JP2013199441A - アルキルチオールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高収率でアルキルチオールを製造することができるアルキルチオールの製造方法を提供すること。
【解決手段】不純物として式（Ｉ）：
Ｍ_3-nＳ （Ｉ）
（式中、Ｍはアルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子、ｎはＭの原子価を表わす数を示す）
で表わされる硫化金属塩を含有する式（ＩＩ）：
Ｍ（ＳＨ）_n （ＩＩ）
（式中、Ｍおよびｎは前記と同じ）
で表わされる硫化水素金属塩を原料とするアルキルチオールの製造方法であって、前記硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合してなる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整した後、前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させることを特徴とするアルキルチオールの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルキルチオールの製造方法に関する。さらに詳しくは、医薬品、農薬、機能性高分子化合物などの原料として有用なアルキルチオールの製造方法に関する。

アルキルチオールは、医薬品、農薬、機能性高分子化合物などを合成する際の原料として用いられている。アルキルチオールの１つであるメタンチオールの製造方法として、硫化水素アルカリ金属塩水溶液とクロロメタンとを１０〜１７５℃の温度で２ＭＰａ以下の圧力で反応させることによってメタンチオールを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、硫化水素アルカリ金属塩水溶液には、一般に不純物として硫化ナトリウムなどの硫化アルカリ金属塩が含まれているため、前記方法には、アルキルチオールの収率が著しく低くなるおそれがある。

米国特許第２８１６１４５号明細書

本発明は、高収率でアルキルチオールを製造することができるアルキルチオールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）不純物として式（Ｉ）：
Ｍ_3-nＳ （Ｉ）
（式中、Ｍはアルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子、ｎはＭの原子価を表わす数を示す）
で表わされる硫化金属塩を含有する式（ＩＩ）：
Ｍ（ＳＨ）_n （ＩＩ）
（式中、Ｍおよびｎは前記と同じ）
で表わされる硫化水素金属塩を原料とするアルキルチオールの製造方法であって、前記硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合してなる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整した後、前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させることを特徴とするアルキルチオールの製造方法、
（２）硫化水素金属塩が硫化水素アルカリ金属塩である前記（１）記載のアルキルチオールの製造方法、
（３）硫化水素金属塩が硫化水素リチウム、硫化水素ナトリウムまたは硫化水素カリウムである前記（１）または（２）に記載のアルキルチオールの製造方法、
（４）硫化水素金属塩が硫化水素ナトリウムである前記（１）〜（３）のいずれかに記載のアルキルチオールの製造方法、
（５）ハロゲン化アルキルが、式（ＩＩＩ）：
ＲＸ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒは炭素数１〜８のアルキル基、Ｘはハロゲン原子を示す）
で表されるハロゲン化アルキルである前記（１）〜（４）に記載のアルキルチオールの製造方法、ならびに
（６）ハロゲン化アルキルがハロゲン化メチルである前記（１）〜（５）のいずれかに記載のアルキルチオールの製造方法
に関する。

本発明のアルキルチオールの製造方法によれば、高収率でアルキルチオールを製造することができるという優れた効果が奏される。

本発明のアルキルチオールの製造方法は、前記したように、不純物として式（Ｉ）：
Ｍ_3-nＳ （Ｉ）
（式中、Ｍはアルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子、ｎはＭの原子価を表わす数を示す）
で表わされる硫化金属塩を含有する式（ＩＩ）：
Ｍ（ＳＨ）_n （ＩＩ）
（式中、Ｍおよびｎは前記と同じ）
で表わされる硫化水素金属塩を原料とするアルキルチオールの製造方法であって、前記硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合してなる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整した後、前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させることを特徴とする。

