JPH0770022A - N−アシル−n,n′,n′−エチレンジアミン三酢酸誘導体およびその製造方法 - Google Patents

N−アシル−n,n′,n′−エチレンジアミン三酢酸誘導体およびその製造方法

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JPH0770022A
JPH0770022A JP6129224A JP12922494A JPH0770022A JP H0770022 A JPH0770022 A JP H0770022A JP 6129224 A JP6129224 A JP 6129224A JP 12922494 A JP12922494 A JP 12922494A JP H0770022 A JPH0770022 A JP H0770022A
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acid
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acyl
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エー.パーカー ブライアン
Barry A Cullen
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Abstract

(57)【要約】 【目的】エチレンジアミン三酢酸のN−アシル誘導体を
高転化率かつ高収率で製造することにある。 【構成】アシル基が、1から40の炭素原子を含む直鎖
または分枝脂肪族または芳香族基である、N−アシルエ
チレンジアミン三酢酸またはその塩および、(a)ホル
ムアルデヒドをエチレンジアミン二酢酸のアルカリ金属
塩またはアルカリ土類金属塩と反応させること、(b)
上記工程(a)の生成物をシアン化物源と反応させるこ
と、(c)その結果生じたモノアミド二酸を自発環化さ
せること、(d)上記工程(c)の環化生成物を、少な
くとも1当量のアルカリ金属またはアルカリ土類金属水
酸化物と反応させること、および(e)上記工程(d)
の生成物を1から40の炭素原子を有するアシル基と反
応させること、を含むN−アシルエチレンジアミン三酢
酸の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】エチレンジアミン三酢酸(ED3
A)またはその塩(ED3ANa3 のような)は、キレ
ート化学の分野で応用されており、強キレートポリマ
ー、油溶性キレート化剤、界面活性剤その他の製造の出
発物質として使用することができる。エチレンジアミン
三酢酸を合成する慣用的なルートは、そのN−ベンジル
誘導体を経て行われ、この誘導体は次いでアルカリ溶液
中でED3ANa3 に加水分解させ、このようにしてそ
の2−オキソ−1,4−ビペラジン二酢酸(3KP)誘
導体への環化を避けていた。エチレンジアミンを用いた
クロロ酢酸のアルカリ縮合、ホルムアルデヒドおよびシ
アン化ナトリウムを用いたジアミンのカルボキシルメチ
ル化の両方による合成が試みられているが、錯体混合物
を結果として生じ、所望の生成物を作るために、錯体抽
出技術(例えば、ジメチルホルムアルデヒドを沸騰する
際の3KPのほとんど排他的な溶解度、Can.J.C
hemistry 1970、48(1)、163−1
75)を必要とし、またその収率も比較的低いものでし
かなかった。さらに、慣用的なプロセスでは、エチレン
ジアミン四酢酸(ED4A)のような副生物を多量に生
じた。副生物が特に障害となる場合は、比較的純粋な溶
液を得るために複雑なブロッキング技術が必要であっ
た。
【0002】
【従来の技術】エチレンジアミン−N,N,N′−三酢
酸の合成の一例が、ChemicalAbstract
s 78、71巻、451ページ、no.18369
c、1969に示されている。そこには、エチレンジア
ミンがClH2 CCO2 Hと10℃で24時間、塩基性
