JP4428730B2 - ２，５−ジヒドロフランの製造法 - Google Patents
２，５−ジヒドロフランの製造法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬・農薬分野における重要中間体、特に農薬分野の殺虫剤分野における重要中間体（特開平7-173157、特開平7-179448等）である２，５−ジヒドロフランの新規な製造法ならびにその製造法において、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを後から分割または滴下して加えるという操作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２，５−ジヒドロフランは既に公知化合物であり、そのシス−２−ブテン−１，４−ジオールからの製造法についても既にいくつかの方法が知られている。例えば、１，３−ブタジエンモノエポキシドを触媒存在下反応させることにより製造する方法（特開平3-77877） やシス−２−ブテン−１，４−ジオールに触媒量の硫酸を加え、加熱することにより製造する方法（J.Org.Chem.,1963,28,1147）またはシス−２−ブテン−１，４−ジオールに臭化水素を作用させることにより製造する方法（J.Org.Chem.,1953,18,801） やシス−２−ブテン−１，４−ジオールに触媒量のヨウ素を加え、加熱することにより製造する方法（J.Org.Chem.,1981,46,3361）などが報告されているが、いずれも低収率であり、また本発明者らも触媒として、鉱酸（リン酸等）やスルホン酸（トルエンスルホン酸等）、ルイス酸（三フッ化ホウ素等）等を用いて、シス−２−ブテン−１，４−ジオールから２，５−ジヒドロフランの合成を試みたが、いずれも２０−４０％と低収率で、工業的に実施する場合にも不利であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、シス−２−ブテン−１，４−ジオールから高収率で２，５−ジヒドロフランを製造する方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、シス−２−ブテン−１，４−ジオールから２，５−ジヒドロフランを製造するに際して、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下に無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させると収率が向上すること、また、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下に無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させるに際して、予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを後から分割または滴下して加えることにより更に収率が向上することを見出し、本発明を完成させたものである。
【０００５】
すなわち本発明は、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下、無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させることを特徴とする２，５−ジヒドロフランの製造法であり、また本発明は予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分割または滴下して加え反応させることを特徴とする２，５−ジヒドロフランの製造法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる硫酸水素塩類としては、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウムが挙げられる。
２，５−ジヒドロフランを生成する反応に添加する硫酸水素塩類の添加量はシス−２−ブテン−１，４−ジオールに対してモル比で１０００分の１〜１００倍、好ましくは１００分の１〜１０倍、更に好ましくは１０分の１〜２倍、一層好ましくは３分の２〜等量である。
【０００７】
本発明においては硫酸水素塩類の代わりに硫酸および塩基を用いることができる。
その際、硫酸と塩基の量比はモル比で硫酸：塩基＝１０：１〜１：１０、好ましくは０．９：１〜１：０．９、最も好ましくは１：１である。また、硫酸および塩基の添加量は硫酸および塩基の総量がシス−２−ブテン−１，４−ジオールに対してモル比で２０００分の１〜２００倍、好ましくは２００分の１〜２０倍、更に好ましくは２０分の１〜４倍、一層好ましくは３分の４〜２倍である。
【０００８】
塩基としては水酸化アルカリ金属類または炭酸アルカリ金属類を用いることができるが、水酸化アルカリ金属類としては水酸化リチウムまたは水酸化ナトリウム、炭酸アルカリ金属類としては炭酸カリウムまたは炭酸セシウムを挙げることができる。
２，５−ジヒドロフランを生成する反応に塩基を使用するに際しては、上記アルカリ金属類または炭酸アルカリ金属類を単独で用いてよいが、それらを適宜混合して用いてもよい。
【０００９】
本発明に原料、及び溶媒として用いられるシス−２−ブテン−１，４−ジオールは反応前に他の成分と同時に一括して添加してもよいが、反応を通じて分割して段階的に添加するか、連続的に滴下して添加することにより、最終的な２，５−ジヒドロフランの生成収率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の製造法においては、反応は必要に応じて溶媒を用いるかまたは無溶媒で行われる。無溶媒の場合はシス−２−ブテン−１，４−ジオールが溶媒を兼ねることになる。
【００１１】
２，５−ジヒドロフランの生成反応において溶媒を用いる際の適当な溶媒としては、水、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができるが、ジメチルスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等の非プロトン性極性溶媒が好ましい。使用に際してはこれらを単独でまたは任意の割合で混合して用いればよい。
【００１２】
反応温度は５０〜２００℃で行うことができるが、１００〜１５０℃で行うのが望ましい。８０℃前後でも反応は進行するが、著しく収率が低下する。
【００１３】
反応時間は広範囲に変化させることもできるが、一般的には０．０１〜５０時間、好ましくは０．１〜５時間である。
【００１４】
反応圧力も特に限定はないが、好ましくは常圧である。
【００１５】
２，５−ジヒドロフランの生成反応においては、反応により生成する２，５−ジヒドロフランが反応温度よりはるかに沸点が低いため、これを系中に存在させておくと反応温度が上がらない。それ故に生成した２，５−ジヒドロフランは系外に留出させることが望ましい。そのためには例えばＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブ等を用いて留出してくる２，５−ジヒドロフランは系外でトラップすればよい。
【００１６】
反応系中に残った２，５−ジヒドロフランは蒸留などの適当な精製法により精製することができる。
【００１７】
留出液等の分離した２，５−ジヒドロフランは水分も多く含まれている場合があるため、必要ならばトルエンやキシレン等の溶媒に溶解し、水を分離し、さらに必要ならばモレキュラーシーブスや硫酸マグネシウム等の乾燥剤により水分を除き、蒸留することにより、精製することができる。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例により本発明の内容を具体的に説明する。
