TWI433832B - β－氫硫基羧酸類的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明乃選擇自α,β-不飽和羧酸、α,β-不飽和羧酸酯、α,β-不飽和醯胺、α,β-不飽和醛及α,β-不飽和酮(下文中，總稱其為α,β-不飽和羧酸類)之任意者為原料化合物，由該α,β-不飽和羧酸類及硫化氫反應，而有效率地製造相對應於前述原料化合物之β-氫硫基羧酸、β-氫硫基羧酸酯、β-氫硫基醯胺、β-氫硫基醛及β-氫硫基酮(下文中，總稱其為β-氫硫基羧酸類)之方法有關。
氫硫基化合物向來作為各種醫藥或農藥之合成原料而廣為利用。其中，β-氫硫基羰化合物確知其抗氧化劑之功能，在工業上作為高分子化合物之安定化劑而利用(參照日本專利特開2003-252918號公報；專利文獻1)。
製造β-氫硫基羰化合物之方法之一，已知有使用α,β-不飽和羧酸及硫化氫進行麥克加成反應之方法。
又，使用丙烯酸作為α,β-不飽和羧酸之麥克加成反應，據報告可在二乙胺存在下使用硫化氫進行(參照Acta Chimica Scandinavica 1951,5,690~698；非專利文獻1)。
然而，使用非專利文獻1所記載之反應之方法，必須大過量之二乙胺，而且反應時間又長，生產力低。因此，工業上有效率地製造β-氫硫基羰化合物，必須備有回收二乙胺之設備而成為問題。
另外，據報告可在大過量之苛性鈉存在下，使丙烯酸及氫硫化鈉反應而合成β-氫硫基丙酸(參照日本專利特開2001-187778號公報；專利文獻2)。
然而，該方法中為抑制副反應，對於基質而言，必須使用5當量以上之苛性鈉，仍然有使用酸中和過量之鹼之必要。所以必須處理因而大量生產之無機鹽，留下並非適合於工業生產之方法之問題。
更在日本專利特開2001-354643號公報(參照專利文獻3)，特開2001-354644號公報(參照專利文獻4)中，記載有沸石等固體酸觸媒之存在下，使用硫黃類及硫化氫來硫化烯烴而製造硫化烯烴類之方法。
專利文獻3及4中記載有產生硫醇作為中間產物相關報告。然而，其最終目的化合物並非本發明所目的之氫硫基化合物，而係有機硫醚類、二硫醚類、多硫醚類，所以該文獻中，儘量抑制相當於上述氫硫基化合物之硫醇之發生。
又，也記載有原料之烯烴類可用溶劑稀釋，所例舉之溶劑有甲烷、乙烷、戊烷等飽和脂肪族烴，即非極性溶劑，對於使用可和水等極性溶劑互溶之極性溶劑，並無任何記載或暗示，對於其效果也無任何記載。
專利文獻1：日本專利特開2003-252918號公報
專利文獻2：日本專利特開2001-187778號公報
專利文獻3：日本專利特開2001-354643號公報
專利文獻4：日本專利特開2001-354644號公報
非專利文獻1：Acta Chimica Scandinavica 1951,5,690~698
本發明之課題在提供藉由使用容易取得之α,β-不飽和羧酸類為原料化合物，以高收率且高生產性地工業化製造可作為醫藥及農藥之合成原料或高分子化合物之添加劑等有用之β-氫硫基羧酸類之方法。
本發明研究者經一再銳意研究之結果，發現藉由α,β-不飽和羧酸類及硫化氫類之反應而製造β-氫硫基羧酸類之際，反應溶劑使用具有醯胺基之溶劑或該醯胺基之氫為烷基所取代之溶劑之方法。更在該方法中，發現特定氫離子濃度(即，特定pH值區域)下反應之方法，終於完成了本發明。
換言之，本發明乃下列[1]~[10]項所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法有關。
[1]先調製含有選擇自α,β-不飽和羧酸、α,β-不飽和羧酸酯、α,β-不飽和醯胺、α,β-不飽和醛及α,β-不飽和酮之任意之α,β-不飽和羧酸類、硫化氫及溶劑之溶液，繼之，加熱該溶液，使上述任意之α,β-不飽和羧酸類及上述硫化氫反應，而製造相對應於上述α,β-不飽和羧酸類之選擇自β-氫硫基羧酸、β-氫硫基羧酸酯、β-氫硫基醯胺、β-氫硫基醛及β-氫硫基酮等β-氫硫基羧酸類的任意一種之β-氫硫基羧酸類之製造方法中，其特徵為該溶劑係下式(1)所示化合物，或上述(1)所示化合物及水之混合溶劑之β-氫硫基羧酸類之製造方法：
(式(1)中，R1
示任意之氫原子、碳數為1~5之烷氧基、碳數為1~5之烷基、胺基、碳數為1~5之烷胺基。R2
，R3
各自獨立示任意之氫原子、碳數為1~5之烷基。當R2
及R3
各自示非氫原子時，R2
及R3
互相介由伸烷基可形成環構造，又R1
及R2
各自示非氫原子時，R1
及R2
可介由伸烷基形成環構造)。
[2]如申請專利範圍項[1]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述溶液在上述反應前在6℃下所測定pH值在6.0~8.5範圍為其特徵。
[3]如申請專利範圍項[1]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述反應係在70~200℃範圍下進行為其特徵。
