JP4655419B2 - Process for producing 3-alkoxymethyloxetane compounds - Google Patents

Description

【００１４】
３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物がオキセタン環の３位に置換基を有する場合、その置換基としては炭化水素基が好ましく、例えば、炭素数１〜６（特に１〜２）のアルキル基、炭素数２〜６（特に３〜４）のアルケニル基、炭素数６〜１０（特に６〜７）のアリール基等が挙げられる。これら炭化水素基はそれぞれ異性体を含み、反応に関与しない他の置換基で更に置換されていてもよく、反応に関与しない原子を炭素鎖に含んでいてもよい。
【００１５】
３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物の中では、オキセタン環の３位に置換基を有する３−置換−３−ヒドロキシメチルオキセタンが好ましく、中でもオキセタン環の３位にアルキル基を有する３−アルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタンが更に好ましい。３−アルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタンとしては、例えば、３−メチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等が具体的に挙げられる。
【００１６】
３−アルキル−３−ヒドロキシメチルオキセタンは、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，７９，３４５５（１９５７）記載のように、トリオール化合物とジアルキルカーボネートを触媒存在下でエステル交換反応させて相当する環状カーボネートを生成させ、次いでこの環状カーボネートを熱分解（脱炭酸）する方法により製造される。他の３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物もこの方法に準じて製造することができる。
【００１７】
第１反応で用いる有機スルホン酸ハライドとしては、式（II）で表される、有機基（Ｒ^１）がアルキル基又はアリール基である、アルキルスルホン酸ハライド、アリールスルホン酸ハライド（式中、Ｒ^１はアルキル基又はアリール基を表し、Ｘはハロゲン原子を表す。）が好ましく挙げられる。この有機スルホン酸ハライドのハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が好ましい。有機スルホン酸ハライドの使用量は、３−ヒドロキシルメチルオキセタン化合物に対して１〜２０倍モル、更には１〜５倍モルであることが好ましい。前記Ｒがヒドロキシメチル基の場合、有機スルホン酸ハライドは、３−ヒドロキシルメチルオキセタン化合物に対して２〜２０倍モル、更には２〜５倍モル用いることが好ましい。なお、有機スルホン酸ハライドは単独又は複数で使用できる。
【００１８】
【化２】

【００１９】
前記アルキルスルホン酸ハライドとしては、例えば、メタンスルホン酸ブロマイド等のアルキルスルホン酸ブロマイドなどが好ましく挙げられる。また、アリールスルホン酸ハライドとしては、例えば、ベンゼンスルホン酸ブロマイド、ｐ−トルエンスルホン酸ブロマイド等のアリールスルホン酸ブロマイドなどが好ましく挙げられる。なお、Ｒ^１で表されるアルキル基やアリール基は、反応に関与しない他の置換基で置換されていてもよい。
【００２０】
第１反応で用いる有機塩基としては、有機塩基のハロゲン化水素酸塩に変換し得る３級アミン化合物であればよく、例えば、３級アミン、置換又は非置換のピリジンが好ましく挙げられる。また、トリエチレンジアミン等の環式３級アミンも好ましく挙げられる。有機塩基の使用量は、３−ヒドロキシルメチルオキセタン化合物に対して１〜１０倍モル、更には１〜５倍モルであることが好ましい。前記Ｒがヒドロキシメチル基の場合、有機塩基は、３−ヒドロキシルメチルオキセタン化合物に対して２〜２０倍モル、更には２〜５倍モル用いることが好ましい。有機塩基は単独又は複数で使用できる。
【００２１】
前記３級アミンは、窒素原子に結合する３個の置換基が同一又は異なっていて、アルキル基（好ましくは炭素数１〜１８）、アラルキル基（好ましくは炭素数７〜１８）、アリール基（好ましくは炭素数６〜１２）のいずれかであるものであればよい。また、窒素原子に結合する３個の置換基は、そのうちの２個の間で互いに結合して環を形成していてもよい。３級アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチルジイソプロピルアミン、ジエチルイソプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ベンジルジエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ−メチルピペリジンなどが具体的に挙げられる。これら３級アミンの中では、トリエチルアミンが好ましく使用される。
【００２２】
また、前記の置換若しくは非置換のピリジンとしては、例えば、ピリジン、メチルピリジン、ジメチルアミノピリジンなどが挙げられる。これらピリジン化合物の中では、ピリジンが好ましく使用される。
【００２３】
第１反応では、有機塩基の存在下、反応中に生成する有機塩基のハロゲン化水素酸塩が溶解する状態で、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物と有機スルホン酸ハライドを液相で反応させることが好ましい。即ち、第１の反応では、該ハロゲン化水素酸塩が溶解する溶媒を用いて反応を行って、３−ハロメチルオキセタン化合物を生成させることが好ましい。
【００２４】
有機塩基のハロゲン化水素酸塩が溶解する溶媒を用いて（反応中に生成する有機塩基のハロゲン化水素酸塩が溶解する状態で）反応を行うには、該ハロゲン化水素酸塩が溶解する有機溶媒を第１反応溶媒として用いる場合はそのまま又は必要に応じてその溶媒を追加して反応を続ければよく、また、反応の進行に伴って該ハロゲン化水素酸塩が析出する有機溶媒を第１反応溶媒として用いる場合や第１反応溶媒を用いない場合は、該ハロゲン化水素酸塩が（好ましくは完全に）溶解する溶媒を添加溶媒として新たに添加して反応を続ければよい。添加溶媒が有機スルホン酸ハライドに作用するもの（低級アルコール）である場合、その添加は、有機塩基のハロゲン化水素酸塩の生成が終了した後に行うことが好ましい。
その他の添加溶媒の添加時期は特に制限されない。
【００２５】
第１反応は、例えば、不活性ガス雰囲気で、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物、有機スルホン酸ハライド、有機塩基（及び必要に応じて第１反応溶媒）の混合物を加熱攪拌する等の方法により、そして、前記のように反応中に生成する有機塩基のハロゲン化水素酸塩が溶解する状態において行われる。第１反応の反応温度は−２０℃〜２００℃、更には０〜１２０℃であることが好ましく、反応圧力は、常圧又は加圧であればよい。このように、第１反応では、３−ハロメチルオキセタン化合物のハロゲン源として新たにハロゲン化合物を用いる（添加する）ことなく、３−ハロメチルオキセタン化合物を生成させることができる。即ち、反応中に生成する有機塩基のハロゲン化水素酸塩がそのまま該ハロゲン源として利用されることになる。
【００２６】
