JPWO2021033505A1 - カルボニル化合物の製造方法、及びカルボニル化合物を製造するフロー式反応システム - Google Patents
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Abstract
Description
ホスゲンは毒性が極めて高く、しかも室温でガス状であるために、その取扱いには細心の注意を要する。他方、ホスゲン三量体と等価な化合物としてトリホスゲンが知られている。トリホスゲンは室温で固体であり、比較的安全性が高い。
トリホスゲンを用いた反応では、第三級アミンなどを触媒としてトリホスゲンから3分子のホスゲンを生じ、このホスゲンと反応基質とを反応させて目的のカルボニル化合物を得る。したがって、トリホスゲンを用いても、ホスゲンへの変換が必須であり、反応系を密閉するなどの安全対策が必要である。
この問題に対処する技術として、特許文献1には上記反応にフロー式リアクターを適用することが記載されている。この技術では、トリホスゲンを含む溶液と、トリブチルアミン等の第三級アミン及びアルコール化合物を含む溶液とを、フロー式リアクターという事実上の閉鎖空間で混合して反応させる。特許文献1によれば、このような反応形態により、トリホスゲンと第三級アミンとが接触してホスゲンが発生したとき、このホスゲンがアルコール化合物によって速やかに消費され、その結果、毒性の高いホスゲンの反応液中における濃度上昇を安定的に防ぐことができるとされる。
なお、トリホスゲンのホスゲンへの変換触媒として作用する第三級アミンは、反応液中に生じる塩酸を中和する塩基としても作用する。
しかし、本発明者らが検討を進めたところ、特許文献1に具体的に記載されたフロー式反応では、トリホスゲンのホスゲンへの変換反応を触媒する第三級アミンが、ホスゲンとの間で副反応を生じることがわかってきた。すなわち、活性水素を有さずホスゲンとの反応を生じにくいと考えられてきた第三級アミンが、実際にはホスゲンと反応して副生成物を生じ、得られる目的のカルボニル化合物の純度向上の制約となっていることがわかってきた。
そこで本発明は、トリホスゲンと活性水素含有化合物とを出発原料として、目的のカルボニル化合物を安全に、連続的に、かつ高純度に得ることを可能とするカルボニル化合物の製造方法を提供することを課題とする。また本発明は、上記製造方法の実施に好適なフロー式反応システムを提供することを課題とする。
〔1〕
フロー式反応によるカルボニル化合物の製造方法であって、
トリホスゲン溶液と第三級アミン溶液と活性水素含有化合物溶液とをそれぞれ異なる流路に導入して各溶液を各流路内に流通させ、各流路内を流通する各溶液を同時に又は順次に合流してホスゲンと活性水素含有化合物との反応を生じ、合流液中にカルボニル化合物を得ることを含み、
上記各溶液の溶媒として非水有機溶媒を用い、上記第三級アミンとして環状構造を有する化合物を用いる、カルボニル化合物の製造方法。
〔2〕
上記非水有機溶媒の含水率が1000ppm以下である、〔1〕に記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔3〕
上記第三級アミンが炭素数1〜40のアルキル基、炭素数3〜40のシクロアルキル基、炭素数1〜40のアルコキシ基、及び炭素数2〜40のポリエーテル基の少なくとも1種の基を有する、〔1〕又は〔2〕に記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔4〕
上記第三級アミンが炭素数2〜30のアルキル基を有する、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔5〕
上記第三級アミンが分岐状アルキル基を有する、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔6〕
上記第三級アミンが脂環構造を有する、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔7〕
上記第三級アミンが、環構成原子として窒素原子を有する複素環構造を有する、〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔8〕
上記第三級アミンが酸素原子を有する、〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔9〕
上記第三級アミンがモルホリン環構造を有する、〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔10〕
上記第三級アミンが、環構成原子として窒素原子を有する芳香族複素環構造を有する、〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔11〕
