JP4940958B2 - フルフラール類の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、農薬の原料等として有用なフルフラール類を製造する方法に関する。

フルフラール類を製造する方法として、例えば、フラン類、ホスゲン及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを反応させた後、該反応混合物を加水分解処理する方法が知られている（特許文献１〜３参照）。

特開昭５７−９１９８２号公報 特開２００２−２５５９５１号公報 特開２００３−１８３２６８号公報

しかしながら、上述の方法では、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドとホスゲンから生成する所謂ヴィルスマイヤー（Vilsmeier）錯体（ClHC=N⁺（CH₃）₂Cl^-）や、反応中間体であるインモニウム塩（R-CH=N⁺Me₂Cl^-；Ｒは置換基を有していてもよい２−フリル基）によるスケーリング（固体が反応器内面に付着すること）が生じやすく、必ずしも満足のいく方法ではなかった。

一方、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド以外の脂溶性の高いホルムアミド類を原料として反応に用いると、スケーリングは生じにくくなるものの、未反応のホルムアミド類やホルムアミド類由来のアミンとフルフラール類との分離が難しく、品質上必ずしも満足のいくものではなかった。

そこで、本発明の目的は、スケーリングの発生を抑制し、操作性良く、良好な品質のフルフラール類を製造しうる方法を提供することにある。

本発明者は、鋭意検討の結果、所定の溶媒中で、かつホルムアミド類として４−ホルミルモルホリンを用いて、上記反応を行うことにより、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭化水素溶媒中で、式（１）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子又は炭化水素基を表す。）

で示されるフラン類、ホスゲン及び４−ホルミルモルホリンを反応させた後、該反応混合物を加水分解処理することを特徴とする式（２）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）

で示されるフルフラール類の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、スケーリングの発生を抑制し、操作性良く、良好な品質のフルフラール類を製造することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の原料であるフラン類は、式（１）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子又は炭化水素基を表す。）

で示される〔以下、フラン類（１）ということがある。〕。式（１）中、Ｒ¹〜Ｒ³の少なくとも１つが炭化水素基である場合、該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができる。

ここで、脂肪族炭化水素基とは、脂肪族炭化水素から水素原子を除いた残基であり、その炭素数は通常１〜２０程度である。その具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−オクタデシル基のようなアルキル基；ビニル基、アリル基のようなアルケニル基；エチニル基、プロパルギル基のようなアルキニル基等を挙げることができる。

また、脂環式炭化水素基とは、脂環式炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常３〜２０程度である。この脂環式炭化水素基は、脂環式炭化水素の脂肪族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を含む脂環式炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基のようなシクロアルキル基；シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基のようなシクロアルキルアルキル基等を挙げることができる。

また、芳香族炭化水素基とは、芳香族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常６〜２０程度である。この芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素の芳香族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を含む芳香族炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族環を含む芳香族炭化水素の該脂肪族環から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、フェニル基、２−トリル基、３−トリル基、４−トリル基、メシチル基、ナフチル基のようなアリール基；ベンジル基、４−フェニルブチル基のようなアリールアルキル基（アラルキル基）等を挙げることができる。

フラン類（１）の具体例としては、フラン、２−メチルフラン、３−メチルフラン、２−エチルフラン、３−エチルフラン、２−ブチルフラン、３−ブチルフラン、２−ヘキシルフラン、３−ヘキシルフラン、２−オクチルフラン、３−オクチルフラン、２−デシルフラン、３−デシルフラン、２−ドデシルフラン、３−ドデシルフラン、２−オクタデシルフラン、３−オクタデシルフラン、２−フェニルフラン、３−フェニルフラン、２−ベンジルフラン、３−ベンジルフラン、２，３−ジメチルフラン、２，４−ジメチルフラン、３，４−ジメチルフラン、２，３−ジエチルフラン、２，４−ジエチルフラン、３，４−ジエチルフラン、３−エチル−５−メチルフラン、３−ブチル−５−メチルフラン、３−ヘキシル−５−メチルフラン、２−メチル−４−オクチルフラン、２，３−ジフェニルフラン、２，４−ジフェニルフラン、３，４−ジフェニルフラン、２，３−ジベンジルフラン、２，４−ジベンジルフラン、３，４−ジベンジルフラン、２，３，４−トリメチルフラン、２，３，４−トリエチルフラン等を挙げられることができる。中でも、２−メチルフランが好適に用いられる。

本発明では、フラン類（１）、ホスゲン及び４−ホルミルモルホリンを、ハロゲン原子で置換されていてもよい炭化水素溶媒中で反応させる。この際、４−ホルミルモルホリン由来の所謂ヴィルスマイヤー錯体やインモニウム塩は上記溶媒に溶解するため、スケーリングは起こらず、良好な操作性で該反応混合物を得ることができる。

