JP4558497B2 - １，４−ブタンジオール・モノニトレートの精製方法 - Google Patents

Description

本発明は、効率的で容易に制御可能であることから、操作者にとって、より安全な方法での1,4-ブタンジオール・ジニトレート(BDDN)および1,4-ブタンジオール(BD)からの1,4-ブタンジオール・モノニトレート(BDMN)の精製方法に関する。

BDMNは、一酸化窒素(NO)放出性NSAID、すなわち、一酸化炭素を放出する非ステロイド性抗炎症薬の合成における重要な中間体である。NO-NSAIDは、解熱作用および抗炎症作用をもつが、胃腸毒性が他の非ステロイド性抗炎症薬よりも低い。NO-NSAIDの例は、NO-アセチルサリチル酸、NO-ジクロフェナク、NO-ナプロキセン、NO-ケトプロフェンおよびNO-イブプロフェンである。NO-ナプロキセンの製造が、たとえば、WO 01/10814に記載されている。
BDDNの合成は、ニトログリセリンの使用に関連する問題と類似した製造、保管および輸送に関する問題を含むので、BDDNからの還元または加水分解によるBDMNの工業生産は、問題があり、選択性に乏しい。
現在までの利用可能な方法によるBDのモノニトロ化もまた、強力な酸化剤（硝酸）が不安定な基質と接触するときに危険な分解反応がたやすく起こるので、工業規模で問題があり、選択性に乏しい。

さらに、BDのモノニトロ化によって得られたBDMNは、未反応のBDDNおよびBDから分離しなければならない。しかし、このような分離は、BDDNと同様にBDMNが爆発特性をもつことから、結晶化技術も蒸留技術も用いることができないという点において、潜在的に危険である。実際に、BDMNおよびBDDNは、室温で液体であり、摩擦または固着による結晶化が起こると分解することがあり得る。同じように、蒸留は、純粋な形での爆発性化合物を回収するために、明らかな危険を伴う。それらの化学物理的特性を高所して、BDDNおよびBDMNを含む混合物の蒸留は、自発的爆発性分解が起こりうる温度への加熱を必要とする。
したがって、結晶化または蒸留を回避する、BDおよびBDDNからBDMNを精製する方法が必要とされる。

発明の詳細な記載

現在、水および水非混和性有機溶媒による連続抽出によって、BDMNが工業的に有利な収率でBDおよびBDDNから選択的に分離されうることが見出されている。
したがって、本発明の目的は、水非混和性有機溶媒中の1,4-ブタンジオール・ジニトレートおよび1,4-ブタンジオールの溶液からの1,4-ブタンジオール・モノニトレートの分離方法であり、次のステップを含む：
a)該溶液からの水によるBDMNの抽出；
b)得られる水性溶液からの水非混和性の有機溶媒によるBDMNの抽出。

好ましい態様において、本発明は、後のステップb)で用いる溶媒と同じ有機溶媒による抽出カラム(A)から出てくる水性溶液の洗浄にある、さらなるステップc)を含む。該洗浄により、ステップb)に付す前に、水性相からBDDNが除去される。
さらなる好ましい態様において、本発明は、ステップa)からの残留有機溶液が、カラム(B)から出てくる水性相により抽出される、さらなるステップd)を含む。得られるBDMNに富んだ水性溶液を最初の抽出カラム(A)に再循環させる。
本発明に用いることができる典型的な水非混和性有機溶媒は、たとえば、モノ、ジ、トリまたはテトラ塩化C1-C4アルキル、好ましくはジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、トリクロロエタンおよびテトラクロロエタン、特にジクロロメタンなどの塩素系溶媒である。分離方法に付されるBD、BDMNおよびBDDNの溶液中の水非混和性有機溶媒およびステップb)の抽出に用いられる水非混和性有機溶媒が同じであるのが好ましい。

本発明方法は、ステップa)およびb)ならびに任意でステップc)および／またはd)にしたがって、水および水非混和性有機溶媒による１つ以上の抽出サイクルからなる。好ましくは、本発明方法は、１〜４回、好ましくは２または３回、最も好ましくは２回のa)およびb)サイクルを含む。
必要に応じて、本発明方法で得た精製BDMNを含む有機溶媒を濃縮することができる。
本発明の別の態様は、本発明方法によって得られる、高純度、典型的には純度99%以上の1,4-ブタンジオール・モノニトレートである。
本発明の別の態様は、本発明方法によって得られる、実質的に1,4-ブタンジオール・ジニトレートを含まない、水非混和性有機溶媒中の1,4-ブタンジオール・モノニトレートの溶液である。

