TWI656119B

TWI656119B - １，２，３，５，６－五硫雜環庚烷的製造方法

Info

Publication number: TWI656119B
Application number: TW107101985A
Authority: TW
Inventors: 棚木宏幸; 山本良亮; 堀越裕
Original assignee: 日商三菱瓦斯化學股份有限公司
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2019-04-11
Also published as: TW201838980A; US10472343B2; CN108633276A; CN108633276B; EP3398943A4; EP3398943A1; US20190040035A1; EP3398943B1; JP6399257B1; WO2018135417A1; JPWO2018135417A1; KR101942059B1; KR20180090901A

Abstract

依據本發明係可提供一種具有A步驟及B步驟之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，　　A步驟：使四硫代碳酸鹽於質子性溶媒中合成之步驟；　　B步驟：使四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應於混合溶媒(質子性溶媒與非質子性溶媒的質量比為13：87~38：62)中進行之步驟。

Description

１，２，３，５，６－五硫雜環庚烷的製造方法

本發明係關於製造高純度之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷之方法。

1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷(以下，亦以有以「香菇香精」表示)係於光學材料用途(專利文獻1)及醫療用途(專利文獻2)為有效，為受期待用於廣泛用途之化合物。　　作為香菇香精的合成方法，例如已知有以二甲基二硫作為起始原料之方法(非專利文獻1)。此方法中，反應後由於成為含有香菇香精之油狀的溶液，故有必要使用管柱色層分析法來精製，於工業上為不利。又，不得不將工業上難以取得之二甲基二硫作為原料來使用。　　又，已知有將硫化鈉作為起始原料，於乙醇溶媒中，使其與二碘甲烷、二溴甲烷共同反應之方法(非專利文獻2)。此方法之精製亦需要管柱色層分析法，於工業上為不利。

一般而言，已知二硫化物或三硫化物係容易經鍵結、切斷。香菇香精由於具有雙硫及三硫鍵結，此等的鍵結若被切斷，則聚合體化將進行，成為不溶性的多硫化物化合物。　　若反應系內不溶性的多硫化物化合物大量生成，不僅變得不易洗淨且工業化困難，由於最終將混入香菇香精中，故獲得高純度的香菇香精將變得困難。此多硫化物的生成使公知的香菇香精合成中之精製變得困難。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許4573148 　　[專利文獻2]WO2005/034974 [非專利文獻]

[非專利文獻1]Tetrahedron.lett_1981_22_1939 　　[非專利文獻2]SPECIALITY PETROCHEMICALS 2005 p22

[發明所欲解決之課題]

本發明之課題在於提供一種抑制不溶性的多硫化物化合物之生成，並簡便製造高純度的香菇香精之方法。 [解決課題之手段]

本發明者積極檢討之結果，發現藉由使四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應於特定溶媒中進行，可解決上述課題。　　亦即，本發明係如同下述內容。

[1]　一種具有A步驟及B步驟之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，　　A步驟：使四硫代碳酸鹽於質子性溶媒中合成之步驟；　　B步驟：使四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應於混合溶媒(質子性溶媒與非質子性溶媒的質量比為13：87~38：62)中進行之步驟。　　[2]　如[1]所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述質子性溶媒係含有醇前述質子性溶媒係含有醇。　　[3]　如[1]所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述質子性溶媒係含有乙醇。　　[4]　如[1]~[3]中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述非質子性溶媒係含有芳香族烴。　　[5]　如[1]~[3]中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述非質子性溶媒係含有甲苯。　　[6]　如[1]~[5]中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述四硫代碳酸鹽為四硫代碳酸鈉。　　[7]　如[1]~[6]中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述二鹵甲烷係含有二溴甲烷或二碘甲烷。　　[8]　如[1]~[7]中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，係使前述A步驟及B步驟依序進行。 [發明之效果]

依據本發明，可抑制不溶性的多硫化物化合物之生成，並簡便製造高純度的香菇香精。藉由使用此高純度的香菇香精，使光學材料的性能提升等，可適宜用於種種用途。

本發明之香菇香精的製造方法，具有下述A步驟及B步驟。　　A步驟：使四硫代碳酸鹽於質子性溶媒中合成之步驟；　　B步驟：使四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應於混合溶媒(質子性溶媒與非質子性溶媒的質量比為13：87~38：62)中進行之步驟。　　以下，針對此等A步驟、B步驟進行詳細說明。

