JP5090989B2 - Process for producing α-acyloxyacrylic acid and / or ester thereof - Google Patents
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Description
本発明は、α−アシロキシアクリル酸および/またはそのエステルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing α-acyloxyacrylic acid and / or its ester.
近年、再生可能な資源であるバイオマスからのエネルギーおよび化学品製造技術として、バイオリファイナリー技術が注目を集めている。バイオリファイナリーとは、各種バイオマスのガス化、糖化および抽出などにより、合成ガス、グルコースなどの糖類およびリグニンなどの芳香族化合物などを製造し、それらを多様に変換することでエネルギーおよび化学品を製造しようというものである。したがって、バイオリファイナリー技術は、従来のオイルリファイナリー(石油精製)依存の大量生産、大量消費の社会から持続可能な社会へのパラダイムシフトを実現するための、非常に重要な技術として位置づけられている。 In recent years, biorefinery technology has attracted attention as a technology for producing energy and chemicals from biomass, which is a renewable resource. Biorefinery produces energy and chemicals by producing various gases such as synthesis gas, saccharides such as glucose and aromatic compounds such as lignin by gasification, saccharification and extraction of various biomass. It is to try. Therefore, the biorefinery technology is positioned as a very important technology for realizing a paradigm shift from a mass production dependent on conventional oil refinery (petroleum refining) and a mass consumption society to a sustainable society.
ポリマー材料においても、植物由来原料から製造されるバイオベースプラスチックのようなカーボンニュートラルな材料は、今後需要が益々拡大することが見込まれている。なかでも、ポリ乳酸(以下、PLA)はバイオベースプラスチックとして産業界での利用が進みつつある有望な材料である。PLAは乳酸を原料として、ラクチド法などにより製造されている。PLAの原料である乳酸は、主にデンプンやセルロースの糖化によって得られるグルコースの発酵法により製造されるが、アセトアルデヒドに青酸を作用させて生じたシアンヒドリンの加水分解、1,2−プロパンジオールにおける末端アルコール基のカルボキシル基への酸化などの化学合成法によっても得ることができる。 As for polymer materials, carbon-neutral materials such as bio-based plastics manufactured from plant-derived materials are expected to increase in demand in the future. Among them, polylactic acid (hereinafter referred to as PLA) is a promising material that is being used in the industrial world as a bio-based plastic. PLA is produced by the lactide method using lactic acid as a raw material. Lactic acid, which is a raw material of PLA, is produced mainly by fermentation of glucose obtained by saccharification of starch and cellulose. Hydrolysis of cyanohydrin produced by the action of hydrocyanic acid on acetaldehyde, terminal in 1,2-propanediol It can also be obtained by a chemical synthesis method such as oxidation of an alcohol group to a carboxyl group.
現在乳酸は、PLA原料としての利用が中心であるが、将来的にPLA市場がさらに拡大すれば、それに伴って乳酸の生産量も増大し、PLA用途以外に種々の化学品製造用の安価な出発原料になることも期待できる。 At present, lactic acid is mainly used as a raw material for PLA. However, if the PLA market further expands in the future, the production amount of lactic acid will increase accordingly. It can also be expected to be a starting material.
これまでに、乳酸およびそのエステルを原料として種々の化学品を製造する試みは、種々なされている。例えば、ピルビン酸および/またはそのエステルの製造方法として、乳酸エステルを、錫−モリブデン系複合酸化物存在下(特許文献1)あるいはテルル−モリブデン系複合酸化物の存在下(特許文献2)で分子状酸素により酸化する方法、モリブデン、バナジウム、テルルおよび/またはアンチモンを含む複合金属酸化物触媒の存在下で分子状酸素により気相接触酸化する方法(特許文献3)、乳酸およびそのエステルを白金または/およびパラジウムに鉛、錫、テルルおよびインジウムからなる群から選ばれた1種以上の元素を含有する触媒存在下で含酸素ガスにより酸化する方法(特許文献4)、さらに、乳酸をリン酸鉄とパラジウムを含む触媒の存在下で分子状酸素により気相接触酸化する方法(特許文献5)などが挙げられる。 Until now, various attempts have been made to produce various chemicals using lactic acid and its esters as raw materials. For example, as a method for producing pyruvic acid and / or its ester, a lactic acid ester is a molecule in the presence of a tin-molybdenum complex oxide (Patent Document 1) or in the presence of a tellurium-molybdenum complex oxide (Patent Document 2). A method of oxidizing with gaseous oxygen, a method of gas phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of a composite metal oxide catalyst containing molybdenum, vanadium, tellurium and / or antimony (Patent Document 3), lactic acid and its ester with platinum or / And a method in which palladium is oxidized with an oxygen-containing gas in the presence of a catalyst containing at least one element selected from the group consisting of lead, tin, tellurium and indium (Patent Document 4), and further, lactic acid is converted to iron phosphate And gas phase catalytic oxidation with molecular oxygen in the presence of a catalyst containing palladium and palladium (Patent Document 5).
