JPH1067704A - ヒドロキシピバリン酸の水溶液からの分離法 - Google Patents

ヒドロキシピバリン酸の水溶液からの分離法

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JPH1067704A
JPH1067704A JP9228945A JP22894597A JPH1067704A JP H1067704 A JPH1067704 A JP H1067704A JP 9228945 A JP9228945 A JP 9228945A JP 22894597 A JP22894597 A JP 22894597A JP H1067704 A JPH1067704 A JP H1067704A
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Karl Heinz Dr Neumann
カール−ハインツ・ノイマン
Dieter Dipl Chem Dr Heitkamp
デイーター・ハイトカンプ
Helmut Dipl Chem Dr Fiege
ヘルムート・フイーゲ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒドロキシピバリン酸の水溶液からの分離
法。 【解決手段】 水の共沸蒸留による除去及び続く極性及
び無極性成分からなる溶媒混合物からの結晶化によっ
て、ヒドロキシピバリン酸を水溶液から得る。この蒸留
は、得られる溶液の全重量の少なくとも0.1%の残存
含水量が達成されるまで、減圧下及び最高塔底温度90
℃で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、使用に適当な有機溶媒又は溶媒
混合物を用いて減圧下に共沸蒸留することにより水を除
去し、ついで1つ又は両方の成分が先の共沸蒸留で用い
たものである極性及び無極性成分からなる有機溶媒混合
物からヒドロキシピバリン酸を結晶化させる事により、
ヒドロキシピバリン酸を水溶液から分離する方法に関す
る。
【0002】工業的観点から両方とも魅力に欠けるネオ
ペンチルグリコ−ルの過マンガン酸カリウム酸化及びヒ
ドロキシピバルアルデヒドのカニツアロ反応の他に、ヒ
ドロキシピバリン酸はネオペンチルグリコ−ルの空気/
2酸化及びヒドロキシピバルアルデヒドのH22酸化
により製造する事ができる。ネオペンチルグリコ−ルを
水性アルカリ溶液中において、Pd/C又はPt/C触
媒の存在下にO2又は空気で酸化する方法は、例えば特
公昭53−77010号又は米国特許第3799977
号に記述されている。両特許には、Na塩として得られ
るヒドロキシピバリン酸の遊離に関する教示はない。更
に米国特許では収率及び選択性のデ−タが完全に欠けて
おり、また特公昭53−77010号には特公昭53−
77010号で製造されるヒドロキシピバリン酸ナトリ
ウムのIR吸収帯を純粋なヒドロキシピバリン酸ナトリ
ウム試料のそれと単に比較して非常に疑わしい100%
という収率が言及されている。この方法の別法として、
ヒドロキシピバリン酸はヒドロキシピバルアルデヒドの
過酸化水素酸化でも合成できる。この方法は、モナトシ
ェフテ・ヒユア・ヘミ−(Monatshefte f
uer Chemie)、95、410(1964)に
初めて記述され、1968年に改良形として特公昭43
−24888号に再び取り上げられた。過酸化水素酸化
の後、ヒドロキシピバリン酸は水溶液で得られる。単離
に関しては、モナトシェフテによれば、ヒドロキシピバ
リン酸をNa2CO3の添加によりNa塩に転化する。こ
の塩を10倍容量のアセトンを添加して沈殿させ、濾別
する。残渣を少量の水に溶解し、ヒドロキシピバリン酸
を化学量論量のH2SO4で遊離させ、CHCl3に捕捉
