JP6925978B2 - エチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを製造するためのプロセス - Google Patents

Description

本発明は、塩基の存在下にカルボン酸エステルをホルムアルデヒドまたはその供給源と縮合させることにより、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、具体的にはα，β不飽和カルボン酸またはエステル、より具体的にはアクリル酸またはエステル（例えば、（アルク（ａｌｋ））アクリル酸または（アルク）アクリル酸アルキルエステル、具体的には（メタ）アクリル酸または（メタ）アクリル酸アルキルエステル（例えば、（メタ）アクリル酸メチル））を製造するためのプロセス、具体的には、これらに限定されるものではないが、この種の塩基の存在下に、プロピオン酸アルキルエステル、例えばプロピオン酸メチルをホルムアルデヒドまたはその供給源と縮合させることにより、（メタ）アクリル酸またはそのアルキルエステル、例えば、メタクリル酸メチルを製造するためのプロセスに関する。特に本発明は、メタクリル酸（ＭＡＡ）およびメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）の製造に関する。

この種の酸またはエステルは、式Ｒ^３−ＣＨ_２−ＣＯＯＲ^４（式中、Ｒ^３およびＲ^４は、それぞれ独立に、アクリル系化合物の技術分野において知られている好適な置換基、例えば、アルキル基、特に、低級アルキル基（例えば、１〜４個の炭素原子を含むもの）である）で表されるアルカン酸エステルを、ホルムアルデヒド等の好適なメチレン供給源と反応させることにより生成することができる。したがって、例えば、メタクリル酸またはそのアルキルエステル、特にメタクリル酸メチルは、プロピオン酸メチルとメチレン供給源としてのホルムアルデヒドとの接触反応により生成することができる。

特許文献１には、多孔質シリカゲル上に担持されたセシウム触媒を用いて飽和脂肪族モノカルボン酸をホルムアルデヒドと気相縮合させることによる、α，β不飽和脂肪族カルボン酸の製造が記載されている。セシウム／シリカ触媒の存在下におけるプロピオン酸およびホルムアルデヒドからのメタクリル酸の製造は、２７３℃〜４０８℃の範囲の温度で実施され、メタクリル酸に対する選択性は８１〜８８％の範囲である。

上に述べたように、ＭＭＡの公知の製造方法は、ホルムアルデヒドを使用したプロピオン酸メチル（ＭＥＰ）からＭＭＡへの接触転化である。特許文献２には、シリカに担持された触媒の存在下における、アルカン酸またはエステル、特にプロピオン酸メチルとホルムアルデヒドとの接触反応による、エチレン性不飽和酸またはエステルの製造が記載されている。この触媒を用いた、プロピオン酸メチル、メタノールおよびホルマリンからのメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）およびメタクリル酸（ＭＡ）の製造が、３５０℃で実施されており、その結果としてＭＭＡおよびＭＡの収率は３〜１２％となり、ＭＭＡおよびＭＡに対する選択性は８８〜９７％となった。

不均一系の問題は、高温を必要とするために費用が嵩むことに加えて、望ましくない副生成物の生成も増加することにある。
特許文献３には、塩基の存在下におけるラクトンとホルムアルデヒド供給源との反応において、水を除去するために乾燥剤の使用が可能であることが開示されており、ホルムアルデヒド供給源はポリオキシメチレンまたはアルデヒドである。ラクトン中間体は加水分解に対し非常に安定であり、環構造に起因して高度に活性化されており、不均一および均一塩基触媒の両方が検討されている。他方、直鎖状エステルはそれよりもはるかに加水分解を受けやすく、活性化度合いははるかに低い。

米国特許第４８５０７０号明細書 米国特許第６５４４９２４号明細書 国際公開第００／５８２９８号パンフレット

驚くべきことに、カルボン酸エステルとホルムアルデヒドまたはその供給源との液相反応において、特定の金属塩が、収率および選択性の両方を向上させるために非常に有効であることをここに見出した。

本発明の第１の態様によれば、塩基性金属塩の存在下に、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源を非環式カルボン酸エステルと液相反応させることによる、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、好適には、α，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを製造するためのプロセスが提供される。

塩基
好適には、塩基性金属塩は、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属の塩である。好適には、塩基性金属塩は、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、メチル炭酸塩、アルコキシド（メトキシド、ｔ−ブトキシド等）、フッ化物およびリン酸塩から選択され、より好適には、塩基性金属塩は、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属のメトキシド、炭酸塩または炭酸メチル塩から選択される。誤解を避けるために述べると、本明細書において使用される第Ｉ族金属とは、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）およびセシウム（Ｃｓ）を意味する。誤解を避けるために述べると、本明細書において使用される第ＩＩ族金属とは、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）を意味する。好適には、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属は、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）またはバリウム（Ｂａ）から選択され、より好適には、セシウム（Ｃｓ）またはルビジウム（Ｒｂ）から選択される。

好適には、塩基性金属塩は、酸化カリウム、酸化セシウム、酸化ナトリウム、酸化ルビジウム、酸化バリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化バリウム、リン酸カリウム、リン酸セシウム、リン酸ナトリウム、リン酸ルビジウム、リン酸バリウム、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ルビジウムメトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、カリウムｔ−ブトキシド、ルビジウムｔ−ブトキシド、セシウムｔ−ブトキシド、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸ルビジウム、炭酸バリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素バリウム、メチル炭酸カリウム、メチル炭酸ナトリウム、メチル炭酸セシウム、メチル炭酸ルビジウムまたはメチル炭酸バリウムから選択することができ、より好適には、セシウムメトキシド、ルビジウムメトキシド、炭酸セシウム、炭酸ルビジウム、メチル炭酸セシウムまたはメチル炭酸ルビジウム、最適には、炭酸セシウムまたはメチル炭酸セシウム、特にメチル炭酸セシウムである。

好適な塩基性金属塩としては、セシウム（Ｃｓ）またはルビジウム（Ｒｂ）の炭酸塩（炭酸水素塩およびメチル炭酸塩を含む）が挙げられる。有利には、本発明の塩基性金属塩は、本発明の反応生成物への転化率および選択性が著しく高い。

好適な塩基性第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属塩は、３００℃以下の温度、より典型的には２５０℃以下の温度、最適には２００℃以下の温度で反応媒体に少なくとも一部が溶解する第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属の塩である。

塩基性金属塩は、反応を行う間、任意の好適な形態で反応媒体中に存在することができる。好適には、塩基性金属塩は、反応媒体中に実質的に完全に溶解させることができるか、あるいは反応媒体および塩基性金属塩を一緒にスラリーの形態とすることができ、その場合、塩基性金属塩の一部は反応媒体／液相中に溶解しており、一部は不溶、したがって固体形態のままである。より好適には、塩基性金属塩は反応媒体／液相中に実質的に完全に溶解している。

連続式反応は、反応体の一部を固相として実施することができるが、好適には、反応体を実質的に完全に溶解させて実施される。
回分式反応は、反応体の一部を固相として実施することができるが、好適には、反応体を実質的に完全に溶解させて実施される。特定の理論に束縛されるものではないが、回分式反応において、反応媒体および塩基性金属塩はプロセスの開始時点で一緒にスラリーの形態にあってもよいが、プロセスが進行するに従い、塩基性金属塩の溶解性がより高いメタノールが生成されるため、反応媒体中に溶解することができる塩基性金属塩が増加し、そのため、プロセス終了時には塩基性金属塩が実質的に完全に溶解している場合もある。反応媒体中に溶解した塩基性金属塩の量について言及する場合、これは、反応が実施されることになる温度で反応媒体中に溶解する量であると当業者は理解するであろう。

