JPH06507154A - シアノ酢酸の生産方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 シアノ酢酸の生産方法 産業上の利用分野 本発明は、以下の式で表される部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物をさ らに酸化させることによって、シアノ酢酸（ＣＡＡ）またはそのエステルを調製 する方法：ＮＩＣ−ＣＨ，−ＣＨ，−ＡＢ こコテ、Ａは−Ｈ，−ＯＨまたは−ＯＲ；およびＢは−ＯＨ，−ＯＲまたは・Ｏ ：ｘ＝１または２、ｙ＝０または１（ＡおよびＢの選択に依存する）；ただし、 ここで、Ｂが−０、Ａは〜Ｈ１およびｘ−〇であり；そしてｙ＝ｔのとき、Ｘ・ ０であり、Ｂは一〇Ｈまたは−ＯＲである。特に好ましい部分的に酸化されたプ ロピオニトリル化合物は、シアノアセトアルデヒド（ＣＡ）、その水和物（ＣＡ Ｈ）またはそのアセタール（ＣＡＤＡ）を含む。適切な酸化剤は、酸素、オゾン 、過酸化水素、過酸、亜硝酸エステルなどを含む。部分的に酸化されたプロピオ ニトリル化合物は、好ましくは、アクリロニトリルから製造される。必要に応じ て、シアノ酢酸のエステル化が行われる。

発明の背景 現在行われているＣＡＡの調製技術には、クロロ酢酸（またはそのエステル）と ＮａＣＮとの反応が含まれる。この技術は、商業的に行われてきたが、クロロ酢 酸およびＮａＣＮの使用による環境問題により高いコストを被っている。

ＣＡＡは、薬学工業および特殊化学工業用の原料として応用されるため、関心が 寄せられている。また、ＣＡＡは、マロン酸およびそのエステルの調製に使用さ れ得、マロン酸およびそのエステルは、調合薬の合成にも使用される。

当該技術分野では、ＣＡＡまたはそのエステルが、ＡＣＮから調製され得ること は教示されていない。Ｓ讃ｉｄｔは、ＡＣＮが、ＰｄＣｌ２により２−ケトプロ ピオニトリルに酸化され得ることを教示している（Ａｎｇｅｖ、　Ｃｈｅｗ、、 　７１．　Ｊａｈｒ、１９５９．　Ｎｒ。

１９、　ｐ６２６）　ｏ　これに対して、Ｌｌｏｙｄ　（ＵＳ　３，４１０．８ ０７）は、アルコール性媒体中でのＡＣＨの酸化がＣＡＤＡを生産することを示 唆しているが、このことをさらに例示していない。ＣＡＤＡは、２−ケトプロピ オニトリルではなく、シアノアセトアルデヒド（ＣＡ）のアセタールである。Ｌ ｌｏｙｄに従って、Ｈａｓｏｋａｗａら（Ｂｕｌｌ、　Ｃｈｅｗ、　Ｓｏｃ、　 Ｊｐｎ、、６３．　１６６−１６９．１９９０およびＡｃｅ、Ｃｈｅｔ　Ｒｅｓ 、、２３（２）　４９−５４．　１９９０）は、ＡＣＮが、共触媒（ｃｏ−ｃａ ｔａｌｙｓｔ）としてＣｕＣｌ２またはＢｉＣｌ３−ＬｉＣ１を含むＰｄＣ１２ （ＣＨ３ＣＮ）２を使用して、１．３−プロパンジオール／ＤＭＥ媒体中で、対 応する環状アセタールに酸化され得ることを示している。Ｕｂｅはまた、２つの 独立した、関係のない開示で、ＡＣＮが、アルキルニトライトエステルを使用し て／アノ酢酸のアセタール（ＣＡＤＡ）に酸化され得ること（ＵＳ　４，５０４ ．４２２）、およびＣＡＤＡが、化学量論的酸化剤としてのヒドロキシルアミン を使用してＣＡＥに酸化され得ること（ＵＳ　４，４３８，０４１）を示してい る。ヒドロキシルアミンは、従来の酸化剤ではない。ヒドロキシルアミンは、通 常、アルデヒドが対応するニトリルに変換される際に、アルデヒドと組み合わさ れて使用される。従って、Ｕｂｅは、明らかに、ＣＡＤＡからマロン酸ニトリル を調製するよう試みていた。

われわれの方法ではい（っかの潜在的な中間生成物が、間接的手段によって調製 されたことを指摘することは重要である。Ｕｂｅは、ＣＡＤＡが、酸触媒により ＣＡに加水分解され得ることを教示している（Ｊ　５７−０．２０３．０５２） 。ＣＡＤＡを対応するアルコキシアクリロニトリル（ＲＯＣＨ＝ＣＨＣＮ）　に 変換すること、またはその逆の変換を教示している引例はいくつかある（ＵＳ　 ４，２７７．４１ｇ、ＤＥ　３．６４１，６０４、ＤＢ　３，２２２，５１９、 ＤＢ３、２１１．６７９、ＪＰ　８３−２６゜８５５、ＪＰ　５ｇ−２６，８５ ５）。