溶液中で1:3のモル比で反応して混合物を生成し、こ
の混合物からエチレンジアミン−N,N,N′−三酢酸
が、コバルト(III)と錯体を形成することによって分
離し得ることが開示されている。結果として得られたコ
バルト錯体はイオン交換を通して単離することができ
る。
【0003】これらの慣用的なプロセスは、充分な純度
または充分な量のED3Aを製造するものではないた
め、ED3AのN−アシル誘導体の製造は経済的に魅力
あるものではなかった。このような誘導体は界面活性
剤、腐食防止剤、潤滑強化剤、酵素抑制剤、金属沈殿添
加剤、キレート化剤、乳化剤としての利用を考えると、
技術的立地からは望ましいものである。
【0004】米国特許出願中のSerial No.8
06,567(ここでは参考までにあげる)は、ED3
Aまたはその塩を高収率で合成する簡単なプロセスを教
示している。すなわち、N,N′−エチレンジアミン二
酢酸(ED2AH2 )の塩は、化学量論量の、好ましく
はわずかな過剰モル量のホルムアルデヒドと、0℃から
100℃、好ましくは0℃から65℃の温度、pH値が
7.0以上で縮合し、安定な5員環中間体を形成する。
ガス状または液状のシアン化水素、シアン化水素または
シアン化アルカリ金属の水溶液のようなシアン化物源の
化学量論量またはわずかな過剰モル量を、0℃から11
0℃、好ましくは0℃から65℃の間の温度でこの環状
物質に添加すると、エチレンジアミン−N,N′−二酢
酸−N′−シアノメチルまたはその塩(モノニトリル−
二酸)を生成する。水溶液中のニトリルは、アルカリ金
属またはアルカリ土類金属水酸化物を含む塩基、ED2
AH2 が、3.0モル以下の存在下で自発環化され、所
望の環状中間体である2−オキソ−1,4−ピペラジン
二酢酸(3KP)またはその塩を生成する。過剰塩基の
存在下では、ED3Aの塩は優れた収率と純度で生成さ
れる。この出願中の特許はまた、出発物質がED2AH
a b であるもう1つの具体例を開示している。ここで
はXは例えばアルカリやアルカリ土類金属などの塩基と
なるカチオンで、水溶液中でa は1から2、b は0から
1である。この反応混合物はまた、反応前にカルボキシ
メチル−2−オキソピペラジン(ラクタム)の完全な生
成を確実にするために酸性化することができる。ホルム
アルデヒドが添加され、その結果必然的にヒドロキシメ
チル誘導体が生じる。さらにシアン化物源を加えること
によって、1−シアノメチル−4−カルボキシメチル−
3−ケトピペラジン(モノニトリルモノ酸)またはその
塩が生成される。この方法ではCH2 Oとシアン化物源
の代わりに、ホルムアルデヒドとシアン化物の反応生成
物であるHOCH 2 CNを用いてもよい。適当な塩基ま
たは酸の添加により、この物質を3KPに加水分解する
ことができる。塩基の添加により、この環構造が開き、
ED3Aの塩を形成する。
【0005】米国特許No.5,177,243および
No.5,191,081(これらは参考のために引用
される)は、上述の合成における種々の中間体を開示し
ている。この比較的新しい技術から見て、エチレンジア
ミン三酢酸は今や大量かつ高収率で容易に生成すること
ができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エチ
レンジアミン三酢酸のN−アシル誘導体を高転化率かつ
高収率で製造することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この従来技術の諸問題
は、新規なエチレンジアミン三酢酸のN−アシル誘導体
とその生成方法を提供する本発明によって克服された。
本発明によるエチレンジアミン三酢酸のN−アシル誘導
体の製造は、次に示す一般的な反応スキームによって達
成される。
【化1】
【0008】出発物質であるED3A誘導体は、それ自
体が酸またはその適当なアルカリ金属塩、アルカリ土類
金属塩、好ましくはナトリウム塩またはカリウム塩であ
ることは、当業者には容易に理解できる。前述の反応の