＜關於A步驟：使四硫代碳酸鹽於質子性溶媒中合成之步驟＞ [四硫代碳酸鹽] 　　本發明所使用之四硫代碳酸鹽係由M₂ CS₄ (M為陽離子物種)表示之化合物。作為較佳之具體例，可列舉為四硫代碳酸鈉、四硫代碳酸鉀及四硫代碳酸鋰，由原料為工業上容易取得且合成簡便之理由，更佳為由下述結構式表示之四硫代碳酸鈉。

[質子性溶媒] 　　於A步驟之質子性溶媒若為可與B步驟使用之非質子性溶媒混合之溶媒則可使用。　　作為具體例可列舉出水、甲醇、乙醇、n-丙醇、異丙醇、n-丁醇、異丁醇、t-丁醇、n-戊醇、新戊醇、n-己醇、n-庚醇、n-辛醇、n-壬醇、n-癸醇、乙二醇及丙二醇，其中甲醇、乙醇及異丙醇係由於後述之硫化鹽的溶解性高故較佳，特佳為乙醇。係可組合此等之2種以上使用。　　於A步驟之質子性溶媒的使用量，較佳係相對硫化鹽為5~40質量倍之範圍，由生產效率與反應性的觀點來看更佳為10~30質量倍之範圍。

[四硫代碳酸鹽的合成方法] 　　四硫代碳酸鹽係藉由將硫化鹽、二硫化碳及硫磺於質子性溶媒中反應而獲得。作為硫化鹽，作為具體例可舉出硫化鈉、硫化鉀及硫化鋰。　　例如，使硫化鈉及二硫化碳於乙醇中反應，合成三硫代碳酸鈉，藉由於此添加硫磺可輕易合成四硫代碳酸鈉。　　二硫化碳的使用量較佳係相對硫化鹽為0.5~1.5莫耳當量之範圍，由於可抑制副反應的進行，故更佳為0.8~1.2莫耳當量之範圍。　　硫磺的使用量係較佳相對硫化鹽為0.5~1.5莫耳當量之範圍，由於可抑制副反應的進行，故更佳為0.8~1.2莫耳當量之範圍。　　反應溫度為-10~60℃之範圍，由反應時間與反應產率之觀點來看較佳為20~40℃之範圍。

＜關於B步驟：使四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應於混合溶媒(質子性溶媒與非質子性溶媒的質量比為13：87~38：62)中進行之步驟＞ [四硫代碳酸鹽] 　　B步驟中之四硫代碳酸鹽為藉由A步驟所獲得者，亦可由A步驟依照順序連同反應液使用。

[二鹵甲烷] 　　本發明所使用之所謂二鹵甲烷，係為二氯甲烷、二溴甲烷、二碘甲烷、氯溴甲烷、氯碘甲烷及溴碘甲烷，由反應性的觀點來看較佳為二溴甲烷及二碘甲烷，特佳為二溴甲烷。　　二鹵甲烷的使用量較佳係相對於四硫代碳酸鹽為0.5~1.5莫耳當量之範圍，由於可抑制副反應的進行，故更佳為0.8~1.2莫耳當量之範圍內。

[質子性溶媒] 　　於B步驟之質子性溶媒，可由A步驟中所使用之質子性溶媒中選擇。又，亦可就這樣使用A步驟的質子性溶媒，依照順序進行反應。　　於B步驟之質子性溶媒的使用量，較佳係相對於四硫代碳酸鹽為5~40質量倍之範圍，而由生產效率與反應性的觀點來看，更佳為10~30質量倍之範圍。

[非質子性溶媒] 　　非質子性溶媒可列舉出烴、芳香族烴、醚、酯、腈、酮、醯胺及鹵素系溶媒。此等之中，由於香菇香精的反應產率高，且反應結束後容易將溶媒去除，故較佳為烴、芳香族烴及醚溶媒，更佳為環狀化合物，特佳為苯、甲苯及四氫呋喃，由產率的觀點來看最佳為甲苯。可組合此等之2種以上使用。

