JP7097432B2 - 長鎖アミノ酸および二塩基酸を製造する方法 - Google Patents

長鎖アミノ酸および二塩基酸を製造する方法 Download PDF

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Description

［関連出願の相互参照］
本出願は２０１７年７月７日に出願された米国特許出願第１５／６４４７０８号の継続出願であり、その記載のすべては引用することにより本明細書の一部を成すものとする。
本発明は、長鎖ナイロンのモノマーを製造する方法に関し、具体的には、本発明は、長鎖アミノ酸および二塩基酸を製造する方法に関する。
長鎖飽和脂肪族アミノ酸、ラクタムおよび二塩基酸は、長鎖ナイロンおよびエンジニアリングプラスチックにとって重要なモノマーである。ナイロンは、その鎖の主鎖にアミド結合を含有するポリマーのクラスである。ナイロンは、最も広範に用いられており、種類が最も多く、使用量が最も多いエンジニアリングプラスチックの１種である。
長鎖ナイロンは、その希少な分子構造によって、驚くべき物性、すなわち金属より高い機械的強度、低い吸湿性、優れた耐油性、耐低温性、耐摩損性および耐薬品性を有しており、最も重要なことに、加工が容易である。長鎖ナイロンは、多くの種類のプラスチック製品に加工され、繊維に紡績され、薄膜に延伸される。長鎖ナイロンは、塗料および熱溶融接着剤にも用いられる。このように、長鎖ナイロンには、自動車、電気、電子、電気通信、石油化学および航空宇宙産業において広範な用途が見出されている。
長鎖アミノ酸およびラクタムは、ナイロン－９、ナイロン－１１およびナイロン－１２を製造するためのモノマーとして、工業的に用いられている。
長鎖二塩基酸は、ナイロン－６１０、ナイロン－６１２、ナイロン－５１０、ナイロン－５１２、ナイロン－１０１０およびナイロン－１２１２を製造するための出発原料として、ジアミンと工業的に縮合されている。
現在の製造技術の中で、ナイロン－９モノマーである９－アミノノナン酸は、一連の化学反応によりオレイン酸またはオレオニトリルから製造されている（詳細は、Ｊ．Ａｍ．Ｏｉｌ Ｃｈｅｍｉｓｔ’ｓ Ｓｏｃ．，１９７５，Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．１１，ｐｐ４７３－４７７に記載されている）。
ナイロン１１－モノマーである１１－アミノウンデカン酸は、メタノールとのエステル交換、高温での熱分解、無水臭化水素の遊離ラジカル付加、および最終的にアンモノリシス（詳細な方法については、Ａ．Ｃｈａｕｖｅｌ ＆ Ｇ．ＬｅｆｅｂｖｆｒｅによりＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ２：Ｍａｊｏｒ Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ， Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ａｎｄ Ｎｉｔｒａｔｅｄ Ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ，ｐｐ２７４－２７８に記載されている。）により、ヒマシ油から製造されている。全収率は、５５％以下である。
ナイロン－１２モノマーであるラウロラクタムは、一連の反応、すなわち、シクロドデカントリエンの三量化、シクロドデカンの水素化、シクロドデカノールまたはシクロドデカノンの酸化、オキシム化、およびベックマン転位（詳細な方法については、Ａ．Ｃｈａｕｖｅｌ ＆ Ｇ．ＬｅｆｅｂｖｆｒｅによりＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ２：Ｍａｊｏｒ Ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ，Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ ａｎｄ Ｎｉｔｒａｔｅｄ Ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ，ｐｐ２７９－２８６に記載されている。）により、１，３－ブタジエンから製造されている。
長鎖二塩基酸の工業的な製造では、アゼライン酸は、酸化によりオレイン酸から製造され、セバシン酸は、高温（２００℃～２５０℃）でのヒマシ油または脂肪酸のアルカリ切断、次いで精製および精錬により製造されている。
重要なドデカン二酸については、性質が大きく異なる２つの工業的な方法が存在している。一つは、シクロドデカトリエンの触媒三量化、シクロドデカンの水素化、シクロドデカノールまたはシクロドデカノンの酸化、および最終的に硝酸による酸化による１，３－ブタジエンからの化学合成である。他の方法、すなわち発酵による、高純度ドデカンまたはラウリル酸の末端メチル基の生化学的酸化がより好ましい。
化学合成によるこれらのモノマーの製造において、現在の工業的な方法には、低い全収率（９－アミノノナン酸については３５％、１１－アミノウンデカン酸については５５％、セバシン酸については８０％）、本質的に危険で制御が困難な反応条件等の問題がある。例えば、９－アミノノナン酸の製造には、オゾンの使用が必要となり、１１－アミノウンデカン酸の製造には、高温での熱分解反応が必要となる。また、ラウロラクタムおよびドデカン二酸の製造には、可燃性触媒にて不活性反応条件下で１，３－ブタジエンの三量化を利用することとなり、セバシン酸の製造には、ヒマシ油の腐食性の高いアルカリ切断を必要とする。
