JPH02104556A - マロン酸アルキルの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマロン酸アルキルの製法、特にマロン酸ジアル
キルの製法に関する。

マロン酸ジアルキルは多数の農薬または医薬用化合物の
製造において合成用中間体として使用される化合物であ
る。

これは、たとえばｔｌｌｌｍａｎｎ、　１９６０＋　Ｖ
ｏｌ、　１２＋　１９２頁に記載された論文によって、
モノクロロ酢酸ナトリウムとシアン化ナトリウムとを水
中で縮合させ、次にエタノールでエステル化する方法で
多生にわたって製造されてきた。

このマロン酸エステルの製法は、当初から原価が高いこ
とと、安全性の条件に困難があることを避けることがで
きなかった。数年前からすべてのマロン酸エステル製造
業界は、このエステルの製法の改良、特に一酸化炭素の
ようなより安価な主要原料から出発することを探求して
きた。

クロロ酢酸エチルおよび一酸化炭素から出発してマロン
酸エステルを合成する最初の方法は、米国特許３１１６
３０６に記載されており、弐Ｃｏ　（Ｃｏ）　ａＭで示
され、式中、Ｍがアルカリもしくはアルカリ土類金属、
亜鉛、水銀、すず、または鉄を表わすコバルトカルボニ
ル塩を存在させ、かつナトリウムもしくはカリウムのア
ルコラード、または第四級アミンのような有機塩基を存
在させて、アルキルハロゲン化物をカルボニル化する。

この特許にはアルカリ水酸化物を使用するが、アルキル
ハロゲン化物と反応すると、望ましくない副生物を生成
することが詳述されている。

前述の方法にもとづく方法として、特にフランス特許２
２５３００６に、カルボニル化触媒として、米国特許３
１１６３０６に記載された塩の代りにコバルトカルボニ
ルを使用することが記載されている。

またフランス特許２３１３３４５には、クロロ酢酸エス
テルを原料とし、一酸化炭素とコバルト含有触媒とを存
在させて、マロン酸エステルを製造し、この反応を均質
な媒体、および水酸化ナトリウムのアルコール溶液で行
うことを記載する。アルカリ水酸化物のアルコール溶液
を使用すると、反応中に消費されるクロロ酢酸エステル
１　ｍｏｌに対して水１５ｏｉｌを生成する。水の生成
はエステル基を加水分解して、モノアルキルマロン酸ま
たは酢酸エステルを生成し、これによって反応収率を著
しく低下するので、水は絶対に避ける必要がある。

また生成する塩化ナトリウムの分離、および触媒の回収
が容易でない。

多数の特許、たとえば米国特許４３９９３００および英
国特許１４４８６４６には、エステルの鹸化現象を避け
る目的で、無水の媒体中で有機塩基を使用することを記
載する。これらの塩基のうち、ナトリウムエチラートを
挙げることができる。この塩基を使用する不便は、何と
いっても原価が高いことであり、その他大量のエチラー
トを使用するので、マロン酸エステルおよびクロロ酢酸
エステルを分解する０反応の終りに、前記特許における
と同様に、マロン酸エステルの分離が困難な塩化ナトリ
ウムの沈澱が生成する。

本発明は従来技術の課題を解決することができた。すな
わち十分に安全な条件でかつ従来技術の方法より安い原
価で、クロロ酢酸アルキルから出発してマロン酸ジアル
キルを製造することができる。また生成した塩とマロン
酸エステルとを容易に分離することができ、さらに触媒
を循環することができる。

本発明の方法は、脂肪族アルコールと、一酸化炭素と、
触媒との存在下で、クロロ酢酸アルキルのカルボニル化
によって、マロン酸ジアルキルを製造する方法であって
、二相液体の媒質中で行うことを特徴とする。

従来技術の文献においては、水の存在によってエステル
が加水分解するが、水を含む二相の媒質中でこの反応を
行うことは知られていない。この反応を二相媒質中で行
えば、アルカリ水酸化物のようにより安価な塩基を使用
して、カルボニル化反応中に生成する塩を容易に分離す
ることができる。

本発明によって製造するマロン酸エステルは、アルキル
鎖が１〜４個の炭素原子を含むマロン酸アルキルが好ま
しく、マロン酸ジエチルが特に好ましい。

クロロ酢酸アルキルのカルボニル化反応は次式によって
表わすことができる。

Ｂ ＣＨｚ　　（ＣＯＯＲ）ｚ　＋ＭＣ１＋ＢＨ脂肪族アル
コールは、１〜４個の炭素原子を含むアルキル鎖を有す
るアルコールから選ぶことが好ましく、エチルアルコー
ルの使用が好ましい。