[4]如申請專利範圍項[1]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述混合溶劑中所含水分係1~50質量%為其特徵。
[5]如申請專利範圍項[1]~[4]中任一項所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上式(1)所示化合物係選擇自N-甲基甲醯胺(MFA)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N-乙基甲醯胺(EFA)、N,N-二乙基甲醯胺(DEF)、N,N-二甲基乙醯胺(DMA)、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(DMI)及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中之一種以上者。
[6]如申請專利範圍項[2]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述溶液之pH係使用選擇自含鹼金屬或鹼土金屬之鹼性物質及有機鹼物質之pH調整劑調整為其特徵。
[7]如申請專利範圍項[1]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述α,β-不飽和羧酸類係α,β-不飽和羧酸或α,β-不飽和羧酸酯為其特徵。
[8]如申請專利範圍項[1]或[7]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述α,β-不飽和羧酸係丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、肉桂酸、2-甲基肉桂酸、3-甲基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、2,3-二甲基肉桂酸、2,4-二甲基肉桂酸、3,4-二甲基肉桂酸、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、4-羥基肉桂酸、2,3-二氫肉桂酸、2,4-二氫肉桂酸、3,4-二氫肉桂酸、2-己烯酸、4-甲基-2-戊烯酸之任意者為其特徵。
[9]如申請專利範圍項[1]或[7]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述α,β-不飽和羧酸酯係選擇自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、巴豆酸丙酯、巴豆酸丁酯、2-戊烯酸甲酯、2-戊烯酸乙酯、2-戊烯酸丙酯、2-戊烯酸丁酯之任意者為其特徵。
[10]如申請專利範圍項[1]所記載之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中，上述α,β-不飽和酮係環戊烯酮、環己烯酮、環庚烯酮之任意者為其特徵。
依照本發明之製造方法，不一定要使用固體催化劑等，也能高收率且高生產性地製造β-氫硫基羧酸類。更由於能以高收率製成β-氫硫基羧酸類，所以也能省略精製步驟，在工業製造上極為有益。
本發明具體說明如下。
本發明中所使用反應乃使用下式(1)所示溶劑，藉由α,β-不飽和羧酸類及硫化氫之反應，而產生鄰接於羰基(C=O)α-位置之碳及其旁鄰之β-位置之碳以單鍵而結合之β-氫硫基羧酸類。
又，以巴豆酸及硫化氫之反應為上述反應之例舉如下。
本發明方法中，用為原料化合物之α,β-不飽和羧酸類，包括α,β-不飽和羧酸、α,β-不飽和羧酸酯、α,β-不飽和醯胺、α,β-不飽和醛及α,β-不飽和酮之任意者。
此處所謂α,β-不飽和乃指鄰接於羰基(C=O)之α-位置之碳及其旁鄰之β-位置之碳係以雙鍵而結合者。
α及β碳原子上可替代氫原子，而各自結合以烷基、環烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、羧基、醯基、烷氧基羰基(酯基)、醯氧基等。
該等取代基可為相同之取代基，也可為不同之取代基。又，該等取代基上可結合以其他官能基，例如具有酮基之烷基(例如2-酮基-丙基等)。
又，α,β-不飽和羧酸類之β-位置上結合有羧基之化合物，例如馬來酸、富馬酸或馬來酸酐等也包括在本發明之α,β-不飽和羧酸類之範圍。
更加之，α-碳及β-碳可介以伸烷基等形成環狀構造。該環狀構造中，可含有羰基之碳(例如環狀酮)，也可含有氮(例如內醯胺等)。
該結合在α或β位置之碳上之取代基中，就原料之容易取得而言，以烷基、芳基為較佳。