生成物である飽和N−アシルED3A誘導体は、次の化
学式によって表すことができる。
【化2】
【0009】ここでnは1から40である。不飽和が生
じた場合には、この構造式は次のように表される。
【化3】
【0010】ここでnは2から40である。不飽和が増
加した場合の式は、
【化4】
【0011】ここでnは3から40である。
【化5】
【0012】ここでnは4から40である。
【化6】
【0013】ここでnは5から40である。前述の反応
スキームで使用される塩化アシルが、ペンタノイル、ヘ
キサノイル、ヘプタノイル、オクタノイル、ナナノイ
ル、デカノイル、ラウロイル、ミリストイル、パルミト
イル、オレオイル、ステアロイルおよびノナノイルを含
むことは当業者には明らかだろう。本発明には、ネオペ
ンタノイル、ネオヘプタノイル、ネオデカノイル、イソ
オクタノイル、イソナナノイルおよびイソトリデカノイ
ルのような分枝塩化アシル、またベンゾイルおよびナプ
トイルのような芳香族アシル基も包含される。脂肪酸の
鎖は、例えば1またはそれ以上のハロゲンおよび/また
は水酸基によって置換されてもよい。ヒドロキシ−置換
脂肪酸の例には、イプロリック(3,11−ジヒドロキ
シテトラデカノイック)、ウスチリック(2,15,1
6−トリヒドロキシヘキサデカノイック)、アンブレト
リク(16−ヒドロキシ−7−ヘキサデカノイック)、
リシノレイック(12−ヒドロキシ−シス−9−オクタ
デセノイック)、リシネライック(12−ヒドロキシ−
トラン−9−オクタデセノイック)、9,10−ジヒド
ロキシオクタデカノイック、12−ヒドロキシオクタデ
カノイック、カルムロレニック(18−ヒドロキシ−
8,11,13−オクタデカトリエノイック)、キシメ
ニノリック(8−ヒドロキシ−トラン−11−オクタデ
セン−9−イノイック)、イサノリック(8−ヒドロキ
シ−17−オクタデセン−9,11−ジノイック)およ
びリキエロイック(14−ヒドロキシ−シス−11−エ
イコセノイック)、およびこれらの塩化アシル(上記の
誘導体の末尾の“オイック”は“オイルクロリド”に置
き換えられる)がある。適合するハロゲン−置換脂肪酸
には、トリフルオロメチルベンゾイル クロリド、ペン
タデカフルオロオクタノイル クロリド、ペンタフルオ
ロプロピオノイル クロリド、ペンタフルオロベンゾイ
ル クロリド、パーフルオロステアロイル クロリド、
パーフルオロノナモイル クロリド、パーフルオロヘプ
タノイル クロリドおよびトリフルオロメチルアセチル
クロリドが含まれる。
【0014】次のような一般式を有するジカルボン酸誘
導体のようなポリN−アシルエチレンジアミン三酢酸誘
導体も同時に本発明によって製造することができる。
【化7】
【0015】または
【化8】
【0016】ここでX は1から40である。詳しい例を
挙げると、オキサリルジED3A、オキサリルモノED
3A、マレイルモノED3A、マレイルジED3A、サ
クシノイルモノED3A、サクシノイルジED3A等の
ようなモノおよびジED3A誘導体が含まれる。本発明
の出発物質として使用されるトリナトリウム塩またはト
リカリウム塩のようなED3A酸またはED3A塩は、
上述した米国特許出願Serial No.806,5
67に開示されたプロセスに従って製造されることが好
ましい。特にホルムアルデヒドとN,N−ビス(カルボ
キシメチル)イミダゾリジンとのアルカリ縮合は次のよ
うに行われる。
【0017】
【化9】
【0018】この反応は、アルカリおよびアルカリ土類
金属水酸化物、好ましくは水酸化ナトリウムまたは水酸
化カリウムのような追加の塩基の存在下で行うことがで
きる。化合物(I)は、
【化10】 とホルムアルデヒドの架橋反応の生成物であり、これは
安定な中間体である。化合物(I)は0℃から110℃
の間で容易に生成し、約7.0より大きいpH値で急速
に反応する。その後、化合物(I)は次のようにシアン
化物と反応する。
【0019】
【化11】
【0020】化合物(II) は0℃から110℃の間の温
