JPH11279110A - ２−置換カルボン酸類の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な原料より、温和な反応条件下で、多量
の中和塩の副生もなくクリーンに、かつ収率よく、２−
置換カルボン酸類を得る。 【解決手段】 ２−置換−１、３−プロパンジオ−ルを
金属触媒の存在下、酸素含有ガスと接触反応させて２−
置換−３−ヒドロキシプロピオン酸類または２−アルキ
ルマロン酸類を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は医薬、農薬の原料と
して重要な２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸類お
よび２−置換マロン酸類の製造法に関する。更に詳しく
は２−置換−１、３−プロパンジオ−ルの接触酸化によ
る２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸類および２−
置換マロン酸類の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸
類のひとつである３−ヒドロキシイソ酪酸は、微生物を
利用したイソ酪酸の水酸化により光学活性体を選択的か
つ効率的に生産する方法が開発されている（特公昭５９
−２１５９９号公報、特公昭５９−２１６００号公報な
ど）。しかしながら、これらを非生物的な通常の合成化
学的手段で効率よく安価に製造する方法については、こ
れまで知られていない。

【０００３】また、２−置換マロン酸類の合成法として
は、青酸カリウムとブロモプロピオン酸エステルからシ
アン化合物を合成した後、加水分解する方法が知られて
いる（Ｊｕｓｔｕｓ Ｌｉｅｂｉｇｓ Ａｎｎ． Ｃｈ
ｅｍ．、９４、３４７（１９０６））。この方法では反
応が多段で煩雑な上、有毒な青酸化合物を取り扱わなけ
ればならないことや、ハロゲン化物、アンモニアなどが
多量に副生するため環境上問題がある。また別の合成法
としてハロゲン化アルキルによるマロン酸エステルのア
ルキル化（Ｂｕｌｌ． Ｓｏｃ． Ｃｈｉｍ．Ｆｒ．、
１９６７、５０３）やアクリル酸のカルボニル化（ＥＰ
４０２７０３）があるが、これらについても同様の問題
点をもつ。

【０００４】一方、メタクリル酸を原料として、アルカ
リおよび周期律表第８族の金属の存在下、酸素含有ガス
と接触させて２−メチルマロン酸を製造する方法が特開
昭５２−５７１１３号公報、特開昭５２−１０６８１１
号公報で示されている。これらの方法によると、反応は
２段であるがワンポットで製造できる利点を持ち、環境
上もすぐれた方法であるが、２−メチルマロン酸の収率
が２０％台と低いため実用的ではない。また、特開昭５
２−１５１１７号公報、特開昭５４−７６５１８号公報
では、３−ヒドロキシイソ酪酸を原料として同様の方法
で接触酸化することにより２−メチルマロン酸を合成し
ているが、安価な３−ヒドロキシイソ酪酸の入手が困難
であるという問題がある。

