WO2002050026A1 - Synthèse du lactame - Google Patents
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- C07D201/00—Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
- C07D201/02—Preparation of lactams
- C07D201/08—Preparation of lactams from carboxylic acids or derivatives thereof, e.g. hydroxy carboxylic acids, lactones or nitriles
Definitions
- the present invention relates to a method for synthesizing a lactam from an amino acid under high temperature and high pressure, and more particularly to a method for synthesizing or producing a lactam by reacting an amino acid under high temperature and high pressure water conditions.
- the present invention makes it possible to synthesize or produce lactams continuously or in batches at high temperature and high pressure without using a ring-closing agent, catalyst or organic solvent in the synthesis process using amino acids as reaction substrates. It provides a method that is suitable and useful as industrial technology. Background art
- Cyclic amides of aminocarboxylic acids are lactams.
- ⁇ -caprolactam which is used as a raw material for nylon, is produced by the Beckmann transfer method by boiling cyclohexanone oxime in concentrated sulfuric acid. It is known that this method reacts under severe conditions, and there is a problem in the treatment of ammonium sulfate, a by-product, as well as the danger of equipment corrosion and the manufacturing process.
- the present invention provides a method for synthesizing a lactam under high-temperature and high-pressure water and a method for producing the lactam.
- the present invention provides a method for synthesizing a lactam, which comprises synthesizing a lactam by reacting an amino acid under high-temperature and high-pressure water conditions, in a temperature range of 200 ° C. or more and a pressure range of 1 O MPa or more. It has the characteristic of cyclizing amino acids under certain high-temperature and high-pressure water conditions to synthesize lactams at high speed, and synthesizing lactams by reacting amino acids under high-temperature and high-pressure water conditions, followed by separation and purification with a column separating agent. And a method for producing a lactam. Disclosure of the invention
- an object of the present invention is to provide a novel method for synthesizing a five- or more-membered lactam which synthesizes ⁇ -force prolactam by reacting, for example, 6-amino-n-force bronic acid under high temperature and high pressure water conditions. Is what you do.
- Another object of the present invention is to provide a novel method for synthesizing a lactam having five or more membered rings by introducing an amino acid into a reactor under high temperature and high pressure water conditions, continuously or by a batch method.
- the present invention also provides a high-purity lactam characterized by synthesizing a lactam from an amino acid by the above-mentioned continuous synthesis method, and separating and purifying the lactam from the obtained reaction solution using a column separating agent. It is an object of the present invention to provide a production method of
- the present invention for solving the above problems is constituted by the following technical means.
- a method for synthesizing a lactam which comprises reacting an amino acid under high-temperature high-pressure water conditions to synthesize a lactam.
- lactam according to (1) wherein the lactam is synthesized by reacting an amino acid under high-temperature and high-pressure water conditions in a temperature range of 200 ° C or more and a pressure range of 1 OMPa or more. Synthesis method.
- a method for producing a lactam comprising continuously introducing a lactam into a reactor under conditions, reacting, cooling, separating and purifying the obtained reaction solution with a column separating agent, concentrating and drying to obtain a lactam.
- 6-amino- ⁇ -cabronic acid is introduced into a reactor under high-temperature and high-pressure water conditions and passed at a high speed.
- a method of synthesizing ⁇ -force prolactam is exemplified.
- Used in the synthesis method of the present invention Use only 6-amino-n-bronic acid as the starting reagent.
- high-temperature and high-pressure water is used as a reaction field or a reaction solvent, and no organic solvent, ring-closing agent or catalyst is used, and no particular use is required.
- wastes that need to be treated such as waste organic solvents, waste organic reagents, and waste catalysts, that need to be treated will not be discharged.
- Unreacted amino acids and water used can be used repeatedly in the reaction of the present invention.
- the method of the present invention is considered to be the most suitable method as a means for producing such lactam products, since useful lactam products can be continuously synthesized at high speed.
- This reaction can also be achieved by a batch method.
- the method for synthesizing a lactam of the present invention will be described in detail below. The present inventors have found that a lactam can be synthesized by simply reacting amino acids under high-temperature and high-pressure water conditions to cyclize the amino acids.
- amino acids used as raw materials in the present invention include r-amino acid and ⁇ -amino acid. Both amino acids and ⁇ -amino acids are preferably used. Specific examples of amino acids include: 4_amino- ⁇ -butyric acid, 4-aminovaleric acid, 5-aminovaleric acid, and 6-amino- ⁇ -force bronic acid. , Lysine, and tosylglutamic acid, but the present invention is not limited thereto. '
- the lactam obtained in the present invention is a multi-membered lactam having five or more rings such as a five-membered lactam, a six-membered lactam, and a seven-membered lactam.
- a multi-membered lactam having five or more rings such as a five-membered lactam, a six-membered lactam, and a seven-membered lactam.
- ⁇ -butyl lactam, ⁇ -palerolactam, ⁇ -valerolactam, ⁇ -force prolactam, etc. but the present invention is not limited thereto.
- a five-membered lactam is synthesized from r-amino acid 4-amino_ ⁇ -butyric acid.
- Reaction formula Formula (1) is shown in [Formula 1].
- ⁇ -valerolactam is synthesized from the ⁇ -amino acid 5-aminovaleric acid, and the reaction formula is represented by the general formula (2) [Formula 2].
- the temperature of the high-temperature high-pressure water used in the present invention can be controlled from outside the reactor using a heater, a molten salt, or the like. Alternatively, it is also possible to control the temperature by an internal heating method in the reactor. Alternatively, high-temperature and high-pressure water can be produced in advance and injected into the reactor using a water pump or the like from the outside to cause a reaction. It is also possible to control the reaction conditions by supplying two or more types of high-temperature and high-pressure water with different temperature and pressure conditions to the reaction system. The pressure in the reaction vessel can be controlled by a pressure regulating valve if it is a flow type. The reaction pressure in the batch method can be calculated, for example, from the autogenous pressure at the operating temperature.
- the pressure can be controlled by injecting another gas such as nitrogen gas.
- the pressure used should be higher than the autogenous pressure at the operating temperature.
- the present invention can be achieved under high temperature and high pressure water conditions of a temperature of 200 ° C. or more and a pressure of 1 OMPa or more. Under high-temperature and high-pressure water conditions of a temperature of 300 nC or more and a pressure of 15 MPa or more, the present invention can be more suitably achieved. Further, the present invention is most preferably performed by selecting high-temperature and high-pressure water conditions in a temperature range of 350 ° C. or more and a pressure range of 15 MPa to 40 MPa. Is achieved.
- the optimum temperature condition varies depending on the processing time, but in general, a temperature range of 200 ° C. to 450 ° C. can be suitably selected. Further, appropriate temperature and pressure conditions can be adopted depending on the throughput and the reactor. In the present invention, the higher the temperature, the more the reaction proceeds, and the higher the pressure, the more the reaction is accelerated.
- the reactor for example, a high-temperature and high-pressure reactor is used.
- the type of the reactor is not limited to this, as long as it can set a reaction system under high-temperature and high-pressure water conditions.
