JPH06321866A - グリオキシル酸エチルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 フマル酸ジエチルをエステル溶媒中でオゾン
酸化した後、水素化還元する。エステル溶媒としては、
飽和脂肪酸、脂環式カルボン酸、芳香族カルボン酸等の
エステル、ラクトン類等を用いる。その後、還元生成物
と沸点が１５０℃以上である不活性溶媒の共存下に、グ
リオキシル酸エチルより低沸点の成分を留去し、かつグ
リオキシル酸エチルの水和物およびその多量体の脱水に
よりグリオキシル酸エチルに変換する。 【効果】 グリオキシル酸エチルを高選択率および高収
率で製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グリオキシル酸エチル
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】グリオキシル酸エチルは、医薬品、香
料、農薬、化粧品等の原料として有用な化合物である。
グリオキシル酸エステルの製造法には、(1) クロム‐シ
リカライト触媒存在下、アクリル酸エステルを過酸化水
素水溶液で酸化する方法（特開平3-56439 号公報）、
(2) グリオキシル酸水溶液にアルコールを加え、共沸脱
水によるエステル化を行った後に精留する方法（特公平
4-66856 号公報）等が知られている。

【０００３】しかしながら、(1) の方法では、オレフィ
ン部分の末端メチレン基に由来する副生成物（ホルムア
ルデヒドやギ酸）の除去が困難であるという問題がある
（なお、上記公報には精製工程に関する記述がない）。
一方、(2) の方法は、分離が非常に困難なアセタール、
ヘミアセタール等の副生成物の生成反応を抑制しようと
試みた方法であるが、エステル化反応だけを選択的に進
めることは困難であり、また収率（実施例ではグリオキ
シル酸エチルの収率は65.6％）も十分とはいえない。

【０００４】そこで本発明は、グリオキシル酸エチルを
高選択率および高収率で製造する方法を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、グリオキ
シル酸エチルの製造方法について鋭意検討を重ねた結
果、フマル酸ジエチルを原料として用い、エステル溶媒
中でこれをオゾン分解すれば、大幅に選択率および収率
を向上させることができることを見出し、本発明に至っ
た。

【０００６】すなわち本発明のグリオキシル酸エチルの
製造方法は、フマル酸ジエチルを、脂肪族炭素‐炭素不
飽和結合を有しないエステル溶媒中でオゾン酸化した
後、水素化還元することを特徴とする。

【０００７】本発明の方法において使用されるエステル
溶媒は、脂肪族炭素‐炭素不飽和結合を有しない。ま
た、水酸基を有しない、Ｃ₂ 〜Ｃ₁₀のエステルが好まし
い。エステルを構成する酸成分としては、飽和脂肪酸、
脂環式カルボン酸および芳香族カルボン酸が使用でき
る。飽和脂肪酸としてはＣ₁ 〜Ｃ₄ の１塩基または２塩
基の脂肪族カルボン酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン
酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸等が挙げら
れ、脂環式カルボン酸としては、例えばシクロヘキサン
カルボン酸等が挙げられ、芳香族カルボン酸としては、
例えば安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル
酸等が挙げられる。アルコール成分としては、Ｃ₁ 〜Ｃ
₄ の１価または２価のアルコール、例えばメタノール、
エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリ
コール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等
が挙げられる。またエステルとしてラクトン類も包含さ
れる。ラクトン類としては、例えばＣ₃ 〜Ｃ₈ のラクト
ン、例えばガンマブチロラクトン、バレロラクトン、カ
プロラクトン等が挙げられる。これらのエステル溶媒は
単独でも２種以上混合して使用しても良い。特にエチル
エステルとラクトン類が好ましい。なお、エステル溶媒
は、蒸留による精製の際に生成物との分離が容易である
ように、グリオキシル酸エチルの沸点（ 130℃）より低
い沸点（例えば100℃以下）を有するかまたはより高い
沸点（例えば150 ℃以上）を有するものが好ましく、特
にグリオキシル酸エチルの沸点よりはるかに低い沸点
（例えば80℃以下）を有するものが好ましい。

【０００８】フマル酸ジエチルのエステル溶媒に対する
濃度は通常１〜３０重量％、好ましくは５〜２０重量％
である。

【０００９】オゾン酸化に用いるオゾンは、空気からあ
るいは酸素から製造されたもののいずれでもよく、オゾ
ナイザーを用いて発生させることができる。オゾンは酸
素または空気との混合ガスとして用いることができる。
使用するオゾン量はフマル酸ジエチルと等モル量で良い
が、若干量のオゾンが未反応のまま反応系外へ散逸する
ために、１．１〜２．５倍モル量のオゾンを用いるのが
最も好ましい。反応は、例えばオゾンを含むガスを原料
フマル酸ジエチル／エステル溶媒系へ吹き込むことによ
って行うことができる。オゾンによる酸化反応でフマル
酸ジエチルはほぼ１００％転化できる。反応温度は通常
約２０℃以下、好ましくは５℃以下、特に好ましくは０
〜 -１０℃である。冷却には、氷、ドライアイス‐アセ
トン、ドライアイス‐メタノール等の一般的な寒剤を用
いることができる。