実施例 １
シス−２−ブテン−１，４−ジオール１７．６ｇ（２００ｍｍｏｌ）および硫酸水素ナトリウム一水和物１７．６ｇ（１２７ｍｍｏｌ）のＤＭＳＯ １５ｍＬ溶液を１３０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いて生成した２，５−ジヒドロフランを留出させながら１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは６．５７ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは２．０１ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は８．５８ｇとなり生成収率は５７％であった。
【００１９】
実施例 ２
ＤＭＳＯ １５ｍＬの代わりに、ＤＭＳＯ １５ｍＬとＤＭＩ １．５ｍＬの混合溶液（１６．５ｍＬ）を用いる以外は実施例１と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは６．１４ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは５．０６ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１１．２ｇとなり生成収率は７４％であった。
【００２０】
実施例 ３
ＤＭＳＯの代わりにＤＭＩを用いる外は実施例１と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは５．３５ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは５．０５ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．４ｇとなり生成収率は６８％であった。
【００２１】
実施例 ４
ＤＭＩの使用量を５ｍＬとする外は実施例３と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップした２，５−ジヒドロフランは５．４０ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは１．０３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は６．４３ｇとなり生成収率は３９％であった。
【００２２】
実施例 ５
ＤＭＳＯを添加しない以外は実施例１と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは３．４５ｇであり生成収率は１５％であった。
【００２３】
実施例 ６
ＤＭＩの使用量を４０ｍＬとする以外は実施例３と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは５．７８ｇであり、反応液中の２，５−ジヒドロフランは６．６２ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１２．４ｇとなり生成収率は８３％であった。
【００２４】
実施例 ７
硫酸水素ナトリウム一水和物の使用量を２７．６ｇ（２００ｍｍｏｌ）、ＤＭＩの使用量を２０ｍＬとする以外は実施例３と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは６．７１ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは３．５９ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．３ｇとなり生成収率は７０％であった。
【００２５】
実施例 ８
硫酸水素ナトリウム一水和物の使用量を２．７６ｇ（２０ｍｍｏｌ）、ＤＭＩの使用量を５０ｍＬとする以外は実施例３と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは１．１０ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは１１．３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１２．４ｇとなり生成収率は８９％であった。
【００２６】
実施例 ９
シス−２−ブテン−１，４−ジオール３５．２ｇ（４００ｍｍｏｌ）および硫酸水素ナトリウム一水和物３５．２ｇ（２５５ｍｍｏｌ）のＤＭＩ １００ｍＬ溶液を１３０℃にて、反応液に窒素を吹き込みながらＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは１８．６ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは０．３９ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１９．０ｇとなり生成収率は６８％であった。
【００２７】
実施例 １０
シス−２−ブテン−１，４−ジオール１７．６ｇ（２００ｍｍｏｌ）および硫酸水素ナトリウム一水和物１７．６ｇ（１２７ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ４０ｍＬ溶液を１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第１留分とする）しながら１時間攪拌した。
続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール８．８０ｇ（１００ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第２留分とする）しながら１時間攪拌した。
続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール８．８０ｇ（１００ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第３留分とする）しながら１時間攪拌した。
続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール８．８０ｇ（１００ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第４留分とする）しながら１時間攪拌した。
以上の操作により目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
第１留分の２，５−ジヒドロフランは７．１１ｇ、第２留分の２，５−ジヒドロフランは５．６７ｇ、第３留分の２，５−ジヒドロフランは５．６２ｇ、第４留分の２，５−ジヒドロフランは５．１１ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは５．９５ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２９．５ｇとなり生成収率は８５％であった。
【００２８】
実施例 １１
