JP4796776B2 - ４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの製造方法 - Google Patents
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本発明は、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの製造方法に関する。
４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンは、色素増感太陽電池用色素材料として有用な化合物である（例えば、特許文献１〜３参照）。最近では色素増感太陽電池の性能向上のため、高純度の４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンが求められている。
４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンは、例えば、パラジウム触媒及び塩基の存在下、２−クロロピリジン−４−カルボン酸又は２−クロロ−４−シアノピリジン等を原料として、カップリング反応を行った後、得られた反応混合物に酸を添加して、反応混合物をｐＨ１程度の酸性にし、析出した４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの結晶を濾過等で分離して得られる（例えば、特許文献４参照）。このようにして得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンは純度が約９０％と低く、特に色素増感太陽電池の分野では満足できるものではない。
特開平６−２７９４７４
特開２０００−１００４８２
特開２００１−２４７５４６
特表２００２−５１３００３
本発明は、工業的に優位な高純度の４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを製造する方法を提供することを課題とする。また、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの精製方法を提供することを課題とする。
本発明者が上記課題を解決するために検討を行ったところ、上記のカップリング反応では副生成物としてイソニコチン酸が生成し、それが４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンと同時に析出することで、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの純度低下を招いている知見を得た。そこで、さらに鋭意検討を重ねた結果、反応混合物に酸を加えて４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの結晶を析出させる際に、反応混合物のｐＨを特定範囲に調整することで、容易に高純度の４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は塩基性条件下で式（１）：
本発明方法によれば、工業的に容易に高純度の４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを製造、また精製できるため、本発明は工業的利用可能性大なるものである。
以下に本発明を詳細に説明する。
式（１）中、ハロゲン原子としては、例えば塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、アルカリ金属原子としては、例えばリチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子等が挙げられ、ナトリウム原子及びカリウム原子が好ましい。
式（１）中、ハロゲン原子としては、例えば塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、アルカリ金属原子としては、例えばリチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子等が挙げられ、ナトリウム原子及びカリウム原子が好ましい。
２−ハロゲノピリジン類（１）としては、例えば２−クロロ−４−シアノピリジン、２−ブロモ−４−シアノピリジン、２−ヨード−４−シアノピリジン、２−クロロピリジン−４−カルボン酸、２−ブロモピリジン−４−カルボン酸、２−ヨードピリジン−４−カルボン酸、２−クロロピリジン−４−カルボン酸ナトリウム、２−ブロモピリジン−４−カルボン酸ナトリウム、２−ヨードピリジン−４−カルボン酸ナトリウム、２−クロロピリジン−４−カルボン酸カリウム、２−ブロモピリジン−４−カルボン酸カリウム、２−ヨードピリジン−４−カルボン酸カリウム等が挙げられる。
かかる２−ハロゲノピリジン類（１）は、フリー体を用いてもよいし、例えば塩酸塩等の酸付加塩を用いてもよい。
本発明における反応混合物は、通常特許文献４の公知の製造方法に従って得ることができる。例えば塩基（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）及び触媒（パラジウム炭素等）の存在下、２−ハロゲノピリジン類（１）を、水と有機溶媒（メタノール等）との混合溶媒中で約６０℃〜９０℃程度に加熱してカップリング反応せしめた後、濾過等の公知の分離操作により、反応に使用した触媒等を濾別することで得られる。また、反応には必要に応じて、還元性のある添加剤（ヒドラジン、ヒドロキシルアミン等）を加えてもよい。また、反応混合物は、必要に応じて含有する有機溶媒を除去したものを用いてもよいし、着色が見られる場合には、活性炭等の公知の脱色剤を用いて処理したものを用いてもよい。反応混合物の液体クロマトグラフィー分析によれば、反応混合物中のイソニコチン酸と４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの比率は、通常３：９７〜３０：７０程度である。
本発明の製造方法は、攪拌下、反応混合物に酸を添加して、反応混合物を通常ｐＨ４〜６、好ましくはｐＨ４．５〜５．５の範囲に調整することで実施される。このようにすれば、析出した４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンに含有するイソニコチン酸の量が０．５％以下となる。
酸としては、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸又は過塩素酸等の無機酸或いは酢酸、プロピオン酸又はメチルスルホン酸等の有機酸が挙げられ、好ましくは無機酸であり、特に好ましくは塩酸、硫酸又は硝酸である。
酸添加時の温度は、通常０℃〜８０℃、好ましくは１０℃〜４０℃である。
酸添加終了後、反応混合物から析出した４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの結晶を濾過等の公知の方法により分離し、乾燥することで高純度の４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンが得られる。
本発明の精製方法は、イソニコチン酸を含有する４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを、まずこれらを十分に中和できる量の塩基（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）を含有する水溶液と混合して溶解し、次いで得られた水溶液を０℃〜８０℃、好ましくは１０℃〜４０℃に保ちながら前述の酸を添加して通常ｐＨ４〜６、好ましくはｐＨ４．５〜５．５の範囲に調整して４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを析出させることで実施される。このようして析出した４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを濾過乾燥すれば、高純度の４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンが得られる。
