JP4275242B2

JP4275242B2 - シアノ基含有安息香酸化合物の製造方法

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Publication number: JP4275242B2
Application number: JP10736599A
Authority: JP
Inventors: 浩安田; 国臣丸茂
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP2000219666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シアノ基含有安息香酸化合物の製造方法に関する。シアノ基含有安息香酸化合物は医薬、農薬、液晶、または機能性モノマーなどの重要な中間体である。
【０００２】
【従来の技術】
シアノ基含有安息香酸化合物の製法は古くからいくつか知られている。ここでは代表例としてｐ−シアノ安息香酸の製法をあげる。ｐ−シアノ安息香酸は、古典的にはｐ−アミノ安息香酸をジアゾ化した後シアン化銅を反応させるサンドマイヤー反応により合成されている（Ｌｕｃａｓｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，５１（１９２９）２７１８）。また、トルニトリルをクロム酸や過マンガン酸などの強力な試薬酸化剤で酸化し合成する方法が知られている（Ｌｅｖｉｎｅｅｔａｌ．，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，２４（１９５９）１１５、Ｋａｔｔｗｉｎｋｅｌｅｔａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｂｅｒ．，３７（１９０４）３２２６）。最近では、水系の溶媒中、パラジウム−ホスフィン触媒の存在下、ｐ−クロロベンゾニトリルを一酸化炭素でカルボニル化することにより、ｐ−シアノ安息香酸が合成できることが知られている（特開昭６４−４７号公報）。
【０００３】
また、ｐ−トルニトリルをルテニウム化合物を酸化触媒として、次亜塩素酸ソーダを酸化剤として用い、水と有機溶媒との二層系で相関移動触媒存在下で酸化しｐ−シアノ安息香酸を合成する方法がある（Ｙｏｅｌｅｔａｌ．，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，５１（１９８６）２８８０）。著者らによれば、ｐ−トルニトリルから、ｐ−シアノベンズアルデヒドを経由してｐ−シアノ安息香酸ができるとしている。
ｐ−シアノベンズアルデヒドを酸化しｐ−シアノ安息香酸を合成する方法として、無水酢酸中、ｎ−ブチルアルデヒドコバルト触媒の存在下、酸素で酸化する方法（Ｐｕｎｎｉｙａｍｕｒｔｈｙｅｔａｌ．，ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ．，３５（１９９４）２９５９）、酢酸溶媒中、過ホウ素酸ナトリウムを用いる方法（Ｎｏｒｉｃｈｅｔａｌ．，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，４５（１９８９）３２９９）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
サンドマイヤー法によるｐ−シアノ安息香酸の製造方法は、危険なシアン化銅を必要とし、シアン化水素の遊離する酸性条件下でのｐ−シアノ安息香酸の単離精製は困難である。クロム酸や過マンガン酸などの試薬酸化剤を用いたｐ−シアノ安息香酸の製造方法は、有毒な重金属廃棄物が生じ、環境に対する問題を解決しなければならない。カルボニル化によるｐ−シアノ安息香酸の製造方法は、貴重かつ高価なパラジウムとホスフィンを用いるため好ましくない。また、リンを含む廃棄物が発生し、環境への影響を考慮しなければならない。
【０００５】
また、ｐ−シアノベンズアルデヒドの酸化によるｐ−シアノ安息香酸方法の製造方法では、コバルト触媒による酸素酸化法、過ホウ素酸ナトリウムによる酸化法があるが何れも収率が低い。