さらに、ＣＡは、一般に、ＡＣＮからアセタール（ＣＡＤＡ）として得られる。

通常、アルコール性媒体中でＰｄＣｌ２／ＣｕＣｌ２触媒が使用されている。

ＣＨ２・ＣＨＣＮ＋１／２０２＋２ＲＯＭ　−−−＞　（ＲＯ）２ＣＨＣＨ２Ｃ Ｎ（ＡＣＮ）　（ＣＡＤＡ） われわれが見いだしたシアノアセトアルデヒドの唯一報告されている酸化は、Ｕ ｂｅによるものである。Ｌｌｂｅは、ＣＡＤＡが、ヒドロキシルアミンとの反応 でＣＡＡ−エステル（ＣＡＥ）に酸化され得ることを報告した： （ＲＯ）２ＣＨＣＨ２ＣＮ＋ＨＯＮＨ２−−−＞　ＲＯＣＯＣＨ２ＣＮ酸素によ るアルデヒドまたはアセタールの酸化、ならびにオゾンおよび過酸によるアセタ ールの酸化について記載されているが、ＣＡＤＡのような不活性化アセクールの 酸化については記載されていない。

いずれの従来技術も、ＣＡＡを直接生産するために、上記の部分的に酸化された プロピオニトリル化合物を酸化することを示していない。同様に、従来技術は、 この工程（ｔｈｅａｔｓｔｅｐ）と、ＣＡＡをそのエステルにエステル化する工 程または上記の部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物をＡＣＮから生産す る工程との組合せを示していない。

発明の要旨 本発明は、以下の式で表される部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物をさ らに酸化させることによって、シアノ酢酸（ＣＡＡ）またはそのエステルを調製 する方法：ＮＩＣ−ＣＨ，−ＣＨ，−ＡＢ ここで、Ａは−Ｈ，−ＯＨまたは−ＯＲ；およびＢは−ＯＨ，−ＯＲまたは・０ ；ｘ・１または２、ｙ・０または１（ＡおよびＢの選択に依存する）；ただし、 ここで、Ｂは：Ｏのとき、Ａは−ＨおよびＸ＝Ｏであり；そしてｙ＝ｌのとき、 Ｘ＝Ｏであり、Ｂは−ＯＲまたは−ＯＨである。特に好ましい部分的に酸化され たプロピオニトリル化合物は、シアノアセトアルデヒド（ＣＡ）、その水和物（ ＣＡＭ）またはそのアセタール（ＣＡＤＡ）を含む。

適切な酸化剤は、酸素、オゾン、過酸化水素、過酸、亜硝酸エステルなどを含む 。部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物は、好ましくは、アクリロニトリ ルから生産される。

必要に応じて、生成物のシアノ酢酸のエステル化が行われる。

この反応の全概要は、以下の通りである：［０］　［０］　エステル化 Ａ　ＣＮ−−−−＞ＣＡ　Ｈ−−−−＞ＣＡ　Ａ−−−−＞Ｅ　ＣＡＡ ＣＡＤＡ ＡＣＮ ＣＡＤＡ／ＣＡＨ ゑＩ吠しｐ」免」ｇ 本発明は、以下の式で表される部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物を、 選択された酸化剤を用いて、さらに酸化させることによって、シアノ酢酸［ＣＡ Ａ］（またはそのエステル）を調製する方法： Ｎ）Ｃ−ＣＨ，−ＣＨ，−ＡＢ ここで、Ａは−Ｈ，−ＯＨまたは−ｏＲ；およびＢは−ＯＨ，−ＯＲまたは・Ｏ ；ｘＪまたは２、ｙ＝Ｑまたは１（ＡおよびＢの選択に依存する）：ただし、こ こで、Ｂは＝Ｏ，Ａは−Ｈおよびｘ−ｏであり；そしてｙ＝１のとき、Ｘ＝Ｏで あり、およびＢはｌＩｏでない。

特に好ましい部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物ハ、シアノアセトアル デヒド（ＣＡ）、その水和物（ＣＡＭ）またはそのアセタ−ル（ＣＡＤＡ）を含 む。さらに、本発明の方法は、必要に応じて以下の工程を包含する：ａ）７セト ＝　ト’Ｊル（ＡＣＮ）を酸化することによって、部分的に酸化されたプロピオ ニトリルを生産する工程；およびｂ）生成物ｃＡＡをエステル化して、アルキル シアノアセテートを生産する工程。

。　・に　されたプロピオニド１ル　ム　の酸素、オゾン、過酸（ＲＣＯＯＯＨ ，ここでＲはＨまたは（ｎＨｎ４２）、アルキルニトライト（ＲＯＮＯｌここで ＲはＣｎ　Ｈｎ・２）および過酸化水素またはその混合物により、部分的に酸化 されたプロピオニトリル化合物を酸化するには、酸化剤の化学量論的使用が必要 である。特に好ましい酸化剤は、カルボン酸（ＲＣＯＯＨ）、特にギ酸（ＨＣＯ ＯＨ）、および過酸化水素の等モルの組合せである。この組合せは、過酸（ＲＣ ＯＯＯＨ）を形成するギ酸がカルボン酸である場合に、過ギ酸（ＨＣＯＯＯＨ） がその場の酸であることを含む。

オゾンの場合には、酸素と組み合わせて触媒的に使用されているが、Ｃ人々の組 合せは使用されていないことのいくつかの証拠がある。本発明では、酸化剤とし て、化学量論的オゾンの使用のみを扱っている。酸素の使用は、きわめて新規で ある。なぜなら、酸素は、過酸化物または過酸よりもかなり弱い酸化剤であるた めである。