第１反応溶媒の使用量は、３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物に対して好ましくは０〜１００倍モル、更に好ましくは５〜３０倍モルである。添加溶媒の使用量は有機塩基のハロゲン化水素酸塩を溶解させ得るのに充分な量であれば特に制限されないが、有機塩基に対して好ましくは１〜３０倍モルである。第１反応溶媒や添加溶媒は単独又は複数で用いることができる。
【００２７】
第１反応溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素や、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル化合物や、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン等の脂肪族ハロゲン化炭化水素や、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物や、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン、ヘキサメチルホスフォラストリアミド等のアミド化合物や、ジメチルスルホキシドや、スルホランなどが用いられる。この中では、トルエン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン、アセトニトリル、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノンが好ましく、中でも、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノンが更に好ましい。第１反応溶媒のうち、添加溶媒と同じものは有機塩基のハロゲン化水素酸塩を溶解させることができる。
【００２８】
また、添加溶媒は有機塩基のハロゲン化水素酸塩を溶解させ得るものであればよく、メタノール、エタノール、ｎ−（又はイソ）プロパノール等の脂肪族低級アルコールや、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物や、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン、ヘキサメチルホスフォラストリアミド等のアミド化合物や、ジメチルスルホキシドや、スルホランなどが用いられる。
【００２９】
第１反応では、３−ヒドロキシメチルキセタン化合物に対応して、式（III）で表される３−ハロメチルキセタン化合物（式中、Ｒ、Ｘは前記と同様である。）が生成する。この３−ハロメチルオキセタン化合物は、例えば、反応終了後に不純物を水洗により除去し、次いで、溶媒を留去し、蒸留等により分離される。
【００３０】
【化３】

【００３１】
本発明の第２反応で用いるアルコールとしては、その有機基（式（IV）のＲ^２に相当する）が、アルキル基（好ましくは炭素数１〜１２）、シクロアルキル基（好ましくは炭素数３〜１２）、アラルキル基（好ましくは炭素数７〜１４）、アリール基（好ましくは炭素数６〜１２）のいずれかである、アルキルアルコール、シクロアルキルアルコール、アラルキルアルコール、アリールアルコ−ルが挙げられる。この場合、有機基は反応に不活性な置換基を有していてもよい。また、アルキル基はその炭素鎖の内部に炭素−炭素二重結合等の不飽和結合を含んでいてもよく、エーテル結合を含んでいてもよい。その他、前記の３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物も第２反応のアルコールとして用いることができる。アルコールの使用量は、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して１〜１００倍モル、更には１０〜３０倍モル程度であることが好ましい。
【００３２】
前記のアルキルアルコールとしては、メタノール、エタノール、ｎ−（又はイソ）プロパノール、ｎ−（又はイソ）ブタノール等が挙げられ、シクロアルキルアルコールとしては、シクロペンタノール、シクロヘキサノール。シクロゲプタノール、シクロオクタノール等が挙げられる。また、アラルキルアルコールとしては、ベンジルアルコールが挙げられ、アリールアルコールとしては、フェノール、メトキシフェノール、クロロフェノール、クレゾール、カテコール等が挙げられる。３−ヒドロキシメチルオキセタン化合物は前記と同様である。
【００３３】
第２反応においては、固体又は非水溶液のアルカリを添加して用いることが好ましい。このとき、アルカリは反応液中で均一に溶解していても懸濁していてもよい。なお、非水溶液のアルカリは前記アルコールや後述の第２反応溶媒の溶液として用いられる。アルカリの使用量は、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して１〜１０倍モル、更には１〜２倍モルであることが好ましい。前記Ｒがヒドロキシメチル基の場合、アルカリは、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して２〜２０倍モル、更には２〜４倍モル用いることが好ましい。
【００３４】
前記アルカリとしては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、又はアルコラートが好ましく挙げられる。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が好ましく、アルカリ金属の炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が好ましい。また、アルカリ金属のアルコラートとしては、前記アルコール（特にアルキルアルコール）と同じ有機基を有するナトリウムアルコラート、カリウムアルコラートが好ましい。これらアルカリの中では、水酸化ナトリウム、ナトリウムアルコラートが好ましい。
【００３５】
また、第２反応では、アルカリの効果を上げるために、窒素原子に結合する４個の置換基が同一又は異なっていて、アルキル基（好ましくは炭素数１〜１８）、アラルキル基（好ましくは炭素数７〜１８）、アリール基（好ましくは炭素数６〜１８）のいずれかである４級アンモニウム塩（ハライド又はヒドロキサイド）を併用することが好ましい。また、４級アンモニウム塩に代えてポリエチレングリコール（好ましくは分子量５００〜５００００、更に好ましくは分子量１０００〜１００００）を併用してもよい。
【００３６】
４級アンモニウム塩の使用量は、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して１〜５０モル％、更には１０〜３０モル％程度であることが好ましく、ポリエチレングリコールの使用量は、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して１〜５０重量％、更には５〜２０重量％程度であることが好ましい。
【００３７】
前記４級アンモニウム塩としては、例えば、テトラメチルアンモニウムクロライド（又はブロマイド、ヒドロキサイド）、メチルトリエチルアンモニウムクロライド（又はブロマイド、ヒドロキサイド）、テトラエチルアンモニウムクロライド（又はブロマイド、ヒドロキサイド）、テトラブチルアンモニウムクロライド（又はブロマイド、ヒドロキサイド）、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（又はブロマイド、ヒドロキサイド）、テトラフェニルアンモニウムクロライド（又はブロマイド、ヒドロキサイド）等が挙げられる。
【００３８】
