JP2008273921A - Method for producing alkanediol - Google Patents
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Abstract
【課題】 医薬品、農薬、液晶および高分子の原料として有用である、アルカンジオールを高純度、高収率で、かつ簡便な方法で製造する。
また、原料に光学活性体を用いた場合には、光学純度を低下させることなく、高光学純度でアルカンジオールを製造する。
【解決手段】 アルカンジエステルを水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム等の金属水素化物で還元した反応液を、塩化アンモニウム水溶液で後処理したのち、２−プロパノール存在下、硫酸マグネシウムで処理することによりアルカンジオールを製造する。
【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To produce alkanediol, which is useful as a raw material for pharmaceuticals, agricultural chemicals, liquid crystals and polymers, with high purity, high yield and a simple method.
Further, when an optically active substance is used as a raw material, alkanediol is produced with high optical purity without reducing optical purity.
A reaction solution obtained by reducing an alkane diester with a metal hydride such as sodium bis (2-methoxyethoxy) aluminum hydride is post-treated with an aqueous ammonium chloride solution and then treated with magnesium sulfate in the presence of 2-propanol. As a result, alkanediol is produced.
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Description
本発明は、医薬品、農薬、液晶および高分子の原料として有用なアルカンジオールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing alkanediol useful as a raw material for pharmaceuticals, agricultural chemicals, liquid crystals and polymers.
アルカンジオールの製造法としては、光学活性２−メチルコハク酸の一価アルコールとのジエステルを銅含有の不均一触媒の存在下、２２０℃以下の温度、８０−５００ｋｇ／ｃｍ２で水素化反応させて２−メチル１，４−ブタンジオールを製造する方法（特許文献１）、ジエステルを水素存在下、同又は周期表の第７〜１０属の金属又は該金属の化合物の存在下で水素と反応させ、２−メチル−１，４−ブタンジオールを製造する方法（特許文献２）、α−ヒドロキシ酸エステル誘導体を水素化ホウ素ナトリウム化合物存在下で、プロトン性溶媒又は含水性プロトン性溶媒中で還元し、高収率で１，２−エタンジオール誘導体を製造する方法（特許文献３）が知られている。 As a method for producing alkanediol, a diester of optically active 2-methylsuccinic acid with a monohydric alcohol is hydrogenated at a temperature of 220 ° C. or lower and 80-500 kg / cm 2 in the presence of a copper-containing heterogeneous catalyst. -Method for producing methyl 1,4-butanediol (Patent Document 1), diester is reacted with hydrogen in the presence of hydrogen, in the presence of a metal of group 7 to 10 of the same or periodic table or a compound of the metal, A method for producing 2-methyl-1,4-butanediol (Patent Document 2), reducing an α-hydroxy acid ester derivative in the presence of a sodium borohydride compound in a protic solvent or a hydrous protic solvent, A method for producing a 1,2-ethanediol derivative with a high yield (Patent Document 3) is known.
しかし、上記特許文献１の方法は、高温、高圧である上に、原料の転化率が９７％であるにもかかわらず、光学純度が７２％ｅｅまで低下してしまうという問題がある。 However, the method of Patent Document 1 has a problem in that the optical purity is lowered to 72% ee despite the high temperature and high pressure and the conversion rate of the raw material is 97%.
特許文献２の方法では、特許文献１の方法と同様に高温、高圧の反応であり、また光学純度の高いジオールが得られるかどうかは不明である。 In the method of Patent Document 2, it is unclear whether a diol having a high optical purity and a high temperature and high pressure reaction can be obtained as in the method of Patent Document 1.
特許文献３の方法は、ヒドロキシモノエステルの還元反応であり、本件発明の対象であるアルカンジエステルが原料ではない。さらに、水素化ホウ素ナトリウムは、アルデヒド及びケトン等のカルボニル化合物ならびに酸塩化物の選択的還元剤として広く使用されているが、カルボン酸エステルに対しては還元剤として作用しにくいということが常識として知られている。当該化合物がα−ヒドロキシ酸であるが故に還元反応が進行おり、本件発明の化合物では反応は進行しない。
上記実情に鑑み、より高収率、高光学純度で、かつ簡便な操作でアルカンジオールを製造する方法が求められている。 In view of the above circumstances, there is a demand for a method for producing alkanediol with higher yield, higher optical purity, and simple operation.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アルカンジエステルを水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウムで還元すること、さらに酒石酸ナトリウムカリウム水溶液で後処理することで、高純度および高収率で、かつ簡便な操作でアルカンジオールを製造する方法を見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors reduced the alkane diester with sodium bis (2-methoxyethoxy) aluminum hydride, and further post-treated with an aqueous sodium potassium tartrate solution. A method for producing alkanediol with high purity and high yield and simple operation has been found, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、以下のアルカンジオールの製造方法を提供するものである。 That is, the present invention provides the following method for producing alkanediol.
