JP5609041B2 - ヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法 - Google Patents

ヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法 Download PDF

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Description

本発明はヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法に関する。ヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類は、医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、抗菌剤などに有用である。
ヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法としては、エチレンジアミンとジヒドロキシアセトンとを反応させ、次いでラネーニッケル触媒存在下に水素還元して2−ヒドロキシメチルピペラジン(2−ピペラジンメタノール)を得る方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この製造方法は15MPaという高圧反応条件で進行するため、極めて堅牢な耐圧装置が必要な上に、発火の危険性が高い水素を用いるため、安全性の面から好ましくない。また、反応収率が33%と低く、工業的な方法としては好ましくない。
また、ジベンジルエチレンジアミンとジエチルブロモマロン酸とをアセトニトリル中で反応させ、貴金属触媒の存在下に水素還元した後、水素化アルミニウムリチウムを用いてエステルを還元して、4−ベンジル−2−ヒドロキシメチルピペラジンを得る方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
しかしながら、この製造方法は多段階の反応が必要な上に、三段階で反応を行った場合の合計収率は44%と低く、工業的な方法としては好ましくない。また、発火性の高い水素化アルミニウムリチウムを用いるため、安全性の面からも好ましくない。
オーストリア特許第227268号明細書
Journal of Medicinal Chemistry (1993),36(15),2075−2083
本発明は、上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、一段階で高収率に目的物が得られる上に、簡便且つ安全にヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類を製造する方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、本発明の製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下に示すとおりのヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法である。
[1]下記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び下記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させることを特徴とする下記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
Figure 0005609041
Figure 0005609041
[上記式(1)、(2)中、Rは下記一般式(3)
Figure 0005609041
(上記式(3)中、Rは水素原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、nは0又は1を表す。)
で示される置換基を表す。]
Figure 0005609041
(上記式(4)中、R、nは上記と同じ定義である。)
[2]上記ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒を含むことを特徴とする上記[1]に記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
[3]上記式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類が、下記式(5)
Figure 0005609041
で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする上記[1]乃至[3]のいずれかに記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
[4]上記式(5)で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとクロロプロパンジオールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする上記[3]に記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
[5]上記式(5)で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとグリシドールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする上記[3]に記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
本発明の製造方法によれば、一段階で高収率に目的物が得られる上に、比較的低圧で反応が進行することから堅牢な耐圧容器を用いる必要がないので、従来方法に比べて簡便且つ安全にヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類を得ることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の製造方法は、上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させることをその特徴とする。
本発明において、上記一般式(1)、一般式(2)中、置換基Rは、上記一般式(3)で示される置換基を表す。上記一般式(3)、一般式(4)において、Rは水素原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、nは0又は1を表す。炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基又はエチル基が好ましい。
本発明において、使用されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類としては、上記一般式(1)や、上記一般式(2)で示される化合物であればよく、特に限定するものではないが、例えば、ジヒドロキシプロピルエチレンジアミン類、ジヒドロキシブチルエチレンジアミン類等が挙げられる。
本発明においては、このようなジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類として、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