このように、ｐ−シアノ安息香酸は、従来知られている技術では合成が繁雑で高純度体を得るのが困難であり、また原料の入手も容易ではないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、シアノ基含有安息香酸化合物を工業的に有利な方法により高収率、高純度に製造することにあり、特に医薬中間体として有用なｐ−またはｍ−シアノ基含有安息香酸を高純度且つ高収率で製造することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、シアノ基含有ベンジルアミン化合物を出発原料として、ベンゼン環上のシアノ基を損なうことなくアミノメチル基（−ＣＨ₂ＮＨ₂）を酸化しカルボキシル基に変換することにより上記目的を達成することができた。
【０００８】
すなわち、本発明は以下の発明に関する。
（１）シアノ基含有ベンジルアミン化合物を酸化することを特徴とするシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（２）酸化を、酸化剤を用いて行わせる（１）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（３）酸化をルテニウム化合物単独または鉄化合物単独でおこなわせる（１）または（２）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（４）酸化をルテニウム化合物または鉄化合物の存在下、酸化剤（鉄化合物およびルテニウム化合物を除く。）を用いて行わせる（２）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（５）酸化剤が次亜ハロゲン酸化合物または過硫酸塩化合物である（２）または（４）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
【０００９】
（６）酸化を水または非プロトン性極性溶媒を含む水中でおこなわせる（１）〜（５）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（７）酸化をｐＨ７．５〜１２の範囲で行わせる（１）〜（６）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（８）シアノ基含有ベンジルアミン化合物が一般式（Ｉ）
【化３】

（式中、−ＣＨ₂ＮＨ₂と−Ｘはベンゼン環上の置換基を表わし、−ＣＨ₂ＮＨ₂は−ＣＮのｍ位あるいはｐ位であり、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を表わし、ｎは０〜４の整数を表わす。ただし、ｎが２以上の場合、Ｘは同一であっても異なっていても良い。）で表される化合物であり、シアノ基含有安息香酸化合物が、一般式（ＩＩ）
【化４】

（式中、−ＣＯＯＨと−Ｘはベンゼン環上の置換基を表わし、−ＣＯＯＨは−ＣＮのｍ位あるいはｐ位であり、Ｘは塩素原子またはフッ素原子を表わし、ｎは０〜４の整数を表わす。ただし、ｎが２以上の場合、Ｘは同一であっても異なっていても良い。）で表される化合物である（１）〜（７）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
（９）一般式（Ｉ）で表されるシアノ基含有ベンジルアミン化合物がｍ−またはｐ−シアノベンジルアミンであり、一般式（ＩＩ）で表されるシアノ基含有安息香酸化合物が対応するｍ−またはｐ−シアノ安息香酸である（８）に記載のシアノ基含有安息香酸化合物の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。
本発明における反応方法は、通常は、水または水と非プロトン性極性溶媒の混合溶媒中に、シアノ基含有ベンジルアミン化合物、鉄化合物またはルテニウム化合物、酸化剤（鉄化合物またはルテニウム化合物を除く。）、必要に応じ塩基を反応容器に仕込み、撹拌下に所定の温度で、所定の時間まで攪拌することにより行われる。
反応原材料の仕込みおよび反応は大気圧下で行うことができる。反応器材質としては、ガラスまたは耐食金属が適する。
【００１１】
本反応で用いられるシアノ基含有ベンジルアミン化合物について説明する。無置換のシアノ基含有ベンジルアミン化合物はｐ−シアノベンジルアミン、ｍ−シアノベンジルアミンなどであり、それぞれテレフタロニトリルおよびイソフタロニトリルの片側ニトリル基の還元反応（特公昭４０−１０１３３）で容易かつ大量に合成できる。
【００１２】
次にアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子などで置換されたシアノ基含有ベンジルアミン化合物について説明する。例えば、ハロゲンで置換されたシアノ基含有ベンジルアミン化合物について説明する。４−シアノ−２，３，５，６−テトラクロロベンジルアミン、３−シアノ−２，４，５，６−テトラクロロベンジルアミンなどの塩素化シアノ基含有ベンジルアミン化合物はテレフタロニトリルおよびイソフタロニトリルの塩素化により得られるテトラクロロテレフタロニトリルなどの塩素化テレフタロニトリル化合物およびテトラクロロイソフタロニトリルなどの塩素化イソフタロニトリル化合物の片側ニトリル基の還元反応で容易かつ大量に合成できる。４−シアノ−２，３，５，６−テトラフルオロベンジルアミン、３−シアノ−２，４，５，６−テトラフルオロベンジルアミンなどのフッ素化シアノ基含有ベンジルアミン化合物はテトラクロロテレフタロニトリルなどの塩素化テレフタロニトリル化合物およびテトラクロロイソフタロニトリルなどの塩素化イソフタロニトリル化合物のフッ素化反応で得られるテトラフルオロテレフタロニトリルなどのフッ素テレフタロニトリル化合物およびテトラフルオロイソフタロニトリルなどのフッ素化イソフタロニトリル化合物の片側ニトリル基の還元反応で容易かつ大量に合成できる。
【００１３】
本反応では、ルテニウム化合物または鉄化合物を酸化触媒としても酸化剤としても用いることができる。四酸化ルテニウム（ＲｕＯ₄）等のルテニウム化合物単独またはＮａ₂ＦｅＯ₄などの鉄化合物単独でシアノ基含有ベンジルアミン化合物の酸化反応をおこなうことができるが、経済性および省資源のためにも、鉄化合物またはルテニウム化合物は酸化触媒として用い、酸化剤（鉄化合物およびルテニウム化合物を除く、以下同じ。）で酸化反応をおこなうことが望ましい。本反応では、酸化剤を共存させるとルテニウム化合物または鉄化合物は触媒量ですむ。
【００１４】
ルテニウム化合物を酸化触媒として用いる場合、酸化剤は、三塩化ルテニウムなどの低原子価のルテニウム化合物を酸化して活性な高原子価のルテニウム化合物を生成させる。高原子価のルテニウム化合物はシアノ基含有ベンジルアミン化合物を酸化してシアノ基含有安息香酸を与える。その結果、ルテニウム化合物自身は還元され低原子価のルテニウム化合物となる。ここで、酸化剤は再び、低原子価のルテニウム化合物を酸化して活性な高原子価のルテニウム化合物を生成させ触媒サイクルを形成する。
【００１５】
鉄化合物を酸化触媒として用いる場合、酸化剤は二価や三価の低原子価の鉄化合物を酸化して酸化活性のある高原子価の鉄化合物を生成させる。高原子価の鉄化合物はシアノ基含有ベンジルアミン化合物を酸化してシアノ基含有安息香酸を与える。その結果、鉄化合物自身は還元され低原子価鉄化合物となる。ここで、酸化剤は再び、低原子価鉄化合物を酸化し、活性な高原子価鉄化合物を生じ触媒サイクルを形成する。
【００１６】
酸化剤を用いる反応で使用できる酸化触媒としてのルテニウム化合物は、四酸化ルテニウム、三塩化ルテニウム、三臭化ルテニウム、三ヨウ化ルテニウム、水酸化ルテニウム、酸化ルテニウム、ルテニウムニトロシルナイトレートなどのルテニウム無機塩など、ルテニウムアセチルアセトナート、ドデカカルボニルトリルテニウムなどのルテニウム錯体などである。
【００１７】
酸化剤を用いる反応で使用できる酸化触媒としての鉄化合物は、塩化第一鉄、塩化第二鉄、臭化第一鉄、臭化第二鉄、ヨウ化第一鉄、ヨウ化第二鉄、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化第二第一鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）、水酸化第一鉄、水酸化第二鉄、酸化水酸化第二鉄（ＦｅＯ(ＯＨ)）、硫化第一鉄、硫化第二鉄、二硫化鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、炭酸鉄、チオシアン酸第一鉄、チオシアン酸第二鉄、酢酸第一鉄、シュウ酸第一鉄、シュウ酸第二鉄、などを用いることができる。
【００１８】
本反応における酸化剤を用いる反応で使用できる酸化触媒としてのルテニウム化合物または鉄化合物の量は、シアノ基含有ベンジルアミン化合物に対してモル比で、０．００１〜０．０５が好ましい。
【００１９】
本反応で用いることができる酸化剤は、ルテニウム化合物または鉄化合物を再酸化できる酸化剤なら何でもよく、このような酸化剤として、塩基性次亜ハロゲン酸化合物および過硫酸塩などがある。
【００２０】
