JP5855238B2 - パラ−チモールを調製するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、チモール製造の蒸留残渣から４−イソプロピル−３−メチルフェノール（ｐ−チモール）を調製するための方法に関する。

４−イソプロピル−３−メチルフェノールは、たとえば化粧料における抗菌剤および殺菌剤、歯石防止剤作用を有するうがい薬、さらには良好な皮膚適合性を有するフットケアおよびヘアケア組成物として使用されている。４−イソプロピル−３−メチルフェノールの調製法は、原理的には公知である。

したがって、（特許文献１）には、ジルコニウム触媒上におけるメタ−クレゾール（ｍ−クレゾール、３−メチルフェノール）とプロペンとの反応が記載されているが、そこでは、基本的にはチモール（２−イソプロピル−５−メチルフェノール）が生成するが、多くの芳香族反応副生物もまた生成する。一つの反応副生物として、反応混合物中では２％、第一の蒸留の後では４．４％の４−イソプロピル−３−メチルフェノールが同定されている。４−イソプロピル−３−メチルフェノールの単離についての記載はない。

（特許文献２）には、酸性亜鉛触媒上でのｍ−クレゾールとプロペンとの反応の際に、最高１９．５％までの４−イソプロピル−３−メチルフェノールが生成することが記載されている。ここでもやはり、４−イソプロピル−３−メチルフェノールの単離についての記載はない。

（特許文献３）には、塩基性酸化アルミニウム触媒上でのメタ−クレゾールとプロペンとの反応の際に、約２％の４−イソプロピル−３−メチルフェノールが生成することが記載されている。各種の反応副生物から４−イソプロピル−３−メチルフェノールを単離することについての記載はない。

さらに、メタ−クレゾールとイソブテンとの反応における反応副生物として４−イソプロピル−３−メチルフェノールを、複雑なプロセスの手段により得ることは、（特許文献４）からも公知である。

上述のプロセスすべてにおける一般的態様は、ｍ−クレゾールのアルキル化の際の二次成分として４−イソプロピル−３−メチルフェノールが生成するが、その他の二次成分が非常に多いので、単離が実施されないか、または並外れて手間のかかる方法の手段によって単離が実施されるかのいずれかである。

（特許文献５）には次のようなプロセスが開示されている：チモール製造からの反応混合物から、まず蒸留によって、チモールおよび未反応のメタ−クレゾールの大部分を分離し、その結果として残った残渣を蒸留して、非揮発性の物質または極めて実質的に非揮発性の物質を分離除去し、そのようにして得られた留出物に５重量％までの水を添加してから結晶化させるか、または、５重量％までの水を添加してから残っている残渣を結晶化させ、その結晶化させた残渣を蒸留によって、非揮発性の物質または極めて実質的に非揮発性の物質から分離する。

そのようにして得られた４−イソプロピル−３−メチルフェノールの純度は、９５．１％であった。

米国特許第３，３３１，８７９号明細書 独国特許公開第２１３９６２２ＯＳ号明細書 独国特許公開第２５２８３０３ＯＳ号明細書 米国特許第２，６０３，６６２号明細書 独国特許公開第１０２００７０３５５１５Ａ号明細書

したがって、４−イソプロピル−３−メチルフェノールを、効率的な方法で、高い純度で得ることが可能となるような方法を提供する必要性が存在していた。

触媒の存在下でメタ−クレゾールをプロペンと反応させる際に得られる反応混合物から４−イソプロピル−３−メチルフェノールを調製するための方法であって、
ａ）反応混合物からチモールおよび未反応のメタ−クレゾールの大部分を蒸留によって除去し、蒸留残渣を得る、そして
ｂ）工程ａ）によって残った蒸留残渣から、結晶化によって、粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを得る、そして
ｃ）工程ｂ）によって得られた粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを、少なくとも８０重量％の炭化水素もしくはハロゲン化炭化水素またはそれらの混合物からなる有機溶媒を用いて処理する
ことを特徴とする方法が今回見いだされた。