本発明のアルキルチオールの製造方法は、式（ＩＩ）で表わされる硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合することによって得られる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整する点に１つの大きな特徴を有する。アルキルチオールの製造に用いられる原料である式（ＩＩ）で表わされる硫化水素金属塩には、一般に不純物として式（Ｉ）で表わされる硫化金属塩が１〜１．５質量％含まれている。例えば、硫化水素アルカリ金属塩には、不純物として硫化アルカリ金属塩が含まれ、硫化水素アルカリ土類金属塩には、不純物として硫化アルカリ土類金属塩が含まれている。かかる硫化金属塩とハロゲン化アルキルとが反応した際には硫化ジアルキルが生成するため、アルキルチオールの収率が著しく低くなることがある。これに対して、本発明のアルキルチオールの製造方法によれば、式（ＩＩ）で表わされる硫化水素金属塩に不純物として式（Ｉ）で表わされる硫化金属塩が含まれているにもかかわらず、高収率でアルキルチオールを製造することができる。

式（Ｉ）において、Ｍは、アルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子である。アルカリ金属原子としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示に限定されるものではない。また、アルカリ土類金属原子としては、例えば、カルシウム、マグネシウムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

式（Ｉ）において、ｎは、Ｍの原子価を表わす数である。Ｍがアルカリ金属原子である場合、ｎは１であり、Ｍがアルカリ土類金属である場合、ｎは２である。

式（Ｉ）で表わされる硫化金属塩は、本発明のアルキルチオールの製造方法において、原料として用いられる式（ＩＩ）で表わされる硫化水素金属塩中の金属原子に対応する硫化金属塩である。

式（ＩＩ）において、Ｍおよびｎは、式（Ｉ）におけるＭおよびｎと同じである。式（ＩＩ）において、Ｍは、アルキルチオールを効率よく製造することができることから、好ましくはアルカリ金属、より好ましくはリチウム、ナトリウムおよびカリウム、さらに好ましくはナトリウムである。

硫化水素金属塩としては、例えば、硫化水素リチウム、硫化水素ナトリウム、硫化水素カリウムなどの硫化水素アルカリ金属塩、硫化水素カルシウム、硫化水素マグネシウムなどの硫化水素アルカリ土類金属塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの硫化水素金属のなかでは、アルキルチオールを効率よく製造することができることから、硫化水素アルカリ金属塩が好ましく、硫化水素リチウム、硫化水素ナトリウムおよび硫化水素カリウムがより好ましく、硫化水素ナトリウムが特に好ましい。

混合液とハロゲン化アルキルとを接触させる際に用いられるハロゲン化アルキル１モルあたりの硫化水素金属塩の量は、アルキルチオールの収率を向上させる観点から、好ましくは０．８モル以上、より好ましくは１モル以上であり、経済性を高める観点から、好ましくは３モル以下、より好ましくは２モル以下である。

水として、例えば、精製水などが用いられる。前記混合液中の硫化水素金属塩１００質量部あたりの水の量は、硫化水素金属塩を十分に溶解させる観点から、好ましくは６０質量部以上、より好ましくは１２０質量部以上であり、反応を円滑に進行させ、アルキルチオールの収率を向上させる観点から、好ましくは１２００質量部以下、より好ましくは６００質量部以下である。

非水溶性有機溶媒としては、例えば、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素化合物；クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

前記混合液中の水１００質量部あたりの非水溶性有機溶媒の量は、収率を向上させる観点から、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは１００質量部以上であり、経済性を高める観点から、好ましくは３０００質量部以下、より好ましくは１０００質量部以下である。

相間移動触媒としては、例えば、ベンジルトリエチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ヘキサデシルトリエチルアンモニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリエチルアンモニウムクロライド、オクチルトリエチルアンモニウムブロマイド、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、トリオクチルメチルアンモニウムクロライドなどの４級アンモニウム塩；ヘキサデシルトリエチルホスホニウムブロマイド、ヘキサデシルトリブチルホスホニウムクロライド、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウムブロマイド、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウムクロライド、トリオクチルエチルホスホニウムブロマイド、テトラフェニルホスホニウムブロマイドなどの４級ホスホニウム塩；１８−クラウン−６、ジベンゾ−１８−クラウン−６、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６などのクラウンエーテルなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのなかでは、取り扱いが容易であり、経済性を高める観点から、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムクロライドなどの４級アンモニウム塩およびテトラ−ｎ−ブチルホスホニウムクロライドなどの４級ホスホニウム塩が好ましく、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイドがより好ましい。

