JP2013112666A - 芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡便な方法で収率良く芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法を提供するものである。
【解決手段】上記課題は、下記一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物を、ヒドロキシルアミン化合物とアルカリ金属化合物の存在下に溶媒中で反応させて、下記一般式（ＩＩ）で表される芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法において、該溶媒体積量（リットル単位）と下記一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物のモル数（モル単位）との比が、下記数式（１）を満たすような割合で反応させることを特徴とする芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法により解決することができるものである。
Ｒ（−ＣＯＯ−Ｒ’）_ｎ （Ｉ）
［上記式中、Ｒはアリール基を表し、Ｒ’はアルキル基を表す。ｎ＝１〜４を表す。］
Ｒ（−ＣＯＮＨＯＡ）_ｎ （ＩＩ）
［上記式中、Ｒ、ｎは一般式（Ｉ）におけるものと同義であり、Ａは水素またはアルカリ金属を表す。］
０＜（溶媒体積量／一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物のモル数）≦３ （１）
【選択図】なし

Description

本発明は、芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法、特に、芳香族アルキルエステル化合物から対応する芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法に関する。

ヒドロキサム酸誘導体は、その錯体形成能を利用した重金属捕集剤や、その生理活性を利用した医農薬品またはその中間体、その他ファインケミカル製品またはその中間体としてなど、有用な物質として着目されている。また、転位反応によるアミン化合物を合成する際の原料としても重要な物質である（例えば、特許文献１参照。）。ヒドロキサム酸誘導体の合成方法としては、カルボン酸のエステル、アミド、酸塩化物または酸無水物にヒドロキシルアミンを作用させれば生成することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。また、芳香族カルボン酸から対応する芳香族ヒドロキサム酸誘導体を直接合成する方法として、芳香族カルボン酸と、芳香族カルボン酸と当量以上のトリフェニルホスフィンおよびＮ−ブロモスクシイミドを反応させて、芳香族ヒドロキサム酸誘導体を合成する方法が開示されている（例えば、非特許文献２参照。）。この方法によれば、芳香族カルボン酸から対応する芳香族ヒドロキサム酸を直接合成できるという利点があるが、高価なトリフェニルホスフィンおよびＮ−ブロモスクシイミドを当量以上用いなければならず、芳香族ヒドロキサム酸誘導体の安価な合成法とは言い難い。また、芳香族ポリエステルを解重合して得られた原料とヒドロキシルアミン塩酸塩を反応させることで、芳香族ヒドロキサム酸を合成する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この方法は解重合工程を経る必要があり、また得られる芳香族ヒドロキサム酸の純度は不明である。このような背景から、簡便な方法で収率良く芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法が望まれている。

特開昭５４−１５７５２８号公報 特開２００３−１６０５５２号公報

長倉三郎ら編、「岩波 理化学辞典 第５版」、株式会社岩波書店、１９９８年４月２４日、ｐ．１１１８ Sameer P. Dhuru and Manikrao M. Salunkhe, J. Chinese Chem. Soc., ４７（２０００），ｐ．１００７

本発明は、簡便な方法で収率良く芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法を提供するものである。

本発明者らは上記従来技術に鑑み、鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、下記一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物（以下、原料化合物（Ｉ）と略記することがある）を、ヒドロキシルアミン化合物とアルカリ金属化合物の存在下に溶媒中で反応させて、下記一般式（ＩＩ）で表される芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法において、該溶媒体積量（リットル単位）と下記一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物のモル数（モル単位）との比が、下記数式（１）を満たすような割合で反応させることを特徴とする芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法に関するものである。
Ｒ（−ＣＯＯ−Ｒ’）_ｎ （Ｉ）
［上記式中、Ｒはアリール基を表し、Ｒ’はアルキル基を表す。ｎ＝１〜４を表す。］
Ｒ（−ＣＯＮＨＯＡ）_ｎ （ＩＩ）
［上記式中、Ｒ、ｎは一般式（Ｉ）におけるものと同義であり、Ａは水素またはアルカリ金属を表す。］
０＜（溶媒体積量／一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物のモル数）≦３ （１）

本発明によれば、簡便な方法で収率良く芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造することができる。

