JP5005940B2

JP5005940B2 - ジアルキルイミダゾールの製造方法

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Publication number: JP5005940B2
Application number: JP2006095706A
Authority: JP
Inventors: 貴弘中島; 秀樹蔭山
Original assignee: Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007269658A

Description

本発明は、ジアルキルイミダゾールの製造に際して生成する不純物を効果的に除去して不純物の少ないジアルキルイミダゾールを得ることを目的とするジアルキルイミダゾールの製造方法に関するものである。

ジアルキルイミダゾールは、医薬品の中間体として、または各種樹脂の触媒用等、各種有機薬品分野においてその有用性が期待される化合物である。上記ジアルキルイミダゾールは、例えば、アンモニアと、第一級アミンと、アルデヒド化合物と、グリオキザールを反応させることにより製造することが知られている。

上記製造方法では、目的とするジアルキルイミダゾール以外に、アルキルイミダゾール等の副生成物が生成されるため、通常、これら副生成物を含む粗ジアルキルイミダゾールを蒸留することにより精製してジアルキルイミダゾールを得ることが行われている。

しかしながら、上記粗ジアルキルイミダゾールにはジアルキルイミダゾールと沸点の近似したアルキルイミダゾールが含有されており、通常の蒸留工程ではアルキルイミダゾールを除去しきれず、結果的に不純物が含有されたジアルキルイミダゾールが得られることとなる。また、不純物としてはアルキルイミダゾリウム以外にもアルキル基の付いていないイミダゾールや製品を経時で着色させてしまうような不純物なども存在することとなる。したがって、蒸留直後では透明性を有しているが、経時的に黒褐色に変色するというような結果となり、高純度のジアルキルイミダゾールを得ることが非常に困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、不純物を効果的に除去し、高純度のジアルキルイミダゾールを得ることのできるジアルキルイミダゾールの製造方法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、アンモニア、１級アミン、アルデヒドおよびグリオキザールを反応させて得た粗ジアルキルイミダゾールを蒸留しジアルキルイミダゾールを製造する方法において、粗ジアルキルイミダゾールを蒸留に先立って、苛性アルカリ物質存在下、６０℃以上の温度で加熱処理するジアルキルイミダゾールの製造方法を要旨とする。

すなわち、本発明者らは、粗ジアルキルイミダゾールにおける不純物を効果的に除去する方法について鋭意検討を重ねた。そして、経時的に黒褐色に変色する不純物は、製造直後の時点では着色されておらず、その状態で分離除去することが困難であることから、上記不純物を早期に着色させ除去する方法を突き止めるべくさらに研究を重ねた。その結果、粗ジアルキルイミダゾールを蒸留工程の前に、苛性アルカリ物質存在下、６０℃以上の温度で加熱処理を行うことにより、経時的に黒褐色に変色する原因物質（不純物）の着色を促進させることが可能となることを突き止めた。そして、上記加熱後、加熱処理により着色させた不純物を蒸留により容易に除去することができ、結果、不純物の含有が極めて少ない、高純度のジアルキルイミダゾールを得ることが可能となることを見出し、本発明に到達した。

このように、本発明は、粗ジアルキルイミダゾールを蒸留しジアルキルイミダゾールを製造するに際して、上記粗ジアルキルイミダゾールを蒸留に先立って、苛性アルカリ物質存在下、６０℃以上で加熱処理するものである。このため、従来の方法では抽出等が困難であった不純物を蒸留前に着色させることができ、これを蒸留により容易に除去可能となる。このようにして得られるジアルキルイミダゾールは、ジアルキルイミダゾール生成時の副生成物である不純物の含有量の少ない高純度のジアルキルイミダゾールである。

そして、上記加熱処理を苛性アルカリ物質存在下で行うため、加熱温度を低く設定しても不純物を容易に着色させることが可能となり、蒸留により不純物を効果的に分離除去することができ、より一層高純度のジアルキルイミダゾールを得ることができる。

また、上記苛性アルカリ物質の配合量を、粗ジアルキルイミダゾールに対して１〜４０モル％の範囲に設定すると、蒸留留出液に混入する水分量も調整され、より一層高純度の１，２−ジアルキルイミダゾールを得ることができる。