前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させる際に用いられるハロゲン化アルキル１モルあたりの相間移動触媒の量は、硫化水素金属塩とハロゲン化アルキルとを効率よく反応させる観点から、好ましくは０．００１モル以上、より好ましくは０．００５モル以上であり、経済性を高める観点から、好ましくは０．１モル以下、より好ましくは０．０２モル以下である。

本発明のアルキルチオールの製造方法では、前記混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整する。前記混合液の水層のｐＨは、硫化水素の発生を抑制して経済性を高める観点から、８．５以上、好ましくは９以上であり、収率を向上させる観点から、１０以下、好ましくは９．５以下である。前記混合液の水層のｐＨは、混合液にｐＨ調整剤として酸を添加することによって調製することができる。

酸としては、例えば、塩酸、硫酸、臭化水素酸、硝酸、ギ酸、リン酸、硫化水素などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの酸のなかでは、取り扱いが容易であることから、塩酸が好ましい。

混合液の水層のｐＨを調整した後、前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させる。前記混合液とハロゲン化アルキルとの接触は、例えば、前記混合液にハロゲン化アルキルを吹き込むこと、前記混合液とハロゲン化アルキルとを混合することなどによって行なうことができる。前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させることにより、前記混合液中の硫化水素金属塩とハロゲン化アルキルとを反応させ、アルキルチオールを得ることができる。

ハロゲン化アルキルとしては、例えば、式（ＩＩＩ）：
ＲＸ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒは炭素数１〜８のアルキル基、Ｘはハロゲン原子を示す）
で表される化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

式（ＩＩＩ）において、Ｒは、炭素数１〜８のアルキル基を示す。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのアルキル基のなかでは、高い反応性を有することから、メチル基が好ましい。

式（ＩＩＩ）において、Ｘは、ハロゲン原子を示す。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。これらのハロゲン原子のなかでは、反応性を高め、かつ経済性を高める観点から、塩素原子および臭素原子が好ましい。

ハロゲン化アルキルのなかでは、効率よくアルキルチオールを製造する観点から、ハロゲン化メチルが好ましく、塩化メチルおよび臭化メチルがより好ましい。

ハロゲン化アルキル１モルに対する硫化水素金属塩の量は、アルキルチオールの収率を向上させる観点から、好ましくは０．８モル以上、より好ましくは１モル以上であり、経済性を高める観点から、好ましくは３モル以下、より好ましくは２モル以下である。

前記混合液とハロゲン化アルキルとの反応温度は、反応速度を高める観点から、好ましくは０℃以上、より好ましくは１０℃以上、さらに好ましくは２０℃以上であり、副反応を抑制し、収率を向上させる観点から、好ましくは１２０℃以下、より好ましくは１００℃以下である。

前記混合液とハロゲン化アルキルとの接触の際の圧力は、通常、常圧であるが、必要により、加圧してもよく、あるいは減圧してもよい。

前記混合液とハロゲン化アルキルとの反応時間は、反応温度、相間移動触媒の種類、ハロゲン化アルキルの種類などによって異なるので一概には決定することができないため、反応温度、相間移動触媒の種類、ハロゲン化アルキルの種類などに応じて適宜決定することが好ましい。前記混合液とハロゲン化アルキルとの反応時間は、通常、１〜５０時間程度である。

本発明のアルキルチオールの製造方法では、水と非水溶性有機溶媒との２層からなる不均一系溶媒中で硫化水素金属塩とハロゲン化アルキルとの反応が行なわれる。反応によって生成するアルキルチオールは、有機溶媒層に存在する。したがって、反応によって生成するアルキルチオールは、例えば、反応終了後の反応液を室温まで冷却し、水層を除去し、有機溶媒層を抽出、蒸留などの通常の精製手段に供することによって容易に単離することができる。一方、水層には相間移動触媒が含まれているので、かかる水層から相間移動触媒を単離し、再利用することができる。