硫酸水素ナトリウム一水和物８．２８ｇ（６０ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ３０ｍＬ溶液に１３０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながらシス−２−ブテン−１，４−ジオール５２．８ｇ（５９９ｍｍｏｌ）を１時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を同温度にて１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップした２，５−ジヒドロフランは２１．８ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは６．４３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２８．２ｇとなり生成収率は６７％であった。
【００２９】
実施例 １２
硫酸水素ナトリウム一水和物に代えて硫酸水素カリウム１７．６ｇ（１２９ｍｍｏｌ）を用い、ＤＭＩの使用量を１５ｇとする外は実施例３と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップさせた２，５−ジヒドロフランは７．１９ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは２．９１ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．１ｇとなり生成収率は７２％であった。
【００３０】
実施例 １３
ＤＭＩに代えてＤＭＳＯ １５ｇを用いる外は実施例１２と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは８．９４ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは１．７６ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．７ｇとなり生成収率は７７％であった。
【００３１】
実施例 １４
ＤＭＩの使用量を３０．０ｇとする以外は実施例１２と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは７．３６ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは３．８４ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１１．２ｇとなり生成収率は８０％であった。
【００３２】
実施例 １５
シス−２−ブテン−１，４−ジオール２０．０ｇ（２２７ｍｍｏｌ）および硫酸水素カリウム１．００ｇ（７．３４ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ２０．０ｇ溶液を１４０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら２時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは９．２７ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは３．０３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１２．３ｇとなり生成収率は７７％であった。
【００３３】
実施例 １６
シス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）および硫酸水素カリウム０．５０ｇ（３．６７ｍｍｏｌ）のＤＭＩ １０．０ｇ溶液に１５０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら３０分間攪拌した。反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌した。続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌した。 さらに反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップした２，５−ジヒドロフランは１０．４ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは１．４７ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１１．９ｇとなり生成収率は７５％であった。
【００３４】
実施例 １７
水酸化ナトリウム４．３５ｇ（１０１ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ４０．０ｇ溶液に、硫酸９．６２ｇ（９６ｍｍｏｌ）を滴下し、その後シス−２−ブテン−１，４−ジオール２０．０ｇ（２２７ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にてＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら１時間３０分攪拌した。反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール１３．０ｇ（１４８ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌した。さらに反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール７．００ｇ（７９．４ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは２１．８ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは２．７８ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２４．６ｇとなり生成収率は７７％であった。
【００３５】
実施例 １８
水酸化ナトリウム４．３５ｇに代えて炭酸ナトリウム５．２５ｇ（１０１ｍｍｏｌ）を使用する以外は実施例１７と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは２２．７ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは２．７９ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２５．５ｇとなり生成収率は８０％であった。
【００３６】
参考例 １
シス−２−ブテン−１，４−ジオール８．９０ｇ（１０１ｍｍｏｌ）およびｐ−トルエンスルホン酸一水和物３０．０ｍｇ（０．１７６ｍｍｏｌ）のキシレン３０ｍＬ溶液を１３０℃にてＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら２時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフラン０．５９ｇ（８．４２ｍｍｏｌ，生成収率８．４％）を得た。
【００３７】
参考例 ２
シス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）およびヨウ素７５ｍｇ（０．２９６ｍｍｏｌ）を１３０℃にてＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら４時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフラン２．４１ｇ（３４．４ｍｍｏｌ，生成収率６１％）を得た。
尚、実施例１〜１８及び参考例１，２で生成した２，５−ジヒドロフランの物性値は以下の通りで、既知のデータと一致した。
1H NMR(CDCl3,ppm):4.65(4H,s),5.89(2H,s).