上記第三級アミンがピリジン環構造を有する、〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔12〕
上記トリホスゲン溶液と上記第三級アミン溶液とを合流してホスゲン溶液を生じ、このホスゲン溶液と上記活性水素含有化合物溶液とを合流して合流液中にカルボニル化合物を得る、〔1〕〜〔11〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔13〕
上記活性水素含有化合物が、第一級アミン、第二級アミン、アルコール、チオール、カルボン酸、及びアミノ酸の少なくとも1種である、〔1〕〜〔12〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔14〕
上記活性水素含有化合物が第一級アミンである、〔1〕〜〔13〕のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
〔15〕
カルボニル化合物を製造するフロー式反応システムであって、
トリホスゲン溶液を導入する第1流路と、第三級アミン溶液を導入する第2流路と、活性水素含有化合物溶液を導入する第3流路と、第1流路と第2流路とが合流する第1合流部と、第1合流部の下流に接続された第4流路と、第4流路と第3流路とが合流する第2合流部と、第2合流部の下流に接続された反応管とを有し、
上記各溶液の溶媒が非水有機溶媒であり、上記第三級アミンが環状構造を有する、フロー式反応システム。
〔16〕
カルボニル化合物を製造するフロー式反応システムであって、
トリホスゲン溶液を導入する第1流路と、第三級アミン溶液を導入する第2流路と、活性水素含有化合物溶液を導入する第3流路と、第1流路と第2流路と第3流路とが合流する合流部と、この合流部の下流に接続された反応管とを有し、
上記各溶液の溶媒が非水有機溶媒であり、上記第三級アミンが環状構造を有する、フロー式反応システム。
本明細書において流路、合流部、ミキサー等の管内断面サイズ(等価直径)について説明する場合、流路同士の連結部分、流路と合流部との連結部分、流路とミキサーとの連結部分は除いたサイズである。すなわち、上記各連結部分のサイズは、連結部分の中を上流から下流へと流体が流れるように、連結チューブ等を用いて適宜に調整される。
本明細書において、ある基の炭素数を規定する場合、この炭素数は、基全体の炭素数を意味する。つまり、この基がさらに置換基を有する形態である場合、この置換基を含めた全体の炭素数を意味する。
本発明のカルボニル化合物の製造方法(以下、「本発明の製造方法」ともいう。)では、フロー式反応を採用する。このフロー式反応の実施に当たり、トリホスゲンを非水有機溶媒中に溶解してなるトリホスゲン溶液、第三級アミンを非水有機溶媒中に溶解してなる第三級アミン溶液、及び活性水素含有化合物を非水有機溶媒中に溶解してなる活性水素含有化合物溶液を調製する。本発明において「非水有機溶媒」とは、含水率が2000ppm以下である有機溶媒を意味する。「非水有機溶媒」の含水率は1000ppm以下が好ましい。本発明において「ppm」は質量基準である。
また、本発明において「活性水素」とは、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子に結合した水素原子を意味する。
本明細書において「上流」及び「下流」との用語は、液体が流れる方向に対して用いられ、液体が導入される側(液体が流れて来る側)が上流であり、液体が流れ出て行く側が下流となる。
図1は、本発明の製造方法に用いるフロー式反応システムの一例を示す概略図である。図1に示すフロー式反応システム(100)は、トリホスゲン溶液を導入する導入口(iA)を備えた流路(I)、第三級アミン溶液を導入する導入口(iB)を備えた流路(II)、及び活性水素含有化合物溶液を導入する導入口(iC)を備えた流路(III)を有する。
流路(I)と流路(II)とは合流部(M2)で合流し、この合流部(M2)の下流側端部には流路(IV)が連結している。この流路(IV)と流路(III)とは合流部(M1)で合流し、この合流部(M1)の下流側端部には反応管(V)が連結している。
合流管(IV)内では第三級アミンがトリホスゲンに作用してホスゲン溶液を生じ、このホスゲンが反応管(V)内で活性水素含有化合物と反応してカルボニル化合物を生成する。
流路(I)は、導入口(iA)から導入されたトリホスゲン溶液を、上記合流部(M2)へと供給する流路である。
流路(I)は、その等価直径を0.2〜50mmとすることが好ましい。流路(I)の等価直径を0.2mm以上とすることにより、送液時の圧力上昇を抑制でき、また不溶物が生成した場合にも流路の閉塞を抑制することができる。また、流路(I)の等価直径を50mm以下とすることにより、合流部(M2)導入時の液温を、適切に制御することができる。流路(I)の等価直径は、0.5〜30mmがより好ましく、1〜20mmがさらに好ましい。
