JP6323106B2 - N−アルキル−n’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩およびその溶液の製造方法 - Google Patents
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Description
1)三級アミン類のハロゲン化アルキルによる四級化反応で合成したハロゲン化四級アンモニウム塩と有機酸の金属塩とを溶媒中で反応させ、不溶性のハロゲン化金属塩を除去することで、四級アンモニウム有機酸塩を得る方法(特許文献1)。
R3N + RX → R4NX
R4NX+ MY → R4NY + MX
2)三級アミン類のハロゲン化アルキルによる四級化反応で合成したハロゲン化四級アンモニウム塩を電解法(特許文献2)、イオン交換樹脂法(特許文献3)、酸化銀法(非特許文献1)などの方法で水酸化四級アンモニウム塩を合成し、これと有機酸とを中和させて四級アンモニウム有機酸塩を得る方法。
R4NOH + HY → R4NY + H2O
3)三級アミン類の炭酸ジアルキルエステルによる四級化反応で合成した炭酸アルキル
四級アンモニウムを有機酸と反応させて、脱炭酸により四級アンモニウム有機酸塩を得る方法(特許文献4)。
R4NCO3R + HY → R4NY + ROH+ CO2
三級アミン類としてシクロアミジン化合物を使用し、上記の四級アンモニウム有機酸塩の合成法を適用し、N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩を得ようとする場合、1)の方法ではやはり高純度なものは得られず、また、N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウムの水酸化物は安定に存在しない(非特許文献2)ので、2)の方法も適用できない。また、3)の方法では、四級化反応工程で生成する炭酸メチルN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウムは従来の炭酸メチル テトラアルキルアンモニウムとは異なり、熱的に不安定で単離できないばかりでなく、有機酸と反応させる前に分解してしまい、高純度のN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩を高収率で得ることは不可能であった。ここで、Rは、置換基を有していてもよい炭化水素基を表す。
シクロアミジニウムは水に対しても不安定でそれぞれ、式(1)および式(2)のように加水分解するので、特許文献4で開示されているような従来の四級アンモニウム有機酸塩の製造方法をそのまま適用することは不可能であった(特許文献5)。
そこで、改良法として特許文献5に記載される方法が提案された。これは(a)N−アルキルシクロアミジニウム化合物の一種であるN−アルキルイミダゾリン類を炭酸ジメチルによってメチル化し、N−アルキル−N’−メチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩を製造する四級化反応工程、および、(b)生成したN−アルキル−N’−メチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩を有機酸と反応させるアニオン交換反応工程を含むN−アルキル−N’−メチルイミダゾリニウム有機酸塩の製造方法において、前記(a)と(b)の両工程の反応溶媒としてメタノールを用い、さらに両工程で反応系内の水分を1重量%未満に保ちながら反応させN−アルキル−N’−メチルイミダゾリニウム有機酸塩を製造するものである。
ところで、例えばオルトフタル酸は無水フタル酸の加水分解で製造されるように、経済性を向上させるためには原料として有機酸無水物を直接使用することが好ましい。上記の3)の方法で有機酸の代わりに有機酸無水物を使用する方法が提案されている(特許文献6)。この方法では、炭酸メチル 四級アンモニウムを水と反応させ生成するメタノールを系外に除去し得られた四級アンモニウム炭酸水素塩と有機酸無水物を反応させることで、有機酸メチルエステルの副生を抑制し、高純度の四級アンモニウム有機酸塩を得ることができる。
a)N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩と有機酸無水物と水とを反応させることを特徴とするN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩の製造方法。
c)a)またはb)に記載の製造方法により得られたN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩を希釈溶媒に溶解し、次いで水を留去する工程を有することを特徴とするN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩溶液の製造方法。
このため、本発明の方法を用いれば、帯電防止剤、静電荷調整剤、繊維柔軟剤、シャンプー基剤、インクジェット用薬剤、樹脂硬化用触媒、相間移動触媒、電気化学的素子用電解質等として様々な分野で広範に使用されうるN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩およびその溶液を効率よく提供することができる。
本発明の製造方法は、N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩と有機酸無水物と水とを反応させることを特徴とするN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩の製造方法に関するものである。
本発明の製造方法で使用するN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩は例えば、N−アルキルシクロアミジン類をメタノール溶媒中、炭酸ジメチルによってメチル化する次式(3)で示される四級化反応により製造される。
上記R4及びR5としては、炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜5のアルキル基であることがより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基であることが好ましい。
とのエステル交換反応等の副反応により目的物の収率が低下する。
上述のように製造されるN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩としては、不飽和シクロアミジニウム化合物と飽和シクロアミジニウム化合物が挙げられる。
