JP2014516937A - 塩化４−クロロアセトアセチル、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドおよび４−クロロアセト酢酸イミドの製造プロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、（ａ）薄膜反応器にジケテンと塩素を供給する工程および（ｂ）前記ジケテンと塩素とを反応させて、塩化４−クロロアセトアセチルを得る工程を含む、塩化４−クロロアセトアセチルの連続製造プロセスに関する。本発明は、本発明のプロセスによって得られた塩化４−クロロアセトアセチルから４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドの製造プロセスにも関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、塩化４−クロロアセトアセチル、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドおよび４−クロロアセト酢酸イミドの製造プロセスに関する。

塩化４−クロロアセトアセチル（４−クロロ−３−オキソブタノイルクロライド）および塩化４−クロロアセトアセチルから得られるエステルの製造方法は、当該技術分野で公知である。詳細なプロセスにおいて、塩化４−クロロアセトアセチルは塩素ガスをジケテン（４−メチリデンオキセタンー２−オン）と反応させて得られる。

当該反応は発熱的に起こり、それゆえ冷却を必要とする。反応生成物は、比較的熱に敏感であり、不望な副生成物の形成および分解が、温度が局所的にまたは全体的に指定した範囲から外れたときに観測される。例えば、不望な反応生成物は位置異性体（塩化２−クロロアセトアセチルなど）、または過塩素化物（塩化２，４−ジクロロアセトアセチルもしくは塩化２，２，４−トリクロロアセトアセチルなどのジハロゲン化化合物またはトリハロゲン化化合物）であるかもしれない。したがって、高収率を成し遂げられる効率的な製造条件を決定するのは困難である。

特許文献１は、ジケテンを溶媒に溶解して、カラム反応容器内でジケテンを塩素と冷却下で反応させるプロセスを示している。塩素ガスは、連続的な流れまたは逆流でカラムに供給される。しかしながら、選択性は、９０％未満で成し遂げられている。

特許文献２には、溶媒を用いないプロセスが開示され、８０℃〜２１０℃の温度で、反応領域内でジケテンの噴霧を連続的に塩素ガスと接触させている。続いて、中間生成物をエタノールでエステル化反応している。しかしながら、全収率は８０％未満であり、よって比較的低く、それはおそらく比較的高温に中間生成物がさらされることを原因とする。さらに、その反応は実験室スケールでの少量の原料化合物で行われているのみである。

実験室スケールでジケテンおよび塩素からハロアセト酢酸を製造する反応は特許文献３および特許文献４に開示されている。特許文献５において、特許文献３のプロセスが考察されている。発明者らは、スケールアップは熱伝導に関する問題のせいで可能ではないと結論付けている。スケールを上げて効率的な反応を行うため、チューブ反応器内で不活性溶媒に溶解した塩素溶液を不活性溶媒中のジケテン溶液と反応させることが提案されている。実施例６において、酸塩化物中間体が収率９８％で製造されうる。しかしながら、そのプロセスは、両方の出発化合物が比較的大量の溶媒に溶解されるので、比較的非効率である。そのため、その全反応は大量の溶媒と、結果的に大きな反応器と装置、ならびに冷却するために多くのエネルギーを必要とする。反応器の容積を増加するとき、収率は劇的に下がり、選択性は比較的低かった（特許文献５、実施例７）。したがって、溶媒を少なくし、大スケールで行ってより選択的かつ効率性を要求できるより効率的なプロセスを提供することが望まれる。

ジケテンおよび塩素から４−クロロアセト酢酸エチルを製造するための実験室でのプロセスは、非特許文献１に開示されている。非特許文献１におけるプロセスにおいて、約２４〜２８重量％という比較的高濃度のジケテンを用いることが示されている。しかしながら、エステルの収率はたった約８０％であり、その反応は小スケールの反応フラスコ内で行われており、スケールを上げる際の熱伝導の問題を解決する方法は全く示唆されていない。

当該技術分野で公知のプロセスもプロセスの安全性の点で問題がある。特に、工業スケールで実施するとき、そのプロセス反応は大量の塩素とジケテンを要する。これらの物質は反応性が高く、吸入したときに有害である。反応器が損傷しているときまたはプロセスが乱れ制御不能となったとき、反応物質が環境で人を害し、および爆発する。このように、工業的なスケールに大きくすることは、仮にするとしても、厳重な安全への注意の下可能であるだけであるだろう。

特許第１１３，８２４号公報 米国特許４，４６８，３５６号明細書 米国特許３，９５０，４１２号明細書 米国特許３，７０１，８０３号明細書 米国特許４，４７３，５０８号明細書

Ｐａｎら、Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｈｕａｇｏｎｇ、２００７年、第３６巻、第１０号、ｐ．４−６

本発明にある問題は、上記問題を解決する塩化４−クロロアセトアセチルの製造プロセスおよびそのプロセスで得られる反応生成物を提供することである。当該プロセスは、高収率かつ高選択的に反応生成物を与えるだろう。当該プロセスは大きな工業スケールでの使用でき、連続プロセスとして利用できる。特に反応効率は高く、溶媒使用量は少ないだろう。