させる。水−湿ったCHCl3溶液をNa2SO4で乾燥
し、Na2SO4を濾別し、CHCl3を留去する。この
結果融点範囲100〜122℃(文献124〜126
℃)の粗ヒドロキシピバリン酸が残留する。この広い融
点範囲は、ヒドロキシピバリン酸がかなりの量の随伴し
た不純物を含んでいることを示す。モナトシェフテによ
る粗ヒドロキシピバリン酸が純粋であると仮定するなら
ば、この仮定の収率は用いたヒドロキシピバルアルデヒ
ドに基づいて理論収率の約69%である。著者は、最初
にCHCl3、ついで水からの更なる再結晶後に、初め
て融点125〜126℃の真に純粋なヒドロキシピバリ
ン酸を得る。ヒドロキシピバリン酸は非常に水溶性であ
るから、これらの更なる結晶化後の純粋なヒドロキシピ
バリン酸の収率は理論収率の50%以下までかなり減少
していると推定される。アセトンの添加による容量の増
加及び多数の処理工程は、この方法を工業的に魅力のな
いものにする。
【0003】特公昭43−24888号は、過酸化水素
を解離できる触媒を使用する上記方法の別法を記述す
る。非常に細かい金、白金、銀、又はガラス粒子及び更
に波長2000〜4000ÅのUV光はそのような触媒
として言及されている。ヒドロキシピバリン酸を、水溶
液からの結晶化によって得る困難さは、この特許明細書
で更に言及され、融点が120℃以上の物質は水から単
離できなかった。それゆえに著者は、適当な溶媒例えば
ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、n−ブタノ−ル
などとの共沸蒸留により水を除去するとしているが、特
許の実施例ではベンゼンしか使用されていない。脱水
後、溶媒を留去し、粗ヒドロキシピバリン酸を減圧下に
精留する。特公昭43−24888号の実施例2を、
(工業的な衛生上の理由から)ベンゼンの代わりにトル
エンを用いて再び行っている最中、水は共沸的に留去さ
れた。続くヒドロキシピバリン酸の蒸留において、溶液
中にもともと存在するヒドロキシピバリン酸の2.35
モルの0.64モルだけが20ミリバ−ル下に留去でき
た。2官能性のヒドロキシピバリン酸は、蒸留中にポリ
エステル及び無水物を生成し、これが暗褐色の蒸留残渣
として残る。また留出物を約125℃において溶融物形
で保持しなければならない。これはオリゴ/重合反応に
よる収率及び量の低下に通じる。ついでこのヒドロキシ
ピバリン酸留出物をベルト上で冷却し、そして機械的に
粉砕しなければならない。
【0004】他に、共沸的脱水後に、ヒドロキシピバリ
ン酸は特公昭43−24888号によると随伴剤ベンゼ
ンから冷却により晶出するが、必要な品質を達成するた
めには再びベンゼンから再結晶しなければならない。
【0005】ベンゼンは発癌性として分類されているか
ら、この溶媒からの結晶化は今や工業的衛生上の観点か
ら許容できないとされている。本申請者自身の研究は、
許容できる程度の高いトルエンを用いる酸化バッチの共
沸脱水後、続く溶媒からの結晶化は95%以下の含量の
粘ちょうなヒドロキシピバリン酸をもたらした。この純
度は明らかに上述した随伴不純物のせいである。
【0006】今日までヒドロキシピバリン酸の単離に関
して記述された方法は、処理工程の多さと高温における
ポリエステエル/無水物の生成の著しい傾向のために、
ヒドロキシピバリン酸の工業的製造には非常に適当では
なかった。
【0007】今回、驚く事に、第1に水の除去のために
工程を減圧下に行わねばならない、第2に完全な乾固の
ために水の除去を行わねばならない、及び第3に最初の
結晶化で少なくとも98.0%の純度でヒドロキシピバ
リン酸が既に得られる程度まで無極性有機溶媒を極性有
機溶媒と組み合わせることにより、ヒドロキシピバリン
酸の結晶化が改善できる、ということが発見された。