該烷基之例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、1-甲基丙基、第三丁基、正戊基、異戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、1-乙基丙基、正己基、異己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1-乙基丁基、2-乙基丁基等。其中，以甲基、乙基、異丙基為較佳。
該環烷基之例如環戊基、環己基、環庚基等。其中，以環戊基、環己基就容易取得原料而言，較佳。
該芳基之例如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等。
該芳烷基之例如苯甲基、苯乙基等。就容易取得原料而言，其中，以苯甲基、苯乙基為較佳。
該烷氧基之例如甲氧基、乙氧基。
該醯基之例如甲醯基、乙醯基、苯甲醯基。
該烷氧基羰基之例如甲氧基羰基、乙氧基羰基、正丙氧基羰基、異丙氧基羰基、正丁氧基羰基、異丁氧基羰基、第三丁氧基羰基、正戊氧基羰基、異戊氧基羰基、己氧基羰基、異己氧基羰基、環己氧基羰基、苯甲氧基羰基。其中，就容易取得原料而言，以甲氧基羰基、乙氧基羰基為較佳。
該醯氧基之例如乙醯氧基、苯甲醯氧基。
本發明之方法中，原料化合物所用α,β-不飽和羧酸類乃係α,β-不飽和羧酸、α,β-不飽和羧酸酯、α,β-不飽和醯胺、α,β-不飽和醛及α,β-不飽和酮。
本發明方法中，原料化合物使用α,β-不飽和羧酸及α,β-不飽和羧酸酯時，特別可更高收率且更高生產性地工業上製造β-氫硫基羧酸類。
該原因雖未詳，但在本發明之說明書中所記載之製造條件下，使用α,β-不飽和羧酸或α,β-不飽和羧酸酯時，羰基被活化，據此提升雙鍵結合之反應性可能是其因。
又，製造所目的之β-氫硫基羧酸類，只要選定相對應之α,β-不飽和羧酸類為原料化合物就行。
例如欲製成β-氫硫基羧酸類時，選定α,β-不飽和羧酸為原料化合物就行。
該α,β-不飽和羧酸之具體例如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、2-甲基巴豆酸、3-甲基巴豆酸、2-戊烯酸、2-己烯酸、富馬酸、馬來酸、肉桂酸、別肉桂酸、α-甲基肉桂酸、2-甲基肉桂酸、3-甲基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、2,3-二甲基肉桂酸、2,4-二甲基肉桂酸、3,4-二甲基肉桂酸、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、4-羥基肉桂酸、2,3-二氫肉桂酸、2,4-二氫肉桂酸、3,4-二氫肉桂酸、4-甲基-2-戊烯酸、1-環己烯羧酸、1-環戊烯羧酸、3-(2-呋喃基)丙烯酸、2,5-二氫噻吩-3-羧酸等。
其中，就容易取得原料而言，以丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、富馬酸、馬來酸、肉桂酸、4-甲基-2-戊烯酸為較佳。
該α,β-不飽和羧酸酯之具體例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸丁酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、巴豆酸丙酯、巴豆酸異丙酯、巴豆酸丁酯、2-戊烯酸甲酯、2-戊烯酸乙酯、2-戊烯酸丙酯、2-戊烯酸異丙酯、2-戊烯酸丁酯、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸甲酯、富馬酸乙酯、富馬酸二丙酯、富馬酸二異丙酯、富馬酸二丁酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二乙酯、馬來酸甲酯、馬來酸乙酯、馬來酸二丙酯、馬來酸二異丙酯、馬來酸二丁酯、肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯、肉桂酸丙酯、肉桂酸異丙酯、肉桂酸丁酯、別肉桂酸甲酯、別肉桂酸乙酯、4-甲基-2-戊烯酸甲酯、4-甲基-2-戊烯酸乙酯、4-甲基-2-戊烯酸丙酯、4-甲基-2-戊烯酸異丙酯、4-甲基-2-戊烯酸丁酯、2,5-二氫噻吩-3-羧酸甲酯等。
其中，就容易取得原料而言，以丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、2-戊烯酸甲酯、2-戊烯酸乙酯、4-甲基-2-戊烯酸甲酯、肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯為較佳。
α,β-不飽和醯胺之具體例如丙烯醯胺、N-甲基丙烯醯胺、N-乙基丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N-甲基甲基丙烯醯胺、N-乙基甲基丙烯醯胺、巴豆醯胺(crotonic acid amide)、N-甲基巴豆醯胺、N-乙基巴豆醯胺、3-甲基巴豆醯胺、馬來醯胺、肉桂醯胺、N-甲基肉桂醯胺、N-乙基肉桂醯胺、α-甲基肉桂醯胺、N-甲基α-甲基肉桂醯胺、N-乙基α-甲基肉桂醯胺等。
