JP4984567B2

JP4984567B2 - 分岐アルキルブロミドの製造方法

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Publication number: JP4984567B2
Application number: JP2006049286A
Authority: JP
Inventors: 浩志煙草谷; 保彰花崎
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: JP2007223983A

Description

本発明は、医薬、農薬，染料，香料などの有用な有機合成原料として工業的に重要な分岐アルキルブロミドを選択的に高収率で製造する方法に関するものである。

従来、分岐アルキルブロミドの製造方法としては、分岐アルキルアルコールに臭化水素ガスまたは臭化水素酸を反応させて分岐アルキルブロミドを製造する方法が知られているが、得られる分岐アルキルブロミドには、第３級炭素または第２級炭素が臭素化された異性体類が生成し、該異性体類は目的生成物との沸点が極めて近いことから、蒸留による分離精製が困難であるという問題を有する（例えば、非特許文献１参照）。これらの異性体を多く含む分岐アルキルブロミドを蒸留精製した場合、目的とする分岐アルキルブロミドの収率は極端に減少し、高純度な製品は得られない。また、低い転化率の際には異性体を低減することができるが、収率が低く、コスト面から工業的な製法としては不適当である。

一方、異性体類の生成を抑制する手段として、相間移動触媒を用いて分岐アルキルブロミドを製造する方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。但し、この方法は、高価な触媒を大量に使用しなければならず、また、触媒を除去処理する工程が必要な点から製造コストが高く、工業的な利用上の制約となっている。

また、古くからアルコールの臭素化方法として、臭素源としてＰＢｒ_３（例えば、非特許文献３参照）やＰＰｈ_３Ｂｒ_２（例えば、非特許文献４参照）などを用いる製法が知られているが、いずれの臭素化原料も高価であり、また亜燐酸等の反応副生成物を処理することが必要な点等から製造コストが高く、工業的な利用上の制約となっている。

従って、高純度な分岐アルキルブロミドを工業的に簡便に高収率で得ることのできる製造方法が求められている。

ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，６３６−６４７，（１９４３）ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１１，１２２３−１１２４，（１９８７）ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｅｅｒｓ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．６，１１６５−１１６８，（１９９９）ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，８６，９６４，（１９６４）

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の方法では満足できなかった分岐アルキルブロミドの製造方法を提供することにある。すなわち、従来の問題点を解決し、工業的規模でも容易に実施可能な方法により、高純度な分岐アルキルブロミドを製造する方法を提供することにある。

本発明者等は、従来の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、反応により発生した異性体を加水分解により蒸留分離が容易な化合物に転換させることにより、前記問題を解決し、高収率かつ高選択率で高純度分岐アルキルブロミドが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、下記一般式（１）で表される分岐アルキルアルコールを臭化水素を用いて臭素化することにより、一般式（２）で表される分岐アルキルブロミドを製造する際に、反応により発生した異性体を加水分解除去することを特徴とする分岐アルキルブロミドの製造方法に関する。

（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素基またはＲ_１，Ｒ_２が結合した環状構造を示し、Ｒ_３は水素原子または炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素基を示す。）