【００１０】オゾン酸化終了後、水素による還元反応を
行う。使用する水素の量はフマル酸ジエチル１モルに対
して等モルの水素が最低限必要であるが、過剰量の水素
が存在していても特に問題はない。通常、水素圧力は常
圧であるが、加圧することもできる。使用する水素化触
媒としては、通常の接触水素化に用いられるニッケル、
鉄、コバルト、銅などの遷移金属で、特に多孔性にして
水素吸着能を上げた、例えばラネー金属、その他パラジ
ウム、白金、ロジウム、ルテニウム、レニウム、イリジ
ウム等の金属触媒が用いられる。またこれらの金属がア
ルミナ、シリカ、シリカ‐アルミナ、活性炭等の担体に
担持されていてもよい。触媒の使用量は金属の種類、担
体に対する担持量、水素圧力等により一定に決めること
はできないが、オゾン酸化反応生成物に対して約０．１
重量％〜１０重量％程度である。還元反応は、慣用の水
素化還元の手法が使用できる。例えば、水素を吹き込ん
だ溶媒／触媒系に、オゾン酸化生成物を滴下することに
よって行う。還元温度は、還元反応の選択性を上げるた
めに通常５０℃以下、好ましくは０〜４０℃である。ま
た、温度が低すぎると反応速度が極めて遅くなるので、
好ましくは２０℃〜３０℃である。還元反応に要する時
間は、用いる触媒の種類、水素の圧力、オゾン酸化生成
物の溶媒中濃度等によって変化するが、約３０分間〜１
０時間程度である。なお、上記の水素化還元反応の際
に、キノン類、アミン類、フェノール類等の酸化防止剤
を存在させることもできる。

【００１１】水素化還元は同一溶媒中で行うのが好まし
い。得られる還元生成物にはグリオキシル酸エチルの
他、以下に示すグリオキシル酸エチル１水和物とその多
量体が含まれる：

【００１２】

【化１】 これらの水和物は、アセタールやヘミアセタール２量体
と異なり、加熱脱水により簡単にかつほぼ定量的にグリ
オキシル酸エチルへ変換可能である。また、分離困難な
副生成物は生成せず、すべての生成物がエステルである
ので、生成操作中に酸が悪影響を及ぼすことはない。実
際、副生成物には実質的にギ酸エチルしか含まれていな
い。ギ酸エチルは低沸点（54℃）なので、蒸留による精
製の際に容易に除去できる。

【００１３】還元生成物は次に、蒸留による精製に先立
って、必要に応じ、沸点が１５０℃以上の不活性な溶
媒、例えばデカリン、テトラリン等と混合する。その混
合比は任意であるが、グリオキシル酸エチルより低沸点
の化合物をすべて留去したとき、グリオキシル酸エチル
を均一に希釈して多量化による粘度上昇を抑制し、以後
の蒸留を容易にする目的から、不活性溶媒の量は還元生
成物に対して１／１０〜１０の範囲の体積比であること
が好ましい。不活性溶媒と混合された還元生成物は、常
圧の蒸留装置内で徐々に加熱し、グリオキシル酸エチル
（沸点１３０℃）より低沸点の成分（ギ酸エチルまたは
これとエステル溶媒）を留去する。その後、または同時
に１２０℃以上に加熱して、脱水反応により１水和物と
その多量体をグリオキシル酸エチルに変換することがで
きる。このとき同時に水分を留去するが、グリオキシル
酸エチルが留去しないように温度を制御する。水分の留
去が終了した後、常圧あるいは減圧下で蒸留することに
より、グリオキシル酸エチルを製品として得ることがで
きる。このように、不活性溶媒の存在下で加熱脱水と軽
質分留去を行うことにより、グリオキシル酸エチルの多
量化（ポリアセタール化）を抑制でき、蒸留による精製
を容易に行うことができる。

【００１４】

【実施例】以下の実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。実施例１ 吹込み管を備えた２００ｍｌフラスコに、フマル酸ジエ
チル１０．３ｇと酢酸エチル１２０ｍｌを入れ、０〜−
１０℃に冷却した。５００rpm で撹拌を行いながら、酸
素を原料として発生させたオゾン／酸素混合ガスを２９
０ｍｌ／分（オゾンの供給量は０．３５ミリモル／分）
の速度で吹き込んだ。ガスクロマトグラフィー（ＧＬ
Ｃ）により原料であるフマル酸ジエチルの消費を追跡し
たところ、２．９時間でほぼ原料が消失した。ここでオ
ゾン／酸素混合ガスの導入を停止し、系内の残留オゾン
を除くため、窒素を吹き込んだ。