其中，就原料容易取得而言，以丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N-甲基甲基丙烯醯胺、巴豆醯胺、3-甲基巴豆醯胺肉桂醯胺為較佳。
α,β-不飽和醛之具體例如丙烯醛、巴豆醛、3-甲基巴豆醛、2-戊烯醛、富馬醛、馬來醛、肉桂醛、α-甲基肉桂醛、2-甲基肉桂醛、3-甲基肉桂醛、4-甲基肉桂醛、2-羥基肉桂醛、3-羥基肉桂醛、4-羥基肉桂醛等。
其中，就原料容易取得而言，以巴豆醛、3-甲基巴豆醛、2-戊烯醛、肉桂醛為較佳。
α,β-不飽和酮之具體例如甲基乙烯酮、乙基乙烯酮、3-戊烯-2-酮、4-苯基-3-戊烯-2-酮、3-己烯-2-酮、4-己烯-3-酮、1,3-二苯基-2-丙烯酮、4-甲基-3-戊烯-2-酮、環戊烯-2-酮(=環戊烯酮)、環己烯-2-酮(=環己烯酮)、環庚烯-2-酮(=環庚烯酮)、黃萵萜酮、2(5H)-呋喃酮、3-甲基-2(5H)-呋喃酮、4-甲基-2(5H)-呋喃酮、3,5-二甲基-2(5H)-呋喃酮、5,6-二氫-2H-哌喃-2-酮、α-亞甲基-γ-丁內酯、3-甲基-2-環己烯-1-酮等。
其中，就原料容易取得而言，以甲基乙烯酮、乙基乙烯酮、環戊烯酮、環己烯酮、環庚烯酮為較佳。
本發明所得β-氫硫基羧酸類乃上述α,β-不飽和羧酸類之α位置上結合以氫原子，而β位置上結合以氫硫基而成者。
如同上述欲得目的之β-氫硫基羧酸類，只要選定相對應之α,β-不飽和羧酸類作為原料化合物就行。
較佳之β-氫硫基羧酸類乃在上述之較佳之α,β-不飽和羧酸類之β位置上結合有氫硫基(-SH)，且，鄰接於羰基(C=O)碳之α位置之碳和其旁鄰之β位置之碳以單鍵而結合之化合物。
本發明方法中所使用之硫化氫可為來源於精製石油所產生之硫化氫。或氫化硫黃所得合成硫化氫。
硫化氫可以氣體狀直接供應反應設備，或溶解於反應所使用溶劑而供應之。
該硫化氫以氣體狀供應時，可加壓硫化氫氣體而供應至反應液之上層，或經由氣體分散設備導入反應液中而供應亦行。
溶解於溶劑而供應時，供應硫化氫氣體到溶解於溶劑用混合機而溶解於反應液中。
又，為改善處理方便性，直接在反應液中產生硫化氫氣體亦可行。
換言之，將硫化鈉或氫硫化鈉、硫化銨等之硫化鹽、氫硫化鹽在反應液中加以中和而產生硫化氫氣體，藉此供應硫化氫氣體於反應液中亦可行。
所使用硫化氫量，對於1莫耳之α,β-不飽和羧酸類之碳-碳雙鍵結合而言，使用0.7~7莫耳為佳，其中，以1.0~5莫耳為較佳，1.1~4莫耳為最佳。
當硫化氫類之當量少於0.7時，副產物之硫醚化合物成為主生成物而不佳。當該當量大於7時，雖然β-氫硫基羧酸類之收率不會降低，但是未反應之硫化氫類之回收設備規模大而不實用。
反應前溶解硫化氫氣體於溶劑時，保持反應液溫度在10℃以下供應硫化氫氣體於反應液中，使之溶解為佳。
本發明反應中所使用溶劑如式(1)所示構造之化合物。
該溶劑之例如醯胺基或醯胺基之氫原子為烷基所取代之基(下文中，單併稱為醯胺基)，尿素基及尿烷基中選擇之一種以上之基存在於分子內而成之溶劑。
該溶劑可單獨使用，或2種以上混合使用，或可含有水分。
該溶劑隨硫化氫、原料用化合物之α,β-不飽和羧酸類，就其各個溶解度、反應性等加以考慮後選擇就行，其種類不受限制。
具有式(1)所示構造之溶劑，除直鏈構造之溶劑外，也可用具有環狀構造之溶劑。
該溶劑以常溫下呈現液狀之溶劑為佳，常溫下，跟液狀之分子內具有1種以上之選自醯胺基、尿素基及尿烷基之基而成溶劑混合使用時，或溶解於水而使用時，尚可使用室溫下呈現結晶狀之化合物作為溶劑。
R2
及R3
互相介由伸烷基而形成環構造之溶劑，例如N-乙醯基啉、N-乙醯基哌啶、N-乙醯基吡咯啶、N-乙醯基哌。
又，R1
及R2
介由伸烷基而形成環構造之溶劑，例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-丁基-2-吡咯烷酮、N-乙醯基-2-吡咯烷酮。
本發明反應中所用較佳溶劑之具體例如下：N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、1-乙基-2-吡咯啶酮、1-甲基-2-哌啶酮、1-丁基-2-吡咯啶酮、1-乙基-2-哌啶酮、1,3-二甲基哌啶酮、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氫-2(1H)-嘧啶酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(DMI)、1,3-二乙基-2-咪唑啶酮、2-吡咯啶酮、γ-丁內醯胺、甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N-乙基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N-乙基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺、N-甲基丙醯胺、N-乙基丙醯胺。