- suitable reactors include the flow-type high-temperature and high-pressure reactor and the batch-type reactor used in the present invention.
- a commercially available autoclave is suitably used.
- the reaction conditions are appropriately selected by controlling the type and concentration of the amino acid used, the reaction time, the temperature of high-temperature high-pressure water, the pressure conditions, and the like.
- an amino acid is used as a reaction substrate, and any of an amino acid, a ⁇ -amino acid, and an ⁇ -amino acid can be suitably used.
- an amino acid for example, 4-amino- ⁇ -butyric acid, 4-aminovaleric acid, 5-aminovaleric acid and 6-amino_ ⁇ -force bronic acid are exemplified.
- An amino acid is suitably used in the present invention, but any salt or ester of an amino acid can be suitably used in the reaction.
- Alkali metal salts and alkaline earth salts such as sodium, potassium and calcium salts of amino acids can be used in the present invention.
- methyl ester, dimethyl ester, ethyl ester, propyl ester, phenyl ester and the like of amino acid are all suitably used in the present invention.
- the amino acid used in the reaction is not limited to one kind, and the reaction suitably proceeds even if a mixture of two or more kinds is used.
- the concentration of amino acids introduced into the reactor is controlled by appropriately controlling the flow rate of high-temperature and high-pressure water used as carrier water and the introduction flow rate of an amino acid substrate solution as a reaction substrate. Can be controlled appropriately. Amino acids are separate from Carya Isui Alternatively, the reaction may be carried out by dissolving in carrier water in advance.
- the concentration of the amino acid to be introduced into the reactor can be selected in the range of 1 mM to 10 M.
- an appropriate concentration value between 2 mM and 5 M can be selected, and most preferably, an appropriate concentration value between 4 mM and 2 M is selected. It is not limited to the value of the concentration of.
- the concentration of the charged amino acid may be simply controlled.
- the concentration of amino acids in the reactor also changes depending on the density of high-temperature, high-pressure water involved in the reaction.
- the reaction yield of the target lactam can be controlled by adjusting the temperature, pressure, reaction time, and reaction substrate concentration of the reaction system according to the type of amino acid.
- the amino acid of the reaction substrate may be present in high-temperature and high-pressure water having a temperature range of 200 ° C. or more and a pressure range of 1 OMPa or more.
- a water-soluble catalyst such as a metal ion, an acid or a base, a metal-supported catalyst, a solid catalyst such as a solid acid or a solid base, or an enzyme need not be particularly added.
- the present invention basically relates to a method in which a raw material amino acid is present in high-temperature high-pressure water without using a ring-closing agent, under non-catalytic conditions, or without involving an organic solvent in the reaction.
- the main feature is that the desired lactam is synthesized by simply reacting the lactam under high temperature and high pressure.However, if necessary, the above-mentioned ring closing agent, organic solvents such as methanol, ethanol, ethylene glycol, etc., metal ions, acids Or a water-soluble catalyst such as a base, an ionic fluid, a metal-supported catalyst, a solid catalyst such as a solid acid or a solid base, or an enzyme. Even if you do, you can do it.
- the target lactam is synthesized from the starting amino acid in the above reaction system in a short period of time, for example, from about 0.01 second to about 10 minutes.
- the reaction time is controlled by controlling the reaction temperature, reaction pressure, high-temperature and high-pressure water flow rate, reaction substrate introduction flow rate, reactor size, reactor flow path length, etc. Can be controlled.
- the reaction time can preferably be selected from a value in the range of 0.01 second to 5 minutes, more preferably a value in the range of 0.01 second to 3 minutes, and most preferably 0.01. Values ranging from seconds to one minute can be selected, but the invention is not limited to these values.
- the present inventors have found that under high-temperature and high-pressure water conditions, the synthesis of a five-membered lactam from an amino acid in a short time (for example, a reaction time of about 0.2 seconds) can be achieved.
- This LC-MS apparatus uses a column using silica gel (ODS) carrying an octadecyl group as a column separating agent (commonly referred to as a reversed-phase silica gel column or ODS reversed-phase column).
- ODS silica gel
- amino acids and lactams as raw materials can be separated and identified, and their contents can be accurately quantified.
- the lactam obtained continuously is separated and purified using a separation agent such as ion-exchange resin or a reversed-phase column, and the infrared absorption spectrum is measured with an FTIR device. By comparing with the product, the types of amino acid compounds and lactam compounds can be accurately identified.
- amino acids and lactams can be identified and their type and purity confirmed by NMR measurement.
- the reaction yield of the lactam produced in the present invention is determined by the reaction conditions such as temperature, pressure, flow rate, reaction time, amino acid type, amino acid concentration, reactor configuration, reactor size, reaction tube inner diameter, etc. It fluctuates depending on the length etc.
- the reaction yield for ⁇ -caprolactam synthesis using a flow-through apparatus ranged from 2.0% to 42.1%.
- These ⁇ -caprolactams are recovered by mixing with the raw material 6-amino- ⁇ -caproic acid.
- various lactams are synthesized from various amino acids or a mixture thereof according to the present invention.
- the resulting reaction solution is subjected to an ion exchange resin, for example, a cation exchange resin or an anion exchange resin.
- Lactam can be separated and purified from amino acids by using them in combination, and lactams can be separated from each other. Therefore, lactams can be purified and concentrated for each type, and their high-purity products can be suitably produced.
- the amino acid as a raw material substrate recovered at the same time can be reused as a raw material.
- general amino acid separating agents and packing materials such as silica gel for reverse phase, such as DS columns, etc., celite, alumina, and cell-mouth powder, which carry octyl decyl groups, are used. it can.
- the solution obtained after the reaction may be concentrated, and the lactam may be separated and purified by a distillation method such as vacuum distillation.
- ⁇ -force prolactam is synthesized from 6-amino- ⁇ -force bronic acid by simply allowing a predetermined concentration of an amino acid as a reaction substrate in high-temperature hot water under high-temperature and high-pressure water conditions. You. This In this case, cyclization takes place by reacting 4-amino-n-butyric acid, 4-aminovaleric acid and 5-aminovaleric acid in place of 6-amino-n-butyric acid, resulting in cyclization.
- Lactam, ⁇ -valerolactam and ⁇ 5—valerolactam are synthesized. Also, by continuously introducing these amino acids into a reactor under high-temperature and high-pressure water conditions, various lactams corresponding to each amino acid can be synthesized continuously.
- the present invention makes it possible to synthesize a lactam from an amino acid in a short time by adjusting the reaction conditions, the type of the amino acid of the reaction substrate, and the concentration of the amino acid in the above reaction system. It is useful as a simple method for producing or producing lactams.
- FIG. 1 shows a flow sheet of a flow-type reaction apparatus provided with two water pumps used in the present invention.
- FIG. 2 shows an outline of a batch-type reaction tube and a stirring-type salt bath using a sodium nitrate-nitric acid mixed salt used for the batch-type reaction.
- the reactor material is alloy C-276, the reactor inner diameter: 0.65 mm and the reactor length: 25 cm, so the reactor volume is 0.083 c m 3 was calculated.
