JP4897790B2

JP4897790B2 - アセト酢酸のアリールアミドの製造方法

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Publication number: JP4897790B2
Application number: JP2008505805A
Authority: JP
Inventors: アルムブルスター、エーリヒ; クバハ、トゥイ; ローゼンタール、ギュンター; シュベグラー、ブリアン
Original assignee: ロンザアーゲー
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: US8030519B2; WO2006108632A1; DE502006002261D1; DK1871737T3; US20090227811A1; CN101184724A; EP1871737A1; ATE416156T1; CN101184724B; JP2008537950A; HK1119658A1; EP1712544A1; EP1871737B1

Description

発明の説明

本発明は、ジケテンおよび1級または2級の芳香族アミンからアセト酢酸のアリールアミドを製造する連続的な方法に関する。

アセト酢酸のアリールアミドは、染料および色素の製造のための重要な出発物質であるが、農薬の製造においても使用される(例えば、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5^th Ed., Vol. 15, p. 71を参照されたい)。

アセト酢酸のアリールアミドの合成は、長い間既知であり、種々の有機および／または水性の溶媒ならびに溶媒混合物におけるそれぞれの芳香族アミンとジケテンとの反応に基づく(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5^th Ed., Vol. 15, p. 71)。

一般に、前記方法は、水または水溶液中で非連続的に操作される。
従って、DE-A-25 19 036は、水または水溶液の存在下において、ジケテンおよびそれぞれの芳香族アミンの同時の計量された添加により、アセト酢酸の種々のアリールアミドを製造することについて開示している。結果として生じるアセト酢酸のアリールアミドは、反応媒質中で冷却され、結晶化される。遠心分離および乾燥の後、アセト酢酸のアリールアミドは、よい収量および高い純度で得られる。

加えて、アセト酢酸のアリールアミドの連続的な製造方法は、EP-A-0 648 738から既知である。その中において、ジケテンを水とアルコールとの混合物中で芳香族アミンと連続的に反応させ、反応器中における反応混合物の滞留時間はできるだけ長くする。結果として得られるアセト酢酸のアリールアミドは、反応器から流出する生成物の流動の結晶化により得られる。

水を含有するアセト酢酸のアリールアミドの製造方法は、従って、融解生成物および水相の二相系が反応の過程において形成され、EP-A-0 945 430に開示されている。前記方法は、バッチ式、半連続的、または連続的な操作に適しており、よい収量で十分に純粋な生成物が得られるが、強い発熱性の反応であるため、長い滞留時間を必要とし、処理量に関して相対的に多い反応容積（滞留量）を必要とする。従って、直径10cmの管状の反応器において、約1.5kg/hの生成物の処理量が達成されるのみである。さらに、前記方法は、副反応および続いて起こる反応による損失を補うために、相対的に多い量の水および過剰量のジケテンを必要とする。本発明の目的は、それ故、優れた収量で純粋な生成物を提供し、高い処理量での連続的な操作に特に適しており、且つ理論量に近い量のジケテンを用いて得られる代替の方法を有用にすることである。

本発明によると、この目的は、水の存在下において、反応蒸留の方法でジケテンと芳香族アミンとを反応させることにより達成される。その結果、反応熱は、水の蒸発により吸収され、コンデンサー全体に放散される。反応において副生成物が形成されないことが理想であるため、出発物質と生成物との間に平衡は達成されず、生成物は出発物質であるジケテンおよび芳香族アミンよりも揮発性でなく、それ故、底部の生成物として回収され、上部の凝縮物は添加された水から本質的になり、そのため、還流速度が非常に速くてよく、厳密な意味において反応蒸留ではない。しかしながら、使用に適した器具が古典的な反応蒸留において使用されるものにおおかた相当することが、表現「反応蒸留の方法で」という表現がここで使用される理由である。特に、液相における化学反応および液相と向流蒸気層との間の熱質量転移が同時に起こることを意味すると解されるべきである。

本発明による方法は、一般的に、通常の反応温度において液体であるか水により液体融解生成物を形成する全てのアセト酢酸のアリールアミドの生成に適している。

好ましくは、本発明により得られるアセト酢酸のアリールアミドは、下記の一般式を有する：

ここで、式中のR¹は水素またはC_1〜6アルキルであり、nは0〜5の整数であり、置換基Rは、存在する場合、同じまたは異なり、C_1〜6アルキル基、C_1〜6アルコキシ基、およびハロゲン原子からなる群より選択される。

