JPH11508251A - N−アシル−n−アルキルカルボキシラートの合成 - Google Patents

N−アシル−n−アルキルカルボキシラートの合成

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JPH11508251A JP9503845A JP50384597A JPH11508251A JP H11508251 A JPH11508251 A JP H11508251A JP 9503845 A JP9503845 A JP 9503845A JP 50384597 A JP50384597 A JP 50384597A JP H11508251 A JPH11508251 A JP H11508251A
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Abstract

(57)【要約】 カルボン酸エステルおよびN−アルキル−N−アルカノールから形成された置換アミドの酸化を経るN−アシル−N−アルキルカルボキシラートの化学的合成。

Description

【発明の詳細な説明】 N−アシル−N−アルキルカルボキシラートの合成 発明の分野 本発明はN−アシル−N−アルキルカルボキシラート化合物の化学的合成に関 するものである。 発明の背景 界面活性剤としてのN−アシル−N−アルキルカルボキシラートの使用は公知 である。アミドおよびカルボキシラート官能基の組合せは、広範囲のアルキル置 換基を組み込むための能力と相まって、全く所望の範囲の界面活性特性を提供す る。この類の化合物に関して、サルコシン塩は、最も幅広い工業的適用性を有す る。残念ながら、一般的にN−アシル−N−アルキルカルボキシラートおよび特 にサルコシン塩の合成は、界面活性剤の業界のニーズに向けて比較的高価なアプ ローチを提示している。 N−アシル−N−アルキルカルボキシラートは、歴史的に強塩基の存在下、N −置換アミノ酸のナトリウム塩と塩化脂肪酸との反応により合成されてきた。こ れらの塩化脂肪酸を製造するための普通の工業的方法は、三塩化リンの使用を含 んでいる。この方法で製造された塩化脂肪酸は微量の無機または有機リン化合物 を保持する傾向にある。それらの微量の不純物は、引き続く次の工程を通してし ばしば保持され、そして最終生成物において望ましくないくすみおよびくもりに 至らしめる。 さらに面倒なことには、N−置換アミノ酸は普通の天然に存在するアミノ酸で はなく、それら自身がかなり激しい条件を用いて製造される必要がある。例えば 、メチルグリシンとしても知られているサルコシンは、シアン化水素とホルムア ルデヒドを反応させグリコリックニトリル(glycolic nitrile)を形成すること により製造される。次いでこのニトリルをメチルアミンと縮合しメチルアミノニ トリルを形成する。次いでこのメチルアミノニトリルを強塩基で加水分解してサ ルコシン塩とする。これらの相対的に高価で望ましくない合成 は幅広い利用に対するサルコシンの工業的な魅力を低下させる。 本発明の目的は、工業的に価値のあるN−アシル−N−アルキルカルボキシラ ート類の化合物に対して代わりの他のルートを提供することである。本発明の反 応順序はN−置換アミノ酸および酸クロリドの使用を排除する。例えばホルムア ルデヒド、シアン化水素、および全てのニトリル中間体のようなサルコシンの合 成において用いられる典型的に危険な化学物質はこのように回避される。合成経 路から酸クロリドを除去することは、最終生成物から厄介な無機および有機リン 不純物の源を除去することでもある。本発明は直接の、経済的である別のN−ア シル−N−アルキルカルボキシラート合成を提供するものである。 技術背景 以下の文献は有益である。すなわち、サルコシンの合成に関して1955年1 0月11日に開示された米国特許第2,720,540号、サルコシンと酸クロリドから のサルコシン塩の合成に関して1987年9月26日に公開された日本国特開昭 61-216724号、カルボン酸、エステルおよびアミドと反応させたアミノ酸からの N−アシルアミノカルボン酸の合成に関して1974年9月17日に開示された 米国特許第3,836,551号および1983年4月19日に開示された米国特許第4,3 80,646号、および酸へのアルコールの酸化に関する一般的な論文であるJerry Ma rchのAdvanced Organic Chemistry 9-22(3rd ed.1985)がある。 