JP4822649B2 - ３−ヒドロキシアルカンニトリルおよびヒドロキシアミノアルカンの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、特定のアルケニルニトリルを、塩基を存在させてベンジルアルコールと反応させて３−ベンジルオキシアルカンニトリル付加物を形成する工程と、付加物を部分的に水素添加して３−ヒドロキシアルカンニトリルを形成する工程とを含む３−ヒドロキシアルカンニトリルを製造する方法を提供する。付加物はまた、完全に水素添加して３−ヒドロキシアミノアルカンを形成してもよい。
【０００２】
（発明の背景）
エポキシドとＨＣＮの反応によるヒドロキシアルカンニトリルの合成は知られている。例えば、フランス特許第１４４６１２７号には、アルキルアルミニウム化合物を存在させて、エポキシドをＨＣＮで処理することによりシアノヒドリンを調製することが教示されている。３−ヒドロキシアルカンニトリルはまた、ＪＰ−第０５３１７０６６号において、コリネバクテリウムのハロヒドリンエポキシダーゼを用いて１，２−エポキシドからも調製されている。
【０００３】
アルカノールアミン（ここではヒドロキシアミノアルカンとも称す）は、様々な触媒を存在させて、アルキレン酸化物とアンモニアの反応から調製されている。例えば、米国特許第５，６３３，４０８号には、炭酸アンモニウムを存在させて、アルキレン酸化物をアンモニアと反応させることが教示されている。米国特許第５，５９９，９９９号には、希土類触媒による液相におけるアルキレン酸化物のアンモニアとの反応が教示されている。アルキレン酸化物から出発してアルカノールアミンを製造するその他の方法は、米国特許第４，５６７，３０３号、第４，３５５，１８１号、第４，６０５，７６９号、第４，９３１，５９６号およびＪＰ−第０７０３３７１８Ａ号にある。
【０００４】
本発明者は、３−ヒドロキシアルカンニトリルの合成について出発材料としてペンテンニトリルを用いた単純な付加反応を用いることを希望した。数多くの実験作業の後、アクロレインやアクリルニトリルのような分子に水を添加するために用いた経路は、ペンテンニトリルから出発する３−ヒドロキシアルカンニトリルの合成に有効な方法は提供しないことを知見した。本発明の目的は、ミハエル型付加反応の後水素添加を用いる、３−ヒドロキシアルカンニトリルおよびアルカノールアミンに対する経路を与えることである。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、アルケニル−２−ニトリルまたは反応条件下で異性化してアルケニル−２−ニトリルを形成するアルケニルニトリルであるアルケニルニトリルを、塩基の存在下でベンジルアルコールと反応させて３−ベンジルオキシアルカンニトリル付加物を形成する工程と、付加物を微量のＨＣｌの存在下で部分的に水素添加して３−ヒドロキシアルカンニトリルを形成する工程とを含む３−ヒドロキシアルカンニトリルの製造方法を提供する。
【０００６】
本発明は、バッチ、セミバッチまたは連続プロセスとして実施してもよい。
【０００７】
本発明の方法に許容される塩基としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、第３級アミン、ルイス塩基および強塩基イオン交換樹脂からなる群より選択される塩基が挙げられる。
【０００８】
本発明の３−ヒドロキシアルカンニトリル生成物は、ベンジルオキシアルカンニトリル付加物の形成後、付加物が完全に水素添加されて３−ヒドロキシアミノアルカンを形成する場合、ヒドロキシアミノアルカンへ変換してもよい。
【０００９】
（詳細な説明）
本発明は、特定のアルケニルニトリルを、塩基を存在させてベンジルアルコールと反応させて３−ベンジルオキシアルカンニトリル付加物を形成する工程と、付加物を部分的に水素添加して３−ヒドロキシアルカンニトリルを形成する工程とを含む３−ヒドロキシアルカンニトリルを製造する方法を提供する。付加物はまた、完全に水素添加して３−ヒドロキシアミノアルカンを形成してもよい。