C_1〜6アルキル基は、ここでは、1〜6の炭素原子を有する全ての直鎖または分枝状の基が含まれると解されるべきであり、特に、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、tert-ペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル等である。好ましいアルキルはメチルである。C_1〜6アルコキシ基は、上述したC_1〜6アルキル基および酸素で構成される基が含まれると解されるべきであり、ここではメトキシが好ましい。従って、このことは、同じように構成される表現「C_1〜4アルキル」および「C_1〜4アルコキシ」に当てはまる。「ハロゲン」は、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を意味し、好ましくは塩素である。

特に好ましくは、式Iのアセト酢酸のアリールアミドの生成物において、R¹は水素である。

同様に、特に好ましくは、式Iのアセト酢酸のアリールアミドの生成物において、nは0〜3の整数であり、置換基Rは、存在する場合、C_1〜4アルキル基、C_1〜4アルコキシ基、および塩素からなる群より独立に選択される。

特に好ましいアセト酢酸のアリールアミドは、アニリン(n＝0)、o-アニシジン(n＝1; R＝o-メトキシ)、o-トルイジン(n＝1; R＝o-メチル)、キシリジン(n＝2; R＝メチル)、o-クロロアニリン(n＝1; R＝o-Cl)、2,4-ジメトキシアニリン(n＝2; R＝2,4-ジメトキシ)、4-イソプロピルアニリン(n＝1; R＝p-イソプロピル)、4-エトキシアニリン(n＝1; R＝p-エトキシ)、2,5-ジメトキシアニリン(n＝2; R＝2,5-ジメトキシ)、および4-クロロ-2,5-ジメトキシアニリン(n＝3; R＝4-Cl, 2,5-ジメトキシ)に由来する。

適切な圧力を選択することにより、水の蒸発温度および反応温度は、それぞれの生成物に最も適した範囲に維持することができる。反応温度は、生成物が液体の形態で得られるが、最小限の熱的なエネルギーに曝されるように適切に選択される。本発明の方法は、好ましくは、減圧下で行われる。

本発明の方法を実施するために特に適しているのは、低い圧力降下を示すスリットトレーカラム(slit tray column)のようなプレートカラムである。しかしながら、充填カラムも使用することが可能である。

特に好ましい実施形態において、2つのカラムが使用され、それによって、実際の反応は一方のカラムで行われ、他方のカラムにおいては、第1のカラムの底部の生成物について水蒸気で除去操作（ストリップ）を行うことにより、過剰量の出発物質およびアセトンのような他の揮発性の不純物が除去される。

本発明により調製されるアセト酢酸のアリールアミドは、水を含有する融解生成物の形態で得られる。この融解生成物は、当該分野において慣習的な方法を使用して、錠剤、薄片、またはピルのような固体の形態に変換することができる。前記形態の容積および大きさは、錠剤、薄片、またはピルとする過程の設計に依存し、広い範囲にわたって変化してよい。そのようにして得られたアセト酢酸のアリールアミドは、特によい流動性および有利な溶解挙動を示す。無水の生成物が望ましい場合、本発明により得られるアセト酢酸のアリールアミドは通常の方法で乾燥されてよい。

図面は、単に代表的な特徴を示すものであり、限定するものとして解釈すべきでない。

以下の実施例は、限定を意味することなく、本発明の方法の実施を説明する。各場合において、「蒸気」という表現は、水蒸気を意味する。

実施例1
アセトアセトアニリドの調製
35のスリットプレートを備える蒸留カラム(ID＝100mm)(「スリットトレー」, Kuhni AG, Allschwil, Switzerland)を、部分真空下（上部圧力220mbar）、水を用いて以下のように始動させた：
供給される中心の水蒸気（プレート番号17以下）: 6 kg/h
与えられる底部の水蒸気: 6 kg/h
カラムは、全還流下で操作した。