本発明にある別の問題は、比較的安全であり、かつ大量の塩素およびジケテンを取り扱うことに関する潜在的な危険性を小さくする工業スケールのプロセスを提供することである。

驚いたことに、本発明にある問題は、請求項に係るプロセスにより解決される。さらに本発明の実施形態は以下の記載を通して開示される。

本発明の課題は、
（ａ）薄膜反応器にジケテンと塩素を供給する工程、および
（ｂ）ジケテンと塩素を反応させて塩化４−クロロアセトアセチルを得る工程、
を含む、塩化４−クロロアセトアセチルの製造プロセス。

本発明において、ジケテンと塩素との高効率な反応が、薄膜反応器内で行われうることが見いだされた。薄膜反応器内へジケテンと塩素とを供給した後、そのジケテンと塩素はその薄膜反応器内で反応する。塩化４−クロロアセトアセチルは反応生成物として形成され、その反応器から除去されうる。

本発明の好ましい実施形態において、工程（ａ）で、ジケテンは有機溶媒との混合物の形態で反応器に供給される。当該混合物は、好ましくは、有機溶媒中のジケテンの溶液である。

原則として、ジケテンが容易に溶解し、ジケテンと反応しないまたはジケテンの反応を阻害しない任意の有機溶媒が用いられてよい。したがって、溶媒は不活性溶媒であるべきである。この点で、アルコールは、アセトアセテートの形態になり薄膜反応器中でエステル化反応において反応をするので、用いることができない。好ましい不活性溶媒は、ハロゲン化炭化水素、好ましくはハロゲン化アルカンであり、例えば、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン（クロロホルム）、テトラクロロメタン、クロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ジクロロプロパン、１−クロロ−２−フルオロエタン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、メチルクロロホルム、１−クロロブタン、２−クロロブタン、１−ブロモブタン、臭化エチル、１−ブロモ−２−クロロエタン、１−ブロモ−２−フルオロエタン、１−ヨードブタン、ブロモクロロメタン、ジブロモメタン、１，１−ジブロモメタン、ジフルオロヨードメタン、１−ブロモプロパン、ブロモクロロフルオロメタン、２−ブロモプロパン、ブロモジクロロメタン、ブロモフルオロメタン、ブロモトリクロロメタン、ジブロモジフルオロメタン、ペンタクロロメタン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、フルオロヨードメタン、ヨードメタン、ジヨードフルオロメタン、１，１，２，２−テトラクロロメタン、１，１，２−トリクロロエタン、１−クロロプロパン、１，２−ジブロモプロパン、１，２，３−トリクロロプロパン、１，１，１，２−テトラクロロプロパン、またはこれらの混合物またはそれらの少なくとも１つを含む混合物である。

本発明の極めて好ましい実施形態において、溶媒はジクロロメタンである。ジクロロメタンは、ジケテンと塩素との反応の効率的な不活性溶媒であることが当該技術分野で公知である。

本発明において、ジケテンが有機溶媒中、比較的高濃度で与えられるときでさえ、反応は高効率で行われうる、ということがわかった。本発明の好ましい実施形態において、混合物中のジケテンの濃度は１５％（重量／重量）超である。より好ましくは、ジケテンの濃度は２０％超、または２５％（重量／重量）超である。ジケテンの濃度は、最大８０％（重量／重量）または５０％（重量／重量）であり得る。好ましい実施形態において、ジケテンの濃度は、１５〜８０％、１５〜６０％または２０〜５０％（重量／重量）、より好ましくは、２５および５０％（重量／重量）である。ジケテンの濃度は、２１％〜８０％、好ましくは２１〜６０％または２１〜５０％（重量／重量）であり得る。ジケテンの濃度が比較的高いことは、全溶媒の使用量が少なくなるので有利である。さらに、薄型フロー反応器（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｒｅａｃｔｏｒ）中での反応混合物の体積は比較的低く維持される。反応物質の接触面積は高く、良好な時間空間収率が得られうる。なおさらに、体積が小さい場合および従って膜の厚さも薄い場合、熱の除去はより効率的である。よって、当該プロセスはエネルギー、費用について効率的であり、特に工業スケールで実施されるとき効率的である。

本発明において、工程（ａ）において、塩素が塩素ガスの形態で反応器に供給されるのが好ましい。塩素ガスを用いるとき、溶媒の全使用量はさらに減少される。従って、有機溶媒、好ましくはジクロロメタンに溶解されるジケテンの濃度を比較的高くし、塩素ガスを用いるとき、上記のようにジケテンの濃度が高いので、反応は高効率的である。薄膜反応器の反応容積は比較的低く、時間空間収率は増加するが、熱伝導は促進される。さらに、ガス形態での塩素の使用は事前溶解工程を回避する。塩素は、大スケールの工業プロセスにおいて侵略的であり、取扱いを複雑にするので、ガス形態での塩素の使用は有利である。