反応条件は温和であるものの、ドデカン二酸または他の長鎖二塩基酸を製造するための発酵を介した長鎖アルカンまたはラウリン酸の発酵酸化によって、大量の生体材料および分解した短鎖二塩基酸を含有する粗生成物が生じる。ナイロンの製造に好適な生成物を得るために、粗生成物に対して複雑な精製および精錬を行う必要がある。粗生成物を精製および精錬するための多くの方法が、文献に記載されている。詳細な方法については、米国特許第６２１８５７４号明細書、米国特許第８７２９２９８号明細書、中国特許第１０４５９１９９８号明細書、中国特許第１０２４７６９９０号明細書、中国特許第１０２３２９２２４号明細書、中国特許第１０３４９７１００号明細書、中国特許第１０２７９５９８９号明細書、中国特許第１０４４４７２７４号明細書、中国特許第１０４４４７２８０号明細書、中国特許第１０４４９６７９３号明細書、中国特許第１０４５２９７４１号明細書、中国特許第１０４５２９７４７号明細書に開示されている。
本発明者による国際公開第２０１７／０８８２１８号は、長鎖アミノ酸および二塩基酸の同時製造(co-production)の新規な方法を開示している。開示された方法によれば、ケト脂肪酸エステルまたはアミドをヒドロキシルアミンと反応させて、オキシム脂肪酸誘導体を形成し、これにベックマン転位を行って、２つのアミド脂肪酸誘導体の混合物を形成する。混合アミド誘導体を加水分解する場合、長鎖アミノ酸および二塩基酸の混合物を得て、高度希釈法で分離する。
国際公開第２０１７／０８８２１８号による方法は、市販されていない不便な出発原料、すなわちケト脂肪酸エステルまたはアミドから出発している。また、オキシムの調製中、エステルは不安定であり、加水分解されて、相当量のオキシム脂肪酸のアルカリ塩が製造され、これは石鹸状であり、加工を困難にする。さらに、この不純物は、ベックマン転位を妨害して、触媒を不活性化する。
国際公開第２０１７／０８８２１８号に従って調製された混合アミド脂肪酸誘導体の長鎖アミノ酸および二塩基酸への加水分解中、低級アルコール、すなわちメタノールまたはエタノールが、エステル基の加水分解から放出される。この低級アルコールは、アルキルアミン、特に水との共沸混合物を形成するヘキシルアミンの分離を複雑にする。この共沸混合物の形成および分離は、メタノールまたはエタノールに大きな影響を受ける。
また、経済的に有効かつ環境にも安全な方法のために、長鎖アミノ酸および二塩基酸と共に製造した短鎖アルキルアミンおよびアルカン酸の分離が必要とされている。
本発明の目的は、長鎖アミノ酸および二塩基酸を、市販の安定な出発原料であるヒドロキシ脂肪酸、特に１２－ヒドロキシステアリン酸から製造する方法を開示することによって、このような欠点を克服することである。
長鎖アミノ酸および二塩基酸のヒドロキシ脂肪酸からの製造の反応スキームを示す図である。
本発明の目的は、現在の工業的な方法の欠点を克服し、長鎖アミノ酸および二塩基酸の同時製造方法を開示することである。現在の工業的な方法と比較して、本発明に係る方法は、温和な反応条件を利用し、高い全収率をもたらし、工業的製造に特に適している。
本発明は、ｍが０～１０の整数であり、ｎが６～２０の整数である、図１に概略的に示された反応スキームに従って、長鎖二塩基酸（Ｖ）およびアミノ酸（ＶＩ）を製造するために、出発原料として市販のヒドロキシ脂肪酸（Ｉ）を利用するものである。本発明に係る方法は、
（１）出発原料であるヒドロキシ脂肪酸（Ｉ）をケト脂肪酸（ＩＩ）に酸化するステップと；
（２）ケト脂肪酸（ＩＩ）をヒドロキシアミン溶液と反応させて、オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）を形成するか、または有機溶媒の存在下でケト脂肪酸にアンモオキシム化反応を行って、オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）を形成するステップと；
（３）１つ以上の触媒の存在下でオキシム脂肪酸（ＩＩＩ）にベックマン転位を行って、アミド脂肪酸の構造（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）の混合物を形成するステップと；
（４）混合アミド脂肪酸（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）を加水分解して、長鎖二塩基酸（Ｖ）、長鎖アミノ酸（ＶＩ）、短鎖第１アルキルアミン（ＶＩＩ）および短鎖アルカン酸（ＶＩＩＩ）を得るステップと；
（５）長鎖アミノ酸（ＶＩ）、長鎖二塩基酸（Ｖ）およびアルカン酸（ＶＩＩＩ）を、これらの各アルカリ塩から多段中和(step-wise neutralization)または酸性化により分離するステップ
に従って進む。
ｍ＝５、ｎ＝１０の場合、出発原料は、１２－ヒドロキシステアリン酸であることが留意される。本発明に係る方法によれば、ナイロン－１１のモノマーである１１－アミノウンデカン酸は、ナイロン６１２およびナイロン１２１２の製造に重要なモノマーであるドデカン酸と共に同時製造する。
ｍ＝７、ｎ＝８の場合、出発原料は、１０－ヒドロキシステアリン酸である。本発明に係る方法によれば、ナイロン９のモノマーである９－アミノノナン酸は、セバシン酸と共に同時製造し、これをナイロン６１０およびナイロン１０１０の製造で使用する。
ｍ＝５、ｎ＝１２の場合、出発原料は、１４－ヒドロキシアラキジン酸である。本発明に係る方法によれば、ナイロン－１３のモノマーである１３－アミノトリデカン酸は、テトラデカン二酸（すなわち、ブラシル酸）と共に同時製造する。
