JP4372482B2 - アミド化合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、亜臨界または超臨界状態の水を反応溶媒として、水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩とからアミド化合物を生成するアミド化合物およびアミノ化合物の製造方法に関する。

近年、超臨界水を反応溶媒として用いることにより、重金属等の有害な触媒を用いることなく、様々な有機合成反応を進行させうるグリーンケミストリープロセスが注目されている。このグリーンケミストリープロセスは、化学合成において有害な触媒や溶媒を可能な限り使わず、また環境汚染となる副生物や廃棄物を減らすプロセスである。

水は、地球に存在する唯一の溶媒であり、特に超臨界水（臨界温度Ｔｃ＝３７４℃、臨界圧力Ｐｃ＝２２．１ＭＰａ）は溶媒機能を温度圧力により容易に制御することができるため、この超臨界水を利用した新しい環境調和型の化学反応プロセスの開発が注目を集めている。

また、超臨界水は誘電率が２〜１０程度と、極性有機溶媒程度であることから有機物とも相溶し、また水分子自体が酸や塩基触媒として機能するため、有機溶媒に替わる新たな溶媒として期待されている。

一方、近年、表１に示すように、キチン・キトサンあるいはヒアルロン酸のような天然素材の数多くの特性が報告されている。

しかしながら、現状においては、上記キチンは甲殻類（主にカニ殻）から無機塩を除去し、さらに炭酸カルシウムを除去し、またタンパク質を除去して、更には色素を除去するという複数の工程を経なければ得られない。さらに、キトサンは、上記キチンの脱アセチル化処理を経なければ回収できない。

そこで、キチン・キトサン等の合成の出発原料として、バイオマスから回収されるセルロースを用い、このセルロースの第１級および第２級水酸基をアミド基またはアミノ基に変換することができれば、アミド化またはアミノ化を一工程で製造できることが期待されている。

しかしながら、現在、第１級および第２級水酸基を一反応工程でアミド基に変換し、アミド化合物を製造する方法は全く知られていない。

更に、近年、アンモニアによるアルコール類のアミノ化が各種検討されているが、いずれも金属塩化合物などの触媒を必要としており、グリーンケミストリープロセスとはなっていない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、有害な触媒や溶媒を用いることなく、また不要な副生成物の生成を抑え、水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩とから一工程でアミド化合物およびアミノ化合物を製造することができるアミド化合物の製造方法およびアミノ化合物生成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアミド化合物の製造方法は、以下の特徴を有する。

（１）亜臨界または超臨界状態の水を反応溶媒とし、１−ヘキサノールからなる第１級鎖式アルコール及びベンジルアルコールからなる芳香族アルコールからなる群から選択される水酸基含有有機化合物を酢酸アンモニウムからなるカルボン酸アンモニウム塩と共存させ、更に、前記水酸基含有有機化合物に対するカルボン酸アンモニウム塩の添加比率と前記亜臨界または超臨界状態の水の密度とを相互に制御することにより、前記水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩とを反応させ、アミド化合物を生成させるアミド化合物の製造方法である。

有害な触媒や溶媒を使用することなく、アセトアミド化剤としてアセトアミド化剤の一種のアミド類に比べて安価なカルボン酸アンモニウム塩を用いることにより、、水酸基含有有機化合物に対する添加比率を少なくすることができるとともに、短時間で高収率のアミド化合物を一工程で生成させることができる。

本発明によれば、亜臨界または超臨界状態の水を反応溶媒とし、水酸基含有有機化合物に対するカルボン酸アンモニウム塩の添加比率と前記亜臨界または超臨界状態の水の密度とを相互に制御することにより、一工程でかつ有害な触媒や溶媒を用いることなく、水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩との反応を生起させ、アセトアミド化剤の一種のアミド類に比べ、短時間で高収率のアミド化合物またはアミノ化合物を得ることができ、環境に調和した製造方法を提供することができる。

上記アミド化合物を加水分解することでアミノ化合物を容易に得ることができる。特に、芳香族アルコール類からの芳香族アミノ化合物の生成は、アミド化と加水分解によるアミン化合物への誘導を一工程で行えるため、著しく反応工程を短縮することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るアミド化合物の製造方法に利用される反応装置の概略構造を示す図である。流動砂浴２０は、ヒータ２２によって加熱される。流動砂浴２０内の温度は、熱電対１０の一方によって計測され、この計測結果によってヒータ２２が制御されることで、流動砂浴２０内の温度が所定の温度に維持される。