あるいは、アクリル酸の製造方法として、乳酸および乳酸アンモニウムをリン酸アルミニウムにより気相接触転化する方法(特許文献6)、乳酸を超臨界条件下(非特許文献1)あるいは亜臨界条件下(非特許文献2)で転化する方法などが挙げられる。 Alternatively, as a method for producing acrylic acid, a method in which lactic acid and ammonium lactate are subjected to gas phase catalytic conversion with aluminum phosphate (Patent Document 6), and lactic acid is subjected to supercritical conditions (Non-patent Document 1) or subcritical conditions (non-patent). The method of conversion in literature 2) can be mentioned.
このように、乳酸およびそのエステルから製造可能な有用化合物は多岐にわたる。乳酸は、主にセルロースやデンプンの糖化により得られるグルコースを原料として製造される植物由来の化合物であることから、バイオリファイナリーにより種々の化学品を製造するためのプラットフォーム化合物としても期待できる。 Thus, useful compounds that can be produced from lactic acid and its esters are diverse. Lactic acid is a plant-derived compound that is produced mainly from glucose obtained by saccharification of cellulose or starch, and therefore can be expected as a platform compound for producing various chemical products by biorefinery.
乳酸およびそのエステルから、ピルビン酸およびそのエステルを製造する方法は、前述のとおりである。一方でピルビン酸は、生物における糖の代謝経路である解糖に深く関与する重要な化合物であり、工業的にもグルコースを原料として発酵法によりそのナトリウム塩が製造されている。 The method for producing pyruvic acid and its ester from lactic acid and its ester is as described above. On the other hand, pyruvic acid is an important compound that is deeply involved in glycolysis, which is a metabolic pathway of sugar in living organisms, and its sodium salt is produced industrially by fermentation using glucose as a raw material.
ピルビン酸およびそのエステルもまた、各種化学合成の中間体として有用であり、例えば、L−トリプトファン、L−システイン、L−チロシンなどのアミノ酸を合成するための原料として用いられている。 Pyruvate and its esters are also useful as intermediates in various chemical synthesis, and are used as raw materials for synthesizing amino acids such as L-tryptophan, L-cysteine, and L-tyrosine.
本願発明者は、特に、式(1)で表されるα−アシロキシアクリル酸およびそのエステルに着目した。ピルビン酸メチルからα−アシロキシアクリル酸エステルを製造する方法として、ピルビン酸メチルをパラトルエンスルホン酸存在下、加熱還流条件で無水酢酸によりアシル化する方法(非特許文献3)がある。あるいは、ピリジン存在下、80℃で加熱攪拌して無水酢酸によりアシル化する方法(非特許文献4)もある。
式(1)において、R1は水素原子、無置換または置換アルキル基、無置換または置換アリール基である。アルキル基およびアリール基は不飽和結合を有していてもよい。R1としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルプロピル基、n−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、4−メチルブチル基、2,2−ジメチルペンチル基、シクロヘプチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−ウンデカニル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、フェニル基、ベンジル基が挙げられる。R2は、R2COのアシル基として、飽和脂肪酸、不飽和カルボン酸、オキソカルボン酸、芳香族カルボン酸由来の骨格を有する基であり、カルボキシル基の数に制限はなく、他の置換基や不飽和結合を同一骨格に有していてもよい。R2COのアシル基としては、例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、2−メチルプロパノイル基、n−ペンタノイル基、2−メチルブタノイル基、2,2−ジメチルプロパノイル基、3−メチルブタノイル基、n−ヘキサノイル基、2−メチルペンタノイル基、3−メチルペンタノイル基、4−メチルペンタノイル基、2,2−ジメチルブタノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ドデカノイル基、テトラデカノイル基、ヘキサデカノイル基、オクタデカノイル基、cis−9−オクタデセノイル基、cis,cis−9,12−オクタデカジエノイル基、9,12,15−オクタデカトリエノイル基、6,9,12−オクタデカトリエノイル基、ベンゾイル基、2−ヒドロキシベンゾイル基、4−カルボキシベンゾイル基、2−カルボキシベンゾイル基、3−カルボキシベンゾイル基、1−カルボキシプロパノイル基、カルボキシエタノイル基、cis−1−カルボキシアクリロイル基、trans−1−カルボキシアクリロイル基、β−フェニルアクリロイル基、クロトノイル基、アクリロイル基、メタクロイル基が挙げられる。 