【０００５】また、２−メチルー１，３−プロパンジオ
ールを原料として硝酸酸化して、２−メチルマロン酸を
製造する方法も知られているが（Ｃｈｅｍ．Ｂｅｒ．
７５、８７６（１９４２））、十分な収率は得られてお
らず、また工業的には硝酸による装置の腐食も問題にな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来は、２
−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸類および２−置換
マロン酸類を工業的に有利に製造する手段は開発されて
おらず、当業界の課題となっていた。本発明は容易に入
手可能で安価な原料から簡単な操作で効率的に２−置換
−３−ヒドロキシプロピオン酸類および２−置換マロン
酸類を製造することを目的になされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の課
題を解決するため鋭意検討を行った結果、安価な原料で
ある２−置換−１、３−プロパンジオ−ルを原料に選
び、適切な触媒を用いて接触酸化することにより収率良
く２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸類および／ま
たは２−置換マロン酸類類が得られることを見いだして
本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は下記の一般式で示され
る２−置換−１、３−プロパンジオ−ル（ただし、Ｒは
炭素数１〜６のアルキル基および置換アルキル基、シク
ロアルキル基、芳香族炭化水素基を表す。） を金属触媒の存在下、酸素含有ガスと接触反応させるこ
とを特徴とする２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸
類および／または２−置換マロン酸類の製造法に関す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を説明する。
本発明で用いる原料は、下記の一般式で示される２−置
換−１、３−プロパンジオ−ル（ただし、Ｒは炭素数１
〜６のアルキル基および置換アルキル基、シクロアルキ
ル基、芳香族炭化水素基を表す。）である。具体的には
２−メチル−１、３−プロパンジオ−ル、２−エチル−
１、３−プロパンジオ−ル、２−プロピル−１、３−プ
ロパンジオ−ル、２−イソプロピル−１、３−プロパン
ジオ−ル、２−ブチル−１、３−プロパンジオ−ル、２
−イソブチル−１、３−プロパンジオ−ル、２−ｓｅｃ
−ブチル−１、３−プロパンジオ−ル、２−ヘキシル−
１、３−プロパンジオ−ル、２−クロルエチル−１、３
−プロパンジオ−ル、２−ベンジル−１、３−プロパン
ジオ−ルなどの２−（置換）アルキル−１、３−プロパ
ンジオ−ル、２−シクロヘキシル−１、３−プロパンジ
オ−ルなどの２−シクロアルキル−１、３−プロパンジ
オ−ル、２−フェニル−１、３−プロパンジオ−ル、２
−ｐ−クロロフェニル−１、３−プロパンジオ−ル、２
−ナフチル−１、３−プロパンジオ−ルなどの２−（置
換）アリール−１、３−プロパンジオ−ルである。

【００１０】本発明で使用する触媒は、アルコールをカ
ルボン酸に変換する能力を有するものであれば良いが、
工業的に有利なものとしては分離の容易な不均一系の白
金族触媒、例えば白金、パラジウム、イリジウム、オス
ミウム、ルテニウム、ロジウムなどを有効成分としたも
のが挙げられる。触媒活性および選択性の観点からは好
ましくは白金および／またはパラジウムを有効成分とす
るもの、更に好ましくは白金および／またはパラジウム
を第１成分とし、ビスマスおよび／または鉛を第２成分
とする両成分を含有する触媒が挙げられる。触媒第２成
分を添加することにより触媒被毒を緩和して酸化反応活
性を向上させることができるが、第２成分の中でもＢｉ
が極めて有効である。

【００１１】触媒は有効金属をそのまま用いても良い
が、活性、経済性、操作性などを勘案すると触媒担体に
担持させて用いるのが有利である。触媒担体としては、
活性炭、カ−ボンブラック、炭酸カルシウムの他、シリ
カ、アルミナ、モレキュラ−シ−ブなどの各種金属酸化
物が挙げられる。触媒有効成分を担持する場合には、担
持量は担体に対して１〜１０ｗｔ％が好ましいが、経済
的には１〜５ｗｔ％が特に好ましい。触媒第２成分を用
いる場合は、その担持量は担体に対して０．５〜１０ｗ
ｔ％が好ましいが、１〜４．５ｗｔ％がより好ましい。

【００１２】本発明における代表的な反応方法は、２−
メチル−１、３−プロパンジオ−ルなどの２−置換−
１、３−プロパンジオ−ルの水溶液に金属触媒を添加
し、所定温度で攪拌下、必要によりｐＨ制御しながら、
空気もしくは酸素含有ガスの供給下で酸化反応を行なう
ものである。

【００１３】原料である２−置換−１、３−プロパンジ
オ−ルは、通常水溶液として２〜８０ｗｔ％、好ましく
は５〜３０ｗｔ％とするのがよい。水溶性の低い原料を
用いる場合は、溶解助剤として有機溶剤を併用しても何
ら差し支えない。原料である２−置換−１、３−プロパ
ンジオ−ルの粘度が比較的高いため、あまり高濃度では
物質移動の面で問題が生じやすい。