ヒドロキシ脂肪酸（Ｉ）のケト脂肪酸（ＩＩ）への酸化は、水性酢酸中、次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムによって、０℃～４０℃、好ましくは０℃～２０℃の温度で行うことができる。酸化反応が終了した後、酢酸を蒸留により除去し、残留物を水で懸濁して、塩化ナトリウムまたは塩化カルシウムを溶解する。ケト脂肪酸（ＩＩＩ）は、固液分離により回収する。
ヒドロキシ脂肪酸（Ｉ）のケト脂肪酸（ＩＩ）への酸化は、相間移動触媒の存在下で、触媒としてタングステンまたはモリブデン化合物を用いて、過酸化水素により行うことができる。ヒドロキシ脂肪酸の過酸化水素での酸化は、有機溶媒の存在下、より好ましくは有機溶媒の非存在下で行うことができる。酸化が終了した後、溶融ケト脂肪酸は、５０℃～９０℃の温度で相分離により水溶液から分離する。
オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）を得るために、ケト脂肪酸（ＩＩ）を有機溶媒に溶解し、ヒドロキシルアミン塩の水溶液と反応させ、ここで反応混合物のｐＨを塩基性剤により調整する。
オキシム化反応の有機溶媒は、水溶性または水不溶性のいずれのものでもよい。選択された溶媒の必要条件としては、溶媒がケト脂肪酸（ＩＩ）とオキシム脂肪酸（ＩＩＩ）の両方に溶解でき、出発原料、生成物およびヒドロキシルアミンと反応しないことである。例えば、溶媒としてのアルデヒドおよびケトンは、溶媒がヒドロキシルアミンと反応するため、オキシムを調製するのに適していない。ニトリルも、ニトリル基がヒドロキシルアミンと反応し得るため、適していない。アミンは、ケトンと反応してシッフ塩基を形成するため、好適な溶媒ではない。
好適な溶媒は、アルコール、エステル、脂肪族、芳香族、エーテルおよびアミドのクラスに属する。好ましい溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、イソブタノール、ｓｅｃ－ブタノール、ｔｅｒｔ－ブタノール、アミルアルコール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、トリフルオロメチルベンゼン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリドン、テトラメチル尿素、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルムおよびこれらの２つ以上の混合物があるものの、これらに限定されない。
溶媒は、最も好ましくはトルエンである。
本発明者は、オキシム化反応を有機溶媒の非存在下で行うことができることを見出している。ケト脂肪酸の油相を、塩基性剤と共にヒドロキシルアミン塩の水溶液と反応させて、水性反応溶液のｐＨを調整する。反応後、生成物を、単純に水相から相分離により分離し、該方法の次の段階で脱水する。
ヒドロキシルアミン塩は、塩酸ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミンおよび酢酸ヒドロキシルアミンからなる群から選択される。ヒドロキシルアミンの水溶液も使用できる。
オキシム化反応のｐＨを維持するために使用する塩基性剤は、水酸化物、重炭酸、炭酸、亜硫酸、重亜硫酸、リン酸およびカルボン酸のアルカリおよびアンモニウム塩からなる群から選択される。アルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウムまたはセシウムである。
好適な塩基性剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸カリウム、水酸化アンモニウム、アンモニア、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、ギ酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸カリウム、リン酸アンモウム、リン酸ナトリウムおよびこれらの２つ以上の混合物があるものの、これらに限定されない。
最も好ましい剤は、水酸化アンモニウムである。
オキシム化が終了まで進むためには、適切なｐＨを維持することが必要とされる。オキシム化反応は２～１０の範囲のｐＨで進めることができる。しかし、反応溶液はｐＨ６以上で石鹸状になるので、高いｐＨは使用できないことが見出されている。３未満のｐＨでは、非常に遅い速度でオキシム化反応が進むこととなる。したがって、３～６の範囲、最も好ましくは３．５～５．５の範囲のｐＨを維持することが好ましい。
ケト脂肪酸のオキシム化は、アンモオキシム化反応、すなわちＴｉ－触媒の存在下での過酸化水素によるアンモニアの酸化により行うこともできる。ケト脂肪酸を、有機溶媒、最も好ましくはトルエンに溶解する。アンモニアおよび過酸化水素は、一緒に、順次に、連続的に、半連続的にまたはバッチ式で添加できる。
オキシム化反応は、０℃～１００℃の温度で行うだけでなく、減圧下にて高温で行うこともできる。この反応は、大気圧下にて４０℃～１００℃の温度で行うことが好ましい。温度が低い場合、反応速度が遅く、反応時間が不必要に長くなる。反応温度は、６０℃～８０℃となるように選択されるのが好ましい。
オキシム化反応は、空気中で行うだけでなく、不活性雰囲気下、すなわち窒素、アルゴンまたはヘリウムの保護下で行うこともできる。