（１） 下記一般式（Ｉ）で表されるアルカンジエステルを金属水素化物により還元し、下記一般式（ＩＩ）で表されるアルカンジオールが生成した反応液を、塩化アンモニウム水溶液で処理後、２−プロパノール存在下、硫酸マグネシウムで処理する、アルカンジオールの製造方法。 (1) An alkane diester represented by the following general formula (I) is reduced with a metal hydride, and a reaction solution in which an alkanediol represented by the following general formula (II) is produced is treated with an aqueous ammonium chloride solution, then 2 A method for producing alkanediol, which is treated with magnesium sulfate in the presence of propanol.
（２） 前記金属水素化物が水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウムである前記（１）記載の製造方法。
(2) The production method according to (1), wherein the metal hydride is sodium bis (2-methoxyethoxy) aluminum hydride.
（３） 前記アルカンジエステルおよび、前記アルカンジオールが光学活性体である前記（１）または（２）に記載の製造方法。 (3) The production method according to (1) or (2), wherein the alkane diester and the alkanediol are optically active substances.
（４） 前記アルカンジエステルが光学活性２−メチルコハク酸ジアルキルエステル、かつ前記アルカンジオールが光学活性２−メチル−１、４−ブタンジオールである前記（１）〜（３）に記載の製造方法。 (4) The production method according to (1) to (3), wherein the alkane diester is an optically active 2-methylsuccinic acid dialkyl ester, and the alkanediol is an optically active 2-methyl-1,4-butanediol.
（５） 前記硫酸マグネシウム処理後、析出物をろ過除去したろ液を蒸留精製する前記（１）〜（４）に記載の製造方法。 (5) The manufacturing method as described in said (1)-(4) which distills and refines the filtrate which filtered and removed the deposit after the said magnesium sulfate treatment.
本発明によれば、目的のアルカンジオールを高純度および高収率、かつ簡便な操作で得ることができる。さらに本発明によれば、不純物の混入も抑制することができる。また、原料に光学活性体を用いた場合、光学純度を低下させることなく、高光学純度でアルカンジオールを得ることができる。 According to the present invention, the target alkanediol can be obtained with high purity, high yield, and simple operation. Furthermore, according to the present invention, contamination of impurities can be suppressed. Moreover, when an optically active substance is used as a raw material, alkanediol can be obtained with high optical purity without reducing optical purity.
以下、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described.
本発明は、アルカンジエステルを金属水素化物で還元することにし、生成したアルカン酒石酸ナトリウムカリウム水溶液で抽出して、還元剤由来の金属を固定化した後、有機溶媒によりアルカンジオールを再抽出することで、アルカンジオールを高純度、かつ高収率で工業的に簡便な方法で製造することができる。 In the present invention, the alkane diester is reduced with a metal hydride, extracted with an aqueous sodium potassium alkane tartrate solution to fix the metal derived from the reducing agent, and then extracted again with an organic solvent. Alkanediol can be produced by an industrially simple method with high purity and high yield.
本発明においては、アルカンジエステルを水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウムで還元し、生成したアルカンジオールを酒石酸ナトリウムカリウム水溶液で抽出して還元剤由来の金属を固定化した後、有機溶媒によりアルカンジオールを再抽出することで、アルカンジオールを高純度、かつ高収率で工業的に簡便な方法で製造することができる。 In the present invention, the alkane diester is reduced with sodium bis (2-methoxyethoxy) aluminum hydride, and the resulting alkanediol is extracted with an aqueous sodium potassium tartrate solution to immobilize the reducing agent-derived metal, and then with an organic solvent. By re-extracting the alkanediol, the alkanediol can be produced in an industrially simple method with high purity and high yield.
本発明において、アルカンジエステルは、例えばコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、２−メチルコハク酸、２−メチルグルタル酸、２−メチルアジピン酸、２−メチルピメリン酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステルなどが挙げられる。なお、これらアルカンジエステルはラセミ体でも光学活性体でもよい。 In the present invention, the alkane diester is, for example, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, 2-methyl succinic acid, 2-methyl glutaric acid, 2-methyl adipic acid, methyl ester of 2-methyl pimelic acid, ethyl ester, propyl Examples include esters, isopropyl esters, and butyl esters. These alkane diesters may be racemic or optically active.