【0008】本発明は、共沸蒸留で水を除去し、ついで
ヒドロキシピバリン酸を有機溶媒から結晶化することに
より、ヒドロキシピバリン酸を水溶液から分離する際
に、(a)溶媒の少なくとも1つが水と共沸物を形成す
る有機溶媒1つ又はそれ以上を該水溶液に添加し、
(b)得られるヒドロキシピバリン酸の有機溶媒中溶液
が、生成する溶液の全重量に基づいて少なくとも0.1
重量%の残存含水量となるまで、水を減圧下に留去し、
そして(c)溶液が少なくとも1つの極性の及び少なく
とも1つの無極性の溶媒を含んでなり且つヒドロキシピ
バリン酸がそれから晶出するように、生成した溶液を調
節する、該ヒドロキシピバリン酸の水溶液からの分離法
に関する。
【0009】結晶化に対する無極性溶媒は、例えば脂肪
族及び芳香族C6〜C10炭化水素、例えばベンゼン、ト
ルエン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、
n−ヘキサン、メチルシクロヘキサン又はこれらのいく
つかの混合物である。
【0010】結晶化に対する極性溶媒は、例えばC1
6アルコ−ル、全炭素数3〜10のエステル、C3〜C
8ケトン、C4〜C10エ−テル、C3〜C6ニトリル又はこ
れらのいくつかの混合物、例えばメタノ−ル、エタノ−
ル、n−又はi−プロパノ−ル、n−又はi−ブタノ−
ル、ペンタノ−ル、ヘキサノ−ル、酢酸エチル、酢酸イ
ソプロピル、酢酸i−又はn−ブチル、酢酸1−メトキ
シ−2−プロピル、メチルエチルケトン、メチルイソブ
チルケトン、メチルtert−ブチルエ−テル、ジイソ
プロピルエ−テル、アセトニトリル又はこれらのいくつ
かの混合物である。
【0011】本発明の方法の結晶化に用いる少なくとも
1つの無極性の及び少なくとも1つの極性溶媒の混合物
は、水と共沸物を形成し、したがって共沸蒸留に使用さ
れる少なくとも1つの溶媒を含んでなる。共沸物生成溶
媒は無極性溶媒の群及び極性溶媒の群の両方に見出され
る。無極性溶媒を共沸蒸留に使用した場合、続いて極性
溶媒は得られる溶液を結晶化に対して調節するために添
加され、その逆も可能である。勿論いくつかの溶媒を各
群から使用することも可能であるが、これは複雑な処理
のため好適さは低い。溶媒の少なくとも1つが水と共沸
物を形成する少なくとも1つの極性の及び少なくとも1
つの無極性の溶媒の混合物が、既に共沸蒸留に及び得ら
れる溶液の、予想される結晶化に対する調節において既
に使用したものであることも可能である。
【0012】2つの溶媒組み合わせ物、トルエン/1−
ブタノ−ル及びシクロヘキサン/酢酸n−ブチルは、特
に適当であることが分かった。次の組成の溶媒混合物
は、結晶化に対して好適に使用される。トルエン95〜
40容量部及び1−ブタノ−ル5〜60容量部、又は酢
酸n−ブチル80〜30容量部及びシクロヘキサン20
〜70容量部。
【0013】トルエン95〜75容量部及び1−ブタノ
−ル5〜25容量部、又は酢酸n−ブチル75〜50容
量部及びシクロヘキサン25〜50容量部の溶媒組み合
わせ物は特に好適に使用される。
【0014】水の共沸蒸留による除去は、10〜50
0、好ましくは30〜400ミリバ−ルの減圧下に行わ
れる。勿論、共沸物生成剤の添加前に及び共沸蒸留を行
う前に、単蒸留で水のいくらか、例えば水の全量の10
〜70%を除去することが可能である。これも上述した
減圧下に行われる。
【0015】水の除去は、生成する溶液の全重量に基づ
いて少なくとも0.1重量%の水、例えば0.1〜2、
好ましくは0.5〜1.5重量%の水が、得られるヒド
ロキシピバリン酸の溶液中に依然存在する時点まで行わ
れる。
【0016】本方法は、例えばイソブチルアルデヒド
の、トリアルキルアミン触媒下でのホルムアルデヒドと
の縮合により製造されたヒドロキシピバルアルデヒド