本発明の範囲には、配合およびパラメーターの特定された範囲および好ましい範囲だけではなく、各種所望のそれらの組み合わせもまた、実務的な理由から、以下においてそれらのすべてが明示されていないとしても、包含される。

当業者に公知の方法（たとえば、独国特許公開第３８２４２８４ＯＳ号明細書、または独国特許公開第２５２８３０３ＯＳ号明細書参照）で実施することが可能な、触媒の存在下における、プロペンを用いたメタ−クレゾールのアルキル化では、典型的には、主要量のチモールの他に、約１〜３重量％の４−イソプロピル−３−メチルフェノールも含んでいる反応混合物が生成する。

本発明による工程ａ）においては、チモールおよび未反応のメタ−クレゾールの大部分は、蒸留によって反応混合物から除去される。「大部分（ｌａｒｇｅｌｙ）」という用語は、本明細書では、残る残渣が、チモールおよびメタ−クレゾールを、合わせて、合計８０％以下、好ましくは５５％以下、特に好ましくは３０％以下の割合で含んでいるということを意味している。

本明細書において、蒸留は、自体公知の方法、たとえば非連続的または連続的に実施することができるが、大気圧に比較して低い圧力下で（たとえば１〜９５０ｈＰａ、好ましくは５０〜９５０、特に好ましくは５０〜１５０ｈＰａとすることができる）、連続蒸留するのが好ましい。

蒸留の際の塔頂温度は、たとえば１００〜２２５℃、好ましくは１４０〜１５５℃であり、その塔底温度は、たとえば１２０〜２６０℃、好ましくは１７０〜１９０℃であるが、蒸留の際の塔頂と塔底の温度は、相互に関連しており、また蒸留圧力にも関連するということは、当業者には明らかである。当業者ならば、好適な蒸留条件を決めるのは容易である。

その蒸留は、短経路蒸発器、充填物なしの塔を使用するか、または流下膜式蒸発器もしくは薄膜式蒸発器の手段で実施するのが好ましい。その蒸留では、１段の理論段で充分である。１段を超える段数も当然可能ではあるが、必要はない。

典型的には、その残っている残渣には、４−イソプロピル−３−メチルフェノールの他に、２０〜３０種のさらなる低分子構造の二次成分およびポリマー性の二次成分が含まれている。蒸留の後では、残っている残渣（これは通常黒色である）の中の４−イソプロピル−３−メチルフェノールの含量は、典型的には１０〜３０重量％である。

工程ｂ）においては、工程ａ）に従って残った残渣から、粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールが結晶化される。これは、工程ａ）に従って残った残渣を冷却することによって実施するのが好ましいが、この場合、冷却の際の温度差を、たとえば３０Ｋ以上、好ましくは４０Ｋ以上、より好ましくは４０〜１００Ｋとすることができる。

工程ａ）によって残った蒸留からの残渣は、その蒸留装置から排出された後では、典型的には１４０〜１８０℃、好ましくは１２０〜１４０℃の温度を有しており、結晶化は、その残渣を、たとえば３０℃以下、好ましくは２５℃以下、特に好ましくは−１０℃〜２５℃の間の温度に単に冷却するだけで、極めて容易に実施される。

冷却の際の撹拌は実施しても、しなくてもよいが、撹拌するのが好ましい。

本発明による方法の一実施形態においては、結晶の４−イソプロピル−３−メチルフェノールをシードとして添加することによって、結晶化を誘発させることも、加速させることもできる。

結晶化の時間は、典型的には０．５〜２００時間、好ましくは１〜４８時間、特に好ましくは２〜２４時間である。

工程ｂ）において、結晶化によって粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールが得られる。この方法で得られる粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールの純度は、約７５〜９０重量％、好ましくは８０〜９０重量％である。

母液から粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを分離除去することは、沈降法およびデカンテーション法、濾過法、または遠心分離法、または、その他当業者公知の固液分離操作により、自体公知の方法で実施することができる。