上記「等価直径」(equivalent diameter)は、相当(直)径とも呼ばれ、機械工学の分野で用いられる用語である。任意の管内断面形状の配管ないし流路に対し等価な円管を想定するとき、その等価円管の管内断面の直径を等価直径という。等価直径(deq)は、A:配管の管内断面積、p:配管のぬれぶち長さ(内周長)を用いて、deq=4A/pと定義される。円管に適用した場合、この等価直径は円管の管内断面の直径に一致する。等価直径は等価円管のデータを基に、その配管の流動あるいは熱伝達特性を推定するのに用いられ、現象の空間的スケール(代表的長さ)を表す。等価直径は、管内断面が一辺aの正四角形管ではdeq=4a2/4a=a、一辺aの正三角形管ではdeq=a/31/2、流路高さhの平行平板間の流れではdeq=2hとなる(例えば、(社)日本機械学会編「機械工学事典」1997年、丸善(株)参照)。
チューブの材質に特に制限はなく、例えば、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、テフロン(登録商標)、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、ステンレス、銅又は銅合金、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、石英ガラス、ライムソーダガラスなどが挙げられる。可撓性、耐薬品性の観点から、チューブの材質は、PFA、テフロン(登録商標)、ステンレス、ニッケル合金又はチタンが好ましい。
流路(I)内に導入するトリホスゲン溶液は、非水有機溶媒中にトリホスゲンを溶解してなる溶液である。この非水有機溶媒として、例えば、含ハロゲン溶媒、直鎖、分岐鎖又は環状構造を有するエーテル溶媒、炭化水素溶媒などが挙げられる。
含ハロゲン溶媒としては、例えば、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン及びo−ジクロロベンゼンが挙げられる。
エーテル溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルターシャリーブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、及びこれらの誘導体などが挙げられる。
炭化水素溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、デカリン、テトラリン、及びこれらの誘導体などが挙げられる。
また、上記非水有機溶媒として、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒、アセトニトリルなどのニトリル系溶媒、γ−ブチロラクトンなどのラクトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶媒なども使用できる。
上記の非水有機溶媒は単独で用いても良く、2種類以上を混合した状態で用いても良い。
なかでも塩化メチレン、クロロホルム、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、及びアセトニトリルの少なくとも1種を用いることが好ましく、塩化メチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、及びアセトニトリルの少なくとも1種を用いることがより好ましく、塩化メチレン、トルエン、メシチレン、クロロベンゼン、及びアセトニトリルの少なくとも1種を用いることがさらに好ましい。
有機溶媒中の水分が多い場合には、適宜に有機溶媒を市販の脱水剤(モレキュラーシーブス、無水硫酸ナトリウム、無水硫酸マグネシウムなど)と接触させることにより水分を除去し、非水有機溶媒とすることができる。
流路(II)は、導入口(iB)から導入された第三級アミン溶液を、上記合流部(M2)へと供給する流路である。流路(II)は、その等価直径を0.1〜50mmとすることが好ましい。流路(II)の等価直径を0.1mm以上とすることにより、送液時の圧力上昇を抑制でき、また不溶物が生成した場合にも流路の閉塞を抑制することができる。また、流路(II)の等価直径を50mm以下とすることにより、合流部(M2)導入時の液温を、適切に制御することができる。流路(II)の等価直径は、0.5〜30mmがより好ましく、1〜20mmがさらに好ましい。
チューブの材質に特に制限はなく、上記流路(I)で例示した材質のチューブを用いることができる。
