JPH08176056A - メチルグリオキサールジメチルアセタールの製法 - Google Patents

メチルグリオキサールジメチルアセタールの製法

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JPH08176056A
JPH08176056A JP7248028A JP24802895A JPH08176056A JP H08176056 A JPH08176056 A JP H08176056A JP 7248028 A JP7248028 A JP 7248028A JP 24802895 A JP24802895 A JP 24802895A JP H08176056 A JPH08176056 A JP H08176056A
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methanol
methylglyoxal dimethyl
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Juergen Dr Koopmann
コープマン イエルゲン
Helmuth Dr Menig
メニヒ ヘルムート
Gerhard Fritz
フリッツ ゲルハルト
Rainer Dietz
ディーツ ライナー
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    • C07C45/71Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reactions not involving the formation of >C = O groups by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton by increase in the number of carbon atoms by reaction with functional groups containing oxygen only in singly bound form being hydroxy groups
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒の存在下で、メチルグリオキサールとメ
タノールから、毒性助剤を用いず、良好な収率で、メチ
ルグリオキサールジメチルアセタールを製造する方法。 【解決手段】 形成されたメチルグリオキサールジメチ
ルアセタールは、水の存在下での共沸蒸留により得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メチルグリオキサ
ール(2−オキソプロパナール)とメタノールとを、酸
触媒、特に酸性イオン交換体の存在下で反応させること
による、メチルグリオキサールジメチルアセタール
(1,1−ジメトキシ−2−プロパノン)の製法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】メチルグリオキサール(MG)とメタノ
ールとからのメチルグリオキサールジメチルアセタール
(MGDA)の従来記載された製造において、しばし
ば、出発メチルグリオキサール溶液からと反応そのもの
からとの双方から生じうる水を、反応の間に、混合物か
ら、共留剤を用いて除去しようという試みがされた(例
えば、Braude等、J.Chem.Soc.3321(1955);Hoechst AG,
ドイツ国特許(DE)第2947383号明細書)。こ
れには、易揮発性の、一般的に毒性の助剤、例えば生成
物を汚染しうるベンゼンの使用が必要である。更に、記
載された収率は、多くとも僅か67%である。1,2,
2,2−テトラメトキシプロパンは、廃棄物として記載
されている。
【0003】更に、日本の特許明細書(特開昭59−1
99651号公報)は、懸濁液のイオン交換体上で、メ
チルグリオキサールをメタノールでアセタール化するこ
とを記載していて、その際、後処理は、溶剤としての塩
化メチレンでの抽出により達成される。メチルグリオキ
サールジメチルアセタールは薬剤学的生成物の製造のた
めに広く使用されるので、この毒性助剤の使用は認めら
れないであろう。イオン交換体及び蒸留残分の所在に関
する情報は与えられていない。更に、我々自身の実験
(比較例参照)は、特開昭59−199651号公報に
記載された収率が、工業で使用されるメチルグリオキサ
ール(約40%濃度水溶液)を用いて繰り返されないこ
とを示している。更に、この刊行物の例中で使用された
1:23のメタノール過剰及び16時間の長い反応時間