好適には、塩基性金属塩は、反応媒体中で完全に飽和している。好適には、塩基性金属塩が反応媒体中で完全に飽和している場合、不溶形態で存在する塩基性金属塩（存在する場合）は、溶解している塩基が反応するに従い、反応媒体に溶解することができる可能性もある。

好適には、反応を行う間、塩基性金属塩の少なくとも一部は液相にある。
本発明の前記塩基性金属塩は、反応媒体中に存在する金属の総固形分重量を基準として、反応媒体中に存在する金属全体の９０〜１００重量％、例えば、反応媒体中に存在する金属全体の９５、９９、９９．５または９９．９重量％、より好適には、反応媒体中に存在する金属全体の実質的に１００重量％を供与することができる。通常、本発明の反応媒体中において、本明細書に定義した塩基性金属塩以外の種類の金属は痕跡程度を超えて存在せず、具体的には、第Ｉ族金属塩以外の種類の金属は反応媒体中に存在せず、より具体的には、本明細書においてより詳細に定義する第Ｉ族金属塩以外の種類の金属は存在しない。

したがって、本発明の第２の態様によれば、均一塩基性金属塩の存在下における、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と非環式カルボン酸エステルとの液相反応による、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、好適には、α，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを製造するためのプロセスが提供される。
ホルムアルデヒド
ホルムアルデヒドの好適な供給源は、式Ｉ：

（式中、Ｒ^５およびＲ^６は、独立に、Ｃ_１〜Ｃ_１２炭化水素またはＨから選択され、ＸはＯであり、ｎは１〜１００の整数であり、ｍは１である）で表される化合物とすることができる。

好適には、Ｒ^５およびＲ^６は、独立に、本明細書に定義したＣ_１〜Ｃ_１２アルキル、アルケニルもしくはアリールまたはＨから選択され、より好適には、Ｃ_１〜Ｃ_１０アルキルまたはＨから選択され、最適には、Ｃ_１〜Ｃ_６アルキルまたはＨから選択され、特に、メチルまたはＨから選択される。好適には、ｎは１〜１０の整数、より好適には１〜５の整数、特に１〜３の整数である。しかしながら、トリオキサン等の他のホルムアルデヒド供給源を使用することもできる。

したがって、ホルムアルデヒドの好適な供給源は、ホルムアルデヒド供給源を供与することができる任意の平衡状態にある組成物（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含む。このようなものの例として、これらに限定されるものではないが、メチラール（１，１ジメトキシメタン）、トリオキサン、ポリオキシメチレンＲ^１−Ｏ−（ＣＨ_２−Ｏ）_ｉ−Ｒ^２（式中、Ｒ^１および／またはＲ^２はアルキル基または水素であり、ｉ＝１〜１００である）、パラホルムアルデヒド、ホルマリン（ホルムアルデヒド、メタノール、水）および他の平衡状態にある組成物（ホルムアルデヒド、メタノールおよびプロピオン酸メチルの混合物等）が挙げられる。しかしながら、３０％を超える水を含むホルムアルデヒド供給源は、本発明の反応に使用されないか、または少なくとも本発明の反応に使用するのに好ましくない。

通常、ポリオキシメチレンは、ホルムアルデヒドおよびメタノールの高級ホルマールもしくはヘミホルマール、すなわちＣＨ_３−Ｏ−（ＣＨ_２−Ｏ）_ｉ−ＣＨ_３（「ホルマール−ｉ」）もしくはＣＨ_３−Ｏ−（ＣＨ_２−Ｏ）_ｉ−Ｈ（「ヘミホルマール−ｉ」）（式中、ｉ＝１〜１００、好適には１〜５、特に１〜３である）であるか、または少なくとも１個のメチル以外の末端基を有する他のポリオキシメチレンである。したがって、ホルムアルデヒドの供給源は、式Ｒ^３１−Ｏ−（ＣＨ２−Ｏ−）_ｉＲ^３２（式中、Ｒ^３１およびＲ^３２は、同一であっても異なっていてもよい基であり、少なくとも１つはＣ_２〜Ｃ_１０アルキル基から選択され、例えば、Ｒ^３１＝イソブチル、かつＲ^３２＝メチルである）で表されるポリオキシメチレンであってもよい。

ホルマリンはホルムアルデヒドの供給原料として使用することができるが、一般には、反応に使用する前に脱水される。好適には、ホルマリンという語は、ホルムアルデヒド：メタノール：水を２５〜６５重量％：０．０１〜２５重量％：２５〜７０重量％の比率で混合した混合物を意味する。より好適には、ホルマリンという語は、ホルムアルデヒド：メタノール：水を３０〜６０重量％：０．０３〜２０重量％：３５〜６０重量％の比率で混合した混合物を意味する。最適には、ホルマリンという語は、ホルムアルデヒド：メタノール：水を３５〜５５重量％：０．０５〜１８重量％：４２〜５３重量％の比率で混合した混合物を意味する。

好適には、ホルムアルデヒドの好適な供給源は、ホルマリン（ホルムアルデヒド、メタノール、水）、低分子量ポリホルムアルデヒド（パラホルムアルデヒド）、気体状ホルム
アルデヒド、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム（ａｌｃｏｆｏｒｍ））、トリオキサンまたは無水ホルムアルデヒドから選択することができ、より好適には、低分子量ポリホルムアルデヒド（パラホルムアルデヒド）、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）または無水ホルムアルデヒドから選択することができ、最適には、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）または無水ホルムアルデヒドから選択することができ、特に、ホルムアルデヒドの好適な供給源は、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）とすることができる。プロセスから水を除く必要性が減るという理由から、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、無水ホルムアルデヒドおよびホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）、特に、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）を使用することが好ましい。

好適には、反応混合物は、例えば、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と、非環式カルボン酸エステルとを含み、水含有量が約５重量％（ｗ／ｗ）未満である混合物である。より好適には、反応混合物は、例えば、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と、非環式カルボン酸エステルとを含み、水含有量が約２重量％未満である混合物である。最適には、反応混合物は、例えば、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と、非環式カルボン酸エステルとを含み、水を約０．１〜１．０重量％含み得る混合物である。

好適には、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、水含有量を約１５重量％（ｗ／ｗ）未満、より好適には約５％ｗ／ｗ未満、最適には約１％ｗ／ｗ未満とすることができる。好適には、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は基本的に無水である。

特定の実施形態において、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）である。有利には、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）を使用することによって無水ホルムアルデヒドが得られる。
溶媒
上に詳述したように、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源および非環式カルボン酸エステルおよび塩基性金属塩は液相中にある。この液体反応媒体は、反応溶媒を含むことができる。

