JP2605388B2 - α―ヒドロキシカルボン酸アミドの製造法 - Google Patents

α―ヒドロキシカルボン酸アミドの製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、α−ヒドロキシカルボン酸アミドの製造法
に関する。更に詳しくは、シアンヒドリンの液相水和反
応でα−ヒドロキシカルボン酸アミドを製造する方法に
関するものである。
α−ヒドロキシカルボン酸アミドは、α−ヒドロキシ
カルボン酸エステルを経由し、α,β不飽和カルボン酸
エステルの製造用原料となるものである。特に、α−ヒ
ドロキシイソ酪酸アミドを原料とした場合には、α−ヒ
ドロキシイソ酪酸メチルを経由してメタクリル酸メチル
が得られ、最終的に優れた樹脂特性をもつポリメタクリ
ル酸メチルへ変えられるものであり、工業的に重要且つ
大きな用途がある。
(従来技術とその課題点) シアンヒドリンの水和反応により、対応するα−ヒド
ロキシカルボン酸アミドを製造する場合の触媒として
は、西ドイツ特許第2131813号において二酸化マンガン
を使用することが開示されている。又、米国特許第4018
829号には、アセトンシアンヒドリンの水和反応にδ型
二酸化マンガンを触媒として使用することを記載してい
る。
又更に、特開昭63−57534、及び特開昭63−57535に
は、アセトンシアンヒドリンの水和に使用される二酸化
マンガン触媒の調製法として、亜鉛を含有させる方法や
過マンガン酸カリウムを塩酸で還元する方法が開示され
ている。しかしながら、上記の方法で調製した二酸化マ
ンガンをそのまま触媒として反応に使用した場合には、
触媒活性が充分でなく触媒を大量に使用せざるを得ない
こと、目的とするアミドの収率が低いこと、及び触媒活
性が比較的短期間で急激に低下すること等の問題があ
り、未だ実用化されていないのが現状である。
(課題点を解決するための手段) 本発明は、以上のような欠点を解決したものであり、
下記の一般式[I]で表わされるシアンヒドリンから、
一般式[II]で示されるα− (式中、R1はH又は炭素数1〜10の脂肪族炭化水素を、
R2は炭素数1〜10の脂肪族、脂環族又は芳香族である炭
化水素基を表わす)ヒドロキシカルボン酸アミドを製造
する方法において、二酸化マンガン触媒の活性及び寿命
が、触媒中に共存させるアルカリ金属元素及び/又はア
ルカリ土類の量と密接に関連していることを見出し、本
発明を完成させるに至った。
即ち、シアンヒドリンから対応するα−ヒドロキシカ
ルボン酸アミドを製造するに際し、触媒としてアルカリ
金属元素及び/又はアルカリ土類元素を、マンガン元素
に対する原子比が、0.05〜0.5、更に好ましくは0.08〜
0.3に相当する量を含有させて変性した二酸化マンガン
を使用する方法を見出し、本発明を完成させることがで
きた。
以下に、本発明の方法を詳しく説明する。
本発明で使用される一般式[I]で表わされるシアン
ヒドリンは、例えば下記の一般式[III]で示されるオ
キソ化合物とシアン化水素とから塩基性触媒の存在下で
容易に製造される。
(式中、R1,R2は一般式〔I〕〔II〕に対応)。
本発明における変性二酸化マンガン触媒は、以下の如
く調製する。
シアンヒドリンの水和反応に対して二酸化マンガンが
使用されることは既に述べたが、二酸化マンガンは一般
にMnO1.7〜MnO2の間にあるマンガン酸化物であり、結晶
構造はα、β、γ、δ、ε等が知られており、又各相間
の転移や結晶化度の変化が起こることから、その構造は
極めて複雑で多種多様である。
二酸化マンガンは、天然にも存在するが、触媒として
使用する場合には、二価のマンガンを酸化する方法、及
び七価のマンガンを還元して調製する方法を採るが、後
者の方法が均質なものが得られること、結晶型、比表面
積、及びアルカリ又はアルカリ土類元素の種類や量をコ
ントロールできる点で望ましい。
本発明の二酸化マンガン触媒は、上記の方法におい
て、アルカリ金属元素及び/又はアルカリ土類元素を、
マンガン元素に対する原子比が0.05〜0.5に相当する量
を含有させ、しかも比表面積が大きく、結晶化度の低
い、無定形又は無定形に近い二酸化マンガンである。
二酸化マンガンは、酸性下でも塩基性下でも調製でき
るが、酸性下がより好ましく、塩基性下で調製した場合
には反応前に希硫酸等で二酸化マンガンを洗浄すること
が望ましい。これはシアンヒドリンの分解を抑制する為
である。
一旦調製した二酸化マンガンのアルカリ金属元素及び
/又はアルカリ土類元素の含有量が本発明組成に充たな
い場合には、この二酸化マンガンをアルカリ金属塩及び
/又はアルカリ土類金属塩の水溶液中に懸濁させ、次に