該等溶劑中，N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(DMI)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，就能更高收率且更高生產性地工業化生產β-氫硫基羧酸類而言最佳。
如同上述，本發明方法中，該等溶劑中可含水分。
上述溶劑中含水時，水量以1~50質量%為佳。其中，以1~30質量%為更佳，尤以10~20質量%為最佳。
溶劑用量，對於100質量份之α,β-不飽和羧酸類計，使用200~3500質量份比率為佳，其中，以300~2000質量份為較佳，尤以400~1500質量份為最佳。
當溶劑之使用量未滿200質量份時容易進行副反應，該時β-氫硫基不飽和羧酸類之收率有降低之虞。
當溶劑之使用量超過3500質量份時，副反應被抑制，β-氫硫基不飽和羧酸類之收率雖然提升，反應液濃度被稀釋，所以生產率會降低。因此，溶劑之使用量應兼顧反應收率及生產率而決定為宜。
本發明所用反應中，反應溶液中之氫離子濃度(反應液之pH)極為重要。
反應前之pH，以防止反應液中之硫化氫之氣化為目的，將含有所有原料化合物之反應液在6℃下測定之。
反應後之pH，打開反應容器，使過剩之硫化氫氣化而呈飽和狀態為止，在25℃下充分放置反應溶液後測定之。
反應前，反應後之pH分別在pH6.0~8.5範圍為佳，其中，分別在pH6.5~8.0範圍為較佳。
反應前，反應後之pH值在6.0~8.5範圍時，不必特別調整其pH，倘在範圍外時使用pH調整劑調整pH值在上述範圍內為較佳。
反應液中之pH，當放進所有原料後之pH未滿6.0時，使用含有鹼金屬或鹼土金屬之鹼性物質或有機鹼之pH調整劑而調整為佳。
當pH大於8.5時，使用礦酸或低級羧酸等所代表之有機酸調整pH為佳。
pH未滿6.0時，反應之進行遲緩，pH大於8.5時，副反應之進行快速，任何情形均使目的物之收量降低。
原因雖無定論，據推測反應液之pH未滿6.0時，較硫化氫之酸解離常數(pKa)，對應於上述pH之反應液之pKa低，所以活性種之氫硫化物陰離子(HS-
)之產生減少而造成收率降低。
反應液之pH超過8.5時，較來源於硫化氫之氫硫化物陰離子及來源於生成物之β-氫硫基羧酸類之氫硫化物陰離子之兩者之pKa，對應於上述pH之反應液之pKa變高，使任何陰離子跟原料化合物之α,β-不飽和羧酸類反應，跟硫化氫反應之α,β-不飽和羧酸類量降低，據推測可能成為收率降低之原因。
當使用鹼性物質作為pH調整劑時，可利用含有鹼金屬或鹼土金屬之鹼性物質(下文中，稱為含金屬鹼性物質)，或有機鹼物質等，當使用酸性物質作為pH調整劑時，可利用礦酸，低級羧酸等。
該含金屬鹼性物質所含有鹼金屬，例如鋰、鈉、鉀為佳。該含金屬鹼性物質所含有鹼土金屬，例如鎂及鈣為佳。該等金屬可僅單用1種，或2種以上混合使用。
該鹼金屬或鹼土類金屬可以氫氧化物、氧化物、有機金屬、烷氧基化合物、硝酸鹽、硫酸鹽、氰化物、硫化物、氫硫化物而取得，可採用其任意種類。
其中，以氫氧化物、氧化物、有機金屬、烷氧基化合物、硫化物、氫硫化物之任意種類為較佳。
該有機鹼物質一般可使用胺類，例如氨、乙胺、丙胺、二甲胺、二乙胺、二異丙胺、二丙胺、三甲胺、三乙胺、吡啶、啉均可採用，其中，以二甲胺、二乙胺、三乙胺、吡啶為較佳。
該礦酸之例如硫酸、鹽酸、硝酸等，低級羧酸之例如甲酸、乙酸等。
該醯胺系溶劑，即如同上述具有醯胺基之溶劑或醯胺基之氫原子為烷基所取代之溶劑，跟α,β-不飽和羧酸混合時，呈上述指定範圍之pH時，可直接使之反應，不須pH調整劑之添加，反應亦能進行。
另一方面，當催化劑量之pH調整劑存在時，可加速反應，因此，添加少量之pH調整劑為較佳。
pH調整劑之添加量，對於1莫耳之原料用α,β-不飽和羧酸類計，一般，使用0.01~0.3當量左右，在該範圍下，反應能快速進行。
其原因雖未詳，據推測pH調整劑之金屬類或有機鹼類可促進氫硫化物陰離子之產生而作用，所以較之僅添加溶劑時，可提升其反應性所造成。
反應溶液中之α,β-不飽和羧酸類之濃度以3~35質量%為佳，其中以5~30質量%為較佳，尤以7~20質量%為最佳。
當反應濃度未滿3質量%時，反應之進行非常遲緩，相反地，反應濃度高於35質量%時，產生副反應而招致收率之降低。
反應溫度在70~200℃為佳。其中，以90~150℃為較佳，尤以95~120℃為最佳。
當反應溫度未滿70℃時，反應進行遲緩，相反地，超過200℃時，發生副反應而收率有時會降低。
因為加熱而會發生揮發性氣體，為防止有機溶劑或硫化氫氣體之釋出反應系，使用封閉性反應器為宜。