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によってなんら限定されるものではない。なお、反応混合物中の４，４‘−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンとイソニコチン酸の比率は、液体クロマトグラフィー分析の面積比率により算出した。
製造例１
水酸化ナトリウム４４．６ｇ（１．１２モル）、水９０ｇ、メタノール５００ｇの混合溶液に５％カーボン担持型パラジウム触媒（水５０％含有）４．００ｇ及び２−クロロ−４−シアノピリジン５０．０ｇ（０．３６モル）を添加し、窒素雰囲気下、７５℃で２５時間攪拌して反応させた。反応終了後、冷却し、水３５５．０ｇで希釈した。この希釈液より触媒を濾過し、メタノールを減圧留去した後、濃縮残渣に水６２７．３ｇを加えた。その濃縮残渣に３０℃で１０%塩酸水溶液６０．４ｇを加えてｐＨ６．５とした。この中和液に活性炭２．５０ｇを加え３０℃で２時間攪拌し、活性炭を濾過後、反応混合物を得た。
水酸化ナトリウム４４．６ｇ（１．１２モル）、水９０ｇ、メタノール５００ｇの混合溶液に５％カーボン担持型パラジウム触媒（水５０％含有）４．００ｇ及び２−クロロ−４−シアノピリジン５０．０ｇ（０．３６モル）を添加し、窒素雰囲気下、７５℃で２５時間攪拌して反応させた。反応終了後、冷却し、水３５５．０ｇで希釈した。この希釈液より触媒を濾過し、メタノールを減圧留去した後、濃縮残渣に水６２７．３ｇを加えた。その濃縮残渣に３０℃で１０%塩酸水溶液６０．４ｇを加えてｐＨ６．５とした。この中和液に活性炭２．５０ｇを加え３０℃で２時間攪拌し、活性炭を濾過後、反応混合物を得た。
製造例２
８５％水酸化カリウム６４．１ｇ（１．０６モル）、水４７２．２ｇ、メタノール２４８．７ｇの混合溶液に５％カーボン担持型パラジウム触媒（水５０％含有）３．９４ｇ、８０％ヒドラジン１１．９ｇ及び２−クロロピリジン−４−カルボン酸７８．７ｇ（０．５０モル）を添加し、窒素雰囲気下、６５℃で４時間攪拌して反応させた。反応終了後、冷却し、水３１４．０ｇで希釈した。この希釈液より触媒を濾過し、メタノールを減圧留去した後、濃縮残渣に水１１９．７ｇを加えた。その濃縮残渣に３０℃で１０%塩酸水溶液４４．３ｇを加えてｐＨ７．２とした。この中和液に活性炭３．９０ｇを加え３０℃で２時間攪拌し、活性炭を濾過後、反応混合物を得た。
８５％水酸化カリウム６４．１ｇ（１．０６モル）、水４７２．２ｇ、メタノール２４８．７ｇの混合溶液に５％カーボン担持型パラジウム触媒（水５０％含有）３．９４ｇ、８０％ヒドラジン１１．９ｇ及び２−クロロピリジン−４−カルボン酸７８．７ｇ（０．５０モル）を添加し、窒素雰囲気下、６５℃で４時間攪拌して反応させた。反応終了後、冷却し、水３１４．０ｇで希釈した。この希釈液より触媒を濾過し、メタノールを減圧留去した後、濃縮残渣に水１１９．７ｇを加えた。その濃縮残渣に３０℃で１０%塩酸水溶液４４．３ｇを加えてｐＨ７．２とした。この中和液に活性炭３．９０ｇを加え３０℃で２時間攪拌し、活性炭を濾過後、反応混合物を得た。
実施例１
製造例１で得られた反応混合物（イソニコチン酸：４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン＝２２：７８）に３０℃で１０％塩酸水溶液を滴下してｐＨ４．５とした以外は実施例１と同様にして行い、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを得た（純度９９．６％）。得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンにはイソニコチン酸が０．４％含有していた。
製造例１で得られた反応混合物（イソニコチン酸：４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン＝２２：７８）に３０℃で１０％塩酸水溶液を滴下してｐＨ４．５とした以外は実施例１と同様にして行い、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを得た（純度９９．６％）。得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンにはイソニコチン酸が０．４％含有していた。
比較例１
製造例１と同様にして得られた反応混合物（イソニコチン酸：４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン＝１７：８３）に３０℃で９８％硫酸水溶液を滴下してｐＨ３．３とした以外は実施例１と同様にして行い、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを得た（純度８３．１％）。得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンにはイソニコチン酸が１１％含有していた。
製造例１と同様にして得られた反応混合物（イソニコチン酸：４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン＝１７：８３）に３０℃で９８％硫酸水溶液を滴下してｐＨ３．３とした以外は実施例１と同様にして行い、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを得た（純度８３．１％）。得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンにはイソニコチン酸が１１％含有していた。
実施例２
製造例２で得られた反応混合物（イソニコチン酸：４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン＝４：９６）に３０℃で１０％塩酸水溶液を滴下してｐＨ５．５とし、３０℃で１５分攪拌した。析出した結晶を濾過し、水及びメタノールで洗浄後、得られた結晶を減圧下で乾燥し、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを得た（純度９９．５％）。得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンにはイソニコチン酸が０．４％含有していた。
製造例２で得られた反応混合物（イソニコチン酸：４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン＝４：９６）に３０℃で１０％塩酸水溶液を滴下してｐＨ５．５とし、３０℃で１５分攪拌した。析出した結晶を濾過し、水及びメタノールで洗浄後、得られた結晶を減圧下で乾燥し、４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを得た（純度９９．５％）。得られた４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンにはイソニコチン酸が０．４％含有していた。
Claims (2)
- 塩基性条件下で式（１）：
- イソニコチン酸を含有する４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを精製するにあたり、当該４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの塩基性水溶液を調製し、次いでその塩基性水溶液を酸でｐＨ４．５〜５．５の範囲に調製して４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンを析出させることを特徴とする４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジンの精製方法。
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