JP3272070B2 - N,n′−二酢酸−n′−シアノメチル、それの塩類、およびそれらの製造 - Google Patents

N,n′−二酢酸−n′−シアノメチル、それの塩類、およびそれらの製造

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    • C11DDETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/16Organic compounds
    • C11D3/26Organic compounds containing nitrogen
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C255/01Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C255/24Carboxylic acid nitriles having cyano groups bound to acyclic carbon atoms containing cyano groups and singly-bound nitrogen atoms, not being further bound to other hetero atoms, bound to the same saturated acyclic carbon skeleton
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】エチレンジアミン三酢酸(ED3A)また
はそれの塩類(例えばED3ANa3)はキレート化学分
野における用途を有しており、そして強いキレート化用
重合体、油溶性キレート剤、表面活性剤などの製造にお
ける出発物質として使用することができる。エチレンジ
アミン三酢酸の合成用の従来方法はそれのN−ベンジル
誘導体を介して行われており、それを次にアルカリ性溶
液中で加水分解してED3ANa3とし、それの2−オ
キソ−1,4−ピペラジン二酢酸(3KP)誘導体への環
化を避けている。クロロ酢酸とエチレンジアミンとのア
ルカリ性縮合並びにジアミンとホルムアルデヒドおよび
シアン化ナトリウムとのカルボキシメチル化の両者によ
り試みられている合成は、希望する生成物を与えるため
の複雑な抽出技術(例えば沸騰しているジメチルホルム
アミド中での3KPのほとんど唯一の溶解性、カナディ
アン・ジャーナル・オブ・ケミストリー、1970、4
8(1)、163−175)を必要とする複雑な混合物を
生じ、そしてそうしても比較的劣悪な収率でしか得られ
ない。さらに、従来方法は大量の例えばエチレンジアミ
ン四酢酸(ED4A)の如き副生物も生じる。副生物が特
に邪魔な場合には、比較的純粋な溶液を得るためには複
雑な遮蔽技術が必要であった。
【0002】エチレンジアミン−N,N,N′−三酢酸の
一合成例が、ケミカル・アブストラクツ(Chemical Abst
racts)78、71巻、451頁、18369c、196
9中に示されている。そこでは、エチレンジアミンをC
lH2CCO2Hと1:3モル比で塩基性溶液中で10℃
において24時間反応させて混合物を生成し、それをC
o(III)を用いて錯体生成させることによりそこからエ
チレンジアミン−N,N,N′−三酢酸を分離できると開
示されている。生じたコバルト錯体はイオン交換により
単離することができる。
【0003】本発明はエチレンジアミン三酢酸またはそ
れの塩類の高い転化率および優れた収率における合成で
中間生成物として有用な新規な組成の物体に関するもの
である。
【0004】
【発明の要旨】先行技術の問題点は、エチレンジアミン
三酢酸の合成において中間生成物として有用な新規な組
成の物質を提供する本発明により克服された。特に、
N,N′−エチレンジアミン二酢酸(ED2AH)の
塩をホルムアルデヒドと反応させて安定な5員環中間生
成物を製造することによりモノニトリル−二酸が製造さ
れる。この環式物質を越えてのシアン化物の付加によ
り、エチレンジアミンN,N′−二酢酸−N′−シアノ
メチルまたはそれの塩類(モノニトリル−二酸)が生成
する。このニトリルは水溶液中で瞬間的に環化して3K
Pまたはそれの塩類を生成し、それは過剰量の塩基の存
在下でED3Aを優れた収率および純度で生成する。
【0005】本発明において出発物質として有用な適当
なエチレンジアミン二酢酸の塩類には、アルカリおよび
アルカリ土類金属塩類、特にナトリウムおよびカリウム
塩類、が包含される。説明目的用にはナトリウム塩を用
いているが、本発明の精神および範囲から逸脱しない限
り他の塩類も使用できることを理解すべきである。モノ
ニトリル−二酸の合成用に適している反応方式は5員環
構造を生成するためのホルムアルデヒドと酢酸N,N′
−エチレンジアミン二ナトリウムとのアルカリ性縮合で
あり、そしてそれを以下に示す:
【0006】
【化3】
【0007】[式中、X=塩基カチオンであり、a=0
−1であり、b=1−2であり、ここでa+b=2であ
る] 上記の反応は別の塩基の存在下で実施することもでき
る。適当な塩基類には、アルカリおよびアルカリ土類金
属水酸化物類、好適には水酸化ナトリウムおよびカリウ
ム、が包含される。化合物(I)はEDDANa(1.0
2.0)とホルムアルデヒドとの架橋反応生成物であり、本
発明者はそれがED3A合成における安定な中間生成物
であることを見いだした。化合物(I)は0°−110
℃の間で容易に製造される。反応は急速に進行しそして
約7.0より高いpHにおいて容易に生成させる。使用
温度は好適には約0−65℃、最も好適には15−65
℃、であるが、65℃より高い温度を使用することもで
きる。ホルムアルデヒドは化学量論的量で使用すること
ができるが、わずかなモル過剰量、好適には0.5−2.