したがって、本発明のプロセスは、場合により、１種以上の溶媒をさらに含むことができる。
好適には、溶媒は、完全にまたは実質的に非プロトン性である。好適な非プロトン性溶媒が、Ｊｏｓｅｆ Ｂａｒｔｈｅｌ，Ｈｅｉｎｅｒ−Ｊ．Ｇｏｒｅｓ，Ｇｅｏｒｇ Ｓｃｈｍｅｅｒ ａｎｄ Ｒｕｄｏｌｆ Ｗａｃｈｔｅｒ著，“Ｎｏｎ−Ａｑｕｅｏｕｓ Ｅｌｅｌｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．１１１，ｐａｇｅ ３３，１９８３のｐｐ１１２〜１１４に、“Ａｐｒｏｔｉｃ ｐｒｏｔｏｐｈｉｌｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ”、“Ａｐｒｏｔｉｃ ｐｒｏｔｏｐｈｏｂｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ”、“Ｌｏｗ ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｏｎｏｒ ｓｏｌｖｅｎｔｓ”および“Ｉｎｅｒｔ ｓｏｌｖｅｎｔｓ”と題した表Ａ−１に記載されている。好適には、溶媒は非プロトン性親プロトン性（ｐｒｏｔｏｐｈｉｌｉｃ）溶媒または非プロトン性疎プロトン性溶媒、より好適には、非プロトン性親プロトン性溶媒である。好適には、溶媒は、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン（ＤＭＰＵ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＥＵまたはＤＭＩ）、３−メチル−２−オキサゾリジノン、炭酸プロピレン、ジエチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリジノン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ピリジン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、アセトン、２−ブタノン、３−ペンタノン、アセトフェノン、ニトロメタン、ニトロベンゼン、テトラヒドロチオフェン１，１−ジオキシド（スルホラン）、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，４−ジオキサン、炭酸ジメチル、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、ジグリム、ベンゼン、シクロヘキサン、キシレンまたはトルエンから選択される。より好適には、溶媒は、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン（ＤＭＰＵ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＥＵまたはＤＭＩ）、３−メチル−２−オキサゾリジノン、ジエチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリジノン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ピリジン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、アセトン、２−ブタノン、３−ペンタノン、アセトフェノン、ニトロメタン、ニトロベンゼン、テトラヒドロチオフェン１，１−ジオキシド（スルホラン）、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタンまたはジグリムから選択される。最適には、溶媒は、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン（ＤＭＰＵ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＥＵまたはＤＭＩ）、３−メチル−２−オキサゾリジノン、ジエチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリジノン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ピリジン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタンまたはテトラヒドロチオフェン１，１−ジオキシド（スルホラン）から選択される。

メタノールまたはエタノールが（存在する場合）ホルムアルデヒドの供給源から反応混合物に導入される可能性があることを当業者は理解するであろう。しかしながら、これらのアルコールは、通常、上に詳述した溶媒と一緒に使用すべきであり、反応媒体中に、反応媒体の総重量を基準として、約５０重量％未満、好適には約４５重量％未満、より好適には約２０重量％未満の量で存在すべきである。

有利には、本明細書に記載した溶媒を使用することにより反応速度を向上させることができる。
非環式反応体
好適には、本発明の非環式カルボン酸エステル反応体は、次に示す式：
Ｒ^３−ＣＨ_２−ＣＯＯＲ^４
（式中、Ｒ^４は、アルキル基、好適には、Ｃ_１〜Ｃ_４アルキル基、より好適にはメチル基であり、Ｒ^３はメチル基である）で表される。

したがって、本発明のさらなる態様によれば、塩基性金属塩の存在下において、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と、式Ｒ^３−ＣＨ_２−ＣＯＯＲ^４（式中、Ｒ^４はアルキル基、好適にはＣ_１〜Ｃ_４アルキル基であり、Ｒ^３はメチルである）で表される非環式カルボン酸エステルとを液相反応させることによる、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、好適には、α，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを製造するためのプロセスが提供される。

好適には、本発明の任意の態様による非環式カルボン酸エステルはプロピオン酸メチルである。
生成物
好適には、本発明のプロセスにより製造されるエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルは、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピルまたはメタクリル酸ブチルまたはメタクリル酸の金属塩から選択され、最適には、メタクリル酸メチルまたはメタクリル酸の金属塩から選択される。

本発明のプロセスはメタクリル酸およびそのアルキルエステルの製造に特に適している。好適には、メタクリル酸およびそのエステルは、通常、対応するプロピオン酸エステルをホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と塩基性金属塩の存在下に反応させることにより製造される、メタクリル酸（Ｃ_１〜Ｃ_４）アルキルエステル、好適には、プロピオン酸メチルから製造されるメタクリル酸または特にメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）である。

本発明において、縮合反応により生成する水は、本発明のプロセスにおいて生成したエステルの一部を加水分解して酸にする可能性がある。したがって、これがメタクリル酸を生成する１つの経路である。

有利には、本発明のプロセスは、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを生成するホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と非環式カルボン酸エステルとの反応において生成する望ましくない副生成物の量が著しく少ないことが見出された。

有利には、本発明のプロセスの生成物であるエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルに対する選択性は、転化率が増大すると普通であれば低下することが予想されるが、実質的に低下しないことが示された。先行技術のプロセスにおいては、通常、選択性は転化率の増大に伴い低下する。その理由は、特定の理論に束縛されるものではないが、上述したように転化率が高くなると反応中に生成する望ましくない副生成物が増加するためである。ところが、本発明のプロセスにおいて生成する望ましくない副生成物の量は著しく少なく、したがって、驚くべきことに、本発明のプロセスは、転化率を向上させると同時に、生成物であるエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルの選択性を維持するかまたは向上させることが見出された。

さらに、本発明の主な副生成物は、メタクリル酸エステルのメタノール付加物（３−メトキシイソ酪酸メチル）またはメタクリル酸のメタノール付加物の塩基金属塩（３−メトキシイソ酪酸金属塩）である。これらは、塩基を触媒とする反応（ｉｎ ｓｉｔｕで、または別個のプロセスで）によって容易に対応するメタクリル酸エステルに変換することができる。したがって、これらの副生成物は、不可逆な選択性の低下を招くものではなく、必然的に、本発明の反応全体における選択性を求める際に差し引いて考えることができる。

本発明のさらなる態様によれば、塩基性金属塩の存在下におけるホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と非環式カルボン酸エステルとの液相反応により製造される、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、好適には、α，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルが提供される。

本発明のさらなる態様によれば、塩基性金属塩の存在下におけるホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と非環式カルボン酸エステルとの液相反応により製造される、メタクリル酸またはメタクリル酸メチルが提供される。

本発明のさらなる態様によれば、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と非環式カルボン酸エステルとの液相反応により、エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、好適にはα，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを製造するための、塩基性金属塩の使用が提供される。好適には、本発明は、選択性、特にプロピオン酸メチル（ＭｅＰ）からメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）への選択性および／もしくはホルムアルデヒドからメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）への選択性を向上し、ならびに／または製造温度を低下し、ならびに／または副生成物、特に、生成物であるエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルよりも沸点が高い副生成物を低減するための、前記反応における塩基性金属塩の使用を提供する。

エチレン性不飽和カルボン酸またはエステル、好適にはα，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルからの、未反応の非環式カルボン酸またはエステル反応体の分離および／または精製は、当該技術分野において知られている任意の好適な方法により行うことができる。
反応条件
好適には、反応は、約３００℃未満、より好適には約２８０℃未満、最適には約２４０℃未満、特に約１９０℃未満、例えば、約８０℃〜２５０℃、より好適には約１００℃〜２００℃、特に約１２０℃〜１９０℃の温度で実施することができる。有利には、本発明のプロセスは、気相反応で行うと述べられている先行技術において通常想定されているであろう温度よりも低い温度で実施することができる。プロピオン酸メチル（ＭｅＰ）をホルムアルデヒドと反応させる工業的プロセスにおいて、プロピオン酸メチル（ＭｅＰ）の脱プロトン化が高温で行われることを考えると、これは特に驚くべきことである。