を、H22で酸化して、ヒドロキシピバリン酸を得るこ
とによって行われる。トリアルキルアミン触媒の代替物
として、他の塩基例えばNa2CO3(特公昭43−24
888号)或いはNaOH又はKOH[J.アム・ケム
・ソク(Am.Chem.Soc.)62,1785
(1940);ヘム・ベル(Chem.Ber.)10
2,1606(1969)]も、アルデヒドの縮合に使
用できる。得られる水性ヒドロキシピバリン酸溶液を、
例えば鉱酸によりpH=2.5、一般にpH=2〜4に
持っていき、ついで溶液中に存在する水の量の約半分を
減圧下に留去する。ついで水と共沸物を生成する有機溶
媒又は溶媒混合物を添加し、残りの水を減圧下に共沸蒸
留により約1重量%の残存量まで減圧下に溶液から除去
する。蒸留残渣の、含水量が例えば0.1重量%以下ま
での過度な脱水は、ヒドロキシピバリン酸のオリゴマ−
及び/又は無水物を生成しうるので、注意深く避けねば
ならない。
【0017】それ自体水と共沸物を形成する溶媒、例え
ばトルエン、及びトルエンと1−ブタノ−ルの溶媒混合
物の両方は、脱水に使用できる。これと同一の事は、他
の組み合わせ物例えば酢酸n−ブチル又はシクロヘキサ
ンの組み合わせ物にも当て嵌まり、成分(極性又は無極
性)のそれぞれがそれ自体又は溶媒混合物として脱水の
ために使用できる。ヒドロキシピバリン酸の品質のため
に、共沸脱水を減圧下に行い、90℃、特に好ましくは
65℃の塔底温度を越えるべきでないという事は、好適
であり、重要である。脱水を常圧で行うならば、塔底生
成物が黄色に着色し、これが結晶化生成物に入り込む。
結晶化に対しては、脱水に対して既に使用していないな
らば、そのような第2の溶媒を添加する。ついで生成物
を含む溶液を、普通食塩水が工業的製造工程の冷媒とし
て使用されるから、−18℃、経済的理由から特に好ま
しくは−8℃まで冷却する。ヒドロキシピバリン酸の結
晶を濾別し、溶媒混合物で洗浄し、乾燥室中最高60
℃、減圧下に乾燥する。
【0018】次の実施例は、本発明の主題を例示する
が、いずれの具合にもそれを限定するものではない。
【0019】
【実施例】
実施例1(対照例) H22酸化に由来し且つ36.95重量%の酸含量を有
するヒドロキシピバリン酸溶液1600gを、撹拌機、
内部温度計及び水分離器付きの4リットルの4つ口フラ
スコに、先ず導入し、トルエン1リットルを添加した。
この溶液を、塔底温度85℃から初めて塔底温度110
℃まで、常圧下において共沸的に脱水した。脱水中、反
応溶液の黄色化が起こった。残存する水の量はカ−ル−
フィッシャ−滴定によると、〜1.3重量%であった。
この溶液を、先ず撹拌しながら結晶化が40℃で始まる
まで急速に冷却し、ついで0℃まで10℃/時で冷却し
た。ヒドロキシピバリン酸結晶を吸引濾過し、トルエン
200mlで洗浄し、乾燥室で150ミリバ−ル/55
℃で乾燥した。含量91.31%(GC内部標準)=出
発溶液に存在するヒドロキシピバリン酸の約77.8%
のヒドロキシピバリン酸503.9gを得た。この実施
例は常圧下におけるトルエンを用いる共沸脱水及び続く
結晶化が不満足なヒドロキシピバリン酸の品質をもたら
すことを示す。
【0020】実施例2(対照例) H22酸化に由来する36.95重量%水性ヒドロキシ
ピバリン酸溶液1279gを、実施例1に記述した装置
に先ず導入し、662mlの酢酸n−ブチル及びシクロ
ヘキサン500mlを添加した。この溶液を、残存する
水の量がカ−ル−フィッシャ−滴定により0.14重量
%になるまで常圧下において共沸的に脱水した。脱水
中、溶液は黄色化した。このヒドロキシピバリン酸溶液
を、60℃まで急速に冷却し、ついで−5℃まで10℃
/時で冷却し、ついで−5℃で終夜撹拌した。ヒドロキ
シピバリン酸結晶を吸引濾過し、それぞれ溶媒混合物1
