JP4464131B2 - エチニル化法 - Google Patents

Description

本発明はエチニル化法に関する。特に本発明は、ホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド以外のアルデヒド、またはケトン（本明細書中、以下これらを総称して「カルボニル化合物」と呼ぶ）を、アンモニアおよび強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂の存在下、アセチレン（エチン）と反応させる、アセチレン性不飽和アルコール類（エチニル化される出発物質の性質に依存して、プロパギルアルコールまたはその１−モノ置換もしくは１，１−ジ置換誘導体）の製造法に関する。反応生成物は、特にビタミンおよびカロテノイドの分野において、多くの有用な最終生成物の合成における中間体として有用である。例えば、そのような１つの有用な中間体はデヒドロリナロールであり、これ自体がシトラールを経由してβ−イオノンおよびイソフィトールに変換され、これら自体がそれぞれビタミンＡおよびビタミンＥの公知の出発物質である。

アンモニアおよび第四アンモニウム基を含有する陰イオン交換樹脂、例えばAMBERLITE（登録商標）ＩＲＡ４００（ゲルタイプ）の存在下、アセチレンとカルボニル化合物の反応によるアセチレン性不飽和アルコールの製造は、たとえばドイツOffenlegungsschrift 2 018 971から公知である。しかし、この方法は「空間時収率」（反応器中の触媒の容量に対する、１時間あたり触媒を通過する反応混合物の量の割合である、液時空間速度、ＬＨＳＶとも呼ばれる）で表した場合、不満足な反応速度を欠点としてかかえている。

今、カルボニル化合物のエチニル化において、これまで使用されてきた「ゲル」タイプの陰イオン交換樹脂の代わりに強塩基マクロ孔質陰イオン交換樹脂を触媒として用いることにより、優れたＬＨＳＶが達成されることが見いだされた。

したがって、本発明は、アンモニアおよび強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂の存在下、ホルムアルデヒド、アルデヒド、またはケトン（カルボニル化合物）をアセチレンと反応させることを含む、アセチレン性不飽和アルコールの製造法である。

「強塩基性陰イオン交換樹脂」という表現は、イオン交換の技術で周知であり、多くの有用な参考文献が、イオン交換体、なかでも強塩基性陰イオン交換樹脂に関している。例えばUllmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 14 (1989), p.393-459の「Ion Exchangers」を参照。その中の３９７〜４００頁は特に、陰イオン交換樹脂の「強塩基性」および「マクロ間隙率」（架橋度）の側面に関連している。一般的に第四アンモニウム基を特徴的に有する樹脂は強塩基性であり、ベンジルトリメチルアンモニウム基を特徴的に有する、強塩基性である「タイプＩ（または１）」のような樹脂およびベンジルジアミノエタノールアンモニウム基を特徴的に有する、わずかに塩基性が弱いが、十分に強塩基性である「タイプII（または２）」のような樹脂の両者が、「マクロ孔質」であるならば、本発明の製造法での使用に適当である。本明細書で使用する後者の用語は、ゲル樹脂（AMBERLITE（登録商標）ＩＲＡ４００のような）よりも高い架橋度を有するいかなる樹脂をも指す。ゲル樹脂の約１nmに比較すると、典型的なマクロ孔質樹脂の孔径は約１００nmである。Ullmann'ｓ Encyclopedia of Industrial Chemistry (1989), Vol A 14, pp. 399-400の他に、DIN 54 400, 「Ionenaustausch-Begriffe」 1987, p. 7を参照。科学文献の多くの情報源は別として、イオン交換体の供給者の目録はそれらの製品を適切に分類分けして、本発明の製造法に使用される「強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂」の選択が何ら問題を呈しないようにしている。

本発明のために、好ましい強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂は、第四アンモニウム陽イオンおよびヒドロキシル陰イオンを有するポリスチレンマトリックスを特徴的に有するもの、特にRohm & Haas Deutschland社（Frankfurt/Main, Germany）により供給されるAMBERSEP（登録商標）９００ ＯＨ、およびPurolite（代表：Staerkle & Nagler社、Zurich, Switerland）により供給されるＣＴＡ５０５である。適当な強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂の更なる例は、AMBERLITE（登録商標）ＩＲＡ９００（Rohm & Haas）およびDOWEX（登録商標）ＭＳＡ−１、Diaion ＨＰＡ２５およびＰＡ３０８(すべてDow Chemical）である。ポリスチレンマトリックスではなくポリアクリリックマトリックスを特徴的に有する強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂を本発明の方法で使用することもできるが、上述のように、ポリスチレンマトリックスを有するものほどは好ましくない。