は、工業的なメチルグリオキサールジメチルアセタール
合成に不利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、メチ
ルグリオキサールとメタノールからのメチルグリオキサ
ールジメチルアセタールの製造における前記の欠点を改
善することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この課題は、触媒の存在
下でのメチルグリオキサールとメタノールとの反応後
に、生成物 メチルグリオキサールジメチルアセタール
が、水との共沸蒸留により得られる、請求項1記載のメ
チルグリオキサールジメチルアセタールの新規の及び改
良された方法によって達成されることが分かった。
【0006】方法は、連続的に、又は有利にはバッチ法
で実施されうる。更なる方法を実施するために、40重
量%より多い水を含有するメチルグリオキサールを、有
利には、減圧下での水の留去によって40重量%より少
ない含水量まで濃縮する。他の有利な態様は、従属請求
項中に記載されている。
【0007】本発明で使用したメチルグリオキサール
は、一般的に、水約60重量%を含有する工業用メチル
グリオキサールである。このメチルグリオキサール水溶
液は、有利には、メチルグリオキサールに対して40重
量%より低い、特に有利には20重量%より低い含水量
まで、水を、20〜1013mbar、特に有利には5
0〜150mbarで留去することにより濃縮され、か
つ含水率を5%より下まで低める場合には、撹拌性を改
良するために、難揮発性の溶剤、例えば比較的高沸点の
アルコール(例えばデカノール又はジエチレングリコー
ル)又は比較的高沸点のエーテル(例えばジエチレング
リコールブチルエーテル)又は同様に高沸点の溶剤を添
加してもよい。
【0008】メチルグリオキサールとメタノールとの実
際の反応は、1:2〜1:50、有利には1:8〜1:
15のメチルグリオキサール:メタノールのモル比で、
有利に行なわれる。
【0009】反応の触媒作用は、例えば、慣例の方法
で、例えば強酸性pHで実施される。固定層の形の又は
懸濁液としての、市販で得られるような酸性イオン交換
体(例えばBayKat2611、Amberlyst
15等)が、このような酸触媒として有利に使用され
る。触媒上での反応の間の温度は、有利には20〜12
0℃、特に有利には50〜90℃である。反応は、必ず
しも100%変換率に至らせる必要はなく、かつイオン
交換体上での反応時間によって変化しうる。
【0010】有利な反応時間は、4〜7時間、特に5〜
6時間であり、かつ有利な反応温度は50〜100℃、
特に60〜80℃である。
【0011】生成物を得るために、反応混合物に水を加
え;次いで分留を実施し、その際、反応器排出物(disch
arge)のpHは酸性(pH 例えば2.0)であるが、メ
チルグリオキサールジメチルアセタールは、意外にも、
添加した水によって加水分解されず;更に、形成されか
つ不所望の副産物である1,1,2,2−テトラメトキ
シプロパンが、所望の生成物 メチルグリオキサールジ
メチルアセタールに加水分解される。反応生成物の分留
において、低沸点成分及び過剰のメタノールを分離後
に、MGDA−H2O−メタノールの単独相混合物を、
有利には、初めに、メタノールが反応混合物から非常に
十分に分離されるまで取り出す。次いで通過するメチル
グリオキサールジメチルアセタールと水との共沸混合物
(これは、僅かなメタノールをなおも含有しうる)は、
塔頂で2相に分かれ、その結果、粗製メチルグリオキサ
ールジメチルアセタールが簡単な方法で得られる。
【0012】前記したように、反応は、連続的に又は有
利にはバッチ法で実施されうる。処理手順(procedure)
の間、メチルグリオキサールジメチルアセタール、メチ
ルグリオキサール又はメチルグリオキサールに変換可能
な生成物をなおも含有している方法にかかわった全ての
物質を、複数の方法工程後に、例えば12方法工程の後
に典型的には80%より高い粗製メチルグリオキサール
ジメチルアセタールの収率が最終的に得られるまで、連
続的に、方法に再循環する。
【0013】図1は、バッチ法により本発明方法を実施
するために適当な装置を示す。撹拌がま10は、撹拌器
30、温度センサー40、取出し導管70、充填装置5
0及び供給導管60を備える。取出し導管70は、流量
計80及びポンプ90を介して、反応器110a、11
0b及び110cに至り、これらの反応器は、サーモス
タット130によって所望の温度に保たれる固定層酸性
イオン交換体である。所望の反応時間後に、撹拌がま中
に存在する排出物をカラム140により蒸留する。蒸留