発明の要旨 本開発は、以下の一般式に示すN−アシル−N−アルキルカルボキシラート、 およびそれらの塩の合成方法に関するものであり、 (ここで、Rは炭素数1またはそれ以上の炭素数の炭化水素置換基であり、R1 は炭素数1から6の炭化水素置換基であリ、xは1から6の整数であり、および Mはカチオン部分であって、好ましくはアルカリ金属塩および水素から選ばる。 )工程は、 (a)塩基触媒の存在下、下記一般式のN−アルキル−N−アルカノールアミン (式中R1およびxは前述のとおりである。)と下記一般式のカルボン酸エステ ル (式中、Rは前述のとおりであり、R2は炭素数1またはそれ以上の炭素数の炭 化水素置換基である。)を反応させ、処理後、下記一般式のN−アルキル−N− ヒドロキシアルキルアミドを形成する工程、 (b)前記アミドにおける水酸基をカルボキシ基へ酸化する工程、 (c)必要に応じて、工程(b)により形成されたN−アシル−N−アルキルカ ルボキシラートをN−アシル−N−アルキルカルボキシラート塩(I)(式中M はアルカリ金属カチオンである。)に中和する工程、 を具えている。 工程(a)におけるアミド化生成物の好ましい合成方法は、約80℃から約 200℃の温度で、および好ましくはその溶液の還流温度で実施される。最も好 ましくは減圧が採用され、約95℃から約105℃の還流温度を十分に維持でき る。 前記工程(a)において用いたカルボン酸エステルは、炭素数1から24、好 ましくは炭素数8から18、最も好ましくは炭素数12から18の炭化水素基R を有する。R2置換基は、メチルまたはエチルであり、および最も好ましくはメ チルである。 工程(a)の方法は、溶媒の添加があってもまたはなくても進行可能である。 好ましくは、約65℃より上および約200℃より下の沸点を有する溶媒は、反 応物の混合を容易にするために用いられる。最も好ましくは、過剰量のN−アル キル−N−アルカノールアミンは溶媒として機能し、および反応後蒸留により再 生のために回収される。反応時間を最短にするために、ナトリウムまたはカリウ ムアルコキシドのような塩基触媒を使用することが好ましい。 工程(a)の反応は理論上の約85%から90%の収率を提供する。これは、 N−アルカノールアミン反応物のエステル反応物に対するモル比が約20:1か ら約1:1、およびエステル反応物の塩基触媒に対するモル比が約0.05:1 から約0.2:1で用いられたエステルの量を基準としている。 次いで、工程(a)のアミド生成物は酸化工程(b)のための反応物として用 いられる。さまざまな既知の酸化方法は、アルコールの官能価をカルボン酸基に 転換するために用いることができ、H2SO4水溶液または酢酸水溶液におけるN a2Cr27、CrO3/H2SO4(Jone's試薬)、二クロム酸ピリジニウム、およ びアミドがいかなる不飽和アルキル置換基をも有していないところでは、ピリジ ン中におけるCrO3、過マンガン酸塩、硝酸、および触媒を伴う酸素の使用を 含んでいるが、これらに限定はされない。前記反応は、工程(b)の酸化条件に 対して不活性な溶媒中で実施され、および反応混合物の処理を容易にするために 約100℃より下の沸点を有することが好ましい。好ましくは、その酸化はJone 's試薬を用いて、および最も好ましくは溶媒としてジクロロメタンおよびアセト ンの混合物を使用して実施される。工程(b)における酸化生成物を合成する好 ましい方法は、約30℃から約60℃、およ び最も好ましくは約35℃から約50℃の温度で実施される。 工程(b)の反応は、前記アミドの使用量を基準にした理論上の約85%から 約95%の収率を通常提供する。 工程(b)におけるサルコシナートアミドアシッド(sarcosinate amidoacid )は、必要に応じてアルカリ金属塩基との中和によりそのサルコシナートアミド アシッド塩に転換することができる。 特にことわりがない限り、全てのパーセンテージ、比率および割合は、ここで はモル基準である。全ての文献を明細書の一部とする。 