0%、を使用することが好ましい。好適には、ホルムア
ルデヒドの濃度は水溶液中では55%以下である。パラ
ホルムアルデヒドを使用することもできる。反応方式の
第二段階を以下に示す:
【0008】
【化4】
【0009】化合物(II)は0°−110℃の間の温度
において容易に製造される。反応は溶液の沸点以下の温
度において行うべきである。反応速度を速めるために
は、好適には反応は約0℃−約65℃の温度において、
最も好適には約15°−65℃において、実施される。
適当なシアン化物源には、気体状のシアン化水素、シア
ン化水素の水溶液、またはアルカリ金属シアン化物、例
えばシアン化ナトリウムもしくはシアン化カリウム、な
どが包含される。シアン化物は化学量論的量で使用する
ことができるが、わずかなモル過剰量、好適には0.5
−2.0%、を使用することもできる。
【0010】化合物(II)はED3Aの製造用の中間生
成物として有用である。特に、化合物(II)を加水分解
してモノアミド−二酸化合物(III)(部分的に加水分
解されたモノニトリル二酸)とすることができ、それが
瞬間的に環化して3KPとなる。化合物(IV)は例えば
アルカリ金属またはアルカリ土類金属水酸化物類の如き
塩基の存在下で容易に生成する。好適には、塩基はNa
OHである。<3.0Mの塩基:1MのED2AH2、好
適には<2.0Mの塩基:1MのED2AH2、のモル比
が使用される。それより高い濃度の塩基(すなわち>
3.0Mの塩基:1MのED2AH2)は、特に>65℃
の温度においては、二酸モノニトリルの幾らかの不均化
を起こしそして幾らかのED4A(エチレンジアミン四
酢酸)が生成する。特に、同時に起きる3KPの加水分
解およびモノニトリル−二酸の不均化に起因するかもし
れない高温反応が実施されそして高いED4Aの濃度
(>2.0Mの塩基:1MのED2AH2)が使用される
時には、ED4Aの濃度は使用される苛性の過剰量と正
比例するということが見いだされている。塩基対ED2
Aのモル比が<2.0である時には、比較的高い温度を
使用することができる。また、段階IIIでは、アンモニ
アが同一分子上でアミド基とイミノ基の間で除去され
る。しかしながら、比較的低い温度(<65℃)におい
ては、比較的大量(>2.0M)の塩基を使用すること
ができそして式(II)の加水分解が進行して環化なしで
直接ED3Aとすることができる。
【0011】
【化5】
【0012】次に少なくとも1当量の苛性、好適には1
モル過剰量の苛性、の添加により3KPNa2を加水分
解させる。この量は水溶液中で40%ED3ANa3
液より約5重量%過剰量の(遊離)苛性である。溶液を
大気圧下で沸騰させて希望する濃度にする。好適には、
温度を化合物(IV)の生成温度から沸点まで約30分間
−約6時間の期間にわたり上昇させることにより反応が
実施される。
【0013】
【化6】
【0014】生じた溶液は典型的には約35−40%の
ED3ANa3を与え、約2%の3KPNa2が閉環構造
として残っている。これはED3ANa3への約94%
の転化率に相当しており、物質の残りの6%が3KPN
2として存在している。この物質をpH<6.0となる
まで酸性化してED3AH3を製造することはできず、
その理由は3KPH2への環化が実際に起きるであろう
からである。
【0015】前記の合成方式は90%以上のED3AN
3への転化率を生じ、残りの割合は3KPNa2であ
り、事実上100%の合計物質均衡を与える。反応は広
いpH範囲において可能である。
【0016】ED2AH2を得るための下記の工程は実
験目的用だけのものである。はるかに簡単なED2AH
2の製造方式が可能である。当技術で既知のいずれの方
式もED2AH2およびそれの塩類の製造用に使用する
ことができ、そして本発明は特定の方式に限定されるも
のではない。
【0017】下記の実施例では、溶液の温度を<10℃
に保ちながらEDDANa2を硝酸を用いて5.50のp
Hまで酸性化することにより得られたEDDAH2(9
8.20%)から全てのバッチが合成された。生じたス
ラリーをブフナー漏斗を用いて水アスピレーターにより
供される真空下で濾過した。フィルターケーキを約7リ
ットルの氷冷H2Oで洗浄した。乾燥を促進させるため
に、ケーキを次に約1リットルのMeOHで洗浄した。
結晶を次に深さが1インチのステンレス鋼トレーの上に
置き、ストークス真空乾燥器モデル338F中で40℃
において4mmHg真空下で12時間にわたり乾燥し
た。約2kgの白色の結晶性粉末が回収された。この粉
末の分析は、それが98.2%のED2AH2であること
を示していた。
【0018】全てのバッチは0.5リットル規模で合成
された。88gのED2AH2を500ml円錐フラス
コに充填し、そして180mlのH2Oで希釈した。ナ
トリウム塩を必要な比で得るために、50%の苛性を使
用した。この溶液を30分間撹拌し、そして次に1リッ
トルの5首丸底フラスコに充填した。次に円錐フラスコ
を20mlのH2Oで洗浄し、そして洗浄液を丸底フラ