In the formula (1), R 1 is a hydrogen atom, an unsubstituted or substituted alkyl group, or an unsubstituted or substituted aryl group. The alkyl group and aryl group may have an unsaturated bond. Examples of R 1 include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 3-methylpropyl group, n-pentyl group, 2 -Methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 4-methylbutyl group, 2,2-dimethylpentyl group, cycloheptyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n -An undecanyl group, a hydroxyethyl group, a hydroxypropyl group, a hydroxybutyl group, a phenyl group, and a benzyl group are mentioned. R 2 is a group having a skeleton derived from saturated fatty acid, unsaturated carboxylic acid, oxocarboxylic acid or aromatic carboxylic acid as the acyl group of R 2 CO, and the number of carboxyl groups is not limited, and other substituents And may have an unsaturated bond in the same skeleton. Examples of the acyl group of R 2 CO include acetyl, propanoyl, butanoyl, 2-methylpropanoyl, n-pentanoyl, 2-methylbutanoyl, 2,2-dimethylpropanoyl, 3- Methylbutanoyl group, n-hexanoyl group, 2-methylpentanoyl group, 3-methylpentanoyl group, 4-methylpentanoyl group, 2,2-dimethylbutanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, nonanoyl group, decanoyl Group, dodecanoyl group, tetradecanoyl group, hexadecanoyl group, octadecanoyl group, cis-9-octadecenoyl group, cis, cis-9,12-octadecadienoyl group, 9,12,15-octadecatrie Noyl group, 6,9,12-octadecatrienoyl group, benzoyl group, 2-hydroxyben Yl group, 4-carboxybenzoyl group, 2-carboxybenzoyl group, 3-carboxybenzoyl group, 1-carboxypropanoyl group, carboxyethanoyl group, cis-1-carboxyacryloyl group, trans-1-carboxyacryloyl group, β -A phenyl acryloyl group, a crotonoyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group is mentioned.
得られたα−アシロキシアクリル酸およびそのエステルは、二重結合を有するモノマーとして、特にエステルの重合により、高い耐熱性、高い透明性および高い機械的強度を有するポリマーとしての利用が期待されている(特許文献7)。さらに、デンプンやセルロースなどから製造された植物由来のピルビン酸およびそのエステルから製造されたポリマーであれば、バイオベースポリマーとしての利用も可能である(非特許文献5)。
α−アシロキシアクリル酸およびそのエステルについての製造方法は、非特許文献3および4に記載されたとおりである。しかしながら、該製造法においては、高温条件、脱水条件および長い反応時間といった厳しい反応条件が必要である上、多種多様な副生物が生成するため、目的物の収率は芳しくない。さらに、触媒としてパラトルエンスルホン酸やピリジンを用いるため、触媒の回収再利用が困難という欠点がある。また、このモノマーを重合しポリマーとするには、蒸留や抽出などの精製によりモノマー純度を高める必要がある。しかしながら、非特許文献3および4における製造方法で得られるモノマーは不純物を多く含むため、大規模で複雑な精製工程が必要になり、プロセスの高コスト化は避けられず、高効率かつ低コストでα−アシロキシアクリル酸およびそのエステルを製造する方法が求められている。
The production method for α-acyloxyacrylic acid and its ester is as described in
したがって、本発明の目的は、α−アシロキシアクリル酸および/またはそのエステルを、高効率かつ低コストで製造する方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing α-acyloxyacrylic acid and / or its ester with high efficiency and low cost.
本発明は、強酸性陽イオン交換樹脂の存在下、ピルビン酸および/またはピルビン酸エステルとアシル化剤を反応させるα−アシロキシアクリル酸および/またはα−アシロキシアクリル酸エステルの製造方法である。 The present invention is a process for producing α-acyloxyacrylic acid and / or α-acyloxyacrylic acid ester by reacting pyruvic acid and / or pyruvate with an acylating agent in the presence of a strongly acidic cation exchange resin. .
本発明により、α−アシロキシアクリル酸および/またはそのエステルを、従来の方法よりも高効率かつ低コストで製造可能である。 According to the present invention, α-acyloxyacrylic acid and / or an ester thereof can be produced with higher efficiency and lower cost than conventional methods.
