(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び下記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させること、並びに当該ラネー金属触媒がラネー銅触媒を含むことを特徴とする下記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【化１】
0005609041.tif 000007
【化２】
0005609041.tif 000008
［上記式（１）、（２）中、Ｒ１は下記一般式（３）
【化３】
0005609041.tif 000009
（上記式（３）中、Ｒは水素原子、又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、ｎは０又は１を表す。）
で示される置換基を表す。］
【化４】
0005609041.tif 000010
（上記式（４）中、Ｒ、ｎは上記と同じ定義である。）
【請求項２】
上記式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類が、下記式（５）
【化５】
0005609041.tif 000011
で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項１に記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【請求項３】
上記式（５）で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとクロロプロパンジオールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項２に記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【請求項４】
上記式（５）で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとグリシドールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項２に記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法に関する。ヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類は、医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、抗菌剤などに有用である。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法としては、エチレンジアミンとジヒドロキシアセトンとを反応させ、次いでラネーニッケル触媒存在下に水素還元して２−ヒドロキシメチルピペラジン（２−ピペラジンメタノール）を得る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この製造方法は１５ＭＰａという高圧反応条件で進行するため、極めて堅牢な耐圧装置が必要な上に、発火の危険性が高い水素を用いるため、安全性の面から好ましくない。また、反応収率が３３％と低く、工業的な方法としては好ましくない。
【０００４】
また、ジベンジルエチレンジアミンとジエチルブロモマロン酸とをアセトニトリル中で反応させ、貴金属触媒の存在下に水素還元した後、水素化アルミニウムリチウムを用いてエステルを還元して、４−ベンジル−２−ヒドロキシメチルピペラジンを得る方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、この製造方法は多段階の反応が必要な上に、三段階で反応を行った場合の合計収率は４４％と低く、工業的な方法としては好ましくない。また、発火性の高い水素化アルミニウムリチウムを用いるため、安全性の面からも好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】オーストリア特許第２２７２６８号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  （１９９３），３６（１５），２０７５−２０８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、一段階で高収率に目的物が得られる上に、簡便且つ安全にヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、本発明の製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は以下に示すとおりのヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法である。
【００１１】
［１］下記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び下記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させることを特徴とする下記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【００１２】
【化１】
0005609041.tif 000002
【００１３】
【化２】
0005609041.tif 000003
［上記式（１）、（２）中、Ｒ１は下記一般式（３）
【００１４】
【化３】
0005609041.tif 000004
（上記式（３）中、Ｒは水素原子、又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、ｎは０又は１を表す。）
で示される置換基を表す。］
【００１５】
【化４】
0005609041.tif 000005
（上記式（４）中、Ｒ、ｎは上記と同じ定義である。）
［２］上記ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒を含むことを特徴とする上記［１］に記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【００１６】
［３］上記式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類が、下記式（５）
【００１７】
【化５】
0005609041.tif 000006
で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【００１８】
［４］上記式（５）で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとクロロプロパンジオールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする上記［３］に記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【００１９】
［５］上記式（５）で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンが、エチレンジアミンとグリシドールの付加反応により得られるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンであることを特徴とする上記［３］に記載のヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の製造方法によれば、一段階で高収率に目的物が得られる上に、比較的低圧で反応が進行することから堅牢な耐圧容器を用いる必要がないので、従来方法に比べて簡便且つ安全にヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
本発明の製造方法は、上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させることをその特徴とする。