【００１０】
本発明により反応するアルケニルニトリルは、α、β不飽和のようなアルケニルニトリルである。すなわち、二重結合がＣＮ基に対して２位にある。
【００１１】
本発明に特に有用なのは２−ペンテンニトリルである。幾何異性体を含めた２−ペンテンニトリルは直接反応して付加物を形成する。３−および４−ペンテンニトリルは、本発明の反応条件下で異性化して２−ペンテンニトリルとなって反応して付加物を形成する。これらのペンテンニトリルは、アジポニトリルの製造における生成物によるものであるため、コスト効果のある出発材料である。本発明のプロセスにおいて、これらのペンテンニトリルは、混合物中で、互いに、または三者全てを併せて反応させ、いかなる比率で混合してもよく、また別個の化合物として反応させてもよい。
【００１２】
ベンジルアルコールは、通常、反応混合物中に、アルケニル−２−ニトリルと約２〜１モルの比率で存在している。塩基は、反応混合物の約１〜５重量％の範囲で存在している。
【００１３】
多くの塩基が本発明のプロセスに用いるのに好適であるが、アンモニアおよび第１級アミンは避けなければならない。好適な塩基としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、第３級アミン、ルイス塩基および強塩基イオン交換樹脂からなる群より選択される塩基が挙げられる。様々な物理形態で塩基を用いることも可能である。例えば、塩基は溶液、水溶液、固体粒子として用いてよく、または塩基は固体粒子に担持されていてもよい。塩基の固体形態は、例えば、水酸化ナトリウム、カリウムまたはカルシウムのような研削またはフレークアルカリ水酸化物、または炭酸カリウムや炭酸カルシウムのような金属炭酸塩の粒子であってもよい。塩基はまた、クレイ、シリカ、アルミナ、チタニアまたはジルコニアに堆積した水酸化カリウムのような第２の粒子に担持されていてもよい。塩基はまた溶液として（または溶液中で）、あるいは不活性有機溶剤中または水中で用いてもよい。
【００１４】
本発明のプロセスで形成されるヒドロキシアルカンニトリルは、様々なポリマーの部類；製薬のような多くの有機合成生成物の原材料および中間体；農薬；コーティングのモノマー；およびポリマー中間体を作成するのに出発材料として有用である。
【００１５】
３−ヒドロキシアルカンニトリルに対する付加物の軟または部分水素添加は、白金またはパラジウム触媒に通常担持された微量のＨＣｌを存在させて実施される。微量のＨＣｌとは、反応混合物中のＨＣｌが約０．０５〜約１重量％のＨＣｌの濃度であることを意味する。
【００１６】
アルカノールアミン（またはヒドロキシアミノアルカン）を形成するための３−ヒドロキシアルカンニトリルの水素添加は、ラネーニッケル、ラネーコバルト、クロム、ニッケル、鉄、モリブデンまたはこれら金属の混合物で促進されたラネーニッケルまたはラネーコバルト触媒のような金属触媒により行われる（ラネーは、Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ社の登録商標である）。水素添加は、通常、約７５〜約１５０℃の温度、約２００〜約４０００ｐｓｉｇの圧力で行われる。
【００１７】
本発明のプロセスは、反応混合物中に溶剤を、単体あるいは水との組み合わせで存在させて実施してもよい。かかる溶剤は、プロセスの反応条件下で不活性である必要がある。すなわち、溶剤は、目的のペンテンニトリルに付加したり、その他不可逆的に反応する材料や混合物であってはならない。好ましい溶剤としては、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メタノール、エタノールおよびイソプロパノールが挙げられる。水を反応溶液中に存在させてもよい。水をこの反応に存在させる場合には、反応混合物の約５重量％以下で水を存在させるのが好ましい。最も好ましい水の濃度は約２％である。この完全水素添加に用いられる触媒混合物において、触媒混合物は、１００〜１０００ｐｐｍのアルカリ金属またはアルカリ土類金属酸化物または水酸化物を含有する５重量％までのアルカリ水を含有していてもよい。