本発明では、強酸性陽イオン交換樹脂の存在下、ピルビン酸および/またはピルビン酸エステルとアシル化剤を反応させることでα−アシロキシアクリル酸および/またはα−アシロキシアクリル酸エステルを製造する。強酸性陽イオン交換樹脂は、不均一触媒としての利用が容易で、工業的にも有用である。強酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、アンバーライト、アンバーリスト、ダイヤイオン(以上、何れも商品名)などが挙げられる。イオン交換容量、母体樹脂の種類、樹脂の架橋度などが製品あるいはグレードによって異なるが、適宜選択することができる。スルホン酸基に結合している陽イオンはプロトン(H+)が好ましいが、Na+、Ca2+、Mg2+、K+、NH4 +、Cu2+、Zn2+などの他の陽イオンをH+に変換した樹脂を用いることもできる。 In the present invention, α-acyloxyacrylic acid and / or α-acyloxyacrylic acid ester is produced by reacting pyruvic acid and / or pyruvic acid ester with an acylating agent in the presence of a strongly acidic cation exchange resin. . Strongly acidic cation exchange resins are easy to use as heterogeneous catalysts and are industrially useful. Examples of the strongly acidic cation exchange resin include amberlite, amber list, diamond ion (all are trade names). The ion exchange capacity, the type of the base resin, the degree of crosslinking of the resin, and the like vary depending on the product or grade, but can be selected as appropriate. The cation bonded to the sulfonic acid group is preferably a proton (H + ), but other cations such as Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH 4 + , Cu 2+ , and Zn 2+ are replaced with H +. Resins converted into can also be used.
なお、α−アシロキシアクリル酸は、ピルビン酸のアシル化反応より製造される。また、α−アシロキシアクリル酸エステルは、ピルビン酸エステルのアシル化反応により製造される。ピルビン酸エステル、α−アシロキシアクリル酸エステルにおけるエステル基の種類には特に制限はなく、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基およびそれらの置換体から、適宜選択することができる。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルプロピル基、n−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、4−メチルブチル基、2,2−ジメチルペンチル基、シクロヘプチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−ウンデカニル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、フェニル基、ベンジル基などが挙げられる。 Α-Acyloxyacrylic acid is produced by an acylation reaction of pyruvic acid. Moreover, (alpha) -acyloxyacrylic acid ester is manufactured by acylation reaction of pyruvic acid ester. There is no restriction | limiting in particular in the kind of ester group in pyruvic acid ester and (alpha) -acyloxyacrylic acid ester, It can select suitably from an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, and those substituted products. For example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 3-methylpropyl group, n-pentyl group, 2-methylbutyl group, 3 -Methylbutyl group, 4-methylbutyl group, 2,2-dimethylpentyl group, cycloheptyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-undecanyl group, hydroxy Examples include an ethyl group, a hydroxypropyl group, a hydroxybutyl group, a phenyl group, and a benzyl group.
アシル化剤としては、カルボン酸、酸無水物、酸クロライドが挙げられ、中でも酸無水物が好ましい。脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、不飽和カルボン酸、モノカルボン酸、ジカルボン酸などの酸無水物として、例えば、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸(酪酸)、イソ酪酸、ペンタン酸(n−吉草酸)、イソ吉草酸、ピバル酸、ヒドロアンゲリカ酸、n−ヘキサン酸、2−メチルペンタン酸、3−メチルペンタン酸、4−メチルペンタン酸、2,2−ジメチルブタン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸、オレイン酸、リノール酸、(9,12,15)−リノレン酸、(6,9,12)−リノレン酸、安息香酸、サリチル酸、テレフタル酸、o−フタル酸、m−フタル酸、コハク酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、ケイ皮酸、クロトン酸、アクリル酸、メタクリル酸などの酸無水物が挙げられる。また、異なる2種のカルボン酸からなる混合酸無水物であっても差し支えない。 Examples of the acylating agent include carboxylic acid, acid anhydride, and acid chloride, and acid anhydride is preferable. Examples of acid anhydrides such as aliphatic carboxylic acids, aromatic carboxylic acids, unsaturated carboxylic acids, monocarboxylic acids, dicarboxylic acids include acetic acid, propionic acid, butanoic acid (butyric acid), isobutyric acid, pentanoic acid (n-yoshi Herbic acid), isovaleric acid, pivalic acid, hydroangelic acid, n-hexanoic acid, 2-methylpentanoic acid, 3-methylpentanoic acid, 4-methylpentanoic acid, 2,2-dimethylbutanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid , Nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, octadecanoic acid, oleic acid, linoleic acid, (9,12,15) -linolenic acid, (6,9,12) -linolenic acid, benzoic acid, Salicylic acid, terephthalic acid, o-phthalic acid, m-phthalic acid, succinic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, cinnamic acid, crotonic acid, acrylic acid, An acid anhydride such as tacrylic acid may be mentioned. Further, it may be a mixed acid anhydride composed of two different carboxylic acids.