就反應溫度而言，雖然其因未詳，據推測70℃未滿時，超過反應之活化能困難，其結果，反應無法有效率地進行所造成。
當反應溫度超過200℃時，硫化氫對於α,β-不飽和羧酸類之加成反應，以及由反應所產生之β-氫硫基羧酸類對於α,β-不飽和羧酸類之加成反應，皆會超過其活化能，所以兩反應同時進行，其結果成為兩反應之競相反應，而造成反應收率降低。
反應時間可設定在0.1~12小時範圍。一般，反應在2~8小時就終止。
例如以巴豆酸類為原料化合物反應時，通常，在4小時左右，原料之轉換率可達95%以上。
反應終點，例如可藉高速液相層析儀(HPLC)，氣相層析儀(GC)等分析原料化合物之轉換率以及β-氫硫基羧酸類在反應液中之濃度而判斷之。
反應壓力以0.1~3MPa為佳。其中，以0.2~2MPa為較佳，尤以0.4~1.5MPa為最佳。
當反應壓力未滿0.1MPa時，反應進行遲緩，相反地，超過3MPa時，就反應裝置之設備管理或安全性而言，不適妥。
從反應結束之反應系精製(分離)β-氫硫基羧酸類之方法，雖無特別限制，但就抑制從反應液中產生廢液，縮短工程之觀點而言，以直接蒸餾反應液或利用再結晶之精製法為較佳。
例如過濾去除不溶於溶劑之固形物後，將整體反應混合物蒸餾之方法(直接蒸餾法)可供採用。其他方法，例如加入乙酸乙酯或甲苯等有機溶劑於反應混合物中，萃取β-氫硫基羧酸類，繼之，分離成有機相及水相，再蒸餾有機相之方法(萃取蒸餾法)等亦可採用。
本發明中，不依賴β-氫硫基羧酸類之物性，可採用任意方法，唯當水溶性高之β-氫硫基羧酸類時，宜採用直接蒸餾法，可藉有機溶劑萃取之β-氫硫基羧酸類時，採用萃取蒸餾法為佳。
當利用直接蒸餾法處理含有β-氫硫基羧酸類之反應液時，作為pH調整劑使用之鹼金屬或鹼土類金屬之氫氧化物或氧化物或有機鹼，可能和β-氫硫基羧酸反應而形成β-氫硫基羧酸鹽。
當形成β-氫硫基羧酸鹽時，蒸餾回收量會降低。為避免該現象，可添加和所用pH調整劑同量至稍過多量之硫酸、硝酸或鹽酸等，使反應液變成酸性後再蒸餾為佳。
又，從α,β-不飽和羧酸或α,β-不飽和羧酸醯胺合成之β-氫硫基羧酸或β-氫硫基羧酸醯胺中也有高結晶性之化合物。
當所產生β-氫硫基羧酸或β-氫硫基羧酸醯胺之結晶性高時，可利用對所產生β-氫硫基羧酸類親和性高之溶劑萃取，繼之，經結晶化處理而精製(分離)目的之β-氫硫基羧酸類。
蒸餾精製時，所使用於蒸餾之蒸餾設備並無特別限制，可採用分批式蒸餾設備，連續式蒸餾設備，塔型式蒸餾設備等周知之蒸餾設備。
工業上大量蒸餾時，就品質之安定化及提升生產力之觀點而言，使用由加熱器，精餾塔及冷凝器所構成之連續式蒸餾設備為佳。
一般，所目的之β-氫硫基羧酸類在常溫下呈現固體之化合物，可適用再結晶法。
該再結晶法可採用對於β-氫硫基羧酸類溶解度低之弱溶劑進行弱溶劑晶析法，或利用添加酸或鹼之中和晶析法，或採用冷卻反應液之冷卻晶析法等任意形態。
藉由滿足上述條件，可高生產效率製造得β-氫硫基羧酸類。
本發明藉實施例、比較例及實驗例更具體說明如下。唯本發明不侷限於該等實施例之範圍。
又，下列例舉中，倘若無特別說明，%乃以質量為準。
另外，反應開始時間及壓力以到達所定溫度時為反應開始時間，以該時之壓力為反應開始壓力而記載之。
又，反應時間指到達所定溫度時起算之經過時間。
又，對於巴豆酸之硫化氫當量數乃指對於1當量巴豆酸所用硫化氫之當量數。
又，對於巴豆酸之鹼當量數乃指對於1當量巴豆酸之鹼(pH調整劑)之當量數。
又，「pH」使用下列pH儀測定之。
pH儀：東京玻璃機械公司製品，數位pH調控器FD-02型。
pH電極：東京玻璃機械公司製品，pH調控器用電極，CE-108C型。
下列實施例中，各成分乃藉高速液相層析分析(簡稱為HPLC分析)法測定，其分析條件如下：分離管：昭和電工公司製品，Shodex NN-814(長20cm、內徑0.5cm)、分離管溫度：40℃、洗提液：0.1%磷酸(H3
PO4
)，8mM-磷酸二氫鉀(KH2
PO4
)、流量：1.5mL/min、檢測法：RI、UV(檢測波長：210nm)。
材質為哈斯特羅C(商標名稱)之500ml容量之高壓釜中，添加N,N-二甲基甲醯胺(357g，日本純正化學公司製品)，再添加巴豆酸(34.0g，0.40莫耳，日本東京化成工業公司製品)及pH調整用之鹼之10%氫氧化鈉水溶液(以離子交換水蒸餾而得精製水溶解固體之氫氧化鈉而得)4.7g，在室溫下攪拌成為均一溶液。
保持液溫在2~7℃範圍下，使吸收硫化氫(26.9g，0.79莫耳，對於巴豆酸之硫化氫當量數為2.0，日本住友精化公司製品)。
又，吸收硫化氫之後之溶液中插入pH電極，測定6℃下之pH，其結果為pH7.3。
然後，保持高壓釜為封閉狀，提升至100℃溫度下反應5小時。
反應結束後，冷卻反應器至25℃，繼之，採樣高壓釜內之溶液，用HPLC分析而確認產生3-氫硫基丁酸(40g，0.33莫耳，收率為84%)。巴豆酸之轉換率為99%。