発明の詳細な説明 特定のN−アシル−サルコシン塩の合成に関する反応系列は以下に示される。 例示されたようにこの反応系列ではラウリン酸メチル、ナトリウムメトキシド、 およびクロム酸/硫酸を用いているが、これは下文で分かるように例示の手段に すぎずこれに限定されるものではない。 以下は、反応物、条件、器具など、本方法に有効な例示の手段であるが、これ らに限定されるものではない。 アミド化反応方法: カルボン酸エステル反応物は、直鎖脂肪族カルボン酸の 、飽和または不飽和、分枝鎖脂肪族カルボン酸の、エーテルカルボン酸の、およ び脂環族カルボン酸のアルキルエステル(好ましくはメチルまたはエチル)から 選択することができる。実施例は、以下のカルボン酸、すなわち、酢酸、プロピ オン酸、酪酸、カプリル酸、カプロン酸、ノナン酸、デカン酸、ラ ウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノレイ ン酸、ベヘン酸、2−メチル−ウンデン酸、2−ブチル−オクタン酸、2−エチ ル−ヘキサン酸、3,5,5−トリメチルヘキサン酸、およびこれらの混合物の メチルまたはエチルエステルを含有しているが、これらに限定はされない。ココ イル(cocoyl)、トールイル(tallowyl)、およびそれらの混合物のような天然オイ ルから誘導されたメチルエステル混合物が好ましい。高オレイン酸含有天然オイ ル(好ましくは、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも75%、最も好 ましくは少なくとも90%のオレイン酸の含量を有する)から誘導されたメチル エステル混合物が特に好ましい。 溶媒は、反応物の混合および溶解を容易にするために加えることが可能である 。溶媒は反応生成物から除去される必要があれば、その溶媒の沸点が200℃未 満であることが望ましい。溶媒は反応が生じるために十分な還流温度を与えるよ うに約65℃より高い沸点を有することがさらに望ましい。トルエン、ヘプタン 、テトラヒドロフラン、シクロヘキサンのような溶媒が適当であるが、これらに 限定はされない。過剰量のN−アルキル−N−アルカノールアミンは好ましい溶 媒である。なぜならその過剰量の溶媒は反応速度を増大し、および再利用のため に後で蒸留により除去することが可能なためである。 アルコキシドのpKa以上を持つ塩基がアミド化に対する触媒作用のために必 要である。ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド 、およびカリウムエトキシドのような種々のアルコキシドが適当である。アルコ ールからアルコキシドを形成できる塩基は適当な塩基でもあり、それらにはナト リウム金属、カリウム金属、水素化ナトリウムおよび水素化カリウムが含まれて いる。ナトリウムメトキシドは好ましい塩基である。 反応は真空、または大気圧の還流条件下で実施することができる。反応温度は 、典型的に約65℃より上でおよび約200℃より下である。約120℃より上 の環流温度を用いるところでアルゴン、窒素またはヘリウムのような不活性ガス の導入は、反応混合物の暗色化に至らせる可能性のある微量の大気中の酸素を除 去するために有効である。好ましくは、真空条件が反応混合物の還流温度を低下 するために用いられる。最も好ましくは、真空条件は、約95℃ から約105℃の範囲に反応混合物の還流温度を低下させるため、および反応が 進行につれて生じるアルコールを除去するために採用された。もちろん反応時間 は用いる反応物の比率によって変化する。しかしながら、通則として反応時間は 約4時間から約16時間で十分である。 アミド化工程の反応化学量論は、N−アルキル−アルカノールアミン反応物の エステル反応物に対するモル比が約20:1から約1:1であり、エステル反応 物の塩基触媒に対するモル比が約0.05:1から約0.2:1で実施される。 薄層クロマトグラフィーのような分析技術によって決定されるように反応はカ ルボン酸エステル反応物の消費によって完結する。それから、過剰量のN−アル キル−N−アルカノールアミンおよび溶媒のいずれも常圧または減圧蒸留によっ て反応混合物から除去され、そして後の合成に使用するために再循環されること が可能である。