反応は無溶媒で行ってもよいし、基質やアシル化剤を溶解できるような溶媒を用いてもよい。溶媒の種類には特に制限はないが、多量の水が存在する場合には、エステルの加水分解や酸無水物の加水分解が支配的になるので、溶媒中の水分は少ない方が好ましい。 The reaction may be carried out without solvent, or a solvent that can dissolve the substrate and acylating agent may be used. There are no particular restrictions on the type of solvent, but when a large amount of water is present, ester hydrolysis and acid anhydride hydrolysis are dominant, so it is preferable that the amount of water in the solvent is small.
本発明における反応の機構については、非特許文献5において、ケト−エノール互変異性経由の機構が提唱されている。即ち、まず、酸触媒によるピルビン酸および/またはピルビン酸エステルのα−ケト位のカルボニル酸素へのプロトン付加によりエノール体が生成する。そして、生じたエノール体がアシル化剤のカルボニル炭素へ求核攻撃することにより、α−アシロキシアクリル酸および/またはα−アシロキシアクリル酸エステルが生成される。しかしながら、本願発明者が反応機構について詳細な検討を行ったところ、アシル化剤としてカルボン酸無水物を用いた場合においては、2,2−ジアシロキシ化合物を経由して、α−アシロキシアクリル酸および/またはα−アシロキシアクリル酸エステルが生成していることが分かった。ピルビン酸および/またはピルビン酸エステルへアシル化剤であるカルボン酸無水物が攻撃することで、式(2)で表される2,2−ジアシロキシプロピオン酸および/またはそのエステルが生成する。さらに、この2,2−ジアシロキシプロピオン酸および/またはそのエステルからカルボン酸1分子が脱離することにより、α−アシロキシアクリル酸および/またはα−アシロキシアクリル酸エステルが生成する。R2とR3は同一でもよいし、異なっても差し支えない。例えば、同一のカルボン酸からなる酸無水物ではR2とR3は同一となるが、異なるカルボン酸からなる混合酸無水物ではR2とR3が異なる化合物が得られる。
式(2)において、R1は水素原子、無置換または置換アルキル基、無置換または置換アリール基である。アルキル基およびアリール基は不飽和結合を有していてもよい。R1としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルプロピル基、n−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、4−メチルブチル基、2,2−ジメチルペンチル基、シクロヘプチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−ウンデカニル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、フェニル基、ベンジル基が挙げられる。R2およびR3は、R2COおよびR3COのアシル基として、飽和脂肪酸、不飽和カルボン酸、オキソカルボン酸、芳香族カルボン酸由来の骨格を有する基であり、カルボキシル基の数に制限はなく、他の置換基や不飽和結合を同一骨格に有していてもよい。R2COおよびR3COのアシル基としては、例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、2−メチルプロパノイル基、n−ペンタノイル基、2−メチルブタノイル基、2,2−ジメチルプロパノイル基、3−メチルブタノイル基、n−ヘキサノイル基、2−メチルペンタノイル基、3−メチルペンタノイル基、4−メチルペンタノイル基、2,2−ジメチルブタノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ドデカノイル基、テトラデカノイル基、ヘキサデカノイル基、オクタデカノイル基、cis−9−オクタデセノイル基、cis,cis−9,12−オクタデカジエノイル基、9,12,15−オクタデカトリエノイル基、6,9,12−オクタデカトリエノイル基、ベンゾイル基、2−ヒドロキシベンゾイル基、4−カルボキシベンゾイル基、2−カルボキシベンゾイル基、3−カルボキシベンゾイル基、1−カルボキシプロパノイル基、カルボキシエタノイル基、cis−1−カルボキシアクリロイル基、trans−1−カルボキシアクリロイル基、β−フェニルアクリロイル基、クロトノイル基、アクリロイル基、メタクロイル基が挙げられる。 In Formula (2), R 1 is a hydrogen atom, an unsubstituted or substituted alkyl group, or an unsubstituted or substituted aryl group. The alkyl group and aryl group may have an unsaturated bond. Examples of R 1 include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 3-methylpropyl group, n-pentyl group, 2 -Methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 4-methylbutyl group, 2,2-dimethylpentyl group, cycloheptyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n -An undecanyl group, a hydroxyethyl group, a hydroxypropyl group, a hydroxybutyl group, a phenyl group, and a benzyl group are mentioned. R 2 and R 3 are groups having a skeleton derived from saturated fatty acid, unsaturated carboxylic acid, oxocarboxylic acid or aromatic carboxylic acid as the acyl groups of R 2 CO and R 3 CO, and are limited to the number of carboxyl groups There may be other substituents and unsaturated bonds in the same skeleton. Examples of the acyl group of R 2 CO and R 3 CO include an acetyl group, a propanoyl group, a butanoyl group, a 2-methylpropanoyl group, an n-pentanoyl group, a 