（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素基またはＲ_１，Ｒ_２が結合した環状構造を示し、Ｒ_３は水素原子または炭素数１〜６の直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素基を示す。）
以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明に用いる分岐アルキルアルコールに格別の限定はないが、２−メチルプロパノール、２−メチルブタノール、２−エチルブタノール、２−メチルペンタノール、２−エチルペンタノール、２−プロピルペンタノール、２，３−ジメチルブタノール、２−エチル−３−メチルブタノール、２−プロピル−３−メチルブタノール、２−イソプロピル−３−メチルブタノール、２−メチルヘキサノール、２−エチルヘキサノール、２−プロピルヘキサノール、２−ブチルヘキサノール、２，３−ジメチルペンタノール、２，４−ジメチルペンタノール、２，３，３−トリメチルブタノール、２−エチル−３−メチルペンタノール、２−エチル−４−メチルペンタノール、２−エチル−３，３−ジメチルブタノール、２−プロピル−３−メチルペンタノール、２−プロピル−４−メチルペンタノール、２−プロピル−３，３−ジメチルブタノール、２−イソプロピルヘキサノール、２−イソプロピル−３−メチルペンタノール、２−イソプロピル−４−メチルペンタノール、２−イソプロピル−３，３−ジメチルブタノール、２−ブチル−３−メチルペンタノール、２−ブチル−４−メチルペンタノール、２−ブチル−３，３−ジメチルブタノール、２−メチルヘプタノール、２−エチルヘプタノール、２−プロピルヘプタノール、２−ブチルヘプタノール、２−ペンチルヘキサノール２，３−ジメチルヘキサノール、２，４−ジメチルヘキサノール、２，５−ジメチルヘキサノール、２，３，４−トリメチルペンタノール、２−メチル−３−エチルペンタノール、２，４，４−トリメチルペンタノール、２−エチル−３−メチルヘキサノール、２−エチル−４−メチルヘキサノール、２−エチル−５−メチルヘキサノール、２−エチル−４，４−ジメチルヘキサノール、２，２−ジメチルプロパノール、２，２−ジメチルブタノール、２，２−ジエチルプロパノール、２，２−ジエチルブタノール、シクロプロピルメタノール、１−メチルシクロプロピルメタノール、１−エチルシクロプロピルメタノール、１−プロピルシクロプロピルメタノール、２−メチルシクロプロピルメタノール、２−エチルシクロプロピルメタノール、２，２−ジメチルシクロプロピルメタノール、２，２−ジエチルシクロプロピルメタノール、シクロブチルメタノール、１−メチルシクロブチルメタノール、１−エチルシクロブチルメタノール、１−プロピルシクロブチルメタノール、２−メチルシクロブチルメタノール、２−エチルシクロブチルメタノール、３−メチルシクロブチルメタノール、３−エチルシクロブチルメタノール、２，２−ジメチルシクロブチルメタノール、２，２−ジエチルシクロブチルメタノール、シクロペンチルメタノール、１−メチルシクロペンチルメタノール、１−エチルシクロペンチルメタノール、１−プロピルシクロペンチルメタノール、２−メチルシクロペンチルメタノール、２−エチルシクロペンチルメタノール、３−メチルシクロペンチルメタノール、３−エチルシクロペンチルメタノール、２，２−ジメチルシクロペンチルメタノール、２，２−ジエチルシクロペンチルメタノール、シクロヘキシルメタノール、１−メチルシクロヘキシルメタノール、１−エチルシクロヘキシルメタノール、１−プロピルシクロヘキシルメタノール、２−メチルシクロヘキシルメタノール、２−エチルシクロヘキシルメタノール、３−メチルシクロヘキシルメタノール、３−エチルシクロヘキシルメタノール、４−メチルシクロヘキシルメタノール、４−エチルシクロヘキシルメタノール、２，２−ジメチルシクロヘキシルメタノール、２，２−ジエチルシクロヘキシルメタノール、シクロヘプチルメタノール、１−メチルシクロヘプチルメタノール、１−エチルシクロヘプチルメタノール、１−プロピルシクロヘプチルメタノール、２−メチルシクロヘプチルメタノール、２−エチルシクロヘプチルメタノール、３−メチルシクロヘプチルメタノール、３−エチルシクロヘプチルメタノール、４−メチルシクロヘプチルメタノール、４−エチルシクロヘプチルメタノール、２，２−ジメチルシクロヘプチルメタノール、２，２−ジエチルシクロヘプチルメタノール等の分岐アルキルアルコール類が例示される。

本発明に用いる臭化水素の形態として格別の限定はないが、気体状、液状、水溶液状等の臭化水素が使用できる。臭化水素ガス及び臭化水素酸は各々単独で使用することができるが、併用して用いることもできる。

その際、通常用いられる臭化水素量は出発化合物である分岐アルキルアルコールに対して１倍モル以上用いるのが好ましく、１．１〜３．０倍モルの使用がさらに好ましい。しかし、３．０倍モルを超える量の臭化水素の使用は経済的に好ましくない。