オキシム化の終了時間は、反応温度に関連しており、通常０．５～２４時間である。反応時間を１～６時間維持し、反応温度を０℃～１００℃で制御することが好ましい。反応時間が短すぎる場合、ケト脂肪酸の残留物含有量が高過ぎるため、収率が低下する。残留ケト脂肪酸は、処理後に回収できるものの、回収のために追加の装置が必要とされる。反応の延長によってケト脂肪酸の残留量が低減されるものの、反応器の容積は不必要に大きくなる。
オキシム化反応のための反応器は、化学処理で従来使用する任意選択的な反応器、例えば、バッチ式撹拌反応器(batch stirred reactor)、半連続式反応器(semi-continuous reactor)、管型反応器またはフロー反応器であってよい。好ましい反応器は、連続撹拌槽型反応器(continuous stirred tank reactor)（ＣＳＴＲ）である。ＣＳＴＲを採用した場合、有機溶媒中のヒドロキシルアミンの水溶液およびケト脂肪酸の溶液を１つの反応器に同時に添加し、次いで反応を反応器のカスケード中で終了する。一方で、２つの溶液は、バッチ式撹拌反応器に一緒に、順次に、連続的に、半連続的にまたはバッチ式で添加してもよい。
ヒドロキシルアミン対ケト脂肪酸（ＩＩ）のモル比は、ケト脂肪酸がオキシム脂肪酸（ＩＩＩ）に完全に変換されるのを確実にするように、０．１～１０．０、好ましくは１．０～２．０、最も好ましくは１．０５～１．１であってよい。
オキシム化反応の終了後、オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）は、有機相に溶解したままであり、水相が分離されている。有機相中の水の溶解度は小さいものの、残った微量の水は、ベックマン転位触媒の触媒活性を破壊するため、除去しなければならない。微量の水を有機相から除去するために、乾燥剤が使用できる。残りの水は、一部の溶媒を蒸留することにより除去することが好ましい。蒸留した溶媒は、乾燥なしでオキシム化のステップに直接使用できる。蒸留後、オキシム脂肪酸の残留無水溶液は、ベックマン転位に直接使用できる。
ベックマン転位に必要とされる溶媒は、オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）と混合アミド脂肪酸（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）の両方に対して良好な溶解度を示すものでなくてはならず、
ベックマン転位の触媒を溶解できるものであり、触媒と反応しないものである。
オキシム化とベックマン転位の両方のための溶媒は、安定で、回収に適していなければならない。異なる溶媒をオキシム化反応およびベックマン転位に使用して、各反応の必要条件を満たすことができる。単一の溶媒を使用して両方の反応の必要条件を満たし、溶媒の使用および再利用を低減することが好ましい。オキシム化反応およびベックマン転位後に簡単に分離できるように、選択された溶媒は、水不溶性であることがより好ましい。溶媒は反応物および生成物を溶解するためだけに機能するので、両方の反応で使用する溶媒の量は、特に限定されない。
オキシム化とベックマン転位の両方に必要とされる特性を示す溶媒は、エステル、脂肪族、芳香族およびエーテルのクラスに属する。好ましい溶媒としては、酢酸ブチル、酢酸エチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、アニソール、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルｔｅｒｔ－ブチルエーテル、エチルｔｅｒｔ－ブチルエーテル、メチルテトラヒドロフラン、石油エーテル、シクロヘキサン、ジクロロエタン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素およびトリフルオロメチルベンゼン、ならびにこれらの２つ以上の混合物があるものの、これらに限定されない。
溶媒は、最も好ましくはトルエンである。
完全な乾燥後、オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）に、１つ以上の触媒の存在下でベックマン転位を行って、２つのアミド脂肪酸（ＩＶ）の混合物にする。
好適な触媒としては、硫酸、アルキルスルホン酸、アリールスルホン酸、ペルフルオロカルボン酸およびトリフルオロ酢酸があるものの、これらに限定されない。
塩化水素、臭化水素を含有する酢酸または無水物も、好適な触媒である。
オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）中の遊離カルボン酸は、活性ハロゲン化合物と反応することが予想されるので、これらの活性ハロゲン化合物は、オキシム脂肪酸のベックマン転位に好適な触媒ではない。本発明者は、これらの活性ハロゲン化合物が単独でまたはルイス酸との組合せで優れた触媒であることを驚くべきことに見出している。活性ハロゲン化合物は、活性塩素化合物であることが好ましい。
好適な活性塩素化合物としては、塩化チオニル、塩化スルフリル、クロロスルホン酸、様々な塩化スルホニル、すなわち、塩化メタンスルホニル、塩化トルエンスルホニル、様々な塩化カルボニル、すなわち、塩化ホルミル、塩化アセチル、塩化ベンゾイル、塩化オキサリル、ホスゲン、ジホスゲン、トリホスゲン、三塩化ホウ素、含塩素リン化合物、すなわち、三塩化リン、五塩化リン、塩化オキシホスホリルおよび含塩素複素環、すなわち、シアヌル酸クロリド、ホスホラジンがあるものの、これらに限定されない。１つの化合物または２つ以上の化合物の組合せが触媒として使用できる。