本発明において、上記一般式(1)や、上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類は、例えば、エチレンジアミンをグリシドール等のエポキシアルコールと付加反応させることや、エチレンジアミンをクロロプロパンジオールと付加反応させることにより得られる。
また、エチレンジアミンとジヒドロキシケトン類とを反応させた後に、水素還元することによって得られたものや、エチレンジアミンとハロゲン化ジカルボン酸ジアルキルを反応させて、エチレンジアミンのジエチルエステル体を調製した後、水素化リチウムアルミニウムやジヒドロ−ビス(2−メトキシエトキシ)アルミン酸ナトリウム等の還元剤を用いて、得られたエチレンジアミンのジエチルエステル体を還元することによっても、上記一般式(1)や、上記一般式(2)で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンを得ることができる。
本発明の製造方法において得られる上記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類としては、特に限定するものではないが、例えば、ヒドロキシピペラジン、ヒドロキシメチルピペラジン、ヒドロキシエチルピペラジン等が挙げられる。
本発明の製造方法において、分子内脱水縮合反応は、上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒に接触させることで実施される。
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒としては、例えば、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、ラネー鉄触媒等が挙げられる。本発明の製造方法においては、これらから選ばれる一種又は二種以上を用いることができるが、目的物の収率が向上するため、ラネー銅触媒が特に好適に使用される。また、本発明の製造方法においては、ラネー金属触媒としては、調製品、市販品のいずれも使用することができる。
本発明の製造方法において使用されるラネー金属触媒には、本発明の趣旨に反しない程度で、任意の触媒活性金属を含むことができる。
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒の使用量は、特に限定するものではないが、上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類の使用量に対し、通常0.1〜20重量%の範囲である。0.1重量%よりも少ない場合、反応が著しく遅くなるおそれがあり、20重量%を超えて使用しても経済的に不利となるおそれがある。
本発明の製造方法において、反応は気相で行っても液相で行っても良い。また、反応は懸濁床による回分、半回分、連続式でも、また固定床流通式でも実施できるが、工業的には、固定床流通式が操作、装置、経済性の面から有利である。
本発明の製造方法においては、希釈剤を用いて、原料である、上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類を希釈し、反応を進行させることができる。希釈剤としては、例えば、窒素ガス、水素ガス、アンモニアガス、水蒸気、炭化水素等の不活性ガスや、水、アルコール、不活性な炭化水素等の不活性溶媒が挙げられる。これらの希釈剤は任意の量で使用でき、特に限定するものではないが、[上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類の使用量]/[希釈剤の使用量]のモル比を0.01〜1の範囲とすることが好ましい。モル比0.01以上とすると、上記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の生産性が向上する。また、モル比1以下とすると、上記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の選択性が向上する。
本発明の製造方法において、希釈剤は、上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類と同時に反応器内に導入してもよいし、予め上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類を希釈剤に溶解させた後に、原料溶液として反応器に導入してもよい。
本発明の製造方法において、反応が気相で行われる場合、通常は、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上記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び上記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類の使用量1モルに対して、通常1〜20モル、好ましくは2〜10モルの範囲である。
本発明の製造方法において、反応温度は、通常50〜250℃、好ましくは100〜200℃の範囲である。250℃以下とすることで、原料及び生成物の分解が抑制されるため、上記一般式(3)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の選択率が向上し、50℃以上とすることで十分な反応速度が得られる。
本発明の製造方法においては、反応終了後、上記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類を含有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、上記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類を含有する反応混合液を得る。そして、得られた反応混合液から、抽出、濃縮等の所望の分離精製操作により、上記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類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。
本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
調製例1(ジヒドロキシプロピルエチレンジアミンの合成).
10Lオートクレーブに、エチレンジアミン1202g(20モル)、溶媒としてメタノール1000mlを仕込み、窒素雰囲気下でクロロプロパンジオール663g(6モル)を2時間かけて滴下した。オートクレーブを加熱することで、反応液温度は、100℃に調整された。この時の反応容器圧力は0.5MPaであった。クロロプロパンジオールの滴下終了後、熟成時間は4時間であった。この反応液を48%水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、濾過操作を行った。この操作により得た濾液を、エバポレートして低沸分を留去した後、蒸留精製により、微黄色固体833gを得た。この物質は、上記式(4)で示される2,3−ジヒドロキシプロピルエチレンジアミン(以下、表現を簡潔にするため、2,3−DHPEDAと略す。)であることが、ガスクロマトグラフィー質量分析及び核磁気共鳴分析によって確認された。
調製例2(ジヒドロキシプロピルエチレンジアミンの合成).
