JP5776194B2 - α−アミノ−ε−カプロラクタムの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はリジンからのα-アミノ-ε-カプロラクタムの製造方法に関する。
リジンからのα-アミノ-ε-カプロラクタムの製造方法としては、炭素数４乃至１０のアルコール中でリジンを加熱して脱水環化させる方法（特許文献１）、アルコールを含む溶媒中でＬ‐リジンの塩を加熱する方法（特許文献２）、高温高圧水の存在下、リジンまたはポリリジンを脱水環化する方法（特許文献３）、塩基の存在下、リジン塩酸塩をアルコール中で加熱して環化させる方法(特許文献４)などが知られている。
しかし、いずれもアルコールなど極性溶媒を使用するものであり、非極性溶媒を使用するものはなかった。
しかし、いずれもアルコールなど極性溶媒を使用するものであり、非極性溶媒を使用するものはなかった。
アルコールなどの極性溶媒に代えて、非極性溶媒を用いてリジンからα-アミノ-ε-カプロラクタムを製造する方法を提供することを課題とする。
本発明の上記課題は、下記の発明によって解決される。
即ち、本発明は、温度２００〜４００℃、圧力５〜４０ＭＰａの、非極性溶媒と水の混合溶媒の存在下、リジン又はその塩を脱水環化することを特徴とするα-アミノ-ε-カプロラクタムの製造方法に関する。
非極性溶媒を使用する本発明は、収率良く目的のα-アミノ-ε-カプロラクタムの製造することができ、水の使用を低減させる事ができるため、高温、高圧下での水での反応装置の腐食を軽減できる。また、非極性溶媒が水との分離か良い事から、溶媒の回収リサイクルが容易である。
本発明の詳細について以下説明する。
本発明は、温度１５０〜４００℃、圧力５〜４０ＭＰａの、非極性溶媒と水の混合溶媒の存在下、リジン又はその塩を脱水環化することを特徴とするα-アミノ-ε-カプロラクタムの製造方法に関する。
本発明において使用するリジンは、廃糖蜜などのバイオマスから酵素反応によって得られるものがカーボンニュートラルな製造方法という見地から好ましく用いられるが、市販のリジンでも良い。また、L-体、D-体、ラセミ体の何れのリジンであっても使用することができる。なお、１９６０年代初期、日本のバイオテクノロジー社により、糖からリジンを製造する細菌発酵技術が発見されており、Ｌ‐リジンは味の素、協和発酵、Sewon、Arthur Daniels Midland、Cheil Jedang、ＢＡＳＦおよびCargillなどの多くの企業において製造されており、入手できる。
また、上記リジンの塩も使用する事ができ、例えば、二塩酸Ｌ‐リジン、塩酸Ｌ‐リジン、リン酸Ｌ‐リジン、二リン酸Ｌ‐リジン、酢酸Ｌ‐リジンなどが挙げられる。これらは、市販品を用いる事ができる。これらのリジン塩は水酸化ナトリウム水溶液などで中和して用いる事ができる。リジンの調製においては、Ｌ‐リジンをＤ‐リジンから分離するステップ、例えばキラル分離ステップも加えてよく、定法の分離および精製を行う事も含む。
非極性溶媒としては、トルエン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、ヘプタン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素が挙げられるが、芳香族炭化水素が好ましく、トルエンがより好ましい。
非極性溶媒と水の混合比（体積比）は、非極性溶媒／水＝０．５〜１９、好ましくは、非極性溶媒／水＝１〜９である。非極性溶媒がトルエンの場合は、トルエン／水＝９９／１〜１／２０（トルエン重量％ ９９％〜０．０５％）が特に好ましい。
リジン又はその塩の濃度は、非極性溶媒と水の混合溶媒に対して１〜５００ｇ／Ｌ、好ましくは１０〜２００ｇ／Ｌである。５００ｇ／Ｌより高い濃度になると反応収率が低下する。一方、１ｇ／Ｌより低い濃度は工業的に好ましくない。
反応の温度は２００〜４００℃、好ましくは２３０〜３５０℃である。２００℃より低い温度は反応速度が低下するため好ましくない。一方、４００℃より高い温度では、分解反応が促進されるため好ましくない。
滞留時間（反応時間）は、通常１〜１２０分である。
圧力は滞留時間（反応時間）が維持できる圧力であれば特に限定するものではないが、好ましくは１〜４０ＭＰａ、より好ましくは５〜２０ＭＰａである。
脱水環化反応は、反応装置に空隙がある場合、窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下で行うのが好ましい。
反応装置としては、オートクレーブ（ＳＵＳ製）、封じ込め配管（例えば、ＳＵＳ製の配管の両端をＳＵＳ製のスクリューキャップ等で密栓、或いは、一端において密栓が固定されるか閉塞されており、開放部をスクリューキャップ等で密栓するもの。）などが使用される。