ＣＡＨまたはＣＡＤＡからＣＡＡまたはＥＣＡへの酸化変換は、一般に、以下の 式で示される： ＮＩＣ−ＣＨ２−ＣＨ−（ＯＨ）２＋［Ｏ］−−−＞ＮＩ　Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−０ ０ＨＮＩＣ−ＣＨ”ＣＨ−（ＯＨ）＋［Ｏ］−−−＞Ｎ）Ｃ−ＣＨ２−Ｃ−００ ＨＮＩＣ−ＣＨ２−ＣＨ−（ＯＲ）２＋［Ｏ］−−−＞ＮＩ　Ｃ−ＣＨ２−Ｃ− ００ＲＮＩＣ−ＣＨ＝ＣＨ−（ＯＲ）＋［Ｏ］−−−）ＮＩＣ−ＣＨ２−Ｃ−０ ０ＲＣＡＡか゛・　１　るエステルへの ＣＡＡはまた、アルコールを用いた、酸で触媒される加水分解によって、容易に エステルに変換される。

ＮＩＣ−ＣＨ２−Ｃｏｏｌ−１＋ＲＯＨ−−−＞ＮＩＣ−ＣＨ２−Ｃ−００Ｒ＋ Ｈ２０ここで、ＲはＣｎＨ２ｎ・１である。適切な酸は、Ｈ２Ｓ０ａ、氷酢酸、 ＨＣＩなどのような強力な鉱物酸を含む。硫酸は、低コストであり、入手しやす いため、特に好ましいが、他の酸も適切である。強力な酸性イオン交換樹脂（Ｄ ｏｖｅｘ、　Ａ■ｂｅｒｌｙｓｔなど）もまた適切である。反応は、トルエン、 ベンゼンおよび同様の物質のような適切な溶媒中で行われ得る。トルエンは、強 力な酸触媒に耐性を有し、（エチルシアノアセテートがエタノールとＣＡＡの生 成物である場合に）Ｈ２０／エタノール／トルエンの共沸混合物を蒸留すること によって反応混合物から分離し得るため、望ましい溶媒である。

アセトニド蓼ルの　による　・に　れたプロピオ玉止」二野化肢成 アセトニトリルは、かなり安価な供給原料である。ワラカー型触媒（ＰｄＣ１２ ／ＣｕＣ１２）、Ｆ　ｅ　Ｃ１３、ＰｄＣｌ２、Ｎａ２ＰｄＣ１ａ、ＨＰＡ触媒 （特に、ＨｓＰＭｏ＋＠Ｖ２ｓＯａ＠）、白金族金属およびそれらの塩（パラジ ウム、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびオスミウム、ならびにそ のハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩およびアセタート）のような任意の 様々な酸化触媒、または適切な極性反応媒体（Ｈ２Ｏ；　メタノール、エタノー ル、プロパツール、イソプロパツールなどのような短鎖アルコール類、　（ＣＨ ３０ＨからＣｌ２Ｈ２５０Ｈ）；エーテル類、アルデヒド類など）に可溶な他の 酸化触媒を用いると、ＡＣＮは、上記のような部分的に酸化されたプロピオニト リル化合物：　ＮＩＣ−ＣＨ，−ＣＨシーＡＢに酸化され得る。触媒は、溶液中 に重量基準でｔｐｐ■と１０％との間の触媒量で存在しなければならない。

この工程で使用される酸化剤は、部分的に酸化されたプロピオニトリルを、ＣＡ Ａに酸化する工程において使用される酸化剤、例えば、酸素、オゾン、過酸（Ｒ ＣＯＯＯＨ，ここでＲはＨまたはＣ１Ｈ１１４２）、アルキルニトライト（ＲＯ ＮＯ。

ここでＲはＣｎＨｎ４２）および過酸化水素またはそれらの混合物と同様のもの であり得る。

本発明は、：＄直な明細書によって開示されている。以下には、本発明の様々な 局面を示す多数の実施例を見いだし得る。

これらの実施例は、本発明を例示するものであって、いかなる場合にも、本発明 の範囲を限定するために使用されるものではない。

爽血週 ガ広 実施例１から８では、Ｐｄおよび共触媒を３００ｃｃのオートクレーブに加えた 。反応物、希釈剤、供給原料および触媒の総容量は、約１５０ｃｃであった。圧 力を大気圧と１ｏｏｐｓｉとの間で変化させた。原料を反応器に加え、反応器を 反応温度に加熱し、１０００から２０００ｒｐ園で攪拌を開始し、試料を定期的 に取り出した。

実施例９では、供給原料、触媒および溶媒を、磁気攪拌器を備えたガラス反応器 に加えた。総用量は約３０ｃｃであった。

実施例１１から１７では、様々な供給原料（エチル−ＣＡＤＡ、メチル−ＣＡＤ Ａまたはエト牛シアクリロニトリル）、酸およびＨ２Ｏを、丸底フラスコに加え た。このフラスコを減圧下で加熱し、生成されたアルコールを除去した。水溶液 の収率および純度を、高圧液体クロマトグラフィーにより決定した。