好適なルイス酸は、ハロゲン化金属、すなわち、塩化亜鉛、塩化第二鉄、塩化コバルト、塩化スズ、塩化アルミニウム、塩化チタン、三塩化ホウ素およびこれらの２つ以上の混合物である。
上述したベックマン転位では、活性含塩素化合物を、触媒量、すなわちオキシム誘導体のモル量の１０％未満、好ましくは０．１～５％の量で使用する。活性含塩素化合物と同様に、ルイス酸も、触媒量、すなわちオキシム誘導体のモル量の１０％未満、好ましくは０．１～５％の量で使用する。
硫酸をベックマン転位で使用する場合、その量は、ベックマン転位に関する従来技術で既知の方法に従って求めることができる。
ルイス酸と活性含塩素化合物のモル比は、１：０．０１～１：１００、好ましくは１：０．３～１：１．５である。
触媒量、反応温度、反応圧力および反応時間は、関連している。一定の温度下で、触媒量を増加させることにより、反応時間を短縮できる。
オキシム脂肪酸のベックマン転位の温度は、厳密に限定されず、室温から還流温度までである。反応を上昇圧下にて高温で行うこともできる。一方で、温度が高すぎる場合、転位した生成物の色が暗くなり、後処理が難しくなる。
ベックマン転位は、雰囲気下だけでなく、保護雰囲気として不活性ガス、すなわち窒素、アルゴンまたはヘリウム下でも行うことができる。反応は、乾燥空気中で行うのが好ましい。転位反応を行うための圧力は、限定されず、標準の正常圧から減圧までまたは上昇圧までである。
ベックマン反応のための反応器は、限定されない。化学工業で汎用されている反応器および管型反応器が好適である。反応は、バッチ式で、半連続的にまたは連続的に行うことができる。
ベックマン転位後、アミド脂肪酸の生成物は、ほぼ等モル比で２つのアミドの構造（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）の混合物として得られる。溶媒の回収後、加水分解ステップに進む前に、この混合物を精製して、純粋なアミド脂肪酸を得ることができる。一方、転位反応の粗生成物に直接加水分解を行ってもよく、不純物は加水分解後に除去できる。実際、オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）の純度が良好な場合、転位生成物はほぼ純粋である。
混合アミド脂肪酸の加水分解は、酸で行うことができる。好適な酸は、硫酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸または硝酸である。１つの酸または任意の比で２つ以上の酸の組合せが加水分解反応に使用できる。当業者であれば加水分解反応で使用する酸の量および反応条件を求めることができる。加水分解中の混合アミド脂肪酸の溶解度を増加させるために、反応系をいくつかの有機溶媒に添加してもよい。好適な溶媒としては、メタノール、エタノール、ギ酸および酢酸があるものの、これらに限定されない。
加水分解後、長鎖二塩基酸および短鎖アルカン酸は、カルボン酸の形態で存在し、アルキルアミンおよび長鎖アミノ酸は、これらの酸塩として存在する。水を導入して加水分解懸濁液を希釈し、冷却後、長鎖二塩基酸を結晶化させ、アルカン酸が油の形態で存在することが好ましい。濾過し、最初に水、次いで低級アルコールで大規模洗浄してアルカン酸を除去した後、長鎖二塩基酸を単離する。アルカン酸、すなわちヘプタン酸が水に不溶であるため、酸性母液から、相分離により短鎖アルカン酸を単離する。
次いで、母液を塩基性剤で５．０～７．０の範囲のｐＨに中和して、長鎖アミノ酸を沈殿させる。沈殿させた長鎖アミノ酸を固液分離により単離し、脱イオン水で大規模洗浄する。得られた長鎖二塩基酸およびアミノ酸を再結晶により精製して、所望の品質の生成物を得る。
長鎖アミノ酸の分離後、母液は、中性であり、アルキルアミンの中性塩を含有する。アルキルアミンを回収するために、塩基性剤を母液に添加し、アルキルアミンを強アルカリ溶液から蒸留できる。
塩基性剤は、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸カリウム、酢酸アンモニウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウムおよびこれらの２つ以上の混合物からなる群から選択される。
塩基性剤は、水酸化アルカリ塩から選択されることが好ましい。塩基性剤は、最も好ましくは水酸化ナトリウムである。
式（ＩＶａ）および（ＩＶｂ）の混合アミド脂肪酸も、塩基性剤で加水分解できる。当業者であれば、反応で使用する塩基の量および反応条件を求めることができる。好適な塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化バリウムおよびこれらの２つ以上の混合物からなる群から選択される。最も好ましい塩基は、水酸化ナトリウムである。
加水分解反応の溶媒は、水、または有機溶媒の水性混合物である。好適な有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジオキサンおよびこれらの２つ以上の混合物があるものの、これらに限定されない。
加水分解反応の温度は、５０℃～２００℃、好ましくは１００℃～１５０℃の範囲である。加水分解中の圧力は、自生圧から上昇圧までである。加水分解反応は、雰囲気下だけでなく不活性雰囲気の保護下でも行うことができる。