一方、水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩と蒸留水とが、予め反応管であるＳＵＳ３１６製回分式反応器３０に所定量仕込まれ、仕込んだ後、例えば１ＭＰａ〜３ＭＰａ程度の圧力のアルゴンガスなどの不活性ガスにより系内空気を置換しておく。そして、予め反応温度に設定した流動砂浴２０に回分式反応器３０を投入して反応を開始させる。ここで、回分式反応器３０内の反応温度は熱電対１０の他方により測定される。回分式反応器３０では、加熱水と水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩とが混合され、さらに回分式反応器３０を所定の温度と圧力に制御して、回分式反応器３０内において水を超臨界または亜臨界状態に維持する。従って、この回分式反応器３０内において、超臨界または亜臨界状態の水を反応溶媒として、水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩との間の反応が生起される。所定時間経過後、回分式反応器３０を冷水浴に浸すことにより急冷して反応を停止させる。なお、反応時間は、流動砂浴２０に回分式反応器３０を投入した時点から冷水浴に投入した時点までとする。なお、本実施の形態では、回分式反応器を用いたが、これに限るものではなく、連続式の反応器を用いて本発明の製造方法を同様に行うことができる。

例えば、反応温度２００〜４５０℃、反応圧力２０〜５０ＭＰａ、反応時間５〜６０分などという反応条件を設定することができる。

また、本発明では、亜臨界または超臨界状態の水を反応溶媒として用いる。

本発明における水酸基含有有機化合物は、第１級または第２級または第３級の脂肪族鎖式アルコール（例えば、炭素数５以下の直鎖または分岐の低級アルコール、炭素数６以上の直鎖または分岐の高級アルコール）、脂環式アルコール（例えば、シクロアルコール）、芳香族アルコール（例えば、フェノール類およびベンジルアルコール）、糖類（例えば、セルロースなどの多糖類やＤ−グルコピラノース等の単糖類）の群から選択される少なくとも１種の化合物である。

本発明におけるカルボン酸アンモニウム塩としては、例えば、酢酸アンモニウム、プロピオン酸アンモニウム、酪酸アンモニウム、吉草酸アンモニウムなどが挙げられる。

本発明の反応においては、反応系に別途有機酸または無機酸を添加しても良い。

本発明のアミド化合物の合成経路を以下に詳説する。水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩とが異なる物質の場合の反応は、以下の化１の通りである。

［水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩との反応］
上記水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩との反応について、以下に例示しながら詳説する。

図２には、水酸基含有有機化合物として１−ヘキサノールを、カルボン酸アンモニウム塩として酢酸アンモニウムを用い、さらに亜臨界または超臨界状態の水を反応溶媒として、アミド化合物であるＮ−ヘキシルアセトアミドを生成する反応が示されている。

本発明においては、水酸基含有有機化合物に対するカルボン酸アンモニウム塩の添加比率と前記亜臨界または超臨界状態の水の密度とを相互に制御することが好ましい。

水酸基含有有機化合物対カルボン酸アンモニウム塩のモル比は、１：５〜１：９５が好ましく、より好ましくは１：１０〜１：６０、更に好ましくは１：１５〜１：５０である。この範囲のモル比に制御することによって、アミド化合物およびアミノ化合物をより短時間に高収率で得ることができる。

また、亜臨界または超臨界状態の仕込み水密度は、好ましくは０．１〜０．８ｇ／ｍｌ、より好ましくは０．２〜０．６ｇ／ｍｌ、更に好ましくは０．３〜０．５ｇ／ｍｌである。この範囲に密度を制御することによって、アミド化合物およびアミノ化合物をより短時間に高収率で得ることができる。

更に、上記モル比と水密度を適宜選択して組み合わせることによって、更に短時間で高収率でアミド化合物およびアミノ化合物を得ることができる。

実施例１〜３．
アンモニア無添加、反応温度４００℃で水密度０．３ｇ／ｍｌ、反応時間６０分における第１級鎖式アルコールの１−ヘキサノールと酢酸アンモニウムとの反応において、酢酸アンモニウムの添加量（当量、ｅｑ）を変化させたときのＮ−ヘキシルアセトアミド（ＨｅｘＮＨＡｃ）の収率が示されている。

実施例４〜５．
アンモニア無添加、反応温度４００℃で水密度０．５ｇ／ｍｌ、反応時間１５分、３０分における第１級鎖式アルコールの１−ヘキサノールと酢酸アンモニウムとの反応において、酢酸アンモニウムの添加量を２０当量としたときのＮ−ヘキシルアセトアミド（ＨｅｘＮＨＡｃ）の収率が示されている。

実施例６．
アンモニア無添加、反応温度４００℃で水密度０．３ｇ／ｍｌ、反応時間１０分における芳香族アルコールのベンジルアルコールと酢酸アンモニウムとの反応におけるＮ−ベンジルアセトアミドの収率が示されている。