【００１４】触媒の使用量は反応液に対して１０〜２０
０ｗｔ％、更に好ましくは５０〜１５０ｗｔ％である。
反応温度は通常２０〜９０℃、好ましくは３０〜５０℃
である。反応温度が高すぎると脱水反応が併発し、２−
置換アクロレイン、２−置換アクリル酸などの副生成物
が生成しやすく選択性が低下する。一方、反応温度が低
すぎる場合は、反応速度が低くなり生産性が極めて低下
する。反応時間は反応温度、触媒量などによって異なる
が、通常１〜２０時間である。

【００１５】本発明の接触反応中の反応液ｐＨは、特に
限定されないが、好ましくは反応中を通じｐＨ７〜１
２、更に好ましくはｐＨ８〜１０の範囲に制御する。ｐ
Ｈが７未満の場合、生成物による触媒被毒により反応速
度が遅くなることがある。またｐＨが１２を超す場合
は、たとえ反応温度が低くても原料である２−置換−
１，３−プロパンジオールや生成物である２−置換−３
−ヒドロキシプロピオン酸の脱水により生成する２−置
換アクロレインや２−置換アクリル酸が副生しやすく、
２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸や２−置換マロ
ン酸への選択率が低下することがある。したがって、所
定の弱アルカリ条件下で反応を行なうことが好ましい。
ｐＨ制御に使用されるアルカリは、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニアなどのア
ルカリ水溶液が用いられ、連続的もしくは間欠的に系内
に導入される。ｐＨ制御を行いながら反応を行った場合
は目的物はアルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩の形
で生成する。

【００１６】本発明の接触反応は逐次反応であるため、
たとえば目的物が３−ヒドロキシイソ酪酸の場合、さら
に酸化されたメチルマロン酸が副生しやすい。そこで、
目的物を選択性よく取得するためには触媒量、反応温
度、反応時間などの適切な組み合わせが特に重要とな
り、条件の選択により逐次反応を制御し、両生成物の一
方のみを主生成物にしたり、両方を任意の割合で併産し
たりすることも可能である。

【００１７】酸化反応時の酸化剤としては、空気、酸
素、あるいは酸素と窒素などの不活性ガスの混合ガスを
用いることができるが、経済的な面からは空気を使用す
ることが好ましい。供給方法としては、ガラス製焼結フ
ィルタ−を用いることにより細かい気泡を反応液中に導
入するのが酸素の拡散上有利であり、高い反応速度が得
られる。反応圧力は任意であるが、通常は常圧から１０
気圧であり、常圧でも充分反応は進行する。

【００１８】本発明における製造装置は回分式、連続式
のいずれにも適用することができる。連続式の場合、触
媒が被毒を受けづらく、また固定床反応装置とした場
合、触媒分離工程を省くことができるため生産性が高
い。

【００１９】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定さ
れるものではない。

【００２０】参考例 ３％Ｐｔ−３％Ｂｉ／Ｃ（数字は各元素の担体に対する
担持率：ｗｔ％）の調製 市販の３ｗｔ％Ｐｔ／Ｃ１０ｇを２００ｍｌのイオン交
換水に分散させた。一方、Ｂｉ(ＮＯ₃)₃・５Ｈ₂Ｏ０．
７２ｇを１０％ＨＮＯ₃水溶液２０ｍｌに溶解し、Ｐｔ
／Ｃ分散液に攪拌下滴下した。そのまま６ｈ攪拌した
後、分散液のｐＨをＮａＯＨ水溶液によりｐＨ１２に調
整した。次にホルマリン４ｍｌを加えて、８０℃、２０
ｍｉｎ還元を行ない、触媒をろ過し、イオン交換水によ
りろ液のｐＨが７になるまで洗浄した。洗浄後、ろ過し
た触媒を一晩風乾したものを反応に使用した。

