JP5653360B2 - 1,3−および1,4−アルキルメチルピロリドンを生成するためのイタコン酸またはイタコン酸誘導体と第1級アミンとの混合物 - Google Patents
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Description
イタコン酸またはイタコン酸誘導と、式(I)
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含み、第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比が0.5:1〜20:1の範囲の混合物であって、
前記混合物が、使用するイタコン酸または使用するイタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(II)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドンを含み、
R−NH2(I)
[式中、
Rは、1〜24個の炭素原子を有する直鎖状もしくは分岐状の飽和脂肪族基、好ましくは、C1-12−アルキル、例えばメチル、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、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、シクロヘプチルメチル、n−ヘプチル、イソヘプチル、シクロヘキシルメチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、イソノニル、n−デシル、イソデシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、イソドデシル、
より好ましくは、C1-8−アルキル、例えばメチル、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、n−ヘキシル、n−オクチル、および2−エチルヘキシル、
最も好ましくは、C1-4−アルキル、例えばメチル、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、
特に好ましくはメチルであるか、
あるいは、
3〜24個の炭素原子を有する飽和脂環式基、好ましくは、C4-8−シクロアルキル、例えばシクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、およびシクロオクチル、より好ましくは、シクロペンチル、およびシクロヘキシルである]の第1級アミンを含む。
nは、整数1〜4であり、
Xは、H、R、金属M、またはNH3Rであり、このときRは、上記に定義したとおりである]で表わすことができる。
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含み、第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比が0.5:1〜20:1の範囲の混合物であって、
この混合物が、使用するイタコン酸または使用するイタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(II)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドンを含み、
[B+]は、式(V)
[C+]は、式(V)のカチオンまたは[H+]であり、Rは、上記に定義したとおりである。
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含み、第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比が0.5:1〜20:1の範囲の混合物であって、使用するイタコン酸または使用するイタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(II)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドン
一般式(VI)の1,3−アルキルメチルピロリドンおよび/または一般式(VII)の1,4−アルキルメチルピロリドン
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含む混合物を、水素化触媒の存在下で水素と反応させることによる、一般式(VI)の1,3−アルキルメチルピロリドンおよび/または一般式(VII)の1,4−アルキルメチルピロリドン
このとき、第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比は、0.5:1〜20:1の範囲であり、前記混合物は、イタコン酸またはイタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(II)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドンを含み、
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含み、第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比が0.5:1〜20:1の範囲の混合物であって、使用するイタコン酸または使用するイタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(II)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドンを含み、
分析
反応流出物および留出物を、場合によっては規定量の内部標準物質(ジエチレングリコールジメチルエーテル)を用いて、ガスクロマトグラフィーによって分析した。混合物を希釈せずにGCクロマトグラフ(HP社、キャリアガス:水素)の30mのDB1カラム(J+W社)に注入し、オーブン温度60℃〜300℃(加熱速度は、220℃まで8ケルビン/分、その後300℃まで20ケルビン/分)で、水素炎イオン化検出器(温度:290℃)を用いて分析した。クロマトグラムのシグナルを積分することによって、組成を決定した。内部標準物質を使用した場合、内部標準物質(ジエチレングリコールジメチルエーテル)を用いて事前に実施した較正を用いて、シグナル強度を質量比に換算した。
イタコン酸(1.9kg)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(2.6l、2.3kg)に導入した。この均一溶液を攪拌機を備えた9リットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、ロジウム(5%)/活性炭触媒(98g、湿潤(およそ50%の水を含む))[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で100バールの圧力まで水素を注入した。この混合物をこれらの条件下で2時間攪拌した。続いて、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で65時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力250バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