生成物は、得られたアミド化物の液を有機溶媒に溶解すること、 および塩基触媒を除去するために水を用いて洗浄することといった通常の処理方 法により精製された形で得ることができる。これらの有機液を真空下濃縮し、典 型的に約90%から95%の収率でアミド化生成物を得ることができる。 酸化反応方法: アミド化生成物は、置換アミドの水酸基の官能価をカルボン 酸へ転換するのに十分な酸化条件下で処理される。酸化方法は、H2SO4水溶液 または酢酸水溶液中においてNa2Cr27、CrO3/H2SO4(Jone's試薬)、 二クロム酸ピリジニウム、およびアミドのR基がいかなる不飽和アルキル置換基 をも有しない際は、ピリジン中においてCrO3、KMnO4、Zn(MnO42 、硝酸、および触媒を伴う酸素の使用を含んでいるが、これらに限定はされない 。好ましくは、酸化を実施するためにJone's試薬が用いられる。 Jone's試薬酸化に関する反応条件は以下のとおりである。アミド化生成物はJo ne's試薬酸化条件に対して不活性な溶媒中において室温下で攪拌される。反応の 後蒸留による除去を容易にするために、溶媒は約100℃より下の沸点を有する ことが望ましい。適当な溶媒はアセトン、ジクロロメタン、テトラヒ ドロフラン、エチルエーテル、およびそれらの混合物を含有するがそれらに限定 はされない。約5:1の割合でのアセトンとジクロロメタンの混合物が好ましい 。 反応混合物は、概してJone's試薬が加えられる時点において約35℃から50 ℃まで暖められる。典型的にJone's試薬は、Jone's試薬のアミド化生成物に対す るモル比が概して約2:1から約6:1の範囲内で過剰に用いられる。好ましく は、Jone's試薬のアミド化生成物に対するモル比が約3:1から約5:1の範囲 内で過剰に用いられる。反応は典型的に迅速で、概して約30分から1時間で完 結する。 反応生成物は従来の通常の条件下で処理される。Jone's試薬酸化の間、クロム 塩を形成し、それらが反応容器において粘性物質(gums)を生じる原因となる。 これらの塩は、この反応の処理の間水を添加することによって溶解することがで きる。水の添加は、水層および有機層として存在する2つの層を形成する。水層 は排出され、および有機層は追加の水で繰返し洗浄されて好ましくない塩が除去 される。次いで有機層を乾燥および濃縮し、典型的に、用いたアミド化生成物の 量に基づいた理論上の約85%から約95%の範囲の収率で最終生成物を得るこ とができる。 必要に応じて、得られたN−アシル−N−アルキルカルボキシラートは水素化 ナトリムまたは水素化カリウムのようなアルカリ金属塩基と中和することにより アルカリ金属塩の形に転換することができる。 実施例1 A.N−メチル−N−エタノールステアロアミドの合成 250mLの2ツ口 丸底フラスコは温度計、還流冷却器、マグネチックスターラー、ウォーターアス ピレーター真空源(water aspirator vacuum source)を備えている。この反応 容器をメチルステアレート(15.0g、0.05mol)、N−メチル−N−エ タノールアミン(37.8g、0.50mol)、およびカリウムメトキシド(0 .7g、0.01mol)で充填する。この反応をアスピレー ター真空下に置き撹拌しながら105℃まで加熱する。反応は8時間にわたりア スピレーター真空下で105℃に保たれる。次いで過剰のN−メチル−N−エタ ノールアミンおよび残存しているメタノールを真空下で留去する。反応物を冷却 し、200mLのジクロロメタンに溶解し、そして水で2回洗浄する。このジク ロロメタン層を真空下で濃縮して所望の生成物(14.5g)を得る。 B.ステロイルサルコシンの合成 1Lの3ツ口丸底フラスコは温度計、還流 冷却器、撹拌器を備えている。この反応容器をアセトン(250mL)、ジクロロ メタン(50mL)、およびN−メチル−N−エタノールステアロアミド(5g、 0.015mol)で充填する。この反応混合物を攪拌し38℃まで加熱する。 Jone's試薬(8mL、8N溶液)を攪拌しながら1滴ずつ加える。反応は室温で 1時間にわたり攪拌する。次いで水(100mL)を加え、そしてその溶液をジ クロロメタン(100mL)で希釈する。反応混合物を1Lの分液漏斗に移し、 有機層を水(それぞれ100mL)で三回洗浄し、乾燥し、そして真空下で濃縮 して所望の生成物(4.9g)を得る。 