スコに移した。丸底フラスコには磁気撹拌棒、コンデン
サー(エチレングリコール/H2O@0℃)、0−25
0℃の水銀温度計、および温度を希望する水準に保つた
めのラブ比例調節器に信号を供するJ−型熱電対が備え
られていた。パワースタット可変性自動変換器を介して
ラブ調節器により調節されているガラス−コル加熱マン
トルを使用してフラスコの内容物を加熱した。37%の
CH2Oおよび100%のHCNをそれぞれ約1g/分
および0.50g/分で0.5の設定のEMIマイクロ計
量ポンプにより1/8″テフロン管を介してフラスコに
ポンプで送った。テフロン計量弁および上記と同じ冷却
剤を有するコンデンサーが備えられている125mlの
添加漏斗をポンプで送られる反応物用の受器として使用
した。表1は、モノアミド−二酸が加水分解された後の
それの瞬間的な環化までに行われた実験に関する結果を
示している。モノニトリル−二酸は単離されなかった
が、それはHPLCにより3KPへの先駆体であると同
定された。3KPはHPLCによりさらに容易に定量化
され、そしてそれは表1に定量的に示されている化合物
でる。表2は本発明の化合物を用いて9種の条件で製造
されたED3Aに関する結果を示している。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】
【表6】
【0025】データは、両方の物質が均衡がとれており
そして生成物への転化率が優れていることを示してい
る。ED3Aは銅(II)塩滴定により測定され、そして
3KPは高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)によ
り測定された。表1中の最後の項は反応の段階3(3K
Pの生成)に関する物質均衡を示している。表2中の第
9項は再環化を基にした生成物の%転化率を示してい
る。再環化は、反応物質の試料をHClを用いて2.0
のpHまで酸性化することにより、行われた。これらの
試料を次に炉の中で40℃で一夜放置し、そして次にベ
ンチ上で室温で2時間放置し、その後に分析した。この
技術を使用して全ての生成物が確実に3KPH2へ再環
化されたという滴定結果を実証した。物質均衡は滴定さ
れたものほど良好ではないが、これはHPLC誤差およ
び希釈誤差などによるかもしれない。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 255/24 C07C 253/08 CA(STN) CAOLD(STN) REGISTRY(STN)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式: 【化1】 [式中、 XおよびYはそれぞれ水素またはアルカリ金属もしくは
    アルカリ土類金属を表す] により表される化合物。
  2. 【請求項2】 下記式: 【化2】 [式中、 XおよびYはそれぞれ水素またはアルカリ金属もしくは
    アルカリ土類金属を表す] により表される化合物の製造方法において、 a.ホルムアルデヒドをエチレンジアミン二酢酸のアル
    カリ金属またはアルカリ土類金属塩と反応させ、そして b.段階aの生成物をシアン化物源と反応させることを
    含んでなる方法。
  3. 【請求項3】 ホルムアルデヒドおよびエチレンジアミ
    ンアルカリ金属二酢酸塩の反応を0°〜65℃の温度に
    おいて実施する、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 ホルムアルデヒドおよびエチレンジアミ
    ンアルカリ金属二酢酸塩の反応を15°〜65℃の温度
    において実施する、請求項2に記載の方法。
  5. 【請求項5】 段階bの反応を0°〜65℃の温度にお
    いて実施する、請求項2に記載の方法。
  6. 【請求項6】 段階bの反応を15°〜65℃の温度に
    おいて実施する、請求項2に記載の方法。
  7. 【請求項7】 該ホルムアルデヒドをわずかなモル過剰
    量で使用する、請求項2に記載の方法。
  8. 【請求項8】 該シアン化物源をわずかなモル過剰量で
    使用する、請求項2に記載の方法。
  9. 【請求項9】 該シアン化物源がシアン化水素およびア
    ルカリ金属シアン化物からなる群から選択される、請求
    項2に記載の方法。
JP35356492A 1991-12-12 1992-12-14 N,n′−二酢酸−n′−シアノメチル、それの塩類、およびそれらの製造 Expired - Fee Related JP3272070B2 (ja)

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EP0546866A2 (en) 1993-06-16
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NZ245407A (en) 1995-03-28
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