又，反應開始時之壓力為0.5MPa，反應結束時之壓力為0.4MPa，打開反應設備，測定硫化氫尚溶存狀態之反應液之pH，25℃下為pH6.7。
巴豆酸，溶劑及硫化氫等量(對於巴豆酸之硫化氫當量數)皆未變，僅改變溶劑種類及反應溫度而檢討之。
換言之，按照表1中所記載溶劑種類，硫化氫量(對於巴豆酸之硫化氫當量數)及反應溫度以外，皆依照實施例1相同方法進行反應。其結果示於表1中。
未改變巴豆酸量及溶劑量，而改變溶劑種類，硫化氫量(對於巴豆酸之硫化氫當量數)及反應溫度而進行檢討。
換言之，按照表1中所記載使用溶劑種類，硫化氫量(對於巴豆酸之硫化氫當量數)及反應溫度之外，皆按照實施例1相同方法進行反應。其結果示於表1中。
材質為哈斯特羅C(商標名稱)之500ml容量之高壓釜中，放入N-甲基吡咯烷酮(303g，純正化學公司製品)，精製水(54g)，再添加巴豆酸(34.0g，0.40莫耳)及調整pH用鹼之10%氫氧化鈉水溶液(以精製水溶解固體之氫氧化鈉而成溶液)4.7g，在室溫下攪拌成為均一溶液。溶劑中之水量為16.1%。
保持溶液溫度在2~7℃範圍，使之吸收硫化氫(26.9g，0.79莫耳，對於巴豆酸之硫化氫當量為2.0，住友精化公司製品)。
又，插入pH電極於吸收硫化氫後之溶液，在6℃下測定pH，結果為pH7.3。
然後，高壓釜保持封閉狀態下，提升至100℃而反應5小時。
反應結束後，冷卻反應器至25℃，繼之，採樣高壓釜內之溶液，藉HPLC分析結果確認生產得3-氫硫基丁酸(39g，0.33莫耳，收率為82%)。巴豆酸之轉換率為97%。
又，反應壓力開始為0.5MPa，反應結束時為0.4MPa，打開反應設備，測定溶存有硫化氫狀態之反應液之pH，其結果在25℃下為pH6.7。
未改變巴豆酸量及溶劑量，而改變鹼(pH調整劑)之種類及對於巴豆酸之鹼當量加以檢討。
換言之，按照表2所記載使用鹼(pH調整劑)之種類及鹼量(對於巴豆酸之鹼當量)以外，皆按照實施例6相同方法進行反應。其結果示於表2中。
未改變巴豆酸量及溶劑量，僅改變鹼量而進行檢討。
換言之，按照表3中所記載使用鹼量(對於巴豆酸之鹼當量)之外，皆按照實施例6相同方法進行反應。其結果示於表3。
未改變溶劑量，而依照表4中所記載之巴豆酸量進行檢討。又，未改變鹼量(對巴豆酸之鹼當量)及硫化氫量(對巴豆酸之硫化氫當量數)而實施之。
換言之，按照表4中所記載使用巴豆酸量之外，其他皆按照實施例6相同方法進行反應。其結果示於表4中。
材質為哈斯特羅C(商標名稱)之500ml容量之高壓釜中，加入N-甲基吡咯烷酮(242g)，精製水(44g)，再添加巴豆酸(59g，0.69莫耳)及10%氫氧化鈉水溶液(以精製水溶解固體之氫氧化鈉而成溶液)8.5g後，在室溫下攪拌成為均一溶液。
保持該溶液之溫度在2~7℃範圍下，使之吸收硫化氫(48g，1.4莫耳，對巴豆酸之硫化氫當量為2，住友精化公司製品)。
又，吸收硫化氫後之溶液中插入pH電極，在6℃下測定pH為7.3。
然後，保持高壓釜在封閉狀態下，提升至70℃而反應4小時。
反應結束後，冷卻反應器至25℃，繼之，自高壓釜內之溶液採樣，以HPLC分析而確認產生3-氫硫基丁酸(48.6g，0.40莫耳，收率為59%)。巴豆酸之轉換率為65%。
又，反應開始時其壓力為1.2MPa，結束時為0.8MPa，打開反應設備，殘留溶存硫化氫之狀態下，測定反應液之pH，其結果在25℃下為pH6.8。
未改變巴豆酸量及溶劑量，僅改變反應溫度而進行檢討。
換言之，按照表5中所記載之反應溫度之外，皆按照實施例22相同方法進行反應。其結果示於表5中。
材質為哈斯特羅C(商標名稱)之500ml容量之高壓釜中加入N-甲基吡咯烷酮(357g)及精製水(55.1g)，然後，添加巴豆酸(5.7g，0.066莫耳)及10%氫氧化鈉水溶液(以精製水溶解固體之氫氧化鈉而成溶液)0.3g，在室溫下攪拌成為均一溶液。
保持溶液溫度在2~7℃範圍下，使之吸收硫化氫(4.5g，0.13莫耳，對巴豆酸之硫化氫當量為2.0，住友精化公司製品)。
又，吸收硫化氫後之溶液中插入pH電極，在6℃下測定其pH結果為7.2。
然後，封閉高壓釜，提升至130℃下反應4小時。
反應結束後，冷卻反應器至25℃，繼之，自高壓釜內溶液採樣，用HPLC分析而確認產生3-氫硫基丁酸(6.0g，0.050莫耳，收率為75%)。巴豆酸之轉換率為80%。
又，反應開始時之壓力為0.13MPa，結束時為0.06MPa，打開反應設備，殘留溶存有硫化氫之反應液之pH，在25℃下為pH7.1。
未改變巴豆酸量及溶劑量，僅改變硫化氫量(對於巴豆酸之硫化氫當量數)而進行檢討。
換言之，按照表6所記載使用硫化氫量(對巴豆酸之硫化氫當量數)之外，皆按照實施例25相同方法進行反應。其結果示於表6中。
依照本發明方法，可高純度製造β-氫硫基羧酸類。藉由本發明方法所製得β-氫硫基羧酸類可提供高分子化合物之添加劑或其他反應性化合物之製造原料等有益用途。
Claims (10)