1,4-ブタンジオール・モノニトレートの溶液は、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、トリクロロエタンおよびテトラクロロエタン（特にジクロロメタンが好ましい）から選ばれる有機溶媒中、実質的に1,4-ブタンジオール・ジニトレートを含まない。
本発明の中支出方法に付されるBDMN、BDDNおよびBDを含む溶液は、1,4-ブタンジオールのモノニトロ化のための水非混和性有機溶媒中の従来の合成方法または別の本発明の態様である新規な方法のいずれかによって得ることができる。
この方法の本質は、上記定義したものから選ばれる水非混和性有機溶媒中で「安定化」硝酸で処理することによる1,4-ブタンジオールのニトロ化にある。

語句「安定化」硝酸は、約83〜約85%、好ましくは約84.5〜約84.8%の範囲の濃度を有し、実質的に亜硝酸および窒素酸化物を含まない、水で希釈された硝酸溶液を意味する。語句「実質的に亜硝酸および窒素酸化物を含まない」は、典型的には、溶液の濃度が10 ppm、好ましくは5 ppmよりも低いことを意味する。この「安定化」硝酸もまた、本発明の目的である。
「安定化」硝酸の製造は、たとえば、水で発煙硝酸を希釈して、約83〜約85%の範囲の濃度にし、次いで、存在する亜硝酸および窒素酸化物を除去しうる量の作用剤で処理することによって行うことができる。該作用剤は、約0.3〜約1% w/wの範囲の量の、たとえば、尿素またはスルファミン酸、好ましくは尿素でありうる。発煙硝酸への該作用剤の水性溶液の添加によって、同じ結果が得られる。亜硝酸および窒素酸化物を完全に除去するのに必要な当該作用剤と硝酸との接触時間は、約80〜約130分間の範囲である。該作用剤が尿素である場合、その量は、約0.6〜約1% w/w、好ましくは約0.7〜約1% w/wの範囲であり、接触時間は、好ましくは約95〜約120分間の範囲である。

本発明の「安定化」硝酸は、結局は、強い分解反応を引き起こすような濃度で亜硝酸および窒素酸化物が再度放出されるので、安定化から3時間以内に使用すべきである。
「安定化」硝酸の1,4-ブタンジオールに対する重量比が、約11：1〜約14.5：1の範囲であるのが好ましく、ニトロ化が、約10〜約30分間の範囲の時間で行われるのが好ましい。
このような方法では、1,4-ブタンジオールにおいて工業的に有利な収量が得られ、操作者に対する危険は、亜硝酸を除去するために硫酸または尿素を加えることもある濃硝酸によるニトロ化に付随する危険よりも低い。

本発明の抽出工程に付す前に、副産物および未反応の出発生成物を除去するためにニトロ化溶液を処理し、次いで、適当に濃縮することができる。該溶液は、実際のところ、脱水および／または酸化に由来する他の副産物も含んでいる、有機溶媒中のBDMN、副産物BDDN、未反応BDおよび硝酸の未精製混合物である。溶液は、最初に、濃水酸化ナトリウム溶液によって部分的に中和され、したがって、得られる硝酸ナトリウム水溶液中の大部分の未反応BDが抽出される。次いで、蒸発によって有機層を濃縮し、希塩基性溶液で中和する。
本発明の分離工程に付された溶液が、約11%〜約15% w/wの範囲の量、好ましくは11% w/wのBDMN；約3〜約4.5% w/wの範囲の量、好ましくは4% w/wのBDDN；約0.2〜約0.8% w/wの範囲の量のBD（BDMNに対して）を含むのが好ましい。より濃厚な溶液による抽出がより効率的であるが、総ニトロエステル濃度が15% w/w以上である場合、溶液は爆発性がある。

ステップa)およびb)による抽出は、２個以上、好ましくは２、３または４個、より好ましくは２個の液−液向流抽出カラム［ステップa)においてカラム(A)およびステップb)においてカラム(B)と称する］を用いて行うのが好ましい。カラム(A)および(B)は、45〜55プレートおよび必要に応じて頂部と底部にデカンターを有するプレートカラムであるのが好ましい。頂部と底部にデカンターを備えた公称流速約5〜50リットル／時間の液−液向流抽出カラムが特に適当である。特定の好ましい抽出方法にしたがって、Kuhni (Basilea、スイス)のE60/50Gモデルのカラムで該抽出を行う。
BDMNおよびBDDNの熱安定性に適合した温度、すなわち、有機溶媒の沸点以下の温度、好ましくは室温で２つの抽出を行う。

