JP7334075B2 - アルデヒド捕捉剤 - Google Patents

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Description

本発明は、アセトアルデヒドやホルムアルデヒド等のアルデヒド類の捕捉剤(以下、「アルデヒド捕捉剤」ということもある。)に関する。
アセトアルデヒドやホルムアルデヒド等のアルデヒド類は、生活環境における代表的な臭気物質であり、臭い閾値が極めて低いために低濃度でも不快臭の原因となる。これらのアルデヒド類は屋内や自動車内において合成樹脂、合板、タバコの煙等から発生し、シックハウス症候群やシックカー症候群の原因となることが知られている。また、これらのアルデヒド類は発癌性も疑われており、人が日常的にこれらに曝されると、健康を害するリスクがある。そのため、厚生労働省により室内濃度指針値として、アセトアルデヒドは0.03ppm、ホルムアルデヒドは0.08ppmと規定されている。したがって、アルデヒド類を速やかに且つ持続的に除去する手段が求められている。
アセトアルデヒドやホルムアルデヒド等の低級アルデヒドは沸点が低いため、消臭剤として汎用されるシリカゲルや活性炭等の無機系多孔質材では捕捉効率が低い。そこで、ヒドラジン誘導体、アミン、アミノ酸、又は尿素誘導体等からなるアルデヒド捕捉剤とアルデヒド類を化学反応させることによりアルデヒド類を捕捉する方法が開示されている(例えば、特許文献1~3参照)。
しかしながら、これら特許文献に記載の方法は、捕捉効率が不十分である、捕捉剤自体が臭気源となる、又は一旦アルデヒド類を捕捉しても経時的にアルデヒド類を再放出する等の問題があった。また、これら特許文献に記載のアルデヒド捕捉剤をシックハウス症候群やシックカー症候群を予防する目的で住居内や自動車内で使用する場合、これらの場所は夏場等に高温になるため、性能が低下する点が問題であった。
特開平4-358536号公報 特開平11-4879号公報 特開2012-120708公報
本発明は、上記の背景技術に鑑みてなされたものであって、アルデヒド類を速やかに且つ持続的に捕捉するアルデヒド捕捉剤を提供することをその目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、特定のアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はこれらの化学的に許容される塩を含むアルデヒド捕捉剤がアルデヒド類を速やかに且つ持続的に捕捉することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の要旨を有するものである。
[1]
一般式(1)
(式中、Rは水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。nは1~6の整数を表す。複数のRは同一又は相異なっていてもよい。)
で表されるアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はその化学的に許容される塩を1種以上含むことを特徴とするアルデヒド捕捉剤。
[2]
一般式(1)で表されるアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はその化学的に許容される塩において、Rが水素原子であり、nが1~4の整数であることを特徴とする[1]に記載のアルデヒド捕捉剤。
[3]
[1]又は[2]に記載のアルデヒド捕捉剤を使用することを特徴とするアルデヒドの除去方法。
本発明のアルデヒド捕捉剤は、アルデヒド類を速やかに且つ持続的に捕捉する。その結果、人体に有害なアルデヒド類を低減し、ヒトの生活環境を改善することができる。
本発明のアルデヒド捕捉剤は、一般式(1)で表されるアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はその化学的に許容される塩を1種以上含むことをその特徴とする。
一般式(1)において、Rは水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表し、該アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基等を例示することができる。nは1~6の整数を表す。アルデヒド捕捉能が高い点で、Rは水素原子が好ましく、nは1~4の整数が好ましい。
アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体(1)は、一部又は全てが無機酸又は有機酸との化学的に許容される塩となっていてもよい。塩の種類としては、特に限定されないが、例えば、塩酸塩、臭化水素酸塩、過塩素酸塩、ケイ酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等の無機酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸塩、トリフルオロ酢酸塩、安息香酸塩、p-トルエンスルホン酸塩等の有機酸塩が挙げられ、安価である点で無機酸塩が好ましく、塩酸塩がさらに好ましい。
アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体(1)は、分子内にスルホ基を有するため、当該スルホ基が分子内のアルコキシアミノ基と分子内塩を形成してもよい。また、当該スルホ基の一部又は全てがスルホン酸塩となっていてもよい。スルホン酸塩の種類としては、特に限定されないが、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、セシウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
本発明のアルデヒド捕捉剤に用いるアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体(1)又はその化学的に許容される塩は一部市販されているが、文献(Tetrahedron Letters 42巻,4285-4287,2001年.)記載の方法に従って調製することができる。
本発明のアルデヒド捕捉剤は、目的、用途に応じて任意の形態で使用することができる。例えば、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はその化学的に許容される塩(以下、「アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類」という。)を任意の溶媒に溶解させて液状アルデヒド捕捉剤として使用したり、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類又は前記の液状アルデヒド捕捉剤を任意の担体に担持し、固体状アルデヒド捕捉剤として使用したり、又はゴム等に練り込んで使用することができる。また、これらの捕捉剤を合板や自動車天井材等のアルデヒド発生源となる材料に適用することで、当該材料から環境中へのアルデヒド類放出を抑制することができる。
本発明の液状アルデヒド捕捉剤を調製する際に用いる溶媒としては、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類を溶解又は分散できるものであれば特に制限はないが、水の他、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール、オクタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、2,2,2-トリフルオロエタノール等のアルコール、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、シクロペンチルメチルエーテル(CPME)、テトラヒドロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4-フルオロエチレンカーボネート等の炭酸エステル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、γ-ラクトン等のエステル、アセトニトリル、プロピオニトリル、バレロニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチルピロリドン(NMP)等のアミド、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)N,N,N’,N’-テトラメチルウレア(TMU)、N,N’-ジメチルプロピレンウレア(DMPU)等のウレア、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン等のケトンを例示することができ、これらのうち2種以上を任意の比率で混合して用いてもよい。該溶媒としては、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類に対する溶解性が良い点で水、アルコール、ケトン、NMP、DMSO又はこれらの混合溶媒が好ましく、水がさらに好ましい。
本発明の液状アルデヒド捕捉剤を調製する際の溶媒へのアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類の溶解量は、目的に応じて任意に調節可能であり、特に限定するものではないが、本発明の液状アルデヒド捕捉剤に対して1~50重量%の範囲が好ましく、5~30重量%の範囲がさらに好ましい。
本発明の固体状アルデヒド捕捉剤を調製する際に、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類を担持する担体としては、水に不溶性のものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、高分子担体として、ポリスチレン、架橋ポリスチレン等のスチレン系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン等のポリ(ハロゲン化オレフィン)、ポリアクリロニトリル等のニトリル系ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル等の(メタ)アクリル系ポリマー、セルロース、アガロース、デキストラン等の高分子量多糖類等が挙げられ、無機担体として、活性炭、シリカゲル、珪藻土、ヒドロキシアパタイト、アルミナ、酸化チタン、マグネシア、ポリシロキサン等が挙げられる。
ここで、架橋ポリスチレンとは、スチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン、ビニルナフタレン等のモノビニル芳香族化合物とジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、ジビニルナフタレン、トリビニルベンゼン、ビスビニルジフェニル、ビスビニルフェニルエタン等のポリビニル芳香族化合物との架橋共重合体を主体とするものであり、これらの共重合体にグリセロールメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート等のメタクリル酸エステルが共重合されていてもよい。