加水分解反応時間は、水酸化アルカリの濃度、反応温度により求められ、１～２４時間である。反応時間は、２～４時間であることが好ましい。反応が短すぎる場合、加水分解が終了しない。反応時間が長すぎる場合、反応器の容積が大きくなり、資本投資が不必要に増加する。
加水分解後、有機溶媒が存在する場合、蒸留により除去する。アルキルアミン、すなわちヘキシルアミンも蒸留により回収する。強アルカリ溶液は、長鎖二塩基酸、アルカン酸および長鎖アミノ酸のアルカリ塩を含有する。これらの３つの生成物は、酸での多段中和または酸性化で分離する。
酸は、硫酸、塩酸、臭化水素酸、硝酸、リン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、リンゴ酸、グリコール酸、酒石酸、クエン酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびこれらの２つ以上の混合物から選択される。無機酸が選択されることが好ましい。
酸は、最も好ましくは硫酸である。
最初に溶液を７～８の範囲のｐＨに中和して、長鎖アミノ酸を沈殿させ、これを固液分離によって単離する。次いで、母液を４～５の範囲のｐＨに調整し、長鎖二塩基酸を沈殿させ、これを固液分離により単離する。最後に、母液を１～３の範囲のｐＨに酸性化して、アルカン酸を得、アルカン酸は水に不溶であるため、相分離により単離する。任意選択的で粗アルカン酸を蒸留して、所望の純度の生成物を得る。
本発明に従って製造した長鎖二塩基酸および長鎖アミノ酸は、特に高純度であり、他の長鎖二塩基酸、または長鎖イミノ二塩基酸を含有しないことを指摘することは、特に重要である。
以下の実施例は、本発明に係る実施を例示するものであるが、その範囲を限定することを意図するものではない。
［実施例１］
本実施例は、１１－アミノウンデカン酸およびドデカン二酸の製造に関する。
９０ｇの１２－ケトステアリン酸を、２００ｍＬの水、次いで１４．５ｇのヒドロキシルアミンを含有する硫酸ヒドロキシルアミン（約８％）の水溶液と混合した。混合物を７０～８５℃で勢いよく撹拌し、水性アンモニアで溶液のｐＨを４．５～５．０に調整した。２時間の反応後、ＨＰＬＣ分析により示されるように、出発原料は１２－オキシムステアリン酸に完全に変換された。
オキシム化反応が終了した後、混合物を沈殿させて、水相を分離除去し、上部の油相を真空下で乾燥した。生成物を５００ｍＬの９８％メタンスルホン酸に溶解し、１４０℃に４時間加熱して、ベックマン転位を終了した。５００ｍＬの水を添加することにより、反応を終了した。濾過および脱イオン水での洗浄後、赤みがかった色の混合アミド脂肪酸の生成物を得た。
混合アミド脂肪酸を５００ｍＬの１０％水酸化ナトリウムに溶解し、オートクレーブ中に置き、自生圧下にて１５０℃で４時間撹拌した。ＨＰＬＣ分析により、加水分解が終了まで進んだことが示された。
頭部のｐＨが中性であることにより示されるように、ヘキシルアミンが蒸留頭部に出現しなくなるまで、加水分解液を共沸蒸留して、１２．８ｇのヘキシルアミンを回収した。
反応溶液に５００ｍＬの水、２ｇの活性炭を添加して、９０℃で３０分間脱色した。濾過して、活性炭を除去した後、硫酸を濾液に添加し、ｐＨを７．５に調整して、１１－アミノウンデカン酸を沈殿させた。室温まで冷却した後、沈殿物を濾過し、脱イオン水で大規模洗浄し、乾燥して、２５．８ｇの１１－アミノウンデカン酸を得た。
１１－アミノウンデカン酸を分離した後、母液を８５℃に加熱し、硫酸でｐＨ４．５に酸性化して、大量の固体を沈殿させた。室温まで冷却した後、固体を濾過により分離し、蒸留水で３回、メタノールで１回洗浄した。乾燥後、２９．４ｇのドデカン二酸を得た。
ドデカン二酸を分離した後、母液を２００ｍＬに濃縮し、沈殿させた硫酸ナトリウムを濾過により除去した。母液に硫酸を添加してｐＨを１．０にし、油相を形成および分離して、１６．９ｇのヘプタン酸を得た。
［実施例２］
本実施例は、９－アミノノナン酸およびセバシン酸の製造に関する。
９０ｇの１０－ケトステアリン酸を、２００ｍＬの水、次いで１２．５ｇのヒドロキシルアミンを含有する硫酸ヒドロキシルアミン（約８％）の水溶液と混合した。混合物を７０～８０℃で２時間勢いよく撹拌し、水性アンモニアで溶液のｐＨを４．５～５．０に調整した。ＨＰＬＣ分析により、出発原料が１０－オキシムステアリン酸に完全に変換されたことが示された。
水相を分離除去した後、油相を真空下で乾燥し、１００ｇのトリフルオロ酢酸および１００ｇのアセトニトリルの混合物に溶解した。溶液を８時間還流して、ベックマン転位を終了した。溶媒を蒸留除去した後、３００ｍＬの水を添加して、オフホワイト色の混合アミド脂肪酸の生成物を沈殿させた。
混合アミド脂肪酸の固形物を、２００ｍＬの酢酸、次いで２００ｍＬの３０％塩酸に溶解した。溶液を４８時間還流して、加水分解を終了した。温溶液に５００ｍＬの水を添加した。室温まで冷却した後、濾過および脱イオン水での洗浄により、結晶性物質を得た。乾燥後、３４．６ｇのセバシン酸を得た。
母液を真空下で残留油に蒸留し、これを水で分割して、２１．８ｇのペラルゴン酸を得た。
ペラルゴン酸を分離した後、母液を水で８００ｍＬに希釈し、８０℃に加熱し、水酸化ナトリウム溶液を徐々に添加して、ｐＨを６．５～７．０にした。冷却した後、沈殿させた固体を濾過により分離し、脱イオン水で洗浄し、乾燥して、２５．６ｇの９－アミノノナン酸を得た。
９－アミノノナン酸を分離した後、母液を２００ｍＬに濃縮して、固体の塩化ナトリウムを濾過により除去した。濾過母液に２０ｍＬの５０％水酸化ナトリウムを添加し、油層を直ぐに形成した。油層を蒸留して、１４．６ｇのオクチルアミンを得た。