IR(neat,cm-1):2853,1717,1541,1522,1345,1079,1013,892.
沸点:66-68℃/760mmHg.
【００３８】
【発明の効果】
本発明により２，５−ジヒドロフランの新規で効率のよい製造法が提供される。
本発明の方法は、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下、無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させることにより、２，５−ジヒドロフランを高収率で製造することができる。
特に本発明の方法では強いて溶媒を使用せずとも２，５−ジヒドロフランを製造することができることは驚くべきことである。
また、本発明の方法は、予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分割または滴下して加え反応させることにより、２，５−ジヒドロフラン反応における溶媒量および硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基の使用量の削減が図れるだけでなく、反応系の容量をほぼ一定に保つことができ、工業的な２，５−ジヒドロフラン製造においても優れている。
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬・農薬分野における重要中間体、特に農薬分野の殺虫剤分野における重要中間体（特開平7-173157、特開平7-179448等）である２，５−ジヒドロフランの新規な製造法ならびにその製造法において、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを後から分割または滴下して加えるという操作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２，５−ジヒドロフランは既に公知化合物であり、そのシス−２−ブテン−１，４−ジオールからの製造法についても既にいくつかの方法が知られている。例えば、１，３−ブタジエンモノエポキシドを触媒存在下反応させることにより製造する方法（特開平3-77877） やシス−２−ブテン−１，４−ジオールに触媒量の硫酸を加え、加熱することにより製造する方法（J.Org.Chem.,1963,28,1147）またはシス−２−ブテン−１，４−ジオールに臭化水素を作用させることにより製造する方法（J.Org.Chem.,1953,18,801） やシス−２−ブテン−１，４−ジオールに触媒量のヨウ素を加え、加熱することにより製造する方法（J.Org.Chem.,1981,46,3361）などが報告されているが、いずれも低収率であり、また本発明者らも触媒として、鉱酸（リン酸等）やスルホン酸（トルエンスルホン酸等）、ルイス酸（三フッ化ホウ素等）等を用いて、シス−２−ブテン−１，４−ジオールから２，５−ジヒドロフランの合成を試みたが、いずれも２０−４０％と低収率で、工業的に実施する場合にも不利であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、シス−２−ブテン−１，４−ジオールから高収率で２，５−ジヒドロフランを製造する方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、シス−２−ブテン−１，４−ジオールから２，５−ジヒドロフランを製造するに際して、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下に無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させると収率が向上すること、また、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下に無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させるに際して、予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを後から分割または滴下して加えることにより更に収率が向上することを見出し、本発明を完成させたものである。
【０００５】
すなわち本発明は、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下、無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させることを特徴とする２，５−ジヒドロフランの製造法であり、また本発明は予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分割または滴下して加え反応させることを特徴とする２，５−ジヒドロフランの製造法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる硫酸水素塩類としては、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウムが挙げられる。
２，５−ジヒドロフランを生成する反応に添加する硫酸水素塩類の添加量はシス−２−ブテン−１，４−ジオールに対してモル比で１０００分の１〜１００倍、好ましくは１００分の１〜１０倍、更に好ましくは１０分の１〜２倍、一層好ましくは３分の２〜等量である。
【０００７】
本発明においては硫酸水素塩類の代わりに硫酸および塩基を用いることができる。
その際、硫酸と塩基の量比はモル比で硫酸：塩基＝１０：１〜１：１０、好ましくは０．９：１〜１：０．９、最も好ましくは１：１である。また、硫酸および塩基の添加量は硫酸および塩基の総量がシス−２−ブテン−１，４−ジオールに対してモル比で２０００分の１〜２００倍、好ましくは２００分の１〜２０倍、更に好ましくは２０分の１〜４倍、一層好ましくは３分の４〜２倍である。
【０００８】
塩基としては水酸化アルカリ金属類または炭酸アルカリ金属類を用いることができるが、水酸化アルカリ金属類としては水酸化リチウムまたは水酸化ナトリウム、炭酸アルカリ金属類としては炭酸カリウムまたは炭酸セシウムを挙げることができる。
２，５−ジヒドロフランを生成する反応に塩基を使用するに際しては、上記アルカリ金属類または炭酸アルカリ金属類を単独で用いてよいが、それらを適宜混合して用いてもよい。
【０００９】
本発明に原料、及び溶媒として用いられるシス−２−ブテン−１，４−ジオールは反応前に他の成分と同時に一括して添加してもよいが、反応を通じて分割して段階的に添加するか、連続的に滴下して添加することにより、最終的な２，５−ジヒドロフランの生成収率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の製造法においては、反応は必要に応じて溶媒を用いるかまたは無溶媒で行われる。無溶媒の場合はシス−２−ブテン−１，４−ジオールが溶媒を兼ねることになる。
