JP6028606B2 - アミン化合物の製造方法 - Google Patents

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本発明は、リジンの脱炭酸反応により1,5−ペンタメチレンジアミンの製造する方法において、イミン化合物を反応触媒として使用することを特徴とする1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法に関する。
従来、アミノ基とカルボキシル基をそれぞれ1つ以上有するアミノ酸化合物の脱炭酸反応によるアミン化合物の製造方法としては、例えば、反応触媒として過酸化物を使用し、テトラリンやシクロヘキサノールの存在下にてアミノ酸化合物を脱炭酸させる反応(例えば、非特許文献1参照)や、ジフエニルメタンの存在下、260〜265℃の反応温度にてチロシンを脱炭酸させる反応(例えば、非特許文献2参照)や、又は反応触媒として脂肪族飽和ケトンやビニルケトン類を使用して、ヒドロキシプロリンなどのα−アミノ酸を脱炭酸させる反応などが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。また、リジンの脱炭酸反応により1,5−ペンタメチレンジアミンを製造する方法については、連続的な製造方法も既に報告されている(例えば、特許文献3参照)。
さらに近年、リジンの脱炭酸による1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法に関しては、例えば、リジン脱炭酸酵素(以下、LDCと称することがある。)又はLDCを産生する微生物又LDC向上した組み換え微生物、植物細胞或いは動物細胞などの細胞等を使用したリジンの脱炭酸反応が、盛んに行われている(例えば、特許文献4参照)。
特公平04−104号公報 特開2001−220372号公報 特開2008−156355号公報 特開2011−201864号公報
薬学雑誌,第85巻,531ページ(1965) Synthesis,475ページ(1972)
しかしながら、例えば、非特許文献1の方法では、取り扱いに特別な注意が必要な過酸化物を使用することや脱炭酸反応収率が低いこと等の問題点があり、非特許文献2の方法では、高温反応を長時間行うことから工業的に好適とは言い難かった。特許文献2の方法も、反応原料を十分にイミノ化するために過剰の脂肪族飽和ケトンを使用しているため、脱炭酸反応後の目的物の取得に対して、加水分解等の煩雑な後処理とその回収が必要であってコスト優位性のある方法とは言い難かった。また、特許文献3の方法は、連続的な製造方法ではあるが、目的生成物とする1,5−ペンタメチレンジアミンの収率は25%以下であり、生産性の観点から工業的には好適な方法とは言い難かった(比較例1参照)。
一方、特許文献2の方法は、生物資源を使用する製造方法であるが、微生物の培養に特殊な操作が必要となることや高濃度での脱炭酸反応が難しく生産効率が低いことなどから、この方法も、また工業的に好適とは言い難かった。
そこで、本発明の課題は、反応触媒としてイミン化合物を使用することを特徴とする、脱炭酸反応による1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法、特に、脱炭酸反応の製造原料としてリジンを使用する1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法を提供することによって解決される。
本発明者らは、前記課題を解決する方法として、リジンから1,5−ペンタメチレンジアミンを製造する方法において、特定のイミン化合物使用することを特徴とする脱炭酸反応を見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、下記に示す〔1〕から〔〕に記載のアミン化合物の製造方法を提供することである。
〔1〕式(1a−A1−1)又は式(3)で示されるイミン化合物の存在下、リジンを脱炭酸反応させる、1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。


(式中、R は、メチル基、エチル基、イソプロピル基を示す。)
〔2〕0.001kPa以上、101.3kPa未満の反応圧力下で脱炭酸反応を行うことを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。
〔3〕100〜300℃の反応温度下で脱炭酸反応を行うことを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。

〔4〕シクロアルカノール類の存在下にて脱炭酸反応を行うことを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。
〔5〕式(1a−A1−1)で示されるイミン化合物。
〔6〕式(3)で示されるイミン化合物。

(式中、R は、メチル基、エチル基、イソプロピル基を示す。)
〔7〕式(1a−A1−1)又は式(3)で示される1,5−ペンタメチレンジアミン製造用、リジン脱炭酸反応触媒。
本発明の製造方法によれば、イミノ化合物の存在下、リジンを加熱して脱炭酸反応させることで、例えば、特許文献1の脂肪族飽和ケトンを使用する従来の方法に比べて、より速やかに脱炭酸反応を進行させて1,5−ペンタメチレンジアミンを得ることができる。
また、本発明の脱炭酸反応では、イミノ化合物は、反応触媒として作用することから使用量が少なくてもよく、反応終了後、煩雑な操作を行なうことなく、目的物である1,5−ペンタメチレンジアミンを精製し、純度が良い1,5−ペンタメチレンジアミンを得ることができる。
<イミン化合物>
本発明の脱炭酸反応は、イミン化合物の存在下にて行われる。
本発明の脱炭酸反応で使用されるイミン化合物は、その分子中に少なくとの1つのイミノ基を有している化合物であれば、例えば、そのイミノ基が、アルキル基及び/又はアリール基などで置換されたイミノ化合物であってもよい。
また、本発明のイミン化合物は、イミノ基が分子中に多数存在してもよいが、本発明で使用するイミン化合物の炭素原子数は50を超えない。
そこで、本発明では、脱炭酸反応を効率的に進行させるために、好ましくは式(1a−A1−1)又は式(3)で示されるイミン化合物が使用される。

