JP4923800B2 - フルフラール類の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、農薬中間体等として有用なフルフラール類を製造する方法に関する。

フルフラール類を製造する方法として、例えば、特開昭５７−９１９８２号公報（特許文献１）、特開２００２−２５５９５１号公報（特許文献２）及び特開２００３−１８３２６８号公報（特許文献３）には、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、アセトニトリル又はエーテルを反応溶媒に用いて、フラン類、ホスゲン及びＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを反応させた後、該反応混合物を加水分解処理する方法が開示されている。また、特開２００５−２３２０４２号公報（特許文献４）には、水に分液可能なニトリルを反応溶媒に用いて、フラン類、ホスゲン及びホルムアミド類を反応させた後、該反応混合物を加水分解処理する方法が開示されている。

特開昭５７−９１９８２号公報 特開２００２−２５５９５１号公報 特開２００３−１８３２６８号公報 特開２００５−２３２０４２号公報

上記反応溶媒としては、コストや安定性、取り扱い性等の点から炭化水素を用いるのが有利であるが、炭化水素を用いることが開示されている特許文献１又は２に記載の方法では、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドとホスゲンから生成する所謂ヴィルスマイヤー（Vilsmeier）錯体（ClHC=N⁺（CH₃）₂Cl^-）や反応中間体であるインモニウム塩（R-CH=N⁺Me₂Cl^-；Ｒは置換基を有していてもよい２−フリル基）の炭化水素に対する溶解性が低いため、反応系内にスケーリング（固体が反応器内面に付着すること）が起こりやすいという問題があった。

そこで、本発明の目的は、炭化水素を溶媒とし、上記スケーリングを起こさずに操作性良くフルフラール類を製造しうる方法を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討の結果、炭化水素溶媒中、所定のフラン類、ホスゲン及び所定のホルムアミド類を反応させた後、該反応混合物を加水分解処理することで上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、炭化水素溶媒中で式（１）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子又は炭化水素基を表す。）

で示されるフラン類、ホスゲン及び式（２）

（式中、Ｒ⁴及びＲ⁵はそれぞれ炭化水素基を表し、Ｒ⁴及びＲ⁵の炭素数の合計は４〜１２であり、或いは、Ｒ⁴及びＲ⁵は一緒になって、それらが結合する窒素原子とともに環を形成している。）

で示されるホルムアミド類を反応させた後、該反応混合物を加水分解処理することを特徴とする式（３）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）

で示されるフルフラール類を製造する方法を提供するものである。

本発明によれば、炭化水素溶媒中、上記フラン類、ホスゲン及び上記ホルムアミド類を反応させることにより、反応系内にスケーリングを起こさずに操作性良く、フルフラール類を製造することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の原料であるフラン類は、式（１）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子又は炭化水素基を表す。）

で示される〔以下、フラン類（１）ということがある。〕。式（１）中、Ｒ¹〜Ｒ³の少なくとも１つが炭化水素基である場合、該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができる。

ここで、脂肪族炭化水素基とは、脂肪族炭化水素から水素原子を除いた残基であり、その炭素数は通常１〜２０程度である。その具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−オクタデシル基のようなアルキル基；ビニル基、アリル基のようなアルケニル基；エチニル基、プロパルギル基のようなアルキニル基等を挙げることができる。

また、脂環式炭化水素基とは、脂環式炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常３〜２０程度である。この脂環式炭化水素基は、脂環式炭化水素の脂肪族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を含む脂環式炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基のようなシクロアルキル基；シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基のようなシクロアルキルアルキル基等を挙げることができる。

また、芳香族炭化水素基とは、芳香族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常６〜２０程度である。この芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素の芳香族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を含む芳香族炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族環を含む芳香族炭化水素の該脂肪族環から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、フェニル基、２−トリル基、３−トリル基、４−トリル基、メシチル基、ナフチル基のようなアリール基；ベンジル基、４−フェニルブチル基のようなアリールアルキル基（アラルキル基）等を挙げることができる。

フラン類（１）の具体例としては、フラン、２−メチルフラン、３−メチルフラン、２−エチルフラン、３−エチルフラン、２−ブチルフラン、３−ブチルフラン、２−ヘキシルフラン、３−ヘキシルフラン、２−オクチルフラン、３−オクチルフラン、２−デシルフラン、３−デシルフラン、２−ドデシルフラン、３−ドデシルフラン、２−オクタデシルフラン、３−オクタデシルフラン、２−フェニルフラン、３−フェニルフラン、２−ベンジルフラン、３−ベンジルフラン、２，３−ジメチルフラン、２，４−ジメチルフラン、３，４−ジメチルフラン、２，３−ジエチルフラン、２，４−ジエチルフラン、３，４−ジエチルフラン、３−エチル−５−メチルフラン、３−ブチル−５−メチルフラン、３−ヘキシル−５−メチルフラン、２−メチル−４−オクチルフラン、２，３−ジフェニルフラン、２，４−ジフェニルフラン、３，４−ジフェニルフラン、２，３−ジベンジルフラン、２，４−ジベンジルフラン、３，４−ジベンジルフラン、２，３，４−トリメチルフラン、２，３，４−トリエチルフラン等を挙げられることができる。中でも、２−メチルフランが好適に用いられる。