- Each introduced preparation was injected with a high-pressure pump. Distilled water was used as the water used for the reaction, and the carrier water, which had been purged of dissolved oxygen by bubbling with nitrogen gas, was passed at a flow rate of 6.8 m1 Zmin. Similarly, using distilled water which had been deoxygenated, a substrate solution containing 0.1 M 6-amino-n-caproic acid was prepared, and this substrate solution was introduced into the reactor at a flow rate of 3.2 m 1 / min. .
- the concentration of 6-amino n-bronic acid was 32 mM.
- the reaction time was 0.278 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined with a high performance liquid chromatograph mass spectrometer, and it was confirmed that ⁇ -force prolactam was generated.
- the concentration of ⁇ -caprolactam was 8. O mM, and the reaction yield was 25.0%.
- Example 3 Under the same conditions as in Example 1, ⁇ -force prolactam was synthesized continuously for one hour. The resulting reaction solution was passed through a column of a cation exchange resin (50 W—X8, manufactured by Dow Chemical Company) to separate 6-amino- ⁇ -caproic acid as a raw material and ⁇ -caprolactam produced. After concentrating and purifying the solution containing ⁇ -caprolactam, 0.51 g of the product of the present invention was obtained. The obtained product of the present invention was confirmed to be high-purity ⁇ -caprolactam containing almost no impurities from the results of FTIR absorption spectrum and NMR measurement.
- Example 3 Example 3
- the 6-amino-n-cabronic acid concentration before entering the reactor was 19 mM.
- the reaction time was 0.2 11 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined with a high performance liquid chromatography / mass spectrometer, and it was confirmed that ⁇ -force prolactam was generated.
- the concentration of ⁇ -caprolactam was 7.2 mM, and the reaction yield was 37.9%. Comparative example
- reaction conditions were carried out in the same manner as in Example 1, and continuous synthesis of ⁇ -force prolactam from 6-ano ⁇ -force bronic acid was attempted. However, the reaction was carried out by changing the reaction conditions as follows. Reaction conditions
- the 6-amino-n-caproic acid concentration before entering the reactor was 43 mM.
- the reaction time was 0.381 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined with a high performance liquid chromatography-mass spectrometer, and it was confirmed that ⁇ -force product was generated.
- the concentration of ⁇ -caprolactam was 7.3 mM, and the reaction yield was 17.0%.
- the 6-amino-n-proproic acid concentration was 66 mM.
- the reaction time was 0.404 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined with a high performance liquid chromatography / mass spectrometer. As a result, it was confirmed that ⁇ -force product was generated.
- the concentration of ⁇ -force prolactam was 1.3 mM, and the reaction yield was 2.0%.
- Example 6 By reacting in the same manner as in Example 1, continuous synthesis of ⁇ -force prolactam from 6-amino-n caproic acid was attempted. However, the reaction conditions were changed as described below.
- the 6-amino-n-cabronic acid concentration before entering the reactor was 3.8 mM.
- the reaction time was 0.016 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined by high performance liquid chromatography-mass spectrometry, and it was confirmed that ⁇ -force prolactam was generated.
- the concentration of ⁇ -caprolactam was 1.6 mM, and the reaction yield was 42.1%.
- the concentration of 4-amino-n-butyric acid was 18 mM.
- the reaction time was 0.297 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined with a high performance liquid chromatography / mass spectrometer. As a result, it was confirmed that cartilyl lactam was produced.
- the concentration of 4-aminovaleric acid was 36 mM.
- the reaction time was 0.251 seconds, and the aqueous solution after the reaction was examined using a high performance liquid chromatography-mass spectrometer. As a result, it was confirmed that avervalerolactam was produced.
- the concentration of ⁇ -valerolactam, a 5-membered lactam, was 2.7.7 mM, and the reaction yield was 76.9%.
- 6-amino-n-caproic acid as a reaction substrate, synthesis of ⁇ -force prolactam was attempted under high temperature and high pressure water conditions.
- the reaction was performed in a batch reactor capable of shaking and stirring during the reaction shown in FIG.
- a reaction tube with an internal volume of 10.5 cm3 as the reactor, set the temperature to 350 ° C (at a pressure of 30 MPa, and set the temperature of the salt bath of sodium nitrate and potassium nitrate mixed salt.
- the reaction took 40 seconds to raise the reaction temperature, and the reaction time was 20 seconds.
- the 6-amino acid in the reaction solution before the reaction was added.
- the concentration of n-cabronic acid was 0.122 M.
- the obtained solution was analyzed by high performance liquid chromatography-mass spectrometry. As a result, 19.2 mM of ⁇ -caprolactam was obtained.
- the reaction yield of ⁇ -caprolactam was 15.7%.
- the present invention relates to a lactam synthesis method characterized by synthesizing a lactam without using a ring-closing agent by simply reacting an amino acid under high-temperature and high-pressure water conditions. 1) It can provide a new method for synthesizing lactams under high temperature and high pressure. 2) It can synthesize lactams by reacting amino acids under high temperature and high pressure. 3) Apply the above lactam synthesis method to flow method And lactam can be synthesized continuously from amino acids at high speed. 4) It is possible to provide a lactam synthesis method that does not use any ring-closing agent, catalyst or organic solvent. 5) High-purity lactam product 6) It has a special effect of being an environmentally friendly chemical substance production system.