本発明の固体状アルデヒド捕捉剤の調製において用いられる担体の形状としては、特に限定するものではないが、例えば、球状(例えば、球状粒子等)、粒状、繊維状、顆粒状、モノリスカラム、中空糸、膜状(例えば、平膜など)等の一般的に分離基材として使用される形状が利用可能であり、これらのうち、球状、膜状、粒状、顆粒状、又は繊維状のものが好ましい。球状、粒状、又は顆粒状担体は、カラム法やバッチ法で使用する際、その使用体積を自由に設定できることから、特に好ましく用いられる。
球状、粒状、又は顆粒状担体の粒子サイズとしては、通常、平均粒径1μm~10mmの範囲のものを用いることができるが、2μm~1mmの範囲が好ましい。
本発明の固体状アルデヒド捕捉剤の調製において用いられる担体は多孔質でもよいし、無孔質でもよい。多孔質担体の平均細孔径としては、通常、1nm~1μmのものを用いることができるが、アルデヒド捕捉速度の点で1nm~300nmの範囲が好ましい。
本発明の固体状アルデヒド捕捉剤を調製する方法としては、特に限定するものではないが、例えば、本発明の液状アルデヒド捕捉剤又はアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類を担体に物理的に吸着させて固定化する方法が挙げられる。
アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類を物理的に吸着させて固定化する方法としては、特に限定されないが、例えば、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類を水等の溶媒に溶解させ、次いで上記した担体を加え、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類を当該担体に含浸させて、さらに溶媒を留去する方法が挙げられる。
担体へのアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類の担持量は、目的に応じて任意に調節可能であり、特に限定するものではないが、アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸類が1~50重量%の範囲が好ましく、5~30重量%の範囲がさらに好ましい。
本発明のアルデヒド捕捉剤をゴム等に練り込んで使用する方法としては、特に限定されないが、例えばラテックス等のゴム原料に添加する、又は重合後のゴムに機械的に混練する等の方法が挙げられる。
実施例1~4及び比較例1~3における1分後のアセトアルデヒド捕捉率を示す図である。
以下、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されるものではない。
実施例1~4(水溶液中のアルデヒド捕捉試験)
アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸(0.23mmol)を水(5mL)に溶解し、アルデヒド捕捉剤を調製した。ここに、アセトアルデヒド(0.23mmol)及び内部標準物質としてジグリム(0.2重量%)を含有する水溶液5mLを混合した。1分後、5分後、10分後及び30分後に反応液の一部(0.2mL)を抜き出し、これに水素化ホウ素ナトリウム1mgを添加し、残存しているアセトアルデヒドをエタノールに還元した。この溶液をガスクロマトグラフ(GC-2014、島津製作所製)で分析し、エタノールとジグリムの面積比から残存アセトアルデヒド濃度を算出した。さらに、アルデヒド捕捉率を下式から算出した。
アルデヒド捕捉率(%)=[(アセトアルデヒド初濃度-残存アセトアルデヒド濃度)÷アセトアルデヒド初濃度]×100。
比較例1~3
アミノオキシ基置換アルキルスルホン酸に代え、既存のアルデヒド捕捉剤であるケムキャッチH-6000HS(ヒドラジド系、大塚化学製)、ピペラジン(アミン系)、又はグリシン(アミノ酸系)を用いたこと以外は実施例1~4と同様に実施した。
実施例1~4及び比較例1~3の結果を表1及び図1(1分後の捕捉率)に示した。
表1、図1より明らかなように、本発明のアルデヒド捕捉剤は水溶液中において既存のアルデヒド捕捉剤と比較して、特に初期段階での高いアルデヒド捕捉性能を示した。
実施例5
反応時間を24時間としたこと以外は実施例1と同様に実施した結果、24時間経過後もアセトアルデヒド捕捉率は99.9%であり、本発明のアルデヒド捕捉剤は長時間経過後も高いアルデヒド捕捉性能を維持した。
参考例1
アルゴン雰囲気下、ジブロモメタン(9.46g,54.4mmol)、亜硫酸ナトリウム(6.85g,54.4mmol)、硫酸水素テトラブチルアンモニウム(317mg,0.934mmol)のエタノール-水分散液(36mL,1:2)を還流下で終夜攪拌した。反応終了後、反応液を減圧下濃縮し、再結晶(メタノール-クロロホルム)することでブロモメタンスルホン酸ナトリウムの白色固体(6.51g,収率:61%)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.34(s,2H).
