくは０．１〜２０重量部であり、より好ましくは１〜１０重量部である。

メタンチオールの金属塩を調製する方法としては、例えば、メタンチオールを含む溶液又は液化したメタンチオールに、金属を含有する塩基を添加する方法、金属を含有する塩基に、メタンチオールを含む溶液又は液化したメタンチオールを添加する方法が挙げられる。
調製温度は、金属を含有する塩基や溶媒により異なるが、例えば−２５℃〜２５℃の範囲、好ましくは−１０℃〜１０℃の範囲から選択される。
調製されたメタンチオールの金属塩は、そのまま用いることもできるし、濃縮処理、精製処理等に付した後に用いることもできる。

メタンチオールの金属塩として、具体的には、例えば、リチウムメタンチオレート、ナトリウムメタンチオレート、カリウムメタンチオレート等のメタンチオールのアルカリ金属塩、カルシウムメタンチオレート、バリウムメタンチオレート等のメタンチオールのアルカリ土類金属塩が挙げられる。

本反応に用いられるメタンチオールの金属塩の使用量は、２−オキソ−３−ブテン酸１モルに対して、例えば０．５〜２．０モルであり、好ましくは０．９〜１．１モルである。

本反応は、溶媒の存在下で行うことができる。本反応に用いられる溶媒としては、例えば、水；ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン等の鎖式炭化水素溶媒；シクロヘキサン等の脂環式炭化水素溶媒；ベンゼン、スチレン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン、イソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素溶媒；ジブチルエーテル、１−イソプロポキシブタン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、１−エトキシブタン、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル溶媒；ブチロニトリル、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル溶媒；シクロペンタノン、ジプロピルケトン、ヘプタノン、メチルイソプロピルケトン、５−メチルヘキサン−２−オン、２−ペンタノン、メチルエチルケトン等のケトン溶媒；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒；およびこれらの混合溶媒が挙げられる。混合溶媒は、均一に混合されるものであってもよいし、二層以上に分離するものであってもよい。溶媒は、好ましくは水である。溶媒の使用量は、２−オキソ−３−ブテン酸１重量部に対して、例えば、０．１〜１００重量部であり、好ましくは、１〜５０重量部である。

本反応の反応温度は、例えば−３０℃〜３０℃の範囲、好ましくは−２０℃〜２０℃の範囲から選択される。反応温度が−３０℃よりも低い場合は、本反応が遅くなる傾向にあり、３０℃よりも高い場合は、本反応に用いられる２−オキソ−３−ブテン酸が分解する傾向にある。
本反応の反応時間は、例えば、１０分〜２４時間であり、好ましくは１〜１０時間である。

本反応は、触媒の非存在下で行うことができ、好ましくは、
（Ａ）２−オキソ−３−ブテン酸又はその溶液を上述の本反応を行なう温度に調整し、そこへメタンチオールの金属塩を添加する方法、
（Ｂ）メタンチオールの金属塩を上述の本反応を行なう温度に調整し、そこへ２−オキソ−３−ブテン酸又はその溶液を添加する方法、
（Ｃ）２−オキソ−３−ブテン酸又はその溶液にメタンチオールの金属塩を添加し、得られる混合物を、上述の本反応を行なう温度に調整する方法、或いは
（Ｄ）メタンチオールの金属塩に２−オキソ−３−ブテン酸又はその溶液を添加し、得られる混合物を、上述の本反応を行なう温度に調整する方法
により行なわれ、より好ましくは、（Ａ）記載の方法により行なわれる。即ち本反応は、より好ましくは、−３０℃〜３０℃の範囲から選択される温度に調整した２−オキソ−３−ブテン酸又はその溶液に、メタンチオールの金属塩を添加する方法により行なわれ、さらに好ましくは、−２０℃〜２０℃の範囲から選択される温度に調整した２−オキソ−３−ブテン酸又はその溶液に、メタンチオールの金属塩を添加する方法により行なわれる。

本反応の進行度合いは、例えば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分析、赤外吸収スペクトル分析等の分析手段により確認することができる。

本反応の終了後、例えば、反応混合物に硫酸、塩酸等の鉱酸を添加し、得られる酸性混合物と、水に非混和性の有機溶媒とを混合し、抽出処理を施すことで、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸を取り出すことができる。水に非混和性の有機溶媒としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、ジ−ｎ−ブチルエーテル等のエーテル溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化溶媒、メチルイソブチルケトン等のケトン溶媒が挙げられる。
取り出した２−オキソ−４−メチルチオブタン酸は、例えば、水洗等の洗浄処理に付すこともできるし、例えば、蒸留、カラムクロマトグラフィー、結晶化等の精製処理に付することもできる。

かくして得られる２−オキソ−４−メチルチオブタン酸は、そのカルボキシ基から解離し得るＨ^＋が任意の陽イオンに置き換わった塩であってもよい。陽イオンとしては、例えば、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属イオン、トリエチルアンモニウムイオン等のアンモニウムイオンが挙げられる。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。

＜製造例１＞ （２−オキソ−３−ブテン酸の製造）
１，２−ジヒドロキシ−３−ブテンを、特表２００８−５２６７２０号公報実施例７記載の方法に準じて酸化することにより、２−オキソ−３−ブテン酸の水溶液を調製した。得られた水溶液を、濃縮することなく、後述する実施例１にそのまま使用した。

＜実施例１＞
２−オキソブタ−３−エン酸の水溶液１ｍLを−１０℃に冷却し、そこへ、ナトリウムメタンチオレート水溶液（ナトリウムメタンチオレートの含量：１５％）２０ｍｇを添加し、得られた混合物を０℃で３．５時間攪拌した。
得られた反応混合物を液体クロマトグラフィー／質量分析装置により分析し、目的とする２−オキソ−４−メチルチオブタン酸が得られたことを確認した。
また、得られた反応混合物を、高液体クロマトグラフィー（株式会社島津製作所製）を用いて下記分析条件により分析したところ、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸が１９．５％（液体クロマトグラフィー面積百分率法）生成していた。
（分析条件）
ＬＣカラム ：Ｓｕｍｉｐａｘ Ｌｉｃｈｒｏｓｏｂ ＲＰ−１８
（３０ｃｍｘ４．０ｍｍ、１０μｍ）
カラム温度 ：４０℃
移動相 ：アイソクラティック
移動相Ａ：１−ペンタンスルホン酸 ２．６４ｇ／２８５０ｍＬ水
移動相Ｂ：アセトニトリル
０分 Ｂ ５％
６０分 Ｂ ５％ ＳＴＯＰ
流速 ：１ｍＬ／分
検出波長 ：２１０ｎｍ
測定時間 ：６０分

２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩は、必須アミノ酸であるメチオニンの原料として有用であることが知られている。また、飼料添加物として有用であることも知られている。本発明は、２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の新たな製造方法として産業上利用可能である。

Claims (2)

1. メタンチオールの金属塩と、２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程を有することを特徴とする２−オキソ−４−メチルチオブタン酸又はその塩の製造方法。
2. 前記工程が、水の存在下で、メタンチオールの金属塩と、２−オキソ−３−ブテン酸とを反応させる工程である請求項１記載の製造方法。