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Description
明細書 ラクタムの合成方法 技術分野
本発明は、 高温高圧下でアミノ酸からラクタムを合成する方法に 関するものであり、 更に詳しくは、 高温高圧水条件下でアミノ酸を 反応させてラクタムを合成する方法あるいは製造する方法に関する ものである。
本発明はアミノ酸を反応基質として用い、 合成過程に閉環剤、 触 媒あるいは有機溶媒を関与させること無しに、 連続的にあるいはバ ツチ方式で高温高圧下でラクタムを合成あるいは製造することを可 能とするものであり、 産業技術としては好適かつ有用な方法を提供 するものである。 背景技術
ァミノカルボン酸類の環状アミ ドがラクタムである。 ラクタム化 合物のうち、 ナイロンの原料として用いられている ε —力プロラク タムはシクロへキサノンォキシムを濃硫酸中で煮沸処理することに よるベックマン転移法によって製造されている。 この方法は苛酷な 条件下で反応させるため装置腐食、 製造工程の危険性と共に副生物 である硫酸アンモニゥムの処理に問題があることが知られている。 また、 シクロへキサノンォキシムを製造するのに、 例えばベンゼン からニトロベンゼンを経てァニリンをつく り、 タングステン酸ナト リウムを触媒として過酸化水素でァニリンからシクロへキサノンォ キシムにする方法等複雑な多くの工程を要する 〔改訂新版有機工業 化学、 3 2 5頁、 朝倉書店 （ 1 9 6 3年 1 1月）〕 欠点がある。
一方アミノ酸からラクタムを合成する方法も検討されていて、 例 えば 6—アミノー η —力プロン酸をへキサメチルジシラザンの存在
下にキシレン中で還流下で加熱すれば、 4 8時間後 ε —力プロラク タムが収率 7 5 %で得られている 〔R.P el legata, M. Pinza and G . Pif feri, Synthesis, 1978, 614 (1978) 〕。 あるいはシリカゲル と共にトルエン中で還流下に加熱し、 Dean-Stark装置で生成する水 を除去すると、 6—ァミノ _ n—力ブロン酸から ε —力プロラク夕 ムが 2 0時間で収率 7 5 %で得られることが報告された 〔A. Blade -Font, Tetrahedron Lett. , 21, 2443 (1980)) 〕。 これらの場合、 閉還剤や触媒を必要とし工程が複雑となり、 反応時間が長く、 しか も有機溶剤を使用する技術的課題が見られる。
近年、 地球環境の悪化の懸念が高まりつつあり、 化学工業分野に おいて有害な有機溶剤を使用しないで且つ簡単で効率的な、 あるい は短時間で反応が終了するような環境調和型化学プロセスの開発が 求められている。
このような状況の中で、 本発明者らは、 上記従来技術に鑑みて、 高温高圧下でのラクタムの合成方法について種々研究を進める過程 で、 高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させることにより五員環以 上のラクタムが効率良く生成することを見出し、 かかる知見に基づ いて更に研究を重ねて、 本発明を完成させるに至った。 発明の要約
本発明は、 高温高圧水下でのラクタムの合成方法及びラクタムの 製造方法を提供する。
本発明は、 高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させることにより ラクタムを合成することを特徴とするラクタムの合成方法で、 2 0 0 °C以上の温度範囲及び 1 O MP a以上の圧力範囲である高温高圧 水条件下でアミノ酸を環化してラクタムを高速で合成する特徴を有 し、 及び高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させることによりラク タムを合成し、 次いでカラム分離剤で分離精製することを特徴とす るラクタムの製造方法、 に関する。
発明の開示
即ち、 本発明は、 高温高圧水条件下で例えば 6—アミノー n—力 ブロン酸を反応させて ε —力プロラクタムを合成する五員環以上ラ クタムの新規合成方法を提供することを目的とするものである。 更に、 本発明は、 高温高圧水条件下で、 アミノ酸を反応器に導入 し、 連続的にあるいはバッチ方式によって五員環以上のラクタムの 新規合成方法を提供することを目的とするものである。
そして、 本発明は上記の連続的に合成する方法により、 アミノ酸 からラクタムを合成し、 得られた反応溶液に対してカラム分離剤を 用いてラクタムを分離精製することを特徴とする高純度のラクタム の製造方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するための本発明は、 以下の技術的手段から構成 される。
( 1 ) 高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させてラクタムを合成 することを特徴とするラクタムの合成方法。
( 2 ) 2 0 0 °C以上の温度範囲及び 1 O M P a以上の圧力範囲で ある高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させてラクタムを合成する ことを特徴とする前記 （ 1 ) 記載のラクタムの合成方法。
( 3 ) アミノ酸としてァ一アミノ酸、 6—アミノ酸及び ε —アミ ノ酸を用いて、 五員環以上のラクタムを合成することを特徴とする 前記 （ 1 ) 又は （ 2 ) 記載のラクタムの合成方法。
(4) ァ ーアミノ酸として 4—アミノー η—酪酸あるいは 4ーァ ミノバレリアン酸を用いて、 五員環ラクタムであるァ一プチルラク タムあるいはァ一バレロラクタムを合成することを特徴とする前記 ( 1 ) から （ 3 ) のいずれかに記載のラクタムの合成方法。
( 5 ) 5 —アミノ酸として 5—アミノバレリアン酸を用いて、 六 員環ラクタムである δ—バレロラクタムを合成することを特徴とす る前記 （ 1 ) から （ 3 ) のいずれかに記載のラクタムの合成方法。
( 6 ) δ —アミノ酸として 6 —アミノー n—力プロン酸を用いて 、 七員環ラクタムである ε —力プロラクタムを合成することを特徴 とする前記 （ 1 ) から （ 3 ) のいずれかに記載のラクタムの合成方 法。
( 7 ) アミノ酸を高温高圧水条件下の反応器に連続的に導入して 反応させることを特徴とする前記 （ 1 ) から （ 6 ) のいずれかに記 載のラクタムの合成方法。
( 8 ) アミノ酸を高温高圧水条件下の反応器に連続的に導入して 0. 0 0 1秒から 1 0分で高速反応させることを特徴とする前記 （
1 ) から （ 7 ) のいずれかに記載のラクタムの合成方法。
( 9 ) 高温高圧水条件下でアミノ酸を反応基質として用いるラク タムを製造する方法であって、 アミノ酸を 2 0 0 °C以上の温度範囲 及び 1 O MP a以上の圧力範囲である高温高圧水条件下の反応器に 連続的に導入して反応させ、 冷却後、 得られた反応液をカラム分離 剤で分離精製し、 濃縮後乾燥してラクタムを得ることを特徴とする ラクタムの製造方法。
( 1 0 ) カラム分離剤としてイオン交換樹脂を用いること特徴と する前記 （ 9 ) 記載のラクタムの製造方法。 次に、 本発明について更に詳細に説明する。
