JPH0142254B2

JPH0142254B2 -

Info

Publication number: JPH0142254B2
Application number: JP11663082A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; Kazuo Sato; Akira Tomita
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1982-07-05
Filing date: 1982-07-05
Publication date: 1989-09-11
Also published as: JPS597136A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はシアノ酢酸又はシアノ酢酸ソーダを原
料とするマロン酸の低級アルキルエステルの製造
方法に関するものである。周知の如くマロン酸ジメチル、マロン酸ジイソ
プロピル等のマロン酸エステルは農薬、医薬の原
料として、或は有機合成中間体として有用な化合
物である。現在、マロン酸エステルの工業的製法としては
いくつか知られているが、代表的な方法としては
モノクロル酢酸ソーダとシアン化ソーダとの反応
より得られるシアノ酢酸ソーダを、硫酸の存在下
にアルコール中で加アルコール分解する方法があ
る。しかし乍ら、かかる従来の方法では用いるア
ルコールの種類によつては収率が悪く、例えば米
国特許第2337858号の実施例によると、メタノー
ルを用いるマロン酸ジメチルの場合は収率が51.3
％、イソプロパノールを用いるマロン酸ジイソプ
ロピルの場合は59.6％にすぎず、工業的に多くの
欠点を有している。本発明者等はシアノ酢酸又はシアノ酢酸ソーダ
からマロン酸エステルを得る方法において、各種
のマロン酸エステルを高収率で得ることが出来、
しかも工業的に容易に実施し得る方法を見出すべ
く研究を重ねて本発明に到つたものである。一般にシアノ酢酸ソーダからマロン酸エステル
を得る場合、総括反応式は次の様に示される（Ｒ
はアルキル基を表わす。）。 2CHCH₂CO₂Na＋H₂SO₄ →2CNCH₂CO₂H＋Na₂SO₄ （）従来の知見によれば上記反応はその過程でシア
ノ基が加アルコール分解したイミノエーテルを経
由してマロン酸エステルに至ると考えられている
（特公昭55−41227号公報参照）。即ちこの仮定に
従えば反応式（）の過程は次の反応式で進めら
れる。従つて、従来はシアノ酢酸又はシアノ酢酸ソー
ダを原料とするマロン酸エステルの生成反応にお
いては、反応初期における水分の存在は加アルコ
ール分解を妨害するものと考えられ、水分を極力
減少することが収率向上の為には必須の条件とし
て考えられていた。然るに本発明者らはこの反応を詳細に調べたと
ころ、第一工程として一定範囲の量の水の存在に
於てシアノ酢酸又はシアノ酢酸ソーダと硫酸を反
応させ、次で第二工程として反応混合物にアルコ
ールを加えエステル化させる方法が高収率でマロ
ン酸エステルを与えることを見い出した。しかも第一工程の反応液の分析結果（高速液体
クロマトグラフイー）から反応液中にはマロン酸
とマロン酸モノアミド硫酸塩が含まれていること
が判明した。なお、マロン酸モノアミド硫酸塩は
文献未記載の新規な物質であるところから、該ア
ミドと硫酸との反応から標準物質を直接合成し、
これを同定した。以上の知見に基づき、本発明者らは積極的に中
間体であるマロン酸モノアミド硫酸塩及びマロン
酸を経由させ、次でアルコールを加えてエステル
化を行うことにより高収率でマロン酸エステルを
得る本発明の方法に至つた。この場合、上記の反
応式（）に示される過程は次の反応式で進行す
るものと考えられる。第一工程：第二工程：ところで、従来の方法では既に述べた様に、シ
アノ基の加アルコール分解によりイミノエーテル
を生じ、更にこのイミノエーテルを加水分解して
マロン酸エステルが得られると考えられており、
この加水分解に要する水（上記（₂）の反応式）
はもう一方のカルボン酸のエステル化によつて副
生する水（上記（₁）の反応式）によりまかな
われる筈であるから、後者の水を除去することは
むしろ収率低下につながるものと考えられてい
た。それ故、通常カルボン酸とアルコールによる
エステル化でみられる強制的な水分の除去は必要
としないとされていた。しかるに本発明者等は、従来の方法と異なり第
一工程で一旦マロン酸モノアミド硫酸塩を含む中
間体を生成させた本発明の方法では上記（_2A）
及び（_2B）の反応式に従い、余剰の副生水が生
ずる為、更にこの平衡反応を右へ進めることを考
え、第三工程としてエントレーナーの共存下で強
制的に脱水を行つたところ、大巾に収率の向上が
認められた。（この第三工程の反応を主エステル
化反応に対し以下二次エステル化とよぶ。）斯様に、本発明の方法によれば、従来のシアノ
酢酸ソーダを原料とするマロン酸エステルの製法
で考えられていた技術思想とは全く逆の手段を講
ずることにより、従来の方法と比べてより高い収
率でマロン酸エステルを得ることができるのであ
る。次に通常工業的に得られるシアノ酢酸を原料と
した場合の欠点として、粗原料に含まれる食塩、
シアノ酢酸にするときに副生する硫酸ソーダ及び
エステル化反応で副生する重硫酸アンモニウムと
言つた無機塩が多量に存するため、第二工程のエ
ステル化で得られた反応液は極めて濃厚な懸濁液
となり、これ等の固液分離を如何に有利に処理す
るかは工業的に重要な問題である。通常の対応策としては、例えばこれらの無機塩
を溶解するに十分な水を加え、液−液分離を行う
方法、又はこの懸濁液を過により固−液分離を
行う方法等が考えられる。しかし乍ら、前者は多
量の水を加えるために、水層へのマロン酸エステ
ルの溶解或いは加水分解等が起るという欠点があ
り、又後者は滓へのマロン酸エステルの付着
や、工業的に実施する場合作業性、安定性に問題
が残る等、いずれも、工業的な製法として十分で
あるとは言い難い。そこで、本発明者等は一次エステル化終了時点
における反応液を詳細に調べたところ、室温（冷
却）下では有機層及び水層に分液した液相と前記
無機塩からなる固相で構成されるが、加温した場
合は第２表に例示する如く、固相の存在しない温
度範囲が存在し、普通の液−液分離が可能であ
り、且つ有機溶媒を共存させれば、水層中にはマ
ロン酸エステルが殆んど含まれないことが判明し
た。