本発明において、塩素ガスを不活性ガスで希釈する必要はない。従って、本発明の好ましい実施形態において、不活性ガスは薄膜反応器に導入されない、および／または塩素が薄膜反応器に導入される前または導入されている間に不活性ガスと混合されない。好ましくは、ジケテン、塩素および有機溶媒だけが薄膜反応器に導入される。従って、物質の最終的な使用量、費用および得エネルギーを低く維持できる。

本発明の反応工程（ａ）は薄膜反応器で行われる。そのような薄膜反応器内で、反応は少なくとも１つの反応器の表面で起こる。通常、薄膜反応器は、反応表面の連続的な再生を可能とする。その薄膜反応器、は表面を回転することにより、反応表面で形成される。従って、当該反応器は、反応が空間液体容積内で行われるチューブ反応器のような反応器とは異なる。当該反応器は、液体の反応物質を反応表面に分配する手段を含む。さらに、反応器は冷却手段を含むべきである。冷却手段は、好ましくは熱交換器である。本発明の方法において、発熱反応によって生じる熱が反応器から連続的に除去されるのが好ましい。従って、反応温度は、局所的かつ全体的に、安定かつ比較的低く維持されうる。膜の厚さは冷却装置および熱放散汚必要性に適合される。典型的には、膜の平均厚さは０．０５ｍｍ〜１５ｍｍ、より具体的には０．１〜５ｍｍであってよい。

本発明の極めて好ましい実施形態において、反応器はワイプフィルム（ｗｉｐｅｄ ｆｉｌｍ）反応器である。ワイプフィルム反応器は、例えば、ブレード、ワイパーまたはロールのワイプ手段を含む。そのようなロールまたはワイパーは、典型的には、遠心力によって反応器壁に対してプレスされる。ワイプ手段は、膜と接触して、通常回転によって移動する。ワイプ手段を回転することにより、薄膜、膜再生および徹底的かつ連続的な混合が成し遂げられる。ワイプ手段は縦または横に配置されてよい。ワイプ手段は、通常、ＰＴＦＥ（好ましくは、ＤｕＰｏｎｔから商標テフロン（登録商標）で入手可能）、金属合金（好ましくは、ニッケル合金（好ましくはＨａｙｎｅｓ社から商標ハステロイ（登録商標）で入手可能）、ステンレス鋼、またはグラファイト）など、不活性な材料から生産される。典型的には、ワイパー元素の数は２〜１０００、より好ましくは１０〜１０００、または５０〜５００の間である。例えば、ａｍ工業スケールの反応器はそれぞれ４０のロールを備えた４つのカラムを含んでよい。ワイパーは平板または巻回型であり、好ましくはらせん状の巻回型であってよい。

ワイプフィルム反応器は、当該技術分野において、熱的に不安定な化合物の蒸留にしばしば用いられる。しかしながら、化学反応にワイプフィルム反応器の使用は、当該技術分野でも開示されている。重合反応においての使用および反応器の調整は、Ｓｔｅｐｐａｎらに開示されている（「Ｗｉｐｅｄ ｆｉｌｍ ｒｅａｃｔｏｒ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｎｙｌｏｎ ６，６ ｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ（ナイロン６，６重合用のワイプフィルム反応器）」、Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．第２９巻、第２０１２−２０２０頁、１９９０年）。そこに開示された基本的な考え方は、本発明プロセスにおいてワイプフィルム反応器を調整して最適な収率を得るのにも有用である。反応条件はワイパーの数および種類、液体の蒸留装置、温度、反応器容積、圧力、ローター速度、所望の膜厚などのパラメーターを考える具体的な反応器モデルを考慮して選択および調整される。

ワイプフィルム反応器の面積は、好ましくは０．５〜３０ｍ^２であり、好ましくは１〜１５ｍ^２である。面積は、少なくとも０．５、少なくとも１または少なくとも２ｍ^２であるのが好ましい。反応器の速度は１０〜２０００ｒｐｍ、好ましくは２０〜１０００ｒｐｍであってよい。

本発明の好ましい実施形態において、プロセスは連続プロセスである。好ましくは、ジケテンは少なくとも１０ｋｇ／ｈの速度で反応器に供給される。より好ましくは、ジケテンは少なくとも２０ｋｇ／ｈ、少なくとも３０ｋｇ／時間または少なくとも７５Ｌ／時間の速度で反応器に供給される。ジケテンは１０〜５００ｋｇ／ｈ、または７５〜２５０ｋｇ／ｈの速度で反応器に供給されてよい。薄膜反応器は、通常、連続プロセスに調整されている。反応物質は一定速度で反応器に供給され、反応生成物は反応器の底から一定速度で取り出される。本発明の反応は比較的大スケールの場合で効率的であり、工業生産に利用できる、ということが見出された。好ましくは、塩素ガスは、少なくとも１０ｋｇ／時間、２０ｋｇ／ｈまたは５０ｋｇ／ｈの速度で反応器に供給される。塩素は２５０〜５００ｋｇ／ｈ、または５０〜２５０ｋｇ／ｈの速度で反応器に供給されてよい。スケールアップのプロセスは、具体的な反応器内で少量の溶媒および高反応効率かつ高熱伝導効率であるので、さらに高収率かつ高選択的に生成物を供給しうる。反応をスケールアップすることは比較的少ない量の溶媒を用いて効率的であり、しかも高収率で得られることは予測されていなかったので、このことは驚くべきことである。好ましくは薄膜反応器の容積は少なくとも５０Ｌ、少なくとも１００Ｌまたは少なくとも５００Ｌである。