反応終了後、蒸留または再結晶などの定法により目的のα-アミノ-ε-カプロラクタムを得る事ができる。
［実施例１］
反応容器（内容積１０ｍｌのＳＵＳ３１６製の封じ込め配管）にリジン０．０８６７gと、トルエン２．１２０７g、脱気水０．５２３８ｇを仕込み、計内を窒素置換し密栓した。これを、温度２５０℃に保った電気炉に入れ反応容器を加熱し反応を開始させた。該反応容器の温度上昇に伴い、容器内の圧力は６．８ＭＰａ（ゲージ圧）に上昇した。反応を開始してから３０分後に該反応器を電気炉から取り出し、冷水浴に浸し室温まで冷却して反応を停止させた。次いで、該反応容器から内容物である反応液を取り出し、液体クロマトグラフ-質量分析法（カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ Ｄｉｏｌ−１２０−ＮＰ ２５０×４．６ｍｍＩ．Ｄ． Ｓ−５μｍ，１２ｎｍ、カラムオーブン温度：４０℃、移動層組成：アセトニトリル／５０ｍＭギ酸アンモニウム水溶液＝８５／１５、移動層流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ−ＶＩＳ検出器，波長２１０ｎｍ）にて該反応液の分析を行った。
その結果、目的化合物であるα-アミノ-ε-カプロラクタムの生成量は０．０３３４ｇであり、収率は４４％であった。また、反応後の反応容器内を目視で確認したところ、ステンレスの光沢を維持していた。
反応容器（内容積１０ｍｌのＳＵＳ３１６製の封じ込め配管）にリジン０．０８６７gと、トルエン２．１２０７g、脱気水０．５２３８ｇを仕込み、計内を窒素置換し密栓した。これを、温度２５０℃に保った電気炉に入れ反応容器を加熱し反応を開始させた。該反応容器の温度上昇に伴い、容器内の圧力は６．８ＭＰａ（ゲージ圧）に上昇した。反応を開始してから３０分後に該反応器を電気炉から取り出し、冷水浴に浸し室温まで冷却して反応を停止させた。次いで、該反応容器から内容物である反応液を取り出し、液体クロマトグラフ-質量分析法（カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ Ｄｉｏｌ−１２０−ＮＰ ２５０×４．６ｍｍＩ．Ｄ． Ｓ−５μｍ，１２ｎｍ、カラムオーブン温度：４０℃、移動層組成：アセトニトリル／５０ｍＭギ酸アンモニウム水溶液＝８５／１５、移動層流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ−ＶＩＳ検出器，波長２１０ｎｍ）にて該反応液の分析を行った。
その結果、目的化合物であるα-アミノ-ε-カプロラクタムの生成量は０．０３３４ｇであり、収率は４４％であった。また、反応後の反応容器内を目視で確認したところ、ステンレスの光沢を維持していた。
［比較例１］
反応容器（内容積１０ｍｌのＳＵＳ３１６製の封じ込め配管）にリジン０．１１０１gと、トルエン３．０４７５ｇを仕込み、系内を窒素置換し密栓した。これを、温度２５０℃に保った電気炉に入れ反応容器を加熱し反応を開始させた。該反応容器の温度上昇に伴い、容器内の圧力は４．６ＭＰａ（ゲージ圧）に上昇した。反応を開始してから３０分後に該反応器を電気炉から取り出し、冷水浴に浸し室温まで冷却して反応を停止させた。次いで、該反応容器から内容物である反応液を取り出し、液体クロマトグラフ-質量分析法（カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ Ｄｉｏｌ−１２０−ＮＰ ２５０×４．６ｍｍＩ．Ｄ． Ｓ−５μｍ，１２ｎｍ、カラムオーブン温度：４０℃、移動層組成：アセトニトリル／５０ｍＭギ酸アンモニウム水溶液＝８５／１５、移動層流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ−ＶＩＳ検出器，波長２１０ｎｍ）にて該反応液の分析を行った。
その結果、目的化合物であるα-アミノ-ε-カプロラクタムの生成量は０．０２４３ｇであり、収率は２５％であった。また、反応後の反応容器内を目視で確認したところ、ステンレスの光沢を維持していた。
