JP4885469B2 - キヌクリジン類の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は医農薬原料として有用なキヌクリジン類の製造方法に関する。
従来、式（２）：
しかし、特許文献１には４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン類からの製造法は具体的に示されておらず、また１−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン類からの製造においては収率２３％でしかキヌクリジン類（２）が得られていない。
本発明は、収率よくキヌクリジン類（２）を製造する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鋭意検討したところ、４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン類を原料とし、ゼオライト触媒存在下に気相脱水反応させてキヌクリジン類（２）を製造するにあたり、水を共存させることで収率よくキヌクリジン類（２）が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、式（１）：
本発明の製造方法によれば、収率よくキヌクリジン類（２）が得られる。
以下、本発明を詳細に説明する。
式（１）及び（２）中、Ｒで表される低級アルキル基としては、直鎖又は分岐鎖の炭素数１〜４のアルキル基が挙げられ、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。
式（１）及び（２）中、Ｒで表される低級アルキル基としては、直鎖又は分岐鎖の炭素数１〜４のアルキル基が挙げられ、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。
４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）としては、例えば４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン、４−（１−ヒドロキシ−２−プロピル）ピペリジン、４−（１−ヒドロキシ−２−ブチル）ピペリジン、４−（１−ヒドロキシ−２−ペンチル）ピペリジン、４−（１−ヒドロキシ−２−ヘキシル）ピペリジン等が挙げられる。かかる４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）は市販品を用いることができる。
キヌクリジン類（２）としては、キヌクリジン、３−メチルキヌクリジン、３−エチルキヌクリジン、３−プロピルキヌクリジン、３−ブチルキヌクリジン等が挙げられる。
本発明の製造方法は、気相にて水共存下、４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）をゼオライト触媒に接触させることで実施される。
ゼオライト触媒としては、アルカリイオン型、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）型又はプロトン（Ｈ＋）型のゼオライト触媒が通常用いられ、また、必要に応じて１〜１７族元素からなる群より選ばれる１種以上の元素のイオン及び／又は化合物を含有させたものを用いることもできる。ゼオライトとしては通常制御指数０．８〜１２程度のゼオライトが用いられ、これらは市販で容易に入手できる。尚、ここで言う「制御指数」とは、例えばＦｒｉｌｌｅｔｔｅ等のＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，６７，２１８（１９８１）で定義されている触媒の細孔特性を表わすものである。この値は測定の方法により若干の幅があるが、Ｆｒｉｌｌｅｔｔｅ等の測定の結果を次の表１に示す。
本発明における１〜１７族元素とは、１８族型元素周期律表に掲げられる元素であり、具体的には、１族元素としてはＬｉ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓ、２族元素としてはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａ、３族元素としてはＳｃ、Ｙ及びランタノイド元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｒ及びＹｂ）、４族元素としてはＴｉ、Ｚｒ及びＨｆ、５族元素としてはＶ、Ｎｂ及びＴａ、６族元素としてはＣｒ、Ｍｏ及びＷ、７族元素としてはＭｎ、Ｔｃ及びＲｅ、８族元素としてはＦｅ、Ｒｕ及びＯｓ、９族元素としてはＣｏ、Ｒｈ及びＩｒ、１０族元素としてはＮｉ、Ｐｄ及びＰｔ、１１族元素としてはＣｕ及びＡｇ、１２族元素としてはＺｎ及びＣｄ、１３族元素としてはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＴｌ、１４族元素としてはＧｅ、Ｓｎ及びＰｂ、１５族元素としてはＳｂ及びＢｉ、１６族元素としてはＰｏ、１７族元素としてはＦ、Ｃｌが挙げられる。