［実施例３］
本実施例は、１３－アミノトリデカン酸およびブラシル酸の製造に関する。
１００ｇの１４－ケトアラキジン酸を、２００ｍＬの水、次いで１６．５ｇのヒドロキシルアミンを含有する硫酸ヒドロキシルアミン（約８％）の水溶液と混合した。混合物を７５～８５℃で２時間勢いよく撹拌し、水性アンモニアで溶液のｐＨを４．５～５．０に調整した。ＨＰＬＣ分析により、出発原料が１４－オキシムアラキジン酸に完全に変換されたことが示された。
水相を分離除去した後、油相を真空下で乾燥した。ワックス状の固体残留物を３００ｍＬの９８％硫酸に１００℃で徐々に添加した。溶液を同様の温度で２時間撹拌して、ベックマン転位を終了した。８００ｇの氷を添加することにより、ベックマン転位を終了した。濾過および水での洗浄により、暗色の混合アミド脂肪酸の生成物を得た。
固形物を７００ｍＬの８％水酸化ナトリウムに溶解し、オートクレーブ中に置き、１５０℃に５時間加熱して、加水分解反応を終了した。ＨＰＬＣにより、出発原料の完全な消失が示された。
頭部のｐＨが中性であることにより示されるように、ヘキシルアミンが蒸留頭部に出現しなくなるまで、加水分解液を共沸蒸留して、１３．４ｇのヘキシルアミンを回収した。
反応溶液に５００ｍＬの水、２ｇの活性炭を添加して、９０℃で３０分間脱色した。濾過して、活性炭を除去した後、硫酸を濾液に添加し、ｐＨを７．５に調整した。室温まで冷却した後、１３－アミノトリデカン酸を結晶化させた。固体を濾過し、脱イオン水で大規模洗浄し、乾燥して、３２．７ｇの１３－アミノトリデカン酸を得た。
１３－アミノトリデカン酸を分離した後、母液を８５℃に加熱し、硫酸でｐＨを４．５に酸性化して、大量の固体を沈殿させた。室温まで冷却した後、固体を濾過により分離し、蒸留水で３回、メタノールで１回洗浄した。乾燥後、４０．６ｇのブラシル酸を得た。
ブラシル酸を分離した後、母液を２００ｍＬに濃縮して、沈殿させた硫酸ナトリウムを濾過により除去した。母液に硫酸を添加してｐＨを１．０にし、油相を形成および分離して、１６．２ｇのヘプタン酸を得た。
［実施例４］
本実施例は、１２－ケトステアリン酸のアンモオキシム化に関する。
９０ｇの１２－ケトステアリン酸を、５００ｍＬのトルエン、次いで２０ｇのＴＳ－１触媒に溶解した。混合物を７０℃で勢いよく撹拌し、５０ｍＬの２７．５％過酸化水素および７０ｍＬの２５％アンモニアを同時に徐々に添加した。過酸化水素およびアンモニアの添加後、７５℃でさらに６０分間撹拌し続けた。ＨＰＬＣ分析により、出発原料の１２－オキシムステアリン酸への完全な変換が示された。実施例１の手順に従って、２８．２ｇの１１－アミノウンデカン酸および３１．９ｇのドデカン二酸を得た。
［実施例５］
本実施例は、塩化チオニル－塩化亜鉛触媒により触媒された１２－オキシムステアリン酸のベックマン転位に関する。
３０ｇの１２－オキシムステアリン酸を４００ｍＬのアセトニトリルに入れ、これに０．４ｇの塩化亜鉛および１．２ｇの塩化チオニルを添加した。混合物を２時間還流した。ＨＰＬＣ分析により、オキシムステアリン酸の混合アミド脂肪酸への完全な変換が示された。
アセトニトリルを蒸留し、残留物に２００ｍＬの水を添加した。室温で３０分間撹拌した後、混合アミド酸を濾過により回収した。
［実施例６］
本実施例は、酢酸中のヒドロキシ脂肪酸を酸化することによるケト脂肪酸の調製に関する。
３０ｇの１２－ヒドロキシステアリン酸を６００ｍＬの９５％水性酢酸に溶解し、氷で冷却した。温度を５～１０℃で維持しながら、撹拌した溶液に１００ｍＬの８．０％次亜塩素酸ナトリウムを徐々に添加した。添加が終了した後、６０分間撹拌し続けた。酢酸を蒸留により回収し、３００ｍＬの水を蒸留残留物に添加した。濾過後、２９．５ｇの１２－ケトステアリン酸を得た。
先述の実施例、説明および図面は例示目的のためにすぎず、即時開示の観点から、本発明の様々な修正が当業者に自明であって、本出願の精神および範囲、ならびに添付の特許請求の範囲内に含まれるべきであることを理解されるであろう。

Claims (18)

  1. 式（Ｖ）の長鎖二塩基酸および式（ＶＩ）の長鎖アミノ酸を製造する方法であって、
    （１）次式のケト脂肪酸（ＩＩ）
    Figure 0007097432000001
     を、溶媒の存在下または非存在下で、ヒドロキシルアミン塩の水溶液と反応させるか、もしくはケト脂肪酸（ＩＩ）にアンモオキシム化反応を行って、次式のオキシム脂肪酸（ＩＩＩ）
    Figure 0007097432000002
     （式中、ｍは０～１０の整数であり、ｎは６～２０の整数である。）
    を製造するステップと、
    （２）前記オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）にベックマン転位を行って、アミド脂肪酸（ＩＶａ）およびアミド脂肪酸（ＩＶｂ）の混合物
    Figure 0007097432000003
     を得るステップと、
    （３）前記混合アミド脂肪酸を、酸または塩基性剤により加水分解して、長鎖二塩基酸（Ｖ）、長鎖アミノ酸（ＶＩ）、短鎖アルキルアミン（ＶＩＩＩ）およびアルカン酸（ＶＩＩＩ）の混合物
    Figure 0007097432000004
     とするステップと、
    （４）前記長鎖アミノ酸（ＶＩ）、長鎖二塩基酸（Ｖ）およびアルカン酸（ＶＩＩＩ）を、多段中和または酸性化により分離するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記アンモオキシム化反応を、３～５の範囲のｐＨで行う、請求項１に記載の方法。