2-methylbutanoyl group, and 2,2-dimethylpropanoyl. Group, 3-methylbutanoyl group, n-hexanoyl group, 2-methylpentanoyl group, 3-methylpentanoyl group, 4-methylpentanoyl group, 2,2-dimethylbutanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, Nonanoyl group, decanoyl group, dodecanoyl group, tetradecanoyl group, hexadecanoyl group, octadecanoyl group, cis-9-octadecenoyl group, cis, cis-9,12-octadecadienoyl group, 9,12,15 -Octadecatrienoyl group, 6,9,12-octadecatrienoyl group, benzoyl group, 2- Hydroxybenzoyl group, 4-carboxybenzoyl group, 2-carboxybenzoyl group, 3-carboxybenzoyl group, 1-carboxypropanoyl group, carboxyethanoyl group, cis-1-carboxyacryloyl group, trans-1-carboxyacryloyl group, A β-phenylacryloyl group, a crotonoyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group can be mentioned.
本発明は、不均一系反応で行なわれ、液相での反応の方がより一般的である。 The present invention is carried out in a heterogeneous reaction, and the reaction in the liquid phase is more general.
原料の濃度には制限はなく、所望の反応速度が得られる量を適宜選択でき、例えば、0.1〜80質量%から選択することができる。 There is no restriction | limiting in the density | concentration of a raw material, The quantity from which a desired reaction rate is obtained can be selected suitably, for example, can be selected from 0.1-80 mass%.
アシル化剤は、原料に対して当量を用いればよいが、反応を円滑に進行させるために、原料に対する当量よりも過剰に用いてもよい。例えば、原料に対して1.0〜100当量を用いることができる。 The acylating agent may be used in an equivalent amount relative to the raw material, but may be used in excess of the equivalent amount relative to the raw material so that the reaction proceeds smoothly. For example, 1.0-100 equivalent can be used with respect to a raw material.
反応圧力にも制限はなく、常圧下および加圧下のいずれにおいても行うことができる。加圧下での反応では、オートクレーブを用いることができる。系内に導入するあるいは存在するガスの種類にも、特に制限はない。 There is no restriction | limiting also in reaction pressure, It can carry out under both normal pressure and pressurization. In the reaction under pressure, an autoclave can be used. There is no particular limitation on the type of gas introduced or present in the system.
反応温度にも制限はないが、反応が円滑に進行し、イオン交換樹脂が熱的な劣化を受けにくい条件で行うことが好ましい。そのような反応温度としては、10℃〜150℃が好ましく、40℃〜100℃がより好ましい。また、原料の転化率を同じにしようとすれば、反応時間は反応温度が高いほど短く、逆に反応温度が低いほど長くなる。反応時間は、転化率や反応温度を考慮して適宜選択することができる。 Although there is no restriction | limiting in reaction temperature, It is preferable to carry out on the conditions that reaction advances smoothly and an ion exchange resin does not receive thermal degradation easily. Such reaction temperature is preferably 10 ° C to 150 ° C, more preferably 40 ° C to 100 ° C. If the conversion rate of the raw materials is to be the same, the reaction time is shorter as the reaction temperature is higher, and conversely, it is longer as the reaction temperature is lower. The reaction time can be appropriately selected in consideration of the conversion rate and the reaction temperature.
反応形式は、攪拌混合式反応器、流通接触式反応器のいずれもが使用できる。また、バッチ式、連続式のいずれも用いることができるが、生産性を考慮すれば連続式の方が有利である。 As the reaction format, either a stirring and mixing type reactor or a flow contact type reactor can be used. Either a batch type or a continuous type can be used, but the continuous type is more advantageous in consideration of productivity.
以下、本発明において、実施例および比較例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples.