【００１８】
本発明のプロセスは、バッチ、セミバッチまたは連続プロセスとして実施してもよい。
【００１９】
本発明のプロセスを以下の実施例により例証する。これらの実施例は本発明を限定するものではない。
【００２０】
（実施例）
（実施例１：水酸化カリウムにより触媒されるシス−ペンテンニトリルによるベンジルアルコールのシアノブチル化）
油被覆１リットルの丸底フラスコにおいて研削ＫＯＨ（１９．８５ｇ）を３００ｇのベンジルアルコールに加え、４５℃まで加熱した。精製シス２−ペンテンニトリル（１１６．６ｇ（純度８５％、１．４２モル））を付加漏斗から滴下して加え、Ｎ₂パージを用いて温度は５０°に維持した。付加後、この混合物をさらに２時間加熱した。この時点で、お茶色の溶液が観察された。
【００２１】
生成物を５０°で、３２ｇの４９％硫酸により〜ｐＨ７まで中和した。室温まで冷却した後、混合物を真空ろ過し、ろ液を２００ｍＬのメチル−ｔ−ブチルエーテルで抽出した。上部有機層を３０メートル×０．５ｍｍのＤＢ１７０１（Ｊ＆Ｗ）ガラス毛管カラムでＧＣにより分析した。抽出物の分析によれば、シス−ペンテンニトリルの変換率９６．５％および１：１ベンジルアルコール−シス−２−ペンテンニトリル付加物、３−ベンジルオキシペンテンニトリルに対して９２．３％の選択性（収率８９．９％）を示した。異性体ペンテンニトリルおよびダイマーに対して７．７％の選択性もまた観察された。
【００２２】
（実施例２：炭酸カリウムにより触媒されるシス２−ペンテンニトリルによるベンジルアルコールのシアノブチル化）
炭酸カリウム（６．０ｇ）を、５００ｍＬの油被覆丸底三つ口フラスコにおいて８２グラムのベンジルアルコールに懸濁させた。混合物をマグネチックスターラーバーを用いて穏やかに攪拌し、湯浴を用いて８５℃まで加熱した。精製シス２−ペンテンニトリル（３２ｇ、純度９８．５％）を、攪拌を続けながら、付加漏斗から滴下して（〜０．８〜１．０ｍＬ／分）加えた。凝縮器を付加漏斗と反応フラスコの間に配置して、反応物質の蒸発を防いだことを注記しておく。Ｎ₂パージを与えて、温度を８５℃に維持した。シス２−ペンテンニトリルの反応混合物への完全な付加に際して、加熱および攪拌をさらに５時間続けた。５時間後、クリアな琥珀色の溶液が観察された。
【００２３】
６００〜７００μＬの５０％（ｗｔ／ｗｔ％）硫酸を用いて、生成物を反応温度で〜ｐＨ７まで中和した。室温まで冷却した後、混合物を真空ろ過し、ろ液をｇｃにより分析した。粗生成物の分析によれば、シス２−ペンテンニトリルの変換率７５．４％および１：１ベンジルアルコール−シス−ペンテンニトリル付加物、３−ベンジルオキシペンテンニトリルに対して６１．２％の選択性（収率４６．２％）を示した。
【００２４】
（実施例３：アルミナ担持の水酸化カリウムにより触媒されるシス２−ペンテンニトリルによるベンジルアルコールのシアノブチル化）
マグナドライブスターラー、冷却コイル、熱電対および試料浸漬管を備えた３００ｍＬのステンレス鋼オートクレーブに、４５ｇ（０．３８９モル）の粗シス−２−ペンテンニトリル（７０％シス−２−ペンテンニトリル含量）、８２．０ｇ（０．７５９モル）のベンジルアルコールおよび３．０ｇのＫＯＨ／Ａ１２０３触媒を入れた。容器を封止し、２５°で１分間攪拌し、停止した。反応器を窒素により１００ｐｓｉｇまで加圧し、９５°まで加熱した。攪拌を１０００ｒｐｍで開始し、反応を３時間行った。冷却後、触媒をろ過し、ガスクロマトグラフィーにより琥珀色の生成ろ過物を分析した。シス−２−ペンテンニトリルの変換は８２．４％、３−ベンジルオキシ−ペンテンニトリルの収率は６３．５％であった。シス−２−ペンテンニトリルのトランス−２−ペンテンニトリルおよび３−ペンテンニトリルへの異性化が主な副生成物であった。