装置は、還流冷却器170、水冷手段210(この温度
は、サーモスタット220を用いて調節される)、ポン
プ150、受け器160、還流ディバイダー(reflux d
ivider)180、コールドトラップ190、圧力調節器
200及び真空ポンプ240を有する、慣例の型のもの
である。弁65を備えるリサイクル導管55は、撹拌が
まへのカラムの塔底生成物の再循環を可能にする。
【0014】図2は、新規方法を実施するために可能な
バッチ法のための基本的流れ図を示す。工程1で、工業
用メチルグリオキサール(MG)を、水を除去すること
によって濃縮する。工程2の前に、新たなメタノール及
び必要な場合再循環したメタノールを加え、かつ工程2
でアセタール化が行なわれる。H2Oを、有利にはアセ
タール化後に反応器排出物に加え、かつ次いで、前記排
出物を分留する。蒸留工程3において、除去される低沸
点フラクション4Aと、主にメタノールを含有しかつ次
のバッチに再循環されるフラクション4Bを留去する。
メタノール、MGDA及びH2Oの単独相混合物からな
る中間フラクション(intermediate fraction)5を留去
する。このフラクションは、アセタール化後に次の反応
工程に再循環される。次いで、メチルグリオキサールを
工程6で共沸蒸留により分離し、その結果、共沸混合物
は、蒸留塔の塔頂で2つの相、すなわち、蒸留の間に蒸
留3の塔底に再循環される水相7と、生成物8(MGD
A)として取り去られる粗製メチルグリオキサールジメ
チルアセタール相に分かれる。バッチ法でのこのような
方法工程の終了後に、蒸留の塔底生成物9を、必要に応
じて、次の工程の出発材料に再循環し、この出発材料は
脱水すべきである(脱水(1))。
【0015】
【発明の実施の形態】方法を実施するための条件は、例
えば工業用メチルグリオキサール水溶液(水約60重量
%)から、存在する水をほとんど留去する、例えば、約
100mbarの圧力である。次いで、メタノールの添
加後に、混合物を、有利には65〜75℃で、例えば5
〜7時間、市販の酸性イオン交換体(例えばBayKa
t2611、Amberlyst15)上にポンプ送り
する。メタノールの沸点より上の温度で、処理手順を、
系の自己圧下で実施する。先ず、メタノール及び他の低
沸点フラクションを、カラムの塔頂生成物中に相分離が
生じるまで分離し、従って、メチルグリオキサールジメ
チルアセタールを不均一な(hetero)共沸混合物として
除去することができる。残留する塔底生成物は、実質的
にメチルグリオキサールジメチルアセタールを含有しな
い(0.3重量%より少ない);これは、次の方法工程
に再循環される。意外にも、メチルグリオキサールジメ
チルアセタールの収率は増加しうる。それというのも、
塔底生成物中に含有された物質も、新たなメチルグリオ
キサールを加えない方法工程で示されたように、メタノ
ールと、メチルグリオキサールジメチルアセタールを形
成するからである。
【0016】
【実施例】次の例で本発明を詳述する。
【0017】例1A 初めにジエチレングリコール438g(4.125mo
l)を6l撹拌がま中に取り、かつ40.1%濃度のメ
チルグリオキサール986.5g(5.5mol)を加
える。
【0018】100mbarで、相を、80℃の塔底温
度が得られるまで留去する。次いで、塔底生成物の含水
量は、3〜5重量%である。冷却後に、メタノール17
60g(55mol)を添加し、かつ次いで、反応混合
物を70℃で5時間、系の自己圧下で、イオン交換体層
を介して、3つの反応器110a、110b、110c
中にポンプ送りする。全体の装置中に広がる自己圧(カ
ラムの弁は閉じている)は、約0.8barである。
【0019】反応器への弁を閉じた後に、水500mg
を、反応がま中の反応混合物に加え、その後、蒸留を実
施する。図3の低沸点フラクション4Aを、60℃の塔
頂温度が得られるまで留去する。
【0020】次いで、メタノール(フラクション4B)
を、変化しうる還流を用いて、塔底温度が85℃に達っ
するまで留去し、その際、塔頂温度は65℃に保たれて
いる。5:1までの変化しうる還流比が保たれる。
【0021】次いで、500mbarの減圧が適用さ
れ、かつ更なるメタノールを10:1までの変化しうる
還流比で留去する(フラクション4C;塔頂での沸騰限
界=49℃)。フラクション4B及び4Cを一緒にし、
かつ再循環されたメタノール(4=(4B+4C))と
して、触媒上での反応の前に、次のバッチに再循環す
る。その後、塔頂温度を、74.5℃に制限し、かつ単
独相メチルグリオキサールジメチルアセタール/水/メ
タノール混合物からなる中間フラクション5を500m