独創的なスケールアップのプロセスにおいて、出発化合物の回転率と反応器の容積は比較的高い。しかしながら、反応機内の反応物質はほとんど薄膜の形態で存在し、従って薄膜反応器内で反応物質の効果的な維持は従来のバッチまたはパイプ反応器と比較してかなり低い。反応性が高く有害な塩素およびジケテンの潜在的な危険性を共慮して、本発明のプロセスは一般的に安定である。例えば、反応器が損傷を受けたときまたは反応は制御できなくなったとき、比較的少量の塩素およびジケテンは制御できない条件で反応し、または、反応器から漏出しうる。潜在的な重要性は、塩素およびジケテンを高く維持する空間を有するバッチ容積を含む従来の反応器と比べてあまり厳格ではない。このようにして、本発明のプロセスはより安全なプロセスを提供する課題を解決する。

さらに、本発明の反応は、比較的低温で大スケールにおいて高効率で実施できることが見出された。ジケテンおよび塩化４−クロロアセトアセチルは、高温で、特に反応器内での滞留時間が長いとき、収率が減少するように、温度に敏感である。本発明の好ましい実施形態において、反応温度は−１５℃〜６０℃である。より好ましくは、第１反応の反応温度は−１５℃〜４５℃または０℃〜３０℃に維持される。さらに好ましくは、第１反応の反応温度は５℃〜４５℃または５℃〜３０℃、または５℃〜２０℃に維持される。好ましくは反応温度は６０℃未満、４０℃未満、３０℃未満または２０℃未満である。反応温度は熱交換器のような冷却手段を用いて反応器を冷却して調整される。好ましくは、熱交換器は反応混合物に接していない側の表面上に直接の熱流体を含む。熱交換は大スケールな場合であっても、薄膜反応器内で良好な効率で行われる。薄膜反応器中でのジケテンの平均滞留時間は、分解および副反応を避けるため比較的短く調整されるべきである。平均滞留時間は２秒〜５００秒、または５秒〜２５０秒であってよい。

薄膜反応器内での反応は標準圧力で実施されうるが、過圧または低大気圧もしくは低真空でも実施されうる。従って、全ての反応は、穏和な条件で実施されうる。

本発明において、少量の溶媒および反応器内の大きな接触面積を考慮して、低温でさえ、薄膜反応器内での反応物質の滞留時間は比較的短く設定され、高収率で得られるということが見出された。比較的低温および大スケールのせいで、滞留時間は原則として増加するので、このことは予測されなかった。しかしながら、薄膜形成を伴う全工程、好ましくはワイプ工程により支持され滞留時間を減少させる。

上述されるように、本発明のプロセスにおいて用いられる溶媒の総量は比較的低く保たれうる。溶媒の消費量は、溶媒を再利用したとき、さらに減少する。より好ましくは溶媒は、プロセス中で再び用いられる。より好ましくは溶媒はプロセス中で回収され、再び用いられる。再生利用は、エステル化またはアミド化反応後の蒸留、液−液抽出、反応性抽出、膜分離技術、クロマトグラフィーまたは溶媒の結晶化またはこれらの方法の組み合わせなどの任意の適当な方法を含んでよい。後に高純度の溶媒はプロセスに導入され、好ましくは当該高純度の溶媒は反応物質の流れの中でジケテンと混合した後に導入される。

本発明の好ましい実施形態において、溶媒は少なくとも９８重量％の純度のジクロロメタンである。好ましくは、塩化物、水および／またはアルコールの含有量は低い。

本発明の別の課題は４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドの製造方法であり、
（ｃ）本発明のプロセスにおいて得られる塩化４−クロロアセトアセチルを第２反応器に移す工程、および
（ｄ）塩化４−クロロアセトアセチルをアルコールまたはアミンと反応させて、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドを得る工程
を含む。

従って、ジケテンおよび塩素の最初の反応の反応生成物は第２反応器内でさらに反応させられうる。好ましくは、第１および第２の反応は１つの連続法の部分である。そのような連続法において、第１反応で構成された塩化４−クロロアセトアセチルは第１反応器（薄膜反応器）から取り出され、第２反応器に直接移される。

第２反応器中、エステル化反応、アミド化反応またはイミド化反応が実施される。反応器は、これらの反応に適当である任意の種類の反応器であってよい。例えば、反応器は、ベッセル、チューブまたはカラムであってよくまたはそれらを含んでよい。第１および第２の反応器は、接続手段（チューブ、パイプまたはホースなど）によって接続される。従って、全プロセスは中間体を精製することなくまたは塩化４−クロロアセトアセチルを単離することなく、効率的な手段において実施されうる。しかしながら、当該反応は、塩化４−クロロアセトアセチルの中間体の単離後に実施することもできる。