第２反応は、３−ハロメチルオキセタン化合物と前記アルコールを、前記固体又は非水溶液のアルカリの添加下（及び好ましくは前記４級アンモニウム塩又はポリエチレングリコールの添加下）で、液相で反応させることが好ましい。例えば、不活性ガス雰囲気にて、ハロメチルオキセタン化合物、前記固体又は非水溶液のアルカリ（及び好ましくは前記４級アンモニウム塩又はポリエチレングリコール、更に必要に応じて第２反応溶媒）の混合物を加熱攪拌する等の方法により行われる。第２反応の反応温度は０〜２３０℃、更には２０〜１５０℃であることが好ましく、反応圧力は特に制限されず、適宜選択される。
【００３９】
第２反応では、必要に応じて第２反応溶媒を単独又は複数で用いることができる。第２反応溶媒の使用量は、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して０〜１００倍モル、更には５〜３０倍モルであることが好ましい。第３溶媒に前記アルコールを使用する場合、その使用量は、３−ハロメチルオキセタン化合物に対して１〜１００倍モル、更には５〜３０倍モルであることが好ましい。
【００４０】
第２反応溶媒としては、メタノール、エタノール、ｎ−（又はイソ）プロパノール、ｎ−（又はイソ）ブタノール等の低級アルキルアルコールや、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、２−メチルシクロヘキサノール等の炭素数３〜１２のシクロアルキルアルコールや、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の芳香族炭化水素や、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテルや、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン等の脂肪族ハロゲン化炭化水素や、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリルや、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン、ヘキサメチレンホスフォラストリアミド等のアミドや、ジメチルスルホキシドや、スルホランなどが用いられる。
【００４１】
第２反応では、３−ハロメチルオキセタン化合物に対応して式（IV）で表される３−アルコキシメチルオキセタン化合物（式中、Ｒは前記と同様で、Ｒ^２はアルコールの有機基を表す。）が生成する。この３−アルコキシメチルオキセタン化合物は、例えば、反応終了後に溶媒及び未反応のアルコールを留去し、蒸留等により分離される。
【００４２】
【化４】

【００４３】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、生成物の純度はガスクロマトグラフィーによる面積百分率で求めた。
【００４４】
実施例１
〔第１反応〕
攪拌装置、滴下ロート、及び窒素導入管を備えた内容積１Ｌ（リットル）のガラス製四つ口フラスコに、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン５８．１ｇ（０．５００モル）、トリエチルアミン５５．７ｇ（０．５５０モル）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド７３０．０ｇを加え、窒素雰囲気下、攪拌しながら０℃まで冷却した。次いで、液温を０〜１０℃に維持しながら、メタンスルホン酸ブロマイド８７．５ｇ（０．５５０モル）を滴下ロートより３時間で滴下し、滴下終了後、２０℃に昇温して３時間攪拌し、更に８５℃まで昇温して４時間攪拌した。この間、トリエチルアミン臭化水素酸塩の析出は見られなかった。
反応終了後、反応液に水１．５Ｌを添加し、トルエン５００ｍｌで３回抽出した。得られた抽出液から、減圧濃縮、減圧蒸留（８０〜８２℃／１５〜１７ｔｏｒｒ）により、純度９９．０％の３−エチル−３−ブロモメチルオキセタン８１．４ｇを得た（収率：９０％）。
【００４５】
〔第２反応〕
攪拌装置、滴下ロート、及び窒素導入管を備えた内容積５００ｍＬのガラス製四つ口フラスコに、水酸化ナトリウム（固体）４．８０ｇ（０．１２モル）、テトラブチルアンモニウムブロマイド４．８４ｇ（１５ミリモル）、シクロヘキサノール２００．３２ｇを加え、窒素雰囲気下、攪拌しながら１００℃まで加熱した。次いで、液温を１００℃に保ったまま、前記の３−エチル−３−ブロモメチルオキセタン１７．９ｇ（０．１０モル）を滴下ロートより３時間で滴下し、滴下終了後、そのまま１００℃で８時間攪拌した。３−エチル−３−ブロモメチルオキセタンの消失を確認した後、反応液から過剰のシクロヘキサノールを留去してガスクロマトグラフィーにより分析したところ、３−エチル−３−シクロヘキシルオキシメチルオキセタン１３．８８ｇが生成していた（収率：７０％）。反応後、反応器の腐食は認められなかった。
【００４６】
減圧蒸留（１０４〜１０６℃／４〜５ｔｏｒｒ）により得られた３−エチル−３−シクロヘキシルオキシメチルオキセタン（純度９６．０％）の^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）測定結果を示す。
δ（ｐｐｍ）：０．８８（ｔ，２Ｈ）、１．２４〜１．８４（ｍ，１０Ｈ）、１．７１（ｑ，３Ｈ）、３．２４（ｄｄ，１Ｈ）、３．５６（ｓ，２Ｈ）、４．３７（ｄｄ，２Ｈ）、４．４４（ｄｄ，２Ｈ）
【００４７】
実施例２
〔第１反応〕
実施例１と同様のガラス製四つ口フラスコに、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン３４．９ｇ（０．３００モル）、トリエチルアミン３３．４ｇ（０．３３０モル）、トルエン２２１．１ｇを加え、窒素雰囲気下、攪拌しながら０℃まで冷却した。次いで、液温を０〜１０℃に保ったまま、メタンスルホン酸ブロマイド５０．１ｇ（０．３１５モル）を滴下ロートより２時間で滴下し、滴下終了後、２０℃まで昇温して１時間攪拌した。その後、メタノール５０．０ｇを添加して副生したトリエチルアミン塩酸塩を全て溶解させ、８０℃まで昇温して８時間攪拌した。
反応終了後、実施例１と同様にして、純度９８．５％の３−エチル−３−ブロモメチルオキセタン４７．４ｇを得た（収率：８７％）。
【００４８】
〔第２反応〕
次いで、この３−エチル−３−ブロモメチルオキセタン１７．９ｇを使用し、実施例１と同様にして、３−エチル−３−シクロヘキシルオキシメチルオキセタン１３．９ｇを得た（収率：７０％）。反応後、反応器の腐食は認められなかった。
【００４９】
実施例３
〔第２反応〕
シクロヘキサノールをシクロペンタノール８６．１３ｇに代えたほかは、実施例１と同様に第２反応を行った。その結果、３−エチル−３−シクロペンチルオキシメチルオキセタン１２．７４ｇが生成していた（収率：６８．４％）。反応後、反応器の腐食は認められなかった。
【００５０】
減圧蒸留（９４〜９７℃／４〜５ｔｏｒｒ）により得られた３−エチル−３−シクロペンチルオキシメチルオキセタン（純度９５．２％）の^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）測定結果を示す。
δ（ｐｐｍ）：０．９０（ｔ，２Ｈ）、１．５２〜１．７１（ｍ，８Ｈ）、１．７４（ｑ，３Ｈ）、３．４８（ｓ，２Ｈ）、３．８８（ｄｄ，１Ｈ）、４．３８（ｄｄ，２Ｈ）、４．４４（ｄｄ，２Ｈ）
【００５１】
【発明の効果】