度で容易に生成するが、反応率を高めるには、約15℃
から65℃の間が最も好ましい。適当なシアン化物源
は、ガス状シアン化水素、シアン化水素水溶液またはシ
アン化ナトリウム、シアン化カリウム等のようなアルカ
リ金属シアン化物などである。シアン化物は化学量論量
で使用することができるが、わずかな過剰モル量(好ま
しくは0.5%から2.0%)で使用してもよい。化合
物(II)は、次いでモノアミド二酸(化合物(III)、一
部加水分解したモノニトリル二酸)に加水分解され、そ
の自発環化により3KPになる。
【0021】
【化12】
【0022】化合物(IV) はアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属水酸化物のような塩基の存在下で容易に生成
する。好ましい塩基は水酸化ナトリウムである。モル比
は<3.0M塩基:1M ED2AH2 であるが、好ま
しくは<2.0M塩基:1MED2AH2 が用いられ
る。より高濃度の塩基(例えば、>3.0M塩基:1M
ED2AH2 )は、特に>65℃の温度で、二酸モノ
ニトリルの若干の不均化を引き起こし、ED4Aを生成
する。ED2Aに対する塩基のモル比が<2.0である
ときは、より高い温度で反応させることができる。アン
モニアは同一分子上のアミド基とイミノ基の間から除去
される。しかし、より低温(<65℃)では、より多量
の塩基(>2.0M)を用いることができ、化合物(I
I) の加水分解は、環化なしに直接ED3Aに進行す
る。ED3A生成における最終段階は、少なくとも1当
量、好ましくは1過剰モル量の苛性剤を添加することに
よる3KPNa2 の加水分解である。この量は40%E
D3ANa3 溶液中のおよそ5重量%過剰(フリー)の
苛性剤の量に相当する。該溶液は大気圧下で所望の濃度
にまで煮沸される。約30分から約6時間までの一定の
時間をかけて前段階の温度から煮沸まで昇温させること
によって反応が行われることが好ましい。結果として得
られる溶液は、典型的には、非開環構造として残ってい
るおよそ2%の3KPNa2 を有するおよそ35から4
0%ED3ANa3 である。これは、約94%がED3
ANa3 に転化し、残り6%は3KPNa2 として存在
していることになる。
【0023】もう1つのED3Aの生成ためのの出発物
質はED2AHa b である。ここでXはアルカリまた
はアルカリ土類金属塩基のような塩基であり、水溶液中
aは1から2、b は0から1である。反応混合物は、
カルボキシメチル−2−オキソピペラジン(ラクタム)
の完全な生成を確実にするため、シアン化物源の添加
前、添加中または添加後に、同様に3以下のpKa ′s
を有する酸で酸性化することができる。ホルムアルデヒ
ドが添加され、必然的に結果としてヒドロキシメチル誘
導体が生じる。シアン化物源の添加によって、1−シア
ノメチル−4−カルボキシメチル−3−ケトピペラジン
またはその塩が生成され、この反応混合物の冷却後、慣
用的な手段で、結晶した形で高収率で分離することがで
きる。ホルムアルデヒドとシアン化物源の代わりとして
グリコロニトリルを使用することができる。適当な塩基
または酸を添加することによってこの物質は3KPに加
水分解される。塩基の添加(>2.0当量であるが、
3.0当量またはそれ以上が好ましい)によりこの環状
構造は開環され、ED3Aの塩を生成する。この反応混
合物を加熱すると反応速度が高められる。その全体の反
応スキームが以下に示される。
【0024】
【化13】
【0025】ED3Aを生成するための他の具体例で
は、酸性化によってEDDAがラクタム(カルボキシメ
チル−2−オキソピペラジン)を生成し、該ラクタムは
クロロ酢酸またはブロモ酢酸と反応してED3Aまたは
3KPを生成する。本発明においては、出発物質を引き
出すために用いられる上記具体例の如何にかかわらず、
結果として得られたED3A誘導体は脂肪酸との反応の
前に反応水溶液から分離する必要はない。