【００１１】
２，５−ジヒドロフランの生成反応において溶媒を用いる際の適当な溶媒としては、水、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができるが、ジメチルスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等の非プロトン性極性溶媒が好ましい。使用に際してはこれらを単独でまたは任意の割合で混合して用いればよい。
【００１２】
反応温度は５０〜２００℃で行うことができるが、１００〜１５０℃で行うのが望ましい。８０℃前後でも反応は進行するが、著しく収率が低下する。
【００１３】
反応時間は広範囲に変化させることもできるが、一般的には０．０１〜５０時間、好ましくは０．１〜５時間である。
【００１４】
反応圧力も特に限定はないが、好ましくは常圧である。
【００１５】
２，５−ジヒドロフランの生成反応においては、反応により生成する２，５−ジヒドロフランが反応温度よりはるかに沸点が低いため、これを系中に存在させておくと反応温度が上がらない。それ故に生成した２，５−ジヒドロフランは系外に留出させることが望ましい。そのためには例えばＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブ等を用いて留出してくる２，５−ジヒドロフランは系外でトラップすればよい。
【００１６】
反応系中に残った２，５−ジヒドロフランは蒸留などの適当な精製法により精製することができる。
【００１７】
留出液等の分離した２，５−ジヒドロフランは水分も多く含まれている場合があるため、必要ならばトルエンやキシレン等の溶媒に溶解し、水を分離し、さらに必要ならばモレキュラーシーブスや硫酸マグネシウム等の乾燥剤により水分を除き、蒸留することにより、精製することができる。
【００１８】
【実施例】
次に、実施例により本発明の内容を具体的に説明する。
実施例 １
シス−２−ブテン−１，４−ジオール１７．６ｇ（２００ｍｍｏｌ）および硫酸水素ナトリウム一水和物１７．６ｇ（１２７ｍｍｏｌ）のＤＭＳＯ １５ｍＬ溶液を１３０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いて生成した２，５−ジヒドロフランを留出させながら１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは６．５７ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは２．０１ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は８．５８ｇとなり生成収率は５７％であった。
【００１９】
実施例 ２
ＤＭＳＯ １５ｍＬの代わりに、ＤＭＳＯ １５ｍＬとＤＭＩ １．５ｍＬの混合溶液（１６．５ｍＬ）を用いる以外は実施例１と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは６．１４ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは５．０６ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１１．２ｇとなり生成収率は７４％であった。
【００２０】
実施例 ３
ＤＭＳＯの代わりにＤＭＩを用いる外は実施例１と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは５．３５ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは５．０５ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．４ｇとなり生成収率は６８％であった。
【００２１】
実施例 ４
ＤＭＩの使用量を５ｍＬとする外は実施例３と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップした２，５−ジヒドロフランは５．４０ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは１．０３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は６．４３ｇとなり生成収率は３９％であった。
【００２２】
実施例 ５
ＤＭＳＯを添加しない以外は実施例１と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは３．４５ｇであり生成収率は１５％であった。
【００２３】
実施例 ６
ＤＭＩの使用量を４０ｍＬとする以外は実施例３と同様に反応を行った。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは５．７８ｇであり、反応液中の２，５−ジヒドロフランは６．６２ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１２．４ｇとなり生成収率は８３％であった。
【００２４】
実施例 ７
硫酸水素ナトリウム一水和物の使用量を２７．６ｇ（２００ｍｍｏｌ）、ＤＭＩの使用量を２０ｍＬとする以外は実施例３と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは６．７１ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは３．５９ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．３ｇとなり生成収率は７０％であった。
【００２５】
実施例 ８
硫酸水素ナトリウム一水和物の使用量を２．７６ｇ（２０ｍｍｏｌ）、ＤＭＩの使用量を５０ｍＬとする以外は実施例３と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは１．１０ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは１１．３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１２．４ｇとなり生成収率は８９％であった。
【００２６】
実施例 ９
シス−２−ブテン−１，４−ジオール３５．２ｇ（４００ｍｍｏｌ）および硫酸水素ナトリウム一水和物３５．２ｇ（２５５ｍｍｏｌ）のＤＭＩ １００ｍＬ溶液を１３０℃にて、反応液に窒素を吹き込みながらＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは１８．６ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは０．３９ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１９．０ｇとなり生成収率は６８％であった。