[四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應] 　　四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應係於質子性溶媒與非質子性溶媒的混合溶媒中進行。質子性溶媒與非質子性溶媒的質量比為13：87~38：62，較佳為15：85~30：70。質子性溶媒若過多則將生成不溶性的多硫化物化合物，非質子性溶媒若過多則反應將不發生。　　混合溶媒的使用量係較佳為相對於四硫代碳酸鹽為5~40質量倍之範圍，由生產效率與反應性的觀點來看更佳為10~30質量倍。

四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應溫度，較佳為-10~60℃之範圍，更佳為20~40℃之範圍。溫度若過低則反應慢，又，溫度過高則副反應會變得容易發生。

四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應後，添加酸水溶液，終止反應。酸水溶液，若為酸性水溶液則皆可使用，然而於工業上廉價之硫酸、鹽酸、硝酸及磷酸係可適宜使用。

又，終止後係可進行精製。於本發明中，較佳係於反應系內不溶性的多硫化物化合物的生成係幾乎未被確認，並可藉由晶析操作簡易地取得高純度的香菇香精。 [實施例]

以下，係藉由實施例具體地說明本發明，然而只要能夠本發明之效果能夠奏效，則可適宜地變更實施形態。

[香菇香精的分析方法] 　　分析係使用液相色譜法，並使用ODS管柱(管柱：一般財團法人科學物質評價研究機構VP-ODS、管柱尺寸4.6f×150mm)。　　使用RI偵檢器，將以原料二溴甲烷的莫耳比作為基準之香菇香精的生成產率算出。 [液相色譜法條件] 　　烤箱溫度：40℃ 　　溶離液：乙腈/蒸餾水(容積比)＝50/50 　　溶液調製：將樣品5mg，以0.1%甲酸溶液(乙腈溶媒)10ml稀釋作為分析試料。

[不溶之多硫化物化合物量的測定方法] 　　香菇香精係易溶於甲苯，而多硫化物化合物不溶於甲苯。因此，將終止後反應系內經確認之固體經由過濾進行回收，添加甲苯50ml，進一步實施水洗之後，將甲苯中的不溶物經由過濾進行回收並乾燥，之後進行質量測定。

[實施例1] [溶媒：乙醇：甲苯＝26.4：73.6] 　　將硫化鈉5.9g(76mmol)溶解於乙醇120g中，添加二硫化碳5.8g(76mmol)，於35℃反應20分鐘。藉由於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃反應1小時，來調製四硫代碳酸鈉之乙醇溶液。　　接下來，於二溴甲烷13.2g(76mmol)中添加甲苯334g以稀釋。將事先調製之四硫代碳酸鈉的乙醇溶液滴入二溴甲烷的甲苯溶液中，於35℃下進行反應。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為33mol%，經過20小時後為43mol%。經過20小時後，添加1N硫酸水溶液100g使反應終止。藉由此操作，分離為水層與有機層之2層。將有機層以100ml離子交換水進行3次洗淨。未確認到各步驟中的多硫化物化合物。

[實施例2] [溶媒：乙醇：甲苯＝26.5：73.5] 　　於硫化鈉5.9g(76mmol)添加乙醇30g，並滴入二硫化碳5.8g(76mmol)，於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃下反應1小時。於所獲得之黃色的漿料溶液中添加甲苯83g，滴入二溴甲烷13.2g(76mmol)，並於35℃下進行反應。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為46mol%，經過20小時後為45mol%。經過20小時後，進行與實施例1相同之操作。未確認到各步驟中的多硫化物化合物。

[實施例3] [溶媒：乙醇：甲苯＝13.2：86.8] 　　所使用之溶媒為乙醇15g、甲苯99g以外，與實施例2以相同條件進行反應。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為10mol%，經過20小時後為30mol%。未確認到各步驟中的多硫化物化合物。

[實施例4] [溶媒：甲醇：甲苯＝26.4：73.6] 　　所使用之溶媒為甲醇120g、甲苯334g以外，與實施例1以相同條件進行反應。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為34mol%，經過20小時後為30mol%。未確認到各步驟中的多硫化物化合物。