このようにして、２５℃で２ヶ月放置した後のＡＰＨＡが２００以下となる高純度のジアルキルイミダゾールが得られる。

本発明のジアルキルイミダゾールの製造方法において、精製の対象となる粗ジアルキルイミダゾールは、従来公知の方法により反応、生成されるものである。例えば、アンモニア、第一級アミン、アルデヒドおよびグリオキザールを反応媒体中で反応させることにより製造される。上記アンモニア、第一級アミンおよびグリオキザールは、通常、それぞれ水溶液として反応に供され、具体的には、上記アンモニアは５〜３０重量％のアンモニア水溶液として、上記第一級アミンは３０〜５０重量％の水溶液として、グリオキザールは、３０〜５０重量％、好ましくは４０重量％程度の水溶液として供給される。また、上記アルデヒドにおいては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどの沸点の低いアルデヒド化合物は水溶液またはメタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコールの２０〜８０重量％溶液として反応に供給され、高沸点のアルデヒド化合物、例えばブチルアルデヒドのような高沸点のアルデヒドは、そのまま反応に供給される。固体のアルデヒドに関しては、低級アルコール等の溶液として反応に使用しても良い。

上記原料成分の添加方法としては、特に限定するものではなく、従来公知の方法、例えば、一括方式、分割方式、滴下方式等の方法があげられ、適宜選択される。また、反応時間は、通常、３０分間〜１０時間程度に設定される。

上記反応において用いられる反応媒体としては、特に限定するものではなく、通常、水が用いられ、必要に応じてメタノール，エタノール，プロパノール等の水と相溶性を有する有機溶媒を適宜使用しても差し支えない。そして、上記各原料成分の仕込み組成は、モル比基準で、グリオキザール／アルデヒド化合物／第一級アミン／アンモニア／＝１／１〜１．５／１〜４／１〜１．５の範囲に設定することが好適である。

そして、このような反応により生成される上記粗ジアルキルイミダゾールとしては、精製抽出されるジアルキルイミダゾールとともに、副生成物であるアルキルイミダゾールおよびイミダゾールを含有しており、例えば、上記ジアルキルイミダゾールが粗ジアルキルイミダゾール全体の５０〜９０モル％、好ましくは７０〜９０モル％の割合で含有されているものである。

本発明において、ジアルキルイミダゾールの精製方法は、上記粗ジアルキルイミダゾールを用い、つぎのようにして行われる。すなわち、上記粗ジアルキルイミダゾールを所定時間加熱することにより、ジアルキルイミダゾールを含有する油層と、水層とに分液して水層を除去する。ついで、残りの油層を減圧蒸留することにより高純度のジアルキルイミダゾールを得ることができる。

上記粗ジアルキルイミダゾールの加熱条件としては、６０℃以上に設定する必要があり、より好ましくは１２０℃以上に設定する。なお、通常、加熱温度の上限は、３００℃である。すなわち、加熱温度が下限値未満では、温度が低過ぎて、蒸留のみでは除去しにくい不純物を着色させることができず、上限値を超えると目的とするイミダゾールのＮ位の置換基が脱離して目的のジアルキルイミダゾールの収率が低下してしまうからである。また、加熱時間としては、２０分間以上に設定することが好ましく、より好ましくは２〜８時間である。

また、本発明の加熱処理は、粗ジアルキルイミダゾール溶液の液相保持圧力下において実施される。

そして、さらには、上記粗ジアルキルイミダゾールを加熱処理するに際して、苛性アルカリ物質存在下で加熱処理が行われる。このように苛性アルカリ物質を添加して加熱処理を行うことにより、不純物の着色反応を促進する作用を奏することから、加熱温度を低く設定しても不純物を効果的に分離除去することができ、結果、より一層高純度のジアルキルイミダゾールを得ることができるようになる。上記苛性アルカリ物質の配合時期としては、特に限定するものではなく、蒸留前の上記加熱処理を行う際に粗ジアルキルイミダゾールに配合されていればよい。

上記苛性アルカリ物質としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、水に対する溶解度が高く、加熱時に水が留去しても固化しにくいという観点から、水酸化カリウムを用いることが好ましい。また、苛性アルカリ物質を配合するに際しては固体のままでも水溶液にしてもどちらでもよいが、特には取り扱いの点から水溶液として添加することが好ましい。

上記苛性アルカリ物質の配合量は、粗ジアルキルイミダゾールに対して１〜４０モル％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは１０〜３０モル％である。すなわち、苛性アルカリ物質が上限値を超えて多過ぎると、蒸留留出液中に含まれる水分が多くなり、得られたジアルキルイミダゾールの純度が低下し、また、蒸留中に固化する苛性アルカリの量が多くなり、蒸留残渣に残留するジアルキルイミダゾールが多くなるという傾向がみられるからである。

さらに、前述の粗ジアルキルイミダゾールの加熱条件についてより詳しく述べる。すなわち、苛性アルカリ物質を配合して苛性アルカリ物質存在下で加熱処理を行う際の加熱温度は、６０〜２００℃に設定することが好ましく、特に好ましくは１００〜１５０℃である。このように、苛性アルカリ物質を用い、苛性アルカリ物質存在下で加熱処理を行うため加熱温度を低く設定することができる。これは、苛性アルカリの存在により、不純物の着色反応が促進されているためと考えられる。

