JPH11322683A - ベタインの水溶液の製造方法 - Google Patents

ベタインの水溶液の製造方法

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JPH11322683A
JPH11322683A JP11021374A JP2137499A JPH11322683A JP H11322683 A JPH11322683 A JP H11322683A JP 11021374 A JP11021374 A JP 11021374A JP 2137499 A JP2137499 A JP 2137499A JP H11322683 A JPH11322683 A JP H11322683A
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    • C07C227/00Preparation of compounds containing amino and carboxyl groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C227/02Formation of carboxyl groups in compounds containing amino groups, e.g. by oxidation of amino alcohols

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【解決手段】水酸化コリン、酢酸コリン又は重炭酸コリ
ンの水溶液を、担持された貴金属触媒の存在下で約20
℃〜100℃、ほぼ大気圧〜100psiで酸素と反応
させるベタインの水溶液の製造方法。 【効果】アミンハロカルボキシレート汚染物質が生成し
ないので、先行技術のベタインの製造方法より有利であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】本発明はベタインの水溶液の製造方法に
関する。この製品は動物飼料として、また個人的衛生面
での皮膚清浄剤として共に価値がある。ベタインを製造
する最も一般的な方法はアルカリ金属水素化物の存在下
でトリメチルアミンをα−ハロカルボン酸と反応させる
ことによるものである(米国特許第4,497,825号および
第5,292,942号参照)。この方法にはいくつか不利点が
ある。例えば塩化ナトリウムが常に共生成され、除去さ
れねばならない(米国特許第3,480,665号参照)。これ
に加えて出発物質トリメチルアミンハロカルボキシレー
トに汚染物としての懸念があり、トリメチルアミンの水
準を低くするように工程を変更しなければならない。
【0002】米国特許第5,684,119号は、トリメチルア
ミンをモノクロロ酢酸とまず反応させ、次いでエチレン
オキサイドを前段階の反応生成物と反応させることによ
り、モノクロロ酢酸、トリメチルアミンおよびエチレン
オキサイドとからベタインおよびコリンクロライドをと
もに合成する方法を教示している。上記した諸プロセス
については、反応からの汚染物が問題である。ベタイン
を製造する別な合成方法はGekkan Fudo Kemi Karu (199
1年), 7(6), 112〜120頁に記載されている。
【0003】ベタインを製造する別な方法は、酸素とコ
リンオキシダーゼ酵素を使用するコリン [Me3NCH2
CH2OH]+ の酸化である(米国特許第5,187,088号、
第4,245,050号および第4,135,980号参照)。この酸化で
は生成するベタイン1モルあたり過酸化水素2モルが生
成する。従って、この方法はベタインを製造するのには
用いられないが、生成する過酸化水素を測定することに
よりコリンを検出する分析技術として有用である。
【0004】Pd、Pt、Rh、Ru、Ir、Os、R
eのような貴金属の存在下でアルカリ金属水酸化物を使
用して、第1級アルコールをカルボン酸塩に酸化するこ
とは周知である(Catalysis Today 19 (1994年), 247〜
284頁)。日本特許第50−96516A号はPdのような貴金
属の存在下でアルコールを苛性アルカリでアルコールを
