JP2013119522A

JP2013119522A - １−メチルイミダゾール化合物の製造方法

Info

Publication number: JP2013119522A
Application number: JP2011266829A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kimura; 学木村; Masayasu Ito; 真康伊藤
Original assignee: Koei Chemical Co Ltd
Current assignee: Koei Chemical Co Ltd
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-17

Abstract

【課題】入手が容易で安価な原料を用いる気相接触反応による１−メチルイミダゾール化合物の製造方法を提供すること。
【解決手段】脱水及び脱水素能を有する触媒の存在下、ビシナルジオール化合物、ホルムアルデヒド及びアンモニアを気相接触反応させることを特徴とする１−メチルイミダゾール化合物の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、脱水及び脱水素能を有する触媒の存在下、ビシナルジオール化合物、ホルムアルデヒド及びアンモニアを気相接触反応させることによる１−メチルイミダゾール化合物の新規な製造方法に関する。
１−メチルイミダゾール化合物は、医薬、農薬、機能性材料等の中間体として有用な化合物である。

１−メチルイミダゾール化合物は、医薬、農薬、機能性材料等の中間体として有用な化合物であり、特に、グリーンケミストリーの分野において、リサイクル可能な溶媒としてのイオン液体の原料として有用な化合物である。
１−メチルイミダゾール化合物を製造する方法としては、グリオキサール、ホルムアルデヒド、アンモニア及びメチルアミンを液相バッチ反応させる方法により、収率７０％で１−メチルイミダゾールを得る方法が知られている（特許文献１参照）。
また、０．５重量％Ｐｄ／アルミナ触媒の存在下、Ｎ−メチルエチレンジアミンとホルムアミドを気相接触反応させることにより、収率７３％で１−メチルイミダゾールを得たことが記載されている（特許文献２参照）。

特開平３−１６９８６５号公報特開２００２−２５５９４１号公報

上記従来法において、グリオキサール、ホルムアルデヒド、アンモニア及びメチルアミンを液相バッチ反応させる方法は、液相バッチ反応であるため、工業的な観点から生産効率が悪い。また、０．５重量％Ｐｄ／アルミナ触媒の存在下、Ｎ−メチルエチレンジアミンとホルムアミドを気相接触反応させる方法は、原料であるＮ−メチルエチレンジアミンが入手し難い。これらのことから、入手が容易で安価な原料を用いる気相接触反応による１−メチルイミダゾール化合物の製造方法の開発が望まれていた。

本発明者は、かかる事情に鑑み鋭意検討した結果、脱水及び脱水素能を有する触媒の存在下、ビシナルジオール化合物、ホルムアルデヒド及びアンモニアを気相接触反応させることにより、気相接触反応させるという新規な反応によって１−メチルイミダゾール化合物が製造することをできることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、脱水及び脱水素能を有する触媒の存在下、ビシナルジオール化合物、ホルムアルデヒド及びアンモニアを気相接触反応させることを特徴とする１−メチルイミダゾール化合物の製造方法に関する。

本発明によれば、入手が容易で安価な原料から気相接触反応によって１−メチルイミダゾール化合物を製造することができるため、本発明は工業的に有用である。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明において、ビシナルジオール化合物としては式（１）：

（式中、Ｒ^１及びＲ^２は、水素原子、炭素数１〜８のアルキル基又は炭素数５〜８のシクロアルキル基である。）で示されるビシナルジオール化合物（以下、ビシナルジオール（１）という）が挙げられる。

式（１）中、Ｒ^１及びＲ^２は水素原子、炭素数１〜８のアルキル基又は炭素数５〜８のシクロアルキル基であり、好ましくは水素原子又は炭素数１〜３のアルキル基、より好ましくは水素原子である。炭素数１〜８のアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等が挙げられる。炭素数５〜８のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が挙げられる。

製造される１−メチルイミダゾール化合物としては、式（２）：

（式中、Ｒ^１及びＲ^２は前記に同じ。）で示される１−メチルイミダゾール化合物（以下、１−メチルイミダゾール（２）という）である。

本発明で使用するホルムアルデヒドは、通常、３０〜５０％のホルムアルデヒドを含有する水溶液であるが、前記水溶液以外にパラホルムアルデヒド又は１，３，５−トリオキサンを使用してもよい。
本発明で使用するアンモニアは、工業的に入手可能なものであれば特に制限されない。

本発明で使用する脱水及び脱水素能を有する触媒としては、ゼオライト、アルミナ、シリカ、チタニア又はジルコニアが挙げられ、好ましくはゼオライト又はアルミナであり、より好ましくはゼオライトである。これらの触媒は、金属、金属化合物及び金属イオンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有するものが好ましい。前記金属は周期律表第１０族に属する金属、同第１１族に属する金属、同第１２族に属する金属及び同第１４族に属する金属からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属であり、好ましくは、ニッケル、パラジウム、銀、亜鉛、錫及び鉛からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属である。触媒中に含有される金属量は、特に限定されないが、０．１〜５０重量％が好ましく、より好ましくは０．５〜２０重量％である。金属化合物としては、前記金属の金属酸化物又は金属塩が挙げられる。

本発明で使用するゼオライトは、特に制限されるものではないが、フォージャサイト型あるいはＭＦＩ型ゼオライトが好ましく、特にフォージャサイト型が好ましい。ＭＦＩ型ゼオライトは、酸素１０員環で規定される細孔径を持つゼオライトで、製法は米国特許３，７０２，８８６号公報に記載されており、市販されたものを用いても良い。フォージャサイト型は天然産もあるが、合成することも可能である。Ｙ型ゼオライトはフォージャサイト型の結晶構造を持ちＳｉ／Ａｌ原子比が１．５〜３．０のものをいう。Ｙ型ゼオライトは市販されているものを用いても良い。Ｙ型ゼオライトは、米国特許３，４９２，０９０号明細書、特開昭５６−２２６２４公報、特開昭６１−７２６１７公報などに記載された方法によって製造することができる。