圧力低下（65〜70mbar）および温度プロフィール（65〜70℃）の安定化の後、アニリンをカラムの上部に供給し、ジケテンをプレート番号14に供給し始め、供給速度を10〜15分毎に約1kg/hのステップで以下の目的値まで増加させた：
アニリン：0.115 kmol/h (＝10.7 kg/h)
ジケテン：0.117 kmol/h (＝9.83 kg/h)。

同時に、供給される上部の水蒸気（プレート番号17以下）は、各約0.5kg/h、最終的には1kg/hのステップで同時に減少させた。加えて、プレート番号14に水を3kg/hで供給し、開始期間の反応熱を放散するための反応領域における十分な水の利用能を保証した。カラム負荷における増大は、供給される底部の水蒸気を3kg/hまで減少させることにより代償された。

一度、供給速度の目的値に到達し、カラムが安定状態（圧力低下70〜75mbar、温度60〜70℃）を獲得すると、カラムの底部で回収されるアセトアセトアニリド融解生成物は、相分離器において過剰量の水から分離され、ドラムフレーカー(drum flaker)において凝固させた。生成物はアセトアセトアニリド含量90％および水含量10％を有する水で湿った白色薄片の形態で得られた。出発物質の不純物の結果として生じるものでない全ての副生成物の全量は、0.05面積％未満であった（HPLC）。

実施例2
アセトアセト-m-キシリジンの調製
実施例1と同じ設計の17のスリットプレートを有する蒸留カラム(ID＝100mm)（反応カラム）に、部分真空下(370mbar 上部圧力)、底部から水蒸気を供給し(6kg/h)、プレート番号14に水を供給した。

同時に、同じデザインの18のスリットプレートを有する第2の蒸留カラム(ID＝100mm)（ストリッピングカラム）を、部分真空下(370mbar 上部圧力)、水蒸気(11kg/h)を用いて始動した。

両方のカラムは、分離コンデンサーを用い、最初は全還流下(total reflux)で操作した。第1のカラムは、底部の生成物に対する蒸留ポット（約6L容積）を備えており、そのあふれた分が第2のカラムの上部へ運ばれた。

圧力低下（25〜35mbar）および温度プロフィール（75〜81℃）が両カラムで安定化した後、m-キシリジン(2,4-ジメチルアニリン；6.4kg/h)およびジケテン(4.7kg/h)を第1のカラムの上部および14番プレートにそれぞれ供給した。キシリジンを含有する還流がプレート番号14に到達した後にのみ、ジケテンを供給した。約1時間後に望ましい状態に到達するまで、理論比を維持しながら提供する速度をゆっくりと増大させた：
アニリン 0.115 kmol/h（＝14.0 kg/h）
ジケテン 0.122 kmol/h（＝10.3 kg/h）。

プレート番号14に水を供給する速度は、同時に1.8 kg/hまで減少させた。
系から過剰量のジケテンを除去するために、第2のカラムからの凝縮物は再利用しなかった。

供給速度がその目的値に到達し、両カラムが安定な状態となった後（それぞれ、圧力低下約25〜30 mbar、温度76〜78℃）、第2のカラムの底部において回収される融解したアセトアセト-m-キシリジドを相分離器に通し、過剰量の水を除去し、ドラムフレーカーにおいて凝固させた。生成物は、92.1％のアセトアセト-m-キシリジドおよび7.7％の水を含有する水で湿った白色薄片の形態で得られた。変換（使用されるm-キシリジンに基づく）は、推定される誤差範囲内（±0.5％）の量（99.8％）であった。過剰量のジケテンは、凝縮物と共に第2のカラムからほとんど定量的に除去された。生成物は、不純物として約0.2％のアセトンのみを含んでいた（加水分解および脱カルボキシル化を経たジケテンに由来する）。

実施例3
アセトアセト-m-キシリジンの調製
実施例1で述べた設計の22のスリットプレートを有する蒸留カラム(ID＝100mm)（反応カラム）を、部分真空下（355mbar上部圧力）、水蒸気(5kg/h)を用いて始動させた。

同じ設計の13のスリットプレートを有する第2の蒸留カラム(ID＝100mm)（ストリッピングカラム）を、部分真空下（355mbar上部圧力）、水蒸気(5kg/h)を用いて同時に始動させた。