また、導入口(iB)から第三級アミン溶液を導入する流速rBと、導入口(iA)からトリホスゲン溶液を導入する流速rAとの関係も特に制限されず、各溶液の濃度等を考慮して適宜に設定することができる。例えば、[流速rA]/[流速rB]=10/1〜1/10とすることができ、[流速rA]/[流速rB]=5/1〜1/5が好ましい。なお、本明細書において流速の単位はmL/minである。
流路(II)内を流通させる第三級アミン溶液は、非水有機溶媒中に、後述する特定の構造の第三級アミンを溶解してなる溶液である。この非水有機溶媒としては、上記のトリホスゲン溶液の非水有機溶媒として挙げたものを好ましく用いることができる。第三級アミン溶液とトリホスゲン溶液には、同じ溶媒を用いてもよいし、互いの溶媒種が異なってもよい。互いの溶媒種が異なる場合には、互いに相溶する溶媒(混合したときに相分離しない溶媒)を用いることが好ましい。
本発明において「第三級アミン」とは、通常よりも広義の意味に用いる。すなわち、窒素原子に水素原子が結合していないアミン(窒素原子の3つの結合手のすべてが水素原子以外の原子に結合しているアミン)はすべて「第三級アミン」に包含される。例えば、環構成原子として窒素原子を有する芳香族環(例えば、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、2H−ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環)を有し、かつ環構成原子である窒素原子が活性水素原子を含有しない化合物も、本発明における第三級アミンである。また、例えば、芳香族環であるピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環を有する化合物において、これらの環構成原子である窒素原子が有する水素原子が他の置換基によって置換された形態も、本発明における第三級アミンである。
本発明者らの検討により、活性水素を含有しない第三級アミンであってもホスゲンとの間で副反応を生じ、これが目的のカルボニル化合物の収率ないし純度の向上の制約になっていることが明らかとなってきた。この副反応の一例を以下に示す。下記の副反応スキーム中、「Ph」はフェニルである。また、下記スキームのように4級塩を経て生成する副生成物を、4級塩経由の副生成物とも称す。
第三級アミンが有する環状構造は、5員環又は6員環が好ましい。また、この環状構造は縮環構造(5員環及び6員環から選ばれる環が縮合した構造)でもよい。縮環構造の場合、縮環を構成する環の数は2つ又は3つが好ましく、2つがより好ましい。第三級アミンが有する環状構造は単環であることがより好ましい。
第三級アミンが有する環状構造は、脂環構造でもよく、芳香族環構造でもよい。また、第三級アミンを構成する窒素原子は環構成原子でもよく、環構成原子でなくてもよい(環が有する置換基中に第三級アミンが含まれていてもよい)。第三級アミンが有する環状構造は、より好ましくは、環構成原子として窒素原子を有する複素環構造である。この複素環構造は脂環でもよく、芳香族環でもよい。また、上記第三級アミンは酸素原子を有することも好ましく、環構成原子として酸素原子を有することも好ましい。
第三級アミンが有する環状構造の具体的として、モルホリン環、ピペラジン環、ピペリジン環、2−ピロリン環、ピロリジン環、2−イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、2H−ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、インドール環、イソインドール環、1H−インドール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、1,8−ナフチリジン環、プリン環、プテリジン環、インドリジン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェナジン環、フェナントリジン環、1,10−フェナントロリン環、フェノキサジン環、キヌクリジン環などが挙げられる。
第三級アミンが有し得る環状構造は、モルホリン環、ピリジン環、ピペラジン環、ピペリジン環、ピロリジン環、イミダゾール環、キノリン環、及びチオモルホリン環から選ばれる環が好ましく、モルホリン環及びピリジン環から選ばれる環がより好ましい。
本発明に用いる第三級アミンの分子量は100〜700であることが好ましく、100〜450であることがより好ましい。
図1に示す実施形態では、トリホスゲン溶液が流通する流路(I)と、第三級アミン溶液が流通する流路(II)とを合流部(M2)で合流し、合流液が流路(IV)を下流へと流通中に第三級アミンの触媒作用によってトリホスゲン溶液をホスゲン溶液へと変換する。