つぎに、上記粗ジアルキルイミダゾールを所定条件で加熱処理した後、静置して油層と水層に分液して、水層を除去する。ついで、上記油層を減圧蒸留することにより目的とするジアルキルイミダゾールを得ることができる。

上記油層の減圧蒸留としては、従来公知の方法にて行うことができ、例えば、圧力２５０〜１４０００Ｐａの減圧条件下、温度６０〜１８０℃での蒸留、特に好ましくは２５０〜７０００Ｐａで温度６０〜１３０℃での蒸留を行い、不純物を留去して目的とする高純度のジアルキルイミダゾールを得ることができる。

このようにして得られるジアルキルイミダゾールは、不純物の含有合計量が２．５重量％未満の高純度のものである。なお、上記不純物の含有合計量、すなわち純度の定量としては、通常、水素炎イオン化検出器を付帯したガスクロマトグラフが用いられる。

そして、このようにして得られたジアルキルイミダゾールとしては、濃度９９％以上で、２５℃で２ヶ月放置した後のＡＰＨＡ（ハーゼン単位色数）が２００以下となるようなジアルキルイミダゾールが得られる。好ましくは、２５℃で２ヶ月放置後のＡＰＨＡ（ハーゼン単位色数）が１００以下である。なお、上記ＡＰＨＡ（ハーゼン単位色数）は、色の判定方法であり、ＪＩＳＫ００７１−１におけるハーゼン単位色数であって、ＩＳＯ６２７１に準拠するものである。

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。また、以下、「％」は重量基準である。

〔ＫＯＨ使用＋加熱温度１２０℃〕
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（７５．５ｇ、１．２ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液に、粗１，２−ジメチルイミダゾールに対して水酸化カリウムを１０モル％加えて常圧濃縮し、濃縮液温が１２０℃になった時点で２時間還流させた。ついで、これを静置して下層の水層と上層の油層とに分液し、下層の水層を除去した後、残りの油層を減圧蒸留（条件：２６７０Ｐａ、９０〜１３０℃）することにより純度９９．８％の１，２−ジメチルイミダゾールを７９ｇ（収率８２％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは４０）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月間放置した後、目視により観察した結果、わずかに色度合いが変化したのみであり、そのときのＡＰＨＡは５０であった。

なお、上記収率の測定には、ガスクロマトグラフを用い、詳細には、カラム：Ａｇｉｌｅｎｔ製ＨＰ−ＷＡＸ０．５３ｍｍ×３０ｍ×１．０μｍ、カラム温度：７０℃から１０℃／分で２２０℃まで昇温し２２０℃で１０分保持、注入口：２２０℃、検出器（水素炎イオン化検出器）：２５０℃、キャリアーガス：ヘリウム２０ｍＬ／分の条件にて、内部標準法にて測定した。

また、上記純度の測定には、ガスクロマトグラフを用い、詳細には上記収率と同じ測定条件で、融解した１，２−ジメチルイミダゾールを測定し得られたクロマトクロマトグラムの面積％を純度とした。

そして、上記ＡＰＨＡは、ＡＰＨＡ標準液との比色を行い測定した。

〔ＫＯＨ使用＋加熱温度６０℃〕
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（７５．５ｇ、１．２ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液に、粗１，２−ジメチルイミダゾールに対して水酸化カリウムを３０モル％加えて、６６７０Ｐａで減圧濃縮し、６０℃になった時点で８時間還流させた。ついで、これを静置して下層の水層と上層の油層とに分液し、下層の水層を除去した後、残りの油層を減圧蒸留（条件：２６７０Ｐａ、９０〜１３０℃）することにより、９９．１％の１，２−ジメチルイミダゾールを７５ｇ、（収率７８％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは５０）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月間放置した後、目視により観察したところ、わずかに色度合いが進行しており、そのときのＡＰＨＡは７０であった。

なお、上記収率，純度の測定は、実施例１と同様にして行った。また、上記ＡＰＨＡも、実施例１と同様、ＡＰＨＡ標準液との比色を行い測定した。

〔ＫＯＨ使用＋加熱温度２００℃〕
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（７５．５ｇ、１．２ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ、黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液に、粗１，２−ジメチルイミダゾールに対して水酸化カリウムを３モル％加えて常圧濃縮し、濃縮液が２００℃になった時点で２時間還流させた。ついで、減圧蒸留をすることにより、９８．７％の１，２−ジメチルイミダゾールを６１ｇ（収率６３％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは２０）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月放置した後、目視により観察した結果、わずかに色度合いが変化したのみであり、そのときのＡＰＨＡは５０であった。