49% 1,3−ジメチルピロリドン
27% 1,4−ジメチルピロリドン
8% 1,3−ジメチルピロリジン
11% モノメチルアミン
2% ジメチルアミン
1% トリメチルアミン
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):88%。
イタコン酸(0.65kg)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(1.1l、0.97kg)に導入した。この均一溶液を攪拌機を備えた3.5リットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、ロジウム(5%)/活性炭触媒(33g、乾燥)[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で50バールの圧力まで水素を注入した。続いて、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で72時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力250バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
52% 1,3−ジメチルピロリドン
25% 1,4−ジメチルピロリドン
4% 3−メチルピロリドン
4% 4−メチルピロリドン
2% 1,3−ジメチルピロリジン
2% モノメチルアミン
1% ジメチルアミン
4% トリメチルアミン
2% N.N−ジメチルメチルスクシンイミド
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):83%。
イタコン酸(0.65kg)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(1.1l、0.97kg)に導入した。この均一溶液を攪拌機を備えた3.5リットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、ロジウム(5%)/活性炭触媒(33g、乾燥)[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で50バールの圧力まで水素を注入した。続いて、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で72時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力250バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
33% 1,3−ジメチルピロリドン
15% 1,4−ジメチルピロリドン
6% 3−メチルピロリドン
3% 4−メチルピロリドン
1% 1,3−ジメチルピロリジン
3% モノメチルアミン
4% ジメチルアミン
13% トリメチルアミン
9% N.N−ジメチルメチルスクシンイミド
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):60%。
イタコン酸(2.0kg)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(2.6l、2.3kg)に導入した。この均一溶液を攪拌機を備えた9リットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、DMPの合成にすでに使用し、反応後に濾別したロジウム(5%)/活性炭触媒(98g、湿潤(およそ50%の水を含む))[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で100バールまで水素を注入した。2時間後、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で65時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力200バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
54% 1,3−ジメチルピロリドン
29% 1,4−ジメチルピロリドン
1% 3−メチルピロリドン
7% 1,3−ジメチルピロリジン
6% モノメチルアミン
2% ジメチルアミン
1% トリメチルアミン
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):91%。
イタコン酸(26kg)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(18ml、16g)に導入し、水(23ml)で希釈した。この均一溶液を攪拌機を備えた300ミリリットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、ロジウム(5%)/活性炭触媒(1.3g、乾燥)[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で50バールの圧力まで水素を注入した。続いて、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で24時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力200バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
15% 1,3−ジメチルピロリドン
7% 1,4−ジメチルピロリドン
5% 3−メチルピロリドン
3% 4−メチルピロリドン
1% N.N−ジメチルメチルスクシンイミド
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):21%。
イタコン酸(52g)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(87ml、78g)に導入した。この均一溶液を攪拌機を備えた300ミリリットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、ロジウム(5%)/活性炭触媒(2.6g、乾燥)[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で100バールの圧力まで水素を注入した。続いて、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で65時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力200バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
55% 1,3−ジメチルピロリドン
23% 1,4−ジメチルピロリドン
7% 1,3−ジメチルピロリジン
3% モノメチルアミン
2% ジメチルアミン
6% トリメチルアミン
3% 3−メチルピロリドン
1% 4−メチルピロリドン
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):88%。