本発明における生成物のアルカンジオールは、対応するアルカンジエステルを還元することによって得ることができ、具体的には１、４−ブタンジオール、１、５−ペンタンジオール、１、６−ヘキサンジオール、１、７−ヘプタンジオール、２−メチル−１、４−ブタンジオール、２−メチル−１、５−ペンタンジオール、２−メチル−１、６−ヘキサンジオール、２−メチル−１、７−ヘプタンジオールなどが挙げられる。 The product alkanediol in the present invention can be obtained by reducing the corresponding alkane diester, specifically 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 7-heptanediol, 2-methyl-1,4-butanediol, 2-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-1,6-hexanediol, 2-methyl-1,7-heptanediol, etc. Is mentioned.
本発明に用いられる金属水素化物としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化ホウ素リチウム、ジイソブチルアルミニウムヒドリド、（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウムなどがあるが、この中でも、特に水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウムが好適に使用できる。 Examples of the metal hydride used in the present invention include sodium borohydride, lithium aluminum hydride, lithium borohydride, diisobutylaluminum hydride, and (2-methoxyethoxy) aluminum sodium. Bis (2-methoxyethoxy) aluminum sodium can be suitably used.
反応時の金属水素化物添加量は、理論当量以上であればよい。具体的には当量は、２．０〜４．０当量が好ましく、２．０〜３．０当量であることがさらに好ましい。使用量が多い場合には、反応後に未反応の還元剤が残存し、後処理において時間を要するなど、工業的には好ましくない。一方、少ない場合は反応が完結せず収率を低下させる要因になってしまう。 The amount of metal hydride added during the reaction may be equal to or greater than the theoretical equivalent. Specifically, the equivalent is preferably 2.0 to 4.0 equivalent, and more preferably 2.0 to 3.0 equivalent. When the amount used is large, unreacted reducing agent remains after the reaction, and it takes time in the post-treatment, which is not industrially preferable. On the other hand, when the amount is small, the reaction is not completed and the yield is lowered.
反応温度に関しては、８０℃以下が好ましいが、５０℃以下がさらに好ましい。 The reaction temperature is preferably 80 ° C. or lower, but more preferably 50 ° C. or lower.
温度が高い場合は不純物が増加するとともに、反応液が着色する。 When the temperature is high, impurities increase and the reaction solution is colored.
反応に使用する溶媒は還元剤に対して不活性であれば問題なく、トルエンなどの炭化水素系溶媒やエーテル系溶媒が好ましい。 If the solvent used for the reaction is inert to the reducing agent, there is no problem and a hydrocarbon solvent such as toluene or an ether solvent is preferable.
本発明では、上記反応終了後、反応終了液を塩化アンモニウム水溶液で処理する。 In the present invention, after completion of the reaction, the reaction completion solution is treated with an aqueous ammonium chloride solution.
本発明に用いられる塩化アンモニウム水溶液の濃度は、１０〜３０重量％が好ましく、２０〜３０重量％であることがさらに好ましい。該水溶液の濃度が高い場合は、塩化アンモニウムの溶解度以上なる。一方、濃度が低い場合には、析出する結晶が溶解してしまい、蒸留効率を下げる要因になってしまう。 The concentration of the aqueous ammonium chloride solution used in the present invention is preferably 10 to 30% by weight, and more preferably 20 to 30% by weight. When the concentration of the aqueous solution is high, the solubility is higher than that of ammonium chloride. On the other hand, when the concentration is low, the precipitated crystals are dissolved, which causes a reduction in distillation efficiency.
塩化アンモニウム水溶液で処理する際の温度は、６０℃以下が好ましく、４０℃以下であることがさらに好ましい。 The temperature during the treatment with the aqueous ammonium chloride solution is preferably 60 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or lower.
塩化アンモニウムで処理した反応液に添加する溶媒は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールなどのアルコール溶媒、アセトンなどが挙げられるが、析出する結晶の形状から２−プロパノールが好ましい。 Examples of the solvent added to the reaction solution treated with ammonium chloride include alcohol solvents such as methanol, ethanol, 1-propanol, and 2-propanol, acetone, and the like, and 2-propanol is preferable from the shape of precipitated crystals.