  3. 前記アンモオキシム化反応を、水溶液中で有機溶媒の非存在下で行う、請求項１に記載の方法。
  4. オキシム脂肪酸（ＩＩＩ）のベックマン転位の触媒が、硫酸、アルキルスルホン酸、アリールスルホン酸、またはペルフルオロカルボン酸、塩化チオニル、塩化スルフリル、クロロスルホン酸、塩化メタンスルホニル、塩化トルエンスルホニル、塩化アセチル、塩化ベンゾイル、塩化オキサリル、ホスゲン、ジホスゲン、トリホスゲン、三塩化ホウ素、三塩化リン、五塩化リン、塩化オキシホスホリル、シアヌル酸クロリド、ホスホラジン、塩化亜鉛、塩化第二鉄、塩化コバルト、塩化スズ、塩化アルミニウム、塩化チタン、三塩化ホウ素およびこれらの２つ以上の混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記混合アミド脂肪酸を前記酸により加水分解して、長鎖二塩基酸（Ｖ）、アルカン酸（ＶＩＩＩ）、ならびに長鎖アミノ酸（ＶＩ）およびアルキルアミン（ＶＩＩ）の酸性塩の懸濁液を製造する、請求項１に記載の方法。
  6. 長鎖二塩基酸（Ｖ）、アルカン酸（ＶＩＩＩ）、ならびに長鎖アミノ酸（ＶＩ）およびアルキルアミン（ＶＩＩ）の前記酸性塩を分離する方法が、
    （ａ）前記加水分解液を水で希釈し、冷却して、前記長鎖二塩基酸を結晶化させた後、前記長鎖二塩基酸を固液分離により単離して、母液を得るステップと、
    （ｂ）ステップ（ａ）の前記母液から、相分離によりアルカン酸を分離して、水溶液を得るステップと、
    （ｃ）ステップ（ｂ）の前記水溶液を塩基性剤で中性ｐＨに中和して、長鎖アミノ酸を沈殿させるステップと、
    （ｄ）ステップ（ｃ）からの前記長鎖アミノ酸を固液濾過により分離して、母液を得るステップと、
    （ｅ）塩基性剤をステップ（ｄ）の前記母液に添加するステップと、
    （ｆ）ステップ（ｅ）の溶液を蒸留して、アルキルアミンを回収するステップと
    を含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記混合アミド脂肪酸を水酸化アルカリにより加水分解して、アルキルアミン、ならびに長鎖アミノ酸（ＶＩ）、長鎖二塩基酸（ＩＶ）およびアルカン酸（ＶＩＩＩ）のアルカリ塩を得る、請求項１に記載の方法。
  8. アルキルアミン（ＶＩＩ）、および長鎖二塩基酸（Ｖ）、アルカン酸（ＶＩＩＩ）、長鎖アミノ酸（ＶＩ）のアルカリ塩を分離する方法が、
    （ａ）加水分解水溶液を蒸留して、アルキルアミンを回収するステップと、
    （ｂ）ステップ（ａ）の前記溶液を酸で７～８の範囲の中性ｐＨに中和して、前記長鎖アミノ酸を沈殿させるステップと、
    （ｃ）ステップ（ｂ）からの前記長鎖アミノ酸を固液濾過により分離して、母液を得るステップと、
    （ｄ）酸をステップ（ｃ）の前記母液に添加し、４～５の範囲のｐＨにして、長鎖二塩基酸を沈殿させるステップと、
    （ｅ）ステップ（ｄ）の前記長鎖二塩基酸を固液濾過により分離して、母液を得るステップと、
    （ｆ）酸をステップ（ｅ）の前記母液に添加し、１～３の範囲のｐＨにして、アルカン酸を得るステップと
    を含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記酸が、硫酸、塩酸、臭化水素酸、硝酸、リン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、リンゴ酸、グリコール酸、酒石酸、クエン酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびこれらの２つ以上の混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  10. 前記酸が、硫酸である、請求項１に記載の方法。
  11. 前記塩基性剤が、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸カリウム、酢酸アンモニウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウムおよびこれらの２つ以上の混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  12. 前記塩基性剤が、水酸化ナトリウムである、請求項１に記載の方法。
  13. 前記長鎖二塩基酸が、セバシン酸、ドデカン二酸またはブラシル酸である、請求項１に記載の方法。
  14. 前記長鎖二塩基酸が、ドデカン二酸である、請求項１に記載の方法。
  15. 前記長鎖アミノ酸が、９－アミノノナン酸、１１－アミノウンデカン酸または１３－アミノトリデカン酸である、請求項１に記載の方法。
  16. 前記長鎖アミノ酸が、１１－アミノウンデカン酸である、請求項１に記載の方法。
  17. ヒドロキシ脂肪酸を次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウムまたは過酸化水素で酸化することにより、前記ケト脂肪酸を調製する、請求項１に記載の方法。
  18. 前記水酸化アルカリのアルカリが、リチウム、ナトリウム、カリウムまたはセシウムである、請求項７に記載の方法。

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