[實施例5] [溶媒：乙醇：甲苯＝35.4：64.6] 　　於硫化鈉5.9g(76mmol)添加乙醇40g，滴入二硫化碳5.8g(76mmol)，並於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃下反應1小時。於所獲得之黃色的漿料溶液中添加甲苯73g，滴入二溴甲烷13.2g(76mmol)，並於35℃下進行反應。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為43mol%，經過20小時後為40mol%。經過20小時後，進行與實施例1相同之操作。未確認到各步驟中的多硫化物化合物。

[實施例6] [溶媒：乙醇：甲苯＝26.7：73.3] 　　於硫化鈉90g(1.15mol)添加乙醇455g，於30℃攪拌1小時。進一步添加二硫化碳87.9g(1.15mol)，並於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺36.7g(1.14mol)，並進一步於35℃下反應1小時。於所獲得之黃色的漿料溶液中添加甲苯1250g後，滴入二溴甲烷198g(1.15mmol)，於35℃反應20小時。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為40mol%，經過20小時後為43mol%。經過20小時後，添加1N硫酸水溶液750g使反應終止，去除水層，並進一步以離子交換水350ml進行2次洗淨。將甲苯層進行分液，使用蒸發器於30~40torr、40℃之條件下，濃縮至成為100ml為止。一邊攪拌一邊冷卻至0~-1℃為止來進行晶析操作。將所獲得之固體過濾並乾燥，取得純度99%之香菇香精31.9g(分離產率29.4mol%)。未確認到各步驟中的多硫化物化合物。

[比較例1] [溶媒：乙醇100%條件] 　　依循中國文獻(中國調味品(CHINA CONDIMENT)2005年9月，No9，p25)，進行香菇香精的合成。　　亦即，將硫化鈉5.9g(76mmol)溶解於乙醇67g，添加二硫化碳5.8g(76mmol)，並於35℃反應20分鐘。藉由於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃反應1小時，來調製四硫代碳酸鈉之乙醇溶液。　　於二溴甲烷13.2g(76mmol)中添加乙醇18g以稀釋。於事先調製之四硫代碳酸鈉的乙醇溶液中滴入二溴甲烷的乙醇溶液，並於35℃下進行反應。　　香菇香精的生成產率係經過3小時後為5mol%，經過20小時後為4mol%。經過20小時後，添加1N硫酸水溶液100g使反應終止，並以100ml離子交換水進行3次洗淨。殘餘物為黃色的油狀化合物，添加甲苯100g之結果，使不溶性的成分大量的產生。質量測定之結果為2.1g。藉由IR測定確認為多硫化物化合物。　　與實施例6實施相同的晶析操作之結果，係粗結晶中含有多硫化物化合物，而無法藉由晶析獲得高純度品。

[比較例2] [溶媒：乙醇100%條件] 　　將硫化鈉5.9g(76mmol)溶解於乙醇120g中，添加二硫化碳5.8g(76mmol)，於35℃反應20分鐘。藉由於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃反應1小時，來調製四硫代碳酸鈉之乙醇溶液。　　於二溴甲烷13.2g(76mmol)中添加乙醇302g以稀釋。將事先調製之四硫代碳酸鈉的乙醇溶液滴入二溴甲烷的乙醇溶液，於35℃下進行反應之結果，香菇香精的生成產率係經過3小時後為23mol%，經過20小時後為23mol%。經過20小時後，添加1N硫酸水溶液100g使反應終止，添加甲苯100g並萃取，並以100ml離子交換水進行3次洗淨。　　將甲苯溶液濃縮至12g後，與實施例6實施相同的晶析操作之結果，雖獲得粗結晶1.1g(純度95%)，然而粗結晶中含有2.3g的多硫化物化合物，而無法藉由晶析獲得高純度品。

[比較例3] [溶媒：甲醇100%條件] 　　將所使用之溶媒由乙醇變更為甲醇以外，與比較例2進行相同操作。香菇香精的生成產率係經過3小時後為17mol%，經過20小時後為9mol%。與實施例6實施相同的晶析操作之結果，係粗結晶中含有多硫化物化合物，而無法藉由晶析獲得高純度品。多硫化物化合物為1.6g。