本発明の説明を容易にするために、 以下、 アミノ酸を高温高圧下 で反応させて、 例えば、 アミノ酸である 6—ァミノ— n—力ブロン 酸から ε —力プロラクタムを合成した場合を例にとって詳細に説明 するが、 本発明はこれらの例に限定されるものではない。
本発明者らが、 種々の実験を経て開発した本発明の合成法の代表 的な例として、 例えば、 6—アミノー η—カブロン酸を高温高圧水 条件下の反応器に導入して高速で通過させることにより、 ε —力プ ロラクタムを合成する方法が例示される。 本発明の合成方法で使用
する原料試薬としては、 6 —アミノー n—力ブロン酸だけを使用す る。 本発明では高温高圧水を反応場あるいは反応溶媒として用いて おり、 有機溶媒あるいは閉環剤や触媒は使用しないし、 また、 特に 使用する必要はない。 従って、 この方法を用いれば、 処理しなけれ ばならない廃有機溶媒、 廃有機試薬や廃触媒といった類の処理を必 要とする廃棄物は排出されない。 また、 未反応のアミノ酸や使用水 は本発明の反応に繰り返して使用することが可能である。 更に、 本 発明の方法は、 有用なラクタム製品を連続的に高速で合成できるこ とから、 それらの製造方法の手段として最も好適な方法であると考 えられる。 なお、 この反応はバッチ方式によっても達成される。 本発明のラクタムの合成方法について、 以下に詳しく説明する。 本発明者らは、 アミノ酸を高温高圧水条件下で単に反応させるこ とにより、 それらを環化してラクタムを合成できることを見出した 本発明において原料として使用されるアミノ酸としてはァーアミ ノ酸、 δ—アミノ酸及び ε—アミノ酸はいずれも好適に用いられる アミノ酸を具体的に例示すれば、 4 _アミノー η—酪酸、 4—ァ ミノバレリアン酸、 5—アミノバレリアン酸、 6—ァミノ一 η—力 ブロン酸、 リシン、 Ν—トシルグルタミン酸等が挙げられるが、 本 発明はこれらに限定されるものではない。 '
本発明で得られるラクタムは五員環ラクタム、 六員環ラクタム、 七員環ラクタム等の五員環以上の多員環ラクタムである。 例えばァ —ブチルラクタム、 ァ一パレロラクタム、 δ—バレロラクタム、 ε —力プロラクタム等が挙げられるが、 本発明はこれらに限定される ものではない。
本発明によるラクタム合成の具体例として、 例えば五員環ラク夕 ムの合成では、 r一アミノ酸の 4ーァミノ _ η—酪酸から五員環ラ クタムであるァープチルラクタムが合成され、 その合成の反応式を
一般式 （ 1 ) 〔化 1〕 に示す。 六員環ラクタムの合成では、 例えば δ—アミノ酸の 5—アミノバレリアン酸から δ—バレロラクタムが 合成され、 その反応式を一般式 （ 2 ) 〔化 2〕 に示す。 更に七員環 ラクタム合成例として、 ε —アミノ酸の 6—ァミノ— η—カブロン 酸からの ε —力プロラクタム合成の反応式を一般式 （ 3 ) 〔化 3〕 に示す。 いずれの場合もアミノ酸 1分子からラクタム 1分子と水 1 分子が生成しており、 環化反応に伴い水が放出されると考えられる 化
高温高圧水 oen
H2NCH9CH2CH2COOH
+ H20
4一アミノー n—酪酸 水
7—プチルラクタム
化 2
高温高圧水
H2NCH2(CH2)oCOOH + H20 水
5—アミノバレリアン酸
<5—バレロラクタム
化 3
高温高圧水
H2N C H2(C H2)4C O OH 十 H20
水
6—アミノー n—力ブロン酸
ε—力プロラクタム
本発明で用いられる高温高圧水は反応器の外からヒータ一や溶融 塩等を用いて温度を制御できる。 あるいは反応器内で内熱方式で温 度制御することも可能である。 また、 予め高温高圧水を製造してお き、 外部から送水ポンプ等を用いて反応器内に注入して反応させる こともできる。 温度圧力条件の異なる 2種類以上の高温高圧水を反 応系に供給して反応条件を制御することも可能である。 反応容器内 での圧力は流通式であれば圧力調整弁で制御することができる。 ま た、 バッチ方式による反応圧力は、 例えば、 使用温度における自生 圧力を計算することができる。 更に、 窒素ガスなど他の気体を注入 することによって圧力をコントロールすることもできる。 一般的に は使用する圧力は使用温度における自生圧力以上であればよい。 基本的には、 温度 2 0 0 °C以上及び圧力 1 O M P a以上の高温高 圧水条件下であれば本発明は達成される。 温度 3 0 0 nC以上及び圧 力 1 5 M P a以上の高温高圧水条件下では、 より好適に本発明を達 成できる。 更に、 3 5 0 °C以上の温度範囲及び 1 5 M P a〜 4 0 M P aの圧力範囲の高温高圧水条件を選択すれば、 最も好適に本発明
は達成される。 最適の温度条件は処理時間によっても変化するが、 一般に、 2 0 0 °Cから 4 5 0 °Cの温度範囲を好適に選択できる。 ま た、 処理量や反応装置によって適宜の温度及び圧力条件を採用する ことができる。 本発明では温度が高い程反応が進行し、 また圧力が 高い程やや反応が促進される。
反応装置としては、 例えば、 高温 · 高圧反応装置が使用されるが 、 これに限らず、 高温高圧水条件下の反応系を設定できる装置であ れば、 その種類は制限されない。 ここで、 好適な反応装置として、 例えば、 本発明で使用した流通式の高温高圧反応装置やバッチ式の 反応装置が例示される。 市販のオートクレープは好適に用いられる 反応条件は、 使用するアミノ酸の種類及び濃度、 反応時間、 高温 高圧水の温度、 圧力条件等を制御するによって適宜選択される。
本発明では、 反応基質としてはアミノ酸が用いられ、 ァ—ァミノ 酸、 δ —アミノ酸、 ε —アミノ酸はいずれも好適に用いることがで きる。 例えば、 4—ァミノ— η—酪酸、 4—アミノバレリアン酸、 5 —アミノバレリアン酸及び 6—ァミノ _ η —力ブロン酸が例示さ れる。 アミノ酸であれば本発明に好適に用いられるが、 アミノ酸の 塩あるいはエステルはいずれも好適に反応に用いることができる。 アミノ酸のナトリウム塩、 カリウム塩、 カルシウム塩等のアルカリ 金属塩やアルカリ土類塩はいずれも本発明に使用できる。 また、 ァ ミノ酸のメチルエステル、 ジメチルエステル、 ェチルエステル、 プ 口ピルエステル、 フエニルエステル等はいずれも本発明で好適に用 いられる。 本発明では反応に用いるアミノ酸は 1種類に限定される 物でなく、 2種類以上の混合物を用いても反応は好適に進行する。
流通方式の装置を用いる場合は、 例えば、 キヤリャ一水として用 いる高温高圧水の流速及び反応基質であるアミノ酸基質溶液の導入 流速を適宜に制御することによって反応器に導入するアミノ酸の濃 度を適宜にコントロールできる。 アミノ酸はキヤリャ一水とは別個
に導入することができ、 あるいは予めキヤリャ一水中に溶解して反 応に供してもよい。 通常、 反応器に導入するアミノ酸の濃度として は 1 m Mから 1 0 Mの濃度範囲で選択できる。 好適には 2 m Mから 5 Mの間の適宜な濃度の値を選択でき、 最も好適には 4 m Mから 2 Mの間の適宜な濃度の値が選択されるが、 本発明は、 これらの濃度 の値に限定されるものではない。 バッチ法の場合は単に仕込みのァ ミノ酸の濃度を制御すればよい。 反応器内におけるアミノ酸の濃度 は反応に関与する高温高圧水の密度によつても変化する。
本発明では、 アミノ酸の種類に応じて、 反応系の温度、 圧力、 反 応時間、 反応基質の濃度を調節することによって、 目的のラクタム の反応収率を制御することができる。