以上説明したように、不純物として式（Ｉ）で表わされる硫化金属塩を含有する式（ＩＩ）で表わされる硫化水素金属塩を原料として用いてアルキルチオールを製造する際に、前記硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合することによって得られる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整することにより、高収率でアルキルチオールを製造することができる。したがって、本発明のアルキルチオールの製造方法は、医薬品、農薬、機能性高分子化合物などの原料を製造する際に好適に用いることができる。

つぎに、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
撹拌機と温度計と冷却器とを備えた１０００ｍＬ四つ口フラスコ内に、窒素ガス雰囲気下、常圧で２５質量％硫化水素ナトリウム水溶液２４６.４ｇ（硫化水素アルカリ金属塩の含有量：１．１０モル、硫化ナトリウムの含有量：０．０４モル）、非水溶性有機溶媒としてクロロベンゼン４００ｇおよび相間移動触媒としてテトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド３．９ｇ（０．０１２モル）を添加した。得られた混合物を撹拌しながら、塩酸を前記混合物に添加することにより、当該混合物の水層のｐＨを１０に調整した。得られた混合液中の硫化水素アルカリ金属塩１００質量部あたりの水の量は３００質量部、混合液中の水１００質量部あたりのクロロベンゼンの量は２２０質量部である。

つぎに、得られた混合物を３０℃で撹拌しながら、前記混合物にハロゲン化アルキルとしてクロロメタン５０．５ｇ（１．００モル）を４時間かけて吹き込み、３０℃で５時間さらに撹拌を続け、水とクロロベンゼンとの２層からなる不均一系溶媒中で硫化水素ナトリウムとクロロメタンとを反応させた。

反応終了後、得られた反応混合物を室温まで冷却し、反応混合物から水層を分離して除去した。つぎに、クロロベンゼン層に２５質量％水酸化ナトリウム水溶液１６０ｇを添加した後、前記クロロベンゼン層を撹拌した。その後、クロロベンゼン層を単離し、メタンチオールナトリウム塩の水溶液２１５ｇを得た。酸化還元滴定法により、前記水溶液中のメタンチオールナトリウム塩の濃度を定量し、得られたメタンチオールナトリウム塩の質量を算出した。その結果、得られたメタンチオールナトリウム塩の量は６５ｇ（０．９２モル）であり、クロロメタンに対する収率は９２％であった。

実施例２
撹拌機と温度計と冷却器とを備えた１０００ｍＬ四つ口フラスコ内に、窒素ガス雰囲気下、常圧で２５質量％硫化水素ナトリウム水溶液２４６.４ｇ（硫化水素アルカリ金属塩の含有量：１．１０モル、硫化ナトリウムの含有量：０．０４モル）、非水溶性有機溶媒としてクロロベンゼン４００ｇおよび相間移動触媒としてテトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド３．９ｇ（０．０１２モル）を添加した。得られた混合物を撹拌しながら、塩酸を前記混合物に添加することにより、当該混合物の水層のｐＨを９に調整した。なお、得られた混合液中の硫化水素アルカリ金属塩１００質量部あたりの水の量は３００質量部、混合液中の水１００質量部あたりのクロロベンゼンの量は２２０質量部である。

つぎに、得られた混合物を３０℃で撹拌しながら、前記混合物にハロゲン化アルキルとしてクロロメタン５０．５ｇ（１．００モル）を４時間かけて吹き込み、３０℃で５時間さらに撹拌を続け、水とクロロベンゼンとの２層からなる不均一系溶媒中で硫化水素ナトリウムとクロロメタンとを反応させた。

反応終了後、得られた反応混合物を室温まで冷却し、反応混合物から水層を分離して除去した。つぎに、クロロベンゼン層に２５質量％水酸化ナトリウム水溶液１６０ｇを添加した後、前記クロロベンゼン層を撹拌した。その後、クロロベンゼン層を単離し、メタンチオールナトリウム塩の水溶液２２０ｇを得た。酸化還元滴定法により、前記水溶液中のメタンチオールナトリウム塩の濃度を定量し、得られたメタンチオールナトリウム塩の質量を算出した。その結果、得られたメタンチオールナトリウム塩の量は６６ｇ（０．９４モル）であり、クロロメタンに対する収率は９４％であった。