液相脱水素化することによりカルボン酸塩を製造する方
法を開示している。この方法では、高い温度 100℃
〜270℃が用いられまたジエチレングリコールのよう
なアルコールが使用される。この方法に固有の不利点は
100℃またはそれ以上の高い温度を用いねばならず、
また所望の酸がアルカリ金属塩で生成されることであ
る。遊離塩基としてのコリンの濃厚溶液が100℃で分
解してトリメチルアミンエチレングリコールとポリ(エ
チレングリコール)を生成することを示す文献がある。
Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,
第6巻, 第9頁である。従って当業者はこのような分子
が酸化、高温およびアルカリ性溶液などの条件下で劣化
すると考えるであろう。
【0005】
【発明の概要】本発明者らは担持された貴金属触媒の存
在下でコリン塩の水溶液を酸素と反応させることにより
ベタインの水溶液を製造できることを見出した。本明細
書で用いる場合、Rがそれぞれ独立してHまたはC1
4のアルキル基である化学式R 3+CH2CO2 -によっ
て表される化合物をベタインと称する。本方法は約20
℃〜100℃の温度および大気圧から約100psiまで
の圧力を用いてバッチ式または連続的に反応器を操作す
るのに好適である。
【0006】
【発明に関する詳述】コリン化合物は商業的に入手でき
る物質であり、また水溶液中の塩の形態のものが発売さ
れている。本発明者らは担持された貴金属触媒の存在下
でコリン塩の水溶液を酸素と部分的に反応させてベタイ
ン/コリンの水性混合物を生成するかあるいはベタイン
に完全に酸化させることができることを見出している。
一般的な反応は以下の化学反応式 [R3NCH2CH2OH]+-+O2 → [R3+CH2CO
2 -]+H2O+HX (式中、Rはそれぞれ独立してHまたはC1〜C4のアル
キル基であり、またX-はコリン陽イオンによって塩を
形成することのできる任意の陰イオンである)によって
示すことができる。好適な陰イオンの例にはOH-
R′CO2 -(R′はH、アルキル、ハロアルキル、アリ
ールまたはハロアリールである)、SO4 =、NO3 -、C
3 =、HCO 3 -、HSO4 -、HSO3 -、PF6 -、B
4 -、CF3CO2 -、ClO4 -、CF3SO 3 -、Cl-
Br-、I-、F-およびC456 -がある。これらの陰
イオンの多くの場合、酸化を進行させるために溶液をア
ルカリ性にするために追加的塩基例えばNaOHを添加
しなければならない。X-がOH-であるかあるいは酢酸
または重炭酸のような弱酸の陰イオンである場合、追加
的な塩基は反応速度を増大するかもしれないが、必要で
はない。
【0007】ベタイン化合物を製造するための先行技術
より本願の技術が有利であるのは、アミンハロカルボキ
シレート汚染物が生成せずまた生化学的方法におけるよ
うにH22が生成しないからである。加えて、追加的な
塩基の使用を必要としないコリン塩例えば水酸化コリ
ン、酢酸コリンまたは重炭酸コリンが使用される場合、
アルカリ金属塩は生成しない。
【0008】他のコリン塩を使用すると追加的な塩基を
必要とするであろうし、従ってアルカリ金属塩副生物が
生成するが、この反応は、トリメチルアミン、クロロ酢
酸および塩基を反応させる、これまでの塩の除去に加え
てトリメチルアミンおよびクロロアセテートの汚染が問
題になる方法より有利である。ほとんど驚くべきことで
あるが、本発明者らは陰イオン(X-)は高濃度、つま
り約40%より高い濃度でCl-のようないくつかの陰
イオンが有害な作用を示し始めることを除いて反応条件
下で触媒を被毒させないことを見出した。
【0009】要約すると、コリン塩の水溶液は、大気圧
から約100psiの酸素と担持された不均質系触媒を使
用することによって、約20℃〜100℃の温度で高い
変換率および(または)選択率でベタインに酸化されう
ることが見出された。担持された不均質触媒は好適な支
持体上にある貴金属からなる。コリン/貴金属モル比は
約10〜500と変化してよい。後記する実施例ではP
d/CおよびPt/Cの使用を示すが、Rh、Ru、I
rおよびReのような他の貴金属触媒もまた使用でき