好適には、本発明の反応は、約５〜２０００ｐｓｉ、より好適には、約１０〜１０００ｐｓｉ、最適には、大気圧近傍すなわち１４〜５００ｐｓｉの圧力で実施することができる。通常、反応圧力は、所与の温度で反応体が液相に維持されるように選択することができる。

本発明のプロセスは回分式プロセスであっても連続式プロセスであってもよい。好適には連続式プロセスが用いられる。
試薬は、反応器に独立に供給することも、予め混合してから供給することもできる。

ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、非環式カルボン酸エステルと溶解した塩基性金属塩とを一緒に含む反応媒体が装入された反応器に、好適な速度で添加することができる。通常、回分式プロセスにおいて、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、非環式カルボン酸エステルと溶解した塩基性金属塩とを一緒に含む反応媒体が装入された反応器に、前記ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と比較して非環式カルボン酸エステルをモル過剰に維持するのに適した速度で添加される。

本明細書において使用される「モル過剰」とは、特に断りのない限り、反応媒体中に存在するホルムアルデヒドまたはその好適な供給源および非環式カルボン酸エステルの総量を基準として、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源が、非環式カルボン酸エステルの量よりも少なくとも１ｍｏｌ％少ない量、好適には少なくとも５ｍｏｌ％少ない量、より好適には少なくとも１０ｍｏｌ％少ない量で存在することを意味する。

例えば、回分式プロセスにおいて、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、非環式カルボン酸エステルに対し約１〜１０ｍｏｌ％／分となる速度で反応器に添加することができる。

好適には、非環式カルボン酸エステルに対するホルムアルデヒドまたはその好適な供給源のモル比は、プロセス全体を通して約１：１００〜１：２、より好適には約１：５０〜１：５に維持される。

好適には、回分式反応において、反応媒体に添加される非環式カルボン酸エステルに対する塩基性金属塩のモル比は約５：１〜０．２：１であり、より好適には、モル比は約２：１〜０．４：１であり、最適には、モル比は約２：１〜０．５：１である。

好適には、非環式カルボン酸エステル、塩基性金属塩および任意的な溶媒から構成される反応媒体は、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源を添加する前に、反応が実施さ
れることになる温度付近まで加熱される。好適には、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、反応媒体と混合する前に、反応が実施されることになる温度付近まで加熱される。非環式カルボン酸エステル、塩基性金属塩および任意的な溶媒から構成される反応媒体を、反応が実施されることになる温度のプラスマイナス３０℃の範囲内の温度に加熱することができることが当業者に理解されるであろう。

通常、連続式プロセスを行う間、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、非環式カルボン酸エステルと溶解した塩基性金属塩とを一緒に含む反応媒体が装入された反応器に、反応媒体中の前記ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源と比較して非環式カルボン酸エステルがモル過剰に維持される速度で添加される。連続式反応において、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、非環式カルボン酸エステルおよび溶解した塩基性金属塩を含む反応媒体に、さらなる非環式カルボン酸エステル反応体および／または塩基性金属塩と一緒に供給することができることが当業者に理解されるであろう。

誤解を避けるために述べるが、連続式反応について言及する場合に使用される「モル過剰」という語は、回分式反応に関し上に述べた意味と同義である。
好適には、連続式反応において、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源は、１．１：１〜１：１のモル比で非環式カルボン酸エステルと一緒に反応器に供給することができる。

好適には、連続式反応において、反応媒体中における塩基性金属塩対非環式カルボン酸エステルのモル比は、５：１〜０．２：１、より好適には約２：１〜０．４：１、最適には約２：１〜０．５：１に維持することができる。

有利には、回分式または連続式反応のどちらにおいても、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源を上に述べた形で反応器に添加すると、驚くべきことに、転化率が向上する。有利には、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源を上に述べた形で反応器に添加すると、驚くべきことに、ホルムアルデヒドの蓄積が制限され、したがって、望ましくない副生成物を生成する望ましくない副反応が低減される。

有利には、特定の理論に束縛されるものではないが、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源を、非環式カルボン酸エステルと溶解した塩基性金属塩および任意的な溶媒とを一緒に含む反応媒体に添加すると、塩基性金属塩が触媒となってホルムアルデヒドが分解するリスクを伴うことなく、ホルムアルデヒドを反応温度に加熱することが可能になる。

回分式反応において、塩基性金属塩の存在下における反応体の接触時間は、温度、圧力および塩基性金属塩の濃度に依存するが、通常、２分間〜１２時間、より好適には５分間〜８時間、最適には１０分間〜４時間である。

連続式反応における反応器内の平均滞留時間は、上に説明した回分式反応の接触時間に対応させることができる。
本発明のプロセスに使用される塩基性金属塩の量は必ずしも重要ではなく、採用するプロセスの実施可能性に応じて決定されるであろう。しかしながら、一般に、塩基の量は、最大の選択性および収率で実施されるように選択されるであろう。それでも尚、当業者は、最小量の塩基でも非環式カルボン酸エステルを十分に脱プロトン化して、許容される反応速度を達成するのに十分であるべきであることを理解するであろう。

本発明のプロセスに使用されるかまたは供給される試薬の相対量は幅広い範囲で変化させることができるが、一般に、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源の非環式カルボン酸エステルに対するモル比は、１：２０〜２：１、より好適には１：１０〜１．５：１
、最適には１：５〜１．２：１の範囲内にある。最適な比は、ホルムアルデヒドの形態と、塩基がホルムアルデヒド系の化学種からホルムアルデヒドを遊離させる能力とに依存するであろう。Ｒ^３１Ｏ−（ＣＨ_２−Ｏ−）_ｉＲ^３２におけるＲ^３１およびＲ^３２の一方または両方がＨである反応性が非常に高いホルムアルデヒド系物質には比較的低い比率が必要であり、その場合は、通常、ホルムアルデヒドまたはその好適な供給源の非環式カルボン酸エステルに対するモル比は１：９〜１：１の範囲にある。反応性が低いホルムアルデヒド系物質、例えば、Ｒ^３１およびＲ^３２がどちらもＨではない、例えば、ＣＨ_３Ｏ−ＣＨ_２−ＯＣＨ_３や、トリオキサンの場合、その比率をより高くすることが最適であり、通常、１：９〜２０：１である。

本発明の任意の態様によるプロセスは、場合により１種以上のアルコールをさらに含むことができる。好適には、本発明の塩基性反応において使用される任意的なアルコールはメタノールである。メタノールの量は重要ではない。一般に、メタノールの使用量は（メタノールが反応溶媒としても選択される場合を除いて）、一部のホルムアルデヒド供給源中にメタノールが存在することが可能になるように、実施可能な限り低い量に抑えられるが、所望により、別の溶媒またはさらなる溶媒を使用することもできる。

反応中に存在するアルコールの非環式酸エステルに対するモル比は、通常、２０：１〜１：２０の範囲、好適には３：１〜１：１０の範囲、最適には２：１〜１：５の範囲にある。

反応中にメタノールが存在する場合の、メタノールの非環式酸エステルに対するモル比は、通常、２０：１〜１：２０の範囲、好適には３：１〜１：１０の範囲、最適には２：１〜１：５の範囲にある。
乾燥剤
上に述べたように、ホルムアルデヒド供給源に起因して、水も反応混合物中に存在する場合がある。ホルムアルデヒドの供給源に応じて、反応を行う前にそこから水の一部または全部を除去することが必要な場合がある。上に述べたように、ホルムアルデヒド供給源中よりも水の量を少なく維持することは、反応効率および／または後段の生成物の精製に有利な可能性がある。