本発明では、上記のフラン類（１）、ホスゲン及び式（２）

（式中、Ｒ⁴及びＲ⁵はそれぞれ炭化水素基を表し、Ｒ⁴及びＲ⁵の炭素数の合計は４〜１２であり、或いは、Ｒ⁴及びＲ⁵は一緒になって、それらが結合する窒素原子とともに環を形成している。）

で示されるホルムアミド類〔以下、ホルムアミド類（２）ということがある。〕を、炭化水素溶媒中で反応させる。この際、ホルムアミド類（２）由来の所謂ヴィルスマイヤー錯体やインモニウム塩は炭化水素溶媒に溶解するため、スケーリングは起こらず、良好な操作性で該反応混合物を得ることができる。

式（２）中、Ｒ⁴及びＲ⁵がそれぞれ炭化水素基である場合、該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができ、その例は、先に式（１）におけるＲ¹〜Ｒ³で表される炭化水素基の例として挙げたものと同様であるが、Ｒ⁴及びＲ⁵の炭素数の合計は４〜１２である。

また、式（２）中、Ｒ⁴及びＲ⁵は一緒になって、それらが結合する窒素原子とともに環を形成している場合、環の員数は通常５〜１２程度であり、環の例としては、ピロリジン環、ピペリジン環等を挙げることができる。

ホルムアミド類（２）の具体例としては、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジプロピルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジブチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジヘキシルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジフェニルホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアニリド、１−ホルミルピロリジン、１−ホルミルピペリジン等を挙げることができる。また、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。

ホルムアミド類（２）の使用量は、フラン類（１）１モルに対して、通常０．８〜５．０モル、好ましくは１．０〜１．５モルである。

炭化水素溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンのような脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンのような脂環式炭化水素、トルエン、キシレンのような芳香族炭化水素等を挙げることができ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。中でも、芳香族炭化水素が好ましく、トルエンがより好ましい。

上記溶媒の使用量は、フラン類（１）に対して、通常１〜５０重量倍、好ましくは２〜１０重量倍である。尚、場合により炭化水素以外の溶媒を併用することができるが、その量は、通常、炭化水素の０．１重量倍までである。

ホスゲンの使用量は、フラン類（１）１モルに対して、通常０．８〜５．０モル、好ましくは１．０〜１．５モルである。尚、本発明に使用されるホスゲンは、ガス状でも、液体状でもよい。また、ホスゲンを上記炭化水素溶媒に溶解させた溶液を用いてもよい。更に、３量体であるトリホスゲンを用いることもできる。

反応温度は、通常−３０℃〜１３０℃、好ましくは０〜４０℃である。従来の方法では、スケーリングを避けるため、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド由来の所謂ヴィルスマイヤー錯体やインモニウム塩を溶解させるために反応温度を高くする必要がある。対して、本発明においては、ホルムアミド類（２）由来の所謂ヴィルスマイヤー錯体やインモニウム塩は、反応温度を高くすることなく、炭化水素溶媒に溶解するため、スケーリングは起こらず、操作性良く反応を行うことができる。

フラン類（１）、ホスゲン、ホルムアミド類（２）及び炭化水素溶媒の混合方法は適宜選択することができる。フラン類（１）、ホルムアミド類（２）及び炭化水素溶媒の混合物にホスゲンを供給してもよく、上記溶媒中に、フラン類（１）、ホスゲン及びホルムアミド類（２）を併注（共フィード）することもできる。反応は、通常、常圧下で行えばよいが、必要に応じて減圧下又は加圧下で行うこともできる。

反応の経過は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル等で追跡することができる。

こうして得られる反応混合物を常法により、水、好ましくは塩基性水溶液と混合して加水分解処理することにより、該反応混合物中のインモニウム塩を式（３）

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）

で示されるフルフラール類に変換することができる。塩基性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等を挙げることができる。水又は塩基性水溶液の使用量は、インモニウム塩及び残存しうる所謂ヴィルスマイヤー錯体を加水分解するのに十分で、油水分離性が良好な混合物が得られるように、適宜調整すればよい。また、加水分解処理の温度は、通常０〜１３０℃程度である。

上記加水分解処理後、油水層を分離し、式（３）で示されるフルフラール類を含む油層を得ることができる。必要に応じて更に該油層を洗浄、蒸留、晶析、クロマトグラフィー等の方法で精製した後、各種用途に使用することができる。