これら１〜１７族元素のイオン及び／又は化合物としては、それら元素のイオン、酸化物、ハロゲン化物、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、水酸化物、硫化物、ケイ酸塩、チタン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩等が挙げられ、これらの１種或いは２種以上を含有することができる。これらの元素のイオン及び／又は化合物を、ゼオライトに含有せしめる方法としては、イオン交換法、混練法、含浸法、浸漬法、沈着法又は蒸発乾固法等が挙げられるが、これらの方法に限定されるものではない。具体的には、例えば、（１）イオン交換法により含有させるときには、上記元素の可溶性塩（例えば、塩化物、硝酸塩或いは酢酸塩等）を０．０１〜２グラムイオン／リットルの濃度で水に溶解し、当該水溶液にアルカリイオン型、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）型又はプロトン（Ｈ＋）型のゼオライト、好ましくはＮＨ４ ＋型ゼオライトを浸し、所定温度で攪拌した後、濾過する工程を繰り返し、最終的に得られた濾滓を水で洗浄する。こうして得られた上記元素のイオンを含有するゼオライトを、乾燥し、必要に応じて焼成すればよい。（２）混練法により上記元素のイオン及び／又は化合物を含有させるときは、上記元素の化合物を、Ｈ＋型或いはＮＨ４ ＋型のゼオライトと、必要に応じて水と共に混練した後、乾燥し、必要ならば焼成すればよい。（３）浸漬法により上記元素のイオン及び／又は化合物を含有させるときは、上記元素の可溶性塩を水に溶解し、得られた溶液にＮＨ４ ＋型或いはＨ＋型のゼオライト、好ましくはＮＨ４+型ゼオライトを浸した後、乾燥し、必要ならば焼成すればよい。（４）沈着法により含有させるときは、上記元素の可溶性塩の水溶液にＮＨ４ ＋型或いはＨ＋型のゼオライトを分散させ、この混合物中にアンモニア水溶液を加えることによりＮＨ４ ＋型或いはＨ＋型のゼオライトの表面に上記元素の水酸化物を沈着させ、濾過した後、水で洗浄して乾燥し、必要ならば焼成すればよい。（５）蒸発乾固法により含有させるときは、上記元素の化合物並びにＮＨ４ ＋型或いはＨ＋型のゼオライトを水中で攪拌、混合し、蒸発乾固した後、必要ならば焼成すればよい。いずれの方法においても、焼成を行うときには、通常空気、窒素及び／又は二酸化炭素等の雰囲気下に、３５０〜８００℃で数時間行われるが、触媒は気相接触反応時に反応器内で加熱されるため必ずしも触媒の焼成は必要でない。
１〜１７族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素のイオン及び／又は化合物の含有量は、ゼオライトによって或いは含有させる元素の種類又はその形態によって好ましい範囲が異なるが、通常０．０００５〜１０ｍｇ当量／ゼオライトｇである。
本発明のゼオライトは、そのまま又はシリカ、硅藻土、カオリン、ベントナイト、アルミナ及び／或いはシリカアルミナ等のバインダーや水、ポリビニルアルコール、酢酸ビニルを加えた後、打錠機又は押し出し機で円柱状、円筒状等の所望の形状に成型して固定床触媒として使用することができる。またゼオライトを、シリカ、硅藻土、カオリン、ベントナイト、アルミナ及び／又はシリカアルミナ等のバインダー並びに水と混合してスラリーとし、これを噴霧乾燥して、球状のマイクロビーズにして流動床触媒として使用することができる。本発明のゼオライトが、１〜１７族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素のイオン及び／又は化合物を含有するものであるときは、上記のようにして所望の形状成型したゼオライトに、上記イオン交換法、含浸法、浸漬法等により、１〜１７族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素のイオン及び／又は化合物を含有させて、固定床触媒又は流動床触媒としてもよい。いずれの方法においても、空気、窒素及び二酸化炭素等の雰囲気下に、３５０〜８００℃で数時間焼成して、成型品に強度を賦与し、バインダー等に含まれる揮発成分を除去する。しかし、触媒は気相接触反応時に反応器内で加熱されるため、この成形された触媒についても必ずしも焼成は必要でない。
水の使用量は４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）１モルに対して、通常０．５〜２０モル、好ましくは１〜１５モルである。水は４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）と同時に反応器内に導入しても良いし、予め４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）を水に溶解させた後に、原料水溶液として反応器内に導入しても良いが、原料水溶液として反応器内に導入するほうが好ましい。