反応容器（内容積１０ｍｌのＳＵＳ３１６製の封じ込め配管）にリジン０．１１０１gと、トルエン３．０４７５ｇを仕込み、系内を窒素置換し密栓した。これを、温度２５０℃に保った電気炉に入れ反応容器を加熱し反応を開始させた。該反応容器の温度上昇に伴い、容器内の圧力は４．６ＭＰａ（ゲージ圧）に上昇した。反応を開始してから３０分後に該反応器を電気炉から取り出し、冷水浴に浸し室温まで冷却して反応を停止させた。次いで、該反応容器から内容物である反応液を取り出し、液体クロマトグラフ-質量分析法（カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ Ｄｉｏｌ−１２０−ＮＰ ２５０×４．６ｍｍＩ．Ｄ． Ｓ−５μｍ，１２ｎｍ、カラムオーブン温度：４０℃、移動層組成：アセトニトリル／５０ｍＭギ酸アンモニウム水溶液＝８５／１５、移動層流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ−ＶＩＳ検出器，波長２１０ｎｍ）にて該反応液の分析を行った。
その結果、目的化合物であるα-アミノ-ε-カプロラクタムの生成量は０．０２４３ｇであり、収率は２５％であった。また、反応後の反応容器内を目視で確認したところ、ステンレスの光沢を維持していた。
［比較例２、実施例１及び２］
比較例１と同様の条件でトルエン／水混合比および反応時間を変えて反応を行った。その結果を表１に示す。
比較例１と同様の条件でトルエン／水混合比および反応時間を変えて反応を行った。その結果を表１に示す。
［実施例３］
図１に示す連続高温高圧反応装置を用いて、以下、実施例５−１〜５−１９に示す通り、温度、圧力、滞留時間を変更し反応を行った。なお、反応時間（滞留時間）は送液量と反応器容積から算出した。反応液の分析は、採取された反応液を、液体クロマトグラフ-質量分析法（カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ Ｄｉｏｌ−１２０−ＮＰ ２５０×４．６ｍｍＩ．Ｄ． Ｓ−５μｍ，１２ｎｍ、カラムオーブン温度：４０℃、移動層組成：アセトニトリル／５０ｍＭギ酸アンモニウム水溶液＝８５／１５、移動層流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ−ＶＩＳ検出器，波長２１０ｎｍ）を用いて行った。
図１に示す連続高温高圧反応装置を用いて、以下、実施例５−１〜５−１９に示す通り、温度、圧力、滞留時間を変更し反応を行った。なお、反応時間（滞留時間）は送液量と反応器容積から算出した。反応液の分析は、採取された反応液を、液体クロマトグラフ-質量分析法（カラム：ＹＭＣ−Ｐａｃｋ Ｄｉｏｌ−１２０−ＮＰ ２５０×４．６ｍｍＩ．Ｄ． Ｓ−５μｍ，１２ｎｍ、カラムオーブン温度：４０℃、移動層組成：アセトニトリル／５０ｍＭギ酸アンモニウム水溶液＝８５／１５、移動層流速：１ｍＬ／ｍｉｎ、検出器：ＵＶ−ＶＩＳ検出器，波長２１０ｎｍ）を用いて行った。
［実施例３−１］
反応器容積を５ｍｌ、圧力調整機の圧力を３０ＭＰａＧ、反応器内部温度が２５０℃になるように電気炉の温度を設定にした前記連続高温高圧反応装置に送液ポンプ１（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）より原料水溶液（リジン１塩酸塩３．８ｇ、水酸化ナトリウム０．９ｇ、純水１５０．４ｇ）を流量０．５ｍｌ／ｍｉｎで送液し、送液ポンプ２（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）よりトルエンを流量０．５ｍｌ／ｍｉｎで送液した。採取した反応液を、前記液体クロマトグラフ-質量分析法によって分析を行った結果、目的のα-アミノ-ε-カプロラクタムの収率は５１％であった。
反応器容積を５ｍｌ、圧力調整機の圧力を３０ＭＰａＧ、反応器内部温度が２５０℃になるように電気炉の温度を設定にした前記連続高温高圧反応装置に送液ポンプ１（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）より原料水溶液（リジン１塩酸塩３．８ｇ、水酸化ナトリウム０．９ｇ、純水１５０．４ｇ）を流量０．５ｍｌ／ｍｉｎで送液し、送液ポンプ２（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）よりトルエンを流量０．５ｍｌ／ｍｉｎで送液した。採取した反応液を、前記液体クロマトグラフ-質量分析法によって分析を行った結果、目的のα-アミノ-ε-カプロラクタムの収率は５１％であった。
［実施例３−２〜３−８］
表２に示す反応時間（滞留時間）に設定し、反応器の内部温度を２５０℃又は３００℃にした以外は実施例３−１と同様の条件で反応を行った。その結果を表２に示す。
表２に示す反応時間（滞留時間）に設定し、反応器の内部温度を２５０℃又は３００℃にした以外は実施例３−１と同様の条件で反応を行った。その結果を表２に示す。
［実施例３−８及び３−９］
表３に示す非極性溶媒（トルエン）／水混合比、反応器の内部温度、滞留時間になるように設定した以外は実施例３−１と同様にして反応を行った。その結果を表３に示す。