加熱処理することによって、二酸化マンガンの一部をア
ルカリ及び/又はアルカリ土類の金属イオンと交換さ
せ、本発明組成を満足する変性二酸化マンガンに調製す
る。この触媒調製の為に添加するアルカリ又はアルカリ
土類の金属塩としては、水溶性の塩が選ばれるが、硫酸
塩又は硝酸塩が特に好ましい。
イオン交換処理の為の水溶液としては、酸性でも塩基
性でもよいが、塩基性下で処理した場合には、希硫酸や
希硝酸で二酸化マンガンを後洗浄することが望ましい。
又、イオン交換処理条件としては、常圧又は加圧下にお
いて加熱温度は30〜250℃、好ましくは50〜200℃の範囲
である。これより低い温度ではイオン交換効率が低く、
これより高い温度では、二酸化マンガンの比表面積が減
少するので好ましくない。
この加熱処理方法は、シアンヒドリンの水和反応で失
活した二酸化マンガン触媒を再生する手段としても有効
である。
本発明においては、上記の如く調製した変性二酸化マ
ンガンを、打錠成形又は押出し成型して固定床触媒とし
て、或いは粉体のままスラリー触媒として、回分式や流
通式反応装置でシアンヒドリンの水和反応に使用する。
本発明の変性二酸化マンガン触媒を用いた水和反応
は、通常は水が過剰の系で実施される。即ち、原料液中
のシアンヒドリンの割合は10〜60重量%、好ましくは20
〜50重量%である。又、原料シアンヒドリン[I]に対
応するオキソ化合物[III]が原料液中に5〜30重量%
存在すると、シアンヒドリンの分解反応が抑制され、そ
の結果α−ヒドロキシカルボン酸アミド収率が増大する
という効果がある。
反応温度は20〜100℃、好ましくは40〜80℃の範囲で
ある。これより低い温度では反応速度が小さくなり、ま
たこれより高い温度ではシアンヒドリンの分解による副
生成物が多くなるので好ましくない。
(実施例) 次に、本発明の方法を実施例、及び比較例により更に
具体的に説明する。
比較例1 1)触媒調製:過マンガン酸カリウム55.3gを水700gに
溶解し、濃硫酸42.9gを少量ずつ加えた。次にメタノー
ル16.8gを20〜25℃で徐々に添加した後、室温で3時間
撹拌した。得られたスラリー液を吸引濾過しケーキを水
700gで3回洗浄した後、110℃で一晩乾燥した。黒茶色
の塊状二酸化マンガンを23.8g得た。この一部を取出し
濃塩酸に溶解し原子吸光分析装置でカリウムイオン量及
びマンガンイオン量を測定した結果、カリウム/マンガ
ン=0.018(原子比)であった。
2)反応:前記で得た二酸化マンガンを破砕して10〜20
メッシュに揃えたもの3.5gをジャケット付の内径10mmφ
のガラス管に充填した。ジャケットには60℃の温水を流
した。
アセトンシアンヒドリン20g、水60g、アセトン20gの
割合で混合した原料溶液を流速5g/hrで反応管に通し
た。5時間後の反応液組成を高速液体クロマトグラフィ
ーで分析したところ、α−ヒドロキシイソ酪酸アミド2
2.0wt%、アセトンシアンヒドリン0.4wt%、アセトン2
1.0%、及びホルムアミド0.7wt%であった。これはα−
ヒドロキシイソ酪酸アミドの収率91%(原料アセトンシ
アンヒドリン基準)に相当する。
このまま反応を更に継続し、一週間後に再度反応液組
成を分析したところ、α−ヒドロキシイソ酪酸アミド収
率は0.3%に低下していた。
実施例1 1)触媒調製:硫酸カリウム3.11gを水70gに溶解し、濃
硫酸2.61gを添加した。
この溶液に、比較例1で調製した粉末状の二酸化マン
ガン15.9gを懸濁させ、80℃で3時間加熱撹拌した。室
温まで冷却後、吸引濾過し水100gで3回洗浄し110℃で
一晩乾燥した。黒色の塊状二酸化マンガンを13.4g得
た。このもののカリウム含有量及びマンガン含有量を測
定した結果、カリウム/マンガン=0.21(原子比)であ
った。
2)反応:前記で得た二酸化マンガン3.5gを用いた以外
は、比較例1と同様に反応させた。その結果、5時間後
及び一週間後のα−ヒドロキシイソ酪酸アミド収率は共
に95%であった。
実施例 2〜6 実施例1の硫酸カリウムに代えて、他のアルカリ金属
硫酸塩又はアルカリ土類硝酸塩を用いた以外は、実施例
1と同様にして触媒の調製、及びアセトンシアンヒドリ
ンの水和反応を実施した。その結果を表−1に示す。
比較例2 1)触媒調製:過マンガン酸カリウム15.0gを水250gに
溶解し、55℃で12Nの塩酸10gを少量ずつ滴下した。得ら
れた沈殿を60℃で3時間熟成した後、濾過し、水200gで
3回洗浄し、110℃で一晩乾燥した。
黒茶色の塊状二酸化マンガン7.6gを得た。このものは
カリウム/マンガン=0.04(原子比)であった。
2)反応:上記で調製した触媒3.6gを用いて比較例1と