したがって、本発明のプロセスは、場合により、１種以上の乾燥剤をさらに含むことができる。好適な乾燥剤としては、無水硫酸ナトリウム、無水硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブ（各種細孔径）、酸化カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カリウム、オキサゾリジン、一般式ＲＣ（ＯＲ’）_３で表されるオルトエステル、酸化アルミニウム、シリカゲル、活性炭素、モンモリロナイトおよびこれらの混合物が挙げられる。
定義
本明細書において使用される「アルキル」という語は、特に断りのない限り、Ｃ_１〜Ｃ_１２アルキルを意味し、メチル基、エチル基、エテニル基、プロピル基、プロペニル基、ブチル基、ブテニル基、ペンチル基、ペンテニル基、ヘキシル基、ヘキセニル基およびヘプチル基が含まれ、好適には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基およびヘキシル基が含まれる。特に断りのない限り、アルキル基は、炭素原子数が十分であれば、直鎖または分岐であっても、環式、非環式または一部環式／一部非環式であってもよく、無置換であってもよいし、または、ハロ、シアノ、ニトロ、−ＯＲ^１９、−ＯＣ（Ｏ）Ｒ^２０、−Ｃ（Ｏ）Ｒ^２１、−Ｃ（Ｏ）ＯＲ^２２、−ＮＲ^２３Ｒ^２４、−Ｃ（Ｏ）ＮＲ^２５Ｒ^２６、−ＳＲ^２９、−Ｃ（Ｏ）ＳＲ^３０、−Ｃ（Ｓ）ＮＲ^２７Ｒ^２８、無置換もしくは置換アリール、もしくは無置換もしくは置換Ｈｅｔ（式中、Ｒ^１９〜Ｒ^３０は、この場合および本明細書全体において、それぞれ独立に、水素、ハロ、無置換もしくは置換アリールまたは無置換もしくは置換アルキルを表すか、あるいは、Ｒ^２１に関しては、ハロ、ニトロ、シアノおよびアミノを表す）から選択される１種以上の置換基で置換され
ているか、もしくはこれらを末端に有していてもよいし、および／または１個以上の（好適には４個未満の）酸素原子、硫黄原子、ケイ素原子、もしくはシラノ基もしくはジアルキルケイ素基もしくはこれらの混合物が挿入されていてもよい。好適には、アルキル基は無置換であり、好適には直鎖であり、好適には飽和である。

「アルケニル」という語は、その中の少なくとも１個の炭素炭素結合が不飽和であることのみが異なる上述の「アルキル」であり、したがって、この語はＣ_２〜Ｃ_１２アルケニル基に関する語であると理解すべきである。

「アルク」に類する語は、それに反する情報がなければ、上述の「アルキル」の定義に従い解釈される。
本明細書において使用される「アリール」という語には、フェニル、シクロペンタジエニルおよびインデニルアニオンならびにナフチル等の、５〜１０員環、好適には５〜８員環の炭素環式芳香族基または擬似芳香族基が含まれ、これらの基は、無置換であってもよいし、または無置換もしくは置換アリール、アルキル（この基は、それ自身が本明細書に定義したように無置換であっても置換されていても末端基を有していてもよい）、Ｈｅｔ（この基は、それ自身が本明細書に定義したように無置換であっても置換されていても末端基を有していてもよい）、ハロ、シアノ、ニトロ、ＯＲ^１９、ＯＣ（Ｏ）Ｒ^２０、Ｃ（Ｏ）Ｒ^２１、Ｃ（Ｏ）ＯＲ^２２、ＮＲ^２３Ｒ^２４、Ｃ（Ｏ）ＮＲ^２５Ｒ^２６、ＳＲ^２９、Ｃ（Ｏ）ＳＲ^３０もしくはＣ（Ｓ）ＮＲ^２７Ｒ^２８（式中、Ｒ^１９〜Ｒ^３０は、それぞれ独立に、水素、無置換もしくは置換アリール、またはアルキル（このアルキル基は、それ自身が本明細書に定義したように無置換であっても置換されていても末端基を有していてもよい）を表すか、あるいは、Ｒ^２１に関しては、ハロ、ニトロ、シアノまたはアミノを表す）から選択される１種以上の置換基で置換されていてもよい。

本明細書において使用される「ハロ」という語は、クロロ基、ブロモ基、ヨード基またはフルオロ基、好適には、クロロまたはフルオロを意味する。
本明細書において使用される「Ｈｅｔ」という語には、４〜１２員環系、好適には４〜１０員環系が含まれ、この環は、窒素、酸素、硫黄およびこれらの混合物から選択される１個以上のヘテロ原子を含み、この環はまた、二重結合を含まないかまたは１個以上の二重結合を含むか、または非芳香族性、部分芳香族性または全芳香族性を有していてもよい。この環系は、単環、二環または縮合環であってもよい。本明細書において規定する各「Ｈｅｔ」基は、無置換であってもよいし、またはハロ、シアノ、ニトロ、オキソ、アルキル（このアルキル基は、それ自身が本明細書に定義したように無置換であっても置換されていても末端基を有していてもよい）、−ＯＲ^１９、−ＯＣ（Ｏ）Ｒ^２０、−Ｃ（Ｏ）Ｒ^２１、−Ｃ（Ｏ）ＯＲ^２２、−Ｎ（Ｒ^２３）Ｒ^２４、−Ｃ（Ｏ）Ｎ（Ｒ^２５）Ｒ^２６、−ＳＲ^２９、−Ｃ（Ｏ）ＳＲ^３０もしくは−Ｃ（Ｓ）Ｎ（Ｒ^２７）Ｒ^２８（式中、Ｒ^１９〜Ｒ^３０は、それぞれ独立に、水素、無置換もしくは置換アリール、またはアルキル（このアルキル基は、それ自身が本明細書に定義したように無置換であっても置換されていても末端基を有していてもよい）を表すか、あるいはＲ^２１に関しては、ハロ、ニトロ、アミノまたはシアノを表す）から選択される１種以上の置換基で置換されていてもよい。したがって「Ｈｅｔ」という語には、場合により置換されていてもよい、アゼチジニル、ピロリジニル、イミダゾリル、インドリル、フラニル、オキサゾリル、イソキサゾリル、オキサジアゾリル、チアゾリル、チアジアゾリル、トリアゾリル、オキサトリアゾリル、チアトリアゾリル、ピリダジニル、モルホリニル、ピリミジニル、ピラジニル、キノリニル、イソキノリニル、ピペリジニル、ピラゾリル、ピペラジニル等の基が含まれる。Ｈｅｔの置換が起こるのは、Ｈｅｔ環の炭素原子上であってもよいし、適切であれば、１個以上のヘテロ原子上であってもよい。

「Ｈｅｔ」基はまた、Ｎオキシドの形態にあってもよい。
本明細書において使用される「塩基」または「塩基性」という語は、特に断りのない限り、水素（プロトン）と、または他の化学種の空軌道と共有結合を形成することができる少なくとも１対の利用可能な電子対を有する化学種または分子種を意味する。塩基はブレンステッド塩基であってもルイス塩基であってもよい。誤解を避けるために述べると、ブレンステッド塩基とは、酸または対応する分子種もしくは化学種から水素（プロトン）を受け取ることができる化学種または分子種（すなわち水素受容体）である。誤解を避けるために述べると、ルイス塩基とは、電子対を供与することができ、したがって、ルイス酸に配位し、それによってルイス付加体（Ｌｅｗｉｓ ａｄｄｕｃｔ）を生成することができる化学種または分子種である。