本発明により、著しい腐食問題を引き起こすことなく３−ハロメチルオキセタン化合物を合成し、更に、その３−ハロメチルオキセタン化合物から、加水分解を引き起こすことなく、またアルコキシド合成工程やアルカリ水溶液を用いる二層系の反応を含むことなく、非対称の３−アルコキシメチルオキセタン化合物も容易に製造できる、工業的に有利な３−アルコキシメチルオキセタン化合物の製法を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel process for producing 3-alkoxymethyloxetane compounds. A 3-alkoxymethyl oxetane compound, for example, a 3-substituted-3-alkoxymethyl oxetane (particularly 3-alkyl-3-alkoxymethyl oxetane) is a useful compound that can be used as a coating agent by thermal curing or photocuring.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound such as 3-substituted-3-alkoxymethyloxetane, a method for producing the compound from a 3-halomethyloxetane compound such as 3-substituted-3-halomethyloxetane is known. ing.
[0003]
For example, as a method for producing bis (3-alkyloxetane-3-ylmethyl) ether, a method in which 3-alkyl-3-halomethyloxetane is reacted in an alkaline aqueous solution or an aqueous suspension in the presence of a phase transfer catalyst (A ) Is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-86646).
[0004]
However, in this method, actually, as described in the publication, 3-alkyl-3-hydroxymethyloxetane is produced by hydrolysis of 3-alkyl-3-halomethyloxetane, and at the same time, etherification reaction by both of them is carried out. It happens and the object is generated. Therefore, in the method (A), (1) hydrolysis of 3-alkyl-3-halomethyloxetane as a raw material is inevitable, (2) an asymmetric ether cannot be produced, (3) 3-alkyl-3- The yield based on halomethyloxetane is 50% at the maximum. (4) Therefore, there is a problem that 3-alkyl-3-hydroxymethyloxetane must be added for the purpose of improving the yield. Furthermore, since the reaction is carried out in a two-layer system using an alkaline aqueous solution, (5) the process becomes complicated and the post-treatment operation becomes complicated. (6) Corrosion of the apparatus is promoted even in a glass reactor. The problem arises.
[0005]
In addition to the above method, for example, as a method for producing 3-alkyl-3-fluorinated alkyloxymethyloxetane, a fluorinated alcohol and a strong base are reacted in a polar aprotic solvent to produce a fluorinated alkoxide. (B), or a method of reacting a fluorinated alcohol, 3-alkyl-3-halomethyloxetane and a strong base aqueous solution in the presence of a phase transfer catalyst (C). Is also known (Japanese Patent Publication No. 11-500422).
[0006]
However, since the method (B) includes a corresponding alkoxide synthesis step, (1) the process becomes complicated and the operation becomes complicated, and (2) a strong base that is not easy to handle (sodium hydride, hydrogen There is a problem that it is necessary to use potassium halide, potassium-t-butoxide, etc.).
[0007]
In the method (C), as long as the strong base aqueous solution and the phase transfer catalyst are used, considering the method (A) in which the alkaline aqueous solution and the phase transfer catalyst are used in the same manner, (1) 3-alkyl-3-halo as a raw material There is a problem that it is difficult to avoid hydrolysis of methyl oxetane. In addition, since the reaction is performed in a two-layer system using an aqueous solution, as in the method (A), (2) the process becomes complicated and the operations such as post-treatment become complicated. (3) Corrosion of the apparatus However, there is a problem that it is promoted even in a glass reactor.