barで除去する。メタノールが十分に除去された7
4.5℃に達した際に、今度は実質的にメチルグリオキ
サールジメチルアセタール/水からなる通過する共沸混
合物が相分離される。メチルグリオキサールジメチルア
セタール相(8)を完全に除去し、かつ下方水相(7)
をメチルグリオキサールジメチルアセタール相(8)が
それ以上増加しなくなるまで再循環する。
【0022】次いで、水相500ml(7)を、100
mbarまで減圧を下げながら、撹拌がまから留去し、
その際、前記水相を、生成物を留去する前に、次の方法
工程で、塔底へ再循環させる。
【0023】中間フラクション(5)及び塔底生成物
(9)も、例1Bに詳述したようにして、方法に再循環
する。
【0024】例1B この例は、最初の方法工程ではないバッチ式方法工程の
一つの処理手順を記載する。初めに、前バッチ(preced
ing batch)の塔底生成物(9)を取り、かつメチルグ
リオキサール5.5molを加える。次いで、水を例1
Aと同様にして留去し、かつ冷却後に、回収したメタノ
ール4を加え、かつGC分析により、メタノールが合計
1760g(=55mol)存在するように、新たなメ
タノールを補充する。次いで、混合物を、例1Aと同様
のイオン交換体上で反応させる。その後、前バッチの中
間フラクション(5)及び水相(7)を撹拌がまに添加
し、かつ蒸留を例1Aと同様に実施する。
【0025】例1C 最後の工程の蒸留の塔底生成物(9)のみを更に加工
し、かつ新たなメチルグリオキサールを加えない2つの
バッチを実施し、その際、他の処理手順は例1Bと同様
である。
【0026】例1A中に記載されたような1方法工程、
例1Bに記載されたような更に9方法工程及び例1Cに
記載されたような2方法工程を実施後に、86.5%濃
度の粗製メチルグリオキサールジメチルアセタールが合
計4474.7g得られ、これは、合計粗製メチルグリ
オキサールジメチルアセタール収率84.4%に相当す
る。次の第1表は、バッチ及び生成物の組成を示す。M
GDA2又はMGDAΣ2相(除去されたメチルグリオ
キサールジメチルアセタール)は、メチルグリオキサー
ルジメチルアセタール86.5%、水9.1%及びメタ
ノール1.6%からなる(又は86.5%濃度であ
る)。
【0027】
【表1】
【0028】MGDA1:それぞれの場合に5.5mo
lを基礎として、BayKat2611上での循環後の
個々のバッチの収率 MG MGTA1:個々のバッチの1,1,2,2−テトラメ
トキシプロパン収率 MGDAΣ1:個々のバッチの累加的MGDA収率 MGTAΣ1:個々のバッチの累加的MGTA収率 MGDA2:個々のバッチの排出したMGDAの収率 MGDAΣ2:排出したMGDAの累加的収率 *:MGの添加なしのバッチ、収率は、MG5.5mo
lとして仮定的に計算した 例2 例2中では、実験条件を変える。高沸点溶剤、例えばジ
エチレングリコールを反応バッチに加えない。例1と同
様に100mbarで実施される脱水の間の塔底温度を
70℃に調節する。塔底生成物のH2O含有率は、約1
0%である。合計して12のこのような方法工程後に、
排出した粗製メチルグリオキサールジメチルアセタール
の合計収率は、約80%である。次の第2表は、例2の
データを詳細に示す。
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】比較例 40%濃度のメチルグリオキサール水溶液45g(メチ
ルグリオキサール0.25mol)、メタノール185
g(5.78mol)及び強酸性イオン交換体Dowe
x 50WX8(Dow Chemical)12.5gを、16時間
還流させる。触媒を濾別後に、濾液(ガスクロマトグラ
フィーにより測定された重量%、内標準:ジオキサン)
の分析は、メチルグリオキサールジメチルアセタール僅
か16.1g(メチルグリオキサールを基礎として、
0.14mol、56%)が形成されたことを示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】バッチ法により本発明方法を実施するために適
当な装置を示す。
【図2】新規方法を実施するために可能なバッチ法のた
めの基本的流れ図を示す。
【符号の説明】
10 反応がま、 30 撹拌器、 40 温度センサ
ー、 50 充填装置、 55 再循環導管、 60
供給導管、 65 弁、 70 取出し導管、80 流
量計、 90 ポンプ、 110a 反応器a、 11
0b 反応器b、 110c 反応器c、 130 サ
ーモスタット、 140 カラム、150 ポンプ、
160 受け器、 170 還流冷却器、 180 還