ニウム、1,3−ジエチル−2−メチルテトラヒドロピリミジニウム等のテトラヒドロピリミジニウム化合物;5−メチル−1,5−ジアザビシクロ〔4.3.0〕ノネン−5、8−メチル−1,8−ジアザビシクロ〔5.4.0〕ウンデセン−7、1,3−ジメチル−2−n−ウンデシルイミダゾリニウム、1,3−ジメチル−2−n−ヘプタデシルイミダゾリニウム、さらには2−(2’−ヒドロキシ)エチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、1−(2’−ヒドロキシ)エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム、2−エトキシメチル−1,3−ジメチルイミダゾリニウム、1−エトキシメチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム等のヒドロキシル基やエーテル結合を有する基を挙げることができる。
3,4−ピリジンジカルボン酸無水物、2,3−ピラジンジカルボン酸無水物、3−フルオロフタル酸無水物、4−フルオロフタル酸無水物、3−ニトロフタル酸無水物、4−ニトロフタル酸無水物等の芳香族ジカルボン酸無水物類;これらの中でも、酸性の強い有機酸の無水物が平衡上好ましく、特に無水フタル酸あるいは安息香酸無水物が好ましい。
反応は、N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩、有機酸無水物、水を混合することで行う。それぞれの混合順序は任意であり、あるいは同時でも、連続添加、断続添加、いずれの方法でもよい。中でも、有機酸無水物と水とを混合し、次いでN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩を添加する工程を有する方法が反応速度を制御しやすい点で好ましい。
N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩を単体で得るためには、引き続いて溶媒を留去し乾燥すればよいが、必要に応じて再結晶による精製を行ってさらに純度を向上させてもよい。
50%以下、好ましくは35%以下になった段階で中沸点溶媒を添加することが好ましい。また、中沸点溶媒は複数回に分けて添加しても構わない。中沸点溶媒の添加量は特に限定されないが、好ましくは系内に残存するメタノール及び未反応炭酸ジメチルの総量と同程度が好ましい。中沸点溶媒の添加後、更に内部温度を70℃以下に保ち留去を実施し、系内に残存しているメタノール及び未反応炭酸ジメチルとほぼ同量を中沸点溶媒添加前と同一条件下で留去することが好ましい。
メタノールおよび未反応の炭酸ジメチルの留去工程において、中沸点溶媒を添加して内部温度を70℃以下にして蒸留を行うことにより、系内のメタノールをほぼ完全に留去することができる。また、酸とメタノールが反応した不純物の生成や、希釈溶媒であるラクトン類とメタノールが反応した不純物の生成を抑制することもできる。
ールと反応し有機酸メチルエステルを生成するが、水存在中でメタノールを留去することにより、有機酸メチルエステルが加水分解し有機酸に戻る。この2つの逆反応が組み合わされることにより、従来避けられなかった、N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウムの加水分解物生成と有機酸無水物からの有機酸メチルエステル生成が同時に回避でき、有機酸無水物を原料としてもN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩およびその溶液を得ることが可能となった。
(工程A)
1Lのオートクレーブ内に1−エチル−2−メチルイミダゾリン169g(1.51モル)、メタノール411g(12.83モル)を仕込み、145℃まで昇温したところ8.5気圧(ブルドン圧力計にて測定したゲージ圧)になった。さらに、炭酸ジメチル272g(3.02モル)を1.5時間かけて滴下した後、6時間反応させて反応液Aを得た。この反応液Aを液体クロマトグラフ(HPLC)で分析した結果、1−エチル−2−メチルイミダゾリンの転化率は100%で、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の収率は99%であった。
1Lのガラス製フラスコ内に、無水フタル酸134g(0.90モル)を仕込み、次いで水267g(14.84モル)を添加し、100℃で2時間攪拌した。さらに、反応液A507g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量0.90モル)を20℃〜30℃で3時間かけて滴下した後、1時間反応させて反応液Bを得た。この反応液Bから圧力70mmHg(水銀マノメーターにて測定した絶対圧力)で内部温度が40℃の条件下で系内のメタノール及び未反応の炭酸ジメチルの留去を実施し、さらに50mmHg、内部温度45℃の条件で留去を行い351gまで濃縮を行った。この濃縮液280gにγ−ブチロラクトンを629g添加し、20mmHgまで徐々に減圧度を上げ、内部温度が100℃になるまで昇温して留去を実施し、さらにγ−ブチロラクトン37gを加え、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液849gを得た。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は25.0wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分168ppmであった。
工程Bでの反応液Aの使用量を532g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量0.95モル)とし、最初のγ−ブチロラクトン投入後にオルトフタル酸を添加し、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の陽イオンと陰イオンの比を1:1に調整した以外は実施例1と同様に反応を行った。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液中の1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は25.2wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分235ppmであった。
工程Bでの反応液Aの使用量を483g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量0.86モル)とした以外は実施例1と同様に反応を行った。
1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液中の1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は25.4wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分297ppmであった。
工程Bでの希釈溶媒をスルホランとした以外は実施例1と同様に反応を行った。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のスルホラン溶液中の1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は54.2wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分498ppmであった。
