JP2016507545A - 環状エステルおよび環状アミドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
オリゴマー状プレポリマーから環状エステルを製造するこの方法は一般にバック−バイティング(back・biting)反応とよばれる。このバック−バイティング反応は遅い反応で、回分操作で長時間を必要とする。その結果、望ましくない副生成物が生じる。そのため、必要な純度の環状エステルを得ることが要求される場合には極めて複雑な精製工程が必要になる。
(1)2つまたは3つの互いに連結した平行でないチャンネル(channel、通路)系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネル(ring channel、環状通路)から成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つはが10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも6である)、
(上記XはAlまたはBである)
を有する少なくとも一種の酸性ゼオライトと接触させる工程を有し、
上記ヒドロキシカルボン酸が2−ヒドロキシカルボン酸または6−ヒドロキシカルボン酸であり、上記アミノカルボン酸は2−アミノ−カルボン酸または6−アミノ−カルボン酸であり、且つ、
0.5〜20バールの圧力で実行することを特徴とする方法にある。
(1)2つまたは3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つはが10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも6である)。
この方法は0.5〜20バールの圧力で実行されるのが好ましい。
本発明の上記およびその他の特徴および利点は以下の説明からめ明らかに成るであろう。しかし、以下の説明は本発明の原理を示ものであって、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
単数形で表した項目は、特にことわらない限り、複数の場合も含む。
「成る」、「構成される」等は「含む」と同義であり、オープンエンドであり、追加の構成、要素、方法、ステップを含むことができ。また、「〜のみから成る」も含む。
特に定義をしない限り、本明細書で使用する用語は技術的、科学的な用語で、技術の当業者が共通して理解する意味を有する。本発明の内容をより良く理解するために、本明細書で使用する用語の定義をさらにガイドとして記載するが、本明細書で使用する定義は単に本発明の理解を助けるためのものである。
本明細書で引用した全ての文献は本願明細書の一部を成すものとする。
Atlas of Zeolite Framework Types (C Baerlocher, LB McCusker, DH Olson、6th ed. Elsevier, Amsterdam, 2007) Verified synthesis of zeolitic materials、2nd Edition 2001
Cichocki、Parasiewicz-Kaczmarska(zeolites,1990、10、577-582)
(1)少なくとも2つ、好ましくは2つまたは3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも6である)、
Atlas of Zeolite Framework Types (C Baerlocher, LB McCusker, DH Olson, 6th ed. Elsevier, Amsterdam, 2007
Klinowski (Ann. Rev. Mater. Sci. 1988, 18, 189-218) G. Engelhardt and D. Michel [High-Resolution Solid-State NMR of Silicates and Zeolites. John Wiley & Sons, Chichester 1987. xiv, 485 pp) D. Trong On et al. (Studies in Surface Science and Catalysis 1995, 97, 535-541 ; Journal of Catalysis, November 1995, Volume 157, Issue 1 , Pages 235-243)
(1)少なくとも2つ、好ましくは2つまたは3つの互に連結した互いに平行でない(非平行)チャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルを有し、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも24である)または
(2)3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10印環以上のリングチャンネルを有し、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも6である)、
上記ヒドロキシカルボン酸は2−ヒドロキシカルボン酸または6−ヒドロキシカルボン酸であり、上記アミノカルボン酸は2−アミノ−カルボン酸または6−アミノ−カルボン酸であり、好ましくは「チャンネル系」は平行かつ結晶学的に等価なチャンネルであり、上記チャンネルは8員環リングチャンネル以上である。
Groen et al. (Microporous and Mesoporous Materials 2003, 60, 1 -17) Storck et al. (Applied Catalysis A: General 1998, 174, 137-146) Rouquerol et al. (Rouquerol F, Rouquerol J and Sing K, Adsorption by powders and porous solids: principles, methodology and applications, Academic Press, London, 1999).