10Lオートクレーブに、エチレンジアミン1202g(20モル)、溶媒としてメタノール1000mlを仕込み、窒素雰囲気下でグリシドール444g(6モル)を4時間かけて滴下した。オートクレーブを加熱することで、反応液の温度は60℃に保たれた。グリシドールの滴下終了後、単蒸留により反応液中の溶媒であるメタノール、未反応のエチレンジアミンを留去した。生成物を真空乾燥することで、黄白色固体722gが得られた。この物質は、上記式(4)で示される2,3−ジヒドロキシプロピルエチレンジアミン(以下、表現を簡潔にするため、2,3−DHPEDAと略す。)であることが、ガスクロマトグラフィー質量分析及び核磁気共鳴分析によって確認された。
実施例1.
調製例1で得られた2,3−DHPEDA 124g(0.92モル)、溶媒として水500ml、触媒としてラネー銅(川研ファインケミカル社製、商品名:CDT−60)6.2gを1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDA転化率は96.2%であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は68%であった。
実施例2.
調製例2で得られた2,3−DHPEDA 124g(0.92モル)、溶媒として水500ml、触媒としてラネー銅(川研ファインケミカル社製、商品名:CDT−60)6.2gを1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDA転化率は95.9%であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は67%であった。
実施例3.
調製例1で得られた2,3−DHPEDA 60g(0.45モル)、溶媒として水540ml、触媒としてラネー銅6.0g、(川研ファインケミカル社製、商品名:CDT−60)を1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDA転化率は99.7%であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は70%であった。
実施例4.
調製例1で得られた2,3−DHPEDA 180g(1.50モル)、溶媒として水420ml、触媒としてラネー銅7.2g、(川研ファインケミカル社製、商品名:CDT−60)を1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDA転化率は84.8%であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は52%であった。
実施例5.
溶媒として水200ml、触媒としてラネー銅20.0g、(川研ファインケミカル社製、商品名:CDT−60)を1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。次いで、調製例1で得られた2,3−DHPEDA 200g(1.50モル)を水267mlに溶解させたものを定量ポンプでオートクレーブ内に滴下供給した。滴下時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDA転化率は100%であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は61%であった。
実施例6.
調製例1で得られた2,3−DHPEDA 50g(0.37モル)、溶媒として水50ml、触媒としてラネーニッケル2.5g、(エボニックデグサジャパン社製、商品名:B111W)を200mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDA転化率は53.1%であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は21%であった。
比較例1.
調製例1で得られた2,3−DHPEDA 201g(1.50モル)、溶媒として水201ml、触媒として銅クロム触媒10.1g(日揮触媒化成社製、商品名:N203S)を1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で165℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDAは、転化率が低すぎる為、副生物と分離できなかった。ヒドロキシメチルピペラジン収率は5.6%であった。
比較例2.
調製例1で得られた2,3−DHPEDA 200g(1.49モル)、溶媒として水200ml、触媒として銅クロム触媒10.0g(日揮触媒化成社製、商品名:N203S)を1000mlオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で200℃に加熱した。この時の反応容器圧力は3.5MPaであった。反応時間は4時間であった。
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、2,3−DHPEDAは、転化率が低すぎる為、副生物と分離できなかった。ヒドロキシメチルピペラジン収率は5.3%であった。

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類、及び下記一般式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類からなる群より選ばれる1種又は2種以上のジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させること、並びに当該ラネー金属触媒がラネー銅触媒を含むことを特徴とする下記一般式(4)で示されるヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
    Figure 0005609041
    Figure 0005609041
    [上記式(1)、(2)中、Rは下記一般式(3)
    Figure 0005609041
    (上記式(3)中、Rは水素原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を表し、nは0又は1を表す。)
    で示される置換基を表す。]
    Figure 0005609041
    (上記式(4)中、R、nは上記と同じ定義である。)
  2. 上記式(2)で示されるジヒドロキシ(アルキル)エチレンジアミン類が、下記式(5)
    Figure 0005609041
    で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項1に記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
  3. 上記式(5)で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとクロロプロパンジオールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項2に記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
  4. 上記式(5)で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとグリシドールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項2に記載のヒドロキシ(アルキル)ピペラジン類の製造方法。
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