エステル化反応、アミド化反応またはイミド化反応は、酸塩化物とアルコールまたはアミンとの典型的な反応である。

好ましい実施形態において、アルコールはアルキルアルコール、すなわちアルカノール、またはアリールアルコール（フェノールなど）である。例えば、アルコールは、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノールおよびフェノールからなる群から選択されてよい。好ましい実施形態において、アルコールはメタノール、エタノールまたはフェノールである。アミドを得るために、第一級アミンまたは第二級アミン、好ましくはアルキルアミン（環状の第二級アルキルアミンなど）、またはアリールアミン（アニリンなど）が使用される。アニリンのアリール基は置換されていてよい。アルコールまたはアミンのアルキル基は１個〜１０個の炭素原子、好ましくは１個〜４個の炭素原子を有してよい。

第２反応中、ＨＣｌは実質的に定量的な量で形成される。当該プロセス中に生成するＨＣｌ生成物の量は実質的に生成物（および副生成物）と等モル量である。好ましくは、ガス状のＨＣｌガスは中和（例えば塩基性スクラバーシステムを用いる）によってオフガスから除去される。しかしながら、通常ＨＣｌの残留量は溶媒に溶解される。溶媒を再利用する前に、残留量のＨＣｌは、例えば塩基性の水溶液で抽出して中和される。

温度および圧力などの反応条件は高収率を得、比較的少量のエネルギーを消費するように選択される。

本発明の好ましい実施形態において、工程（ｄ）における反応温度は０℃〜８０℃、または好ましくは２０℃〜６０℃である。反応は、標準圧力、陽圧または陰圧でなされてよい。

好ましくは、ジクロロメタン溶媒は、工程（ｄ）において第２反応の後に蒸留および／または再利用される。再生利用工程中またはその前に、ＨＣｌは溶媒から除去されるべきであり、好ましくは中和によって除去されるべきである。溶媒は公知手段で精製されてよく、例えば、脱水カラム、モレキュラーシーブ、膜分離技術、液−液抽出、反応抽出、クロマトグラフィーおよび／または結晶化またはこれらの方法の組み合わせを用いて精製されてよい。

本発明の好ましい実施形態において、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドの収率は、工程（ａ）において提供されるケテンの合計量に基づいて少なくとも９０％である。より好ましくは、収率は９２％超または９５％超である。好ましくは第１反応工程で得られる塩化４−クロロアセトアセテートの収率は９０％以上、好ましくは９５％以上または９８％以上である。好ましくは、塩素の変換率は少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９８％または少なくとも９９．５％である。

本発明プロセスにおいて利用できるワイプフィルム反応器の概略かつ例示の図である。 薄膜塩素化反応器の内のワイパーの可能なレイアウトの概略かつ例示の上面図である。 ジケテンと塩素ガスから４−クロロアセトアセテートの製造に用いる本発明の連続プロセスにおける配置の概略かつ例示の設計図である。

本発明の第１反応において使用するためのワイプフィルム反応器は図１に示される。当該反応器はジケテンおよび塩素を供給する手段（１）および（２）を含む。当該反応器は熱交換手段に熱交換流体を供給するための手段（３）および（４）を含む。生成物は手段（９）から溶出され、蒸気および／またはガスはバルブ（１０）を含んでよい手段（５）から排出され得る。反応器は、周囲で円運動が起こるローター軸（６）を含む。反応混合物は、反応器の外側部分を下に流れる形式で反応器に供給され、混合および分散される。反応器は、薄膜が形成される部分上に液体（７）を分散する手段およびワイパー（８）を含む。らせん状の巻回型ワイパープレートを伴う薄膜反応器の上面図を図２に示す。

本発明のプロセスの典型的な配置は図３に示される。ジケテンが有機溶媒に溶解され、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドの製造用の第２反応器ユニットに移される実施例の経路と、ジケテンおよび塩素ガスの変換を行う薄膜反応器を伴う実施例の経路が示される。塩素ガスおよびジケテン溶液は、ジケテン溶液用の注入口（１３）および塩素用の注入口（１５）から薄膜反応器（１１）に供給される。塩化４−クロロアセトアセチルの中間体は反応器（１１）から溶出され、注入口（１４）を経由して、反応流に供給されるアルコールまたはアミン試薬と混合される。反応流は反応器（１２）に入る。粗生成物（１６）を得るために粗反応生成物は取り出され、蒸留手段（１７）によって精製され、排出口（１８）を経由して単離される。溶媒は、再生利用手段（１８）を経由して回収されてよく、接続部（１９）を経由して塩素化反応に戻されよい。反応器（１１）、（１２）および手段（１６）、（１７）は、チューブまたはホースなどの接続手段によって接続される。注入口および排出口の寸法、接続部および位置は図式的に示されるだけで、限定して理解されない。