33mlで2回洗浄し、乾燥室で150ミリバ−ル/6
0℃で乾燥した。含量92.1%(GC内部標準)=出
発溶液に存在するヒドロキシピバリン酸の約71.6%
のヒドロキシピバリン酸367.2gを得た。この実施
例は常圧下における共沸脱水が、例え溶媒混合物を用い
ても必要とされる生成物の品質をもたらさないことを示
す。
【0021】実施例3 H22酸化に由来し且つ36.95重量%のヒドロキシ
ピバリン酸含量を有する水性ヒドロキシピバリン酸溶液
1931gを、実施例1に記述した装置に先ず導入し、
水515gを塔頂温度40℃/60〜70ミリバ−ルで
留去した。この蒸留装置を水分離器で置き換え、酢酸n
−ブチル1000g及びシクロヘキサン500gを受器
に入れた。更に水286gを,160〜180ミリバ−
ル/塔底温度40〜45℃で共沸的に留去した。この脱
水を、残存する水の量が(カ−ル−フィッシャ−滴定に
より)1重量%の時点で中断した。このヒドロキシピバ
リン酸溶液を、クリオスタットで温度調節できる撹拌機
及び内部温度計付きの2リットル二重壁スルホン化ビ−
カ−に移した。この溶液を50℃まで急速に冷却し、つ
いで50℃から−5℃まで4時間に亘って冷却した。こ
れを更に1時間−5℃で撹拌し、ついで結晶化したヒド
ロキシピバリン酸を吸引濾過し、それぞれ−5℃に冷却
した溶媒混合物200mlで2回洗浄した。15分間空
気を濾過残渣を通して吸引した後、ヒドロキシピバリン
酸を乾燥室で200ミリバ−ル/60℃で終夜乾燥し
た。出発溶液に存在するヒドロキシピバリン酸の74.
7%に相当する、含量98.0%(GC内部標準)のヒ
ドロキシピバリン酸544gを得た。
【0022】実施例4 H22酸化に由来し且つ37.5重量%のヒドロキシピ
バリン酸含量を有する水性ヒドロキシピバリン酸溶液1
892gを、実施例1に記述した装置に先ず導入し、水
432.4gを62〜66ミリバ−ル/塔底温度37〜
45℃で留去した。この蒸留装置を水分離器で置き換え
た。トルエン1285ml及び1−ブタノ−ル215m
lを添加し、更に水418gを,130〜300ミリバ
−ル/塔底温度40〜60℃で共沸的に留去した。この
時溶液は、残存する水の量がカ−ル−フィッシャ−滴定
によると0.8重量%であった。このヒドロキシピバリ
ン酸溶液を、クリオスタットで温度調節できる撹拌機及
び内部温度計付きの2リットル二重壁スルホン化ビ−カ
−に移した。この溶液を40℃まで急速に冷却し、つい
で50℃/時から−5℃まで冷却した。これを更に1時
間−5℃で撹拌して結晶化を完結させた。ついで結晶化
したヒドロキシピバリン酸を冷却したガラス漏斗で吸引
濾過した。10分間空気を濾過残渣を通して吸引し、残
渣をそれぞれ−5℃の冷溶媒混合物200mlで2回洗
浄した。ヒドロキシピバリン酸を乾燥室で150ミリバ
−ル/30℃で乾燥した。出発溶液に存在するヒドロキ
シピバリン酸の71.1%に相当する、含量>99.9
%(GC内部標準)のヒドロキシピバリン酸504gを
得た。融点126〜127℃。
【0023】なお本発明の特徴及び態様は以下の通りで
ある。
【0024】1.共沸蒸留で水を除去し、ついでヒドロ
キシピバリン酸を有機溶媒から結晶化することにより、
ヒドロキシピバリン酸を水溶液から分離する際に、
(a)溶媒の少なくとも1つが水と共沸物を形成する有
機溶媒1つ又はそれ以上を添加し、(b)得られるヒド
ロキシピバリン酸の有機溶媒中溶液が、生成する溶液の
全重量に基づいて少なくとも0.1重量%の残存含水量
となるまで、水を減圧下に留去し、そして(c)溶液が
少なくとも1つの極性の及び少なくとも1つの無極性の
溶媒を含んでなり且つヒドロキシピバリン酸がそれから
晶出するように、生成した溶液を調節する、該ヒドロキ
シピバリン酸の水溶液からの分離法。