【0026】N−アシルED3A酸が生成されると、適
当な塩基とのその酸の部分的または完全な中和によって
容易に塩に転化される。また、その酸は、定量の酸と塩
基との中和によってN−アシルED3A塩からも生成さ
れる。反応温度は特に臨界的ではないが、約0℃から約
100℃の間が可能であり、好ましくは約10℃から約
80℃、最も好ましくは約20℃から50℃である。脂
肪酸塩化物の添加で生成された発熱は反応溶液を加熱す
るために使用することができる。HClの除去によるE
D3Aの環化を防止するために、反応を充分な苛性剤の
存在下で行なうことが好ましい。適当な苛性剤にはNa
OHおよびKOHが含まれる。反応溶液のpHは約10
を維持することが好ましい。pH約9以下ではED3A
の過剰環化が生じることが認められた。過剰の環化が生
じた場合、さらに苛性剤を追加することによってED3
Aを再生することができる。
【0027】この反応剤はほぼ化学量論量で使用される
ことが好ましいが、ED3Aまたは塩化アシルの過剰は
所望により使用できる。イソプロピルアルコール、メタ
ノールおよびエタノールのようなアルコールは反応系の
溶媒として使用することができる。次に挙げる実施例で
は、全てのED3ANa3 溶液は、ED3ANa3 1モ
ルに対して1遊離モルのNaOHが含まれているものを
いう。実施例3−5では、完全な反応を確保するために
100%過剰モルのED3Aが用いられた。
【0028】
【実施例】
実施例1 98%塩化ラウロイル22.4gを、激しく攪拌しなが
らエチレンジアミン三酢酸(27%)の三ナトリウム塩
111gに添加した。塩化ラウロイルの添加前にイソプ
ロピルアルコール20gがED3ANa3 溶液に添加さ
れた。該反応混合物は脂肪酸塩化物の添加により55℃
まで発熱した。該溶液はHPLCによって分析され、
0.04モルの脂肪酸塩化物が反応し、0.04モルの
ラウリン酸のような遊離脂肪酸が生成することがわかっ
た。
【0029】実施例2 イソプロピルアルコール20gを予め添加したED3A
Na3 (27%)溶液115gに、激しく攪拌しながら
塩化ラウロイル(98%)20gを10分間かけて滴下
により添加した。反応を通して温度は20℃に維持され
た。12時間後、そのサンプルについて遊離ラウリン酸
がHPLCによって分析され、0.2Mのラウリン酸が
検出された。これはラウロイルED3ANa3 への比較
的高い転化率を示す。
【0030】実施例3 イソプロピルアルコール20gが38%ED3ANa3
溶液157.8gに添加された。このED3ANa3
液に激しく攪拌しながら塩化ノナノイル17.7gが1
0分間かけて滴下により添加された。添加前の温度は2
5℃で、塩化脂肪酸の添加終了時には35℃であった。
この溶液は35分間攪拌され、硫酸でpH4.3に酸性
化された。溶液は2層に分離した。
【0031】実施例4 イソプロピルアルコール20gが38%ED3ANa3
溶液158gに添加された。このED3A溶液に激しく
攪拌しながら塩化オレオイル30.1gがおよそ10分
間かけて滴下により添加された。この反応中に溶液の粘
性が増加し、攪拌が困難になった。そのため、溶液を希
釈して攪拌を容易にするため、50gのH2 0を反応系
に添加した。溶液は一夜攪拌され、H2 SO4 でpH
2.5に酸性化された。エマルジョンが生成され、この
エマルジョンはH2 O100gを添加してさらに希釈す
ると壊れるようにみえた。ややワックス状の白い固体が
濾別された。
【0032】実施例5 イソプロピルアルコール20gが38%ED3ANa3
溶液158gに添加された。塩化ミリストイル24.7
gが15分間かけて滴下により添加された。この溶液は
1時間攪拌された。視覚観察をもとに、溶液のゲル化を
防止するために、さらにイソプロピルアルコール/H2
O(50/50wt/wt)が添加された。
【0033】実施例6 イソプロピルアルコール18gがED3ANa3 の25
%溶液144gに添加された。このED3ANa3 溶液
中に塩化ラウロイル26.3gが計量ポンプの手段によ