本発明のプロセスは、本発明の根底にある問題を解決する。本発明は、ジケテンを塩素と反応させ、塩化４−クロロアセトアセチルおよび当該反応で得られる反応生成物を得るのに効率的なプロセスを提供する。当該反応は高選択性かつ高収率で起こる。少量の溶媒が用いられ、プロセスをより効率的にする。当該プロセスは低温で効率的である。スケールアップは、高収率のまま可能である。全体として、反応器中の反応物質は、第１反応器中に良好な熱除去器を併用して、短い滞留時間、高い処理能力および高い時間−空間収率である。

さらに、局所的な過熱が起こらないように、均一な熱除去が薄膜反応機中で可能である。局所的な過熱は、反応物質または生成物の部分的な分解をもたらしうる。さらに、本発明の塩素化反応は、高選択性であり、望まない副生成物である過塩素化生成物の量はほんのわずかである。プロセスをより効率的にし、かつ取り扱いやすくする溶媒中への塩素の溶解は必須ではない。溶媒は回収され、上記プロセスに再利用されうる。

実施例１：パイロットスケールでの４−ＣＡＡＭｅの製造
ジケテンの塩素化反応を、１．５ｍ^２の面積を有するワイプフィルム（ｗｉｐｅｄ−ｆｉｌｍ）反応器（塩素化反応器）中、パイロットスケールで連続的に行なう。当該反応器は２０個のワイパーを備える。そのワイパーは、反応器中に５つの列で整列している。各列は、互いから９０°別れた４個のワイパーを備えている。一列のワイパーを、隣の列に対応するワイパーの位置と２５°でジグザグに配列している。ワイパーを、らせん状の巻回型テフロン（登録商標）プレートとして組み立てている。図２にワイパーが反応機内部にどのように備え付けられているか図式的に示す。反応器のローター速度を８０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍの間で変更した。

反応物質の塩素ガス（Ｃｌ_２）とジケテンを、反応器の上部に導入する。この反応において溶媒はジクロロメタン（ＭｅＣｌ_２）である。ジケテンを反応器に供給する前に、ＭｅＣｌ_２で希釈する。ジケテンとＭｅＣｌ_２との混合物をスタティックミキサーを用いて、インラインに調製する。Ｃｌ_２とジケテンとの反応熱を除去するため、反応器を、近接した冷却システムを用いて集中的に冷却する。Ｃｌ_２とジケテンとの反応中、中間生成物の塩化４−クロロ−３−オキソブタノイル（４−ＣＡＡＣ）を製造する。

続けて、塩素化反応器に残る反応混合物にメタノール（ＭｅＯＨ）を添加して、４−ＣＡＡＭｅを製造する。ＭｅＯＨを、塩素化反応器をエステル化反応器と接続するパイプラインに直接添加する。エステル化反応中、１等量のＨＣｌが形成する。反応ガス（主にＨＣｌ）をＮａＯＨ水溶液で処理されるスクラバーシステムに送る。エステル化反応器の後、液体混合物を蒸留精製段階に送る。ＭｅＣｌ_２を、付随する精製後、反応に再循環させる。

４−ＣＡＡＭｅの典型的な製造工程において、２７〜３０Ｌ／ｈのジケテンを、４５Ｌ／ｈのＭｅＣｌ_２および２５ｋｇ／ｈのＣｌ_２ガスと一緒に、連続的に塩素化反応器に供給する。反応器のローターの速度を、２００〜３５０ｒｐｍの間で制御する。貯蔵タンク内でジケテンの分解を回避するため、ジケテンのタンク内での温度を９〜１４℃に維持する。Ｃｌ_２を、普通、ジケテンに対して少過剰（１〜８％）導入する。

塩素化反応器に残る混合物の温度は１２℃〜１５℃である。反応器内の圧力を、約−０．１〜−８ｍｂａｒｇの低真空下で維持する。混合物のエステル化を、２２〜２３Ｌ／ｈのＭｅＯＨを添加して実施する。エステル化反応中、混合物の温度は、３０〜４４℃に昇温する。この物質を、セラミックがランダム充填されたカラムに流し、エステル化が完了する。エステル化反応は１等量のＨＣｌを生成する。ＨＣｌを、ＮａＯＨ水溶液で処理されたスクラバーシステムに導入する。エステル化カラムの液相は、ＭｅＣｌ_２のフラッシュ蒸留中、サイフォンを通ってオーバーフローする。フラッシュ蒸留で得たＭｅＣｌ_２を集め、このＭｅＣｌ_２が反応に循環するように設計された再生プロセスに送る。

塩素化反応におけるＣｌ_２の変換は、１００％であると推測される。４−ＣＡＡＣの選択性は９５％であり、２，４−ＣＡＡＣの選択性は２％であり、他のＣｌ化合物の選択性は３％であると推測される。

実施例２：パイロットスケールでの４−ＣＡＡＥｔの製造
パイロットスケールでの４−ＣＡＡＥｔの製造を、実施例１に記載される４−ＣＡＡＭｅの製造と同じ設定を用いて行う。

