JP2016222551A - ４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物から触媒や反応原料などの残存物を容易に除去することができ、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが高収率で得られる精製方法を提供すること。
【解決手段】４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を溶融した後、有機溶液と混合することにより結晶を析出させ、さらに結晶が溶融しない温度下で懸濁洗浄することによって、未反応のカルボン酸や触媒などを除去し、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法に関する。

４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルは、水酸基と疎水基を有する構造を有し、その構造的特徴から、可塑剤、相溶化剤、界面活性剤などの用途が提案されている。

一般的に化合物のエステル化は、原料カルボン酸とアルコールとを、硫酸等のプロトン酸触媒の存在下で反応させ、得られた反応液から触媒と未反応のカルボン酸を除去し、必要により晶析や蒸留などの精製を行うことによって製造する方法が知られている（特許文献１）。

４−ヒドロキシ安息香酸のエステル化についても、同様に、触媒存在下でアルコールと反応させることにより４−ヒドロキシ安息香酸エステルを合成することが可能である。しかし、４−ヒドロキシ安息香酸を炭素原子数１６以上の長鎖脂肪族アルコールと反応させて４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを製造する場合、原料である４−ヒドロキシ安息香酸や触媒等が残存するため、高純度の目的物を得るためには精製操作が必要であった。

精製は、通常目的物を含む粗結晶を溶融した後、あるいは非水溶性溶媒で希釈した後、水またはアルカリ水で抽出するのが一般的である。しかしながら、未反応のカルボン酸および触媒等の不純物を含む４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物の溶融物に水やアルカリ水を加えると、反応系全体が乳化してしまい、抽出操作が極めて困難になるという問題があった。

反応系の乳化を抑制するために、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を固化し、これを水またはアルカリ水中で懸濁洗浄した後、触媒と未反応のカルボン酸を除去する方法も考えられるが、固化の際に４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの結晶内部に触媒や未反応のカルボン酸が取り込まれることから、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが得られないという問題があった。

特開２０１４−１０８９２８号公報

本発明の目的は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物から触媒や反応原料などの残存物を容易に除去することができ、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが高収率で得られる精製方法を提供することにある。

本発明者らは、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法について鋭意検討した結果、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を溶融した後、有機溶液と混合することにより結晶を析出させ、さらに結晶が溶融しない温度下で懸濁洗浄することによって、未反応のカルボン酸や触媒などを容易に除去し、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を溶融する工程（以下、溶融工程という）、溶融した粗組成物を４５℃未満の温度に維持した有機溶液に添加し、結晶を析出する工程（以下、結晶析出工程という）、および析出した結晶を４５℃以下の温度下で懸濁洗浄する工程（以下、懸濁洗浄工程という）を含む、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法を提供する。

（式中、ｎは１５〜２３の整数を表す）

本発明によれば、未反応のカルボン酸や触媒を容易に除去することができ、簡易な操作で、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを高収率で得ることができる。

本発明において、式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物とは、目的物である式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステル以外に、反応原料や触媒および反応副生物等の不純物を含む組成物を意味する。不純物の含有量は反応方法によっても異なるが、粗組成物中において通常１〜２０重量％、好ましくは３〜１０重量％である。

本発明において、目的物である式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルは、４−ヒドロキシ安息香酸と炭素原子数１６〜２４の脂肪族アルコール（以下、長鎖アルコールと称する場合もある）から成るエステルであり、具体的には、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシル、４−ヒドロキシ安息香酸ヘプタデシル、４−ヒドロキシ安息香酸オクタデシル、４−ヒドロキシ安息香酸ノナデシル、４−ヒドロキシ安息香酸イコシル、４−ヒドロキシ安息香酸ヘンイコシル、４−ヒドロキシ安息香酸ドコシル、４−ヒドロキシ安息香酸トリコシルおよび４−ヒドロキシ安息香酸テトラコシルから選択される１種以上が挙げられる。これらの中でも、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシルが好ましい。

粗組成物中に含まれる具体的な不純物は、原料である４−ヒドロキシ安息香酸、触媒などの残存物のほか、反応副生物である長鎖アルコールの２量化エーテル体や硫酸エステルなどが挙げられる。

４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を得る方法は特に限定されないが、触媒の存在下、４−ヒドロキシ安息香酸と炭素原子数１６〜２４の脂肪族アルコールとの反応によって得られたものを用いるのが良い。あるいは市販の低純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を用いても良い。

本発明の精製方法では、まず溶融工程において、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を溶融する。溶融工程は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を、融点以上に加熱することにより行われる。４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物の溶融物（以下、溶融粗組成物とも称する）の温度は、溶融状態を維持する限り特に限定されないが、９０〜１１０℃であるのが好ましい。