本反応で用いることができる次亜ハロゲン酸化合物としては、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸などの次亜ハロゲン酸、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸バリウム、次亜臭素酸ナトリウム、次亜臭素酸カリウム、次亜ヨウ素酸ナトリウム、次亜ヨウ素酸カリウムなどの次亜ハロゲン酸塩などがある。本反応で用いることができる過硫酸塩として、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどがある。
【００２１】
本発明で使用する酸化剤は、反応開始時に一括で加えてもよいし、反応が急激におこる場合は反応の進行に伴い添加してもよい。酸化剤の量は、シアノ基含有ベンジルアミン化合物に対してモル比で３〜６が好ましい。
【００２２】
本反応は塩基性でおこなわれる。塩基性でルテニウム化合物または鉄化合物の再酸化が満足すべき速度でおこなわれる。本反応では、シアノベンジルアミン化合物が酸化されるにつれてシアノ基含有安息香酸化合物が生成し、溶液が酸性となるので、溶液の液性を塩基性に保つために塩基を加える。塩基は、はじめに必要量を一括で加えてもよいし、反応の進行にあわせて溶液が酸性にならないように継続的に加えてもよい。
【００２３】
本反応の溶液のｐＨについて述べる。塩基性が強すぎると原料のシアノ基含有ベンジルアミン化合物および生成物のシアノ基含有安息香酸化合物のシアノ基が分解し、酸性では、反応が遅いうえ、副反応が多いので、ｐＨ＝７．５〜１２で反応を行うのが好ましい。
【００２４】
本反応で用いることができる塩基は、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、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属およびアルカリ土類金属水酸化物、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属重炭酸塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属およびアルカリ土類金属炭酸塩、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどのアルカリおよびアルカリ土類金属酸化物を用いることができる。上記の目的として使用する塩基の量は、共存する酸化剤の種類と量によるが、反応全体を通じて溶液が塩基性を保つ量は最低限必要である。酸化剤として、次亜塩素酸化合物を用いる場合には、次亜塩素酸化合物を塩基性次亜塩素酸化合物にする塩基と反応により生成するシアノ基含有安息香酸化合物をカルボン酸塩として補足するために用いる塩基が必要であり、シアノ基含有ベンジルアミン化合物に対して一価の塩基としてモル比で、３〜６が好ましい。
【００２５】
また、酸化剤として過硫酸塩を用いる場合には、過硫酸塩が還元された硫酸水素塩を硫酸塩にする塩基と上記と同様のカルボン酸として捕捉するために用いる塩基が必要であり、一価の塩基としてモル比で７〜１３が好ましい。
【００２６】
本反応で用いる溶媒について説明する。本反応は水溶液で反応をおこなうことができる。本反応系では、シアノ基含有ベンジルアミン化合物の酸化に伴い水に不溶性の中間体が生成する場合があるので、非プロトン性極性溶媒を共存させ、水に不溶性の中間体を一部でも溶解させると、反応を効率よくおこなうことができる。本反応で用いることができる非プロトン性極性溶媒は、ジオキサン、ジグライムなどのエーテル系、ジメチルホルムアミドなどのアミド系、ジメチルスルホキシド、スルホランなどの含イオウ系、アセトニトリルなどのニトリル系である。本反応で使用する非プロトン性極性溶媒の量は、少なくともシアノ基含有ベンジルアミン化合物の重量の５倍量（重量）を要し、水と混合する量の範囲で使用することができる。好適には、シアノベンズアルデヒド化合物の重量の５〜２０（重量）倍である。
【００２７】
反応温度は、低すぎると反応速度が遅く、高すぎるとニトリル基が分解してしまうので、望ましくは０〜８０℃であり、さらに望ましくは１０〜５０℃である。本反応の反応時間は、溶媒の組成によるが、１０分〜１５時間が好適である。本反応完了後、次亜塩素酸化合物などの酸化剤の余剰分が未反応のまま溶液中に残存した場合、必要に応じ尿素などを用いて分解することができる。
【００２８】