流路(I)と流路(II)との接続方法(合流部(M2)の形態)に特に制限はなく、例えば、T字型ないしY字型のコネクターを用いることができる。このコネクターの材質は、例えば、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、テフロン(登録商標)、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、ステンレス、銅又は銅合金、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、石英ガラス、ライムソーダガラスなどが好ましい。上記コネクターの市販品として、例えばミクログラス社製ミクログラスリアクター;CPCシステムス社製サイトス;山武社製YM−1、YM−2型ミキサー;島津GLC社製ミキシングティー及びティー(T字コネクター);GLサイエンス社製ミキシングティー及びティー(T字コネクター);Upchurch社製ミキシングティー及びティー(T字コネクター);;Upchurch社製ミキシングティー及びティー(T字コネクター);Valco社製ミキシングティー及びティー(T字コネクター);swagelok社製T字コネクター、IDEX社製SUST型ミキサー等が挙げられ、いずれも本発明に使用することができる。
流路(IV)は、合流部(M2)で合流したトリホスゲン溶液と第三級アミン溶液との合流液を、合流液中にホスゲンを生じながら合流部(M1)へと供給する流路である。流路(IV)は、その等価直径を0.1〜50mmとすることが好ましい。流路(IV)の等価直径を0.1mm以上とすることにより、送液時の圧力上昇を抑制でき、また不溶物が生成した場合にも流路の閉塞を抑制することができる。また、流路(IV)の等価直径を50mm以下とすることにより、流路内の液温を、適切に制御することができる。流路(IV)の等価直径は、0.5〜30mmがより好ましく、1〜20mmがさらに好ましい。
チューブの材質に特に制限はなく、上記流路(I)で例示した材質のチューブを用いることができる。
流路(IV)の等価直径と長さ、送液ポンプの流量設定等によって、第三級アミンを変換触媒とするトリホスゲンからのホスゲンの生成反応時間を、適宜に調整することができる。例えば、トリホスゲン溶液と第三級アミン溶液との合流液が流路(IV)内を流通する時間を、3〜600秒間とすることができ、5〜200秒間とすることが好ましい。
流路(III)は、導入口(iC)から導入された活性水素含有化合物溶液を、合流部(M1)へと供給する流路である。流路(III)は、その等価直径を0.1〜50mmとすることが好ましい。流路(III)の等価直径を0.1mm以上とすることにより、送液時の圧力上昇を抑制でき、また不溶物が生成した場合にも流路の閉塞を抑制することができる。また、流路(III)の等価直径を50mm以下とすることにより、合流部(M1)導入時の液温を、適切に制御することができる。流路(III)の等価直径は、0.5〜30mmがより好ましく、1〜20mmがさらに好ましい。
チューブの材質に特に制限はなく、上記流路(I)で例示した材質のチューブを用いることができる。
また、導入口(iC)から活性水素含有化合物溶液を導入する流速rCと、流路(IV)内を流通する合流液の流速rDとの関係も特に制限されず、各溶液の濃度等を考慮して適宜に設定することができる。例えば、[流速rC]/[流速rD]=10/1〜1/10とすることができ、[流速rC]/[流速rD]=5/1〜1/5が好ましい。なお、本明細書において流速の単位はmL/minである。
流路(III)内を流通させる活性水素含有化合物溶液は、非水有機溶媒中に活性水素含有化合物を溶解してなる溶液である。この非水有機溶媒としては、上記のトリホスゲン溶液の非水有機溶媒として挙げたものを好ましく用いることができる。活性水素含有化合物溶液とトリホスゲン溶液ないし第三級アミン溶液には、同じ溶媒を用いてもよいし、互いの溶媒種が異なってもよい。互いの溶媒種が異なる場合には、互いに相溶する溶媒(混合したときに相分離しない溶媒)を用いることが好ましい。
活性水素含有化合物溶液の活性水素含有化合物に特に制限はなく、例えば、−OH、−COOH、−NH2、−NHR(Rは置換基)、及び−SHから選ばれる基を少なくとも1つ有する化合物を広く用いることができる。活性水素含有化合物は、例えば、第一級アミン、第二級アミン、アルコール、チオール、カルボン酸、及びアミノ酸の少なくとも1種である。
これらの活性水素含有基と、ホスゲンとの反応によるカルボニル基の導入反応それ自体は公知であり、反応条件等は目的の反応に応じて適宜に設定される。反応の例を挙げると、−NH2を有する化合物とホスゲンとの反応により、イソシアネート化合物、カルバモイルクロライド化合物、ウレア化合物等を得ることができる。また、−OHを有する化合物とホスゲンとの反応により、カーボネート化合物、クロロホルメート化合物等を得ることができる。また、−COOHを有する化合物とホスゲンとの反応により、酸クロライド化合物を得ることができる。また、アミノ酸とホスゲンとの反応により、アミノ酸無水物を得ることができる。