[0008]
On the other hand, as a method of synthesizing a raw material 3-halomethyloxetane compound (3-alkyl-3-halomethyloxetane, etc.), the method (A) uses 3-methyl-3-halo as described in the publication. As a method for synthesizing methyloxetane, a method is known in which a chlorinated product obtained by chlorinating trimethylolpropane with hydrogen chloride is subjected to a cyclization (dehydrochlorination) reaction. However, this method has a problem of using highly corrosive hydrogen chloride gas.
[0009]
In the methods (B) and (C), as a method for synthesizing 3-methyl-3-bromomethyloxetane, a bromide obtained by reacting trimethylolethane in a glacial acetic acid-sodium bromide-sulfuric acid system. A method for cyclizing (deacetylating bromide) an acetate ester is known. However, even in this method, there is a problem that hydrogen bromide which is extremely corrosive is generated due to the use of the glacial acetic acid-sodium bromide-sulfuric acid system.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention synthesizes a 3-halomethyloxetane compound without causing significant corrosion problems, and further, from the 3-halomethyloxetane compound, causes almost no hydrolysis, and uses an alkoxide synthesis step or an alkaline aqueous solution. It is an object of the present invention to provide an industrially advantageous method for producing an 3-alkoxymethyl oxetane compound that can easily produce an asymmetric 3-alkoxymethyl oxetane compound without including a layer system reaction.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The subject of the present invention is a first reaction in which a 3-hydroxymethyloxetane compound and an organic sulfonic acid halide are reacted in the presence of an organic base in a state in which a hydrohalide salt of an organic base produced during the reaction is dissolved. To produce a 3-halomethyloxetane compound, and then, in the second reaction, react the 3-halomethyloxetane compound with an alcohol in the presence of a solid or non-aqueous alkali to produce a 3-alkoxymethyloxetane compound. This is solved by a process for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As the 3-hydroxymethyloxetane compound used in the first reaction of the present invention, a compound represented by formula (I) (wherein R is a hydrogen atom, an optionally substituted hydrocarbon group, or a hydroxymethyl group) In other words, 3-substituted-3-hydroxymethyl oxetane and 3-hydroxymethyl oxetane are preferable.
[0013]
[Chemical 1]

[0014]
When the 3-hydroxymethyloxetane compound has a substituent at the 3-position of the oxetane ring, the substituent is preferably a hydrocarbon group, such as an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (particularly 1 to 2 carbon atoms), or 2 carbon atoms. -6 (especially 3-4) alkenyl group, C6-C10 (especially 6-7) aryl group, etc. are mentioned. These hydrocarbon groups each contain an isomer, may be further substituted with other substituents that do not participate in the reaction, and may contain atoms that do not participate in the reaction in the carbon chain.
[0015]
Among the 3-hydroxymethyloxetane compounds, 3-substituted-3-hydroxymethyloxetane having a substituent at the 3-position of the oxetane ring is preferable, and among them, 3-alkyl-3-hydroxy having an alkyl group at the 3-position of the oxetane ring. Methyl oxetane is more preferred. Specific examples of 3-alkyl-3-hydroxymethyl oxetane include 3-methyl-3-hydroxymethyl oxetane and 3-ethyl-3-hydroxymethyl oxetane.
[0016]
3-Alkyl-3-hydroxymethyloxetane is described in J. Am. Am. Chem. Soc. , 79, 3455 (1957), a triol compound and a dialkyl carbonate are transesterified in the presence of a catalyst to form a corresponding cyclic carbonate, and then the cyclic carbonate is thermally decomposed (decarboxylated). Is done. Other 3-hydroxymethyloxetane compounds can also be produced according to this method.
[0017]
As the organic sulfonic acid halide used in the first reaction, an organic group (R) represented by the formula (II) is used. ¹ ) Is an alkyl group or an aryl group, an alkyl sulfonic acid halide, an aryl sulfonic acid halide (wherein R ¹ Represents an alkyl group or an aryl group, and X represents a halogen atom. ) Is preferred. As a halogen atom of this organic sulfonic acid halide, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are preferable. It is preferable that the usage-amount of an organic sulfonic acid halide is 1-20 times mole with respect to 3-hydroxylmethyl oxetane compound, Furthermore, it is preferable that it is 1-5 times mole. When R is a hydroxymethyl group, the organic sulfonic acid halide is used in an amount of 2 to 20 times mol, more preferably 2 to 5 times mol, based on the 3-hydroxylmethyloxetane compound. In addition, an organic sulfonic acid halide can be used individually or in multiple.
[0018]
[Chemical 2]

[0019]
Preferred examples of the alkyl sulfonic acid halide include alkyl sulfonic acid bromides such as methane sulfonic acid bromide. In addition, preferred examples of the aryl sulfonic acid halide include aryl sulfonic acid bromides such as benzene sulfonic acid bromide and p-toluene sulfonic acid bromide. R ¹ The alkyl group or aryl group represented by may be substituted with another substituent that does not participate in the reaction.
[0020]
The organic base used in the first reaction may be a tertiary amine compound that can be converted to a hydrohalide salt of an organic base. Preferred examples include tertiary amines and substituted or unsubstituted pyridine. Also preferred are cyclic tertiary amines such as triethylenediamine. It is preferable that the usage-amount of an organic base is 1-10 times mole with respect to 3-hydroxylmethyl oxetane compound, Furthermore, it is 1-5 times mole. When R is a hydroxymethyl group, the organic base is preferably used in an amount of 2 to 20 times mol, more preferably 2 to 5 times mol for the 3-hydroxylmethyloxetane compound. One or more organic bases can be used.