【表】

【表】即ち、本発明は水の存在下でシアノ酢酸及び／
又はシアノ酢酸ソーダと硫酸を反応させ、反応生
成物にアルコールを加え、エステル化反応させて
マロン酸エステルを生成せしめるに際し、得られ
たエステル化反応液を有機溶媒の共存下加温状態
で分液し、その上層液から水を強制的に除去し乍
ら二次エステル化反応を行わせることを特徴とす
るマロン酸エステルの製法に係わるものである。以下本発明の第一乃至第三工程について更に詳
しく説明する。第一工程本発明において使用される硫酸は濃硫酸が適当
であり、その使用量はシアノ酢酸及び／又はシア
ノ酢酸ソーダ（以下シアノ酢酸化合物と略称す
る）に対して、1.0〜3.0モル倍が好適である。
又、水の使用量はシアノ酢酸化合物に対し1.0〜
4.0モル倍が適当であり、水の使用量が多すぎる
と反応液が稀薄となりすぎ、反応速度が遅くなつ
て好ましくない。反応は、撹拌下50〜90℃で約３〜５時間かけ行
なわれる。この温度が低すぎると反応速度が遅
く、又高すぎるとシアノ酢酸等の熱分解が生ずる
ため好ましくない。得られた反応混合液はそのま
ま次の第二工程の一次エステル化反応に使用され
る。第二工程使用される原料アルコールとしては、例えばメ
チルアルコール、エチルアルコール、イソプロピ
ルアルコール等、炭素数１〜４を有する低級アル
コールが挙げられる。その使用量はシアノ酢酸化
合物に対して2.0〜4.0モル倍が好適である。この
使用量が少ないと反応は完結せず、又多すぎると
STY（空時収率）が悪い等経済的不利を招く。反応は有機溶媒の共存下で実施されるのが好ま
しく、使用される有機溶媒としては、例えばベン
ゼン、トルエン等の芳香族炭化水素が挙げられ
る。その使用量は通常、全液量に対して10〜50重
量％の範囲から適宜選ばれる。この有機溶媒は反
応時必ずしも必須ではないが、一次エステル化終
了後の分液操作において、マロン酸エステルの水
層への溶解を防止することが出来ると共に、二次
エステル化におけるエントレーナーとしての役割
をはたす。従つて、その使用量が少ないと、上記
分液及び脱水蒸留操作等に支障があり、又多すぎ
るとSTY（空時収率）が悪くなる等経済的不利を
招く。反応は撹拌下60〜100℃で２〜４時間かけて行
われ、平衡状態まで進められる。次いで、得られ
た一次エステル化反応液は40〜80℃に保ち分液さ
れ、その上層液は次の二次エステル化工程に使用
される。第三工程（二次エステル化）上記に引続き撹拌下、80〜120℃、好ましくは
混合液の沸騰状態で生成した水を強制的に反応系
外に除去し乍ら、エステル化を完結させる。得ら
れた二次エステル化反応液は公知の方法によつて
中和処理され、次いで分液された有機層は有機溶
媒及び過剰のアルコールを回収蒸留した後、分別
蒸留すれば精製マロン酸エステルを得ることがで
きる。本発明の方法によれば、従来低収率でしか得ら
れなかつたマロン酸エステルを高収率で得ること
ができ、その工業的有用性は極めて大である。又、本発明の方法によれば、従来の多量の水を
加え分液したり又は過操作による分離を必要と
した不利益を解消すると共に、二次エステル化工
程における蒸発による脱水負荷が軽減できる。以下、実施例を挙げて、本発明を詳しく説明す
る。実施例１第一工程：シアノ酢酸170ｇ（2.0モル）、水43ｇ（2.4モ
ル）及び塩類（食塩及び硫酸ソーダ）87ｇを含ん
だシアノ酢酸水溶液300ｇに濃硫酸240ｇ（2.4モ
ル）を撹拌下、液温を60℃に保ち３時間かけて添
加した。添加後、液温を80℃で２時間加熱し反応
混合液（組成：シアノ酢酸モノアミド硫酸塩67.8
％、マロン酸3.8％）540ｇを得た。第二工程：反応混合液にメタノール160ｇ（5.0モル）及び
トルエン450ｇを加え、70℃に保ち４時間エステ
ル化を行つた。一次エステル化後、液温を70℃に
保ち、下層液を分液により除去し上層液を760ｇ
得た。なお、得られた反応液は70℃で固相が存在せ
ず、円滑に液−液分離を行なうことが出来た。し
かし、これを室温に冷却すると多くの固相の発生
が認められた。この上層液をガスクロマトグラフイにより分析
したところ、マロン酸ジメチルを28.1％含有し、
この段階でのシアノ酢酸に対する収率は80.8％で
あつた。第三工程：引続き上記上層液を90〜118℃に保ちメタノー
ル96ｇ（3.0モル）を１時間あたり24ｇの速度で
加えながら蒸発せしめ、約５時間後に留出液が分
液しなくなつたので反応終了とし、反応液を760
ｇ得た。反応液をガスクロマトグラフイーにより
分析したところ、マロン酸ジメチルを32.7％含有
し、シアノ酢酸に対する収率は94.0％であつた。尚、反応初期に於ける水のシアノ酢酸に対する
割合（上記の場合1.2モル倍）を変化させた以外
は上記と同様に反応させた結果を次表に示す。