臭素化反応は、溶媒の存在下に実施してもよく、溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン等の直鎖状脂肪族炭化水素類、２−メチルブタン、２−メチルペンタン、３−メチルペンタン、２−メチルヘキサン、３−メチルヘキサン、２−メチルヘプタン、２，２−ジメチルヘキサン、２，３−ジメチルヘプタン等の側鎖状脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環状炭化水素類、ベンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、クロロプロパン、１，３−ジクロロプロパン、１，２−ジクロロプロパン、ｎ−ブチルクロライド、１，４−ジクロロブタン、１，３−ジクロロブタン、ｎ−ペンチルクロライド、シクロペンチルクロライド、ｎ−ヘキシルクロライド、シクロヘキシルクロライド、ｎ−オクチルクロライド、ｎ−ラウリルクロライド、ジブロモメタン、ブロモホルム、テトラブロモメタン、ｎ−プロピルブロマイド、ｉ−プロピルブロマイド、１，３−ジブロモプロパン、１，２−ジブロモプロパン、ｎ−ブチルブロマイド、１，４−ジブロモブタン、１，３−ジブロモブタン、ｎ−ペンチルブロマイド、シクロペンチルブロマイド、ｎ−ヘキシルブロマイド、シクロヘキシルブロマイド、ｎ−オクチルブロマイド、ｎ−ラウリルブロマイド等の脂肪族ハロゲン化合物類、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、ｐ−ジクロロベンゼン、ｏ−クロロトルエン、ｍ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、ブロモベンゼン、ｏ−ジブロモベンゼン、ｍ−ジブロモベンゼン、ｐ−ジブロモベンゼン、ｏ−ブロモトルエン、ｍ−ブロモトルエン、ｐ−ブロモトルエン等の芳香族ハロゲン化合物類を用いることができる。

反応温度は、通常、常圧状態では４０〜２００℃の範囲である。４０℃未満の低い温度では反応が進みにくく、２００℃を超える激しい加熱状態では異性体類の生成量が増加してしまうため好ましくない。

加水分解は、水の添加のみでも進行するが、酸、アルカリの添加を行ってもよい。ｐＨは１〜１３の範囲、好ましくは１〜９の範囲である。ｐＨが１３を超える強アルカリ条件下では目的生成物が加水分解を起こすため好ましくない。添加する水の量は特に限定するものではないが、分岐アルキルブロミドに対し１〜２００重量％、好ましくは１〜５０重量％の範囲である。添加量が１重量％より少ないと反応速度が低下し、生産効率が落ちる。また、異性体が加水分解し、生成する臭化水素が少量の添加水に溶解して高濃度臭化水素酸を形成することにより、目的物の異性化が進行する。添加量が２００重量％より多いと生産効率が低下する。

加水分解温度は、０〜１５０℃の範囲、好ましくは１０〜１００℃の範囲である。加水分解温度が０℃より低いと反応速度が低下し、生産効率が落ちる。また、反応温度が１５０℃より高いと目的生成物が加水分解を起こすため好ましくない。

加水分解反応は、臭素化反応に用いた溶媒の存在下に実施してもよく、溶媒としては同様のものが使用可能である。

本発明にて合成した分岐アルキルブロミドを含む層をそのまま製品とすることもできるが、洗浄、脱水、濃縮や蒸留を行うことにより、高純度分岐アルキルブロミドを得ることができる。

本発明における蒸留とは、一般的な有機化学物質の製造プロセスにおいて採用できる蒸留操作一般を指し、その条件は任意に設定できる。すなわち蒸留条件において、圧力は減圧でも大気圧でもよいが、好ましくは減圧蒸留である。さらに、蒸留塔に充填物を充填することが好ましい。

本発明の方法によれば、医薬、農薬、染料、香料等の有用な原料として、工業的に重要な化合物である高純度な分岐アルキルブロミドを出発化合物である分岐アルキルアルコールから容易に効率よく得ることができるため、本製造法は、高純度な分岐アルキルブロミドの工業的製造方法として有用である。

以下に、反応の詳細について実施例を用いて説明するが、それらは本発明を限定するものではない。尚、本反応の生成物は、ガスクロマトグラフィーによる標品の測定及びＧＣ−ＭＳにて確認した。また、生成物の分析はいずれもガスクロマトグラフィーを用いて行った。
［ガスクロマトグラフィー測定］
装置：ＧＣ−１７Ａ（島津製作所製）
カラム：キャピラリーカラムＮＥＵＴＲＡＢＯＮＤ−５（ＧＬサイエンス製）（０．３２ｍｍＩ．Ｄ．×３０ｍ）
検出器：ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）
の条件で行った。
［ＧＣ−ＭＳ測定］
装置：Ｍ−８０Ｂ（日立製作所製）
カラム：キャピラリーカラムＤＢ−１７０１（Ｊ＆Ｗ製）（０．２５ｍｍＩ．Ｄ．×３０ｍ）
の条件で行った。