【００２１】実施例１ 温度計、ｐＨメ−タ−、ガラスフィルタ−付きガス導入
口、アルカリ水溶液導入口、還流器を付けたフラスコ
に、２−メチル−１、３−プロパンジオ−ル２．７８
ｇ、Ｈ₂Ｏ５０ｍｌ、３％Ｐｔ−３％Ｂｉ／Ｃ １．３
９ｇ（ドライベ−ス）を仕込んだ。空気を５ｌ／ｈでバ
ブリングしながら導入し、反応温度４０℃、反応液のｐ
ＨをＮａＯＨ水溶液によりｐＨ８．５に調整しながら８
時間反応を行なった。反応終了後、ろ過により触媒を分
離して得られた反応液をＨＰＬＣおよびガスクロにより
分析した。その結果、２−メチル−１、３−プロパンジ
オ−ルの転化率１００％、３−ヒドロキシイソ酪酸収率
５０％、メチルマロン酸収率２９％であった。

【００２２】実施例２ 使用する触媒を３％Ｐｔ−３％Ｐｂ／Ｃ、反応液のｐＨ
を１０．５とした以外は実施例１と同様に反応を行なっ
た。その結果、２−メチル−１、３−プロパンジオ−ル
の転化率は１００％、３−ヒドロキシイソ酪酸収率４０
％、メチルマロン酸収率７％であった。

【００２３】実施例３ 使用する触媒を３％Ｐｔ−３％Ｐｄ／Ｃとした以外は実
施例２と同様に反応を行なった。その結果、２−メチル
−１、３−プロパンジオ−ルの転化率は１００％、３−
ヒドロキシイソ酪酸収率４３％、メチルマロン酸収率２
％であった。

【００２４】実施例４ 使用する触媒を３％Ｐｔ−６％Ｂｉ／Ｃ、触媒使用量を
２．７８ｇ（ドライベース）とした以外は実施例１と同
様に反応を行なった。その結果、２−メチル−１、３−
プロパンジオ−ルの転化率１００％、３−ヒドロキシイ
ソ酪酸収率４０．６％、メチルマロン酸収率３０．２％
であった。

【００２５】実施例５ 使用する触媒を３％Ｐｔ／Ｃとした以外は実施例２と同
様に反応を行なった。その結果、２−メチル−１、３−
プロパンジオ−ルの転化率は８３％、３−ヒドロキシイ
ソ酪酸収率１７％、メチルマロン酸収率０％であった。

【００２６】実施例６ 温度計、ｐＨメ−タ−、ガラスフィルタ−付きガス導入
口、アルカリ水溶液導入口、還流器を付けたフラスコ
に、２−メチル−１、３−プロパンジオ−ル２．７８
ｇ、Ｈ₂Ｏ５０ｍｌ、３％Ｐｔ−３％Ｂｉ／Ｃ ２．７
８ｇ（ドライベ−ス）を仕込んだ。空気を５ｌ／ｈでバ
ブリングしながら導入し、反応温度４０℃、反応液のｐ
ＨをＮａＯＨ水溶液によりｐＨ８．５に調整しながら８
時間反応を行なった。反応終了後、ろ過により触媒を分
離して得られた反応液をＨＰＬＣおよびガスクロにより
分析した。その結果、２−メチル−１、３−プロパンジ
オ−ルの転化率１００％、メチルマロン酸収率７３％、
３−ヒドロキシイソ酪酸収率０％であった。

【００２７】実施例７ 使用する触媒を３％Ｐｔ−１．５％Ｂｉ／Ｃとした以外
は実施例６と同様に反応を行なった。その結果、２−メ
チル−１、３−プロパンジオ−ルの転化率１００％、メ
チルマロン酸収率６８％、３−ヒドロキシイソ酪酸収率
０％であった。