ゼオライトは、一般に製造後は、ナトリウムなどのアルカリ金属イオンタイプであり、このタイプのものを触媒成分として使用できるが、このアルカリ金属イオンを公知の方法によってイオン交換されて得られるアンモニウムタイプ又はプロトンタイプとして使用することが好ましく、特にプロトンタイプが好ましい。

触媒を調製するにあたり使用する周期律表第１０族に属する金属、同第１１族に属する金属、同第１２族に属する金属又は同第１４族に属する金属の原料としては、金属及びその化合物が挙げられ、化合物としては特に限定はなく、触媒の調製において通常用いられる化合物であればいずれも使用できる。例えば、前記金属を含む錯体、酢酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、水酸化物、硝酸塩、アンモニウム塩、燐酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、乳酸塩、蟻酸塩等を挙げることができる。

触媒の調製法は限定されるものではなく、混練法、含浸法、共沈法、イオン交換法、濃縮乾固法等を用いて調製されたいずれの触媒も使用できる。触媒の調製法について具体的に説明すると、例えば、金属を担体に担持した触媒を含浸法で調製する場合は、上記調製原料を水等に溶解し、得られた溶液を担体に含浸させた後、乾燥し、次いで空気気流中で２５０〜７００℃で焼成することにより調製することができる。

本発明の触媒は、粉末状、円柱状、円筒上、球状、粒状等、所望の形状に成形して、本発明の気相反応に使用される。

本発明は、通常１００〜５００℃の範囲の温度で、好ましくは１５０〜４５０℃の範囲の温度で、常圧下又は加圧下で行われる。反応方式は特に制限されず、固定床、流動床又は移動床で行われ、バッチ式、連続式のいずれの方式も採用することができる。

本発明で使用される原料の使用量は、ビシナルジオール（１）：ホルムアルデヒド：アンモニアのモル比で、通常、１：０．１〜２０．０：０．１〜５０．０の範囲であるが、好ましくは１：０．５〜１０．０：０．５〜２０．０の範囲である。

ビシナルジオール（１）の空間速度は、通常ＬＨＳＶ（液空間速度）で０．０１〜２（ｇ／ｃｃ−触媒・ｈ）であり、好ましくは０．１〜１（ｇ／ｃｃ−触媒・ｈ）である。

反応は、希釈剤の存在下又は不存在下に行われる。希釈剤としては、反応に不活性なものであれば特に限定されることなく、任意のものを用いることができる。具体的には、窒素、アルゴン等の不活性ガス、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンなどの脂肪族炭化水素などを用いることができる。これらは、単独又は２種以上を混合して用いてもよい。

反応終了後、反応ガスを溶剤に吸収させるなどの適宜手段にて生成物を捕集した後、蒸留等の通常の手段によって目的物である１−メチルイミダゾール（２）を得ることができる。

つぎに、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はなんらこれらに限定されるものではない。なお、実施例中のガスクロマトグラフィーによる分析は、以下の条件で行った。なお、転化率及び収率は以下の定義に従って計算した。
転化率（％）＝反応したビシナルジオール（１）（モル）／供給したビシナルジオール（１）（モル）×１００
収率（％）＝反応により生成した１−メチルイミダゾール（２）（モル）／供給したビシナルジオール（１）（モル）×１００

ガスクロマトグラフィー分析条件
ガスクロマトグラフ：島津製作所製ＧＣ−２０１０
カラム：Ｊ＆Ｗ社製、ＨＰ−１、５０ｍ、内径０．３２ｍｍ，膜厚１．０５μｍ
温度：５０℃（３ｍｉｎ）→（１０℃／ｍｉｎ）→１６０℃（６ｍｉｎ）→（２０℃／ｍｉｎ）→３００℃（３ｍｉｎ）

実施例１
内径１９ｍｍのパイレックス（登録商標）製のガラス管にＨ−Ｙ型ゼオライト触媒（東ソー製（ＨＳＺ―３３０ＨＵＤ１Ａ））を１５ｍｌ充填し、その上下にカーボランダムをそれぞれ１２ｃｍ、１０ｃｍ充填した。この触媒を３００℃に保ち、ここに、エチレングリコール：ホルムアルデヒド：アンモニア＝１：１．５：７（モル比））の混合物を、エチレングリコール基準でＬＨＳＶ＝０．１（ｇ／ｃｃ−触媒・ｈ）で０ｍｌ／ｍｉｎの窒素とともに上部から通過させた。生成物は１００ｍｌの水に吸収させて捕集した。反応開始後１時間が経過した時点での生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレングリコールの転化率は９７％、１−メチルイミダゾール収率は、７％であった。

Claims

脱水及び脱水素能を有する触媒の存在下、ビシナルジオール化合物、ホルムアルデヒド及びアンモニアを気相接触反応させることを特徴とする１−メチルイミダゾール化合物の製造方法。
脱水及び脱水素能を有する触媒が、ゼオライト又はアルミナである請求項１に記載の１−メチルイミダゾール化合物の製造方法。
ゼオライト又はアルミナが、金属、金属化合物及び金属イオンからなる群より選ばれた少なくとも一種を含有するゼオライト又はアルミナであり、前記金属が周期律表第１０族に属する金属、同第１１族に属する金属、同第１２族に属する金属及び同第１４族に属する金属からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属である請求項２に記載の１−メチルイミダゾール化合物の製造方法。
金属が、ニッケル、パラジウム、銀、亜鉛、錫及び鉛からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属である請求項３に記載の１−メチルイミダゾール化合物の製造方法。