参考例2
アルゴン雰囲気下、55%油分散水素化ナトリウム(262mg,6.01mmol)のジメチルスルホキシド(8mL)分散液に、2-ブタノンオキシム(565mg,6.48mmol)、ブロモメタンスルホン酸ナトリウム(983mg,4.99mmol)を加え、90℃で4時間半攪拌した。反応終了後、反応液にジエチルエーテルを加え、析出した固体をトルエンで洗浄し、減圧下乾燥させることで(1’-メチルプロピリデンアミノオキシ)メタンスルホン酸ナトリウムを含む褐色固体(1.77g,E:Z=7:3)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.81(s,1.4H),4.79(s,0.6H),2.36(q,J=7.6Hz,0.6H),2.17(q,J=7.6Hz,1.4H),1.90(s,2.1H),1.83(s,0.9H),1.01(t,J=7.6Hz,3H).
参考例3
参考例2で得られた褐色固体をイオン交換水に溶解し、その溶液を内径2cm、50mLの陽イオン交換樹脂カラム(Dowex 50wx8 200-400メッシュ)に通し、溶出液のpHが中性になるまでイオン交換水で溶出させた。溶出液を減圧下濃縮し、析出した固体をメタノール、ヘキサンで洗浄し、減圧下乾燥させることでアミノオキシメタンスルホン酸の白色固体(207mg,収率:32%)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.76(s,2H).
参考例4
アルゴン雰囲気下、2-ブタノンオキシム(2.59g,29.8mmol)のジメチルスルホキシド(30mL)に、1,3-プロパンスルトン(4.09g,33.5mmol)、tert-ブトキシカリウム(3.66g,32.6mmol)を加え、常温で15分攪拌後、90℃で終夜攪拌した。反応終了後、反応液にジエチルエーテルを加え、析出した固体をトルエンで洗浄し、減圧下乾燥させることで3-(1’-メチルプロピリデンアミノオキシ)-1-プロパンスルホン酸ナトリウムの褐色固体(6.20g,収率:84%,E:Z=3:1)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.03(t,J=6.2Hz,1.5H),4.01(t,J=6.2Hz,0.5H),2.87-2.92(m,2H),2.29(q,J=7.6Hz,0.5H),2.12(q,J=7.6Hz,1.5H),1.93-2.02(m,2H),1.82(s,2.25H),1.79(s,0.75H),0.98(t,J=7.6Hz,2.25H),0.96(t,J=7.6Hz,0.75H).
参考例5
3-(1’-メチルプロピリデンアミノオキシ)-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(6.20g,25.1mmol)をイオン交換水に溶解し、その溶液を内径2cm、50mLの陽イオン交換樹脂カラム(Dowex 50wx8 200-400メッシュ)に通し、溶出液のpHが中性になるまでイオン交換水で溶出させた。溶出液を減圧下濃縮し、析出した固体を熱メタノール、ヘキサンで洗浄し、減圧下乾燥させることで3-アミノオキシ-1-プロパンスルホン酸の白色固体(1.37g,収率:35%)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.01(t,J=6.2Hz,2H),2.92-2.97(m,2H),2.00-2.09(m,2H).
参考例6
アルゴン雰囲気下、ネオペンチルアルコール(7.49g,85.0mmol)をジクロロメタン(130mL)に溶解させ、0℃に冷却した。その後、2-クロロエタンスルホニルクロリド(6.90mL,65.6mmol)をゆっくり滴下した後、ピリジン(13.7mL,170mmol)をゆっくり滴下した。0℃で15分攪拌した後、室温で終夜攪拌した。反応終了後、反応液に1M塩酸を加え、有機層を分離した後、有機層を1M塩酸、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下濃縮することで、ビニルスルホン酸ネオペンチルの赤褐色油状物(4.28g,収率:37%)を得た。
H-NMR(400MHz,CDCl):δ6.53(dd,J=16.7,9.8Hz,1H),6.41(d,J=16.7Hz,1H),6.12(d,J=9.8Hz,1H),3.77(s,2H),0.98(s,9H).