本発明の反応系は、 2 0 0 °C以上の温度範囲、 及び 1 O M P a以 上の圧力範囲である高温高圧水中に上記反応基質のアミノ酸を存在 させればよく、 その際、 例えば、 へキサメチルジシラザン、 三塩化 リン、 ジクロロリン酸ェチル、 塩化メタンスルフォン酸、 2 , 2— ジピリジルジスルフィ ド、 トリフエニルホスフィ ン、 塩化ァセチル 、 塩化チォニル、 無水酢酸、 トリェチルァミン、 ジメチルァニリン 等一般に毒性が強い閉環剤は特に添加する必要がなく、 あるいは、 有機溶媒を使用する必要もない。 また、 例えば、 金属イオン、 酸、 あるいは塩基等のような水溶性の触媒、 金属担持触媒、 固体酸、 固 体塩基等の固体触媒あるいは酵素等は特に添加する必要がない。
本発明は、 基本的には、 高温高圧水中に原料のアミノ酸を存在さ せて、 閉環剤を使用すること無く、 無触媒条件下で、 あるいは有機 溶媒を反応に関与させることなく、 原料のアミノ酸を高温高圧下で 単に反応させることによって目的のラクタムを合成することを最大 の特徴としているが、 必要により、 上記の閉環剤、 メタノール、 ェ 夕ノール、 エチレングリコール等の有機溶媒、 金属イオン、 酸、 あ るいは塩基等のような水溶性の触媒、 イオン性流体、 金属担持触媒 、 固体酸、 固体塩基等の固体触媒あるいは酵素等を添加して反応さ
せても一向にさしつかえない。
本発明では、 上記反応系により、 例えば、 反応時間 0. 0 0 1秒 から 1 0分程度の短時間で原料のアミノ酸から目的のラクタムが合 成される。 例えば、 流通式反応装置を用いる場合、 反応温度、 反応 圧力、 高温高圧水の流速、 反応基質の導入流速、 反応器の大きさ、 反応器の流通経路の長さ等を制御することによって反応時間をコン トロールできる。 反応時間は 0. 0 1秒から 5分の範囲の値を好適 に選択でき、 より好適には 0. 0 1秒から 3分の範囲の値を選択で き、 最も好適には 0. 0 1秒から 1分の範囲の値を選択できるが、 本発明はこれらの値に限定されるものではない。
本発明者らは、 後記する実施例に示されるように、 高温高圧水条 件下では、 短時間 （例えば、 反応時間 0. 2秒前後） でァーァミノ 酸から五員環ラクタムの合成が、 また δ—アミノ酸から六員環ラク タムの合成が、 あるいは ε —アミノ酸から七員環ラクタムの合成が 可能であることを高速液体クロマトグラフィー質量分析装置 （L C 一 M S装置） ゃフリエ一赤外分光光度計 （F T I R装置） を用いて 確認している。 この L C— M S装置ではカラム分離剤としてォクタ デシル基を担持したシリカゲル （OD S ) を用いたカラム 〔逆相シ リカゲルカラムあるいは OD S逆相カラムと一般に称されている〕 を用いている。 本 L C一 M S装置を用いることにより、 原料のアミ ノ酸及びラクタムを分離して個別に同定でき、 それらの含有量を正 確に定量できる。 また、 連続的に得られるラクタムをイオン交換樹 脂や逆相カラム等の分離剤を用いて分離精製して、 F T I R装置に より赤外線吸収スぺク トルを計測し、 例えば純度の高い特級試薬製 品と比較することにより、 アミノ酸化合物及びラクタム化合物の種 類を正確に同定できる。 同様に NMR測定によってもアミノ酸及び ラクタムを同定し、 種類や純度を確認できる。
例えば、 流通式装置を用いて 2 5 0 °C〜 4 2 0 °C、 圧力 1 5〜 4 0 MP a及び反応時間 0. 0 1 6秒〜 0. 4 0 4秒の条件下で、 3
. 8111]^〜 6 61111^濃度の 6 —ァミノー 11ーカプロン酸、 1 . 3 m M〜 8 mM濃度の ε —力プロラクタムを合成できた。 また、 同様に Ά、つチ方式では 6—アミノー η—力プロン酸から温度 3 5 0 °C、 圧 力 3 O MP a及び反応時間 4 0秒で 8 7. 9 mM濃度の ε —力プロ ラクタムを合成した。 これらの反応の結果、 アミノ酸が高温高圧水 中で環化反応を起こし、 ラクタムが生成していることが L C _M S 装置、 N M R測定装置や F T I R装置で確認された。
本発明で生成したラクタムの反応収率は、 温度、 圧力、 流速、 反 応時間等の反応条件、 アミノ酸の種類、 アミノ酸の濃度、 反応装置 の形態、 反応器の大きさ、 反応管の内径や長さ等によって変動する 。 例えば、 流通式装置を用いた ε —力プロラクタム合成の場合の反 応収率は 2. 0 %から 4 2. 1 %であった。 これらの ε —力プロラ クタムは原料の 6—アミノー η—カブロン酸等と混合して回収され る。 同様に、 本発明によって種々のアミノ酸あるいはそれらの混合 物から多種のラクタムが合成されるが、 反応後、 得られた反応液を イオン交換樹脂、 例えば、 陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂あ るいはそれらの併用によってラクタムをアミノ酸から分離精製でき 、 更に、 ラクタム同士の分離も可能なので、 ラクタムは種類毎に精 製濃縮してそれらの高純度製品を好適に製造できる。 また、 同時に 回収された原料基質であるアミノ酸は再度原料として用いることが できる。 イオン交換樹脂の代わりに、 ォク夕デシル基を担持した Ο D Sカラム等の逆相用シリカゲル、 セライ ト、 アルミナ、 セル口一 ス粉末等の一般的なアミノ酸分離剤や分離用充填剤が利用できる。 また、 例えば、 反応後得られた溶液を濃縮し、 減圧蒸留等の蒸留法 によってラクタムを分離精製してもよい。 本発明では、 高温高圧水条件下の高温熱水中に、 反応基質として 所定の濃度のアミノ酸を単に存在させることにより、 例えば、 6— アミノー η—力ブロン酸から ε —力プロラクタムが合成される。 こ
の場合、 6—ァミノ— n—力ブロン酸に代えて、 4ーァミノ— n— 酪酸、 4 一アミノバレリアン酸及び 5—アミノバレリアン酸を反応 させることにより環化反応が起きて、 それぞれァ—プチルラクタム 、 ァ 一バレロラクタム及び <5 —バレロラクタムが合成される。 また 、 これらのアミノ酸を高温高圧水条件下の反応器に連続的に導入す ることにより、 連続的にそれぞれのアミノ酸に対応した種々のラク タムを合成することができる。
これらのことから、 本発明は、 上記反応系において、 反応条件、 反応基質のアミノ酸の種類、 ァミノ酸の濃度を調節することにより 、 アミノ酸からラクタムを短時間で合成することを可能とし、 新規 のラクタムの簡便な合成方法あるいは製造方法として有用である。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明に用いた送水ポンプ 2台付属の流通式反応装置の フロ一シートを示す。
図 2は、 バッチ式反応に用いたバッチ式反応管及び硝酸ナトリウ ム 硝酸力リゥム混合塩を使用した攪拌式塩浴槽の概要を示す。 発明を実施するための最良の形態
次に、 実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、 本発明は 以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例 1