反応物質の塩素ガス（Ｃｌ_２）とジケテンを、反応器の上部に導入する。この反応において溶媒はジクロロメタン（ＭｅＣｌ_２）である。ジケテンを反応器に供給する前に、ＭｅＣｌ_２で希釈する。ジケテンとＭｅＣｌ_２との混合物をスタティックミキサーを用いて、インラインに調製する。Ｃｌ_２とジケテンとの反応熱を除去するため、反応器を、近接した冷却システムを用いて集中的に冷却する。Ｃｌ_２とジケテンとの反応中、中間生成物の塩化４−クロロ−３−オキソブタノイルする（４−ＣＡＡＣ）が形成する。

４−ＣＡＡＥｔを、塩素化反応器に残る反応混合物にエタノール（ＥｔＯＨ）を添加して製造する。ＥｔＯＨを、エステル化反応器に流れるパイプラインに直接添加する。エステル化反応中、４−ＣＡＡＥｔとＨＣＩが形成する。反応ガス（主にＨＣｌ）を、ＮａＯＨ水溶液で処理されるスクラバーシステムに送る。エステル化反応器の後、液体混合物は蒸留精製段階に送る。ＭｅＣｌ_２を、付随する精製後、反応に再循環される。

４−ＣＡＡＥｔの典型的な製造工程において、３９Ｌ／ｈのジケテンを、７０Ｌ／ｈのＭｅＣｌ_２および３１ｋｇ／ｈのＣｌ_２ガスと一緒に、連続的に塩素化反応器に供給する。反応器のローターの速度を２００〜３５０ｒｐｍの間で維持する。貯蔵タンク内でジケテンの分解を回避するため、タンク内の温度を９〜１４℃に維持する。Ｃｌ_２を、普通、ジケテンに対して少過剰（１〜８％）導入する。

塩素化反応器に残る混合物の温度は、１７℃〜１９℃である。反応器内の圧力を、約−０．１〜−８ｍｂａｒｇの低真空下で維持する。混合物のエステル化を、２７Ｌ／ｈのＥｔＯＨを添加して実施する。エステル化反応中、混合物の温度を、４０〜５３℃に昇温する。この物質を、セラミックがランダム充填したカラムに流し、エステル化反応が完了する。エステル化反応は１等量のＨＣｌを生成する。ＨＣｌを、ＮａＯＨ水溶液で処理したスクラバーシステムに導入する。エステル化カラムの液相は、ＭｅＣｌ_２のフラッシュ蒸留中、サイフォンを通ってあふれ出る。

塩素化反応におけるＣｌ_２の変換は、１００％であると推測される。４−ＣＡＡＣの選択性は９５％であり、２，４−ＣＡＡＣの選択性は２％であり、他のＣｌ化合物の選択性は３％であると推測される。

実施例３：工業スケールでの４−ＣＡＡＥｔの製造
ジケテンの塩素化反応を、４ｍ^２の面積を有するワイプフィルム反応器（塩素化反応器）中、工業スケールで連続的に行う。当該反応器はワイパー要素として１６０個のロールを有する。ワイパー要素は、円筒状のグラファイトロールとして組み立てられている。遠心力により、当該ロールを反応器の壁に押し付ける。当該ロールは、反応器の外周にそって４つの垂直柱に整列している。各カラムは４０個のロールを有する。反応器のローター速度を４０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの間で変更する。

反応物質の塩素ガス（Ｃｌ_２）とジケテンを、反応器の上部に導入する。この反応において溶媒はジクロロメタン（ＭｅＣｌ_２）である。ジケテンを反応器に供給する前に、ＭｅＣｌ_２で希釈する。ジケテンとＭｅＣｌ_２の混合物をスタティックミキサーを用いて、インラインに調製する。Ｃｌ_２とジケテンとの反応熱を除去するため、反応器を、近接した冷却システムを用いて集中的に冷却する。Ｃｌ_２とジケテンとの反応中、中間生成物の塩化４−クロロ−３−オキソブタノイル（４−ＣＡＡＣ）を製造する。

４−ＣＡＡＥｔを、塩素化反応器に残る反応混合物にエタノール（ＥｔＯＨ）を添加して合成する。ＥｔＯＨを、塩素化反応器をエステル化反応器と接続するパイプラインに直接添加する。エステル化反応中、４−ＣＡＡＥｔとＨＣＩとが形成する。反応ガス（主にＨＣｌ）を、ＮａＯＨ水溶液で処理されるスクラバーシステムに送る。エステル化反応器の後、液体混合物を蒸留精製段階に送る。ＭｅＣｌ_２を、付随する精製後、反応に再循環させる。

４−ＣＡＡＥｔの典型的な製造工程において、７５〜５０ｋｇ／ｈのジケテンを、１５０〜６００ｋｇ／ｈのＭｅＣｌ_２および６２〜１３５ｋｇ／ｈのＣｌ_２ガスと一緒に、連続的に塩素化反応器に供給する。反応器のローターの速度を、７０〜１２０ｒｐｍの間で制御する。貯蔵タンク内でジケテンの分解を回避するため、ジケテンのタンク内での温度を９〜１４℃に維持する。Ｃｌ_２を、普通、ジケテンに対して少過剰（１〜６％）導入する。

