JPH0959216A - グリオキシル酸エチルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性が高く、簡便な、しかも高い選択率お
よび収率を有するグリオキシル酸エチルの製造方法を提
供する。 【解決手段】 (1) フマル酸ジエチルおよび／またはマ
レイン酸ジエチルをエステル溶媒中でオゾン酸化して、
オゾニドを含む反応混合物を得る工程、(2) 該反応混合
物を、次式（Ｉ）： 【数１】 100 ×ｅ^-0.03T≦τ≦1500×ｅ^-0.02T （Ｉ） （上記式中、Ｔは反応混合物の温度（℃）、τは温度Ｔ
に保持する時間（分）を表す）を満たすように温度およ
び時間を選択して、保持する工程、および次に(3) 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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、グリオキシル酸エ
チルの製造方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】グリオキシル酸エステ
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）、(3) マレイン酸ジ
エステルをオゾンと反応させた後に水素化還元し、蒸留
精製する方法（特開昭63-295528 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、エステル化反応と同時にアセター
ル化やヘミアセタール化反応が進行するため、精製が困
難な混合物が得られるという問題がある。また収率も十
分とはいえない（実施例ではグリオキシル酸エチルの収
率は65.6％）。一方、(3) は、収率も良く、精製も容易
であるが、オゾン酸化で生成した過酸化物（オゾニド）
を水素化還元する工程を含んでおり、清浄な水素を大量
に必要とする。また、過酸化物が一般的に安定性が低い
ことは周知の通りであり、オゾニドに関してもなるべく
低温での還元を行うことが、目的とする生成物の選択率
を高めるために有効な手段である。ところが、水素化還
元に用いられる不均一触媒は低温で活性が著しく低下す
るため、適切な温度範囲を維持する操作が煩雑であり、
生産性を高める上での障害となっている。

【０００４】そこで本発明は、生産性が高く、簡便な、
しかも高い選択率および収率を有するグリオキシル酸エ
チルの製造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】本発明のグリオキシル酸
エチルの製造方法は、(1) フマル酸ジエチルおよび／ま
たはマレイン酸ジエチルをエステル溶媒中でオゾン酸化
して、オゾニドを含む反応混合物を得る工程、(2) 該反
応混合物を、次式（Ｉ）：

【０００６】

【数２】 100 ×ｅ^-0.03T≦τ≦1500×ｅ^-0.02T （Ｉ） （上記式中、Ｔは反応混合物の温度（℃）、τは温度Ｔ
に保持する時間（分）を表す）を満たすように温度およ
び時間を選択して、保持する工程、および次に(3) 水素
化還元する工程を含むことを特徴とする。

【０００７】本発明の好ましい態様を以下に示す。 （イ）工程(1) において、フマル酸ジエチルをオゾン酸
化する上記の方法。 （ロ）工程(1) において、エステル溶媒が、炭素‐炭素
不飽和結合を含まない脂肪族エステル溶媒である上記の
いずれかに記載の方法。 （ハ）工程(2) を、次式（II）

【０００８】

【数３】 200 ×ｅ^-0.03T≦τ≦1000×ｅ^-0.02T （II） （上記式中、Ｔおよびτは前記と同義である）を満たす
温度・時間範囲に保持して行う上記のいずれかに記載の
方法。 （ニ）上記式（Ｉ）または（II）において、温度Ｔが０
〜150 ℃である上記のいずれかに記載の方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の方法の工程(1) におい
て、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および／またはマレイン酸
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／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
酸ジエチルおよび／またはマレイン酸ジエチルはほぼ１
００％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】オゾン酸化はエステル溶媒中で行う。エス
テル溶媒に脂肪族炭素‐炭素不飽和結合が存在すると、
オゾンと反応してしまうので、炭素‐炭素不飽和結合を
含まない脂肪族エステル溶媒が好ましい。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 〜Ｃ₄ 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。

【００１１】フマル酸ジエチルおよび／またはマレイン
酸ジエチルの、エステル溶媒に対する濃度は通常１〜３
０重量％、好ましくは５〜２０重量％である。

【００１２】本発明においては、(1) オゾン酸化工程と
(3) 水素化還元工程との間に、上記した工程(2) を含む
ことを特徴とする。

【００１３】工程(2) においては、工程(1) で得られた
反応混合物を特定の条件に保持する。これによって、反
応混合物中に含まれていたオゾニドが、目的物であるグ
リオキシル酸エチル、ならびに以下に示すグリオキシル
酸エチル１水和物またはその多量体に穏やかに転化する
ことがわかった。