実施例１８および１９では、反応物（ＣＡＣＡまたはＣＡＨ）を適切な溶媒（Ｈ ２Ｏまたは氷酢酸）中に溶解し、磁性攪拌子および温度計を備えた２５０ｃｃの ３つ首モートンフラスコ（３−ｎｅｃｋ　Ｍｏｒｔｏｎ　ｆｌａｓｋ）に充填し た。酸素または空気中の０３（０，０８から２％）の流れをボヮメトリクス（Ｐ ｏｌｙｍｅｔｒｉｃｓ）オゾン生成器で生成し、０＃と２５＃ｃとの間の温度で 攪拌しながら、溶液を通過させた（毎分２００から２０００ｃｃ）。反応の進行 状態を、高圧液体クロマトグラフィーでモニターした。

実施例２０から２２では、水または水性カルボン酸を、吊り下げメカニカル攪拌 器（ｏｖｅｒｈｅａｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　５ｔｉｒｒｅｒ）および還流冷 却器を備えた、５００ｃｃの３つ首モートンフラスコに充填した。酸度を高める ためにさらに酸を加えた。等モル量の基体（ＣＡＤＡまたはＥＡＣＮ）および５ ０％０）Ｈ２Ｏ２を、４０＃から６０＃Ｃで１から６時間かけて、攪拌溶液に供 給した。この溶液をこの温度でさらに１から２時間攪拌した。生成混合物を、高 圧液体クロマトグラフィーおよびＧＣ分析を用いて分析した。

実施例２３から２５では、Ｈ２Ｏまたは酢酸中のＣＡＨ溶液（通常、１から１０ 重量駕のＣＡＭ）を、内部攪拌器、試料注入口および外部加熱ジャケットを備え た１００ｃｃのステンレス鋼反応器に加えた。ＣＡＨを安定させるのに必要な酸 （例えば、Ｈｓｔ）をこの溶液に加えた。次いで、適切な触媒を、１０と１００ ｗＭとの間の濃度になるように溶液に加えた。酸素または空気を、５から１１０ ０ｐｓｉの圧力になるように反応器に充填した。溶液を攪拌しながら５０から１ ２０＃Ｃの温度に加熱した。反応溶液の試料を定期的に収集し、反応の進行状態 を高圧液体クロマトグラフィーにより測定した。

実施例２６では、ＣＡＡのエチルエステルを、Ｈ２ＳＯ４を含む水溶液に加え、 ５５＃Ｃで１６時間加熱した。

実施例２７では、ＣＡＡを、酸を用いて無水エタノール中に溶解し、８時間還流 した。

以下の実施例は、ＡＣＮからＣＡ誘導体、ＣＡＤＡ、ＣＡＨおよびＲＡＣＮへの 酸化を例示する。

■−３：アルコール　での　Ｎａ　ＰｄＣ１ｎ　ＣｕＣ＋２を　いたＡＣＮの これらの実施例は、ＣＡＤＡおよびＣＡＨを形成するための、様々なアルコール を用いてのこの触媒の使用を示す０（以下余白） ４−５：　ＥｔＯＨでの　Ｎａ　ＰｄＣ１ａ　ＣｕｃＩ２を　いたＡＣＮかＣＡ ＤＡへの本実施例は、ＥｔＯＨ／水媒体中でのこの触媒の使用を示す。

これらの実施例は、ＣＡＤＡおよびＣＡ）Ｉを形成するための、様々なアルコー ルを用いてのこの触媒の使用を示す。

９：　ＥｔＯＨでの　ＰｄＣ１およびＥｔＯＮＯいたＡ　Ｎか゛のＣＡＤＡへの ｌＯ：　での　ＰｄＣｌ　ＣｕＣｌ２　いたＡＣＮたｊｊコＬと二９」１七 １１−１５：　々の　を　いたエチル−ＣＡＤＡの木公解 これらの実施例は、ＣＡＤＡおよびアルコキンアクリロニトリルからＣＡＭへの 加水分解を示す。

（以下余白） （すべての反応は、２００■＋ｅｌ１ｇで、７０＃Ｃで７５分間行った。減圧を 用いて、形成されたＥｔＯＨを除去し、平衡がＣＡＭ形成に傾くようにした。） １６：　を　いたメチル−ＣＡＤＡの 立置 以下の実施例は、酸素をベースとしない酸化剤（すなわち、オゾン、過酸および 過酸化水素）を用いた、ＣＡＨまたはＣＡＤＡからＣＡＡまたはＣＡＥへの酸化 を例示する。

１８ニオシンを　いた　ＡＨの １９ニオシンを　いた　ＣＡＣＡの　ここで　ＣＡＣＡ＝エチレングリコールＣ ＡＤＡ ２０および２１：　・　のみ　たは′”とカルボン　との　ムせを　いた　ＣＡ および　の（以下余白） （１）生成されたギ酸の量は、酸化されたＣＡＭ１モル当りにギ酸１モルが形成 されるという仮定に基づく。

（２）これはエステルまたは遊離酸としてのＣＡＡの正味の生成率を示す。

（以下余白） 次の実施例は、酸化剤として酸素を用いる、ＣＡＭのＣＡＡへの酸化を示す。

２３：　々のフ１−ラジカル　を　いる　を２４：　７１−ラジカル　Ｎａ　Ｐ ｄ　１４ＨＰＡいる　によるＣＡＭの ２５：　７１−ラジカル　Ｎａ２ＰｄＣ１ａ　ＣｕＣｌ２を　いる　によるＣＡ Ｍの （以下余白） 次の実施例はＣＡＥの加水分解およびＣＡＡのエステル化を示す。