抽出ステップa)のために、BDMN、BDDNおよびBDのジクロロメタン溶液、すなわち、前述の処理により得られる「未精製生成物」を第１抽出カラム(A)の頂部に供給し、一方、水を該カラムの底部に供給する。水性溶液中のすべての残留BD、大部分のBDMNおよび非常に少ないアリコートのBDDNがカラム(A)の頂部から出て行く。大部分のBDDNおよび少量のBDMNを含んでいるジクロロメタン溶液からなるラフィネート（不溶解物）は、該カラムの底部から出て行く。
抽出ステップb)のために、第１抽出カラム(A)からのBDMN、残留BDおよび非常に少量のBDDNの水性溶液を第２抽出カラム(B)の底部に供給し、一方、新鮮なジクロロメタンを該カラムの頂部に供給する。すべての残留BDおよびいくらかのBDMNを含んだ水が第２カラムの頂部から出て行き、一方、エキストラクト（抽出物）、すなわち、精製BDMNおよびごく少量のBDDNを含んでいるジクロロメタン溶液は、底部から出て行く。

抽出器(C)で行う任意ステップc)は、BDMNの純度レベルを増加させ、以下のように達成することができる。第１カラム(A)から出て行く水性溶液を、カラム(A)に供給されるジクロロメタン溶液に関して約7〜約20% w/wの範囲の適当な量のジクロロメタンで処理する。処理により、BDMN（約1-2%）と比べて幾分高い濃度で依然として存在するBDDN（わずかに水溶性（溶解度＜0.05%）であるが）が除去される。たとえば、抽出器(C)は、下流にデカンターを備えた従来の反応器でありうる。デカンテーション後、今や実質的にBDMNおよび残留BDのみを含む水性相を第２抽出カラム(B)に供給する。BDDNを含む有機相を再循環させる。

ステップd)のために、非常に少量のBDMNを含む、第２抽出カラム(B)からの水性相が、カラム(A)からのジクロロメタンラフィネートと混合され、それは、入れ代わって少量のBDMNを含むようになる。抽出およびそれに続くデカンテーションにより、BDMNに富む水性相が提供され、第１抽出カラム(A)へ再循環される。この方法において、BDMNの収量をさらに増加させることができる。
図１に示した図式から、本発明の工程が抽出水の著しい節約をも提供することが明らかである。実際に、第２抽出カラム(B)から出て行く残留BDを含む水は、そのBD含量が抽出工程に適合するまで、第１抽出カラム(A)へ再循環される。

上記の説明から、本発明の工程により、低い危険性、良好な選択性および高収率でBDおよびBDDNからBDMNを分離することができることが理解されよう。抽出収率（未精製溶液中に存在するBDMNに対する精製されたBDMNのパーセンテージ比率として表す）は、90% w/w以上である。
さらに、得られる有機溶液は、高純度、典型的には、純度99.0%以上のBDMNを含む。たとえば、ジクロロメタン溶液は、約5〜約8% w/wの範囲の量で純度約99.5〜約99.9%のBDMNを含む。したがって、溶液は、実質的にBDDNを含まない。実際、有機溶媒中のBDDNの残留量は、0.2%以下であり、ジクロロメタンの場合、0.15%以下である。
必要に応じて、いったん、抽出が完了すれば、輸送または保管をより容易にするために、精製されたBDMN有機溶液を、最終的に、濃度約15% w/wまでたとえば減圧下で濃縮することができる。高いBDMN含量の溶液の使用は、潜在的に操作者にとって危険である。
以下の実施例によって本発明をさらに説明する。

実施例１−水／ジクロロメタンによる精製
２個のKuhniのE60/50Gモデルの抽出カラムを使用する。未精製溶液（約11%のBDMNおよび約4%のBDDNを含む）を第１カラムの頂部に供給する(6.5 kg/時間)［ここで、溶液は、第２カラムの頂部から出て行く抽出された水(約0.3%のBDMNを含む)に遭遇し(42.3 kg/時間)、逆流する］。ラフィネート(約0.6%のBDMNおよび約6%のBDDNを含む)は、第１カラムの底部から出て行き、BDMNに富んだ抽出水(約1.6%のBDMNおよび＜0.05%のBDDN)は、該頂部から出て行き(42.9 kg/時間)、脱乳化器（de-emulsifier）を通過し、次いで、第２カラムの底部に供給される［ここで、該水は、逆流する新鮮なジクロロメタン(11.1/時間)に遭遇する］。いくらかのBDMNを含む水は、第２カラムの頂部から出て行き、第１カラムに再循環され、一方、精製BDMNを含むジクロロメタン溶液(約6% w/wのBDMN)は、該第２カラムの底部から出て行く。次いで、エキストラクト中の純度99.5%を示すBDMN(0.5%のBDDN)を15% w/wに濃縮する。未精製溶液中に存在するBDMNに対する精製BDMNの比率として表される抽出収率は、約94% w/wである。