図 1 に示す連続式反応装置を用い、 温度 3 7 4 °C、 圧力 3 0 M P a及び密度 0 . 5 5 8 g / c m 3 の高温高圧水条件下で 6—ァミノ 一 n—力ブロン酸 （和光純薬社製特級試薬） を反応させ、 環化反応 による七員環ラクタムである ε —力プロラクタムの連続合成を試み た。
反応器材料は合金 C 一 2 7 6であり、 反応器内径 ： 0 . 6 5 m m 及び反応器長さ ： 2 5 c mで、 従って、 反応器容積は 0 . 0 8 3 c
m3 と算出された。 各導入調製液は高圧ポンプで注入した。 反応に 使用した水は蒸留水を使用し、 窒素ガスでバブリングして溶存酸素 を追い出したキヤリャ一水を 6. 8 m 1 Zm i nの流速で通水した 。 同様に脱酸素処理した蒸留水を用い、 0. 1 M 6 —アミノー n— カブロン酸を含有した基質溶液を調製し、 この基質溶液を 3. 2 m 1 /m i nの流速で反応器に導入した。 反応器に入る前の 6 —アミ ノー n—力ブロン酸の濃度は 3 2 mMであった。 反応時間は 0. 2 7 8秒であり、 反応後の水溶液を高速液体ク口マトグラフィー質量 分析装置で調べた所、 ε —力プロラクタムが生成していることを確 認した。 ε —力プロラクタムの含有濃度は 8. O mMであり、 その 反応収率は 2 5. 0 %であった。 実施例 2
実施例 1 と全く同じ条件で一時間、 連続してから ε —力プロラク タムを合成した。 得られた反応溶液を陽イオン交換樹脂 （ダウケミ カル社製 5 0 W— X 8 ) カラムに通して、 原料の 6—ァミノ— η— 力プロン酸と生成した ε —力プロラク夕ムを分離し、 ε —力プロラ クタム含有溶液を濃縮精製後、 本発明製品 0. 5 1 gを得た。 得ら れた本発明製品は、 F T I R吸収スぺク トル結果及び NMR測定結 果から不純物をほとんど含まない高純度の ε —力プロラクタムであ ることを確認した。 実施例 3
実施例 1 と同様に反応させて、 6—アミノー η—カブロン酸から ε —力プロラクタムの連続合成を試みた。 ただし、 反応条件を下記 の様に変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 4 2 0 °C
反応圧力 ： 4 0 M P a
高温高圧水密度 0. 4 2 4 g / c m3
キヤ リャ一水流速 ： 8. l m l Zm i n
基質溶液流速 ： 1. 9 m 1 /m i n
反応器に入る前の 6 —アミノー n—カブロン酸濃度は、 1 9 mM であった。 反応時間は 0. 2 1 1秒であり、 反応後の水溶液を高速 液体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、 ε —力プロラク タムが生成していることを確認した。 ε —力プロラクタムの含有濃 度は 7. 2 mMであり、 その反応収率は 3 7. 9 %であった。 比較例
実施例 1 と同様に反応させて、 6 —アミノー n—力ブロン酸から 環化反応によって ε —力プロラクタムの連続合成を試みた。 ただし 、 反応条件を下記の様に変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 1 5 0 °C
反応圧力 ： 5 M P a
高温高圧水密度 0. 9 1 9 6 g / c m3
キヤリャ一水流速 ： l O m l Zm i n
基質溶液流速： 5 m l /m i n
反応器に入る前の 6—アミノー n—力ブロン酸の濃度は 3 3. 1 mMであった。 反応時間は 0. 3 0 5秒であり、 反応後の水溶液を 高速液体ク口マトグラフィ一質量分析装置で調べた所、 6—ァミノ 一 n—力ブロン酸だけが検出され、 ε 一力プロラクタムは全く得ら れなかった。 実施例 4
実施例 1 と同様に反応させて、 6 —ァ ノー η—力ブロン酸から ε —力プロラクタムの連続合成を試みた ただし、 反応条件を下記 の様に変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 3 0 0 °C
反応圧力 ： 40 M P a
高温高圧水密度 0. 7 6 5 g / c m3
キヤリャ一水流速 ： 5. 7 m 1 /m i n
基質溶液流速 ： 4. 3m l /m i n
反応器に入る前の 6—アミノー n—力プロン酸濃度は 4 3 mMで あった。 反応時間は 0. 3 8 1秒であり、 反応後の水溶液を高速液 体クロマトグラフィ一質量分析装置で調べた所、 ε—力プロラクタ ムが生成していることを確認した。 ε—力プロラクタムの含有濃度 は 7. 3mMであり、 その反応収率は 1 7. 0 %であった。 実施例 5
実施例 1と同様に反応させて、 6 _アミノー n—カブロン酸から ε—力プロラクタムの連続合成を試みた。 ただし、 反応条件を下記 の様に変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 2 5 0 °C
反応圧力 ： 1 5 M P a
高温高圧水密度 0. S l l gZc m3
キヤリャ一水流速 ： 3. 4 m 1 /m i n
基質溶液流速 ： 6. 6m l Zm i n
反応器に入る前の 6—アミノー n—力プロン酸濃度は 6 6 mMで あった。 反応時間は 0. 40 4秒であり、 反応後の水溶液を高速液 体クロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、 ε—力プロラクタ ムが生成していることを確認した。 ε—力プロラクタムの含有濃度 は 1. 3mMであり、 その反応収率は 2. 0 %であった。 実施例 6
実施例 1 と同様に反応させて、 6—アミノー n カプロン酸から ε —力プロラクタムの連続合成を試みた。 ただし 反応条件を下記 の様に変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 4 0 0 °C
反応圧力 ： 1 5 M P a
高温高圧水密度 0. 0 6 4 gZ c m3
キヤリャ一水流速 ： 1 9. 2 m l Zm i n
基質溶液流速 ： 0. 7 6 m l / i n
反応器に入る前の 6—アミノー n—カブロン酸濃度は 3. 8 mM であった。 反応時間は 0. 0 1 6秒であり、 反応後の水溶液を高速 液体ク口マトグラフィ一質量分析装置で調べた所、 ε —力プロラク タムが生成していることを確認した。 ε —力プロラクタムの含有濃 度は 1. 6 mMであり、 その反応収率は 4 2. 1 %であった。 実施例 7
実施例 1 と同様に反応させて、 4—アミノー n—酪酸 （和光純薬 社製特級試薬） からァ—プチルラクタムの合成を試みた。 窒素ガス でバブリングして溶存酸素を除去した蒸留水を使用し、 0. 0 9 M の基質溶液を調製し反応に供した。 ただし、 反応条件を下記の様に 変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 3 5 0 °C
反応圧力、 3 0 M P a
高温高圧水密度 0. 6 44 3 g/ c m3
キヤリャ一水流速 ： 1. 8 m 1 /m i n
基質溶液流速 ： 1. 2 m l /m i n
反応器に入る前の 4—ァミノ— n—酪酸の濃度は 3 6 mMであつ た。 反応時間は 1. 0 7 0秒であり、 反応後の水溶液を高速液体ク