【００２７】
実施例 １０
シス−２−ブテン−１，４−ジオール１７．６ｇ（２００ｍｍｏｌ）および硫酸水素ナトリウム一水和物１７．６ｇ（１２７ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ４０ｍＬ溶液を１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第１留分とする）しながら１時間攪拌した。
続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール８．８０ｇ（１００ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第２留分とする）しながら１時間攪拌した。
続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール８．８０ｇ（１００ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第３留分とする）しながら１時間攪拌した。
続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール８．８０ｇ（１００ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にて、反応液から留出する２，５−ジヒドロフランはＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋでトラップ（これを第４留分とする）しながら１時間攪拌した。
以上の操作により目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
第１留分の２，５−ジヒドロフランは７．１１ｇ、第２留分の２，５−ジヒドロフランは５．６７ｇ、第３留分の２，５−ジヒドロフランは５．６２ｇ、第４留分の２，５−ジヒドロフランは５．１１ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは５．９５ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２９．５ｇとなり生成収率は８５％であった。
【００２８】
実施例 １１
硫酸水素ナトリウム一水和物８．２８ｇ（６０ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ３０ｍＬ溶液に１３０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながらシス−２−ブテン−１，４−ジオール５２．８ｇ（５９９ｍｍｏｌ）を１時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を同温度にて１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップした２，５−ジヒドロフランは２１．８ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは６．４３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２８．２ｇとなり生成収率は６７％であった。
【００２９】
実施例 １２
硫酸水素ナトリウム一水和物に代えて硫酸水素カリウム１７．６ｇ（１２９ｍｍｏｌ）を用い、ＤＭＩの使用量を１５ｇとする外は実施例３と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップさせた２，５−ジヒドロフランは７．１９ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは２．９１ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．１ｇとなり生成収率は７２％であった。
【００３０】
実施例 １３
ＤＭＩに代えてＤＭＳＯ １５ｇを用いる外は実施例１２と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは８．９４ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは１．７６ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１０．７ｇとなり生成収率は７７％であった。
【００３１】
実施例 １４
ＤＭＩの使用量を３０．０ｇとする以外は実施例１２と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは７．３６ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは３．８４ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１１．２ｇとなり生成収率は８０％であった。
【００３２】
実施例 １５
シス−２−ブテン−１，４−ジオール２０．０ｇ（２２７ｍｍｏｌ）および硫酸水素カリウム１．００ｇ（７．３４ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ２０．０ｇ溶液を１４０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら２時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは９．２７ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは３．０３ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１２．３ｇとなり生成収率は７７％であった。
【００３３】
実施例 １６
シス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）および硫酸水素カリウム０．５０ｇ（３．６７ｍｍｏｌ）のＤＭＩ １０．０ｇ溶液に１５０℃にて、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら３０分間攪拌した。反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌した。続いて反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌した。 さらに反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップした２，５−ジヒドロフランは１０．４ｇ、反応液中に存在する２，５−ジヒドロフランは１．４７ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は１１．９ｇとなり生成収率は７５％であった。