硫酸マグネシウムを添加する際の温度は、０〜５０℃が好ましく、１０〜４０℃であることがさらに好ましい。 0-50 degreeC is preferable and, as for the temperature at the time of adding magnesium sulfate, it is more preferable that it is 10-40 degreeC.
析出した結晶を、自然ろ過、加圧ろ過、吸引ろ過、遠心分離などで固液分離することで、アルカンジオールを含有した溶液を回収することができる。 The solution containing alkanediol can be recovered by solid-liquid separation of the precipitated crystals by natural filtration, pressure filtration, suction filtration, centrifugation, or the like.
この溶液を濃縮することで、アルカンジオールを回収することができる。 The alkanediol can be recovered by concentrating this solution.
以上の操作により製造したアルカンジオールを蒸留精製することで、化学純度９５％以上の高品質な製品を取得することができる。
By distilling and purifying the alkanediol produced by the above operation, a high-quality product with a chemical purity of 95% or more can be obtained.
以下、実施例および比較例により本発明を更に詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
〔分析条件〕
（アルカンジオールのガスクロマトグラフィーによる純度分析）
ガスクロマトグラフィー：ＧＣ−１７Ａ（島津製作所）
カラム：ＤＢ−５（Ｊ＆Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、０．３２ｍｍＩ．Ｄ．×３０ｍ）
キャリアー：ヘリウム（１．８ｍｌ／ｍｉｎ／５０℃）
カラム温度：５０℃→２５０℃（１０℃／ｍｉｎ）
インジェクター：スプリット ５０：１（２５０℃）
検出器：ＦＩＤ（２５０℃）
（アルカンジオールのＨＰＬＣによる光学純度分析）
ジクロロメタンを溶媒として、２当量以上の塩化アセチルでジアセチル化する公知の方法で、分析サンプルを合成する。
〔Analysis conditions〕
(Purity analysis of alkanediol by gas chromatography)
Gas chromatography: GC-17A (Shimadzu Corporation)
Column: DB-5 (J & W Scientific, 0.32 mm ID × 30 m)
Carrier: Helium (1.8ml / min / 50 ° C)
Column temperature: 50 ° C. → 250 ° C. (10 ° C./min)
Injector: Split 50: 1 (250 ° C)
Detector: FID (250 ° C)
(Optical purity analysis of alkanediol by HPLC)
An analytical sample is synthesized by a known method of diacetylating with 2 equivalents or more of acetyl chloride using dichloromethane as a solvent.
カラム：ＣＨＩＲＡＬＣＥＬ ＯＤ（４．６ｍｍＩ．Ｄ．×２５０ｍｍ、ダイセル化学工業）
キャリアー：ｎ−ヘキサン：２−プロパノール＝９９．５：０．５（ｖ／ｖ）
流速：０．７ｍｌ／ｍｉｎ
カラム温度：３５℃
検出器：ＵＶ２２０ｎｍ
［実施例１］
攪拌機および温度計を付した２０００ｍｌ三口フラスコに、７０％水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム１９８．３ｇ（０．６９ｍｏｌ）とトルエン３７５ｍｌを入れ、Ｓ−２−メチルコハク酸ジメチルエステル５０．０ｇ（０．３１ｍｏｌ）を３５〜４０℃で１時間かけて滴下した。その後、３５〜４０℃で５時間攪拌した。２−メチルコハク酸ジメチルエステルが実質的に消失したことをガスクロマトグラフィーで確認し、反応液を１０℃まで冷却し、２７％塩化アンモニウム水溶液２０２．３ｇを２０〜２５℃で１時間かけて滴下した。その後、２５℃で１時間攪拌した。さらに、２−プロパノールを７５０ｍｌ添加した後、無水硫酸マグネシウムを２５〜３０℃で５０．０ｇ添加した後、２５℃で１時間攪拌した。析出した結晶を遠心分離機で固液分離し、得られた母液を減圧濃縮してＳ−２−メチル−１，４−ブタンジオールの粗体４２．７ｇ（純度７３．６％、収率９６．７％）を得た。この粗体を蒸留精製することでＳ−２−メチル−１，４−ブタンジオールを２７．７ｇ（収率８８．５％、光学純度９９．９％ｅｅ以上）を得た。
Column: CHIRALCEL OD (4.6 mm ID × 250 mm, Daicel Chemical Industries)
Carrier: n-hexane: 2-propanol = 99.5: 0.5 (v / v)
Flow rate: 0.7 ml / min
Column temperature: 35 ° C
Detector: UV220nm
[Example 1]
A 2000 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a thermometer was charged with 198.3 g (0.69 mol) of 70% bis (2-methoxyethoxy) aluminum sodium hydride and 375 ml of toluene, and 50.0 g of S-2-methylsuccinic acid dimethyl ester. (0.31 mol) was added dropwise at 35 to 40 ° C. over 1 hour. Then, it stirred at 35-40 degreeC for 5 hours. It was confirmed by gas chromatography that 2-methylsuccinic acid dimethyl ester had substantially disappeared, the reaction solution was cooled to 10 ° C, and 202.3 g of a 27% ammonium chloride aqueous solution was added dropwise at 20 to 25 ° C over 1 hour. . Then, it stirred at 25 degreeC for 1 hour. Further, 750 ml of 2-propanol was added, 50.0 g of anhydrous magnesium sulfate was added at 25 to 30 ° C., and the mixture was stirred at 25 ° C. for 1 hour. The precipitated crystals were subjected to solid-liquid separation with a centrifuge, and the obtained mother liquor was concentrated under reduced pressure to give 42.7 g of a crude product of S-2-methyl-1,4-butanediol (purity 73.6%, yield 96). 0.7%). This crude product was purified by distillation to obtain 27.7 g (yield: 88.5%, optical purity: 99.9% ee or more) of S-2-methyl-1,4-butanediol.