J. Phys. chem. 1996, 100, 12440-12447
G. Ertl, H. Knozinger, F. Schijth and J. Weitkamp編集のHandbook of Heterogeneous Catalysis, second edition, Wiley 2008.
J. Weitkamp, Solid State Ionics 2000, 131, 175-188
(ここで、
R5はOHまたはNH2であり、
R1およびR2は各々独立して水素またはC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルの中から選択される基であり、これらのら各基はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよい)
好ましくは、R1およびR2は水素、C1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルから各々独立して選択される。さらに他の実施例では、R1およびR2は水素、C1−4アルキルまたはC2−4アルケニルから各々独立して選択される。
特定の実施例では、少なくとも一つのR1およびR2が水素でない。
特にことわらない限り、下記の用語は下記の意味を有する:
など。
(ここで、
R1およびR2は、各々独立して水素またはC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルから選択される基であり、これらの各基はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよい)
他の特定の実施例では、2−ヒドロキシカルボン酸(「α−ヒドロキシカルボン酸」ともよばれる)は式(Ia)の化合物で、R1が水素で、R2がC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルから選択される基であり、これらの各基はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよい。好ましくは、R2はC1−6アルキル、C2−6アルケニルまたはC2−6アルキニルから選択され、好ましくは、R2はC1−4アルキルまたはC2−4アルケニルである。
(ここで、
R1およびR2は、各々独立して水素またはC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルの中から選択される基であり、これらの各基はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよい)
特定の実施例では、アミノカルボン酸は、式(1b)の化合物で、R1が水素で、R2がC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルから選択される基であり、これらの基の各々はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよい。好ましくは、R2はC1−6アルキル、C2−6アルケニルまたはC2−6アルキニルから選択される。好ましくは、R2はC1−4アルキルまたはC2−4アルケニルである。
好ましい実施例では、式(I)または(1b)の化合物はアラニンである。
(ここで、
Z1はOまたはNHであり、
Z2はOまたはNHであり、
R1およびR2は、各々独立して水素またはC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルから選択される基であり、これらの基の各々はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよい)
(1)少なくとも2つの互いに連結した非平行なチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも24である)、または、
(2)3つの互いに連結した非平行チャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも6である)
(1)2つまたは3つの互いに連結した非平行なチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/Al2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した非平行なチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/Al2比は少なくとも6である)
(ここで、
R1およびR2は、各々独立して水素またはC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルの中から選択される基であり、これらの基の各々はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基で置換されていてもよく、R1およびR2の少なくとも一つは水素でない。
(1)少なくとも2つの互いに連結した非平行なチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した非平行のチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも6である)
(ここで、各XはAlまたはBである)
(1)2つまたは3つの互いに連結した非平行のチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した非平行なチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも6である)
(ここで、各XはAlまたはBである)
(ここで、