〔参考例１〕
〔ＫＯＨ無し＋加熱温度１８０℃〕
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（７５．５ｇ、１．２ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液を常圧濃縮し、濃縮液温が１８０℃になった時点で８時間還流させた。ついで、これを減圧蒸留（条件：２６７９Ｐａ、９０〜１３０℃）することにより純度９７．６％の１，２−ジメチルイミダゾールを６４ｇ（収率６７％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは９０）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月間放置した後、目視により観察した結果、若干色度合いが変化したが極端な着色の変化はみられなかった。そのときのＡＰＨＡは１８０であった。

〔参考例２〕
〔ＫＯＨ無し＋加熱温度３００℃〕
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（７５．５ｇ、１．２ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液を常圧濃縮し、内温が１８０℃になった時点でオートクレーブに封じ込めて、８５００００〜９０００００Ｐａになるよう調整しながら、３００℃で４時間加熱した。ついで減圧蒸留（条件：２６７０Ｐａ、９０〜１３０℃）するにより純度９７．８％の１，２−ジメチルイミダゾールを５５ｇ（収率５７％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは６０）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月間放置した後、目視で観察した結果、若干色度合いが変化したが極端な着色の変化は見られなかった。そのときのＡＰＨＡは１６０であった。

〔比較例１〕
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（７５．５ｇ、１．２ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液を減圧蒸留（条件：２６７０Ｐａ、９５〜１３０℃）することにより純度９５％の１，２−ジメチルイミダゾールを７０ｇ（収率７３％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは２００）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月間放置した後、目視により観察した結果、黒褐色に変色していた。そのときのＡＰＨＡは１０００以上であり、測定不能であった。

なお、上記収率，純度の測定は、実施例１と同様にして行った。また、上記ＡＰＨＡも、実施例１と同様、ＡＰＨＡ標準液との比色を行った。

〔比較例２〕
（加熱温度が５０℃）
４０％グリオキザール水溶液（１４５．０ｇ、１ｍｏｌ）、４０％メチルアミン水溶液（７７．８ｇ、１ｍｏｌ）、２５％アンモニア水溶液（６８．０ｇ、１ｍｏｌ）および７０％アセトアルデヒド水溶液（６２．９ｇ、１ｍｏｌ）を５０℃で３時間反応させ黄色溶液（粗ジアルキルイミダゾール溶液）が得られた。そして、上記黄色溶液である反応混合物をガスクロマトグラフで定量した結果、１，２−ジメチルイミダゾールが８７ｇ（収率９０％）含有されていた。得られた黄色溶液を６６７０Ｐａにて減圧濃縮し、濃縮液温が５０℃になった時点で２時間還流させた。ついで、これを静置して下層の水層と上層の油層とに分液し、下層の水層を除去した後、油層を減圧蒸留（条件：２６７０Ｐａ、９５〜１３０℃）することにより純度９５％の１，２−ジメチルイミダゾールを６６ｇ（収率６９％、対仕込みグリオキザール）、微黄色固体（融解液のＡＰＨＡは１５０）として得られた。得られた１，２−ジメチルイミダゾールを２５℃で２ヶ月間放置した後、目視により観察した結果、黒褐色に変化していた。そのときのＡＰＨＡは１０００以上であり、測定不能であった。

本発明は、例えば、医薬品中間体、染料の中間体、さらにはエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂等の各種樹脂の触媒等に有用となる高純度なジアルキルイミダゾールを得るための製造方法である。

Claims

アンモニア、１級アミン、アルデヒドおよびグリオキザールを反応させて得た粗ジアルキルイミダゾールを蒸留しジアルキルイミダゾールを製造する方法において、粗ジアルキルイミダゾールを蒸留に先立って、苛性アルカリ物質存在下、６０℃以上の温度で加熱処理することを特徴とするジアルキルイミダゾールの製造方法。
上記粗ジアルキルイミダゾールが、ジアルキルイミダゾールとともにアルキルイミダゾールおよびイミダゾールを含有するものであって、かつジアルキルイミダゾールが粗ジアルキルイミダゾール全体の５０〜９０モル％含有するものである請求項１記載のジアルキルイミダゾールの製造方法。
上記苛性アルカリ物質の配合量が、粗ジアルキルイミダゾールに対して１〜４０モル％の範囲に設定されている請求項１または２記載のジアルキルイミダゾールの製造方法。
上記加熱処理時間が、２０分以上である請求項１〜３のいずれか一項記載のジアルキルイミダゾールの製造方法。