ホスゲンの使用量は、フラン類（１）１モルに対して、通常０．８〜５．０モル、好ましくは１．０〜１．５モルである。使用されるホスゲンは、ガス状でも、液体状でもよい。また、ホスゲンを上記溶媒に溶解させた溶液を用いてもよい。更に、３量体であるトリホスゲンを用いることもできる。

４−ホルミルモルホリンの使用量は、フラン類（１）１モルに対して、通常０．８〜５．０モル、好ましくは１．０〜１．５モルである。

ハロゲン原子で置換されていてもよい炭化水素溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンのような脂肪族炭化水素、トルエン、キシレンのような芳香族炭化水素、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタンのようなハロゲン化脂肪族炭化水素、モノクロロベンゼン、オルトジクロロベンゼンのようなハロゲン化芳香族炭化水素等を挙げることができ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。中でも、コストや安定性、取り扱いやすさの点から芳香族炭化水素が好ましく、トルエンがより好ましい。

上記溶媒の使用量は、フラン類（１）に対して、通常１〜５０重量倍、好ましくは２〜１０重量倍である。尚、場合により上記溶媒以外の溶媒を併用することができるが、その量は、通常、上記溶媒の０．１重量倍までである。

反応温度は、通常−３０℃〜１３０℃、好ましくは０〜４０℃である。従来の方法では、スケーリングを避けるため、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド由来の所謂ヴィルスマイヤー錯体やインモニウム塩を溶解させるために反応温度を高くする必要がある。対して、本発明においては、４−ホルミルモルホリン由来の所謂ヴィルスマイヤー錯体やインモニウム塩は、反応温度を高くすることなく、上記溶媒に溶解するため、スケーリングの発生は抑制され、操作性良く反応を行うことができる。

フラン類（１）、ホスゲン、４−ホルミルモルホリン及び上記溶媒の混合方法は適宜選択することができる。フラン類（１）、４−ホルミルモルホリン及び上記溶媒の混合物にホスゲンを供給してもよく、上記溶媒中に、フラン類（１）、ホスゲン及び４−ホルミルモルホリンを併注（共フィード）することもできる。反応は、通常、常圧下で行えばよいが、必要に応じて減圧下又は加圧下で行うこともできる。

反応の経過は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル等で追跡することができる。

こうして得られる反応混合物を常法により、水、好ましくは塩基性水溶液と混合して加水分解処理することにより、該反応混合物中のインモニウム塩を式（２）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）

で示されるフルフラール類〔以下、フルフラール類（２）ということがある。〕に変換することができる。塩基性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等を挙げることができる。水又は塩基性水溶液の使用量は、インモニウム塩及び残存しうる所謂ヴィルスマイヤー錯体を加水分解するのに十分で、油水分離性が良好な混合物が得られるように、適宜調整すればよい。また、加水分解処理の温度は、通常０〜１３０℃程度である。

上記加水分解処理後、油水２層の混合物が得られ、次いで、この混合物を油水分離することにより、フルフラール類（２）を含む油層を得ることができる。本発明では、原料として４−ホルミルモルホリンを用いることで、未反応の４−ホルミルモルホリンや副生するモルホリンを水層側に除去できるため、良好な品質のフルフラール類（２）を得ることができる。尚、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミドやＮ，Ｎ−ジブチルホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアニリドのような脂溶性の高いホルムアミド類を用いた場合、未反応の該ホルムアミド類や副生アミン類は油層側に残存しやすいため、４−ホルミルモルホリンを原料として採用する本発明は、品質面からもより有利な方法である。

上記油水分離して得られる油層と水とを混合し、次いで、油水分離することで、さらに未反応の４−ホルミルモルホリンや副生するモルホリンを水層側に除去することができる。かかる水としては、水そのものを用いてもよく、塩酸（塩化水素の水溶液）や硫酸水溶液等の酸性水溶液を用いることもできる。また、水と一緒に塩化水素や硫酸等の酸を加えてもよい。上記モルホリン類の除去効率の点から、酸性水溶液を用いるか又は水と一緒に酸を加えるのが好ましい。上記水の使用量は、油水分離が良好となる程度であればよく、また、上記混合の温度は、通常０〜１３０℃程度である。