本明細書において使用される「反応媒体」という語は、特に断りのない限り、反応の液相を意味する。
本明細書において使用される「均一」という語は、特に断りのない限り、反応体、塩基性金属塩、溶媒（存在する場合）等の成分が全て同じ相にあるプロセスを意味する。

本明細書において使用される「不均一」という語は、特に断りのない限り、反応体、塩基性金属塩、溶媒（存在する場合）等の成分の１種以上が残りの成分とは異なる相にあるプロセスを意味する。

本明細書において使用される「回分式プロセス」という語は、特に断りのない限り、反応条件下に生成物が得られるように、特定の量の反応体を反応させるプロセスを意味する。この反応は、一般に、反応体が使い果たされるまで継続される。

本明細書において使用される「連続式プロセス」という語は、特に断りのない限り、反応開始後のプロセスの最中に、反応体が反応器に供給され、生成物が反応器から抜き出されるプロセスを意味する。この反応は一般に、反応器の運転を停止するまで継続される。

ここで本発明の実施形態を以下に示す非限定的な実施例を参照しながら説明するが、これらは例示のみを目的とするものである。

実施例は全て、プロピオン酸メチルからのメタクリル酸メチルおよびメタクリル酸の調製を示すものである。
実施例１
窒素を充填したグローブボックス内で、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器に炭酸セシウム（１．９６ｇ、６ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。次いで混合物を撹拌しながら１３５℃で３５分間加熱した。次いでプロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびメチルアルコホルム（ｍｅｔｈｙｌ ａｌｃｏｆｏｒｍ）（３ｇ、ホルムアルデヒド５５ｍｍｏｌ）を窒素加圧下にオートクレーブ内の混合物に注入した。注入により温度が１１７℃に低下した後、温度が急激に１５５℃まで上昇した。温度の急激な上昇の後、混合物を１０分間かけて１６０℃まで加熱した。混合物を１６０℃で４時間維持し、その後、撹拌を停止し、混合物を２５℃未満に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が全て溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

この溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析したところ、相対的な比率がプロピオン酸メチル６８．０％：プロピオン酸セシウム１５．７％：メタクリル酸メチル１３．５％：メタクリル酸セシウム２．８％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発性物質を液体窒素トラップに回収した。反応物の揮発性物質（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｖｏｌ
ａｔｉｌｅ）をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルから生成物への転化率は１５．８％であり、プロピオン酸メチルのメタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．８３％であることが示された。
実施例２
窒素を充填したグローブボックス内で、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器にメチル炭酸セシウム（２．５ｇ、１２ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。混合物を撹拌しながら１３５℃で３５分間加熱した。次いでプロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびメチルアルコホルム（３ｇ、ホルムアルデヒド５５ｍｍｏｌ）を、窒素加圧下にオートクレーブ内の混合物に注入した。注入により温度が１１８℃に低下した後、温度が急激に１５２℃まで上昇した。急激な温度上昇の後、混合物を１０分間かけて１６０℃まで加熱した。混合物を１６０℃で４時間維持した後、撹拌を停止し、混合物を２５℃未満に冷却した。残圧を徐々に解放し、塩が全て溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲにより分析したところ、相対的な比率が、プロピオン酸メチル６９．８％：プロピオン酸セシウム９．４％：メタクリル酸メチル１８．０％：メタクリル酸セシウム２．８％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発性物質を液体窒素トラップで回収した。反応物の揮発性物質をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルから生成物への転化率は１３．８％であり、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．２５％であることが示された。
実施例３
窒素を充填したグローブボックスにおいて、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器にメチル炭酸セシウム（２．５ｇ、１２ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。次いで混合物を撹拌しながら１３５℃で３５分間加熱した後、プロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびメチルアルコホルム（０．１６５ｇ、ホルムアルデヒド３ｍｍｏｌ）を窒素加圧下にオートクレーブ内の混合物に注入した。注入により温度が１２５℃に低下した。次いで混合物を１０分間かけて１６０℃に加熱し、この温度を２時間維持した後、撹拌を停止し、混合物を２５℃未満に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が全て溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析したところ、相対的な比率が、プロピオン酸メチル７８．０％：プロピオン酸セシウム１６．０％：メタクリル酸メチル３．８％：メタクリル酸セシウム２．２％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発した物質を液体窒素トラップに回収した。反応物の揮発性物質をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルから生成物への転化率は４．４％であり、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．６４％であることが示された。
実施例４
窒素を充填したグローブボックス内で、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器にメチル炭酸カリウム（１．３６８ｇ、１２ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。混合物を撹拌しながら１３５℃で３５分間加熱した。次いでプロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびメチルアルコホルム（０．３３ｇ、ホルムアルデヒド６．０ｍｍｏｌ）を窒素加圧下にオートクレーブ内の混合物に注入した。注入により温度が１１８℃に低下した後、温度が急激に１３８℃まで上昇した。急激な温度上昇の後、混合物を１０分間かけて１６０℃まで加熱した。混合物を１６０℃で３０分間維持した後、撹拌を停止し、混合物を
２５℃未満に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が全て溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析したところ、相対的な比率が、プロピオン酸メチル８４．３％：プロピオン酸カリウム１０．３％：メタクリル酸メチル５．２％：メタクリル酸カリウム０．２％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発した物質を液体窒素トラップで回収した。反応物の揮発性物質をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルの生成物への転化率は５．５％であり、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．３２％であることが示された。
実施例５
窒素を充填したグローブボックス内で、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器にメチル炭酸セシウム（２．５ｇ、１２ｍｍｏｌ）、プロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。混合物を撹拌しながら１６０℃で５０分間加熱した。次いでメチルアルコホルム（１．６５ｇ、ホルムアルデヒド３０ｍｍｏｌ）を０．０５ｍＬ／分で３３分間かけて滴下した。混合物を密封し、１６０℃でさらに２７分間加熱した後、撹拌を停止し、混合物を２５℃未満に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が完全に溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析したところ、相対的な比率が、プロピオン酸メチル５５．２％：プロピオン酸セシウム２４．２％：メタクリル酸メチル９．６％：メタクリル酸セシウム１４．０％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発した物質を液体窒素トラップで回収した。反応物の揮発性物質をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルから生成物への転化率は２３．９％であり、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．４６％であることが示された。
実施例６
窒素を充填したグローブボックス内で、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器にメチル炭酸セシウム（２．５ｇ、１２ｍｍｏｌ）、プロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。混合物を撹拌しながら１６０℃で５０分間加熱した。次いでメチルアルコホルム（１．６５ｇ、ホルムアルデヒド３０ｍｍｏｌ）を０．０５ｍＬ／分で３３分間かけて滴下した。混合物を密封し、１６０℃でさらに２７分間加熱した後、撹拌を停止し、混合物を２５℃未満に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が完全に溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析したところ、プロピオン酸エステル（塩）およびメタクリル酸エステル（塩）の相対的な比率は、プロピオン酸メチル５６．３％：プロピオン酸セシウム２２．５％：メタクリル酸メチル１０．７％：メタクリル酸セシウム１０．５％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発した物質を液体窒素トラップで回収した。反応物の揮発性物質をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルから生成物への転化率は２４．３％であり、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．１３％であることが示された。
実施例７
窒素を充填したグローブボックス内で、２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器にメチル炭酸セシウム（２．５ｇ、１２ｍｍｏｌ）、プロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）およびＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（６ｍＬ）を装入した。オートクレーブを窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。混合物を撹拌しながら１６０℃で５０分間加熱した。次い
でメチルアルコホルム（１．６５ｇ、ホルムアルデヒド３０ｍｍｏｌ）を０．０５ｍＬ／分で６６分間かけて滴下した。混合物を密封して、撹拌を停止し、混合物を２５℃未満に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が完全に溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析したところ、プロピオン酸エステル（塩）およびメタクリル酸エステル（塩）の相対的な比率が、プロピオン酸メチル４９．０％：プロピオン酸セシウム２７．０％：メタクリル酸メチル１２．０％：メタクリル酸セシウム１２．０％であることが示された。混合物を高真空下に乾固させ、揮発した物質を液体窒素トラップで回収した。反応物の揮発性物質をＧＣで分析したところ、プロピオン酸メチルから生成物への転化率は２５．５％であり、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸に対する選択性は９９．２４％であることが示された。