比較例１〜３．
アンモニア無添加、反応温度４００℃で水密度０．３ｇ／ｍｌまたは０．５ｇ／ｍｌ、反応時間６０分における第１級鎖式アルコールの１−ヘキサノールとアセトアミド化剤としてアセトアミドとの反応において、１−ヘキサノールに対するアセトアミドの添加量（当量、ｅｑ）を変化させたときのＮ−ヘキシルアセトアミド（ＨｅｘＮＨＡｃ）の収率が示されている。

ここで、収率の求め方は、以下の通りである。

また、上記実施例１〜６および比較例１〜３についての生成物の分析および収率等の分析は、以下に示すガスクロマトグラフィー熱伝導度検出装置（ＧＣ−ＦＩＤ）および高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）により、それぞれ表２，３に示す条件で行った。

上記実施例１〜６および比較例１〜３の結果を以下の表４に示す。

表４の実施例１と比較例１によれば、１−ヘキサノールに対するアセトアミド化剤をアセトアミドから酢酸アンモニウムに代え、水仕込み密度を制御することによって、収率が著しく向上することが明らかになった。

更に、表４の実施例１〜３によれば、アミド化剤を酢酸アンモニウムとすることにより、１−ヘキサノールに対する酢酸アンモニウムの添加量を最適化することによって、Ｎ−ヘキシルアセトアミドの収率がより向上することが判明した。一方、比較例２，３では、アミド化剤をアセトアミドとした場合、１−ヘキサノールに対するアセトアミドの添加量を変化させても、Ｎ−ヘキシルアセトアミドの収率は変化しなかった。

表４の実施例４の結果を実施例３と比較することによって、仕込み水密度の最適化により（０．３ｇ／ｍｌから０．５ｇ／ｍｌに代えることにより）、反応時間の短縮化と収率の向上が達成されることが明らかである。

また、表４の実施例４と比較例２、実施例５と比較例１によれば、１−ヘキサノールに対するアセトアミド化剤をアセトアミドから酢酸アンモニウムに代え、仕込み水密度および１−ヘキサノールに対するアセトアミド化剤の添加量を制御することによって、短時間で同等程度の収率を得ることができることを見出した。特に、比較例１と実施例５の結果より、アミド化剤としてアセトアミドを酢酸アンモニウムに代えることによって、アミド化剤の添加量を４０％に削減しても４倍の反応速度で同等程度の収率を達成できることが判明した。更に、実施例４，５に用いた酢酸アンモニウムは、比較例１，２に用いたアセトアミドに比べ、１−ヘキサノールに対する添加量を削減することができることが判明した。

また、表４の実施例２と比較例３によれば、１−ヘキサノールに対するアセトアミド化剤をアセトアミドから酢酸アンモニウムに代えることによって、アセトアミド化剤の添加量が同等であり、その他の反応条件が同一であっても、Ｎ−ヘキシルアセトアミドなどアミド化合物を高収率で製造することができることが分かった。

一般に、アセトアミドに比べ、酢酸アンモニウムは安価である。したがって、アセトアミド化剤として、アセトアミドに比べ１−ヘキサノールに対する添加量を同等または削減可能な酢酸アンモニウムを用いることにより、Ｎ−ヘキシルアセトアミドなどアミド化合物の製造コストを低減することができる。更に、１−ヘキサノールに対するアセトアミド化剤をアセトアミドから酢酸アンモニウムに代えることにより、短時間で、Ｎ−ヘキシルアセトアミドなどアミド化合物を高収率で製造することができることが判明した。また、実施例６より、第１級アルコールの代わりに芳香族アルコールを用いた場合でも、酢酸アンモニウムにより、短時間で高収率のアミド化合物を得ることができることが判明した。

有害な触媒や溶媒を使用せずに、短い工程でアミド化合物またはアミノ化合物を生成させる用途に適用でき、更に、バイオマスから回収されるセルロースを用いて、セルロースの第１級および第２級水酸基をアミド化またはアミノ化して、アミド基またはアミノ基に変換させ、キチン・キトサン、ヒアルロン酸を製造することが可能である。

実施形態の方法に利用する装置構成を示す図である。 １−ヘキサノールと酢酸アンモニウム間の脱水反応の概要を示す図である。

符号の説明

１０ 熱電対、２０ 流動砂浴、２２ ヒータ、３０ 回分式反応器。

Claims (1)

1. 亜臨界または超臨界状態の水を反応溶媒とし、１−ヘキサノールからなる第１級鎖式アルコール及びベンジルアルコールからなる芳香族アルコールからなる群から選択される水酸基含有有機化合物を酢酸アンモニウムからなるカルボン酸アンモニウム塩と共存させ、更に、前記水酸基含有有機化合物に対するカルボン酸アンモニウム塩の添加比率と前記亜臨界または超臨界状態の水の密度とを相互に制御することにより、前記水酸基含有有機化合物とカルボン酸アンモニウム塩とを反応させ、アミド化合物を生成させるアミド化合物の製造方法。

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