なかでも活性水素含有化合物は、第一級アミン、第二級アミン、アルコール、アミノ酸が好ましく、第一級アミンがより好ましい。
反応基質である活性水素含有化合物は、その分子量が40〜1000であることが好ましく、60〜500であることがより好ましい。
流路(IV)内を流通する上記合流液(ホスゲンと第三級アミンとを含有する溶液)と、流路(III)内を流通する活性水素含有化合物溶液とは、合流部(M1)で合流する。合流部(M1)はミキサーの役割を有し、流路(IV)と流路(III)とを1本の流路に合流し、合流部(M1)の下流側端部に連結する反応管(V)へと合流した溶液を送り出すことができれば特に制限されない。例えば、T字又はY字型のコネクターを用いることができる。
図1の実施形態においては、合流部(M1)としてT字型のコネクターを用いている。 合流部(M1)内の流路の等価直径は、混合性能をより良好とする観点から、0.1〜30mmが好ましい。
合流部(M1)で合流した合流液は、反応流路である反応管(V)内へと流れ、反応管(V)内を下流へ流通中に、第三級アミンの存在下で、ホスゲンと活性水素含有化合物とが反応する。なお、本明細書において反応管(V)を流路(V)ということがある。
反応管(V)の形態に特に制限はなく、通常はチューブを用いる。反応管(V)の好ましい材質は、上述した流路(I)の好ましい材質と同じである。また、反応管(V)の等価直径と長さ、送液ポンプの流量設定等によって、反応時間を調整することができる。通常は、反応管(V)の等価直径は0.1〜50mmであることが好ましく、より好ましくは0.2〜20mmであり、さらに好ましくは0.4〜15mmであり、さらに好ましくは0.7〜12mmであり、さらに好ましくは1〜10mmである。また、反応管(V)の長さは、0.5〜50mが好ましく、1〜30mがより好ましい。
図2に示すフロー式反応システム(200)は、トリホスゲン溶液が流通する流路(I)と、第三級アミン溶液が流通する流路(II)と、活性水素含有化合物溶液が流通する流路(III)とを、合流部(M1)で、同時に混合する形態となっている。それ以外の構成は図1の実施形態で説明したのと同じである。
図2の実施形態において、合流部(M1)はミキサーの役割を有し、流路(I)と流路(II)と流路(III)とを1本の流路に合流し、合流部(M1)の下流側端部に連結する反応管(V)へと合流した溶液を送り出すことができれば特に制限されない。
合流部(M1)内の流路の等価直径は、混合性能をより良好とする観点から、0.2〜50mmが好ましい。
合流部(M1)は十字型コネクターで構成することができる。この十字型コネクターとして市販品を広く用いることができ、市販品として例えば、Upchurch社製クロスコネクター;swagelok社製ユニオン・クロス;EYELA社製4方ジョイント、IDEX社製SUSクロスミキサー等を用いることができる。
本発明の製造方法により、フロー式反応直後の反応液(精製処理等に付していない状態)の全固形分中において、上記の第三級アミンとホスゲンとの反応により生じる4級塩経由の副生成物の含有量を10質量%未満とすることができ、8質量%未満とすることもでき、5質量%以下とすることもできる。
カルボニル化合物を製造するフロー式反応システムであって、
トリホスゲン溶液を導入する第1流路と、第三級アミン溶液を導入する第2流路と、活性水素含有化合物溶液を導入する第3流路と、第1流路と第2流路とが合流する第1合流部と、第1合流部の下流に接続された第4流路と、第4流路と第3流路とが合流する第2合流部と、第2合流部の下流に接続された反応管とを有し、
上記各溶液の溶媒が非水有機溶媒であり、上記第三級アミンが環状構造を有する、フロー式反応システムを広く用いることができる。
また、本発明の製造方法には、
カルボニル化合物を製造するフロー式反応システムであって、
トリホスゲン溶液を導入する第1流路と、第三級アミン溶液を導入する第2流路と、活性水素含有化合物溶液を導入する第3流路と、第1流路と第2流路と第3流路とが合流する合流部と、この合流部の下流に接続された反応管とを有し、
上記各溶液の溶媒が非水有機溶媒であり、上記第三級アミンが環状構造を有する、フロー式反応システムを広く用いることができる。
図1に示す構成のフロー式反応システム100を用いて、イソシアネート化合物を合成した。この反応の反応スキームを以下に示す。下記スキーム中、「Ph」はフェニル、NR3は第三級アミンである。
すべて株式会社GLサイエンス製PU716BおよびPU718を用い、流量出口側にパルスダンパーHPD−1、テスコム社製背圧弁(44−2361−24)、株式会社IBS社製リリーフバルブRHA(4MPa)を順次設置した。