塩素化反応器に残る混合物の温度は−５℃〜３０℃である。反応器内の圧力を、約−０．１〜−１０ｍｂａｒｇの低真空下で維持する。混合物のエステル化を、４０〜８０ｋｇ／ｈのＥｔＯＨを添加して実施する。エステル化反応中、混合物の温度を、２０〜５５℃に昇温する。この物質を、セラミックがランダム充填されたカラムに流し、エステル化を完了する。この反応は、１等量のＨＣｌを副生成物として生成する。ＨＣｌを、ＮａＯＨで処理されたスクラバーシステムに導入する。エステル化カラムの液相は、ＭｅＣｌ_２のフラッシュ蒸留中、サイフォンを通ってあふれ出る。

塩素化反応におけるＣｌ_２の変換は、１００％であると推測される。４−ＣＡＡＣの選択性は９５％であり、２，４−ＣＡＡＣの選択性は２％であり、他のＣｌ化合物の選択性は３％であると推測される。

当該実施例は、本発明のプロセスがスケールアップして工業スケールで、重大な問題なく実施され、高収率、高選択性を維持することを示す。

Claims (14)

1. （ａ）薄膜反応器にジケテンと塩素とを供給する工程、および
   （ｂ）ジケテンと塩素とを反応させて塩化４−クロロアセトアセチルを得る工程、
   を含む、塩化４−クロロアセトアセチルの製造プロセス。
2. 工程（ａ）で、前記ジケテンを、有機溶媒との混合物の形態で前記薄膜反応器に供給する、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記混合物中の前記ジケテンの濃度が１５％（重量／重量）より高い、請求項２に記載のプロセス。
4. 前記有機溶媒がハロゲン化アルカンであり、好ましくは、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン（クロロホルム）、テトラクロロメタン、クロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、ジクロロプロパン、１−クロロ−２−フルオロエタン、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、メチルクロロホルム、１−クロロブタン、２−クロロブタン、１−ブロモブタン、臭化エチル、１−ブロモ−２−クロロエタン、１−ブロモ−２−フルオロエタン、１−ヨードブタン、ブロモクロロメタン、ジブロモメタン、１，１−ジブロモメタン、ジフルオロヨードメタン、１−ブロモプロパン、ブロモクロロフルオロメタン、２−ブロモプロパン、ブロモジクロロメタン、ブロモフルオロメタン、ブロモトリクロロメタン、ジブロモジフルオロメタン、ペンタクロロメタン、１，１，１，２−テトラクロロエタン、フルオロヨードメタン、ヨードメタン、ジヨードフルオロメタン、１，１，２，２−テトラクロロメタン、１，１，２−トリクロロエタン、１−クロロプロパン、１，２−ジブロモプロパン、１，２，３−トリクロロプロパン、１，１，１，２−テトラクロロプロパンおよびこれらの混合物またはそれらの少なくとも１つを含む混合物から選択される、請求項２または３に記載のプロセス。
5. 工程（ａ）で、前記塩素を塩素ガスの形態で前記薄膜反応器に供給する、請求項１〜４の少なくとも１つに記載のプロセス。
6. 前記薄膜反応器がワイプフィルム反応器である、請求項１〜５の少なくとも１つに記載のプロセス。
7. 前記プロセスが連続プロセスであり、前記ジケテンが少なくとも１０ｋｇ／ｈ、より好ましくは少なくとも７５ｋｇ／ｈの速度で前記薄膜反応器に供給される、請求項１〜６の少なくとも１つに記載のプロセス。
8. 反応温度が−１５℃〜６０℃である、請求項１〜７の少なくとも１つに記載のプロセス。
9. 溶媒が回収されかつ前記プロセスに再利用される、請求項１〜８の少なくとも１つに記載のプロセス。
10. 溶媒が少なくとも９８重量％の純度である、請求項１〜９の少なくとも１つに記載のプロセス。
11. （ｃ）請求項１〜１０の少なくとも１つに記載のプロセスで得られた塩化４−クロロアセトアセチルを第２反応器に移す工程、
    （ｄ）前記塩化４−クロロアセトアセチルをアルコールまたはアミンと反応させて、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドを得る工程、
    を含む、４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドの製造プロセス。
12. 前記アルコールがアルカノール（好ましくはメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｔｅｒｔ−ブタノールまたはフェノール）であり、アミンが好ましくはアルキルアミン（環状第２級アミンなど）またはアリールアミン（アニリンなど）である、請求項１１に記載のプロセス。
13. 工程（ｄ）で、反応温度が０℃〜８０℃である、請求項１１または１２に記載のプロセス。
14. 前記４−クロロアセト酢酸エステル、４−クロロアセト酢酸アミドまたは４−クロロアセト酢酸イミドの収率が、工程（ａ）で供給されたジケテンの全量に基づき少なくとも９０％である、請求項１１〜１３のうちの少なくとも１つに記載のプロセス。
    
    

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