表１に実施例１〜７の転化率および選択性に関する結果をまとめた。選択性は本発明の反応の収率に無関係であることを示している。
実施例８〜２１：一般手順
２５ｍＬ容のＰａｒｒ社製Ｓｅｒｉｅｓ ４５９０高圧オートクレーブ反応器に塩基金属塩（１２ｍｍｏｌ）、溶媒（６ｍＬ）およびプロピオン酸メチル（２．６５ｇ、３０ｍｍｏｌ）を装入し、次いで窒素で１５ｂａｒに加圧し、１．５ｂａｒまでゆっくりと排気した後、密閉した。混合物を撹拌しながら反応温度で５０分間加熱した。メチルアルコホルム（ホルムアルデヒド５５重量％、メタノール４５重量％）を、所望の量が添加されるまでＧｉｌｓｏｎ社製ポンプを用いて０．０５ｍＬ／分で滴下した。混合物を反応温度で全反応時間が完了するまで撹拌した後、撹拌を停止し、混合物を室温に冷却した。残圧をゆっくりと解放し、塩が完全に溶解するまでメタノールで希釈してから混合物を排出した。

溶液のサンプルを^１Ｈ ＮＭＲで分析し、プロピオン酸エステル（塩）およびメタクリル酸エステル（塩）の相対的比率をプロピオン酸メチル、プロピオン酸アニオン、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸アニオンとして示した。混合物を高真空下に乾固させ、揮発した物質を液体窒素トラップで回収した。Ｒｅｓｔｅｋ Ｒｔｘ −１７０１カラム（６０メートル、内径０．３２ｍｍ、膜厚１ミクロン）を取り付けたＡｇｉｌｅｎｔ ６８９０Ｎ ＧＣを使用し、反応物の揮発性物質をＧＣ分析した。
実施例８〜２１：結果
上の一般手順の項に記載したように実施した分析によるデータを表２に示す。

表に使用した略称を次に示す：
ＣｓＭＣ＝メチル炭酸セシウム
ＫＭＣ＝メチル炭酸カリウム
ＣｓＰ＝プロピオン酸セシウム
ＣｓＭＡ＝メタクリル酸セシウム
ＤＭＡｃ＝ジメチルアセトアミド
ＮＭＰ＝１−メチル−２−ピロリジノン
ＭＩＢ＝イソ酪酸メチル
ＤＭＡｃｒ＝ジメチルアクリルアミド
ＭｅＰ＝プロピオン酸メチル
ＭＭＡ＝メタクリル酸メチル
ＨＣＨＯ＝ホルムアルデヒド
ここに示すプロピオン酸メチルからプロピオン酸メチルへの転化率の範囲に亘って、高い選択性が維持されている（実施例２４に示すように穏和な処理によってＭＭＡおよびメタノールに変換することができる３−メトキシイソ酪酸メチルを除外）。

実施例２２
１Ｌ容のハステロイ製オートクレーブにプロピオン酸メチル（１６０ｍｌ）、乾燥メチルアルコホルム（水０．１重量％）（１４０ｍｌ、ホルムアルデヒド５５重量％）およびフッ化セシウム（１４５．５ｇ）を加えた。次いでオートクレーブを密閉し、次いで１６０℃で２時間加熱した。オートクレーブを室温まで放冷し、内容物を排出した。排出した溶液を真空下で加熱し、反応物の揮発性物質を液体窒素で凝縮させた。揮発性物質を自然解凍し、ＧＣで分析した。ＧＣ分析により、ＭｅＰの転化率は１７．７％であり、反応の選択性は９９．７％であることが示された。
実施例２３
１Ｌ容のハステロイ製オートクレーブにプロピオン酸メチル（１６０ｍｌ）、乾燥メチルアルコホルム（水０．１重量％）（１４０ｍｌ、ホルムアルデヒド５５重量％）、メタノール（１００ｍｌ）およびフッ化セシウム（１５６．６ｇ）を加えた。次いでオートクレーブを密閉し、次いで１６０℃で２時間加熱した。オートクレーブを室温まで放冷し、内容物を排出した。排出した溶液を真空下で加熱し、反応物の揮発性物質を液体窒素で凝縮させた。揮発性物質を自然解凍し、ＧＣで分析した。ＧＣ分析により、ＭｅＰの転化率は８．０％であり、反応の選択性は９６．６％であることが示された。
実施例２４：３−メトキシイソ酪酸メチルのＭＭＡへの転化
窒素中、１００ｍＬ容のシュレンクフラスコに、ナトリウムメトキシド（ＮａＯＭｅ；０．６１ｇ、１１ｍｍｏｌ）を加え、これをメタノール（１６．１６ｇ、５１７ｍｍｏｌ）で溶解した。別の２５０ｍｌ容のシュレンクフラスコに、窒素中、３−メトキシイソ酪酸メチル（６６．７８ｇ、５０５ｍｍｏｌ）を加え、これを９５℃に加熱した。温度が安定したら、窒素中、ＮａＯＭｅおよびメタノールの溶液をカニューレを使用して３−メトキシイソ酪酸メチルに加えた。生成した溶液のサンプルを１０分間、２分毎に採取し、次の１時間は１５分毎に採取した。サンプルをシリカゲルに通じることによりＮａＯＭｅ（存在する場合）を除去した。次いでサンプルをＧＣで分析した。１時間後、３−メトキシイソ酪酸メチルからＭＭＡへの転化率は３７．２７％となった。
比較例２５
国際公開第０３０２６７９５号パンフレットの実施例３Ｂに従い調製された、０．９３重量％ Ｚｒ、６．３５重量％ Ｃｓの組成を有するシリカゲル触媒の触媒性能について次に記載する条件下で試験を行った。

触媒ビーズ（直径２〜４ｍｍ、３ｇ）を装入した大気圧のマイクロリアクター内で触媒サンプルの触媒性能を決定した。乾燥させた触媒を窒素中で３５０℃に加熱した後、プロピオン酸メチル６８．３重量％、メタノール１９．５重量％、水６．８重量％およびホルムアルデヒド５．４重量％の混合物を、滞留時間を約１６秒間として一夜供給した。次いで反応を、プロピオン酸メチル７４．０重量％、メタノール１９．９重量％、水０．５重量％およびホルムアルデヒド５．６重量％の混合物に切り替え、接触時間が２．９秒間から１６．５秒間まで段階的に変化するような速度で供給した。各流速において供給原料の流れが安定したら、反応器からの気体を室温に冷却することにより凝縮させ、空気の侵入および水の凝縮を防ぐためにカニューレを使用してバイアルのプラスチック製の蓋を介してガラスバイアルに回収した。