同様に水和反応を実施した。その結果、5時間後、及び
一週間後のα−ヒドロキシイソ酪酸アミド収率は、それ
ぞれ88%、57%であった。
比較例3 1)触媒調製:過マンガン酸カリウム19.2gを水120gに
溶解した液に、硫酸マンガン4〜6水和物22.2gと水酸
化カリウム6.7gとを水30gに溶解した液を70℃で可及的
速やかに注加した。得られた沈殿を70℃で3時間撹拌後
に濾過し、水200gで3回洗浄してから110℃で一晩乾燥
した。茶色の塊状二酸化マンガン23.8gを得た。
2)反応:上記で調製した触媒3.5gを用い、比較例1と
同様にして水和反応を実施した。
その結果、5時間後、及び一週間後のα−ヒドロキシ
イソ酪酸アミド収率は、それぞれ74%、41%であった。
実施例7 1)触媒調製:比較例3で調製した二酸化マンガン10g
を1M硫酸100gに混合し、室温で2日間撹拌した。得られ
た沈殿を濾過し、比較例3と同様にして水洗乾燥した。
黒色塊状の二酸化マンガン9.6gを得た。このものはカリ
ウム/マンガン=0.12(原子比)であった。
2)反応:上記で調製した触媒3.5gを用い、比較例3と
同様にして水和反応を実施した。その結果、5時間後、
及び一週間後のα−ヒドロキシイソ酪酸アミド収率は、
それぞれ91%、89%であった。
実施例8 触媒調製:過マンガン酸カリウム73.8gを水200gに溶
解した液に、20重量%の硫酸マンガン水溶液184gと濃硫
酸33gとの混合液を、70℃で可及的速やかに注加した。
得られた沈殿を90℃で3時間撹拌後濾過し、水200gで3
回洗浄し110℃で一晩乾燥した。黒色の塊状二酸化マン
ガン21.5gを得た。このものはカリウム/マンガン=0.1
3(原子比)であった。
2)反応:上記で調製した触媒3.3gを用い、比較例1と
同様にして水和反応を実施した。
その結果、5時間後、及び一週間後のα−ヒドロキシ
イソ酪酸アミド収率は、それぞれ94%、93%であった。
実施例9 1)触媒調製:過マンガン酸ナトリウム12.8gを水140g
に溶解し、濃硫酸2.5gを添加し、次に硫酸マンガン4〜
6水和物22.2gを水30gに溶解したものを70℃で注加した
後、80℃で3時間撹拌した。室温まで冷却し濾過した
後、水200gで3回洗浄してから、110℃で一晩乾燥し
た。黒色の塊状二酸化マンガンを22.5g得た。このもの
はナトリウム/マンガン=0.10(原子比)であった。
2)反応:上記で調製した触媒3.5gを用い、アセトンシ
アンヒドリンをメチルエチルケトンシアンヒドリンに、
アセトンをメチルエチルケトンに代えた以外は、比較例
1と同様に水和反応を実施した。その結果、5時間後、
及び一週間後の2−ヒドロキシ−2−メチル酪酸アミド
収率は、それぞれ85%、88%であった。
(発明の効果) 本発明の方法によれば、シアンヒドリンから対応する
α−ヒドロキシカルボン酸アミドを製造する方法におい
て、アルカリ金属元素及び/又はアルカリ土類元素をマ
ンガン元素に対する原子比が0.05〜0.5に相当する量を
含有させた変性二酸化マンガンを触媒に使用することに
よって、高い活性と長寿命なる触媒性能を発現し得たこ
とは、工業的に極めて大きな意義をもつものである。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式[I]で表わされるシアンヒドリン の接触的水和反応により、一般式[II]で示されるα−
    ヒドロキシカルボン酸アミド (式中、R1はH又は炭素数1〜10の脂肪族炭化水素を、
    R2は炭素数1〜10の脂肪族、脂環族又は芳香族である炭
    化水素基を表わす)を製造する方法において、アルカリ
    金属元素及び/又はアルカリ土類元素を一種又は二種以
    上含有する変性二酸化マンガンを触媒として使用するこ
    とを特徴とするα−ヒドロキシカルボン酸アミドの製造
    法。
  2. 【請求項2】シアンヒドリンがアセトンシアンヒドリン
    である特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】アルカリ金属元素がナトリウム及び/又は
    カリウムである特許請求の範囲第1項記載の方法。
  4. 【請求項4】アルカリ土類元素がマグネシウム及び/又
    はカルシウムである特許請求の範囲第1項記載の方法。
  5. 【請求項5】アルカリ金属元素及び/又はアルカリ土類
    元素のマンガン元素に対する原子比が0.05〜0.5である
    特許請求の範囲第一項記載の方法。
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