(式中、R は、メチル基、エチル基、イソプロピル基を示す。)
本発明の製造方法において、上記イミン化合物は、単独で使用しても、又は複数種類使用してもよい。また、本発明で使用されるイミン化合物は、市販品が有れば、それをそのまま使用してもよい。また市販品が無いものについては、例えば、対応するケトン化合物を用いて、公知の方法により別途合成される。さらに、市販品又は合成品を、例えば、蒸留、晶析、カラムクロマトグフィー等で精製して使用してもよい。
本発明で使用されるイミン化合物の(合計)使用量は、本発明の脱炭酸反応に影響を与えない量であれば特に制限されないが、具体的には、製造原料である後述のアミノ酸化合物1モルに対して、通常、0.0001モル(0.01モル%)から1モル未満、好ましくは、0.001〜0.50モル(0.1〜50モル%)、さらに好ましくは0.005〜0.25モル(0.5〜25モル%)、より好ましくは0.01〜0.10モル(1〜10モル%)、特に好ましくは0.01〜0.75モル(1〜7.5モル%)使用される。
リジン
本発明の製造方法において、リジンは、市販品をそのまま使用してもよい。さらに、市販品を、例えば、蒸留、晶析、カラムクロマトグフィー等で精製して使用してもよい。
<反応溶媒>
本発明の脱炭酸反応では、反応溶媒を使用しても、又は使用しなくてもどちらであってもよい。なお、反応溶媒を使用する場合、使用される反応溶媒としては脱炭酸反応を阻害せず、出発物質をある程度溶解するものであれば特に制限はない。しかしながら、反応溶媒として、好ましくは沸点が80℃以上、さらに好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上の有機溶媒が使用され、その具体例としては、例えばトリエチレングリコール、モノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、又はジエチレングリコールモノヘキシルエーテル等のグリコールエーテル類;シクロペンタノール、シクロヘキサノール、4,4−ジメチルシクロヘキサノール等のようなシクロアルカノール類及びこれらの混合溶媒が挙げられるが、特に好ましくはシクロペンタノール、シクロヘキサノール、及び4,4−ジメチルシクロヘキサノールからなる群より選ばれる少なくとも1種の有機溶媒が使用される。また、反応溶媒の使用量は、特に制限されないが、前記アミノ酸化合物1gに対して、好ましくは0.01〜500g、さらに好ましくは0.1〜300g、より好ましくは0.5〜100g、特に好ましくは0.5〜50g使用される。
<その他添加物>
本発明の脱炭酸反応では、脱炭酸反応を阻害しないものであれば添加物を加えてもよい。特に本発明の脱炭酸反応では、脱炭酸反応時に二酸化炭素発生のために、脱泡剤(Entschaeumer)を反応混合物に添加することが有利である。この際、脱炭酸反応に対して不活性に振る舞う、当業者に慣用の脱泡剤が使用されることができる。有利には、シリコーンオイルが使用される。例えば、商品名シリコーンオイル(Silikonoel)AK350又はEXTRAN(R)AP81で販売される脱泡剤が使用されることができる。また、その使用量は本発明の脱炭酸反応に影響を与えなければ、特に制限されない。
<反応条件>
本発明の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法は、前記式(1a−A1−1)又は式(3)のイミン化合物とリジンとを、反応溶媒の存在下または非存在下、常圧又は減圧下で加熱しながら攪拌や振とう等を行い、混合しながら、二酸化炭素を発生させることで行われる。ここで、例えば、式(1a−A1−1)又は式(3)で示されるイミン化合物で示されるイミン化合物は、本発明の脱炭酸反応において二酸化炭素を発生させる触媒として使用される。
(反応温度)
本発明の脱炭酸反応では、反応温度が、好ましくは100〜300℃、より好ましくは120〜250℃、特に好ましくは120〜200℃で行う。前記温度範囲外では、脱炭酸反応が十分に進行しないことや、脱炭酸反応中に目的物が分解又は蒸留され反応系外へと流出するため好ましくない。
(反応圧力)
本発明の脱炭酸反応は、製造原料や目的生成物が反応系外へ留出しなければ、反応圧力は特に制限されないが、好ましくは大気圧下又は減圧下にて行われる。そこで、本発明の脱炭酸反応は、さらに好ましくは0.001kPa以上、101.3kPa(1atom)未満、より好ましくは0.001から10.13kPa(0.1atom)、特に好ましくは0.001から1.013kPa(0.01atom)の反応圧力下にて行う。本発明の脱炭酸反応は、二酸化炭素の発生を伴う反応であるため、反応を安全、かつより円滑に進行させるためには、開放系又は二酸化炭素を排出する装置を備えた実験環境下で行うことが望ましい。
<有機カルボン酸化合物用脱炭酸剤>
上記より、本発明のイミン化合物は、本発明の製造原料であるアミノ酸化合物以外にも、一般的な有機カルボン酸化合物の脱炭酸反応にも適用することができる。従って、本発明の、式(1)で示されるイミン化合物と前記脱泡剤及び/又はシクロアルカノール類を含有する組成物は、新規な有機カルボン酸化合物用脱炭酸剤として、一般的な有機カルボン酸化合物の脱炭酸反応に使用することができる。