［実施例２］
塩化アンモニウムの濃度を２０重量％とした以外は実施例１と同様の方法で行った。
[Example 2]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the concentration of ammonium chloride was 20% by weight.
固液分離、減圧濃縮後のＳ−２−メチル−１，４−ブタンジオール粗体の）収率は、９５．６％（純度７６．２％）であった。粗体の光学純度は９９．９％以上であった。 The yield of the crude S-2-methyl-1,4-butanediol after solid-liquid separation and concentration under reduced pressure was 95.6% (purity 76.2%). The optical purity of the crude product was 99.9% or more.
［比較例１］
攪拌機および温度計を付した２０００ｍｌ三口フラスコに、７０％水素化ビス（２−メトキシエトキシ）アルミニウムナトリウム１９８．３ｇ（０．６９ｍｏｌ）とトルエン３７５ｍｌを入れ、Ｓ−２−メチルコハク酸ジメチルエステル５０．０ｇ（０．３１ｍｏｌ）を３５〜４０℃で１時間かけて滴下した。その後、３５〜４０℃で５時間攪拌した。２−メチルコハク酸ジメチルエステルが実質的に消失したことをガスクロマトグラフィーで確認し、反応液を１０℃まで冷却し、２７％塩化アンモニウム水溶液２０２．３ｇを２０〜２５℃で１時間かけて滴下し、２５℃で１時間攪拌した。さらに、２−プロパノールを７５０ｍｌ添加して析出物を遠心分離機にて固液分離しようとしたが、粘性が高く、ろ過することができなかった。
[Comparative Example 1]
A 2000 ml three-necked flask equipped with a stirrer and a thermometer was charged with 198.3 g (0.69 mol) of 70% bis (2-methoxyethoxy) aluminum sodium hydride and 375 ml of toluene, and 50.0 g of S-2-methylsuccinic acid dimethyl ester. (0.31 mol) was added dropwise at 35 to 40 ° C. over 1 hour. Then, it stirred at 35-40 degreeC for 5 hours. It was confirmed by gas chromatography that 2-methylsuccinic acid dimethyl ester had substantially disappeared, the reaction solution was cooled to 10 ° C., and 202.3 g of a 27% ammonium chloride aqueous solution was added dropwise at 20 to 25 ° C. over 1 hour. , And stirred at 25 ° C. for 1 hour. Furthermore, 750 ml of 2-propanol was added, and the precipitate was tried to be subjected to solid-liquid separation with a centrifugal separator. However, the viscosity was high and filtration could not be performed.
本発明によれば、簡便な方法でアルカンジオールを高純度および高収率で得ることができる。また、本発明によれば、光学活性体を用いた場合、高い光学純度で目的のアルカンジオールを得ることができる。得られたアルカンジオールは、医薬品、農薬、液晶および高分子の原料として幅広く用いることができる。 According to the present invention, alkanediol can be obtained with high purity and high yield by a simple method. In addition, according to the present invention, when an optically active substance is used, the target alkanediol can be obtained with high optical purity. The obtained alkanediol can be widely used as a raw material for pharmaceuticals, agricultural chemicals, liquid crystals and polymers.
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