溶融粗組成物は次いで結晶析出工程に供される。なお、４−ヒドロキシ安息香酸と脂肪族アルコールとの反応では、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物が溶融状態で得られるため、反応終了後、溶融状態を維持する温度範囲に保温したものを、そのまま溶融粗組成物として用いて結晶析出工程に供しても良い。

結晶析出工程は、溶融した粗組成物を４５℃未満、好ましくは５〜４２℃の温度に維持した有機溶液に撹拌しながら添加し、結晶を析出することにより行われる。

結晶析出工程で使用される有機溶液は、水と水溶性有機溶媒の混合物であるのが好ましい。水溶性有機溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、グリセリン、アセトン、メチルエチルケトン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ピリジン、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、酢酸、アセトニトリルおよびジメチルスルホキシドからなる群から選択される１種以上が挙げられる。これらの中でも、入手容易性および乾燥効率などの工業的生産性に優れる点で、メタノール、エタノール、１−プロパノールおよび２−プロパノールが好ましく、特に収率に優れる点でメタノールがより好ましい。

水と水溶性有機溶媒との重量比（水／水溶性有機溶媒）は、用いる水溶性有機溶媒の種類にもよるが、８／２〜１／９、好ましくは５／５〜２／８、より好ましくは４／６〜２／８であるのが良い。

水と水溶性有機溶媒との重量比が８／２を上回る場合、析出した結晶の粒径が大きくなることにより、結晶内部に触媒および未反応のカルボン酸が取り込まれやすくなるため、不純物の除去が困難となる傾向がある。水と水溶性有機溶媒との重量比が１／９を下回る場合、結晶が析出し難くなり、収率が低下する傾向がある。

有機溶液の量は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物に対し、１倍重量以上、好ましくは３倍重量以上とするのが良い。４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物に対し、有機溶液の量が１倍重量を下回ると、次工程の懸濁洗浄工程において撹拌不良が生じるおそれがあるとともに、精製効率が低下する傾向がある。

結晶析出工程では、容器に予め有機溶液を仕込んで撹拌状態とし、ここに溶融工程で溶融した４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を添加する。溶融粗組成物の添加方法は特に限定されないが、急激な温度上昇を避けるために、段階的な添加や滴下による添加が好ましい。また、結晶内部への触媒や未反応のカルボン酸の取り込みを阻止するために小粒子径の結晶とするのが良く、５〜３０ｇ／ｍｉｎの速度で滴下するのが好ましい。

有機溶液には、触媒および未反応のカルボン酸を除去し易くするために、塩基を添加することが好ましい。添加する塩基としては、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、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、酸化カルシウム、アンモニアからなる群から選択される１種以上が挙げられる。これらの中でも、入手容易性、経済性および工業的生産性の観点から水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが好ましい。

有機溶液に添加する塩基の量は、有機溶液と溶融粗組成物の混合溶液のｐＨが４〜９、好ましくは５〜８、より好ましくは６〜７となるように調整する。このｐＨの範囲内で懸濁洗浄が行われるのが良い。混合溶液のｐＨが４を下回る場合、析出した結晶が凝集し易くなるため、撹拌不良が生じたり、触媒や未反応のカルボン酸が結晶中に取り込まれる傾向がある。ｐＨが９を上回る場合、結晶の微細化によって撹拌負荷が増大し、撹拌不良が生じるとともに、精製効率が低下する傾向がある。

塩基を添加するタイミングは、上記混合溶液のｐＨが最適範囲となる限り特に限定されないが、予め全量を有機溶液に加えておいても良く、あるいは、予め適量を有機溶液に加えておき、溶融粗組成物を添加した後、さらに必要量を追加しても良い。

有機溶液は予め室温以下に冷却しておき、高温の溶融粗組成物を添加する際、およびその後の懸濁洗浄工程に際し、混合溶液の温度を４５℃未満、好ましくは５〜４２℃に維持する。混合溶液の温度が４５℃以上である場合、結晶が溶解するため、結晶を取り出すことが困難となる。

混合溶液に溶融粗組成物を添加する際、４５℃近くに混合溶液の温度が上昇したときは、溶融粗組成物の添加を一時中断するか、あるいは冷却することにより４５℃未満に維持する。

結晶析出工程によって得られた結晶は、次いで懸濁洗浄工程に供せられる。懸濁洗浄工程は、結晶が析出した懸濁状態の混合溶液を、４５℃未満の温度に維持したまま、撹拌を継続することにより行われる。懸濁洗浄によって、触媒や未反応のカルボン酸などの不純物を除去し、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを精製することができる。懸濁洗浄は、１時間以上、好ましくは５時間以上で行うのが良い。