R1およびR2は、各々独立して水素またはC1−6アルキル、C2−6アルケニル、C6−10アリール、C1−10アルキルC6−10アリーレン、C6−10アリールC1−6アルキレンまたはC2−6アルキニルから選択される基であり、これらの基の各々はC1−6アルキル、C1−6アルキルオキシから選択される一つ以上の置換基によって置換されてい手も良い)
式(IIb)の化合物は一種以上の式(Ib)の化合物の反応によって得ることができる。
いくつかの実施例では、式(IIb)の化合物は非対称でもよい。式(IIb)の不斉化合物を製造するには式(Ib)の2つの異なる化合物が必要である。
いくつかの実施例では、環状アミドはカプロラクタムのようなラクタム、特にε−ラクタムである。これはアミノカルボン酸として6−アミノカルボン酸を使用して製造できる。
(1)2つのまたは3つの互いに連結したおよび非平行のチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した非平行なチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組Si/X2比は少なくとも6である)、
(ここで、各XはAlまたはBである)
%ee=[([A]−[B]):([A]+[B]]x100
(ここで、[A]は鏡像異性体のの一つの濃度であり、[B]は他の鏡像異性体の濃度である)
各鏡像異性体の濃度は当然同じベースで表される。鏡像異性体が同じ分子量を有する、各鏡像異性体の濃度はモル重量ベースで表すことができる。
以下、本発明の特定な実施例を用いて本発明を接疎明するが本発明が下記実施例に限定されものではない。
乳酸からのラクチドの製造
この実施例では、L−乳酸からL−Lラクチドを合成するための触媒として複数のゼオライトをテストした。下記のゼオライトを使用した:CBV500、CBV600、CBV720、CBV760およびCBV780(Zeolyst International社からNH4−形またはH−形で入手可能);H−BEA(Sud-Chemie社から入手可能)、各種Si/Al2比のNH4−ZSM−5(Zeolyst International社から入手可能);H−MOR(Sud-Chemie社から入手可能);H−FER(Zeolyst International社から入手可能);H−MCM−22(ACSMaterial社から入手可能);LaXおよびLaY(NaYまたはNaXから出発して製造する、Evonik社から入手可能)(C. F. HeylenおよびP. A. Jacobs(Chemistry Series、1973、727、490-500参照)。
原子が酸サイトに対応すると見なして計算できる。この見積り値はピリジン吸収で求めた酸性値と一般によく対応する。
反応生成物のHPLC分析から、ゼオライト触媒を使用して形成されたオリゴマーの平均重合度(DP)は一般に参照触媒(Amberlystおよび硫酸)を使用して形成されたオリゴマーのDPより小さいことが分かった。[表2]は同じ反応条件下(130℃のオイル浴;3時間;10mlトルエン中に1gのL−LA90重量%(水溶液))で4つの異なる触媒で得られた反応生成物とオリゴマーの平均DPを示す。この結果は、Amberlystおよび硫酸触媒を使用した時は、ゼオライト触媒と比較して、オリゴマーの平均DPが高くなることを示している。これは触媒としてゼオライトを使用する追加の利点であり、副生成物の発生が少なく、副生成物のオリゴマーの平均長さが短くなり、水に可溶になることを意味する。ゼオライト触媒で得られるオリゴマーが小さいことは次ぎのサイクルへ再導入するのに適している、例えば加水分解した後に乳酸へ再導入できるということを意味し、参照触媒で得られる長いオリゴマーより好ましい。長いオリゴマー(DP>5〜6)は一般に有機相に入る傾向があり、従って、環状エステルと副生成物との分離が複雑になる。
触媒を再利用する一連の4回の操作(試験)で触媒の再利用可能性を調べた。反応条件は以下の通り:130℃のオイル浴;反応時間7時間;10mlのトルエン中に1.65gの50重量%L−LA(水溶液);0.5gのH−BEA(Si/Al2=25)。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。4回の連続した試験で同じ触媒を再利用した。最初の試験後、濾過および室温で乾燥後、触媒を次の試験で再利用した。第3回明細書き試験でもこれを繰り返した。第3回目の試験後、触媒を空気中で毎分3℃の上昇勾配で温度を上げ、450℃で12時間か焼した。反応の結果は[表3]に要約した。
溶媒を除いて同じ条件で一連の反応を行って乳酸収率に対する溶媒の影響を調べた。反応条件は以下の通り:反応時間3時間;10mlの溶媒中に1gの90重量%L−LA(水溶液);0.5gのH−BEA(Si/Al2=25)。反応は一般に反応液の沸点で実行した。反応液から水を除去するのにディーン−スターク・トラップを使用した。
ラクチド以外の対称環状エステルの製造
3,6−ジエチル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオン(エチル・グリコリド)
170℃のオイル浴温度でH−BEAの存在下で10mlのo−キシレン中の2−ヒドロキシブタン酸(2−HBA)を用いて3,6−ジエチル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオンを製造した。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。1H−NMRおよびガスクロマトグラフィ(GC)で求めた反応物および結果は[表4]に示した。