シアノ基含有安息香酸化合物の単離精製について説明する。反応完結後水溶液中にシアノ基含有安息香酸はカルボン酸塩として存在する。シアノ基含有安息香酸の種類により溶解していたり、析出したりしている。シアノ基含有安息香酸化合物は水に対する溶解度が極めて低いので、溶液に酸を加えるだけで析出する。従って、単にろ過し、水洗乾燥するだけで、ほぼ用いたシアノ基含有ベンジルアミン化合物の純度を反映した純度のシアノ基含有安息香酸化合物が得られる。
【００２９】
【実施例】
以下に実施例を用いてさらに詳しく本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。本実施例に使用した高速液体クロマトブラフの分析条件は以下の通りである。

【００３０】
実施例１
ｐ−シアノベンジルアミン１３．２ｇ、水５０ｇ、塩化第二鉄０．２ｇを混合攪拌し、１４％重量濃度次亜塩素酸ソーダ水溶液２００ｇを室温で２時間かけて滴下し、さらに１時間攪拌した。水１００ｇ、尿素４ｇを加え２０分攪拌し、９８％重量濃度硫酸で溶液をｐＨ＝４にした。析出した結晶をろ取し、水洗後乾燥してｐ−シアノ安息香酸１２．１ｇ（ｐ−シアノベンジルアミン基準、収率８２％）を得た。高速液体クロマトグラフの分析により得られたｐ−シアノ安息香酸の純度は９５％であった。
【００３１】
実施例２
ｐ−シアノベンジルアミン１３．２ｇ、水５０ｇ、三塩化ルテニウム０．２ｇを混合攪拌し、１４％重量濃度次亜塩素酸ソーダ水溶液２００ｇを室温で２時間かけて滴下し、さらに１時間攪拌した。水１００ｇ、尿素４ｇを加え２０分攪拌し、９８％重量濃度硫酸で溶液をｐＨ＝４にした。析出した結晶をろ取し、水洗後乾燥してｐ−シアノ安息香酸１０．４ｇ（ｐ−シアノベンジルアミン基準、収率７６％）を得た。高速液体クロマトグラフの分析により得られたｐ−シアノ安息香酸の純度は９５％であった。
【００３２】
実施例３
ｐ−シアノベンジルアミン１３．２ｇ、ジオキサン７０ｇ、炭酸ナトリウム５．３ｇ、水５０ｇ、硝酸第二鉄０．１ｇを混合攪拌し、１４％重量濃度次亜塩素酸ソーダ水溶液２００ｇを内温を５０℃以下に保ち３時間かけて滴下し、さらに２時間攪拌した。水１００ｇ、尿素４ｇを加え２０分攪拌し、９８％重量濃度硫酸で溶液をｐＨ＝４にした。析出した結晶をろ取し、水洗後乾燥してｐ−シアノ安息香酸１１．９ｇ（ｐ−シアノベンジルアミン基準、収率９０％）を得た。純度は９６％であった。
【００３３】
実施例４
ｐ−シアノベンジルアミン１３．２ｇ、ジオキサン７０ｇ、炭酸ナトリウム５．３ｇ、水５０ｇ、三塩化ルテニウム０．１ｇを混合攪拌し、１４％重量濃度次亜塩素酸ソーダ水溶液２００ｇを内温を５０℃以下に保ち３時間かけて滴下し、さらに２時間攪拌した。水１００ｇ、尿素４ｇを加え２０分攪拌し、９８％重量濃度硫酸で溶液をｐＨ＝４にした。析出した結晶をろ取し、水洗後乾燥してｐ−シアノ安息香酸１３．５ｇ（ｐ−シアノベンジルアミン基準、収率９２％）を得た。純度は９６％であった。
【００３４】
実施例５
ｍ−シアノベンジルアミン１３．２ｇ、アセトニトリル８０ｇ、炭酸水素ナトリウム７６ｇ、水５００ｇ、過硫酸ナトリウム９５ｇ、酸化鉄０．２５ｇを混合攪拌し、８０℃で１０時間反応させた。析出した固体をろ過し、ろ液を硫酸でｐＨ＝４にした。析出した結晶をろ取し、水洗後乾燥してｍ−シアノ安息香酸７．１ｇ（ｐ−シアノベンジルアミン基準、収率４８％）を得た。純度は９４％であった。
【００３５】
実施例６
ｍ−シアノベンジルアミン１３．２ｇ、アセトニトリル８０ｇ、炭酸水素ナトリウム７６ｇ、水５００ｇ、過硫酸ナトリウム９５ｇ、酸化ルテニウム０．２５ｇを混合攪拌し、８０℃で１０時間反応させた。析出した固体をろ過し、ろ液を硫酸でｐＨ＝４にした。析出した結晶をろ取し、水洗後乾燥してｍ−シアノ安息香酸８．２ｇ（ｐ−シアノベンジルアミン基準、収率５６％）を得た。純度は９４％であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、シアノベンジルアミン化合物を酸化することによりシアノ安息香酸化合物を高収率かつ高純度に製造することができる。

Claims

ｍ−またはｐ−シアノベンジルアミンを、ルテニウム化合物または鉄化合物の存在下、酸化剤（鉄化合物およびルテニウム化合物を除く）を用いて酸化することを特徴とするｍ−またはｐ−シアノ安息香酸の製造方法。
酸化剤が次亜ハロゲン酸化合物または過硫酸塩化合物である請求項１に記載のｍ−またはｐ−シアノ安息香酸の製造方法。
酸化を水または非プロトン性極性溶媒を含む水中でおこなわせる請求項１または２に記載のｍ−またはｐ−シアノ安息香酸の製造方法。
酸化をｐＨ７．５〜１２の範囲で行わせる請求項１乃至３のいずれかに記載のｍ−またはｐ−シアノ安息香酸の製造方法。