比較例１
実施例１において、塩酸を用いて水層のｐＨの調整を行わなかったことを除き、実施例１と同様の操作を行なうことにより、メタンチオールナトリウム塩の水溶液２０１ｇを得た。酸化還元滴定法により、前記水溶液中のメタンチオールナトリウム塩の濃度を定量し、得られたメタンチオールナトリウム塩の質量を算出した。その結果、得られたメタンチオールナトリウム塩は６１ｇ（０．８７モル）であり、クロロメタンに対する収率は８４％であった。

実施例１および２ならびに比較例１において、ハロゲン化アルキルの種類、水層のｐＨ、生成物およびその収率を調べた結果を表１に示す。

表１に示された結果から、実施例１および２で得られた各生成物の収率は９０％を超えているのに対して、比較例１で得られた生成物の収率は、８４％にとどまっていることがわかる。したがって、実施例１および２のアルキルチオールの製造方法によれば、高収率で安定してアルキルチオールを得ることができることがわかる。

実施例３〜７
実施例２において、ハロゲン化アルキルとしてクロロメタンを用いる代わりに表２に示される化合物を用いたことを除き、実施例２と同様の操作を行なうことにより、アルキルチオールのナトリウム塩を得た。ハロゲン化アルキルの種類、水層のｐＨ、生成物およびその収率を調べた結果を表２に示す。

表２に示された結果から、実施例３〜７で得られた各生成物の収率は、９０％を超えており、しかも９１〜９３％と非常に安定した収率で取得していることから、実施例３〜７のアルキルチオールの製造方法によれば、高収率で安定してアルキルチオールを得ることができることがわかる。

実施例８
実施例１において、硫化水素アルカリ金属塩を用いる代わりに硫化水素アルカリ土類金属塩である硫化水素カルシウムまたは硫化水素マグネシウムを用い、実施例１と同様の操作を行なうことにより、アルキルチオールのカルシウム塩およびアルキルチオールのマグネシウム塩を得る。その結果、硫化水素アルカリ金属塩を用いた場合と同様の結果が得られる。

以上説明したように、不純物として硫化アルカリ金属塩または硫化アルカリ土類金属塩を含有する硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合することによって得られる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整した後、混合液とハロゲン化アルキルとを接触させることにより、高収率で安定してアルキルチオールが得られることがわかる。

Claims (6)

1. 不純物として式（Ｉ）：
   Ｍ_3-nＳ （Ｉ）
   （式中、Ｍはアルカリ金属原子またはアルカリ土類金属原子、ｎはＭの原子価を表わす数を示す）
   で表わされる硫化金属塩を含有する式（ＩＩ）：
   Ｍ（ＳＨ）_n （ＩＩ）
   （式中、Ｍおよびｎは前記と同じ）
   で表わされる硫化水素金属塩を原料とするアルキルチオールの製造方法であって、前記硫化水素金属塩、水、非水溶性有機溶媒および相関移動触媒を混合してなる混合液の水層のｐＨを８．５〜１０に調整した後、前記混合液とハロゲン化アルキルとを接触させることを特徴とするアルキルチオールの製造方法。
2. 硫化水素金属塩が硫化水素アルカリ金属塩である請求項１記載のアルキルチオールの製造方法。
3. 硫化水素金属塩が硫化水素リチウム、硫化水素ナトリウムまたは硫化水素カリウムである請求項１または２に記載のアルキルチオールの製造方法。
4. 硫化水素金属塩が硫化水素ナトリウムである請求項１〜３のいずれかに記載のアルキルチオールの製造方法。
5. ハロゲン化アルキルが、式（ＩＩＩ）：
   ＲＸ （ＩＩＩ）
   （式中、Ｒは炭素数１〜８のアルキル基、Ｘはハロゲン原子を示す）
   で表されるハロゲン化アルキルである請求項１〜４に記載のアルキルチオールの製造方法。
6. ハロゲン化アルキルがハロゲン化メチルである請求項１〜５のいずれかに記載のアルキルチオールの製造方法。