【００１４】

【化１】 そのような特定の条件とは、次式（Ｉ）：

【００１５】

【数４】 100 ×ｅ^-0.03T≦τ≦1500×ｅ^-0.02T （Ｉ） （上記式中、Ｔは反応混合物の温度（℃）、τは温度Ｔ
に保持する時間（分）を表す）を満たすような温度およ
び時間である。好ましくは、次式（II）：

【００１６】

【数５】 200 ×ｅ^-0.03T≦τ≦1000×ｅ^-0.02T （II） （上記式中、Ｔおよびτは前記と同義である）を満たす
ように、温度および時間を選択する。グリオキシル酸エ
チルは150 ℃より高温に保持すると分解を始めるため、
収率を維持するためには、工程(2) の温度Ｔは150 ℃以
下であるのが好ましい。また、オゾニドは、エステル溶
媒中での分解開始温度が０℃付近であり、それ以上の温
度に保持しないとほとんど分解が起こらない。したがっ
て、温度Ｔが０〜150 ℃であるのが特に好ましい。

【００１７】図１に、工程(2) における保持温度と時間
の関係を示した。100 ×ｅ^-0.03Tの直線をＡで、1500×
ｅ^-0.02Tの直線をＢで、200 ×ｅ^-0.03Tの直線をＣで、
1000×ｅ^-0.02Tの直線をＤで示した。

【００１８】ところで、ある温度Ｔにおける保持時間τ
を上記式（Ｉ）に示すより長く設定することは十分可能
であるが、実質的にオゾニドのほとんどが式（Ｉ）に示
すτの範囲で分解してしまっているので、保持時間τを
長くしても時間の浪費にすぎず、意味がない。

【００１９】工程(2) の次に、水素による還元反応を行
う。使用する水素の量は、残存するオゾニド１モルに対
して、等モルの水素が最低限必要であるが、等モルより
多い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、水素圧力等によるので、
一定に決めることはできないが、工程(2) からの反応混
合物に対して約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、工程(2) から
の反応混合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と同時に触媒が失活するの
で、好ましくは２０℃〜３０℃である。本発明において
は、工程(2) を経ているので、還元反応における発熱が
低減し、条件制御はほとんど必要とされない。還元反応
に要する時間は、用いる触媒の種類、水素の圧力、工程
(2) からの反応混合物の溶媒中濃度等によって変化する
が、約５分間〜２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。

【００２０】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、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。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。

【００２１】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。

【００２２】

【作用】フマル酸ジエチルおよび／またはマレイン酸ジ
エチルのオゾン酸化により生成したオゾニドは、エステ
ル溶媒中での分解開始温度が０℃付近であり、比較的安
定な過酸化物であるが、還元を急ぐと顕著な発熱が起こ
って選択率の低下を招く場合があるため、ゆっくりとな
るべく低温で還元する必要がある。一方、10℃以下での
接触水素還元は、金属担持などの通常の固体触媒を使用
すると失活が激しいために、還元しきれなかったオゾニ
ドが残留することが多く、また触媒使用量の増加や再生
処理が必要になることからも実用的とはいいがたい。こ
れらの点から、還元工程には微妙な反応温度制御が必要
であり、十分な監視と設備が必要とされる。

【００２３】ところが、驚くべきことに、本発明におけ
る工程(2) を行うと、通常のラジカル的分解反応と異な
り、大部分のオゾニドが目的生成物であるグリオキシル
酸エチルやその多量体、水和物に穏やかに転化すること
が分かった。この工程(2) を行うと、行わない場合に比
べて還元時間を短縮して水素の使用量を大幅に節約でき
ると同時に、還元工程における発熱が低減し、還元反応
の条件制御が容易になる。しかも、工程(2) の間に過酸
化物であるオゾニドがほとんど生成物に転化されるた
め、還元工程を水素化触媒の劣化が起こらない温度（20
℃以上）で行っても、選択率や収率の低下は起こらな
い。

【００２４】

【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。

【００２５】実施例１ 工程(1) 吹込み管を備えた200 ｍｌフラスコに、フマル酸ジエチ
ル10.3ｇと酢酸エチル120 ｍｌを入れ、０〜 -10℃に冷
却した。500 rpm 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300 ｍｌ／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(GLC) 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、３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。工程(2) その後、撹拌を行いつつ冷却浴を外し、30℃に３時間保
持した。発熱は検出できなかった。工程(3) 吹込み管と滴下ロートを備えた200 ｍｌフラスコに、５
％Ｐｄ／Ａｌ₂ Ｏ₃ 触媒100 ｍｇおよび酢酸エチル20ｍ
ｌを入れた。室温でこれに水素ガスを100 ｍｌ／分で吹
き込みつつ、工程(2) からの反応混合物を30分間で滴下
し、滴下終了後さらに15分間水素の吹き込みを行った。
使用した水素は室温、常圧で4.5 リットルであった。