両カラムは、分離コンデンサーを用いて、最初は全還流下で操作した。前記第1のカラムは、底部の生成物のための蒸留ポット（約8L容積）を備えており、蒸留ポットからあふれ出た分は第2のカラムの上部に供給された。

圧力低下(カラム1: 約45mbar, カラム2: 約25mbar)および温度プロフィール(73〜77℃)が安定化した後、m-キシリジン(16.9kg/h)を第2のプレートに供給し、ジケテン(全12.0kg/h)を第1のカラムのプレート番号14、15、および16に供給した。ジケテンの供給は、キシリジンを含有する還流がプレート番号14に到達した後にのみ開始された。

第1のカラムの凝縮物の部分は、ジケテン中に存在するアセトンの蓄積を妨げるために除去した(約1kg/h)。第2のカラムからの凝縮物は、系から過剰量のジケテンを除去するために再利用しなかった。

カラムが安定状態(圧力低下: 第1のカラムにおいて約50mbar、第2のカラムにおいて約25〜30mbar; 温度: それぞれ74〜77℃)となった場合、第2のカラムの底部において回収されるアセトアセト-m-キシリジドが相分離装置において過剰量の水から分離され、ドラムフレーカーにおいて凝固させた。生成物は、91.5％のアセトアセト-m-キシリジドおよび約8.5％の水の含量を有する水で湿った白色薄片の形態で得られた。変換(使用したm-キシリジンに基づいて)は、推定される誤差の範囲内（±0.8％）の量（100％）であった。過剰量のジケテンは、第2のカラムの凝縮物と共にほとんど定量的に除去された。生成物は、たった約0.1％のアセトンを含んでいた（加水分解および脱カルボキシル化を経たジケテンに由来する）。

図1は、2つのカラムを用いた本発明の方法のための装置を示す。図2は、ストリッピングカラムのない単純化した装置を示す。参照番号の意味は図1と同じである。

符号の説明

１…反応カラム、２…アニリンを供給する線、３…ジケテンを供給する線、４…水蒸気を供給する線、５…水を供給する線、６…凝縮物を戻す、有機（重い）相、７…凝縮物を戻す、水相、８…コンデンサー、９…減圧ポンプ、１０…排ガス（排ガス処理）、１１…相分離器、１２…底部の生成物をストリッピングカラムへ、１３…ストリッピングカラム、１４…凝縮物排出導管（排水処理へ）、１５…水相排出導管（排水処理へ）、１６…生成物流出（液体）、１７…結晶化ベルト（「フレーカー」）、１８…凝固した生成物のための受器。

Claims

ジケテンおよび1級または2級の芳香族アミンからアセト酢酸のアリールアミドを製造する連続的な方法であって、ジケテンと芳香族アミンとの反応が、水の存在下で、反応蒸留の方法で行われることを特徴とする方法。
請求項1に記載の方法であって、前記アセト酢酸のアリールアミドが下記の一般式Iで表され、ジケテンおよび下記の一般式IIを有する1級または2級の芳香族アミンから調製されることを特徴とする方法：

式中のR¹は、水素またはC_1〜6アルキルであり、nは0〜5の整数であり、置換基Rは、存在する場合、C_1〜6アルキル基、C_1〜6アルコキシ基、およびハロゲンからなる群より独立に選択される

式中のR¹、n、およびRは上記で定義した通りである。
請求項2に記載の方法であって、R¹が水素であることを特徴とする方法。
請求項2または3に記載の方法であって、nは0〜3の整数であり、置換基Rは、存在する場合、C_1〜4アルキル基、C_1〜4アルコキシ基、および塩素からなる群より独立に選択されることを特徴とする方法。
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法であって、前記反応蒸留が減圧下で行われることを特徴とする方法。
請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法であって、前記反応は少なくとも1のプレートカラムにおいて行われ、アセト酢酸のアリールアミドは底部の生成物として得られることを特徴とする方法。
請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法であって、2つのカラムで行われることを特徴とし、前記反応は一方のカラムにおいて行われ、該カラムの底部の生成物は、第2のカラムにおいて、水蒸気を用いて過剰量の出発物質および揮発性の不純物が除去される方法。
請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法であって、任意に分離された水相を除去した後、任意に除去操作が行われた液体の底部の生成物を薄片、錠剤、またはピルの形態に凝固させることを特徴とする方法。