表３に示す非極性溶媒（トルエン）／水混合比、反応器の内部温度、滞留時間になるように設定した以外は実施例３−１と同様にして反応を行った。その結果を表３に示す。
［実施例３−１０及び３−１１］
表４に示す非極性溶媒にて行った以外は実施例３−１と同様に反応を行った。その結果を表４に示す。
表４に示す非極性溶媒にて行った以外は実施例３−１と同様に反応を行った。その結果を表４に示す。
［実施例３−１２〜３−１５］
表５に示す滞留時間（反応時間）、基質濃度（リジン１塩酸塩の濃度）、反応器の内部温度で行った以外は実施例３−１と同様に反応を行った。その結果を表５に示す。
表５に示す滞留時間（反応時間）、基質濃度（リジン１塩酸塩の濃度）、反応器の内部温度で行った以外は実施例３−１と同様に反応を行った。その結果を表５に示す。
［実施例３−１６及び３−１７］
表６に示す圧力で行った以外は実施例３−３と同様に反応を行った。その結果を表６に示す。
表６に示す圧力で行った以外は実施例３−３と同様に反応を行った。その結果を表６に示す。
１ 原料層（リジン塩酸塩水溶液）
２ 送液ポンプ１（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）
３ 開閉用バルブ１
４ 非極性溶媒層
５ 送液ポンプ２（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）
６ 開閉用バルブ２
７ 電気炉内反応器（ＳＵＳ３１６、３ｍｍ配管）
８ 電気炉（ＥＳＰＥＣ ＳＴＰＨ−１０１Ｍ）
９ 反応器内部温度測定機
１０ 冷却ライン（ＳＵＳ３１６、１／１６配管）
１１ 圧力調整機（ＪＡＳＣＯ ＳＣＦＢｐｇ）
１２ 反応液採取層排ガス
２ 送液ポンプ１（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）
３ 開閉用バルブ１
４ 非極性溶媒層
５ 送液ポンプ２（ＪＡＳＣＯ ＰＵ−２０８６Ｐｌｕｓ）
６ 開閉用バルブ２
７ 電気炉内反応器（ＳＵＳ３１６、３ｍｍ配管）
８ 電気炉（ＥＳＰＥＣ ＳＴＰＨ−１０１Ｍ）
９ 反応器内部温度測定機
１０ 冷却ライン（ＳＵＳ３１６、１／１６配管）
１１ 圧力調整機（ＪＡＳＣＯ ＳＣＦＢｐｇ）
１２ 反応液採取層排ガス
Claims (1)
- シリカゲル、アルミナ及び有機スズ化合物の非存在下、温度２００〜４００℃、圧力５〜４０Ｐａ、トルエン／水の体積比が１〜４であるトルエンと水の混合溶媒の存在下、リジン又はその塩を脱水環化することを特徴とするα-アミノ-ε-カプロラクタムの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011021744A JP5776194B2 (ja) | 2011-02-03 | 2011-02-03 | α−アミノ−ε−カプロラクタムの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011021744A JP5776194B2 (ja) | 2011-02-03 | 2011-02-03 | α−アミノ−ε−カプロラクタムの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012162462A JP2012162462A (ja) | 2012-08-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2011021744A Expired - Fee Related JP5776194B2 (ja) | 2011-02-03 | 2011-02-03 | α−アミノ−ε−カプロラクタムの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2843621B2 (ja) * | 1989-12-04 | 1999-01-06 | 協和油化株式会社 | α―アミノ―ε―カプロラクタムの製造方法 |
| JP2003206276A (ja) * | 2002-01-07 | 2003-07-22 | Chisso Corp | α−アミノ−ε−カプロラクタムの製造方法 |
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2011
- 2011-02-03 JP JP2011021744A patent/JP5776194B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2012162462A (ja) | 2012-08-30 |
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