本発明の方法にしたがってアセチレンと反応させることができる最も単純なカルボニル化合物は、ホルムアルデヒド、Ｈ₂ＣＯであり、その生成物はプロパギルアルコール、ＨＣ≡ＣＣＨ₂ＯＨである。

本発明の方法にしたがってアセチレンと反応させることができるアルデヒドまたはケトンの性質は決定的でなく、アセチレンと反応して、すなわち式

（式中、「中心の」炭素原子によって担持される不特定の基は、既知のアルデヒド類およびケトン類または、さらに既知のものと同様にして製造することができるさらなるアルデヒド類およびケトン類で特徴的に含まれるものである）
にしたがってアセチレン性不飽和アルコールを生成することが知られているいかなるアルデヒドまたはケトンを使用してもよい。このように、たとえばホルムアルデヒドを含むアルデヒドまたはケトンは、内容を引用例として本明細書に取り込むドイツOffenlegungsschrift 2 018 971で定義されている式「Ｒ⁵−ＣＯ−Ｒ⁶」の１つである。好ましくは、出発カルボニル化合物は、一般式

（式中、Ｒ¹およびＲ²は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、シクロアルキルアルキル、シクロアルキルアルケニル、シクロアルケニルアルキル、またはシクロアルケニルアルケニルを意味し、最後に挙げた４種の基それぞれは、場合によっては、そのシクロアルキルまたはシクロアルケニル環が適宜、１〜３個のメチルまたはエチル基によって置換されており、炭素原子の総数は、−ＣＨ₂−ＣＯ−ＣＨ₂−基の炭素原子を含め、４０を超えない）
のケトンである。

一般式Ｉのケトン類の上記の定義において、Ｒ¹および／またはＲ²によって示されるアルキル基は２２個以下の炭素原子を含むことができ、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、これはアルケニル基にも当てはまる。その上、該アルケニル基は４個以下の二重結合を特徴的に有してもよい。Ｒ¹および／またはＲ²によって示されるシクロアルキルアルキル、シクロアルケニルアルキル、シクロアルキルアルケニル、またはシクロアルケニルアルケニル基は、適宜、５〜１２員環のシクロアルキルまたはシクロアルケニル環を特徴的に有し、そのような基のアルキルまたはアルケニル部分は、１〜８個の炭素原子を含むことができ、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、そのような基の一部としてのアルケニルの場合、４個以下の二重結合を特徴的に有してもよい。さらに、式Ｉの定義でも示したように、このような基のシクロアルキルまたはシクロアルケニル環の部分は、非置換であるか、１、２または３個のメチルまたはエチル基で置換されており、ジまたはトリ置換の場合、置換基は、同じである（メチルまたはエチル）こともできるし、異なる（メチル置換基とエチル置換基との混合）こともできる。特に好ましい、場合によっては置換されているシクロアルケニル基（シクロアルケニルアルキルまたはシクロアルケニルアルケニルの一部として）は、周知の２，６，６−トリメチル−１−シクロヘキセン−１−イル基である。

明らかに、Ｒ¹またはＲ²のいずれかの炭素原子の総数は、適切であれば、環メチルまたはエチル置換基を含めて、全体として最大４０個の炭素原子を含む分子Ｒ¹−ＣＨ₂−ＣＯ−ＣＨ₂−Ｒ¹の基準を満たすための、残りのＲ¹またはＲ²の炭素原子数によって制限される。

特に興味深いものは、メチルエチルケトン、６−メチル−５−ヘプテン−２−オン、６−エチル−５−オクテン−２−オン、ヘキサヒドロプソイドイオノン（６，１０−ジメチル−２−ウンデカノン）、４−（２，６，６−トリメチル−ｌ−シクロヘキセン−１−イル）−３−ブテン−２−オン、および６，１０，１４−トリメチル−２−ペンタデカノン（すべて式Ｉのケトン）のエチニル化ならびに式Iのケトンではないが、それにも関わらず、本発明の方法によりアセチレンと反応させることができる他多くのケトンの１種であるメチルグリコールジメチルアセテート［ＣＨ₃ＣＯＣＨ（ＯＣＨ₃）₂］のエチニル化に適用された場合の本発明の方法である。これら特に指定されたケトン類のうち、６−メチル−５−ヘプテン−２-オンが、本発明の方法によってアセチレンと反応させることができる特に好ましいケトンである。この場合の生成物はデヒドロリナロールである。