参考例7
アルゴン雰囲気下、アセトヒドロキシム酸エチル(1.49g,14.4mmol)をテトラヒドロフラン(20mL)に溶解させ、0℃に冷却した。その後、水素化ナトリウム(634mg,14.5mmol,55%として計算)を加え、0℃で30分攪拌した。その後、ビニルスルホン酸ネオペンチル(2.13g,12.0mmol)のテトラヒドロフラン(20mL)溶液をゆっくり滴下した後、室温で終夜攪拌した。反応終了後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、酢酸エチルで抽出した。合一した有機層を飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下濃縮した。濃縮残渣に3M塩酸(50mL)を加え、還流下で1時間半攪拌した。反応終了後、トルエンで抽出し、水層を洗浄した。水層を減圧下濃縮し、濃縮残渣にメタノールを加え、析出した固体を濾取した。この固体をメタノール、トルエンで洗浄し、減圧下乾燥させることで2-アミノオキシ-1-エタンスルホン酸の白色固体(316mg,収率:19%)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.23(t,J=6.0Hz,2H),3.20(t,J=6.0Hz,2H).
参考例8
アルゴン雰囲気下、2-ブタノンオキシム(4.38g,50.3mmol)のジメチルスルホキシド(30mL)に、tert-ブトキシカリウム(6.21g,55.3mmol)を加え、常温で15分攪拌後、1,4-ブタンスルトン(5.60mL,55.0mmol)を加え、90℃で終夜攪拌した。反応終了後、トルエンを加え、遠心分離(2000rpm,5分)し、上清を捨てる工程を3回行った後、ヘキサンを加え、遠心分離(2000rpm,5分)し、上清を捨てる工程を2回行い、減圧下乾燥させることで4-(1’-メチルプロピリデンアミノオキシ)-1-ブタンスルホン酸カリウムの白色固体(11.5g,収率:87%,E:Z=3:1)を得た。
H-NMR(400MHz,MeOD):δ4.01(t,J=6.3Hz,1.5H),4.00(t,J=6.3Hz,0.5H),2.85-2.80(m,2H),2.34(q,J=7.8Hz,0.5H),2.17(q,J=7.6Hz,1.5H),1.91-1.83(m,2H),1.83(s,3H),1.79-1.70(m,2H),1.07(t,J=7.6Hz,2.25H),1.05(t,J=7.8Hz,0.75H).
参考例9
4-(1’-メチルプロピリデンアミノオキシ)-1-ブタンスルホン酸カリウム(11.5g,43.9mmol)をイオン交換水に溶解し、その溶液を内径2cm、50mLの陽イオン交換樹脂カラム(Dowex 50wx8 200-400メッシュ)に通し、溶出液のpHが中性になるまでイオン交換水で溶出させた。溶出液を減圧下濃縮し、析出した固体を熱メタノール、ヘキサンで洗浄し、減圧下乾燥させることで4-アミノオキシ-1-ブタンスルホン酸の白色固体(3.66g,収率:49%)を得た。
H-NMR(400MHz,DO):δ4.03(t,J=5.8Hz,2H),2.87(t,J=7.5Hz,2H),1.82-1.70(m,4H).
本発明のアルデヒド捕捉剤は、アルデヒド類を速やかに且つ持続的に捕捉する。その結果、人体に有害なアルデヒド類を低減し、ヒトの生活環境を改善することができる。

Claims (3)

  1. 一般式(1)
    (式中、Rは水素原子を表す。nは1~4の整数を表す。)
    で表されるアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はその化学的に許容される塩からなるアルデヒド捕捉剤を水に溶解して液状アルデヒド捕捉剤を調製し、当該液状アルデヒド捕捉剤を使用することを特徴とするアセトアルデヒドの除去方法。
  2. 前記の一般式(1)で表されるアミノオキシ基置換アルキルスルホン酸誘導体又はその化学的に許容される塩からなるアルデヒド捕捉剤が、アミノオキシメタンスルホン酸又はその化学的に許容される塩からなるアルデヒド捕捉剤である、請求項1に記載のアセトアルデヒドの除去方法。
  3. 前記の液状アルデヒド捕捉剤における前記アルデヒド捕捉剤の濃度が、1~50重量%である、請求項1又は2に記載のアセトアルデヒドの除去方法。
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