４−イソプロピル−３−メチルフェノールのフラクションは、工程ｂ）で使用される蒸留残渣の中の４−イソプロピル−３−メチルフェノール含量を基準にして、約６０〜９０重量％、好ましくは７０〜９０重量％である。

工程ｂ）によって得られた粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを、工程ｃ）において、少なくとも８０重量％の炭化水素もしくはハロゲン化炭化水素またはそれらの混合物からなる有機溶媒を用いて処理する。本発明の文脈においては、「処理」という用語は、「洗浄」および「再結晶化」、さらにはそれらのプロセスの望ましい組み合わせを意味している。

処理のために使用する有機溶媒は、少なくとも８０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％、特に好ましくは少なくとも９８重量％の炭化水素もしくはハロゲン化炭化水素またはそれらの混合物からなるが、使用するのに特に好ましい溶媒は、工業グレードまたは試験用グレードとして市販されている炭化水素またはハロゲン化炭化水素に限られる。

炭化水素またはハロゲン化炭化水素は、１０１３ｈＰａで３０〜１６０℃の沸点を有するものが好ましい。

好ましい炭化水素は、シクロペンタン、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、２−メチルペンタン、３−メチルペンタン、メチルシクロペンタン、２，２−ジメチルブタン、２，３−ジメチルブタン、メチルシクロヘキサン、２，２−ジメチルペンタン、２，３−ジメチルペンタン、２，４−ジメチルペンタン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、イソオクタンまたはそれらの混合物であるが、メチルシクロヘキサンが特に好ましい。

好ましいハロゲン化炭化水素は、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンの各種異性体、または上述の溶媒の混合物であるが、ジクロロメタンおよびクロロベンゼンが好ましい。

洗浄を行う場合、洗浄は、粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを基準にして、たとえば０．５〜１００重量当量、好ましくは０．５〜１０重量当量の溶媒を用いて実施することができる。

洗浄を行う場合、洗浄は、たとえば−１０℃から使用する溶媒の沸点までで実施することができる。

再結晶化を行う場合、再結晶化は、粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを基準にして、たとえば０．５〜２０重量当量、好ましくは０．５〜１０重量当量の溶媒を用いて実施することができるが、その場合、温度の関数として溶解性挙動を、考慮に入れることが可能であり、好ましくは考慮に入れる。

当業者にとっては、いくつかの予備的な実験をすれば、洗浄、再結晶化のいずれついても好適な条件を容易に特定することが可能である。

一実施形態においては、濾過助剤または活性炭を加えて再結晶化を行うが、その場合、１種または複数種の濾過助剤または活性炭を濾過によって再度除去した後に、４−イソプロピル−３−メチルフェノールを溶媒から結晶化させる。

場合によっては、工程ｃ）を繰り返してもよい。工程ｃ）に再結晶化が含まれている場合、工程ｃ）を繰り返すことは好ましくない。

本発明が特に利点としているのは、チモールの製造において、室温において同様に固体である極めて多数のさらなる二次成分が存在しているにも関わらず、４−イソプロピル−３−メチルフェノールを効率的、かつ二次成分として並外れて高い純度で回収することが可能であるという事実であると考えられる。その純度は、工程ｃ）において洗浄を行う場合には、典型的には９８〜９９重量％、再結晶化すると、典型的には９８．５〜９９．９９重量％、好ましくは９９．８〜９９．９９重量％である。

実施例１：
触媒の存在下でｍ−クレゾールをプロペンと反応させることによるチモールの製造からの、２１．１ｋｇの６０℃に温めた黒色の蒸留残渣（その蒸留残渣には、２１．５重量％のチモール、７．０重量％の３−イソプロピル−５−メチルフェノール、２５．０重量％の４−イソプロピル−３−メチルフェノール、２１．５重量％の２，６−ジイソプロピル−３−メチルフェノール、２１．０重量％の２，４−ジイソプロピル−５−メチルフェノール、および約２２種からなる、合計して約４重量％のその他のアルキル化クレゾールが含まれている）を、容量２５Ｌの反応器の中で、撹拌しながら１６時間かけて徐々に冷却すると、その間に４−イソプロピル−３−メチルフェノールが晶出した。沈殿した粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを濾別した。純度８３．４重量％の４−イソプロピル−３−メチルフェノールが５．２６ｋｇ得られたが、これは、蒸留残渣中に存在する４−イソプロピル−３−メチルフェノールからは、８２．３重量％の収率に相当する。