[0021]
In the tertiary amine, three substituents bonded to the nitrogen atom are the same or different, and an alkyl group (preferably having 1 to 18 carbon atoms), an aralkyl group (preferably having 7 to 18 carbon atoms), an aryl group ( Any one having 6 to 12 carbon atoms is preferable. Further, the three substituents bonded to the nitrogen atom may be bonded to each other to form a ring. Examples of the tertiary amine include trimethylamine, triethylamine, ethyldiisopropylamine, diethylisopropylamine, triisopropylamine, tri-n-butylamine, benzyldimethylamine, benzyldiethylamine, N, N-dimethylaniline, and N-methylpiperidine. Specific examples. Of these tertiary amines, triethylamine is preferably used.
[0022]
Examples of the substituted or unsubstituted pyridine include pyridine, methylpyridine, dimethylaminopyridine and the like. Of these pyridine compounds, pyridine is preferably used.
[0023]
In the first reaction, it is preferable to react the 3-hydroxymethyloxetane compound and the organic sulfonic acid halide in the liquid phase in the presence of the organic base in a state where the hydrohalide salt of the organic base generated during the reaction is dissolved. . That is, in the first reaction, it is preferable to carry out the reaction using a solvent in which the hydrohalide salt is dissolved to produce a 3-halomethyloxetane compound.
[0024]
To perform the reaction using a solvent in which the organic base hydrohalide is dissolved (in a state in which the organic base hydrohalide formed during the reaction is dissolved), the hydrohalide is dissolved. When an organic solvent is used as the first reaction solvent, the reaction may be continued as it is or if necessary by adding the solvent, and the organic solvent in which the hydrohalide precipitates as the reaction progresses. When used as one reaction solvent or when the first reaction solvent is not used, the reaction may be continued by newly adding a solvent in which the hydrohalide salt is dissolved (preferably completely) as an additional solvent. When the additive solvent is one that acts on the organic sulfonic acid halide (lower alcohol), the addition is preferably performed after the formation of the hydrohalide salt of the organic base is completed.
There is no particular limitation on the timing of addition of the other additive solvents.
[0025]
The first reaction is performed by, for example, a method of heating and stirring a mixture of a 3-hydroxymethyloxetane compound, an organic sulfonic acid halide, an organic base (and a first reaction solvent, if necessary) in an inert gas atmosphere, and As described above, the reaction is performed in a state in which the hydrohalide salt of the organic base produced during the reaction is dissolved. The reaction temperature of the first reaction is preferably −20 ° C. to 200 ° C., more preferably 0 to 120 ° C. The reaction pressure may be normal pressure or increased pressure. Thus, in the first reaction, a 3-halomethyloxetane compound can be generated without newly using (adding) a halogen compound as a halogen source of the 3-halomethyloxetane compound. That is, a hydrohalide salt of an organic base generated during the reaction is used as it is as the halogen source.
[0026]
The amount of the first reaction solvent to be used is preferably 0 to 100 times mol, more preferably 5 to 30 times mol for the 3-hydroxymethyloxetane compound. The amount of the additive solvent used is not particularly limited as long as it is sufficient to dissolve the hydrohalide salt of the organic base, but it is preferably 1 to 30 moles relative to the organic base. The first reaction solvent and the additive solvent can be used alone or in combination.
[0027]
Examples of the first reaction solvent include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and mesitylene, ether compounds such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, and aliphatics such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride and dichloroethane. Nitride compounds such as halogenated hydrocarbons, acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, amide compounds such as formamide, dimethylformamide, N, N-dimethylimidazolidinone, N-methylpyrrolidone, hexamethylphosphorustriamide, Dimethyl sulfoxide, sulfolane and the like are used. Of these, toluene, tetrahydrofuran, dichloroethane, acetonitrile, formamide, dimethylformamide, and N, N-dimethylimidazolidinone are preferable, and formamide, dimethylformamide, and N, N-dimethylimidazolidinone are more preferable. Of the first reaction solvent, the same solvent as the additive solvent can dissolve the hydrohalide salt of the organic base.
[0028]
The additive solvent may be any solvent that can dissolve the hydrohalide salt of an organic base, such as an aliphatic lower alcohol such as methanol, ethanol, or n- (or iso) propanol, or a nitrile such as acetonitrile or propionitrile. Compounds, amide compounds such as formamide, dimethylformamide, N, N-dimethylimidazolidinone, N-methylpyrrolidone, hexamethylphosphorustriamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane and the like are used.
[0029]
In the first reaction, a 3-halomethylxetane compound represented by the formula (III) (wherein R and X are the same as described above) is generated corresponding to the 3-hydroxymethylxetane compound. . The 3-halomethyloxetane compound is separated by, for example, removing impurities by washing with water after completion of the reaction, and then distilling off the solvent and distillation or the like.
[0030]
[Chemical 3]

[0031]
The alcohol used in the second reaction of the present invention includes an organic group (R of formula (IV)). ² Is an alkyl group (preferably having 1 to 12 carbon atoms), a cycloalkyl group (preferably having 3 to 12 carbon atoms), an aralkyl group (preferably having 7 to 14 carbon atoms), an aryl group (preferably having a carbon number). Examples thereof include alkyl alcohols, cycloalkyl alcohols, aralkyl alcohols, and aryl alcohols, which are any one of 6-12). In this case, the organic group may have a substituent inert to the reaction. The alkyl group may contain an unsaturated bond such as a carbon-carbon double bond or an ether bond inside the carbon chain. In addition, the aforementioned 3-hydroxymethyloxetane compound can also be used as the alcohol for the second reaction. The amount of the alcohol used is preferably about 1 to 100 times mol, more preferably about 10 to 30 times mol for the 3-halomethyloxetane compound.