- 一種β-氫硫基羧酸類之製造方法，其係先調製由硫化氫、溶劑、及選擇自α,β-不飽和羧酸、α,β-不飽和羧酸酯、α,β-不飽和醯胺、α,β-不飽和醛及α,β-不飽和酮之任意之α,β-不飽和羧酸類所構成之溶液，或先調製由硫化氫、溶劑、pH調整劑、及選擇自α,β-不飽和羧酸、α,β-不飽和羧酸酯、α,β-不飽和醯胺、α,β-不飽和醛及α,β-不飽和酮之任意之α,β-不飽和羧酸類所構成之溶液，繼之，在70~200℃範圍下加熱該溶液，使上述任意之α,β-不飽和羧酸類與上述硫化氫反應，而製造相對應於上述α,β-不飽和羧酸類之選擇自β-氫硫基羧酸、β-氫硫基羧酸酯、β-氫硫基醯胺、β-氫硫基醛及β-氫硫基酮等之β-氫硫基羧酸類的任意一種之β-氫硫基羧酸類之製造方法；其中該溶液在該任意之α,β-不飽和羧酸類與硫化氫之反應前在6℃下所測定pH值在6.0~8.5範圍；該pH調整劑係選自礦酸、低級羧酸、鹼性物質及有機鹼物質；該鹼性物質含有鹼金屬或鹼土類金屬，該有機鹼物質為選自氨、乙胺、丙胺、二甲胺、二乙胺、二異丙胺、二丙胺、三甲胺、三乙胺、吡啶、啉；該溶劑係下式(1)所示之化合物，或下述(1)所示之化合物與水之混合溶劑；
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該反應係在90~150℃範圍下進行。
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該混合溶劑中所含水分係1~50質量%。
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該式(1)所示化合物係選擇自N-甲基甲醯胺(MFA)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N-乙基甲醯胺(EFA)、N,N-二乙基甲醯胺(DEF)、N,N-二甲基乙醯胺(DMA)、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(DMI)及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中之一種以上者。
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該α,β-不飽和羧酸類係α,β-不飽和羧酸或α,β-不飽和羧酸酯。
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該α,β-不飽和羧酸係丙烯酸、甲基丙烯酸、巴 豆酸、2-戊烯酸、肉桂酸、2-甲基肉桂酸、3-甲基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、2,3-二甲基肉桂酸、2,4-二甲基肉桂酸、3,4-二甲基肉桂酸、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、4-羥基肉桂酸、2,3-二氫肉桂酸、2,4-二氫肉桂酸、3,4-二氫肉桂酸、2-己烯酸、4-甲基-2-戊烯酸之任意者。
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該α,β-不飽和羧酸酯係選擇自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、巴豆酸丙酯、巴豆酸丁酯、2-戊烯酸甲酯、2-戊烯酸乙酯、2-戊烯酸丙酯、2-戊烯酸丁酯之任意者。
- 如申請專利範圍第1項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該α,β-不飽和酮係環戊烯酮、環己烯酮、環庚烯酮之任意者。
- 如申請專利範圍第5項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該α,β-不飽和羧酸係丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、肉桂酸、2-甲基肉桂酸、3-甲基肉桂酸、4-甲基肉桂酸、2,3-二甲基肉桂酸、2,4-二甲基肉桂酸、3,4-二甲基肉桂酸、2-羥基肉桂酸、3-羥基肉桂酸、4-羥基肉桂酸、2,3-二氫肉桂酸、2,4-二氫肉桂酸、3,4-二氫肉桂酸、2-己烯酸、4-甲基-2-戊烯酸之任意者。
- 如申請專利範圍第5項之β-氫硫基羧酸類之製造方法，其中該α,β-不飽和羧酸酯係選擇自丙烯酸甲酯、 丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、巴豆酸丙酯、巴豆酸丁酯、2-戊烯酸甲酯、2-戊烯酸乙酯、2-戊烯酸丙酯、2-戊烯酸丁酯之任意者。
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