流路(I)〜(V)、合流部M1及びM2のすべてを、10℃に設定した水中に浸漬した。
いずれも、外径1/16インチ、内径1.0mmのSUS316チューブを用いた。各流路の長さは下記の通りとした。
流路(I):0.5m
流路(II):0.5m
流路(III):0.5m
流路(IV):1.0m
流路(V):1.0m
2つのT字型コネクター(M1、M2)として、内径0.5mmのIDEX社製SUST型ミキサーを用いた。
トリホスゲンを塩化メチレンに溶解してなるトリホスゲン溶液(トリホスゲン濃度:0.0661M)を調製した。
N−(2−エチルヘキシル)モルホリンを塩化メチレンに溶解してなるN−(2−エチルヘキシル)モルホリン溶液(N−(2−エチルヘキシル)モルホリン濃度:0.529M)を調製した。
フェネチルアミンを塩化メチレンに溶解してなるフェネチルアミン溶液(フェネチルアミン濃度:0.132M)を調製した。
トリホスゲン溶液:1.0mL/min
第三級アミン溶液:1.0mL/min
活性水素含有化合物溶液:1.0mL/min
流路(V)の出口(最下流)から反応液を採取し、反応溶媒(実施例1は塩化メチレン)で500倍に希釈し、希釈した試料をガスクロマトグラフィーにより下記条件で分析し、純度を測定した。結果を下表に示す。下表中「>97」は97質量%を越える純度であることを意味し、「<10」は10質量%未満の純度であることを意味する。
−分析条件−
測定機器:GC−3200(ジーエルサイエンス社製)
カラム:APS−1000(Teflon 3φ×6m、ジーエルサイエンス社製)
カラム温度:250℃
キャリアガス:水素(水素ガス発生装置:HG260B、ジーエルサイエンス社製)
注入量:1μL
結果を下表に示す。
なお、下表中の不純物のカラムには、ホスゲンと第三級アミンとの反応により生じた4級塩経由の副生成物の割合(質量%)を「不純物(質量%)」として示す。この割合は、反応後の反応液中の全固形分に占める上記副生成物の割合である。
第三級アミン溶液導入口(iB)と合流部(M2)との流路の途中(すなわち流路(II)内)に圧力計を設置し、送液が安定し且つ反応が定常状態となった1時間経過後の圧力が0.05MPa未満の場合を評価「A」、0.05MPa以上0.1MPa未満の場合を評価「B」、0.1MPa以上の場合を評価「C」とした。結果を下表に示す。
フロー式反応システム(図1又は2に示したシステム)、溶媒、及び第三級アミン(番号1〜28と第三級アミンの化学構造との対応は上記の通りである。下表中、第三級アミン「29」はトリ−n−ブチルアミンであり、「30」はN,N−ジイソプロピルエチルアミンである。)の種類を下表に示す通りとしたこと以外は、実施例1と同様にしてフロー式反応を実施した。結果を下表に示す。
図2のフロー式反応システム(200)において、流路(I)〜(III)の長さはいずれも0.5m、流路(V)の長さは1.0mとした。また、合流部(M1)を構成する十字型コネクターとして、内径0.5mmのIDEX社製SUSクロスミキサーを用いた。
これに対し、本発明のフロー式反応を適用した場合には、目的の反応生成物の純度を格段に高めることができ、4級塩経由の副生成物の生成を効果的に抑制できることがわかった(実施例1〜32)。また、実施例1〜32では流路の閉塞も抑制できた。つまり、本発明で規定する第三級アミンはトリホスゲンからホスゲンへの変換触媒として十分に機能し、かつ、有機溶媒に対する高溶解性の中和剤としても優れた特性を有することがわかる。
[実施例33〜48]
図1に示すフロー式反応システムを用いて、使用する活性水素含有化合物を下表記載の第一級アミンとして、実施例1と同様にしてフロー式反応を実施した。1時間連続して反応を実施して、反応生成物の純度、4級塩経由の副生成物(不純物)の量、及び経時的な閉塞の発生について調べた。閉塞の評価基準は上記と同じとした。結果を下表に示す。
図1に示すフロー式反応システムを用いて、使用する活性水素含有化合物を下表記載のアルコールとして、実施例1と同様にしてフロー式反応を実施し、カーボネート化合物を得た。1時間連続して反応を実施して、反応生成物の純度、4級塩経由の副生成物(不純物)の量、及び経時的な閉塞の発生について調べた。閉塞の評価基準は上記と同じとした。結果を下表に示す。
図1に示すフロー式反応システムを用いて、使用する活性水素含有化合物を下表記載の第二級アミンとして、実施例1と同様にしてフロー式反応を実施し、カルバモイルクロリドを得た。1時間連続して反応を実施して、反応生成物の純度、4級塩経由の副生成物(不純物)の量、及び経時的な閉塞の発生について調べた。閉塞の評価基準は上記と同じとした。結果を下表に示す。