流ディバイダー、 190 コールドトラップ、 20
0 圧力調節器、 210冷却手段、 220 サーモ
スタット、 240 真空ポンプ、 1 脱水工程、
2 アセタール化工程、 3 蒸留工程、 4A 低沸
点フラクション、4B 再循環されるメタノール含有フ
ラクション、 4C 4Bと異なる条件下で更に得られ
た、再循環されるメタノール含有フラクション、 4
4Bと4Cを一緒にしたもの、 5 再循環される中間
フラクション(メタノール、MGDA及びH2Oの単独
相混合物からなる)、 6 共沸蒸留工程、 7 再循
環される水相、 8 生成物(MGDA)、 9 再循
環される塔底生成物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルト カイベル ドイツ連邦共和国 ラムペルトハイム ロ ベルト−ボッシュ−シュトラーセ 4 (72)発明者 イエルク テルレ ドイツ連邦共和国 ヴォルムス ラインベ ルクシュトラーセ 14 (72)発明者 イエルゲン コープマン ドイツ連邦共和国 ノイシュタット ヴァ ルター−ブルッフ−シュトラーセ 48 (72)発明者 ヘルムート メニヒ ドイツ連邦共和国 フリーデルスハイム ハウプトシュトラーセ 22 (72)発明者 ゲルハルト フリッツ ドイツ連邦共和国 ダンシュタット−シャ ウエルンハイム リムブルクシュトラーセ 23 (72)発明者 ライナー ディーツ ドイツ連邦共和国 ノイシュタット アン ダーガッセ 6アー

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒の存在下で、メチルグリオキサール
    とメタノールからメチルグリオキサールジメチルアセタ
    ールを製造する方法において、形成されたメチルグリオ
    キサールジメチルアセタールは水の存在下での共沸蒸留
    により得られる、メチルグリオキサールジメチルアセタ
    ールの製法。
  2. 【請求項2】 方法の開始時に40重量%より多い含水
    量を有する水溶液で存在するメチルグリオキサールを、
    更なる方法工程を実施する前に、水を留去することによ
    り40重量%より低い含水量を有するメチルグリオキサ
    ール水溶液まで濃縮する、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 触媒は、酸性イオン交換体、有利にはイ
    オン交換体層である、請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 メチルグリオキサール及びメタノール
    を、高められた温度で、酸性イオン交換体層上へポンプ
    導入する、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 水の存在下での共沸蒸留によるメチルグ
    リオキサールジメチルアセタールの回収において、メタ
    ノールを前留分中で実質的に完全に留去する、請求項1
    から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 【請求項6】 方法をバッチ法で実施する、請求項1か
    ら5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 前留分又は蒸留の塔底生成物を方法に再
    循環する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 イオン交換体を方法に再循環する、請求
    項6又は7記載の方法。
  9. 【請求項9】 メチルグリオキサールジメチルアセター
    ルと水からなる気体共沸混合物を、蒸留により凝縮し、
    かつ2つの液体相、すなわち、水相及びメチルグリオキ
    サールジメチルアセタール相に分離する、請求項1から
    8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 メチルグリオキサールジメチルアセタ
    ールと水からなる混合物を分離する方法において、メチ
    ルグリオキサールジメチルアセタールと水からなる共沸
    混合物を蒸留し、蒸留されかつ再凝縮された混合物は2
    つの液相、すなわち、水相及びメチルグリオキサールジ
    メチルアセタール相に分離することができ、かつ2つの
    相をもう一方から分離することを特徴とする、メチルグ
    リオキサールジメチルアセタールと水からなる混合物の
    分離法。
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