【００２６】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。この間、発熱が認め
られなかったので、フラスコの冷却は行わなかった。触
媒を濾別後、この還元生成物をＧＬＣおよび ¹Ｈ−ＮＭ
Ｒで分析したところ、副生成物はほとんどがギ酸エチル
であった。精製工程 精留カラムと吹き込み管を備えた300 ｍｌのフラスコに
工程(3) から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、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96％、収率84％であった。

【００２７】実施例２ 工程(1) において溶媒として、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他は実施例１と同様にし
てオゾン酸化を行った。次いで実施例１の工程(2) およ
び工程(3) を同様に行った。使用した水素の量は室温、
常圧で4.5 リットルであった。次に、実施例１の精製工
程を繰り返したが、ただし脱水反応および続いての蒸留
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加えなか
った。得られたグリオキシル酸エチルは純度92％、収率
81％であった。

【００２８】比較例１ 実施例１と同様の工程(1) を行った後、工程(2) を行わ
ずに、ただちに工程(3) を行った。なお、滴下操作中
は、還元前の反応混合物を -10℃以下に保ち、滴下ロー
ト内でのオゾニドの分解を避けた。滴下を続けるにした
がって、還元中のフラスコ内が40℃程度に達したため、
水浴で30℃に制御した。30分で滴下を終了した後、過酸
化物試験が陰性になるまで還元を続けたところ、3.5 時
間かかった。この間に使用した水素の量は、室温、常圧
で24リットルであった。次いで、実施例１と同様に精製
工程を行ったところ、得られたグリオキシル酸エチルは
純度95％、収率78％であった。

【００２９】比較例２ 実施例１と同様の工程(1) を行った後、工程(2) とし
て、反応混合物を30℃に15分間保持した。その後、実施
例１と同様の工程(3) を行った。しかし、滴下を続ける
にしたがって、還元中のフラスコ内が約40℃に達したた
め、水浴で30℃に制御した。30分で滴下を終了した後、
過酸化物試験が陰性になるまで還元を続けたところ、3.
2 時間かかった。この間に使用した水素の量は、室温、
常圧で22リットルであった。次いで、実施例１と同様に
精製工程を行ったところ、得られたグリオキシル酸エチ
ルは純度92％、収率80％であった。

【００３０】比較例３ 実施例１と同様の工程(1) を行った後、工程(2) を行わ
ずに、ただちに工程(3) を行った。このとき、発熱を抑
制するため、還元実施中はフラスコを10℃に冷却しなが
ら滴下を行った。10℃で３時間の水素吹き込みを行った
が、触媒が失活してしまい、還元反応は進行せず、続い
て30℃に加温して３時間の水素吹き込みを行ったが、や
はり還元できず、グリオキシル酸エチルは回収できなか
った。

【００３１】比較例４ 工程(1) において、溶媒として酢酸エチルの代わりにア
セトンを用いた他は実施例１と同様に反応を行った。得
られたグリオキシル酸エチルは純度89％、収率55％であ
った。

【００３２】比較例５ 工程(1) において、溶媒として酢酸エチルの代わりにク
ロロホルムを用いた他は実施例１と同様に反応を行った
が、グリオキシル酸エチルは蒸留精製前のＧＬＣ分析で
２％しか生成しておらず、精製回収することができなか
った。

【００３３】実施例３ フマル酸ジエチルの代わりにマレイン酸ジエチルを原料
として用いた他は実施例１と同様に反応を行った。ただ
し、原料消失を確認するまでに、オゾンの吹き込みは5.
2 時間を必要とした。使用した水素は室温、常圧で4.5
リットルであった。得られたグリオキシル酸エチルは純
度95％、収率88％であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】工程(2) における保持温度と時間の関係を示し
た図である。

【符号の説明】

Ａ：保持温度Ｔのとき、保持時間τの下限値を表す直
線。 Ｂ：保持温度Ｔのとき、保持時間τの上限値を表す直
線。 Ｃ：保持温度Ｔのとき、保持時間τの好ましい下限値を
表す直線。 Ｄ：保持温度Ｔのとき、保持時間τの好ましい上限値を
表す直線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (1) フマル酸ジエチルおよび／またはマ
   レイン酸ジエチルをエステル溶媒中でオゾン酸化して、
   オゾニドを含む反応混合物を得る工程、 (2) 該反応混合物を、次式（Ｉ）： 【数１】 100 ×ｅ^-0.03T≦τ≦1500×ｅ^-0.02T （Ｉ） （上記式中、Ｔは反応混合物の温度（℃）、τは温度Ｔ
   に保持する時間（分）を表す）を満たすように温度およ
   び時間を選択して、保持する工程、および次に (3) 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。