実施例２：
それぞれの場合において、実施例１による粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールの５０ｇを、吸引ロート上で撹拌しながら、２０℃で１５０ｇの有機溶媒を用いて洗浄した。その結果を表１に示す。

実施例２ｋ：
それぞれの場合において、実施例１による粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールの５０ｇを８５℃に加熱し、撹拌しながら１８８ｇのメチルシクロヘキサンおよび０．５ｇの活性炭を加え、この温度で１５分間撹拌してから、活性炭を濾別した。次いでその濾液を撹拌しながら、室温にまで放冷させた。反応の間に結晶化したｐ−チモールを濾別し、乾燥させた。使用したｐ−チモールの計７５重量％が、純白の針状物として得られ、その純度は９９．９０重量％であった。

Claims (15)

1. 触媒の存在下でメタ−クレゾールをプロペンと反応させる際に得られる反応混合物から４−イソプロピル−３−メチルフェノールを調製するための方法であって、
   ａ）前記反応混合物からチモールおよび未反応のメタ−クレゾールの大部分を蒸留によって除去し、蒸留残渣を得る工程と、
   ｂ）工程ａ）において残った前記蒸留残渣から、結晶化によって、粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを得る工程と、
   ｃ）工程ｂ）により得られた前記粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを、少なくとも８０重量％の炭化水素もしくはハロゲン化炭化水素またはそれらの混合物からなる有機溶媒を用いて処理する工程と、
   を特徴とする方法。
2. 工程ａ）による前記残渣が、１０〜３０重量％の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 工程ｂ）において、前記結晶化を、工程ａ）において残った前記残渣を冷却することにより実施し、冷却の際の温度差を、３０Ｋ以上とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 工程ｂ）における冷却の際に撹拌を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 工程ｂ）において、結晶の４−イソプロピル−３−メチルフェノールをシードとして添加することによって、前記結晶化を生じさせるか、または加速させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 工程ｂ）で得られる前記粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールの純度が、７５〜９０重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 工程ｂ）で得られる前記粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールのフラクションが、工程ｂ）で使用される前記蒸留残渣の中の４−イソプロピル−３−メチルフェノール含量を基準にして、６０〜９０重量％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 工程ｃ）において使用される前記有機溶媒が、少なくとも８０重量％の、炭化水素もしくはハロゲン化炭化水素またはそれらの混合物からなることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記炭化水素またはハロゲン化炭化水素が、１０１３ｈＰａで３０〜１６０℃の沸点を有するものであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記炭化水素が、シクロペンタン、シクロヘキサン、ｎ−ヘキサン、２−メチルペンタン、３−メチルペンタン、メチルシクロペンタン、２，２−ジメチルブタン、２，３−ジメチルブタン、メチルシクロヘキサン、２，２−ジメチルペンタン、２，３−ジメチルペンタン、２，４−ジメチルペンタン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、イソオクタンまたはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ハロゲン化炭化水素が、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンの各種異性体、またはこれらの溶媒の混合物であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 洗浄を行う場合、前記粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを基準にして、０．５〜１００重量当量の前記溶媒を用いて洗浄を行うことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 再結晶化を行う場合、前記粗製の４−イソプロピル−３−メチルフェノールを基準にして、０．５〜２０重量当量の前記溶媒を用いて再結晶化を行うことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 再結晶化によって工程ｃ）を実施し、前記再結晶化を、濾過助剤または活性炭を追加することによって行うことを特徴とする、請求項１〜１１または１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 工程ｃ）を繰り返すことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。