懸濁洗浄工程を終えた後、濾過等により混合溶液を固液分離して結晶を取り出す。固液分離に際しては、水や有機溶媒を加えて洗浄するのが好ましい。洗浄に用いる有機溶媒としては、入手容易性や収率、および乾燥効率などの工業的生産性に優れる点から、メタノール、エタノール、１−プロパノールおよび２−プロパノールからなる群から選択される１種以上が好ましい。結晶を洗浄する水や有機溶媒は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステル粗組成物に対し、０．５〜２倍重量使用するのが良い。

固液分離された結晶は、必要によりさらに洗浄した後、５０℃未満の減圧下で結晶のまま乾燥させるか、あるいは５０℃以上に加熱して結晶を溶融させた後、溶媒を留去することによって、最終的に高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを得ることができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）］
装置： Ｗａｔｅｒｓ アライアンス ２４８７／２９９６
カラム型番： Ｌ−Ｃｏｌｕｍｎ
流量： １．０ｍＬ／分
溶媒比： Ｈ_２Ｏ（ｐＨ２．３）／ＣＨ_３ＯＨ＝５８／４２（３０分）→５分→１０／９０（５５分）、グラジエント分析
波長： ２２９ｎｍ／２５４ｎｍ
カラム温度： ４０℃

［ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）］
装置： 株式会社島津製作所製ＧＣ−２０１４／ＧＣ−１４Ａ
カラム型番: Ｇ−１００
注入量: １．０μＬ
オーブン温度: ３１０℃
キャリアガス: ヘリウム
検出器: ＦＩＤ

実施例１
撹拌機、温度センサーおよびディーンスターク装置を備えた１Ｌの４つ口フラスコに、ヘキサデカノール（ＣｅＯＨ）１２１ｇを投入し、窒素気流下、７０℃まで昇温して溶融させた。そこに４−ヒドロキシ安息香酸（ＰＯＢ）７０ｇ、ｐ−トルエンスルホン酸一水和物２．４ｇおよび次亜リン酸１．１ｇを加えた後、１時間かけて１３０℃まで昇温し、同温度で８時間反応させて４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシル（ＣＥＰＢ）の粗組成物１８４ｇを得た。得られた粗組成物を高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）およびガスクロマトグラフィー（ＧＣ）にて定量分析を行ったところ、ＣＥＰＢ８９．８重量％、ＰＯＢ３．２重量％、ｐ−トルエンスルホン酸（ＰＴＳ）０．２重量％であった。
次いで、撹拌機、温度センサーおよび冷却管を備えた２Ｌの４つ口フラスコに、水２１０ｇおよびメタノール４９０ｇからなる有機溶液に水酸化ナトリウム１．０ｇを投入して室温で撹拌した。そこに１１０℃まで冷却した溶融状態の粗組成物を３０分かけて滴下により添加混合して混合溶液を調製し、結晶を析出させた。滴下終了時の温度は４１℃、ｐＨは６．９であった。滴下終了後、さらに同温度で１時間撹拌を継続することにより懸濁洗浄した。次いで、濾別して結晶を取り出し、メタノール１４０ｇおよび水１４０ｇを用いて順次洗浄し、４５℃、１０ｍｍＨｇの条件下で乾燥させて結晶１９６ｇを得た。得られたＣＥＰＢをＨＰＬＣ及びＧＣにて定量分析を行ったところ、純度９３．０重量％、ＰＯＢ０．４重量％であり、ＰＴＳは検出限界以下であった。また、粗組成物中のＣＥＰＢ重量からの収率は９７．７％であった。

比較例１
実施例１と同様にして４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシル（ＣＥＰＢ）の溶融粗組成物を得た。次に撹拌機、温度センサーおよび冷却管を備え、底部にコック付き排出口を設けた２Ｌの底抜き４つ口フラスコに、水７００ｇおよび炭酸ナトリウム６ｇを投入して室温で撹拌した。そこに１１０℃まで冷却した溶融粗組成物１８４ｇを３０分かけて滴下により添加混合した。次いで、９０℃まで加熱して粗組成物を溶融した後、静置させたところ、反応系全体が乳化し分液しなかったため、抽出できないものであった。

比較例２
実施例１と同様にして４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシル（ＣＥＰＢ）の溶融粗組成物を得た。次に撹拌機、温度センサーおよび冷却管を備え、底部にコック付き排出口を設けた２Ｌの底抜き４つ口フラスコに、ヘプタン７００ｇを投入して室温で撹拌した。そこに１１０℃まで冷却した溶融粗組成物１８４ｇを３０分かけて滴下により添加混合した。ここに、水１７５ｇを加えて撹拌し、９０℃まで加熱した後、静置させたところ、水層と有機層の界面が乳化したため抽出が困難な状態あった。この時の水層のｐＨは１．７であった。