【００３４】
実施例 １７
水酸化ナトリウム４．３５ｇ（１０１ｍｍｏｌ）のＤＭＩ ４０．０ｇ溶液に、硫酸９．６２ｇ（９６ｍｍｏｌ）を滴下し、その後シス−２−ブテン−１，４−ジオール２０．０ｇ（２２７ｍｍｏｌ）を加え、１３０℃にてＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら１時間３０分攪拌した。反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール１３．０ｇ（１４８ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌した。さらに反応液にシス−２−ブテン−１，４−ジオール７．００ｇ（７９．４ｍｍｏｌ）を同温度にて加え、１時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフランを合成した。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは２１．８ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは２．７８ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２４．６ｇとなり生成収率は７７％であった。
【００３５】
実施例 １８
水酸化ナトリウム４．３５ｇに代えて炭酸ナトリウム５．２５ｇ（１０１ｍｍｏｌ）を使用する以外は実施例１７と同様に反応させた。
反応液から留出してＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブにてトラップされた２，５−ジヒドロフランは２２．７ｇ、反応液中の２，５−ジヒドロフランは２．７９ｇであり、留出分および反応液中の２，５−ジヒドロフランの合計は２５．５ｇとなり生成収率は８０％であった。
【００３６】
参考例 １
シス−２−ブテン−１，４−ジオール８．９０ｇ（１０１ｍｍｏｌ）およびｐ−トルエンスルホン酸一水和物３０．０ｍｇ（０．１７６ｍｍｏｌ）のキシレン３０ｍＬ溶液を１３０℃にてＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら２時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフラン０．５９ｇ（８．４２ｍｍｏｌ，生成収率８．４％）を得た。
【００３７】
参考例 ２
シス−２−ブテン−１，４−ジオール５．００ｇ（５６．７ｍｍｏｌ）およびヨウ素７５ｍｇ（０．２９６ｍｍｏｌ）を１３０℃にてＤｅａｎ−Ｓｔａｒｋチューブを用いながら４時間攪拌することで、目的とする２，５−ジヒドロフラン２．４１ｇ（３４．４ｍｍｏｌ，生成収率６１％）を得た。
尚、実施例１〜１８及び参考例１，２で生成した２，５−ジヒドロフランの物性値は以下の通りで、既知のデータと一致した。
1H NMR(CDCl3,ppm):4.65(4H,s),5.89(2H,s).
IR(neat,cm-1):2853,1717,1541,1522,1345,1079,1013,892.
沸点:66-68℃/760mmHg.
【００３８】
【発明の効果】
本発明により２，５−ジヒドロフランの新規で効率のよい製造法が提供される。
本発明の方法は、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下、無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させることにより、２，５−ジヒドロフランを高収率で製造することができる。
特に本発明の方法では強いて溶媒を使用せずとも２，５−ジヒドロフランを製造することができることは驚くべきことである。
また、本発明の方法は、予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分割または滴下して加え反応させることにより、２，５−ジヒドロフラン反応における溶媒量および硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基の使用量の削減が図れるだけでなく、反応系の容量をほぼ一定に保つことができ、工業的な２，５−ジヒドロフラン製造においても優れている。
Claims (8)
- シス−２−ブテン−１，４−ジオールを硫酸水素塩類の存在下もしくは硫酸および塩基の共存下、無溶媒または必要に応じて溶媒を用いて反応させることを特徴とする２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 予め硫酸水素塩類もしくは硫酸および塩基を溶媒に加えておき、次いでこれにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分割または滴下して加え反応させることを特徴とする２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 溶媒として極性溶媒を用いて反応させることを特徴とする請求項１記載の２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 溶媒として極性溶媒を用いて反応させることを特徴とする請求項２記載の２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 硫酸水素塩類が硫酸水素ナトリウムまたは硫酸水素カリウムであり、塩基が水酸化アルカリ金属類または炭酸アルカリ金属類であり、溶媒がジメチルスルホキシドまたは１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンであることを特徴とする請求項１または３記載の２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 硫酸水素塩類が硫酸水素ナトリウムまたは硫酸水素カリウムであり、塩基が水酸化アルカリ金属類または炭酸アルカリ金属類であり、溶媒がジメチルスルホキシドまたは１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンであることを特徴とする請求項２または４記載の２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 水酸化アルカリ金属類が水酸化リチウムまたは水酸化ナトリウムであり、炭酸アルカリ金属類が炭酸カリウムまたは炭酸セシウムであることを特徴とする請求項５記載の２，５−ジヒドロフランの製造法。
- 水酸化アルカリ金属類が水酸化リチウムまたは水酸化ナトリウムであり、炭酸アルカリ金属類が炭酸カリウムまたは炭酸セシウムであることを特徴とする請求項６記載の２，５−ジヒドロフランの製造法。
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