２６：ＣＡＡのエチルエステルの ２７：エ　ノールによるＣＡＡのエステル方法 以下の実施例において、種々の部分的に酸化されたプロピオニトリルを過酸化水 素、オゾン、および過酸を用いて酸化するために、次の操作手順を用いた。

０３とＣＡ等価物との反応： 反応成分（ＣＡＣＡ、ＣＡ）Ｉ、　またはＣＡＤＡ）を適切な溶媒（Ｈ２Ｏまた は氷酢酸）に溶解し、磁性攪拌子および温度計を備えた２５０　ｃｃの３つ首モ ートンフラスコに入れた。酸素（または空気）中の０ｘ（０，０８から２％）の 流れをポリメトリクスオゾン発生装置によって発生させ、０から２５１１Ｃの間 の温度で攪拌しながら、反応溶液に通じた（　２００−２０００　ｃｃ／分）。

反応の進行を、高圧液体クロマトグラフィーでモニターした。

過酸化水素／カルボン酸とＣＡ等価物との反応：水を含むカルボン酸（ギ酸、Ｃ ＡＡ、または酢酸）を、吊り下げ式メカニカル攪拌器および還流冷却器を備えた ５００　ｃｃの３つ首モートンフラスコに入れた。他の酸（すなわち、Ｈ２Ｓ０ ４）を、酸性度を高めるために溶媒に加え得る。等モル量の基体（すなわち、Ｃ ＡＤＡまたはＥｔＯＡＣＮ［ＥＡＣＮ］）および５０％Ｈ２Ｏ２を、攪拌された 反応溶液中に、４０ａＣから６０ａＣで１から６時間の間に注入した。反応溶液 をその温度でさらに１−２時間攪拌した。生成混合物を、高圧液体クロマトグラ フィーおよびＧＣ分析により測定した。

Ｈ２Ｏ中での過酸化水素とＣＡ等価物との反応：供給原料（ＣＡＨ，ＣＡＣＡま たはＣＡＤＡ）、Ｈ２ＯおよびＨ２Ｓ　Ｏａを、メカニカル攪拌子を備えた１０ ０　ｃｃの３つ首モートンフラスコに入れた。約１等量の過酸化水素を、反応溶 液中に攪拌しながら加えた。反応溶液の温度を、２５℃から６０℃の間に保った 。反応溶液をその温度でさらに１−２時間攪拌したＯ生成混合物を、高圧液体ク ロマトグラフィーおよびＧＣ分析により測定した。

犬息皇−鑓ＣＡＭのオゾン酸化 オゾンをＣＡＭと室温で反応させＣＡＡを生産する。下の表は、ｐＨ＝１および 低オゾン濃度（０，０８％）における結果を示す。

（以下余白） 我々は、オゾンによるＣＡＨの酸化によって得られるＣＡＡ収量に対する、ｐＨ および濃度の影響を試験した。この試験は、Ｎａ２ＣＯ３またはＮａＨＣＯ３に よる滴定で設定して行った。オゾン濃度を２％、０．４％および０．０８％と変 化させたこれらの実験から得られた結果を、次表に示す。

（注意事項：ｐＨ・７ではＣＡＨは室温で数時間安定であるが、ｐＨ・１０では 、数分後には顕著な分解を示す。分解速度は、氷温に冷却することによってかな り緩和し得る。）観察された５つの一般的な傾向は： ・・酸化速度は、オゾン濃度とｐＨの両方の関数としてめざましく増加した。

・・最高速度は、最高オゾン濃度および最高ｐＨで観察された。

・・ＣＡＡに対する選択率は、オゾン濃度が減少するに従って僅かに増加した。

・・ＣＡＡに対する選択率は、ｐｌ］が上昇するに従って増加した。

・・一般に、ＣＡＡに対する選択率は、変換率が増加するに従って減少した。

ｌ４１ｃＡＤＡのオゾン酸化 本公開文献は、アルキルアセタールおよび芳香族アセクールのそれに対応するエ ステルへの酸化を示す。ＣＡＤＡのような不活性化されたアセタールの酸化を記 載した文献は見い出されなかったが、強力な酸化剤を用いるだけでＣＡＤＡの酸 化が可能になるということはもっともなことあると思われた。

対応するエステルへの選択率は、非環状アセタール（エタノールから得られるよ うな）ではやや劣ることは周知であるが、環状アセタール（エチレングリコール がら得られるような）では選択率は改善する。我々はエチレングリフ−ルーＣＡ ＤＡ［またはシアノアセトアルデヒド（ＣＡＣＡ）の環状アセタール：　ＮＭＲ によって特徴づけられ、高圧液体クロマトグラフィーでは応答因子が得られたコ を、オゾン酸化試験に用いるために調製した。

２％０３１０２混合物を用いるＣＡＣＡのオゾン分解は、それに対応するエステ ルを生産した。反応速度は、用いられたオゾンが０．０８％に対して２％の場合 に著しい増加が見られた。このデータは、７０％より低い変換率ではこの反応が 高度に選択的であることを示す。７０％以上変換レベル上では、未同定の生成物 を優先的に形成した。