この界面乳化状態の溶液について、有機層の透明な部分だけを回収し、溶媒を留去して結晶１５１ｇを取り出した。得られた結晶をＨＰＬＣおよびＧＣにて定量分析を行ったところ、ＣＥＰＢの純度は９１．０重量％で、ＰＯＢ１．０重量％、ＰＴＳ０．１重量％であった。また、粗組成物中のＣＥＰＢ重量からの収率は８３．０％であった。

次いで、上記界面乳化状態の溶液に４８重量％水酸化ナトリウムを添加して、ｐＨを１．７から８．８まで徐々に変化させたところ、有機層に白濁が生じたため、抽出はさらに困難化した。

比較例３
撹拌機、温度センサーおよび冷却管を備えた２Ｌの４つ口フラスコに、水７００ｇ、炭酸水素ナトリウム４．２ｇを投入し、さらに実施例１で得られた粗組成物を５０℃まで冷却した固化物１８４ｇを加えて、４３℃で１時間撹拌した。この溶液のｐＨは７．２であった。この溶液を濾別して結晶を取り出し、メタノール１４０ｇおよび水１４０ｇを用いて順次結晶を洗浄し、４５℃、１０ｍｍＨｇの条件下で乾燥させて結晶１９６ｇを得た。得られた結晶をＨＰＬＣおよびＧＣにて定量分析を行ったところ、ＣＥＰＢの純度は９０．０重量％で、ＰＯＢ１．０重量％、ＰＴＳ０．１重量％であった。また、粗組成物中のＣＥＰＢ重量からの収率は９３．０％であった。

実施例２
ＣｅＯＨの代わりに、テトラコサノール１７６ｇを原料として加えた以外は、実施例１と同様にして４−ヒドロキシ安息香酸テトラコシル（ＴＣＰＢ）の溶融粗組成物を得た。得られた粗組成物をＨＰＬＣおよびＧＣにて定量分析を行ったところ、ＴＣＰＢ９０．３重量％、ＰＯＢ３．６重量％、ＰＴＳ０．２重量％であった。この粗組成物を実施例１と同様にして精製を行い、結晶２４６ｇを得た。得られたＴＣＰＢをＨＰＬＣおよびＧＣにて定量分析を行ったところ、純度９２．５重量％、ＰＯＢ０．４重量％、ＰＴＳは検出限界以下であった。また、粗組成物中のＴＣＰＢ重量からの収率は９６．５％であった。

比較例４
溶融組成物を、実施例２で得られた溶融粗組成物に変更する以外は、比較例２と同様にして結晶２４３ｇを得た。得られたＴＣＰＢをＨＰＬＣおよびＧＣにて定量分析を行ったところ、純度８９．８重量％、ＰＯＢ１．１重量％、ＰＴＳ０．１重量％であった。また、粗組成物中のＴＣＰＢ重量からの収率は８２．５％であった。

実施例３〜１２
有機溶液（水と水溶性有機溶媒との混合物）を、表１に示す条件に変更する以外は、実施例１と同様にして結晶を得た。実施例１と併せて結果を表１に示す。

収率（％）＝取得した結晶中のＣＥＰＢ（ｇ）／粗組成物中のＣＥＰＢ（ｇ）×１００
撹拌状態
○・・・問題なく撹拌できる状態
△・・・中心部は撹拌できるが、壁面に滞留部分が発生

実施例１３〜１５
溶融粗組成物の滴下終了時後のｐＨを、表２に示す値とした以外は、実施例１と同様にして結晶を得た。結果を表２に示す。

収率（％）＝取得した結晶中のＣＥＰＢ（ｇ）／粗組成物中のＣＥＰＢ（ｇ）×１００
撹拌状態
○・・・問題なく撹拌できる状態
△・・・中心部は撹拌できるが、壁面に滞留部分が発生

上記の通り、本発明によれば、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物から触媒や反応原料などの残存物を除去することができ、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが高収率で得られることがわかる。

Claims (6)

1. 式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を溶融する工程、
   溶融した粗組成物を４５℃未満の温度に維持した有機溶液に撹拌しながら添加し、結晶を析出する工程、および
   析出した結晶を４５℃未満の温度下で懸濁洗浄する工程
   を含む、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法。
   

   

   （式中、ｎは１５〜２３の整数を表す）
2. 式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシルである、請求項１に記載の精製方法。
3. 有機溶液が水と水溶性有機溶媒との混合物である、請求項１または２に記載の精製方法。
4. 水と水溶性有機溶媒の重量比が８／２〜１／９である、請求項３に記載の精製方法。
5. 水溶性有機溶媒が、メタノール、エタノール、１−プロパノールおよび２−プロパノールからなる群から選択される１種以上である、請求項３または４に記載の精製方法。
6. 懸濁洗浄工程において、溶融粗組成物と有機溶液との混合物のｐＨが４〜９である、請求項１〜５のいずれかに記載の精製方法。