反応温度は４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）が気化する温度以上であればよく、通常３００〜５００℃、好ましくは３５０〜４５０℃である。原料供給の空間速度は４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）水溶液の液空間速度で通常０．１〜１０（ｇ／ｃｃ−触媒・ｈ）であり、好ましくは０．２〜５（ｇ／ｃｃ−触媒・ｈ）である。
反応は通常窒素ガス、アルゴンガス等の反応に不活性なガスの共存下で行われる。かかるガスの使用量は４−ヒドロキシエチルピペリジン類（１）１モルに対して、通常１〜２０モル、好ましくは２〜１０モルである。
反応終了後、キヌクリジン類（２）を主成分とする反応混合ガスを水又は酸性水溶液に通じて溶解させ、キヌクリジン類（２）を主成分とする反応混合液を得る。得られた反応混合液から、抽出、濃縮等の所望の分離操作によりキヌクリジン類（２）を得ることができる。また、ハロゲン化水素酸を用いて、ハロゲン化水素酸塩として得ることもできる。
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明が実施例により限定されるものでない。尚、分析には島津製作所製ガスクロマトグラフィー（以後ＧＣと略する）分析装置ＧＣ−１４Ｂ型を用いた。
実施例１
内径１５ｍｍのガラス管に、Ｈ＋型のＺＳＭ−５ゼオライト１０ｍｌ、その上部に長さ１０ｃｍ分粒径２〜３ｍｍのカーボランダム粒を詰めた。触媒層及びカーボランダム層の温度は４００℃に保ち、上部より４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン水溶液（４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン：水＝１：１０）を０．０８８ｇ／ｍｉｎの速度で滴下し、同時に上部より窒素を２００Ｎｍｌ／ｍｉｎ導入した。得られた反応混合ガスを１００ｍｌの水に溶解させて、反応混合液を得た。反応混合液のＧＣ分析の結果、キヌクリジンの収率は７８．０％であった。
内径１５ｍｍのガラス管に、Ｈ＋型のＺＳＭ−５ゼオライト１０ｍｌ、その上部に長さ１０ｃｍ分粒径２〜３ｍｍのカーボランダム粒を詰めた。触媒層及びカーボランダム層の温度は４００℃に保ち、上部より４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン水溶液（４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン：水＝１：１０）を０．０８８ｇ／ｍｉｎの速度で滴下し、同時に上部より窒素を２００Ｎｍｌ／ｍｉｎ導入した。得られた反応混合ガスを１００ｍｌの水に溶解させて、反応混合液を得た。反応混合液のＧＣ分析の結果、キヌクリジンの収率は７８．０％であった。
実施例２
実施例１の４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン水溶液のモル比を１：１０に代えて、１：３にした以外は実施例１と同様にして行い、反応混合液を得た。反応混合液のＧＣ分析の結果、キヌクリジンの収率は７９．４％であった。
実施例１の４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン水溶液のモル比を１：１０に代えて、１：３にした以外は実施例１と同様にして行い、反応混合液を得た。反応混合液のＧＣ分析の結果、キヌクリジンの収率は７９．４％であった。
比較例１
実施例１の４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン水溶液に代えて、４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジンを用いた以外は実施例１と同様にして行い、反応混合液を得た。反応混合液のＧＣ分析の結果、キヌクリジンの収率は５４．７％であった。
実施例１の４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン水溶液に代えて、４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジンを用いた以外は実施例１と同様にして行い、反応混合液を得た。反応混合液のＧＣ分析の結果、キヌクリジンの収率は５４．７％であった。
Claims (2)
- 式（１）：
- 水の使用量が、式（１）で表される４−（２−ヒドロキシエチル）ピペリジン類１モルに対して、１〜１５モルであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
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