カルボニル化反応触媒はコバルトをベースとする触媒が
好ましく、コバルトテトラカルボニル塩の使用が好まし
い。

塩基ＭＢは有機または無機の塩基から選ぶ。たとえば エチルマロン酸ナトリウム りん酸ナトリウム 酢酸ナトリウム アルカリ水酸化物 アルカリ水酸化物の使用が好ましい。

二相媒質は、無機塩基を溶解する媒質として作用する水
相と、疎水性有機相とからなる。この有機相には、次の
溶媒から選ぶ、すなわち芳香族溶媒たとえば トルエン キシレン、 脂肪族溶媒たとえば 飽和鎖式脂肪族炭化水素、 シクロヘキサン、 エーテルたとえば ジイソプロピルエーテル メチル第三級イソブチルエーテル アセトンたとえば メチルイソブチルケトン エステルたとえば クロロ酢酸アルキル 酢酸エチル マロン酸ジアルキル 本発明の好ましい実施態様として、アルコール対クロロ
酢酸アルキルはモル比を０．１〜１０、さらにほぼ化学
量論比とすることが好ましい。この範囲以外の比は本発
明から除去するものではないが、特に利益があるもので
もない。

有機相中の多様な反応物質の濃度として、特にクロロ酢
酸エステルは０．１〜ＬＯｍｏｌ／ｌとし、これは純粋
なりコロ酢酸エステル中で作業できる。

コバルトをベースとする触媒は有機相中の濃度として１
０−５〜０．１　＋ｓｏ１／　１２で使用することが好
ましい。使用する水の量は、水対有機溶媒の体積比か少
なくとも０．０５である二相媒質を得るのに十分な量と
することが望ましい。

塩基は、生成する塩化水素を中和する化学量論比として
使用する。

アルカリ水酸化物を使用するときは、ｐＨを３〜８、さ
らに約５に制御するように注入することが好ましい。こ
のｐ旧ま特に塩基性緩衝剤たとえばりん酸塩を加えて制
御することができる。

アルカリ水酸化物以外の塩基を使用するとき、最初に、
または連続して導入してもよい。

一酸化炭素は純粋で導入してもよく、また不活性ガスた
とえば窒素、二酸化炭素、または水素を２０体積％以下
混合して導入してもよいが、これによる利益は特にない
。

反応圧力は１〜３００ｂａｒが有利であり、５〜２０ｂ
ａｒが好ましい０反応温度は周囲温度〜１５０℃が好ま
しく、５０〜１００″Ｃが特に好ましい。

反応の終りに反応媒質のｐＨを７以下に中和し、単に傾
斜分離するだけで、無機塩およびカルボン酸塩を水相に
分離する。カルボン酸塩は新たなエステル化に循環させ
ることができる。

コバルトテトラカルボニル塩はマロン酸アルキルととも
に、常に有機相中にある０反応を経済的に行うには、新
たな反応に再使用するために、反応媒質から触媒を抽出
して、循環させる必要がある。この循環も本発明の一部
であり、これは４工程で実施する。

触媒循環の第１工程は、触媒を水相に可溶なコバルト塩
の形に酸化して有機相から抽出する。コバルトの酸化は
強酸たとえばハロゲン酸によって次式によって容易に行
うことができる。

ＭＣｏ（Ｃｏ）　４　＋　３　Ｈ”　−＋Ｃｏ”＋４Ｃ
Ｏ十Ｍ”　＋３／２Ｈｚ この反応はクロロ酢酸エステルの存在で次式によって行
うことが好ましい。

３　ＣＩ！、ＣＨｚＣＯＯＥｔ＋　２　Ｃｏ−（ＣＯ）
４　＋　３　Ｈ＋→２　Ｃｏ”＋　８　ＣＯ＋　３　Ｃ
１−＋　３　Ｃ）ＩｚＣＯＯＢｔ触媒を抽出後、有機相
は有機物すなわちクロロ酢酸エステル、マロン酸エステ
ルを含み、これらは当業者が周知の蒸留によって分離す
る。

コバルト循環反応の第２工程は、有機相に含まれる酸化
状態が＋２価のコバルトを、６〜２０個の炭素原子を含
む高級カルボン酸（ＡＨ）によって抽出する。コバルト
は無機アルカリ塩基の存在で次式によってジカルボン酸
コバルト（ＣｏＡｚ）に変る。

Ｃｏ”　＋２　ＡＨ＋　２　Ｍ（ＯＨ）４ＣｏＡｚ＋　
２　Ｍ”　＋２８２０ 式中、ＡＨは高級カルボン酸、Ｍ（Ｏｌｌ）はＭがアル
カリ陽イオンである無機塩基を表わす。