【００２８】実施例８ 使用する触媒量を１．３９ｇ(ドライベ−ス)、反応液の
ｐＨを１０．５とした以外は実施例６と同様に反応を行
なった。その結果、２−メチル−１、３−プロパンジオ
−ルの転化率は１００％、メチルマロン酸収率５０％、
３−ヒドロキシイソ酪酸収率０％であった。

【００２９】実施例９ 反応液のｐＨを７．５とした以外は実施例１と同様に反
応を行った。その結果、２−メチル−１，３−プロパン
ジオールの転化率は９６％、３−ヒドロキシイソ酪酸収
率４６％、２−メチルマロン酸収率１３％であった。

【００３０】実施例１０ 反応液のｐＨ調整をせず、更に反応温度を８０℃とした
以外は実施例１と同様に反応を行った。その結果、２−
メチル−１，３−プロパンジオールの転化率は８９％、
３−ヒドロキシイソ酪酸収率２９％、２−メチルマロン
酸収率０％であった。

【００３１】実施例１１ 使用する触媒を５％Ｐｄ／Ｃとした以外は実施例１１と
同様に反応を行った。その結果、２−メチル−１，３−
プロパンジオールの転化率は３７％、３−ヒドロキシイ
ソ酪酸収率１３％、２−メチルマロン酸収率０％であっ
た。

【００３２】実施例１２ 原料を２−シクロヘキシル−１，３−プロパンジオール
とした以外は実施例６と同様に反応を行った。その結
果、２−シクロヘキシル−１，３−プロパンジオールの
転化率は５３％、２−シクロヘキシル−３−ヒドロキシ
イソ酪酸収率２３％、２−シクロヘキシルマロン酸収率
９％であった。

【００３３】実施例１３ 原料を２−フェニル−１，３−プロパンジオールとし、
水を２５ｍｌとし併用溶剤としてジメチルフォルムアミ
ド２５ｍｌを追加し、触媒使用量を４．０ｇとした以外
は実施例６と同様に反応を行った。その結果、２−フェ
ニル−１，３−プロパンジオールの転化率は３６％、２
−フェニル−３−ヒドロキシプロピオン酸収率１５％、
２−フェニルマロン酸収率７％であった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、安価な原料よ
り、温和な反応条件下で、多量の中和塩の副生もなくク
リーンに、かつ収率よく、２−置換−３−ヒドロキシプ
ロピオン酸類および／または２−置換マロン酸類を製造
することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０７Ｃ 51/235 Ｃ０７Ｃ 53/134 53/134 55/08 55/08 Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ // Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ Ｂ０１Ｊ 23/64 １０１Ｘ (72)発明者 佐々木 富 神奈川県横浜市鶴見区大黒町10番１号 日 東化学工業株式会社中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の一般式で示される２−置換−
   １、３−プロパンジオ−ル（ただし、Ｒは炭素数１〜６
   のアルキル基および置換アルキル基、シクロアルキル
   基、芳香族炭化水素基を表す。） を金属触媒の存在下、酸素含有ガスと接触反応させるこ
   とを特徴とする２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸
   類および／または２−置換マロン酸類の製造法。
2. 【請求項２】 触媒が白金族元素の少なくとも一種以
   上を有効成分として含むことを特徴とする請求項１記載
   の２−置換−３−ヒドロキシプロピオン酸類および／ま
   たは２−置換マロン酸類の製造法。
3. 【請求項３】 触媒が白金族元素から選ばれた少なく
   とも一種の元素と、ビスマスおよび鉛から選ばれた少な
   くとも一種の元素の両成分からなることを特徴とする請
   求項１および２記載の２−置換−３−ヒドロキシプロピ
   オン酸類および／または２−置換マロン酸類の製造法。
4. 【請求項４】 接触反応時のｐＨを７〜１２に調整
   し、かつ反応温度を２０〜５０℃とすることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれか一項記載の２−置換−３−ヒ
   ドロキシプロピオン酸類および／または２−置換マロン
   酸類の製造法。