10mlのトルエン中で130℃のオイル浴温度でH−BEA(Si/Al2比:25)(0.25g)の存在下で0.5gの(DL)2−ヒドロキシ−3−ブテン酸を使用して3,6−ジビニル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオンを製造した。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。24時間の反応後の収率は24%であった。
10mlのo−キシレン中で170℃のオイル浴温度でH−BEA(Si/Al2比:25)(0.25g)の存在下で2−ヒドロキシヘキサン酸(0.5g)を使用して3,6−ジブチル−1,4−ジオキサン−2,5−ジオンを製造した。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。3時間の反応後、NMRで測定した収率は9.5%であった。
10mlのトルエン中で170℃の温度でオイル浴を使用し、ZSM−5(Si/Al2比:160)(0.5g)の存在下で、70重量%グリコール酸(水溶液)(1g)を使用してグリコリドを製造した。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。3時間の反応後の収率は31.1%であった。
非対称の環状エステルの製造
H−BEA(Si/Al2比:25)(0.25g)の存在下で、170℃のオイル浴温度で、等モル量のD−2−ヒドロキシブチル酸とL−乳酸とをo−キシレン中で混合し、反応させた。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。3時間の反応後、[表5]に示す生成物を得た。[表5]の値はH1−NMRおよびGCで測定した値である。
カプロラクトン
10mlのトルエン中で130℃の温度のオイル浴を使用し、H−BEA(Si/Al2比:25)(0.2g)の存在下で、6−ヒドロキシヘキサン酸(0.5g)を使用してカプロラクトンを製造した。反応液から水を除去するためにディーン−スターク・トラップを使用した。3時間の反応後のGCで測定した収率は99%であった。
カプロラクタム
Claims (15)
- 環状エステルまたは環状アミドの製造方法であって、
少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸および/または少なくとも一種のアミノカルボン酸またはそのエステルまたはその塩(ここで、上記ヒドロキシカルボン酸は2−ヒドロキシカルボン酸または6−ヒドロキシカルボン酸であり、上記アミノ・カルボン酸は2−アミノ−カルボン酸または6−アミノ−カルボン酸である)を、下記(1)または(2):
(1)2つまたは3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも1つは10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも24である)、または
(2)3つの互いに連結した平行でないチャンネル系(このチャンネル系の少なくとも2つはが10員環以上のリングチャンネルから成り、NMRで測定した骨組のSi/X2比は少なくとも6である)、
(上記XはAlまたはBである)
を有する少なくとも一種の酸性ゼオライトと接触させる工程を有し、且つ、
0.5〜20バールの圧力で実行することを特徴とする方法。 - 上記の少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸が乳酸、2−ヒドロキシブタン酸、2−ヒドロキシ−3−ブテン酸、2−ヒドロキシヘキサン酸、6−ヒドロキシヘキサン酸およびグリコール酸から成る群の中から選択される請求項1のいずれか一項に記載方法。
- 環状エステルがラクチドで、上記の少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸が乳酸である請求項1〜4のいずれか一項に記載方法。
- 環状エステルがL−L−ラクチドであり、上記の少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸がL−乳酸である請求項1〜5のいずれか一項に記載方法。
- 環状エステルがD−D−ラクチドであり、上記の少なくとも一種のヒドロキシカルボン酸がD−乳酸である請求項1〜5のいずれか一項に記載方法。
- 上記の互いに連結した平行でないチャンネル系の少なくとも1つが12員環以上のリングチャンネルから成る請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 上記ゼオライトのブレンステッド(Bransted)酸密度が0.05〜6.5mmol/g乾燥重量である請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 上記ゼオライトがBEA、MFI、FAU、MEL、FERおよびMWWから成る群の中から選択されるトポロジー(位相形態)を有する請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- XがAlである請求項1〜1つのいずれか一項に記載の方法。
- 上記ゼオライトが少なくとも3つの互いに連結した平行でないチャンネル系を有する請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 上記のヒドロキシカルボン酸および/またはアミノ・カルボン酸が、組成物の総重量をベースにして少なくとも1重量%の上記ヒドロキシカルボン酸および/またはアミノ・カルボン酸を含む組成物で提供される請求項11のいかなのいずれか一項に記載の方法。
- 水を除去した状態下で実行される請求項11野井かな3のいずれか一項に記載の方法。
- 水の除去を共沸蒸留で行う請求項14に記載の方法
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