る。安定でありまた反応条件に対して不活性である任意
の支持体例えば炭素を使用することができ、またCd、
BiまたはPbのような助触媒もまた添加してよい。特
許請求の範囲に記載の方法は100℃までの温度および
100psiまでの酸素圧力を使用するバッチ式または連
続式反応器を操作するのに好適である。
【0010】最終用途および関係する経済性に応じて、
コリンの一部のみを酸化してコリン/ベタインの水性混
合物を生成するか、あるいはコリンのベタインへの完全
酸化が好ましいであろう。触媒の種類、触媒濃度、陰イ
オン、コリンの濃度、反応温度のようなパラメータを調
整することによりコリンの酸化度を制御することができ
る。以下の実施例は本発明を一層明解にするために示す
ものであって、これらに限定されるものではない。
【0011】実験の部 すべての実験は酸素バブラー、水冷式コンデンサーおよ
び温度計を備えた三つ口ガラスフラスコ内で実施した。
フラスコは温度を維持するように熱監視装置に接続され
た加熱マントルによって加熱した。水溶液は磁気撹拌機
によって撹拌した。ベタインおよびコリンの量は13
NMRスペクトルにおけるこれらの相対的積分値から算
出した。
【0012】実施例 1 異なる二つの温度での塩化コリンのベタインへの酸化 三つ口フラスコに23.5gの塩化コリンの70%溶液
を入れ、続いて300mlの脱イオン水を入れた。これに
8.6gのNaOHを加え、続いて3.3gの5%Pt/
C触媒を加えた。溶液に酸素を吹き込みそして75℃で
4時間加熱し、次いで濾過しそして13C NMRによっ
て分析した。室温で実験を18時間反復しそして結果を
以下のように比較した。
【表1】 これらの結果から、室温での酸化がより高い温度での酸
化より緩慢であるが、両反応ともベタインへの高い選択
率を示したことがわかる。
【0013】実施例 2 水酸化コリンの酸化と塩化コリンとの比較 三つ口フラスコに200mlの脱イオン水を入れ、次いで
2.1gの5%Pt/C触媒を添加した。これに水酸化
コリンの50%溶液(Aldrich)を25ml加え、そして
混合物に酸素を吹き込み撹拌し、そして78℃で3時間
加熱し、次いで濾過しそして分析した。4.4gのNa
OHを添加した275mlの水中に溶解した15.45g
の塩化コリンを用いて実験を反復した。結果を下記に示
す。
【表2】 結果は水酸化物および塩化物の双方について酸化が同様
に進行することを示す。
【0014】実施例 3 〜6wt%の希薄溶液を用いての種々の量のPd/C触媒
を使用する酸化 約15.5gの塩化コリンを275mlの水中に溶解し
た。これに4.4gのNaOHを加え、次いで4.2gの
5%Pd/Cを加えた。撹拌しつつ78℃で3時間にわ
たって混合物に酸素を吹き込み、その後溶液を濾過しそ
して分析した。種々の量の触媒を使用して実験を反復し
た。結果を下記に示す。
【表3】 結果は、触媒の量に従って変換率が直線的に増加しない
が、触媒が多くなると変換率が高まるという一般的傾向
がある。
【0015】実施例 4 14%の塩化コリン溶液を用いて高い変換率および選択
率でベタインを製造する反応 水100mlに15.5gの塩化コリンを添加し、続いて
4.5gのNaOHおよび10gの5%Pd/C触媒を
添加した。溶液に78℃で5.5時間にわたって酸素を
吹き込み、次いでこれを濾過しそして分析した。結果を
下記に示す。
【表4】
【0016】実施例 5 高濃度(40%)の塩化コリンまたは水酸化コリンを使
用してベタインを製造する反応 100mlの水に50gの塩化コリンを添加し、続いて1
4.3gのNaOHと10gの5%Pd/C触媒を添加
した。溶液に78%で5.5時間にわたって酸素を吹き
込み、次いでこれを濾過しそして分析した。10mlの水
を添加し、続いて10gの5%Pd/Cを添加した81
mlの水酸化コリンを用いてつくった溶液によって実験を
反復した。結果を以下の表に示す。
【表5】 結果は、高濃度で水酸化コリンが塩化物よりよく作用す
ることを示し、このことは塩化物がより高い濃度では触
媒毒でありうる可能性を示す。
【0017】実施例 6 高濃度(47%)の重炭酸コリン溶液を使用してベタイ
ンを製造する反応 約63mlの75%重炭酸コリンを42mlの水で希釈し、