[0032]
Examples of the alkyl alcohol include methanol, ethanol, n- (or iso) propanol, and n- (or iso) butanol, and examples of the cycloalkyl alcohol include cyclopentanol and cyclohexanol. Examples include cyclogeptanol and cyclooctanol. Examples of the aralkyl alcohol include benzyl alcohol, and examples of the aryl alcohol include phenol, methoxyphenol, chlorophenol, cresol, and catechol. The 3-hydroxymethyloxetane compound is the same as described above.
[0033]
In the second reaction, it is preferable to add a solid or non-aqueous alkali. At this time, the alkali may be uniformly dissolved or suspended in the reaction solution. The non-aqueous alkali is used as a solution of the alcohol or the second reaction solvent described later. It is preferable that the usage-amount of an alkali is 1-10 times mole with respect to a 3-halomethyl oxetane compound, Furthermore, it is 1-2 times mole. When R is a hydroxymethyl group, the alkali is preferably used in an amount of 2 to 20 times mol, more preferably 2 to 4 times mol for the 3-halomethyloxetane compound.
[0034]
Preferred examples of the alkali include alkali metal hydroxides, carbonates, and alcoholates. As the alkali metal hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like are preferable, and as the alkali metal carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate and the like are preferable. The alkali metal alcoholate is preferably sodium alcoholate or potassium alcoholate having the same organic group as the alcohol (particularly alkyl alcohol). Among these alkalis, sodium hydroxide and sodium alcoholate are preferable.
[0035]
In the second reaction, in order to increase the effect of alkali, the four substituents bonded to the nitrogen atom are the same or different, and an alkyl group (preferably having 1 to 18 carbon atoms) and an aralkyl group (preferably carbon It is preferable to use a quaternary ammonium salt (halide or hydroxide) which is any one of formulas 7 to 18) and an aryl group (preferably a carbon number of 6 to 18). In place of the quaternary ammonium salt, polyethylene glycol (preferably having a molecular weight of 500 to 50,000, more preferably having a molecular weight of 1,000 to 10,000) may be used in combination.
[0036]
The amount of quaternary ammonium salt used is preferably 1 to 50 mol%, more preferably about 10 to 30 mol%, based on the 3-halomethyloxetane compound, and the amount of polyethylene glycol used is 3-halomethyloxetane. It is preferably about 1 to 50% by weight, more preferably about 5 to 20% by weight, based on the compound.
[0037]
Examples of the quaternary ammonium salt include tetramethylammonium chloride (or bromide, hydroxide), methyltriethylammonium chloride (or bromide, hydroxide), tetraethylammonium chloride (or bromide, hydroxide), tetrabutylammonium chloride ( Or bromide, hydroxide), benzyltrimethylammonium chloride (or bromide, hydroxide), tetraphenylammonium chloride (or bromide, hydroxide), and the like.
[0038]
In the second reaction, the 3-halomethyloxetane compound and the alcohol are reacted in a liquid phase under the addition of the solid or non-aqueous alkali (and preferably with the addition of the quaternary ammonium salt or polyethylene glycol). Is preferred. For example, in an inert gas atmosphere, a mixture of a halomethyloxetane compound, the solid or non-aqueous alkali (and preferably the quaternary ammonium salt or polyethylene glycol, and, if necessary, a second reaction solvent) is heated and stirred. Etc. are performed. The reaction temperature of the second reaction is preferably 0 to 230 ° C., more preferably 20 to 150 ° C., and the reaction pressure is not particularly limited and is appropriately selected.
[0039]
In the second reaction, the second reaction solvent can be used alone or in plural as necessary. It is preferable that the usage-amount of a 2nd reaction solvent is 0-100 times mole with respect to a 3-halomethyl oxetane compound, Furthermore, it is 5-30 times mole. When using the said alcohol for the 3rd solvent, it is preferable that the usage-amount is 1-100 times mole with respect to a 3-halomethyl oxetane compound, Furthermore, it is 5-30 times mole.
[0040]
Examples of the second reaction solvent include lower alkyl alcohols such as methanol, ethanol, n- (or iso) propanol and n- (or iso) butanol, and carbon numbers of 3 such as cyclopentanol, cyclohexanol and 2-methylcyclohexanol. ~ 12 cycloalkyl alcohol, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene and mesitylene, ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, and aliphatics such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride and dichloroethane Halogenated hydrocarbons, nitriles such as acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, formamide, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylimidazolidinone, And amides such as Sa methylene phosphonium last Li amide, and dimethyl sulfoxide, sulfolane and the like.
[0041]
In the second reaction, a 3-alkoxymethyloxetane compound represented by the formula (IV) corresponding to the 3-halomethyloxetane compound (wherein R is as defined above, R ² Represents an organic group of an alcohol. ) Is generated. This 3-alkoxymethyloxetane compound is separated by, for example, distilling off the solvent and unreacted alcohol after completion of the reaction.
[0042]
[Formula 4]

[0043]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. The purity of the product was determined by area percentage by gas chromatography.
[0044]
Example 1
[First reaction]
To a glass four-necked flask having an internal volume of 1 L (liter) equipped with a stirrer, a dropping funnel, and a nitrogen inlet tube, 58.1 g (0.500 mol) of 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane, 55. 7 g (0.550 mol) and 730.0 g of N, N-dimethylformamide were added, and the mixture was cooled to 0 ° C. with stirring in a nitrogen atmosphere. Next, while maintaining the liquid temperature at 0 to 10 ° C., 87.5 g (0.550 mol) of methanesulfonic acid bromide was dropped from the dropping funnel over 3 hours. The mixture was stirred, further heated to 85 ° C. and stirred for 4 hours. During this time, no precipitation of triethylamine hydrobromide was observed.