実施例6と同様の手順であるが、ただし水素化反応の全実施時間にわたって、反応物を100℃に維持した。
0% 1,3−ジメチルピロリドン
0% 1,4−ジメチルピロリドン
7% 1,3−ジメチルスクシンイミド
34% モノメチルアミン
8% トリメチルアミン
35% メチルコハク酸
3% 4−カルボキシ−1−メチルピロリドン
7% N.N−ジメチルメチルスクシンイミド
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):0%。
実施例6と同様の手順であるが、ただし使用する出発混合物は、100℃を上回る温度で、メチルアミンとイタコン酸とを接触させることによって得た4−カルボキシ−1−メチルピロリドン(比較例4と同様に製造)(20g)を水(80g)に加えた溶液とし、またロジウム(5%)/活性炭(1g)とした。
40% 1,3−ジメチルピロリドン
24% 1,4−ジメチルピロリドン
3% N−メチルピロリドン(NMP)
16% 1,3−ジメチルスクシンイミド
2% 4−カルボキシ−1−メチルピロリドン
7% 4−ヒドロキシメチル−1−メチルピロリドン
1% 4−カルバミド−1−メチルピロリドン
(残部:同定されず)。
転換率:98%
選択性(イタコン酸に対して):65%。
イタコン酸(32g)を氷で冷却しながら、40%のメチルアミン水溶液(43ml、39g)に導入した。この均一溶液を攪拌機を備えた100ミリリットルのステンレススチール製オートクレーブに移し、ロジウム(5%)/活性炭触媒(1.6g、乾燥、イタコン酸に対して5質量%)[製造者:Aifa Aesar]と混合した。オートクレーブを閉じ、周囲温度で50バールの圧力まで水素を注入した。続いて、この混合物を200℃まで加熱し、この温度で24時間維持した。さらなる水素を連続的に注入し、圧力200バールを維持した。続いて、オートクレーブを冷却し、減圧し、内容物を取り出した。濾過によって触媒を除去し、この粗生成物をガスクロマトグラフィーによって分析した。以下の組成(有機成分に基づき、すなわち水は無視する)が判明した:
49% 1,3−ジメチルピロリドン
18% 1,4−ジメチルピロリドン
8% 1,3−ジメチルスクシンイミド
1% 1,3−ジメチルピロリジン
4% モノメチルアミン
1% ジメチルアミン
<1% トリメチルアミン
1% 3−メチルピロリドン
1% 4−メチルピロリドン
(残部:同定されず)。
転換率:100%
選択性(イタコン酸に対して):71%。
メチルアミンの水溶液(水中41%、水溶液に対して21.5g、0.284mol、2.0当量)に、イタコン酸(18.5g;0.142mol)を水浴で冷却しながらゆっくりと少量ずつ添加するが、これは混合作業中の温度が、常に50℃未満に保たれるように実施する。続いて、この混合物を50℃で1時間攪拌する。イタコン酸(アンモニウム塩として存在)のオレフィンシグナル(化学シフト5.3ppmおよび5.7ppm)、および4−カルボキシ−1−メチルピロリドンの窒素原子の隣のメチレン官能基のシグナル(化学シフト3.6〜3.8ppm)に基づいて、1H NMR(溶媒:外部標準物質としてのD2O)により、混合物の組成を分析する。イタコン酸:4−カルボキシ−1−メチルピロリドンの比は、100:0であった。
実施例8に記載したように、イタコン酸とメチルアミンとを混合し、その後100℃まで1時間加熱した。NMR分析は、イタコン酸:4−カルボキシ−1−メチルピロリドン比が、76:24であることを示した。
実施例8に記載したように、イタコン酸とメチルアミンとを混合し、その後150℃まで1時間加熱した。NMR分析は、イタコン酸:4−カルボキシ−1−メチルピロリドン比が、0:100であることを示した。
イタコン酸(18.5g;0.142mol)と、メチルアミン(水中41%、水溶液に対して10.7g、0.142mol、1.0当量)とを実施例8と同様に混合した。さらに、50℃で沈殿物の形成を防ぐために、20mlの水の添加が必要であった。NMR分析は、イタコン酸:4−カルボキシ−1−メチルピロリドン比が、100:1であることを示した。
イタコン酸(100g、0.78mol)と、メチルアミン(水中41%、水溶液に対して60.0g、0.80mol、1.0当量)とを実施例8と同様に混合した。この懸濁液を標準圧力で1時間、還流下で加熱して沸騰させた(この過程で、沸点がおよそ115℃まで上昇する)。これにより、固体を完全に溶解した。周囲温度まで冷却して、沈殿物を形成した。この均一溶液および沈殿した結晶のNMR分析(溶媒:D2O)は、イタコン酸:4−カルボキシ−1−メチルピロリドン比が、両相において、0:100であることを示した。
Claims (6)
- イタコン酸またはイタコン酸誘導体と、式(I)
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含み、
イタコン酸誘導体として、イタコン酸エステル、イタコン酸アミド、イタコン酸のハロゲン化物、イタコン酸の塩、またはイタコン酸イミンを使用し、
第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比が0.5:1〜20:1の範囲であり、かつ
使用する前記イタコン酸または使用する前記イタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(IX)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドンを含む、
、混合物の使用であって、
一般式(VI)の1,3−アルキルメチルピロリドンおよび/または一般式(VII)の1,4−アルキルメチルピロリドン
を製造するための使用。 - イタコン酸またはイタコン酸誘導体と、式(I)
R−NH2(I)
の第1級アミンとを含む混合物を、水素化触媒の存在下で温度120〜280℃で水素と反応させることによる、一般式(VI)の1,3−アルキルメチルピロリドンおよび/または一般式(VII)の1,4−アルキルメチルピロリドン
イタコン酸誘導体として、イタコン酸エステル、イタコン酸アミド、イタコン酸のハロゲン化物、イタコン酸の塩、またはイタコン酸イミンを使用し、
第1級アミン対イタコン酸またはイタコン酸誘導体のモル比が0.5:1〜20:1の範囲であり、
前記混合物が、イタコン酸またはイタコン酸誘導体に対して50モル%以下の、式(II)の4−カルボキシピロリドン、式(IX)の4−カルボキシピロリドンの誘導体、および式(III)の4−カルバミドピロリドンを含む、
- 温度が120〜280℃の範囲内であり、圧力が50〜300バールの範囲内であることを特徴とする、請求項2記載のアルキルメチルピロリドンの製造方法。
- 前記水素化触媒が、ロジウム、ルテニウム、またはコバルトを含むことを特徴とする、請求項2記載のアルキルメチルピロリドンの製造方法。
- 前記生成物混合物が、副生成物としてN−メチルピロリドンを1%未満含むことを特徴とする、請求項2から4までのいずれか1項に記載のアルキルメチルピロリドンの製造方法。
- 使用する前記イタコン酸または使用する前記イタコン酸誘導体に対する転換率が99%以上であることを特徴とする、請求項2から5までのいずれか1項に記載のアルキルメチルピロリドンの製造方法。
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