(原料および生成物の分析)
原料および生成物の分析には、水素炎イオン化検出器、キャピラリーカラム、スプリット/スプリットレス注入口を備え付けたガスクロマトグラフィー(GC)を用いた。また、α−アシロキシアクリル酸および/またはα−アシロキシアクリル酸エステル、2,2−ジアシロキシプロピオン酸および/またはそのエステルの同定は、質量分析計を備え付けたガスクロマトグラフィー(GC/MS)およびエレクトロスプレーイオン化高分解能質量分析(ESI−HRMS)により行った。
(Analysis of raw materials and products)
Gas chromatography (GC) equipped with a flame ionization detector, a capillary column, and a split / splitless inlet was used for analysis of raw materials and products. In addition, identification of α-acyloxyacrylic acid and / or α-acyloxyacrylic acid ester, 2,2-diacyloxypropionic acid and / or its ester is performed by gas chromatography (GC / MS) equipped with a mass spectrometer. And electrospray ionization high resolution mass spectrometry (ESI-HRMS).
仕込みの原料量をA(モル)、反応評価後の反応液から検出された原料量をB(モル)とした場合、原料の転化率C(%)は以下のように表される。 When the charged raw material amount is A (mol) and the raw material amount detected from the reaction solution after the reaction evaluation is B (mol), the conversion rate C (%) of the raw material is expressed as follows.
C(%)=100×(A−B)/A
また、ガスクロマトグラフィーにより定量された生成物のモル数をD(モル)とした場合、生成物の選択率S(%)は以下のように表される。
C (%) = 100 × (A−B) / A
Moreover, when the number of moles of the product quantified by gas chromatography is D (mol), the selectivity S (%) of the product is expressed as follows.
S(%)=100×D/(A−B)
さらに、生成物の収率Y(%)は以下のように表される。
S (%) = 100 × D / (A−B)
Further, the yield Y (%) of the product is expressed as follows.
Y(%)=100×D/A
[実施例1]
(イオン交換樹脂の前処理)
強酸性イオン交換樹脂であるアンバーリスト15H(MP Biomiedicals, Inc.製)3.5gを100mlねじ口三角フラスコに採り、酢酸(和光純薬工業株式会社製)25gを添加して、マグネチックスターラー上で室温において1時間攪拌した。
Y (%) = 100 × D / A
[Example 1]
(Pretreatment of ion exchange resin)
Take 3.5 g of Amberlyst 15H (MP Biomedicals, Inc.), which is a strongly acidic ion exchange resin, in a 100 ml screw-ended Erlenmeyer flask, add 25 g of acetic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and use a magnetic stirrer. For 1 hour at room temperature.
(反応評価)
このフラスコに、ピルビン酸エチル(和光純薬工業株式会社製)2.4g、無水酢酸(和光純薬工業株式会社)20gを添加して密栓し、ホットスターラーで70℃に加熱して攪拌を3時間行った。その間、反応開始から15分、30分、1時間、2時間および3時間において反応液を採取し、放冷後、生成物分析を行った。反応時間に対するα−アセトキシアクリル酸エチルの収率の変化を図1に示した。また、反応開始から3時間後のピルビン酸エチルの転化率、α−アセトキシアクリル酸エチル選択率および収率を表1に示した。
(Reaction evaluation)
To this flask, 2.4 g of ethyl pyruvate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 20 g of acetic anhydride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and sealed, heated to 70 ° C. with a hot stirrer and stirred. Went for hours. Meanwhile, the reaction solution was collected at 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours and 3 hours from the start of the reaction, allowed to cool, and then subjected to product analysis. The change in the yield of ethyl α-acetoxyacrylate with respect to the reaction time is shown in FIG. Table 1 shows the conversion rate of ethyl pyruvate, the selectivity for ethyl α-acetoxyacrylate, and the
[実施例2]
反応温度を90℃、反応時間を1時間(5分、10分、15分、30分、45分、1時間で反応液を採取し分析)としたこと以外は、実施例1と同様にして反応評価を行った。反応時間に対するα−アセトキシアクリル酸エチルの収率の変化を図1に示した。また、反応開始から1時間後のピルビン酸エチルの転化率、α−アセトキシアクリル酸エチルの選択率および収率を表1に示した。
[Example 2]
Except that the reaction temperature was 90 ° C. and the reaction time was 1 hour (5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 45 minutes, 1 hour, the reaction solution was collected and analyzed), it was the same as in Example 1. Reaction evaluation was performed. The change in the yield of ethyl α-acetoxyacrylate with respect to the reaction time is shown in FIG. Further, Table 1 shows the conversion rate of ethyl pyruvate, the selectivity for ethyl α-acetoxyacrylate, and the yield after 1 hour from the start of the reaction.