本発明の方法で溶媒として使用されるアンモニアは、温度および圧力を適当に選択することによって液体状態で維持され、反応温度は、好都合には約０〜約４０℃の範囲であり、圧力は、反応温度に依存して約１０〜約２０バール（約１〜約２MPa）の適切な値である。反応溶媒として液化アンモニアを用いることにより、本発明の方法は有機溶媒の使用を回避させ、それが長所の１つである。

反応温度は、約１０〜約３０℃が好ましく、約１２〜約２０℃がより好ましい。

本発明の方法を実施するにあたり、反応混合物におけるホルムアルデヒド、アルデヒド、またはケトン（カルボニル化合物）、たとえば式Ｉのケトンに対するアセチレンのモル比は、一般的に約２．５：１〜約３．５：１の範囲である。更に、該方法におけるカルボニル化合物に対するアンモニアのモル比は、一般的に約１０：１〜約２０：１であり、好ましくは約１２：１〜約１５：１である。

本発明の方法は、カルボニル化合物のエチニル化のためのそのものは公知である方法で実施することができる。典型的には、アセチレンのアンモニア溶液と、別に、ホルムアルデヒド、アルデヒド、またはケトンとを、強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂で満たされた反応器または並行反応器に導入すると、選択された温度および圧力で反応が起こる。

各反応器は、固定床型反応器が好都合である。通常、反応システムは、全体として、触媒を再生し、アンモニア溶媒および過剰な未反応の出発物質であるアセチレンおよびカルボニル化合物を再利用するための手段を特徴的に有する。

好ましい反応条件下で、１０００時間を超えて反応器を連続的に作動させることができると同時に触媒を約５回再生させることができることがわかった。本発明のエチニル化法を連続法として実施するにあたり、２個以上の反応器を並行に作動させ、それにより、１個以上の反応器でエチニル化工程を進行させながら他の（さらなる）反応器で樹脂を再生させることが可能である。別のやり方として、カルボニル化合物の、アセチレン性不飽和アルコールへのより完全な転換を促進するため、２個以上の反応器を直列に接続することもできる。そのような反応器および再生系の模式図が添付図面に示されている。

触媒の再生は、例えば、約３〜１０重量％、好ましくは約４〜６重量％のメタノール性アルカリ水酸化物、例えば水酸化カリウムですすぎ、続いてメタノールですすいで該アルカリを除去することによって実施することができる。必要な触媒再生回数は、触媒そのもの、反応パラメータ、および所望の生成物の純度の要求度に依存し、生成されるときの反応生成物の組成をモニターすることによって決定することができる。

本発明の方法は、さらなる態様として、上述した触媒の反応後再生を包含する。

優れた空間時収率を提供する他に、本発明の方法は、エチニル化反応における有機溶媒の使用を回避させ、比較的低い反応温度および圧力で進行し、触媒の頻繁な再生による長い触媒寿命を通して長い反応サイクルが可能である。

以下の実施例によって本発明を例示する。

内径２．８cmおよび長さ１１７．６cmの２個の直列に接続した管状反応器を含み、全反応器容量が１．４５Lである反応器系を使用した。溶出液がｐＨ７に達するまで脱イオン水ですすき、その後、メタノールで洗浄して水を除き、６−メチル−５−ヘプテン−２−オン（「メチルヘプテノン」）ですすいでメタノールを除去することによって前処理しておいた触媒AMBERSEP（登録商標）９００ＯＨ ３３４g（約１．２Ｌ）を各反応器に充填した。最終的に、過剰のメチルヘプテノンを触媒から排出させた。

アセチレンを６℃および９バール（０．９MPa）でアンモニアに溶解させると、結果として、液体相にアセチレン約２４重量％を含む混合物が得られた。この混合物を１．６kg/hの速度で反応器系に上昇流で導入した。同時に、メチルヘプテノンを０．７８L/h（約０．６７kg/h）の速度で反応器系に上昇流で導入した。反応管中の温度を１５〜１８℃に維持し、圧を１２バール（１．２MPa）に調節した。

反応器を出た粗生成物を、７８℃の加熱分離装置中、所望の反応生成物、すなわちデヒドロリナロール（ＤＬＬ）を含有する画分と、アンモニア−アセチレン混合物とに分け、続いて後者を再利用した。

この連続工程で１０００時間後、反応器容量１Lおよび１時間あたり約５００〜５４０gのＤＬＬが得られ、収率は約２．８７ｈ^-1のＬＨＳＶに対応するものであった。

平均的な生成物組成は、ガスクロマトグラフィーによると、ＤＬＬ９６．４面積％［ＧＣ面積％］、メチルヘプテノン１．１７ＧＣ面積％およびジオール副生成物０．３４ＧＣ面積％であった。