化学量論的なオゾンの使用は、安価なオゾン発生装置を入手し得る場合にのみ考 慮される。しかし、我々は、ＣＡＡのヒドロ牛ジエチルエステルは他のどの手段 によっても調製が困難であると考える。

Ｋ廊ｌ−胆ＣＡＤＡおよびＣＡＨの過酸酸化オゾンによるアセタールの酸化で高 収率および高反応速度が得られたことは、過酸を用いるＣＡＤＡの酸化によって 、ＣＡＡへのより有利なアプローチとなり得る可能性があることを示唆した。過 酸とアセタールとの反応は、それに対応するエステルを生成する。

酢酸中でのエチル−ＣＡＤＡと３０％過酢酸との反応は、室温で１３　時間反応 後、変換率６０％の時、ＣＡＡ−エステルへは１２％の選択率を示した。大量（ 選択率４８％）のＣＡＡを、反応混合物中に見い出したことは驚くべきことであ る。ＣＡＤＡはこれらの条件下で容易に加水分解する。このことは、過酢酸中に 存在する小量のＨ２Ｏ２およびＨ２ＯがＣＡＨの中間体からＣＡＡを生産する原 因であるに違いないことを、示唆した。従つて、水と過酸との混合物を用いてＣ ＡＤＡ　（ＣＡＭを介した）を直接ＣＡＡに変換する新しい方法を試みた。

この概念を試すため、ＣＡＨを含有する水性混合物を３０％過酢酸の過剰量と反 応させた。この結果、速い反応速度およびＣＡＡへの高い選択率（室温で１時間 反応後のＣＡＭの変換率＝９０％、そのときのＣＡＡへのモル％選択率＝７７％ ）が得られた。

ＣＡＤＡの場合（水を加えない）をまさるＣＡＨの反応速度の増加は、ＣＡＨが ＣＡＤＡをＣＡＡにする酸化反応における中間生成物であることを示唆した。

ｌ４１旦ＣＡ　Ｄ　ＡおよびＣＡＨの過酸化水素酸化アセタールをカルボン酸に する、過酸化水素または過酸を用いる酸化反応は、先行する文献がほとんどない 。一般に、アセタールは過酸で酸化されて対応するカルボン酸エステルを生じる 。

我々のデータは、ＣＡＤＡが初めに加水分解されてＣＡＨとなり、次にＣＡＭが 過酸によって酸化されることを示唆する。過酸の使用が望ましい。なぜなら、我 々の対照実験によれば、ＣＡＭがＨ２Ｏ２のみにより酸化された場合、収率は過 酸を用いる場合よりもやや低い（Ｈ２Ｏ２のモル％選択率＝５０％、それに対し て過酢酸のモルχ選択率＝８０％）からである◎大量の水の存在下で過ギ酸を発 生する経済的な方法は、Ｈ２Ｏ２とギ酸との組合せによる方法である。ギ酸は、 ９６％および８８％の水性混合物として市販されている。さらに、ギ酸は水と共 に共沸混合物を形成するので、７７％の濃度になるように都合よく蒸留され得る 。我々は、９６％および７７％の両方のギ酸をおおよそ化学量論的な量のＨ２Ｏ ２と組み合わせて試験を行い、同様の結果を得た。

我々は、ＣＡＡ合成の有効性についてＨ２Ｏ２／ギ酸媒体中でのＣＡＤＡの酸化 を試験した。エチル−ＣＡＤＡを、約１等量のＨ２Ｏ２（１，０４モルＨ２Ｏ２ ／１モルＣＡＤＡ）と９６％ギ酸中で完全に反応させる。小量の酸触媒（Ｈ２Ｓ Ｏ４またはＨＣＩなど）を、４０ａＣでの反応速度を高めるために加え得る。そ の代わりに、反応溶液を、酸を加えずに単に約６０ａＣまで加熱するだけで、同 様の反応速度が得られる（反応速度は約ｌＸｌ０−７モルｃｃ−’秒−１であっ た）。

変換率１００％でのエチル−ＣＡＤＡのＨ２Ｏ２酸化では、ＣＡＡへの選択率は 高圧液体クロマトグラフィーにより決定され、約８８モル％であった。同定され た唯一の主要な副生成物はＣＡＨであり（約１０モル％）、それは回収して再利 用し得る。小量のＣＡＡ−エステル（約く１％）およびＣＯＰもまた、検出され た。微量の副生成物はギ酸であり得る。しかし、ギ酸は使用溶媒中の主要成分で あるので、僅かな増加を正確に定量化することは不可能であった。

１つの実験では、溶媒を除去して塩化メチレンで洗浄することにより、我々は粗 製のＣＡＡ生成物（７８％が単離されて得られた）を得た。測定された融点は６ ６−６８＋＋Ｃであり、ＣＡＡの文献に一致した。この生成物をＩＨおよび＋３ （のＮＭＲならびにＦＴＩＲを用いて分析し、標準のＣＡＡと比較した。我々は 、この方法を用いて調製されたＣＡＡが’ＨＮＭＲにより純度〉９９４％である ことを見い出した。粗性生成物をエーテル／ヘプタンから再結晶し、純粋な白色 結晶として（融点６６、５−６７、５ａＣ）、６０％のＣＡＡを回収した。この ことは、この工程での生成物の分離および精製が実行可能であることを証明した 。