ジカルボン酸コバルトは有機溶媒によって水相から抽出
する。この有機溶媒は次の化合物から選ぶことができる
。

芳香族溶媒たとえば キシレン トルエン、 ケトンたとえば メチルイソブチルケトン アセトフェノン ジイソプロピルケトン メチルイソプロビルケトン ジブチルケトン、 エーテルたとえば イソプロピルエーテル ジフェニルエーテル メチルイソブチルエーテル、 脂肪族溶媒たとえば シクロヘキサン メチルシクロヘキサン、 ３個以上の炭素原子を含むアルコールたとえばイソプロ
ピルアルコール　　　　　　　　　−ブタノール エステルたとえば 酢酸エチル 安息香酸アルキル。

カルボキシル化反応で使用した溶媒に対応するものを使
用することが好ましい。

コバルトを抽出できる高級カルボン酸は前記のように６
〜２０個の炭素原子を含むカルボン酸たとえば次の酸か
ら選ぶことができる。

オレイン酸 バルミチン酸 ステアリン酸 ２−エチルカプロン酸。

なかでも２−エチルカプロン酸を使用することが特に好
ましい。

コバルト循環反応の第３工程は＋２価のコバルトを、水
素と一酸化炭素との混合物により、次式によって酸化状
態が０価に還元する。

２　ＣｏＡｔ＋　８　ＣＯ＋　２　Ｈ，ｚ　→Ｃｏｚ（
ＣＯ）ａ＋４　ＡＨこの反応は一酸化炭素と水素との混
合物のｃ。

／Ｈ，のモル比を０．１〜１０とすることが好ましく、
ＣＯｏの反応開始剤、Ｃｏｇ　（ＣＯ）　ｓの存在で行
い、これはたとえば上記反応によって生じたものとし、
ＣＯ〜に対して０．１〜１０モル％の量とする。

特にこの反応条件に関して、還元は周囲温度〜１５０℃
の温度で行う。反応圧力は１〜３００ｂａｒが好ましい
。

コバルトオクタカルボニルはコバルトの酸化状態が０価
であるが、これを有機溶媒中で溶液とし、第４工程にお
いて、無機アルカリ塩基、好ましくは水酸化ナトリウム
を加えて、次式により、コバルトの酸化状態が一１価の
コバルトテトラカルボニル塩と、＋２価のコバルト塩と
に酸化・還元する。

２　ＡＩ（＋　３　／　２　Ｃｏｔ（Ｃｏ）　ｓ　＋２
　Ｍ（ＯＨ）　→２　ＭＧｏ（ＣＯ）　ａ　＋ＣｏＡｚ
　＋　２８ｚＯ＋　４　Ｃ。

カルボニル化触媒であるコバルト（−１）テトラカルボ
ニル塩は傾斜分離によって容易に水相に分離して、二相
媒質によって行う新たなカルボニル化反応のために、カ
ルボニル化すべき化合物の存在に導入する。

次に本発明の理解を深めるために例によって説・明する
が、これは本発明を限定するものと考えてはならない。

■ １００１の登録商標Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ　Ｂ！の容器に
、２８％８３ＰＯ４溶液　　　　　　５．６　ｋｇエタ
ノール　　　　　　　　１４．１６ｋｇトルエン　　　
　　　　　　１９．９　ｋｇを順次導入した。

ソーダを加えてｐｉを７に保った。５ｂａｒの窒素で３
回、次に５ｂａｒのＣＯで３回掃引し、次に＝１価のＣ
ｏ３．５ａ＋ｏｊ！に相当するＮａＣｏ　（Ｃｏ）　ａ
溶液６廟を導入した。

反応器は１０ｂａｒのＣＯＯ下で７０℃に加熱し、次に
クロロ酢酸エチル３０ｋｇを一定速度で２時間１５分か
けて導入した。反応中、３０％Ｎ　ａ　ＯＨを加えて反
応混合物のｐＨを５．３に保った。クロロ酢酸エチルの
導入終了後、反応混合物を１ＱｂａｒのＣＯの下で４０
℃に冷却し、次に３０％Ｎ　ａ　Ｏｔｌを加えてｐＨを
７に戻した。ＣＯガス圧を大気圧に減圧した後、混合物
を二相に傾斜分離した。

有機相は、１６０１の反応器内で３８％ＨＣ１溶液を加
えてｐＨ３，８〜４とし、ライン分析によってＣＯの遊
離が検知できなくなるまで処理した。

ＣｏＣｌ　ｔを含む水相と、マロン酸ジエチル３１．５
ｋｇを含む無色の有機相とを得、マロン酸ジエチルのク
ロロ酢酸に対する収率は８０．５％であった。

前記−１価のコバルトの酸化工程から生成したＣｏ３．
５％を含むＣｏＣ１ｚ溶液１９０８　ｇを、２−エチル
カプロン酸５５４ｇとトルエン３０２ｇとを含む溶液に
混合した。