本発明を実施形態に基づき以下に説明する。本実施形態における芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造するプロセスは下記式のように表すことができる。
Ｒ（−ＣＯＯ−Ｒ’）_ｎ → Ｒ（−ＣＯＮＨＯＡ）_ｎ
（式中Ｒ、Ｒ’、ｎは一般式（Ｉ）におけるものと同義であり、Ａは水素またはアルカリ金属を表す。）
また、副反応として下記式のように原料化合物（Ｉ）の加水分解反応が起こりうる。
Ｒ（−ＣＯＯ−Ｒ’）_ｎ → Ｒ（−ＣＯＯＡ）_ｎ
（式中Ｒ、Ｒ’、ｎは一般式（Ｉ）におけるものと同義であり、Ａは水素またはアルカリ金属を表す。）

一般式（Ｉ）で表される化合物において、官能基Ｒのアリール基としては、フェニル基、ベンゼン環置換体、ナフチル基、ナフタレン環置換体が好ましく、フェニル基、ベンゼン環置換体がより好ましい。アリール基Ｒに置換される官能基としては特に限定されないが、アルキル基、シクロヘキシル基などのシクロアルキル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基、ハロゲン、アミノ基、ニトロ基、スルホン基が挙げられ、アルキル基、ヒドロキシル基、アミノ基が好ましい。一般式（Ｉ）で表される化合物において、官能基Ｒ’としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基がより好ましく、メチル基、エチル基が特に好ましい。一般式（ＩＩ）で表される化合物において、Ａのアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどが挙げられ、好ましくはナトリウム、カリウムである。

このような観点から、上記一般式（Ｉ）で表される化合物として具体的には、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、（ｏ、ｍまたはｐ）−ヒドロキシ安息香酸メチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−ヒドロキシ安息香酸エチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−ヒドロキシ安息香酸プロピル、（ｏ、ｍまたはｐ）−アミノ安息香酸メチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−アミノ安息香酸エチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−アミノ安息香酸プロピル、（ｏ、ｍまたはｐ）−ニトロ安息香酸メチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−ニトロ安息香酸エチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−ニトロ安息香酸プロピル、（ｏ、ｍまたはｐ）−クロロ安息香酸メチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−クロロ安息香酸エチル、（ｏ、ｍまたはｐ）−クロロ安息香酸プロピル、ジメチルフタレート、ジメチルイソフタレート、ジメチルテレフタレート、ジエチルフタレート、ジエチルイソフタレート、ジエチルテレフタレート、ジプロピルフタレート、ジプロピルイソフタレート、ジプロピルテレフタレート、１または２−ナフトエ酸メチル、１または２−ナフトエ酸エチル、１または２−ナフトエ酸プロピル、２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸メチル、２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸エチル、２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸プロピル、２−アミノ−６−ナフトエ酸メチル、２−アミノ−６−ナフトエ酸エチル、２−アミノ−６−ナフトエ酸プロピル、２−ニトロ−６−ナフトエ酸メチル、２−ニトロ−６−ナフトエ酸エチル、２−ニトロ−６−ナフトエ酸プロピル、２−クロロ−６−ナフトエ酸メチル、２−クロロ−６−ナフトエ酸エチル、２−クロロ−６−ナフトエ酸プロピル、２，６−ナフトエ酸ジメチル、２，６−ナフトエ酸ジエチル、２，６−ナフトエ酸ジプロピルなどが挙げられるが、本発明はこれら化合物に限定されるものではない。また上記一般式（ＩＩ）で表される化合物として具体的には、上記一般式（Ｉ）のＲ’（アルキル基）をヒドロキサム酸基（−ＣＯＮＨＯＡ基、Ａは上記式（Ｉ）、（ＩＩ）と同義である。）に置き換えたものが相当する。ただし、本発明はこれら化合物に限定されるものではない。