【００１５】吹込み管と滴下ロートを備えた２００ｍｌ
フラスコに、５％Ｐｄ／Ａｌ₂ Ｏ₃触媒２００ｍｇおよ
び酢酸エチル２０ｍｌを入れた。これに水素ガスを１０
０ｍｌ／分で吹き込みつつ、上記の反応混合物を３時間
で滴下し、還元を行った。この間、温度は２５〜３０℃
に保った。滴下終了３０分後に、過酸化物の有無を過酸
化物試験紙によってテストしたところ、陰性であった。

【００１６】触媒を濾別した後、この還元生成物をＧＬ
Ｃ、¹ Ｈ−ＮＭＲおよびマススペクトルで分析したとこ
ろ、グリオキシル酸エチルの他、グリオキシル酸エチル
１水和物およびその多量体ならびにギ酸エチルの存在が
認められた。

【００１７】精留カラムと吹き込み管を備えた３００ｍ
ｌのフラスコに上記の還元生成物およびデカリン１００
ｍｌを入れ、常圧でゆっくりと窒素を吹き込みつつ徐々
にボトム温度を１２０℃まで上げて酢酸エチルとギ酸エ
チルを留去した。続いてボトム温度を１５０℃に上げ
て、グリオキシル酸エチル１水和物およびその多量体の
脱水反応を起こさせ、生成した水分は共沸により留去し
た。水分やわずかに残っていた酢酸エチルが完全に留去
した後、グリオキシル酸エチルを留出させた。得られた
グリオキシル酸エチルは純度９４％、収率８９％であっ
た。実施例２ 実施例１と同様にして酸化／還元反応を行った後、デカ
リンの代わりにテトラリンを用いた他は実施例１と同様
にして脱水反応／蒸留を行った。得られたグリオキシル
酸エチルは純度９６％、収率８５％であった。実施例３ オゾン酸化の溶媒として酢酸エチルの代わりにガンマブ
チロラクトンを使用した以外は実施例１と同様にして酸
化／還元反応を行った。脱水反応／蒸留ではそのままガ
ンマブチロラクトンをもって不活性溶媒とみなし、新た
にデカリン等の不活性溶媒を添加することはせずに、そ
の他は実施例１と同様にして行った。得られたグリオキ
シル酸エチルは純度９３％、収率８６％であった。比較例１ オゾン酸化の溶媒としてガンマブチロラクトンの代わり
にN-メチルピロリドンを用いた他は実施例３と同様にし
て酸化／還元反応を行い、次いで脱水反応／蒸留を行っ
た。得られたグリオキシル酸エチルは純度９０％、収率
５６％であった。比較例２ 実施例１と同様にして酸化／還元反応を行った後、デカ
リン等の不活性溶媒を添加することはせずに、その他は
実施例１と同様にして脱水反応／蒸留を行った。この場
合、ボトムの粘度が高くなるため、脱水反応が十分に完
結せず、蒸留の際に水分とグリオキシル酸エチルが共沸
しつつ留出した。このため、再びグリオキシル酸エチル
が１水和物に戻ってしまい、グリオキシル酸エチルとし
て最終生成物を得ることはできなかった。比較例３ 酢酸エチルの代わりにエタノールを用いた他は実施例１
と同様に酸化／還元反応を行い、不活性溶媒を加えずに
低沸点分留去、蒸留を行った。この場合、還元生成物中
のグリオキシル酸エチルヘミアセタールの一部が加熱中
に二量化やアセタール化を起こし、容易にグリオキシル
酸エチルに変換できない化合物が生成した。また比較例
２と同様に、水分やエタノールとグリオキシル酸エチル
が共に留出して、グリオキシル酸エチルがヘミアセター
ルに戻ってしまい、高純度のグリオキシル酸エチルとし
て最終生成物を得ることはできなかった。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、グリオキシル酸エチル
を高選択率および高収率で製造することができる。ま
た、副生成物は、加熱脱水により容易にグリオキシル酸
エチルに変換されるグリオキシル酸エチルの水和物やそ
の多量体および、容易に蒸留によって除去できるギ酸エ
チルだけであるので、精製も容易である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フマル酸ジエチルを、脂肪族炭素‐炭素
   不飽和結合を有しないエステル溶媒中でオゾン酸化した
   後、水素化還元する工程を含むことを特徴とするグリオ
   キシル酸エチルの製造方法。
2. 【請求項２】 フマル酸ジエチルを、脂肪族炭素‐炭素
   不飽和結合を有しないエステル溶媒中でオゾン酸化した
   後、水素化還元する工程に続き、還元生成物と沸点が１
   ５０℃以上である不活性溶媒の共存下に、グリオキシル
   酸エチルより低沸点の成分を留去し、かつグリオキシル
   酸エチルの水和物およびその多量体を脱水してグリオキ
   シル酸エチルに変換する工程を含むことを特徴とするグ
   リオキシル酸エチルの製造方法。