[比較例4] [溶媒：甲苯100%條件] 　　將四硫代碳酸鈉的乙醇溶液以與比較例2相同的手法調合，將溶媒之乙醇以蒸發器去除。添加甲苯120g，調合四硫代碳酸鈉之懸濁液。將二溴甲烷13.2g(76mmol)以甲苯334g稀釋，添加於四硫代碳酸鈉的甲苯溶液中，於35℃下進行反應。於3小時後及20小時後，香菇香精的生成係未被確認。由於四硫代碳酸鈉不溶解於甲苯，故被認為係未進行反應者。

[比較例5] [溶媒：乙醇：甲苯＝67.4：32.6] 　　將硫化鈉5.9g(76mmol)溶解於乙醇87g中，添加二硫化碳5.8g(76mmol)，並於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃下反應1小時。於此溶液中添加甲苯42g，滴入二溴甲烷13.2g(76mmol)，並於35℃下進行反應。香菇香精的生成產率係經過3小時後為19mol%，經過20小時後為13mol%。與實施例6實施相同的晶析操作之結果，係粗結晶中含有多硫化物化合物，而無法藉由晶析獲得高純度品。多硫化物化合物為4.0g。

[比較例6] [溶媒：乙醇：甲苯＝50：50] 　　將硫化鈉5.9g(76mmol)溶解於乙醇57g中，添加二硫化碳5.8g(76mmol)，並於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃下反應1小時。於此溶液中添加甲苯57g，滴入二溴甲烷13.2g(76mmol)，並於35℃下進行反應。香菇香精的生成產率係經過3小時後為33mol%，經過20小時後為22mol%。與實施例6實施相同的晶析操作之結果，係粗結晶中含有多硫化物化合物，而無法藉由晶析獲得高純度品。多硫化物化合物為2.8g。

[比較例7] [溶媒：乙醇：甲苯＝40：60] 　　將硫化鈉5.9g(76mmol)溶解於乙醇48g中，添加二硫化碳5.8g(76mmol)，並於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃下反應1小時。於此溶液中添加甲苯72g，滴入二溴甲烷13.2g(76mmol)，並於35℃下進行反應。香菇香精的生成產率係經過3小時後為41mol%，經過20小時後為33mol%。與實施例6實施相同的晶析操作之結果，係粗結晶中含有多硫化物化合物，而無法藉由晶析獲得高純度品。多硫化物化合物為0.5g。

[比較例8] [溶媒：乙醇：甲苯＝6：94] 　　於硫化鈉5.9g(76mmol)中添加乙醇7g，滴入二硫化碳5.8g(76mmol)，於35℃下反應1小時。於所獲得之反應液中添加硫磺2.4g(76mmol)，並進一步於35℃下反應1小時。於反應後之黃色的漿料溶液中添加甲苯109g，滴入二溴甲烷13.2g(76mmol)，並於35℃下進行反應。香菇香精的產率係經過3小時後為5mol%，經過20小時後為15mol%。經過20小時後，與比較例1實施相同操作之結果，不溶於甲苯之多硫化物化合物係完全未被確認。雖與實施例6實施相同的晶析操作，由於產率低，故無法藉由晶析獲得高純度品。

Claims

一種具有A步驟及B步驟之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，A步驟：使四硫代碳酸鹽於質子性溶媒中合成之步驟；B步驟：使四硫代碳酸鹽與二鹵甲烷之反應於混合溶媒中進行之步驟，前述混合溶媒中，前述質子性溶媒與前述二鹵甲烷以外之非質子性溶媒的質量比為13：87~38：62。
如請求項1所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述質子性溶媒係含有醇。
如請求項1所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述質子性溶媒係含有乙醇。
如請求項1~3中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述非質子性溶媒係含有芳香族烴。
如請求項1~3中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述非質子性溶媒係含有甲苯。
如請求項1~3中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述四硫代碳酸鹽為四硫代碳酸鈉。
如請求項1~3中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，前述二鹵甲烷係含有二溴甲烷或二碘甲烷。
如請求項1~3中任一項所記載之1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷的製造方法，係使前述A步驟及B步驟依序進行。