実施例１
２−エチルブタノール４０８．６８ｇ（４．０モル）を還流コンデンサー、温度計及び磁気撹拌子を装着した四つ口フラスコに入れ、オイルバスにつけて、撹拌しながら温度を８０℃に保ち、臭化水素ガス５５０ｇ（６．８モル）を１２．５時間かけて吹き込み反応させた。その結果、２−エチルブタノールの転化率は９８．９％、目的とする２−エチルブチルブロミドの含有率は９０．３％であった。また、副生した３−ブロモ−３−メチルペンタンの含有率は６．７％であった。得られた反応液の水層を除去し、水洗浄して有機層を得た。次いで、得られた有機層に水２０重量％を添加し、攪拌しながら温度を７０℃に保ち、４時間加水分解反応させた。その結果、３−ブロモ−３−メチルペンタンが選択的に加水分解を受けて含有率が０．０５％になり、３−ブロモ−３−メチルペンタンの加水分解生成物として、オレフィン類と３−メチル−３−ペンタノールが生成し、各々の含有率は、６．２３％と０．３１％であった。また、目的とする２−エチルブチルブロミドの含有率は９１．３％であった。次いで、その反応液を洗浄し、減圧蒸留を行った。その結果、２−エチルブチルブロミドの純度は９９．４％、蒸留収率は６９．０％であった。また、３−ブロモ−３−メチルペンタンの含有率は未検出であった。

実施例２
イソブチルアルコール２２２．４ｇ（３．０モル）を還流コンデンサー、温度計及び磁気撹拌子を装着した四つ口フラスコに入れ、オイルバスにつけて、撹拌しながら温度を５５℃に保ち、臭化水素ガス４１９ｇ（５．２モル）を６０時間かけて吹き込み反応させた。その結果、イソブチルアルコールの転化率は９６．２％、目的とするイソブチルブロミドの含有率は９１．４％であった。また、副生したｔ−ブチルブロミドの含有率は４．２％であった。得られた反応液の水層を除去し、水洗浄して有機層を得た。次いで、得られた有機層に水３０重量％を添加し、攪拌しながら温度を３０℃に保ち、５時間加水分解反応させた。その結果、ｔ−ブチルブロミドが選択的に加水分解を受けて含有率は未検出であった。また、目的とするイソブチルブロミドの純度は９９．６％、加水分解収率は９７．７％であった。

比較例１
２−エチルブタノール２０４．３ｇ（２．０モル）を還流コンデンサー、温度計及び磁気撹拌子を装着した四つ口フラスコに入れ、オイルバスにつけて、撹拌しながら温度を８０℃に保ち、臭化水素ガス２７２ｇ（３．４モル）を１３時間かけて吹き込み反応させた。その結果、２−エチルブタノールの転化率は９８．９％、目的とする２−エチルブチルブロミドの選択率は９１．３％、含有率は９０．４％であった。また、副生した３−ブロモ−３−メチルペンタンの含有率は６．８％であった。次いで、異性体の加水分解を行わずに得られた反応液を洗浄し、減圧蒸留を行った。その結果、２−エチルブチルブロミドの純度は９８．３％、蒸留収率は２１．０％であった。また、３−ブロモ−３−メチルペンタンの含有率は０．９％であった。

比較例２
イソブチルアルコール３７０．６ｇ（５．０モル）を還流コンデンサー、温度計及び磁気撹拌子を装着した四つ口フラスコに入れ、オイルバスにつけて、撹拌しながら温度を５５℃に保ち、臭化水素ガス５７５ｇ（７．１モル）を７５時間かけて吹き込み反応させた。その結果、イソブチルアルコールの転化率は９７．１％、目的とするイソブチルブロミドの含有率は９２．１％であった。また、副生したｔ−ブチルブロミドの含有率は４．５％であった。次いで、ｔ−ブチルブロミドの加水分解を行わずに得られた反応液を洗浄し、減圧蒸留を行った。その結果、イソブチルブロミドの純度は９９．６％、蒸留収率は６８．０％であった。また、ｔ−ブチルブロミドの含有率は０．１％であった。