【００２５】
（実施例４：３−ベンジルオキシペンタンニトリルの３−ヒドロキシバレロニトリルへの水素添加）
３−ベンジルオキシペンタンニトリル（８３．３ｇ、純度９２％）、４．３ｗｔ％のベンジルアルコール、２５０ｍＬのメタノール、４ｇの３６％水性ＨＣｌおよび２．８ｇの湿潤５％Ｐｄ／Ｃ（Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ Ｅｓｃａｔ１１１、乾燥量基準で１．４ｇ）の混合物を１０００ｍＬのハステロイＣオートクレーブにおいて３００ｐｓｉｇおよび５０°で１時間水素添加した。ＮａＨＣＯ₃で中和した後のＧＣ分析による生成物の分析によれば、２−ベンジルオキシペンタンニトリルは３−ヒドロキシバレロニトリルとトルエンに完全に変換され、収率は９８％を超えていた。メタノールを除去した後、生成物（５００ｇ）をオルダーショー（Ｏｌｄｅｒｓｈａｗ）カラムでバッチ蒸留したところ、ｐｂ１１６〜１１８°／１．９ｍｍＨｇの３−ヒドロキシバレロニトリル２１２ｇ（純度９９．９％）が得られた。
【００２６】
（実施例５：３−ヒドロキシバレロニトリルの１−アミノペンタン−３−オールへの水素添加）
５０．９ｇの３−ヒドロキシバレロニトリル、４０ｍＬのテトラヒドロフランおよび１．１ｇのラネー（登録商標）社（ラネー２７１４）の混合物を８００ｐｓｉｇおよび９０°で、熱電対、マグナドライブスターラーおよび試料浸漬管を備えた３００ｍＬのステンレス鋼オートクレーブにて水素添加した。３時間後、運転を停止し冷却した。触媒をろ過し、ろ液を３０メートル×０．５ｍｍのＩＤ ＤＢ１７０１毛管カラムで分析した。ＧＣ分析によれば、＞９９．９％の３−ヒドロキシバレロニトリル変換で、１−アミノペンタン−３−オールへの収率は７５％であった。
以下に、本発明の好ましい態様を示す。
［１］ ２−アルケニルニトリルまたは反応条件下で異性化して２−アルケニルニトリルを形成するアルケニルニトリルを、塩基の存在下でベンジルアルコールと反応させて３−ベンジルオキシアルカンニトリル付加物を形成する工程と、前記付加物を微量のＨＣｌの存在下で部分的に水素添加して３−ヒドロキシアルカンニトリルを形成する工程とを含むことを特徴とする３−ヒドロキシアルカンニトリルの製造方法。
［２］ アルケニルニトリルが、２−ペンテンニトリル、３−ペンテンニトリル、４−ペンテンニトリルおよびこれらの化合物を互いに、または三者を全てを併せた混合物からなる群より選択されることを特徴とする［１］に記載の方法。
［３］ プロセスが連続していることを特徴とする［１］に記載の方法。
［４］ プロセスがバッチまたはセミバッチであることを特徴とする［１］に記載の方法。
［５］ 塩基が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、第３級アミン、ルイス塩基および強塩基イオン交換樹脂からなる群より選択されることを特徴とする［１］に記載の方法。
［６］ 塩基が、溶液、水溶液、固体粒子または固体粒子担持塩基からなる群より選択される形態にあることを特徴とする［５］に記載の方法。
［７］ ３−ベンジルオキシアルカンニトリル付加物の形成に続いて、前記付加物を完全に水素添加して３−ヒドロキシアミノアルカンを形成することを特徴とする［１］に記載の方法。

Claims (1)

1. ２−アルケニルニトリルまたは反応条件下で異性化して２−アルケニルニトリルを形成するアルケニルニトリルを、塩基の存在下でベンジルアルコールと反応させて３−ベンジルオキシアルカンニトリル付加物を形成する工程と、
   前記付加物を、白金またはパラジウム触媒の存在下、および反応混合物中のＨＣｌが０．０５〜１重量％濃度であるＨＣｌの存在下で部分的に水素添加して３−ヒドロキシアルカンニトリルを形成する工程と、
   を含むことを特徴とする３−ヒドロキシアルカンニトリルの製造方法。