７７％ギ酸中でメチル−ＣＡＤＡを用いることにより、同様の結果を得た。メチ ル−ＣＡＤＡの加水分解の反応速度がエチル誘導体の場合よりも約４，５倍遅い という本質的な違いが明かになった。エチル誘導体の場合に匹敵する反応速度を 成し遂げるために、我々は酸触媒濃度を約０．２Ｍから０．８Ｍに増加した。

メチル−ＣＡＤＡ変換率が１００％のとき（反応時間＝２００分）、ＣＡＡ収率 は８４モル％であった。主要な副生成物はＣＡＨであった（これは再利用され得 る）。他の副生成物はＣＡＡ−エステルであり（約３％）、これはＣＡＡの追加 の収率となり得る。

Ｈ２Ｏ２の利用により、収量は８６％となることがわかった。

我々は、ＣＡＡの収率が７７％ギ酸中に存在するＨ２Ｏ２量の関数であることを 見い出した。９８モル％のＣＡＡ収率を成し遂げるために必要な過剰のＨ２Ｏ２ （１，３８モルＨ２Ｏ２１モルＣＡＤＡ）は、Ｈ２Ｏ２の水−ギ酸−過ギ酸系で の化学量論的利用量より小さい量を示した。最大収率が過剰のＨ２Ｏ２を用いた 時に得られたが、完全に許容され得る収率は、Ｈ２Ｏ２の化学量論量を用いて得 られたく約８２％）。

Ｈ２Ｏ２利用量を、ＣＡＡ収率に対するＣＡＡ　（生成された）／Ｈ２Ｏ２（開 始時）のモル比を比較することによって測定した。Ｈ２Ｏ２の約７０から８０％ が、ＣＡＡの生成に利用された。５．５時間後でも活性な過酸化物がまだ確認さ れ、反応が完了していないことが示唆された。

ＣＡＡ収率はまた、ｌ−１２０２濃度に依存することがわかった。

ＣＡＡの収率は、Ｈ２Ｏ２溶液の濃度が約１．６重量％のとき最大となった。よ り高いＨ２Ｏ２濃度では、Ｈ２Ｏ２利用量は低下し、ＣＯ２生成量が増加した。

低いＨ２Ｏ２濃度では、反応速度（ま低下し、同じ反応時間ではより低いＣＡＡ 収率を示した。

５０％Ｈ２Ｏ２を反応器に充填したとき、我々は許容し得る結果を見い出した。

しかし、反応溶媒で希釈した後の反応媒体中の実際のＨ２Ｏ２濃度は、約１から ２１１１％だけであった。従って、開始時に用いられ得る低濃度の８２０２は、 １重量％より低くないＨ２Ｏ２濃度の溶液を提供した。

’ＬｍｉｌＬＤ池のカルボン酸の使用 その場で過酸を発生させるために用０られるカルボン酸もまた、変更し得る。我 々は、過酸化水素との組合せでギ酸のみならず酢酸およびＣＡＡ酸の使用もまた 示した。下の表には、種々のＣＡ誘導体を用いた実施例の結果を示す。

（以下余白） 力１表 以下に述べる、ＣＡＨが０２によってＣＡＡに酸化される以下に示す実施例３３ では、次の操作手順を用いた。

内部攪拌子、試料出入口、および外部加熱ジャケットを備えた１００　ｃｃのス テンレススチール製の反応器に、ＣＡＭのＨ２Ｏまたは酢酸溶液（普通、１から １０重量％のＣＡＨ）を加えた。

ＣＡＭの安定化を助けるために酸く例えばＨ２Ｓ０４）を加え得る。次に、適切 な触媒を、この溶液に加えたく触媒濃度は、普通１０ｗＭと１００ｍＭとの間で ある）。酸素（または空気）を反応器に、５から１１００ｐｓｉの圧力で加えた 。この溶液を攪拌しながら５０から１２０１１Ｃの温度に加熱した。反応溶液の 試料を定期的に収集し、反応の進行を高圧液体クロマトグラフィーで測定した。

尖】１１」ｕ 本実施例は、水および酢酸溶媒中でのフリーラジカル開始触媒の使用について調 べた。次表は、フリーラジカルで開始された、ＣＡ　Ｈが酸素によってＣＡＡに 酸化される工程を用いるいくつかの実験から得られた結果を詳述する。

これらの結果は明かに、ＣＡＨがこれらの条件下でＣＡＡに酸化され得ることを 示した。一般に、選択率は、変換率が上昇するに従って低下した。最良の結果は 、変換率が１０％のとき６６％の選択率を示し、変換率が２８％のときは選択率 が４５％に低下した。

一般に、金属で触媒されるアルデヒドの酸化は、水和物を利用するのではなく、 遊離のアルデヒドを利用してカルボン酸溶媒中で商業的に行われる。我々の方法 では水がより好都合な溶媒であるので、我々はこの変換のために水ベースの酸化 触媒を見い出すことを試みた。マンガン触媒またはコノイルシト触媒のいずれか を水中で用いたところ、ＣＡＨを完全に酸化するには及ばなかった。しかし、ヘ テロポリ酸（ＨＰＡ）を触媒として用いると、表１に示される改善された結果を 得た。