実施例２−水／ジクロロメタンによる精製
プラントは、実施例１と実質的に同じであるが、攪拌システムおよび分離器を備えた5リットルの反応器を２個の蒸留カラムの間に取り付ける。このステップにおいて、第１カラムの頂部を出て行く水に可溶化されたBDDNが、ジクロロメタンで抽出され(1.0 kg/時間)、分離後に再循環される。したがって、最終エキストラクトは十分に純粋である(BDDN＜0.1%)。

実施例３−「安定化」硝酸の製造
冷却器および撹拌器を備えたステンレス鋼反応器に、亜硝酸含量0.09%の希硝酸約90 kgを入れる。675 gの尿素ビーズに攪拌しながら硝酸溶液を加える。溶液を約90分間攪拌し、次いで、溶液の色の観察および過マンガン酸塩での測定の両方によって、すべての亜硝酸および窒素酸化物の消失をチェックする。必要ならば、亜硝酸および窒素酸化物の除去が完了するまで、さらなる尿素を少量ずつ加える。

実施例４−1,4-ブタンジオール・モノニトレート
ステンレス鋼反応器に931 gのジクロロメタンおよび385 gの「安定化」硝酸を連続して入れる。分散物を攪拌しながら約0℃に冷却し、次いで、ジクロロメタン中の1,4-ブタンジオールの70/30溶液50 gを一度に加える。反応混合物を約−2℃〜2℃の範囲の温度に攪拌しながら維持する。反応混合物のサンプルにおいてニトロ化動態をモニターする。20分後、氷／水(385 g)混合物に注ぎ入れることによって反応を停止し、次いで、温度を15℃以下に維持しながら433 gの40% NaOHで中和する。次いで、1,4-ブタンジオール・モノニトレート(19.2 g)、1,4-ブタンジオール・ジニトレート(6.4 g)および1,4-ブタンジオール(0.1 g)を含む有機相を分離し、次の精製に付す。

図１は、本発明の精製プラントの必須要素、すなわち、抽出カラム(A)、抽出カラム(B)および任意ステップc)のための反応器(C)を示す［ここで、工程は、溶媒としてジクロロメタンを用いて行う］。ジクロロメタンが水より軽い有機溶媒と置換される場合、流体は、逆の方法で抽出カラム(A)および(B)に供給される。

Claims (9)

1. モノ、ジ、トリまたはテトラ塩化C1-C4アルキル中の1,4-ブタンジオール・ジニトレートおよび1,4-ブタンジオールの溶液からの1,4-ブタンジオール・モノニトレートの分離方法であって、
   a)該溶液からの水による1,4-ブタンジオール・モノニトレートの抽出；
   b)得られる水性溶液からのモノ、ジ、トリまたはテトラ塩化C1-C4アルキルによる1,4-ブタンジオール・モノニトレートの抽出；
   を含む方法。
2. ステップa)およびb)の抽出が、２個以上の抽出カラムにて向流で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステップa)およびb)の抽出が、２、３または４個の抽出カラムにて向流で行われる請求項１に記載の方法。
4. ステップa)およびb)の抽出が、２個の抽出カラムにて向流で行われる請求項３に記載の方法。
5. ステップb)の抽出の前に、モノ、ジ、トリまたはテトラ塩化C1-C4アルキルで、ステップa)の抽出から出てくる水性相を洗浄して、1,4-ブタンジオール・ジニトレートを除去する請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. ステップb)からの水性相によるステップa)から得られる有機溶液の抽出およびステップa)の抽出カラムへの水性溶液の再循環を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
7. ステップa)およびb)の抽出を１〜４回含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. モノ、ジ、トリまたはテトラ塩化C1-C4アルキルが、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、トリクロロエタンおよびテトラクロロエタンから選ばれる請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
9. モノ、ジ、トリまたはテトラ塩化C1-C4アルキルが、ジクロロメタンである請求項８に記載の方法。

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