各サンプルの回収完了直後にサンプルを密閉したバイアルに移し、組成を決定するために、ＤＢ１７０１カラムおよび水素炎イオン化検出器を取り付けたＳｈｉｍａｄｚｕ ＧＣを使用してガスクロマトグラフィーにより分析した。各分析毎に得られたクロマトグラフをＳｈｉｍａｄｚｕ社製ＧＣｓｏｌｕｔｉｏｎソフトウェアで処理することにより、個々の成分のピーク面積を取得した。サンプル中の検出可能な物質について、個々の成分のＦＩＤ応答係数を適用してピーク面積をまず最初に重量に変換し、次いでｍｏｌに変換した。

主要な生成物はメタクリル酸メチルであり、これは反応の選択性を求めるためのメタクリル酸以外の所望の生成物である。生成したメタクリル酸メチル成分およびメタクリル酸成分のモル量の総和を、生成物に変換されたプロピオン酸エステルのモル量に対する百分率として求め、所望の生成物に対する選択性とした。プロピオン酸メチルの一部はプロピオン酸に変換された。この副生成物は、エステル化により変換することによって出発物質であるプロピオン酸メチルに容易に戻すことができるため、計算から除外した。同定された他の生成物は全て、出発物質からの変換が不可逆であり、したがって、再利用することができない。

主要な副生成物の同定はＧＣＭＳにより行った。プロピオン酸以外の生成物に変換されたプロピオン酸メチルを基準とするこれらの副生成物に対する選択性を次の表３に示す。

このように、収率が、供給されたプロピオン酸メチルを基準として１１．７％から１７．８％に増加するに従い、メタクリル酸メチルに加えてメタクリル酸のプロピオン酸メチルへの転化に対する選択性は９４％から８４％に低下した。主な副生成物はいずれも単純な化学的処理ではメタクリル酸メチルに変換して戻すことができないものである。

本明細書と同時にまたは先に提出され、本明細書と共に公衆の閲覧に付された、本出願に関連するあらゆる論文および文書に注目されたい。このような論文および文書の内容を全て参照により本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約および図面を含む）に開示したあらゆる特徴、および／またはこのように開示された任意の方法もしくはプロセスのあらゆるステップは、このような特徴および／またはステップの少なくとも一部が互いに排他的な組合せでない限り、任意の組合せで組み合わせることができる。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示した各特徴は、別段の定めが明記されていない限り、同一、均等、または類似の目的を果たす代替的な特徴に置き換えることができる。したがって、別段の定めが明記されていない限り、ここに開示された各特徴は、包括的な一連の均等または類似の特徴の一例に過ぎない。

本発明は上述の実施形態の詳細に制限されない。本発明は、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示された特徴の任意の新規な１つもしくは任意の新規な組合せ、またはこのように開示された任意の方法もしくはプロセスのステップの任意の新規な１つもしくは任意の新規な組合せに拡張される。

Claims (20)

1. α，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルの製造方法において、塩基性金属塩の存在下にてホルムアルデヒドまたはその供給源と、式Ｒ^３−ＣＨ_２−ＣＯＯＲ^４（式中、Ｒ^４はアルキル基であり、Ｒ^３はメチルである）で表される非環式カルボン酸エステルとを液相反応させる工程からなり、前記塩基性金属塩は、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属の塩である、方法。
2. Ｒ^４はＣ_１〜Ｃ_４アルキル基である、請求項１に記載の方法。
3. 前記塩基性金属塩は、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属の、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、メチル炭酸塩、アルコキシド（メトキシド、ｔ−ブトキシド等）、フッ化物およびリン酸塩から選択される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記塩基性金属塩は、酸化カリウム、酸化セシウム、酸化ナトリウム、酸化ルビジウム、酸化バリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化バリウム、リン酸カリウム、リン酸セシウム、リン酸ナトリウム、リン酸ルビジウム、リン酸バリウム、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ルビジウムメトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、カリウムｔ−ブトキシド、ルビジウムｔ−ブトキシド、セシウムｔ−ブトキシド、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム、フッ化セシウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸ルビジウム、炭酸バリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、炭酸水素バリウム、メチル炭酸カリウム、メチル炭酸ナトリウム、メチル炭酸セシウム、メチル炭酸ルビジウムまたはメチル炭酸バリウムから選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記反応は３００℃未満の温度で実施される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記反応は５〜２０００ｐｓｉの圧力で実施される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ホルムアルデヒドの供給源は、ホルマリン（ホルムアルデヒド、メタノール、水）、低分子量ポリホルムアルデヒド（パラホルムアルデヒド）、気体状ホルムアルデヒド、ホルムアルデヒドヘミアセタール（アルコホルム）、トリオキサンまたは無水ホルムアルデヒドから選択することができる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記プロセスは回分式または連続式プロセスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記反応媒体中において、前記非環式カルボン酸エステルは、前記ホルムアルデヒドまたはその供給源と比較してモル過剰に維持される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ホルムアルデヒドまたはその供給源は、前記非環式カルボン酸エステルに対し１〜１０ｍｏｌ％／分の速度で反応器に添加される、請求項９に記載の方法。
11. ホルムアルデヒドまたはその供給源の前記非環式カルボン酸エステルに対するモル比は、前記反応が行われる間、１：１００〜１：２に維持される、請求項９または１０に記載の方法。
12. ホルムアルデヒドまたはその供給源の前記非環式カルボン酸エステルに対するモル比は、前記反応が行われる間、１：５０〜１：５に維持される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ホルムアルデヒドまたはその供給源は、前記非環式カルボン酸エステルと一緒に、１．１：１〜１：１のモル比で反応器に供給される、請求項９に記載の方法。
14. 前記プロセスは１種または２種以上の溶媒をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記溶媒は完全に非プロトン性である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記溶媒は、非プロトン性親プロトン性溶媒または非プロトン性疎プロトン性溶媒である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記溶媒は、非プロトン性親プロトン性溶媒である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記溶媒は、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロ−２（１Ｈ）−ピリミジノン（ＤＭＰＵ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＥＵまたはＤＭＩ）、３−メチル−２−オキサゾリジノン、炭酸プロピレン、ジエチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリジノン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ピリジン、テトラメチル尿素、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、アセトン、２−ブタノン、３−ペンタノン、アセトフェノン、ニトロメタン、ニトロベンゼン、テトラヒドロチオフェン１，１−ジオキシド（スルホラン）、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、１，４−ジオキサン、炭酸ジメチル、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、ジグリム、ベンゼン、シクロヘキサン、キシレンまたはトルエンから選択される、請求項１６に記載の方法。
19. ホルムアルデヒドまたはその供給源を、式Ｒ^３−ＣＨ_２−ＣＯＯＲ^４（式中、Ｒ^４はアルキル基であり、Ｒ^３はメチルである）で表される非環式カルボン酸エステルと液相反応させることによりα，βエチレン性不飽和カルボン酸またはエステルを製造するための、第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属の塩である塩基性金属塩の使用方法。
20. Ｒ^４はＣ_１〜Ｃ_４アルキル基である、請求項１９に記載の方法。