After completion of the reaction, 1.5 L of water was added to the reaction solution, and extracted with 500 ml of toluene three times. From the obtained extract, 81.4 g of 3-ethyl-3-bromomethyloxetane having a purity of 99.0% was obtained by vacuum concentration and distillation under reduced pressure (80 to 82 ° C./15 to 17 torr) (yield: 90 %).
[0045]
[Second reaction]
Into a 500 mL glass four-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel and a nitrogen introduction tube, 4.80 g (0.12 mol) of sodium hydroxide (solid) and 4.84 g of tetrabutylammonium bromide (15 Mmol) and 200.32 g of cyclohexanol were added and heated to 100 ° C. with stirring under a nitrogen atmosphere. Next, while maintaining the liquid temperature at 100 ° C., 17.9 g (0.10 mol) of 3-ethyl-3-bromomethyloxetane was added dropwise from the dropping funnel over 3 hours. Stir for 8 hours. After confirming disappearance of 3-ethyl-3-bromomethyloxetane, excess cyclohexanol was distilled off from the reaction solution and analyzed by gas chromatography. As a result, 13.88 g of 3-ethyl-3-cyclohexyloxymethyloxetane was obtained. (Yield: 70%). After the reaction, no corrosion of the reactor was observed.
[0046]
Of 3-ethyl-3-cyclohexyloxymethyloxetane (purity 96.0%) obtained by vacuum distillation (104-106 ° C / 4-5torr) ¹ H-NMR (CDCl ₃ ) Show the measurement results.
δ (ppm): 0.88 (t, 2H), 1.24 to 1.84 (m, 10H), 1.71 (q, 3H), 3.24 (dd, 1H), 3.56 (s , 2H), 4.37 (dd, 2H), 4.44 (dd, 2H)
[0047]
Example 2
[First reaction]
To a glass four-necked flask similar to Example 1, 34.9 g (0.300 mol) of 3-ethyl-3-hydroxymethyloxetane, 33.4 g (0.330 mol) of triethylamine, and 221.1 g of toluene were added. The mixture was cooled to 0 ° C. with stirring in a nitrogen atmosphere. Next, 50.1 g (0.315 mol) of methanesulfonic acid bromide was dropped from the dropping funnel over 2 hours while maintaining the liquid temperature at 0 to 10 ° C., and after completion of the dropping, the temperature was raised to 20 ° C. for 1 hour. Stir. Thereafter, 50.0 g of methanol was added to dissolve all the triethylamine hydrochloride produced as a by-product, and the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 8 hours.
After completion of the reaction, 47.4 g of 3-ethyl-3-bromomethyloxetane having a purity of 98.5% was obtained in the same manner as in Example 1 (yield: 87%).
[0048]
[Second reaction]
Next, 13.9 g of this 3-ethyl-3-bromomethyloxetane was used and 13.9 g of 3-ethyl-3-cyclohexyloxymethyloxetane was obtained in the same manner as in Example 1 (yield: 70%). . After the reaction, no corrosion of the reactor was observed.
[0049]
Example 3
[Second reaction]
The second reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that cyclohexanol was replaced with 86.13 g of cyclopentanol. As a result, 12.74 g of 3-ethyl-3-cyclopentyloxymethyloxetane was produced (yield: 68.4%). After the reaction, no corrosion of the reactor was observed.
[0050]
Of 3-ethyl-3-cyclopentyloxymethyloxetane (purity 95.2%) obtained by vacuum distillation (94-97 ° C./4-5 torr) ¹ H-NMR (CDCl ₃ ) Show the measurement results.
δ (ppm): 0.90 (t, 2H), 1.52-1.71 (m, 8H), 1.74 (q, 3H), 3.48 (s, 2H), 3.88 (dd , 1H), 4.38 (dd, 2H), 4.44 (dd, 2H)
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, a 3-halomethyloxetane compound is synthesized without causing significant corrosion problems, and further, from the 3-halomethyloxetane compound, hydrolysis is not caused, and an alkoxide synthesis process or an aqueous alkaline solution is used. An industrially advantageous process for producing an 3-alkoxymethyl oxetane compound that can easily produce an asymmetric 3-alkoxymethyl oxetane compound without involving the reaction of the system can be provided.

Claims (4)

In the first reaction, an organic base formed during the reaction in the presence of an organic base that is a tertiary amine compound capable of converting a 3-hydroxymethyloxetane compound and an organic sulfonic acid halide into a hydrohalide salt of an organic base. Reaction in the state in which the hydrohalide salt is dissolved to form a 3-halomethyloxetane compound, and then in the second reaction, the 3-halomethyloxetane compound and alcohol are added under the addition of a solid or non-aqueous alkali. To produce a 3-alkoxymethyloxetane compound ,
Tertiary amine compounds are
(I) The three substituents bonded to the nitrogen atom are the same or different, and are any one of an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 18 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms. A tertiary amine (three substituents bonded to a nitrogen atom may be bonded to each other between two of them to form a ring), or
(Ii) pyridine, methylpyridine or dimethylaminopyridine
A process for producing a 3-alkoxymethyloxetane compound. The tertiary amine compound is selected from the group consisting of trimethylamine, triethylamine, ethyldiisopropylamine, diethylisopropylamine, triisopropylamine, tri-n-butylamine, benzyldimethylamine, benzyldiethylamine, N, N-dimethylaniline, N-methylpiperidine. a process according to claim 1 which is selected is a tertiary amine emissions. The process according to claim 1 , wherein the tertiary amine compound is trimethylamine, triethylamine or pyridine. The process according to any one of claims 1 to 3, wherein a solvent selected from the group consisting of an aliphatic lower alcohol, a nitrile compound, an amide compound, dimethyl sulfoxide and sulfolane is used in the first reaction.