図1に示すフロー式反応システムを用いて、使用する活性水素含有化合物を下表記載のアミノ酸として、実施例1と同様にしてフロー式反応を実施し、アミノ酸N−カルボキシ無水物を得た。1時間連続して反応を実施して、反応生成物の純度、4級塩経由の副生成物(不純物)の量、及び経時的な閉塞の発生について調べた。閉塞の評価基準は上記と同じとした。結果を下表に示す。
iA トリホスゲン溶液導入口
iB 第三級アミン溶液導入口
iC 活性水素含有化合物溶液導入口
I 導入口iAを備えた流路
II 導入口iBを備えた流路
III 導入口iCを備えた流路
IV 反応流路(トリホスゲンのホスゲンへの変換)
V 反応流路(カルボニル基導入反応)
M1、M2 合流部
Claims (16)
- フロー式反応によるカルボニル化合物の製造方法であって、
トリホスゲン溶液と第三級アミン溶液と活性水素含有化合物溶液とをそれぞれ異なる流路に導入して各溶液を各流路内に流通させ、各流路内を流通する各溶液を同時に又は順次に合流してホスゲンと活性水素含有化合物との反応を生じ、該合流液中にカルボニル化合物を得ることを含み、
前記各溶液の溶媒として非水有機溶媒を用い、前記第三級アミンとして環状構造を有する化合物を用いる、カルボニル化合物の製造方法。 - 前記非水有機溶媒の含水率が1000ppm以下である、請求項1に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが炭素数1〜40のアルキル基、炭素数3〜40のシクロアルキル基、炭素数1〜40のアルコキシ基、及び炭素数2〜40のポリエーテル基の少なくとも1種の基を有する、請求項1又は2に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが炭素数2〜30のアルキル基を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが分岐状アルキル基を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが脂環構造を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが、環構成原子として窒素原子を有する複素環構造を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが酸素原子を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンがモルホリン環構造を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンが、環構成原子として窒素原子を有する芳香族複素環構造を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記第三級アミンがピリジン環構造を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記トリホスゲン溶液と前記第三級アミン溶液とを合流してホスゲン溶液を生じ、該ホスゲン溶液と前記活性水素含有化合物溶液とを合流して合流液中にカルボニル化合物を得る、請求項1〜11のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記活性水素含有化合物が、第一級アミン、第二級アミン、アルコール、チオール、カルボン酸、及びアミノ酸の少なくとも1種である、請求項1〜12のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- 前記活性水素含有化合物が第一級アミンである、請求項1〜13のいずれか1項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
- カルボニル化合物を製造するフロー式反応システムであって、
トリホスゲン溶液を導入する第1流路と、第三級アミン溶液を導入する第2流路と、活性水素含有化合物溶液を導入する第3流路と、第1流路と第2流路とが合流する第1合流部と、第1合流部の下流に接続された第4流路と、第4流路と第3流路とが合流する第2合流部と、第2合流部の下流に接続された反応管とを有し、
前記各溶液の溶媒が非水有機溶媒であり、前記第三級アミンが環状構造を有する、フロー式反応システム。 - カルボニル化合物を製造するフロー式反応システムであって、
トリホスゲン溶液を導入する第1流路と、第三級アミン溶液を導入する第2流路と、活性水素含有化合物溶液を導入する第3流路と、第1流路と第2流路と第3流路とが合流する合流部と、該合流部の下流に接続された反応管とを有し、
前記各溶液の溶媒が非水有機溶媒であり、前記第三級アミンが環状構造を有する、フロー式反応システム。
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