アセチレン−アンモニア混合物の導入を停止することによって連続生産を一時的に中断して触媒をメチルへプテノンですすぐことができるようにし、その後、メチルへプテノンの導入を中断し、その代わりに、触媒を、０．２５L/hの速度で１９．２時間、水酸化カリウム５重量％を含むメタノール（総量４．８L）の流れに供し、このアルカリ性メタノールの通過を停止し、触媒を代わりにメタノールでたとえば０．２５L/hの速度でさらに１９．２時間（総量４．８L）洗浄し、最後に、アセチレン−アンモニア混合物およびメチルヘプテノンの連続導入を再開させることにより、触媒を再生させることができる。

反応器及び再生系の模式図である。

Claims (13)

1. アンモニアおよび強塩基性マクロ孔質陰イオン交換樹脂の存在下、ホルムアルデヒド、アルデヒド、またはケトン（カルボニル化合物）をアセチレンと反応させることを含み、
   陰イオン交換樹脂が、ポリスチレンマトリックスおよび第四アンモニウム基を特徴的に有するものであり、
   反応温度が０〜４０℃の範囲であり、圧力が、アンモニアを液化状態で維持するのに適当な、反応温度に依存して１０〜２０バール（１〜２ＭＰａ）の値である、
   アセチレン性不飽和アルコールの製造法。
2. カルボニル化合物が、一般式
   （式中、Ｒ^１およびＲ^２は、それぞれ独立して、水素、アルキル、アルケニル、シクロアルキルアルキル、シクロアルキルアルケニル、シクロアルケニルアルキル、またはシクロアルケニルアルケニルを意味し、最後に挙げた４種の基それぞれは、場合によっては、そのシクロアルキルまたはシクロアルケニル環が適宜、１〜３個のメチルまたはエチル基によって置換されており、炭素原子の総数は、−ＣＨ_２−ＣＯ−ＣＨ_２−基の炭素原子を含め、４０を超えない）
   のケトンである、請求項１記載の製造法。
3. ケトンが、メチルエチルケトン、メチルグリオキサールジメチルアセタール、６−メチル−５−ヘプテン−２−オン、６−エチル−５−オクテン−２−オン、ヘキサヒドロプソイドイオノン、４−（２，６，６−トリメチル−ｌ−シクロヘキセン−１−イル）−３−ブテン−２−オン、または６，１０，１４−トリメチル−２−ペンタデカノンである、請求項１又は２記載の製造法。
4. ケトンが６−メチル−５−ヘプテン−２−オンであり、生成物がデヒドロリナロールである、請求項３に記載の製造法。
5. カルボニル化合物に対するアセチレンのモル比が２．５：１〜３．５：１である、請求項１〜４のいずれか１項記載の製造法。
6. カルボニル化合物に対するアンモニアのモル比が１０：１〜２０：１である、請求項１〜４のいずれか１項記載の製造法。
7. 触媒を再生するための手段を全体として特徴的に有する反応器系で反応を実施し、触媒の再生が、３〜１０重量％のメタノール性アルカリ水酸化物ですすぎ、続いてメタノールですすいでアルカリを除去することによって実施される、請求項１〜６のいずれか１項記載の製造法。
8. 陰イオン交換樹脂が、ポリスチレンマトリックスおよび第四アンモニウム基を特徴的に有するタイプＩまたはタイプＩＩの陰イオン交換樹脂である、請求項１に記載の製造法。
9. カルボニル化合物に対するアンモニアのモル比が１２：１〜１５：１である、請求項１〜４のいずれか１項記載の製造法。
10. 反応温度が１０〜３０℃の範囲であり、圧力が、アンモニアを液化状態で維持するのに適当な、反応温度に依存して１０〜２０バール（１〜２ＭＰａ）の値である、請求項１〜６、８及び９のいずれか１項記載の製造法。
11. 反応温度が１２〜２０℃の範囲であり、圧力が、アンモニアを液化状態で維持するのに適当な、反応温度に依存して１０〜２０バール（１〜２ＭＰａ）の値である、請求項１〜６、８及び９のいずれか１項記載の製造法。
12. 触媒を再生するための手段を全体として特徴的に有する反応器系で反応を実施し、触媒の再生が、４〜６重量％のメタノール性アルカリ水酸化物ですすぎ、続いてメタノールですすいでアルカリを除去することによって実施される、請求項１〜６及び８〜１１のいずれか１項記載の製造法。
13. メタノール性アルカリ水酸化物が水酸化カリウムである、請求項７又は１２に記載の製造法。