り20分間かけて均一にポンプ供給された。反応混合物
の温度は、添加を通して30℃に維持された。塩化ラウ
ロイルの添加完了後、さらに30分間30℃で溶液を攪
拌した。次いで溶液は96%H2 SO4 18.4gで酸
性化され、およそ80℃まで加熱された。反応物は次に
ジャケット付きの500ml分離フラスコに移され、8
0℃で30分間保持された。内容物は2層に分離した。
94.8gが有機層から回収され、HPLCによって
3.84%のラウリン酸を含有していることが検出され
た。底部層は廃棄された。また、HPLCによって有機
層をさらに分析したところ、ラウロイルED3AH3
真に合成されていることが確認された。
【0034】実施例7 反応温度を40℃に維持することを除き、実施例6が繰
り返された。酸性化には96%H2 SO4 22.66g
を使用した。回収された有機層の重量は68.8gで、
4.49%のラウリン酸を含有していることがわかっ
た。 実施例8 反応温度を50℃に維持することを除き、実施例7が繰
り返された。回収された有機層の重量は67.1gで、
11.34%のラウリン酸を含有していることがわかっ
た。
【0035】上記の全ての実施例では、分離された生成
物は主としてN−アシルED3AH 3 と若干の遊離脂肪
酸、またはそれらの塩から成ることが確認された。固体
サンプルが、酸の形でイソプロピルアルコールおよびイ
ソオクタンから再結晶され、その遊離脂肪酸が除去され
た。再結晶した物質のNMRによる分析では、N−アシ
ルED3A構造が確認された。これらの再結晶したサン
プルについて遊離脂肪酸をHPLCによって分析したと
ころ、全て約0.1%脂肪酸の検出ポイントを充分に下
回ることが認められた。
【0036】
【発明の効果】エチレンジアミン三酢酸の新規なN−ア
シル誘導体とその生成プロセスが提供される。
フロントページの続き (72)発明者 バリー エー.カレン アメリカ合衆国、03082 ニューハンプシ ャー州、リンデボロウ、ボックス 384、 ルート 1

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アシル基が、1から40の炭素原子を含
    む直鎖または分枝脂肪族または芳香族基である、N−ア
    シルエチレンジアミン三酢酸またはその塩。
  2. 【請求項2】 前期アシル基が、1から40の炭素原子
    を含む脂肪酸誘導体である、請求項1記載のN−アシル
    エチレンジアミン三酢酸またはその塩。
  3. 【請求項3】 前期アシル基が、1から40の炭素原子
    を含む直鎖または分枝脂肪族または芳香族基であるポリ
    N−アシルエチレンジアミン三酢酸またはその塩。
  4. 【請求項4】 アシル基が、1から40の炭素原子を有
    する直鎖または分枝脂肪族または芳香族基であり、エチ
    レンジアミン三酢酸またはその塩を、該エチレンジアミ
    ン三酢酸またはその塩の環化を最小限にするに充分な苛
    性剤の存在下で前記アシル基と反応させる、N−アシル
    エチレンジアミン三酢酸またはその塩の製造方法。
  5. 【請求項5】 (a)ホルムアルデヒドをエチレンジア
    ミン二酢酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩
    と反応させること、(b)上記工程(a)の生成物をシ
    アン化物源と反応させること、(c)その結果生じたモ
    ノアミド二酸を自発環化させること、(d)上記工程
    (c)の環化生成物を、少なくとも1当量のアルカリ金
    属またはアルカリ土類金属水酸化物と反応させること、
    および(e)上記工程(d)の生成物を1から40の炭
    素原子を有するアシル基と反応させること、を含むN−
    アシルエチレンジアミン三酢酸の製造方法。
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