次いで10gの5%Pd/Cと混合した。78℃で5時
間にわたって酸素を吹き込み、その後、生成物を濾過し
そして分析した。結果を下記に示す。
【表6】 結果は、重炭酸塩は水酸化物ほどには有効でないことを
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・イーモン・キャロル アメリカ合衆国ペンシルベニア州18069. オーアフィールド.ロータスドライブ1717 (72)発明者 フランシス・ジョーゼフ・ウォラー アメリカ合衆国ペンシルベニア州18103− 9670.アレンタウン.モールフェアードラ イブ3908

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化コリン、酢酸コリンおよび重炭酸
    コリンからなる群から選択されるコリン塩の水溶液を、
    担持された貴金属触媒の存在下で約20℃〜100℃の
    温度で酸素と反応させることからなる、ベタインの水溶
    液の製造方法。
  2. 【請求項2】 ほぼ大気圧から100psiまでの圧力で
    実施する請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 コリン塩が構造式 [R3NCH2CH2OH]+- (式中、Rはそれぞれ独立してHまたはC1〜C4のアル
    キル基であり、そしてX -はOH-、CH3COO-または
    HCO3 -である)によって表される請求項1の方法。
  4. 【請求項4】 ベタインが構造式 R3+CH2CO2 - (式中、Rはそれぞれ独立してHまたはC1〜C4のアル
    キル基である)によって表される請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 触媒が支持体上のPtまたはPdからな
    る請求項1の方法。
  6. 【請求項6】 触媒支持体が炭素である請求項5の方
    法。
  7. 【請求項7】 反応に助触媒を加える請求項1の方法。
  8. 【請求項8】 助触媒がCd、BiまたはPbである請
    求項7の方法。
  9. 【請求項9】 コリン/貴金属モル比が10〜500で
    ある請求項1の方法。
  10. 【請求項10】 コリン塩の水溶液を、担持された貴金
    属触媒の存在下で約20℃〜100℃の温度で酸素およ
    び塩基と反応させることからなり、このコリン塩が構造
    式 [R3NCH2CH2OH]+- (式中、Rはそれぞれ独立してHまたはC1〜C4のアル
    キル基であり、またX-は水溶性であるコリン塩を生成
    することのできる任意の陰イオンである)によって表さ
    れる、ベタインの水溶液の製造方法。
  11. 【請求項11】 X-がOH-、CH3CO2 -、SO4 =
    NO3 -、CO3 =、HCO3 -、HSO4 -、HSO3 -、PF
    6 -、BF4 -、CF3CO2 -、ClO4 -、CF3SO3 -、C
    -、Br-、I-、F-、C456 -、またはR′CO2
    でありR′はH、アルキル、ハロアルキル、アリールま
    たはハロアリールである請求項10の方法。
  12. 【請求項12】 ベタインが構造式 R3+CH2CO2 - (式中、Rはそれぞれ独立してHまたはC1〜C4のアル
    キル基である)によって表される請求項10の方法。
  13. 【請求項13】 ほぼ大気圧から100psiで実施され
    る請求項10の方法。
  14. 【請求項14】 触媒が支持体上のPtまたはPdから
    なる請求項10の方法。
  15. 【請求項15】 触媒の支持体が炭素である請求項14
    の方法。
  16. 【請求項16】 反応に助触媒を加える請求項10の方
    法。
  17. 【請求項17】 助触媒がCd、BiまたはPbである
    請求項16の方法。
  18. 【請求項18】 コリン/貴金属モル比が10〜500
    である請求項10の方法。
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