この混合物に３０％ＮａＯＨ溶液を流入してｐＨを６と
した。流入の終了後、Ｃｏ６．７％を含む紫色の有機相
９４４．９　ｇを傾斜分離した。残った水相２１３６ｇ
はコバル）　２０００ｐｐｍを含んでいた。

さきに得られた２−エチルカプロン酸コバルトの有機相
をステンレス鋼反応器に入れた。混合物を５　ｂａｒの
窒素で３回、次にＣＯで掃引した。そこでこの混合物に
Ｃｏｔ（ＣＯ）ｓ　Ｏ，０１ｍｏｆ　、を加えた後、２
０ｂａｒのＣｏ／Ｈ，の比が４：１のＣｏ／Ｈ。

の圧力下で９０℃において２時間反応させた。

５０℃に冷却後、生成したＣＯ２（Ｃｏ）　ｓをよう素
で測定した。

収率Ｃｏｏ／Ｃｏ″０は８０％であった。

Ｃｏｇ　（ＣＯ）　ｓの溶液を１０ｂａｒのＣＯＯ下で
８０℃においてＮ　ＮａＯＨ溶液５８０ｇで処理した。

絶えず気体を除去しながら、反応器の圧力が３　ｂａｒ
になるまで反応させた。

冷却後、ＮａＣｏ（Ｃｏｎ）　０．９０ｍｏｌ／ｋｇの
水溶液９００ｇを分離した。この溶液はクロロ酢酸エチ
ルをマロン酸ジエチルにカルボニル化する反応に使用で
きる。

最終水相はＣｏＣｊ！、の抽出に循環する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クロロ酢酸アルキルを、脂肪族アルコールと、一酸
   化炭素と、コバルトカルボニル錯塩の形の触媒との存在
   下で、カルボニル化するマロン酸ジアルキルの製法であ
   って、二相液体媒質中でカルボニル化することを特徴と
   する方法。 ２、水と、非プロトン性溶媒から選んだ溶媒とからなる
   媒質中で、カルボニル化する請求項１記載の方法。 ３、水と、トルエンとからなる溶媒中で、カルボニル化
   する、請求項２記載の方法。 ４、エチルマロン酸ナトリウム、りん酸ナトリウム、酢
   酸ナトリウム、アルカリ水酸化物から選んだ少なくとも
   １つの塩基を含む媒質中で、カルボニル化する、請求項
   １記載の方法。 ５、脂肪族アルコールが１〜４個の炭素原子を含む、請
   求項１記載の方法。 ６、反応中に絶えずソーダ水溶液を加えてｐＨを３〜８
   に保つ、請求項４記載の方法。 ７、周囲温度〜１５０℃の温度でカルボニル化する、請
   求項１記載の方法。 ８、１〜３００ｂａｒの圧力下でカルボニル化する、請
   求項１記載の方法。 ９、有機溶媒と水との二相媒質中で、カルボニル化する
   ときに使用するコバルトカルボニル錯塩の循環方法であ
   って、 第１工程において、強酸を加えてコバルトを酸化し、 第２工程において、＋２価の酸化コバルトを、アルカリ
   水酸化物の存在下で、有機溶媒中で６〜２０個の炭素原
   子を含む高級カルボン酸によって抽出し、 第３工程において、反応開始剤としてＣｏ＾ｏの存在下
   で、カルボン酸コバルトを、水素と一酸化炭素との混合
   物によって、還元し、 第４工程において、さきに還元されたコバルトに無機塩
   基を加えてコバルトを酸化還元し、コバルトテトラカル
   ボニルを水相に抽出する ことを特徴とする方法。 １０、第１工程において、塩化水素酸によって酸化する
   、請求項９記載の方法。 １１、第２工程において、高級カルボン酸が２−エチル
   カプロン酸である、請求項９記載の方法。 １２、第２工程において、有機溶媒を、芳香族誘導体、
   エステル、ケトン、脂肪族または芳香族のエーテルおよ
   び飽和鎖式炭化水素から選ぶ、請求項９記載の方法。 １３、溶媒がトルエンである、請求項１２記載の方法。 １４、第３工程において、水素対一酸化炭素のモル比が
   ０．１〜１０である、水素と一酸化炭素との混合物によ
   って還元する、請求項９記載の方法。 １５、周囲温度〜１５０℃の温度で還元する、請求項１
   ４記載の方法。 １６、１〜３００ｂａｒの圧力で還元する、請求項１４
   記載の方法。 １７、第４工程において、ソーダ水溶液を加えて酸化・
   還元する、請求項９記載の方法。