上記油水分離後、該油層をさらに水等により洗浄することもでき、また必要に応じて、蒸留、晶析、クロマトグラフィー等の方法で精製することができる。

かくして得られるフルフラール類としては、例えば、２−フルアルデヒド、５−メチル−２−フルフラール、４−メチル−２−フルフラール、３−メチル−２−フルフラール、５−エチル−２−フルフラール、４−エチル−２−フルフラール、３−エチル−２−フルフラール、５−ブチル−２−フルフラール、４−ブチル−２−フルフラール、３−ブチル−２−フルフラール、５−ヘキシル−２−フルフラール、４−ヘキシル−２−フルフラール、３−ヘキシル−２−フルフラール、５−オクチル−２−フルフラール、４−オクチル−２−フルフラール、３−オクチル−２−フルフラール、５−デシル−２−フルフラール、４−デシル−２−フルフラール、３−デシル−２−フルフラール、５−ドデシル−２−フルフラール、４−ドデシル−２−フルフラール、３−ドデシル−２−フルフラール、５−オクタデシル−２−フルフラール、４−オクタデシル−２−フルフラール、３−オクタデシル−２−フルフラール、５−フェニル−２−フルフラール、４−フェニル−２−フルフラール、３−フェニル−２−フルフラール、５−ベンジル−２−フルフラール、４−ベンジル−２−フルフラール、３−ベンジル−２−フルフラール、４，５−ジメチル−２−フルフラール、３，５−ジメチル−２−フルフラール、３，４−ジメチル−２−フルフラール、４，５−ジエチル−２−フルフラール、３，５−ジエチル−２−フルフラール、３，４−ジエチル−２−フルフラール、３−エチル−５−メチル−２−フルフラール、３−ブチル−５−メチル−２−フルフラール、３−ヘキシル−５−メチル−２−フルフラール、３−オクチル−５−メチル−２−フルフラール、４，５−ジフェニル−２−フルフラール、３，５−ジフェニル−２−フルフラール、３，４−ジフェニル−２−フルフラール、４，５−ジベンジル−２−フルフラール、３，５−ジベンジル−２−フルフラール、３，４−ジベンジル−２−フルフラール、３，４，５−トリメチル−２−フルフラール、３，４，５−トリエチル−２−フルフラール等が挙げられる。中でも、本発明は５−メチル−２−フルフラールを得る方法として有利である。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。例中、濃度を表す％は、特記ない限り重量基準である。

実施例１
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ及び４−ホルミルモルホリン２４．５ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

その後、水２９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液４９．６ｇを加えてｐＨ８．７とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を２０％塩酸２．０ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇで１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層９４．２ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの含量は２０．５％（１９．３ｇ）であり、２−メチルフランに対する収率は８７％であった。一方、洗浄後の油層には、モルホリン及び４−ホルミルモルホリンは検出されなかった。尚、上述した各々の水層には合計０．９ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、洗浄後の油層中に含まれる分と合わせると、２−メチルフランに対する５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９１％であった。

比較例１
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド２８．７ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。ホスゲンの供給を開始して３０分で固体が析出し、撹拌ができなくなった。

比較例２
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ及びＮ，Ｎ−ジエチルホルムアミド２１．５ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

その後、水２９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液４９．６ｇを加えてｐＨ８．７とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を２０％塩酸２．０ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇで１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層９４．２ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの含量は２０．５％（１９．３ｇ）であり、２−メチルフランに対する収率は８７％であった。一方、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミドの含量は０．７８％（０．７３ｇ）であった。尚、上述した各々の水層には合計０．９ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、洗浄後の油層中に含まれる分と合わせると、２−メチルフランに対する５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９１％であった。

比較例３
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ及びＮ，Ｎ−ジブチルホルムアミド３３．４ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

その後、トルエン４０ｇと水７９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液２９．０ｇを加えてｐＨ８．３とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を２０％塩酸２．８ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液２２．０ｇで１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液２０．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層１３７ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの含量は１３．３％（１８．３ｇ）であり、２−メチルフランに対する収率は８３％であった。一方、Ｎ，Ｎ−ジブチルホルムアミドの含量は０．７６％（１．０４ｇ）であった。尚、上述した各々の水層には合計２．３ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、洗浄後の油層中に含まれる分と合わせると、２−メチルフランに対する５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９３％であった。

比較例４
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ及びＮ−メチルホルムアニリド２８．７ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

その後、水２９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液６８．４ｇを加えてｐＨ８．８とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を２０％塩酸２．０ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇで１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液２０．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層１１４．４ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの含量は１７．９％（２０．４ｇ）であり、２−メチルフランに対する収率は９２％であった。一方、Ｎ−メチルホルムアニリドの含量は１．３０％（１．４９ｇ）であり、Ｎ−メチルアニリンの含量は１８．５％（２１．１ｇ）であった。尚、上述した各々の水層には合計０．５ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、洗浄後の油層中に含まれる分と合わせると、２−メチルフランに対する５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９５％であった。

Claims (4)

1. ハロゲン原子で置換されていてもよい炭化水素溶媒中で、式（１）
   

   

   （式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子又は炭化水素基を表す。）
   で示されるフラン類、ホスゲン及び４−ホルミルモルホリンを反応させた後、該反応混合物を加水分解処理することを特徴とする式（２）
   

   

   （式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）
   で示されるフルフラール類の製造方法。
2. 前記溶媒がトルエンである請求項１に記載の方法。
3. 反応温度が０〜４０℃である請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記加水分解処理後、油水分離し、得られた油層を水と混合し、次いで、油水分離する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。