工程Aは実施例1と同様にして実施した。(工程B)1Lのガラス製フラスコ内に、オルトフタル酸150g(0.90モル)を仕込み、次いでメタノール288g(9.00モル)を添加し、室温で30分攪拌した。さらに、反応液A507g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量0.90モル)を20℃〜30℃で3時間かけて滴下した後、1時間反応させて反応液Bを得た。この反応液Bから圧力70mmHg(水銀マノメーターにて測定した絶対圧力)で内部温度が40℃の条件下で系内のメタノール及び未反応の炭酸ジメチルの留去を実施し、さらに50mmHg、内部温度45℃の条件で留去を行い340gまで濃縮を行った。この濃縮液298gにγ−ブチロラクトンを696g添加し、20mmHgまで徐々に減圧度を上げ、内部温度が100℃になるまで昇温して留去を実施し、さらにγ−ブチロラクトン112gを加え、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液934gを得た。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は24.8wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分55ppmであった。
工程Bでの反応液Aの使用量を569g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量1.01モル)とし、最初のγ−ブチロラクトン投入後にオルトフタル酸を添加し、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の陽イオンと陰イオンの比を1:1に調整した以外は参考例1と同様に反応を行った。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液中の1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は24.8wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分43ppmであった。
工程Bでの希釈溶媒をスルホランとした以外は参考例1と同様に反応を行った。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のスルホラン溶液中の1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は52.2wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は99%以上、残存水分1902ppmであった。
工程Aは実施例1と同様にして実施した。(工程B)1Lのガラス製フラスコ内に、無水フタル酸67g(0.45モル)を仕込み、次いでメタノール134g(4.19モル)を添加し、室温で30分攪拌した。さらに、反応液A241g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量0.43モル)を20℃〜30℃で3時
間かけて滴下した後、1時間反応させて反応液Bを得た。この反応液Bから圧力70mmHg(水銀マノメーターにて測定した絶対圧力)で内部温度が40℃の条件下で系内のメタノール及び未反応の炭酸ジメチルの留去を実施し、さらに50mmHg、内部温度45℃の条件で留去を行い156gまで濃縮を行った。この濃縮液151gにγ−ブチロラクトンを364g添加し、20mmHgまで徐々に減圧度を上げ、内部温度が100℃になるまで昇温して留去を実施し、さらにγ−ブチロラクトン41gを加え、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液463gを得た。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は4.0wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は17%であった。
特開平1−197462号公報(特許文献6)を参考に実験を行った。工程Aは実施例1と同様にして実施した。(工程B)1Lのガラス製フラスコ内に、水129g(7.14モル)と反応液A241g(1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩の含有量0.43モル)を仕込み、圧力20mmHg(水銀マノメーターにて測定した絶対圧力)で内部温度が40℃の条件下で1時間加熱した。この反応液に無水フタル酸64g(0.43モル)を加え、50℃1時間撹拌し、20mmHg、内部温度50℃の条件で留去を行い127gまで濃縮を行った。この濃縮液123gにγ−ブチロラクトンを356g添加し、20mmHgまで徐々に減圧度を上げ、内部温度が100℃になるまで昇温して留去を実施し、さらにγ−ブチロラクトン44gを加え、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩のγ−ブチロラクトン溶液456gを得た。1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の濃度は17.7wt%(HPLC法)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウム炭酸メチル塩基準の収率は72%であった。
実施例1〜4、参考例1〜3、比較例1〜2で得られた1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリニウムのフタル酸水素塩の溶液の電気伝導率とpHの測定を実施した。電気伝導率は、γ−ブチロラクトン(GBL)を溶媒に使用した溶液は溶液のまま、スルホラン(SLF)を溶媒に使用したものは水で50wt%に希釈し、電気伝導率計を用いて25℃で測定した。
pHは、水で50wt%に希釈し、pH計を用いて25℃で測定した。
Claims (2)
- N−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム炭酸メチル塩と有機酸無水物と水とを
反応させるN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩の製造方法であって
、該有機酸無水物と該水とを混合し、次いで該N−アルキル−N’−メチルシクロアミジ
ニウム炭酸メチル塩を添加する工程を有することを特徴とする、N−アルキル−N’−メ
チルシクロアミジニウム有機酸塩の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法により得られたN−アルキル−N’−メチルシクロアミジニ
ウム有機酸塩を希釈溶媒に溶解し、次いで水を留去する工程を有することを特徴とするN
−アルキル−N’−メチルシクロアミジニウム有機酸塩溶液の製造方法。
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