次に、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(参考例1:式(1a−A1−)で示されるイミン化合物の合成)
ディーン・スターク蒸留装置、冷却管、攪拌装置、温度計を備えたガラス製容器に、α−テトラロン14.1g(96.5mmol)と1,5−ペンタメチレンジアミン5.06g(49.53mmol)に、トルエン150gを加え、内温110℃にて、水を留去しながら6時間攪拌した。反応終了後、トルエンを減圧条件下で留去し、次いで、アセトニトリルを添加して固体が析出させ、析出した固体をろ取し、赤褐色固体として、式(1a−A1−1)で示されるイミン化合物を13.3g得た(取得収率:75%)。
(実施例1:1,5−ペンタメチレンジアミンの合成)
攪拌装置、温度計を備えたガラス製容器に、リジン2.01g(13.8mmol)、シクロヘキサノール18.1g(180.6mmol)、及び参考例1で製造した式(1a−A1−)で示されるイミン化合物352.1mg(0.98mmol)を加え、大気圧下、内温160℃にて2.5時間攪拌した。反応終了後、得られた反応混合物を分析(HPLC:絶対検量線法)したところ、リジンの脱炭酸反応転化率は99%、1,5−ペンタメチレンジアミンの反応収率は96%(リジンの使用量基準)であった。
(実施例2:1,5−ペンタメチレンジアミンの合成)
式(1a−A1−)で示されるイミン化合物の使用量を165.9mg(0.46mmol)に変更した以外は、実施例1と同様の脱炭酸反応を行った。反応終了後、得られた反応混合物を分析(HPLC:絶対検量線法)したところ、リジンの脱炭酸反応転化率は99%、1,5−ペンタメチレンジアミンの反応収率は97%(リジンの使用量基準)であった。
(参考例2:式(1a−R’1−1)で示されるイミン化合物の合成)
参考例1に記載のα−テトラロンをアセトフェノンに変更した以外は、参考例1と同様の脱炭酸反応を行った。反応終了後、トルエンを減圧条件下で留去し、淡黄色油状物として式(1a−R’1−1)のイミン化合物を8.9g得た(取得収率:70%)。
(実施例3:1,5−ペンタメチレンジアミンの合成)
攪拌装置、温度計を備えたガラス製容器に、リジン1.98g(13.5mmol)、シクロヘキサノール18.0g(179.7mmol)、及び参考例2で製造した式(1a−A1−3)で示されるイミン化合物182.5mg(0.6mmol)を加え、大気圧下、160℃にて2.5時間攪拌した。反応終了後、得られた反応混合物を分析(HPLC:絶対検量線法)したところ、リジンの脱炭酸反応転化率は93%、1,5−ペンタメチレンジアミンの反応収率は68%(リジンの使用量基準)であった。
(比較例1:特許文献3記載の方法による1,5−ペンタメチレンジアミンの合成)
攪拌装置、温度計を備えたガラス製容器に、リジン2.00g(13.6mmol)、シクロヘキサノール18.1g(180.9mmol)、及び2−シクロヘキセン−1−オン211mg(2.2mmol)を加え、大気圧下、160℃にて3時間攪拌した。反応終了後、得られた反応混合物を分析(HPLC:絶対検量線法)したところ、リジンの脱炭酸反応転化率は49%、1,5−ペンタメチレンジアミンの反応収率はわずか31%(リジンの使用量基準)しかなかった。
本発明の製造方法により、得られたアミン化合物は、例えば、医農薬品の製造原料として有用であるほか、特にジアミン化合物は、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレア等の高分子材料のモノマー等として使用することができるため、工業的にも非常に有用な化合物である。

Claims (6)

  1. 式(1a−A1−1)又は式(3)で示されるイミン化合物の存在下、リジンを脱炭酸反応させる、1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。
    (式中、Rは、メチル基、エチル基、イソプロピル基を示す。)
  2. 0.001kPa以上、101.3kPa未満の反応圧力下で脱炭酸反応を行うことを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。
  3. 100〜300℃の反応温度下で脱炭酸反応を行うことを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。
  4. シクロアルカノール類の存在下にて脱炭酸反応を行うことを特徴とする、請求項1に記載の1,5−ペンタメチレンジアミンの製造方法。
  5. 式(1a−A1−1)で示されるイミン化合物。
  6. 式()で示されるイミン化合物。
    (式中、Rは、メチル基、エチル基、イソプロピル基を示す。)
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