実施例2 A.N−メチル−N−ヒドロキシエチルタローアミドの合成 (注−この実施 例においてメチルエステルから誘導されたタロー(tallow)は、70%オクタデ カン酸および30%ヘキサデカン酸、水素化メチルエステルから成り、このエス テル成分は平均分子量289.5g/molを有する。) 250mLの反応フラスコは温度計、還流冷却器、オーバーヘッドスターラー 、マントルヒーターおよび冷却器を経由して真空源を備えている。この反応フラ スコをタローメチルエステル(20g、0.069mol)、N−メチル−N−エ タノールアミン(51.81g、0.69mol)、およびカリウムメトキシド( 0.8g、0.014mol)で充填する。この反応は真空下に置き、撹拌しな がら105℃まで加熱する。メタノールはその形状のまま反応物から除去する。 反応は105℃で攪拌しながら8時間にわたり行う。次いで真空蒸留のための器 具を組み立て、過剰のN−メチル−N−エタノールアミ ンおよびいくらか残存しているメタノールを除去する。 それから反応を冷却し室温まで戻し、次いでジクロロメタンに溶解する。溶液 は水で数回洗浄し、次いで分離し、過多のNa2SO4で乾燥する。一昼夜放置し た後、溶液はNa2SO4を取除くために濾過し乾燥するために取り除いて所望の 生成物21.5gを得る。 B.タローイルサルコシンの合成 1Lの3ツ口丸底フラスコは温度計、還流 冷却器、滴下漏斗、および撹拌器を備えている。この反応容器をN−メチル−N −ヒドロキシエチルタローアミド(20.0g、0.06mol、上記工程II Aで合成されたもの)、300mLのアセトンおよび50mLのジクロロメタン で充填する。混合物を攪拌し35℃まで加熱する。クロム酸溶液(Jone's試薬3 0mL、8N溶液)を滴下漏斗に入れて、温度を40℃以下に維持しながら反応 混合物にゆっくり滴下する。添加が完結し青いクロム塩が沈殿した後、反応器を 1時間にわたり室温下で攪拌する。1時間後その溶液は過剰のクロム酸から僅か にオレンジ色を示す。イソプロピルアルコールをオレンジ色が分散されるまで1 滴ずつ加える。反応混合物は水および200mLのジクロロメタンで希釈する。 混合物を分液漏斗に移し、オレンジ色の層を水で数回洗浄する。洗浄した有機層 は過多の無水Na2SO4で乾燥し、セライトベッド(celite bed)を通して濾過 し、真空下取り除いて所望の生成物を19.5g得る。生成物はI.R.スペクトル によって立証される。 実施例3 A.N−メチル−N−ヒドロキシエチルオレイルアミドの合成 250mLの 反応フラスコは温熱器、還流冷却器、オーバーヘッドスターラー、マントルヒー ターおよび冷却器を経由して真空源を備えている。この反応フラスコをオレイル メチルエステル(20.7g、0.07mmol)、N−メチル−N−エタノール アミン(52.5g、0.7mol)、およびカリウムメトキシド(0.8g、0 .014mol)で充填する。この反応は真空下に置き、攪拌の間100℃まで 加熱する。メタノールはその形状のまま反応物から除去 する。反応は100℃から105℃で攪拌しながら7時間にわたり行う。それか ら過剰のN−メチル−N−エタノールアミンおよび残存しているメタノールを除 去するために真空留去する。 それから反応物を冷却し室温まで戻し、そのあとジクロロメタン250mLに 溶解する。溶液を水で数回洗浄する。そのあと有機層を分離して過多のNa2S O4で乾燥する。一昼夜放置した後溶液はNa2SO4を取除くために濾過し、取 除かれた溶液を乾燥し所望の生成物23.0gを得る。生成物はI.Rスペクト ルにより立証される。 B.オレイルサルコシンの合成 1Lの3ツ口丸底フラスコは温熱器、還流冷 却器、滴下漏斗、メカニカルスターラーを備えている。この反応容器をN−メチ ル−N−ヒドロキシエチルタローアミド(20.0g、0.0589mol、上 記工程IIIAで調整される)、アセトン300mLおよびジクロロメタン50 mLで充填する。反応混合物を攪拌し35℃まで加熱する。クロム酸溶液(Jone 's試薬29.4mL、8N溶液)を滴下漏斗に入れて、温度を40℃以下に維持 しながら反応混合物にゆっくり滴下する。