このことは、ＨＰＡが、フリーラジカル開始剤として作用するがマンガンまたは コバルトのいずれよりもより穏かであることを示唆する。

このようなＣＡＨの酸化から低い選択率が得られたために、非フリーラジカル触 媒を探索した。我々は、ＣＡＭのＣＡＡへの電子的な酸化（水中、７ＳＩＩＣ） がパラジウム（＋２）の化学量論的な使用により成し遂げられることを見い出し た。この酸化剤を用いると、水中でさえ、酸性条件下で）ＩＰＡの実験の場合と 同様のより大きな選択率が得られた。このことは、ＣＡＭのＣＡＡへの非ラジカ ル酸化がフリーラジカル酸化よりも好ましいことを証明した。

パラジウムの化学量論的な使用が経済的には実行不能であったとしても、この実 験は請求電子的な酸化剤を用いればフリーラジカル開始剤と比較してより高い収 率が得られることを示す。このデータは、ラジカル経路が電子的方法よりもロス がより大きいことを示すものである。従って、いくつかの非ラジカルの方法を調 べた。

Ｐｄ／ＨＰＡ触媒では、ＨＰＡ単独の場合よりはやや良好であるが、化学量論的 なパラジウムの場合よりもはるかに劣る結果を示した。

３つの場合（化学量論的なＰｄ、ＨＰＡおよびＰｄ／ＨＰＡ）すべてについての １次反応速度論を仮定して、我々はＨＰＡおよびＰｃｔ／ＨＰＡ触媒を用いるＣ ＡＭの酸化の速度がそれぞれきわめて相似していることを見い出した。しかし、 化学量論的なパラジウムによる酸化速度は著しく遅い（化学量論的なパラジウム の場合に対するＨＰＡおよびＰｄ／）（ＰＡの場合の相対速度は、１・１．５： １．７である）。従って、生成物の分布はＣＡｌ１のＨＰＡフリーラジカル酸化 によつ°Ｃ制御される場合は大きいが、パラジウムによる場合の分布はきわめて 小さい。

この工程で用いる高い選択率を有する触媒を開発するためには、フリーラジカル 経路を最小化するとともに電子的経路を助ける必要があった。フリーラジカル酸 化によるロスを最小化するために、ＨＰＡを置換し得るより酸化力の低い共触媒 を探策した。我々は、共触媒としてＣｕＣｌ２を選択した。

Ｃｕｃ１２はＨＰＡよりも酸化力が低く、ＣＡＨのフリーラジカル消費の相対速 度はＨＰＡの場合よりも約１５倍遅かった。

これらのデータは、ＰｄＣｌ２／ＣｕＣｌ２触媒が対応するＰｄＣｌ２／ＨＰＡ 触媒よりもかなり良好に作用することを示した。これは、仮定でめられていた事 例であった。

Ｐｄ／ＨＰＡ触媒は１５倍の反応速度を示したが、ＣＡＡのモル％収量はＰｄ／ Ｃｕ触媒の方がかなり高かった。変換率１００％のとき、我々はＣＡＡ収量が４ ５％に達し得ることを期待した。

選択率がこの実験を通して常に４５％であったので、このことは合理的である。

反応速度は約１０−９モルｃｃ＝秒−１であった）。

当業者が以下の請求項に見られる方法の等価物を構想したとしても、これらの等 価物が本願で請求された発明の精神の範囲内にあることは、明らかである。

国際調査報告 一一呻一＋１１１＾峠−−−−　ＫゴＡ芯９２１０１：５門フロントページの続 き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＳＥ）、　ＡＴ、 　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ 、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　 ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ。

ＮＯ，ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、　ＳＥ、　ＵＳ（７２）発明者　ペリアナ、 ロイ　エイ。

アメリカ合衆国　カリフォルニア　９５１３２サン　ホセ、クリークサイド　２ ７７５

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．以下の式で表される部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物をさらに酸 化することによって、シアノ酢酸を生産する方法： ＮＩＣ−ＣＨｘ−ＣＨｙ−ＡＢ ここで、Ａは−Ｈ、−ＯＨ、または−ＯＲ；およびＢは−ＯＨ、−ＯＲ、または ＝Ｏ；ｘ＝１または２、ｙ＝０または１（ＡおよびＢの選択に依存する）；ただ し、ここで、Ｂが＝Ｏのとき、Ａは−Ｈ、およびｘ＝０であり；そしてｙ＝１の とき、ｘ＝０であり、およびＢは＝Ｏでない。
2. ２．前記部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物が、シアノアセトアルデヒ ド、その水和物、またはそのアセタールから選択される、請求項１に記載の方法 。
3. ３．前記酸化が、酸素、オゾン、過酸（ＲＣＯＯＯＨ、ここでＲはＨまたはＣｎ Ｈｎ＋２である）、アルキルニトライト（ＲＯＮＯ、ここでＲはＣｎＨｎ＋２で ある）および過酸化水素またはそれらの混合物によって起こる、請求項１に記載 の方法。
4. ４．アセトニトリルを酸化して前記部分的に酸化されたプロピオニトリル化合物 を生産する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
5. ５．前記生成シアノ酢酸をエステル化する工程を包含する、請求項１に記載の方 法。