【表】実施例２第二工程：実施例１の第一工程で得られた反応混合液540
ｇにイソプロパノール360ｇ（６モル）及びベン
ゼン78ｇを加え80℃に加熱し４時間エステル化を
行つた。この一次エステル化後、その温度に保ち
ながら分液し上層液595ｇを得た。この上層液を
ガスクロマトグラフイにより分析したところ、マ
ロン酸ジイソプロピルを51.9％含有しこの段階で
のシアノ酢酸に対する収率は82.1％であつた。第三工程：引続き上記上層液を更に90〜93℃に加熱し還流
せしめ約６時間後に共沸水はほとんど出てこなく
なつたので反応終了として反応液を冷却した。そ
の液量は562ｇでガスクロマトグラフイによる組
成分析を行つたところ、マロン酸ジイソプロピル
を62.6％含有し、シアノ酢酸に対する収率は93.5
％であつた。実施例３第一工程：シアノ酢酸170ｇ（2.0モル）、水144ｇ（8.0モ
ル）及び塩類（食塩及び硫酸ソーダ）87ｇを含ん
だシアノ酢酸水溶液401ｇに濃硫酸240ｇ（2.0モ
ル）を撹拌下、液温を60℃に保ち２時間かけて添
加した。添加後、液温を80℃で２時間加熱し反応
混合液640ｇを得た。第二工程：次いでイソプロパノール360ｇ（6.0モル）及び
ベンゼン87ｇを加えて80℃に加熱し４時間エステ
ル化を行つた。一次エステル化後その温度に保ち
ながら分液し上層液616ｇを得た。この上層液を
ガスクロマトグラフイにより分析したところ、マ
ロン酸ジイソプロピルを51.9％含有しこの段階で
のシアノ酢酸に対する収率は84.9％であつた。第三工程：引続き、上記上層液を更に89〜92℃に加熱し還
流せしめ、約９時間後に共沸水はほとんど出てこ
なくなつたので反応終了として反応液を冷却し
た。その液量は574ｇでガスクロマトグラフイに
よる組成分析を行つたところマロン酸ジイソプロ
ピルを62.3％含有しシアノ酢酸に対する収率は
95.0％であつた。

Claims

【特許請求の範囲】

１水の存在下でシアノ酢酸及び／又はシアノ酢
酸ソーダと硫酸を反応させ、反応生成物にアルコ
ールを加え、エステル化反応させてマロン酸エス
テルを生成せしめるに際し、得られたエステル化
反応液を有機溶媒の共存下加温状態で分液し、そ
の上層液から水を強制的に除去し乍ら二次エステ
ル化反応を行なわせることを特徴とするマロン酸
エステルの製法。