滴下が完結し青色のクロム塩が調整さ れた後、反応器を45分にわたり室温下で攪拌する。それから過剰量のクロム酸 を除去するために数滴のイソプロピルアルコールを添加する。反応混合物は水お よび200mLのジクロロメタンで希釈する。混合物を分液漏斗に移し、オレン ジ色の層を食塩水で数回洗浄する。洗浄したオレンジ色の層は過多の無水Na2 SO4で乾燥し、セライトベッドを通して濾過し、真空下取残された溶液から所 望の生成物を19g得る。生成物はI.R.スペクトルによって立証される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 一般式(I)のN−アシル−N−アルキルカルボキシラートおよびそれら の塩の合成方法であり、 (ここでRは炭素数1またはそれ以上の炭素数の炭化水素置換基であり、好まし くは炭素数6から炭素数24であり、R1は炭素数1から炭素数6の炭化水素置 換基であり、好ましくはメチルまたはエチルであり、xは1から6の整数であり 、Mはカチオン部分であって、好ましくはアルカリ金属塩および水素から選ばれ る。) (a)塩基触媒の存在下、下記一般式のN−アルキル−N−アルカノールアミ ン (式中R1およびxは前述のとおりである。)と下記一般式のカルボン酸エステ ル (式中、Rは前述のとおりであり、R2は炭素数1またはそれ以上の炭素数の炭 化水素置換基であり、好ましくは、ココイルまたはタローイルから誘導される。 )を反応させ、処理後、下記一般式のN−アルキル−N−ヒドロキシアルキルア ミドを形成する工程、 (b)前記アミドにおける水酸基をカルボキシ基へ酸化する工程、ここで、H2 SO4水溶液中におけるNa2Cr27または酢酸水溶液中におけるNa2Cr2 7、CrO3/H2SO4(Jone's試薬)、二クロム酸ピリジニウム、KMnO4、 Zn(MnO42、硝酸、および触媒を伴う酸素を用いた方法から成る群から選 ばれる酸化方法を使用することが好ましい、 (c)必要に応じて、工程(b)により形成されたN−アシル−N−アルキル カルボキシラートをN−アシル−N−アルキルカルボキシラート塩(I)(式中 Mはアルカリ金属カチオンである。)に中和する工程、 を具えることを特徴とする合成方法。 2. 反応工程(a)は、好ましくはナトリウムメトキシド、カリウムメトキシ ド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、 カリウムt−ブトキシド、およびそれらの混合物から成る群から選ばれるアルコ キシド塩基により触媒されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 3. 反応工程(a)におけるN−アルキル−N−アルカノールアミンがN−メ チル−N−エタノールアミンであることを特徴とする請求項1または2のいずれ かに記載の工程。 4. 反応工程(a)では、過剰のN−アルキル−N−アルカノールアミン、ト ルエン、ヘプタン、テトラヒドロフラン、およびシクロヘキサンから成る群から 選ばれる溶媒、好ましくは過剰のN−メチル−N−エタノールアミンを利用する ことを特徴とする請求項1、2および3のいずれかに記載の方法。 5. 反応工程(a)では、N−アルキル−N−アルカノールアミンのカルボン 酸エステルに対するモル比が1より大きく20未満で利用することを特徴とする 請求項1から4のいずれかに記載の方法。 6. カルボン酸エステルが少なくとも60%のオレイン酸エステルを含有する ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の方法。 7. 反応工程(b)では、100℃より下の沸点を有する溶媒、好ましくはア セトン、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、エチルエーテル、およびそれら の混合物から成る群から選ばれる溶媒を利用することを特徴とする請求項1から 6のいずれかに記載の方法。 8. 反応工程(a)では、N−メチル−N−エタノールアミンのカルボン酸に 対するモル比が1より大きく20未満であることを特徴とする請求項1から7の いずれかに記載の方法。
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