[実施例3]
反応温度を50℃、反応時間を5時間(30分、1時間、2時間、3時間、4時間および5時間で反応液を採取し分析)としたこと以外は、実施例1と同様にして反応評価を行った。反応時間に対するα−アセトキシアクリル酸エチルの収率の変化を図1に示した。また、反応開始から5時間後のピルビン酸エチルの転化率、α−アセトキシアクリル酸エチルの選択率および収率を表1に示した。
[Example 3]
Except that the reaction temperature was 50 ° C and the reaction time was 5 hours (30 minutes, 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours and 5 hours, the reaction solution was collected and analyzed), the same as in Example 1 Reaction evaluation was performed. The change in the yield of ethyl α-acetoxyacrylate with respect to the reaction time is shown in FIG. Table 1 shows the conversion rate of ethyl pyruvate, the selectivity for ethyl α-acetoxyacrylate, and the
(反応液の精製)
反応終了後の液から強酸性イオン交換樹脂をろ過した。ろ液をロータリーエバポレーターにより濃縮して、褐色溶液を得た。この溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した後、ジエチルエーテルを添加して分液漏斗によりジエチルエーテル相を回収した。無水硫酸ナトリウムを加えて1晩乾燥後、ジエチルエーテルをロータリーエバポレーターにより留去して、黄褐色の反応精製液を得た。
(Purification of reaction solution)
The strongly acidic ion exchange resin was filtered from the solution after completion of the reaction. The filtrate was concentrated on a rotary evaporator to give a brown solution. This solution was washed with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, diethyl ether was added, and the diethyl ether phase was recovered by a separatory funnel. After adding anhydrous sodium sulfate and drying overnight, diethyl ether was distilled off by a rotary evaporator to obtain a yellowish brown reaction purified solution.
(反応精製液の分析)
以下の手順で反応精製液中のα−アセトキシアクリル酸エチルと2,2−ジアセトキシプロピオン酸エチルの同定を行った。すなわち、この反応精製液をGC−MSにより分析し、得られたフラグメントパターンを図2および図3に示した。図2ではm/z=158の親イオン(M+)が観測され、α−アセトキシアクリル酸エチルの分子量とよく一致した。また、図3では親イオン(M+,m/z=218)からエトキシ基(CH3CH2O,m/z=45)脱離したm/z=173のフラグメントが観測され、他のフラグメントも2,2−ジアセトキシプロピオン酸エチルの構造とよく一致した。さらに、この溶液をESI−HRMSにより分析した。ヨウ化ナトリウム(NaI)を添加して測定したESI−HRMSスペクトルを図4および図5に示した。α−アセトキシアクリル酸エチル(図4)は、m/z=181.04690にC7H10Na1O4([M+Na]+)として、2,2−ジアセトキシプロピオン酸エチル(図5)は、m/z=241.06974にC9H14Na1O6([M+Na]+)として観測された。
(Analysis of reaction purified solution)
Identification of ethyl α-acetoxyacrylate and
[比較例1]
(反応評価)
パラトルエンスルホン酸一水和物(和光純薬工業株式会社製)0.03gをねじ口試験管(日電理化硝子株式会社製、品番:ST−16.5S、内容積:10ml)に採り、酢酸1.2gに溶解した。ピルビン酸エチル0.25g、無水酢酸2.1gを添加して密栓した後、メタルバス(小池精密機器製作所製、形式:MB−1H−UII)にセットし70℃で1時間加熱した。この間、ボルテックスミキサーにより10秒ほどの試験管振とうを15分毎に繰り返した。1時間でのピルビン酸エチルの転化率、α−アセトキシアクリル酸エチルの選択率および収率を表1に示した。
(Reaction evaluation)
0.03 g of paratoluenesulfonic acid monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is taken into a screw test tube (manufactured by Nidec Rika Glass Co., Ltd., product number: ST-16.5S, internal volume: 10 ml), and acetic acid Dissolved in 1.2 g. After adding 0.25 g of ethyl pyruvate and 2.1 g of acetic anhydride and sealing it, it was set in a metal bath (manufactured by Koike Seimitsu Seisakusho, model: MB-1H-UII) and heated at 70 ° C. for 1 hour. During this time, the test tube was shaken by a vortex mixer for about 10 seconds every 15 minutes. Table 1 shows the conversion rate of ethyl pyruvate in 1 hour, the selectivity and the yield of ethyl α-acetoxyacrylate.
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