口マトグラフィ一質量分析装置で調べた所、 ァ―プチルラクタムが 生成していることを確認した。 五員環ラクタムであるァーブチルラ クタムの含有濃度は 1 4. O mMであり、 その反応収率は 3 8. 9 %であった。 実施例 8
実施例 7 と同様に反応させて、 4ーァミノ— n—酪酸からァーブ チルラクタムの合成を試みた。 ただし、 反応条件を下記の様に変更 して実施した。
反応条件
反応温度 ： 4 0 0
反応圧力 ： 3 0 M P a
高温高圧水密度 0. 3 5 8 g / c m3
キヤリャ一水流速 ： 4. 8 m 1 /m i n
基質溶液流速 ： 1. 2 m 1 Zm i n
反応器に入る前の 4—アミノー n—酪酸の濃度は 1 8 mMであつ た。 反応時間は 0. 2 9 7秒であり、 反応後の水溶液を高速液体ク ロマトグラフィー質量分析装置で調べた所、 ァ—プチルラクタムが 生成していることを確認した。 五員環ラクタムである r—プチルラ クタムの含有濃度は 1 2. O mMであり、 その反応収率は 6 6. 7 %であった。 実施例 9
実施例 1 と同様に反応させて、 文献 [Schniepp Marvel, J.Am.Ch em. Soc. , 57, 557 (1935) ] に従って得られた 4一アミノバレリアン 酸からァ一バレロラクタムの合成を試みた。 窒素ガスでバブリ ング して溶存酸素を除去した蒸留水を使用し、 0. 0 9 Mの基質溶液を 調製し反応に供した。 ただし、 反応条件を下記の様に変更して実施 した。
反応条件
反応温度 ： 3 8 5 °C
反応圧力 ： 3 0 M P a
高温高圧水密度 0. 5 0 5 g / c m3
キヤリャ一水流速 ： 6m l Zm i n
基質溶液流速 ： 4m 1 /m i n
反応器に入る前の 4—アミノバレリアン酸の濃度は 3 6mMであ つた。 反応時間は 0. 2 5 1秒であり、 反応後の水溶液を高速液体 クロマトグラフィ一質量分析装置で調べた所、 ァ ーバレロラクタム が生成していることを確認した。 五員環ラクタムであるァ 一バレロ ラクタムの含有濃度は 2 7. 7mMであり、 その反応収率は 7 6. 9 %であった。 実施例 1 0
実施例 1 と同様に反応させて、 5—アミノバレリアン酸 （和光純 薬社製特級試薬） から六員環ラクタムである δ—バレロラクタムの 合成を試みた。 窒素ガスでバブリングして溶存酸素を除去した蒸留 水を使用し、 0. 5 Μの基質溶液を調製し反応に供した。 ただし、 反応条件を下記の様に変更して実施した。
反応条件
反応温度 ： 3 7 4 °C
反応圧力 ： 3 0 M P a
高温高圧水密度 0. 5 5 8 gZc m3
キヤ リャ一水流速 ： 6. 6 m 1 /m i n
基質溶液流速 ： 3. 4m l Zm i n
反応器に入る前の 5—アミノバレリアン酸の濃度は 0. 1 7 0 M であった。 反応時間は 0. 2 7 8秒であり、 反応後の水溶液を高速 液体ク口マ トグラフィ一質量分析装置で調べた所、 ァ—バレロラク タムが生成していることを確認した。 五員環ラクタムであるァーバ
レロラクタムの含有濃度は 0. 1 4 3 Mであり、 その反応収率は 8 4. 1 %であった。 実施例 1 1
6—アミノー n—カブロン酸を反応基質として用い、 高温高圧水 条件下で ε —力プロラクタムの合成を試みた。 反応は図 2に示した 反応中に振とう攪拌ができるバッチ反応装置で実施した。 反応器と して内容積 1 0. 5 c m3 の反応管を用いて、 温度 3 5 0 ° ( 、 圧力 3 0 MP aになるように設定し、 硝酸ナトリウムノ硝酸カリウム混 合塩の塩浴槽温度に 6 0秒投入してアミノ基導入反応を行った。 反 応温度まで上昇するのに 4 0秒を要し、 反応時間は 2 0秒であつた 。 反応前の反応溶液中の 6 _アミノー n—カブロン酸濃度は 0. 1 2 2 Mであった。 反応後、 得られた溶液を高速液体クロマトグラフ ィ一質量分析装置で調べた所、 1 9. 2 mMの ε —力プロラクタム が生成していることを確認した。 ε —力プロラクタムの反応収率は 1 5. 7 %であった。 産業上の利用可能性
以上詳述した通り、 本発明は、 高温高圧水条件下でアミノ酸を単 に反応させることにより、 閉環剤を使用しないでラクタムを合成す ることを特徴とするラクタム合成方法に係り、 本発明により、 1 ) 高温高圧下でのラクタムの新規合成方法を提供することができる、 2 ) アミノ酸を高温高圧下で反応させてラクタムを合成することが できる、 3 ) 上記ラクタム合成方法を流通式に適用して、 アミノ酸 からラクタムを連続的に高速で合成することができる、 4 ) 閉環剤 、 触媒及び有機溶媒を一切使用しないラク夕ム合成方法を提供する ことができる、 5 ) 高純度のラクタム製品を製造することができる 、 6 ) 環境に優しい化学物質生産システムである、 という格別の効 果が奏される。
Claims
1 . 高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させてラクタムを 合成することを特徴とするラクタムの合成方法。
2 . 2 0 0 °C以上の温度範囲及び 1 0 M P a以上の圧力範 囲である高温高圧水条件下でアミノ酸を反応させてラクタムを合成 することを特徴とする請求項 1記載のラクタムの合成方法。
3 . アミノ酸としてァ一アミノ酸、 δ —アミノ酸及び ε — アミノ酸を用いて、 五員環以上のラクタムを合成することを特徴と する請求項 1又は 2記載のラクタムの合成方法。
4 . ァ一アミノ酸として 4—アミノー η —酪酸あるいは 4 一アミノバレリアン酸を用いて、 五員環ラクタムであるァ 一ブチル ラクタムあるいはァ ーバレロラクタムを合成することを特徴とする 請求項 1から 3のいずれかに記載のラクタムの合成方法。
5 . δ—アミノ酸として 5 —アミノバレリアン酸を用いて 六員環ラクタムである 3 _バレロラクタムを合成することを特徴と する請求項 1から 3のいずれかに記載のラクタムの合成方法。
6 . (5—アミノ酸として 6—ァミノ一 η _カブロン酸を用 いて、 七員環ラクタムである ε —力プロラクタムを合成することを 特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載のラクタムの合成方法
7 . アミノ酸を高温高圧水条件下の反応器に連続的に導入 して反応させることを特徴とする請求項 1から 6のいずれかに記載
のラク夕ムの合成方法。
8 . アミノ酸を高温高圧水条件下の反応器に連続的に導入 して 0 . 0 0 1秒から 1 0分で高速反応させ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ラクタムの合成方法。
9 . 高温高圧水条件下でアミノ酸を反応基質として用いる ラクタムを製造する方法であって、 アミノ酸を 2 0 0 以上の温度 範囲及び 1 0 M P a以上の圧力範囲である高温高圧水条件下の反応 器に連続的に導入して反応させ、 冷却後、 得られた反応液をカラム 分離剤で分離精製し、 濃縮後乾燥してラクタムを得ることを特徴と するラクタムの製造方法。
1 0 . カラム分離剤としてイオン交換樹脂を用いることを 特徴とする請求項 9記載のラクタムの製造方法。
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