かくして得られるフルフラール類としては、例えば、２−フルアルデヒド、５−メチル−２−フルフラール、４−メチル−２−フルフラール、３−メチル−２−フルフラール、５−エチル−２−フルフラール、４−エチル−２−フルフラール、３−エチル−２−フルフラール、５−ブチル−２−フルフラール、４−ブチル−２−フルフラール、３−ブチル−２−フルフラール、５−ヘキシル−２−フルフラール、４−ヘキシル−２−フルフラール、３−ヘキシル−２−フルフラール、５−オクチル−２−フルフラール、４−オクチル−２−フルフラール、３−オクチル−２−フルフラール、５−デシル−２−フルフラール、４−デシル−２−フルフラール、３−デシル−２−フルフラール、５−ドデシル−２−フルフラール、４−ドデシル−２−フルフラール、３−ドデシル−２−フルフラール、５−オクタデシル−２−フルフラール、４−オクタデシル−２−フルフラール、３−オクタデシル−２−フルフラール、５−フェニル−２−フルフラール、４−フェニル−２−フルフラール、３−フェニル−２−フルフラール、５−ベンジル−２−フルフラール、４−ベンジル−２−フルフラール、３−ベンジル−２−フルフラール、４，５−ジメチル−２−フルフラール、３，５−ジメチル−２−フルフラール、３，４−ジメチル−２−フルフラール、４，５−ジエチル−２−フルフラール、３，５−ジエチル−２−フルフラール、３，４−ジエチル−２−フルフラール、３−エチル−５−メチル−２−フルフラール、３−ブチル−５−メチル−２−フルフラール、３−ヘキシル−５−メチル−２−フルフラール、３−オクチル−５−メチル−２−フルフラール、４，５−ジフェニル−２−フルフラール、３，５−ジフェニル−２−フルフラール、３，４−ジフェニル−２−フルフラール、４，５−ジベンジル−２−フルフラール、３，５−ジベンジル−２−フルフラール、３，４−ジベンジル−２−フルフラール、３，４，５−トリメチル−２−フルフラール、３，４，５−トリエチル−２−フルフラール等が挙げられる。中でも、本発明は５−メチル−２−フルフラールを得る方法として有利である。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。例中、濃度を表す％は、特記ない限り重量基準である。

実施例１
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド２１．５ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

次いで、水２９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液４９．６ｇを加えてｐＨ８．７とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を、２０％塩酸２．０ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇの混合水溶液で１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層９４．２ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの濃度は２０．５％（１９．３ｇ、収率８７％）であった。また、上記の水層及び洗浄に使用後の水溶液には合計０．９ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、上記油層中の量と合わせると、５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９１％となる。

実施例２
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ、Ｎ，Ｎ−ジブチルホルムアミド３３．４ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

次いで、トルエン４０ｇと水７９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液２９．０ｇを加えてｐＨ８．３とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を、２０％塩酸２．８ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液２２．０ｇの混合水溶液で１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液２０．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層１３７ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの濃度は１３．３％（１８．３ｇ、収率８３％）であった。また、上記の水層及び洗浄に使用後の水溶液には合計２．３ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、上記油層中の量と合わせると、５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９３％となる。

実施例３
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ、Ｎ−メチルホルムアニリド２８．７ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。供給終了後、３５℃で１時間保持した。ここまでの操作で、固体の析出は見られなかった。

次いで、水２９．０ｇを加え、得られた油水混合物に、２５℃で２５％水酸化ナトリウム水溶液６８．４ｇを加えてｐＨ８．８とし、１時間保持した後、油層と水層とに分離した。得られた油層を、２０％塩酸２．０ｇと５％硫酸ナトリウム水溶液１１．０ｇの混合水溶液で１回、次いで５％硫酸ナトリウム水溶液２０．０ｇで１回洗浄した。洗浄後の油層１１４．４ｇをガスクロマトグラフィーで分析した結果、５−メチル−２−フルフラールの濃度は１７．９％（２０．４ｇ、収率９２％）であった。また、上記の水層及び洗浄に使用後の水溶液には合計０．５ｇの５−メチル−２−フルフラールが含まれ、上記油層中の量と合わせると、５−メチル−２−フルフラールの反応収率は９５％となる。

比較例１
冷却管を備えた２００ｍＬ４つ口フラスコにトルエン７９．８ｇ、２−メチルフラン１６．５ｇ、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド２８．７ｇを入れ、３５℃で攪拌した。この中に、同温度を保ちながら、ホスゲン２１．５ｇを４時間かけて供給した。ホスゲンの供給を開始して３０分で固体が析出し、撹拌ができなくなった。

Claims (5)

1. 炭化水素溶媒中で式（１）
   

   

   （式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ水素原子又は炭化水素基を表す。）
   で示されるフラン類、ホスゲン及び式（２）
   

   

   （式中、Ｒ⁴及びＲ⁵はそれぞれ炭化水素基を表し、Ｒ⁴及びＲ⁵の炭素数の合計は４〜１２であり、或いは、Ｒ⁴及びＲ⁵は一緒になって、それらが結合する窒素原子とともに環を形成している。）
   で示されるホルムアミド類を反応させた後、該反応混合物を加水分解処理することを特徴とする式（３）
   

   

   （式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ前記と同じ意味を表す。）
   で示されるフルフラール類の製造方法。
2. 炭化水素溶媒が芳香族炭化水素である請求項１に記載の方法。
3. 炭化水素溶媒がトルエンである請求項１に記載の方法。
4. 反応温度が０〜４０℃である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 式（１）中、Ｒ¹がメチル基であり、Ｒ²及びＲ³がそれぞれ水素原子である請求項１〜４のいずれかに記載の方法。