Claims

２−メチルプロパノール、２−メチルブタノール、２−エチルブタノール、２−メチルペンタノール、２−エチルペンタノール、２−プロピルペンタノール、２，３−ジメチルブタノール、２−エチル−３−メチルブタノール、２−プロピル−３−メチルブタノール、２−イソプロピル−３−メチルブタノール、２−メチルヘキサノール、２−エチルヘキサノール、２−プロピルヘキサノール、２−ブチルヘキサノール、２，３−ジメチルペンタノール、２，４−ジメチルペンタノール、２，３，３−トリメチルブタノール、２−エチル−３−メチルペンタノール、２−エチル−４−メチルペンタノール、２−エチル−３，３−ジメチルブタノール、２−プロピル−３−メチルペンタノール、２−プロピル−４−メチルペンタノール、２−プロピル−３，３−ジメチルブタノール、２−イソプロピルヘキサノール、２−イソプロピル−３−メチルペンタノール、２−イソプロピル−４−メチルペンタノール、２−イソプロピル−３，３−ジメチルブタノール、２−ブチル−３−メチルペンタノール、２−ブチル−４−メチルペンタノール、２−ブチル−３，３−ジメチルブタノール、２−メチルヘプタノール、２−エチルヘプタノール、２−プロピルヘプタノール、２−ブチルヘプタノール、２−ペンチルヘキサノール、２，３−ジメチルヘキサノール、２，４−ジメチルヘキサノール、２，５−ジメチルヘキサノール、２，３，４−トリメチルペンタノール、２−メチル−３−エチルペンタノール、２，４，４−トリメチルペンタノール、２−エチル−３−メチルヘキサノール、２−エチル−４−メチルヘキサノール、２−エチル−５−メチルヘキサノール、２−エチル−４，４−ジメチルヘキサノール、２，２−ジメチルプロパノール、２，２−ジメチルブタノール、２，２−ジエチルプロパノール、２，２−ジエチルブタノール、シクロプロピルメタノール、１−メチルシクロプロピルメタノール、１−エチルシクロプロピルメタノール、１−プロピルシクロプロピルメタノール、２−メチルシクロプロピルメタノール、２−エチルシクロプロピルメタノール、２，２−ジメチルシクロプロピルメタノール、２，２−ジエチルシクロプロピルメタノール、シクロブチルメタノール、１−メチルシクロブチルメタノール、１−エチルシクロブチルメタノール、１−プロピルシクロブチルメタノール、２−メチルシクロブチルメタノール、２−エチルシクロブチルメタノール、３−メチルシクロブチルメタノール、３−エチルシクロブチルメタノール、２，２−ジメチルシクロブチルメタノール、２，２−ジエチルシクロブチルメタノール、シクロペンチルメタノール、１−メチルシクロペンチルメタノール、１−エチルシクロペンチルメタノール、１−プロピルシクロペンチルメタノール、２−メチルシクロペンチルメタノール、２−エチルシクロペンチルメタノール、３−メチルシクロペンチルメタノール、３−エチルシクロペンチルメタノール、２，２−ジメチルシクロペンチルメタノール、２，２−ジエチルシクロペンチルメタノール、シクロヘキシルメタノール、１−メチルシクロヘキシルメタノール、１−エチルシクロヘキシルメタノール、１−プロピルシクロヘキシルメタノール、２−メチルシクロヘキシルメタノール、２−エチルシクロヘキシルメタノール、３−メチルシクロヘキシルメタノール、３−エチルシクロヘキシルメタノール、４−メチルシクロヘキシルメタノール、４−エチルシクロヘキシルメタノール、２，２−ジメチルシクロヘキシルメタノール、２，２−ジエチルシクロヘキシルメタノール、シクロヘプチルメタノール、１−メチルシクロヘプチルメタノール、１−エチルシクロヘプチルメタノール、１−プロピルシクロヘプチルメタノール、２−メチルシクロヘプチルメタノール、２−エチルシクロヘプチルメタノール、３−メチルシクロヘプチルメタノール、３−エチルシクロヘプチルメタノール、４−メチルシクロヘプチルメタノール、４−エチルシクロヘプチルメタノール、２，２−ジメチルシクロヘプチルメタノール、２，２−ジエチルシクロヘプチルメタノールから選ばれる分岐アルキルアルコールを臭化水素を用い、水酸基を臭素で置換して分岐アルキルブロミドを製造する方法において、副生成物として発生した第３級炭素または第２級炭素が臭素化された異性体を、ｐＨ７の水または、ｐＨ１からｐＨ７未満の酸もしくはｐＨ７を超えてｐＨ１３までのアルカリを添加し、０〜１５０℃の範囲で加水分解除去することを特徴とする分岐アルキルブロミドの製造方法。
加水分解に用いる水の量が、分岐アルキルブロミドに対し１〜２００重量％の割合であることを特徴とする請求項１に記載の分岐アルキルブロミドの製造方法。
加水分解した後、蒸留精製することを特徴とする請求項１〜２に記載の分岐アルキルブロミドの製造方法。
加水分解した後、水層を分液除去して分岐アルキルブロミドを得ることを特徴とする請求項１〜２に記載の分岐アルキルブロミドの製造方法。