【0025】2.脂肪族及び芳香族C6〜C10炭化水
素、好ましくはベンゼン、トルエン、キシレン、エチル
ベンゼン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、メチルシク
ロヘキサン又はこれらのいくつかの混合物からなる群か
らの無極性溶媒を使用する、上記1の方法。
【0026】3.C1〜C6アルコ−ル、全炭素数3〜1
0のエステル、C3〜C8ケトン、C4〜C10エ−テル、
3〜C6ニトリル又はこれらのいくつかの混合物、好ま
しくはメタノ−ル、エタノ−ル、n−又はi−プロパノ
−ル、n−又はi−ブタノ−ル、ペンタノ−ル、ヘキサ
ノ−ル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸i−又は
n−ブチル、酢酸1−メトキシ−2−プロピル、メチル
エチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルter
t−ブチルエ−テル、ジイソプロピルエ−テル、アセト
ニトリル又はこれらのいくつかの混合物からなる群から
の極性溶媒を使用する、上記1の方法。
【0027】4.無極性及び極性溶媒の混合物におい
て、少なくとも1つが水と共沸物を形成する、上記1〜
3の方法。
【0028】5.無極性及び極性溶媒の混合物が、トル
エンと1−ブタノ−ル又は酢酸n−ブチルとシクロヘキ
サンを含んでなり、好ましくはトルエン95〜40容量
部及び1−ブタノ−ル5〜60容量部、又は酢酸n−ブ
チル80〜30容量部及びシクロヘキサン20〜70容
量部の混合物であり、特に好ましくはトルエン95〜7
5容量部及び1−ブタノ−ル5〜25容量部、又は酢酸
n−ブチル75〜50容量部及びシクロヘキサン25〜
50容量部の混合物である、上記1の方法。
【0029】6.共沸脱水を、90℃、好ましくは65
℃の塔底温度を越えないようにして減圧下に行う、上記
1の方法。
【0030】7.塔底生成物の残存含水量を、共沸蒸留
中0.1重量%以下にさせない、上記1の方法。
【0031】8.生成物含有溶媒混合物をヒドロキシピ
バリン酸の結晶化に対して、−18℃、好ましくは−8
℃まで冷却する、上記1〜7の方法。
【0032】9.濾過により単離されたヒドロキシピバ
リン酸結晶を、減圧下に、最高60℃で乾燥する、上記
1の方法。
【0033】10.イソブチルアルデヒドの、トリアル
キルアミン触媒でのホルムアルデヒドとの縮合及び続く
22酸化により得られるヒドロキシピバリン酸を使用
する、上記1の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルムート・フイーゲ ドイツ51373レーフエルクーゼン・バルタ ー−フレツクス−シユトラーセ23

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共沸蒸留で水を除去し、ついでヒドロキ
    シピバリン酸を有機溶媒から結晶化することにより、ヒ
    ドロキシピバリン酸を水溶液から分離する際に、(a)
    溶媒の少なくとも1つが水と共沸物を形成する有機溶媒
    1つ又はそれ以上を該水溶液に添加し、(b)得られる
    ヒドロキシピバリン酸の有機溶媒中溶液が、生成する溶
    液の全重量に基づいて少なくとも0.1重量%の残存含
    水量となるまで、水を減圧下に留去し、そして(c)溶
    液が少なくとも1つの極性の及び少なくとも1つの無極
    性の溶媒を含んでなり且つヒドロキシピバリン酸がそれ
    から晶出するように、生成した溶液を調節する、該ヒド
    ロキシピバリン酸の水溶液からの分離法。
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