本発明の実施形態における全溶媒体積量（リットル単位）と原料化合物（Ｉ）のモル数（モル単位）との比としては、「０＜（溶媒体積量／原料化合物（Ｉ）のモル数）≦３．０」の割合が好ましく、「０＜（溶媒体積量／原料化合物（Ｉ）のモル数）≦２．５」がより好ましく、「０．２５＜（溶媒体積量／原料化合物（Ｉ）のモル数）≦１．５」が特に好ましい。この範囲より溶媒量が多いと反応が進行しにくくなり、目的の芳香族ヒドロキサム酸誘導体の収率が低下する。また、溶媒量が少なすぎると、基質が溶媒にほとんど溶けなくなるために反応速度が低下する。本発明の実施形態における溶媒の種類としては、基質の溶解性があれば特に限定はされないが、具体的には、水、グリコール、アルコール、ニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、Ｎ−メチルピロリドンなどが挙げられ、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノールエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ビス（テトラメチレングリコール）、アセトニトリル、ジメチルスルホキシドが好ましい。これらは単独で用いても混合して用いても良い。好ましくはアルコール又はグリコールと、水の混合溶媒を用いることである。より好ましくはメタノール又はエチレングリコールと、水の混合溶媒を用いることである。

本発明の実施形態における反応温度としては、反応温度が低すぎると反応が遅くなり、一方、反応温度が高すぎると副反応が進行しやすくなるため、０〜５０℃の範囲が好ましく、２０〜３０℃がより好ましい。反応圧力は特段の限定はないが、容易に実施できる観点から常圧で行うのが好ましい。本実施形態における反応時間としては、反応スケール、基質によって必要となる反応時間は異なるが、目的のヒドロキサム酸誘導体を収率良く得る目的から、１５分〜２４時間が好ましく、３０分〜１０時間がより好ましく、３０分〜５時間が特に好ましい。本発明の実施形態におけるヒドロキシルアミン化合物としては、ヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミン塩酸塩、ヒドロキシルアミン硫酸塩、ヒドロキシルアミン−Ｏ−スルホン酸などが挙げられるが、取り扱いの容易さから、ヒドロキシルアミン塩類が好ましく、ヒドロキシルアミン塩酸塩、ヒドロキシルアミン硫酸塩がより好ましい。ヒドロキシルアミンの添加量としては、効率的に反応を進行させる観点から、原料化合物（Ｉ）中のアルキルエステル基に対し、１〜５モル当量用いるのが好ましく、１．２〜３モル当量用いるのがより好ましい。

本発明の実施形態におけるアルカリ金属化合物としては、そのアルカリ金属化合物中のアルカリ金属として、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどが挙げられ、
好ましくは、用いるアルカリ金属化合物中のアルカリ金属が、ナトリウムおよびカリウムから選ばれる少なくとも１種であることであり、さらに好ましくは、ナトリウムまたはカリウムであることである。これらアルカリ金属化合物は、水酸化物塩、炭酸塩、炭酸水素塩、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、蟻酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、安息香酸塩などの形態で用いることができるが、反応性の観点から水酸化物が好ましい。このようなアルカリ金属化合物としては具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ルビジウム、硝酸セシウム、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸ルビジウム、亜硝酸セシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ルビジウム、硫酸セシウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸ルビジウム、亜硫酸セシウム、蟻酸ナトリウム、蟻酸カリウム、蟻酸ルビジウム、蟻酸セシウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム、プロピオン酸ナトリウム、プロピオン酸カリウム、プロピオン酸ルビジウム、プロピオン酸セシウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸ルビジウム、安息香酸セシウムを挙げることができる。また、アルカリ金属化合物の添加量としては、効率的に反応を進行させる観点から、原料化合物（Ｉ）中のアルキルエステル基に対し、１〜１０モル当量用いるのが好ましく、１．２〜５モル当量用いるのがより好ましい。また、ヒドロキシルアミン化合物を塩として用いた場合は、ヒドロキシルアミン塩を中和する目的から、ヒドロキシルアミン化合物、アルカリ金属化合物の添加量はモル基準で、アルカリ金属化合物のモル量がヒドロキシルアミン塩のモル量以上であること（すなわち、アルカリ金属化合物のモル量≧ヒドロキシルアミン塩のモル量）が好ましい。本実施形態において生成した芳香族ヒドロキサム酸誘導体の単離・精製は、蒸留、再結晶、クロマトグラフィーなどの通常の方法により行うことができる。

以下、実施例により本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定を受けるものではない。
反応生成物の分析は、高速液体クロマトグラフ（株式会社日立ハイテクノロジーズ製「ＬａＣｈｒｏｍ Ｅｌｉｔｅ」、分析用カラム：ジーエルサイエンス株式会社製「Ｉｎｅｒｔｓｉｌ ＯＤＳ−４」。以下、ＨＰＬＣと略記することがある）で行った。

［実施例１］
原料化合物（Ｉ）としてｐ−アミノ安息香酸メチル２０ｍｍｏｌ、ヒドロキシルアミン化合物としてヒドロキシルアミン塩酸塩３０ｍｍｏｌをメタノール（溶媒ａとする）１０ｍＬ中で混合し、そこに水（溶媒ｂとする）５ｍＬにアルカリ金属化合物として水酸化ナトリウム６０ｍｍｏｌを溶解した水溶液を添加した。ここで、溶媒体積量はメタノール１０ｍＬ＋水５ｍＬの合計１５ｍＬであり、溶媒体積量（リットル単位）／ｐ−アミノ安息香酸メチルのモル数（モル単位）＝０．７５であった。その後、大気圧、室温（２０〜３０℃、以下同じ）下で撹拌させながら５時間反応させた。反応生成物をＨＰＬＣで分析した結果、ｐ−アミノ安息香酸メチルは１００％反応しており、転化率は１００％であった。生成物を分析した結果、ｐ−アミノベンゾヒドロキサム酸が９３．０ｍｏｌ％の収率で生成していた。不純物は、ｐ−アミノ安息香酸メチルが加水分解して生成したｐ−アミノ安息香酸であった。結果を表１に示した。

［実施例２〜１９、比較例１〜３］
実施例１と同様の方法で、表１に記載したように原料化合物（Ｉ）の種類、溶媒ａの種類、溶媒ｂの種類、溶媒ａの量、溶媒ｂの量、反応時間、反応温度、ヒドロキシルアミン化合物の種類、アルカリ金属化合物の種類の条件を変更して芳香族ヒドロキサム酸誘導体の合成を行った。結果を表１に示した。但し、実施例１４においては、原料化合物（ジメチルテレフタレート）１分子中に含まれるエステル官能基の個数にそって、ヒドロキシルアミン塩酸塩、水酸化ナトリウムの使用量を適宜変更した。

表１に示したとおり、原料化合物（Ｉ）を、ヒドロキシルアミン化合物とアルカリ金属化合物の存在下に溶媒中で反応させて、その溶媒体積量（リットル単位）と原料化合物（Ｉ）のモル数（モル単位）との比が、「０＜（溶媒体積量／原料化合物（Ｉ）のモル数）≦３」の割合で反応させることで、その対応する芳香族ヒドロキサム酸誘導体を簡便な方法で収率良く製造できることが確認できた。

本発明によれば、芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法において、簡便な方法で収率良く芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造することができ、その工業的な意義は大きい。

Claims (3)

1. 下記一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物を、ヒドロキシルアミン化合物とアルカリ金属化合物の存在下に溶媒中で反応させて、下記一般式（ＩＩ）で表される芳香族ヒドロキサム酸誘導体を製造する方法において、該溶媒体積量（リットル単位）と下記一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物のモル数（モル単位）との比が、下記数式（１）を満たすような割合で反応させることを特徴とする芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法。
   Ｒ（−ＣＯＯ−Ｒ’）_ｎ （Ｉ）
   ［上記式中、Ｒはアリール基を表し、Ｒ’はアルキル基を表す。ｎ＝１〜４を表す。］
   Ｒ（−ＣＯＮＨＯＡ）_ｎ （ＩＩ）
   ［上記式中、Ｒ、ｎは一般式（Ｉ）におけるものと同義であり、Ａは水素またはアルカリ金属を表す。］
   ０＜（溶媒体積量／一般式（Ｉ）で表される芳香族有機化合物のモル数）≦３ （１）
2. 反応温度が０〜５０℃であることを特徴とする請求項１記載の芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法。
3. アルカリ金属化合物中のアルカリ金属が、ナトリウムおよびカリウムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の芳香族ヒドロキサム酸誘導体の製造方法。