【００２３】
本発明において、上記一般式（１）、一般式（２）中、置換基Ｒ１は、上記一般式（３）で示される置換基を表す。上記一般式（３）、一般式（４）において、Ｒは水素原子、又は炭素数１〜４のアルキル基を表し、ｎは０又は１を表す。炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基又はエチル基が好ましい。
【００２４】
本発明において、使用されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類としては、上記一般式（１）や、上記一般式（２）で示される化合物であればよく、特に限定するものではないが、例えば、ジヒドロキシプロピルエチレンジアミン類、ジヒドロキシブチルエチレンジアミン類等が挙げられる。
【００２５】
本発明においては、このようなジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類として、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
【００２６】
本発明において、上記一般式（１）や、上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類は、例えば、エチレンジアミンをグリシドール等のエポキシアルコールと付加反応させることや、エチレンジアミンをクロロプロパンジオールと付加反応させることにより得られる。
【００２７】
また、エチレンジアミンとジヒドロキシケトン類とを反応させた後に、水素還元することによって得られたものや、エチレンジアミンとハロゲン化ジカルボン酸ジアルキルを反応させて、エチレンジアミンのジエチルエステル体を調製した後、水素化リチウムアルミニウムやジヒドロ−ビス（２−メトキシエトキシ）アルミン酸ナトリウム等の還元剤を用いて、得られたエチレンジアミンのジエチルエステル体を還元することによっても、上記一般式（１）や、上記一般式（２）で示されるジヒドロキシプロピルエチレンジアミンを得ることができる。
【００２８】
本発明の製造方法において得られる上記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類としては、特に限定するものではないが、例えば、ヒドロキシピペラジン、ヒドロキシメチルピペラジン、ヒドロキシエチルピペラジン等が挙げられる。
【００２９】
本発明の製造方法において、分子内脱水縮合反応は、上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類を、ラネー金属触媒に接触させることで実施される。
【００３０】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒としては、例えば、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、ラネー鉄触媒等が挙げられる。本発明の製造方法においては、これらから選ばれる一種又は二種以上を用いることができるが、目的物の収率が向上するため、ラネー銅触媒が特に好適に使用される。また、本発明の製造方法においては、ラネー金属触媒としては、調製品、市販品のいずれも使用することができる。
【００３１】
本発明の製造方法において使用されるラネー金属触媒には、本発明の趣旨に反しない程度で、任意の触媒活性金属を含むことができる。
【００３２】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒の使用量は、特に限定するものではないが、上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類の使用量に対し、通常０．１〜２０重量％の範囲である。０．１重量％よりも少ない場合、反応が著しく遅くなるおそれがあり、２０重量％を超えて使用しても経済的に不利となるおそれがある。
【００３３】
本発明の製造方法において、反応は気相で行っても液相で行っても良い。また、反応は懸濁床による回分、半回分、連続式でも、また固定床流通式でも実施できるが、工業的には、固定床流通式が操作、装置、経済性の面から有利である。
【００３４】
本発明の製造方法においては、希釈剤を用いて、原料である、上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類を希釈し、反応を進行させることができる。希釈剤としては、例えば、窒素ガス、水素ガス、アンモニアガス、水蒸気、炭化水素等の不活性ガスや、水、アルコール、不活性な炭化水素等の不活性溶媒が挙げられる。これらの希釈剤は任意の量で使用でき、特に限定するものではないが、［上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類の使用量］／［希釈剤の使用量］のモル比を０．０１〜１の範囲とすることが好ましい。モル比０．０１以上とすると、上記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の生産性が向上する。また、モル比１以下とすると、上記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の選択性が向上する。
【００３５】
本発明の製造方法において、希釈剤は、上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類と同時に反応器内に導入してもよいし、予め上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類を希釈剤に溶解させた後に、原料溶液として反応器に導入してもよい。
【００３６】
本発明の製造方法において、反応が気相で行われる場合、通常は、窒素ガス、アルゴンガス等の反応に不活性なガスの共存下で行われる。かかるガスの使用量は上記一般式（１）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類、及び上記一般式（２）で示されるジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類からなる群より選ばれる１種又は２種以上のジヒドロキシ（アルキル）エチレンジアミン類の使用量１モルに対して、通常１〜２０モル、好ましくは２〜１０モルの範囲である。
【００３７】
本発明の製造方法において、反応温度は、通常５０〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃の範囲である。２５０℃以下とすることで、原料及び生成物の分解が抑制されるため、上記一般式（３）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類の選択率が向上し、５０℃以上とすることで十分な反応速度が得られる。
【００３８】
本発明の製造方法においては、反応終了後、上記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類を含有する反応混合ガスを、水又は酸性水溶液に通じて溶解させ、上記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類を含有する反応混合液を得る。そして、得られた反応混合液から、抽出、濃縮等の所望の分離精製操作により、上記一般式（４）で示されるヒドロキシ（アルキル）ピペラジン類を得ることができる。また、ハロゲン化水素酸を用いて、ハロゲン化水素酸塩として得ることもできる。
【実施例】
【００３９】
本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００４０】
調製例１（ジヒドロキシプロピルエチレンジアミンの合成）．
１０Ｌオートクレーブに、エチレンジアミン１２０２ｇ（２０モル）、溶媒としてメタノール１０００ｍｌを仕込み、窒素雰囲気下でクロロプロパンジオール６６３ｇ（６モル）を２時間かけて滴下した。オートクレーブを加熱することで、反応液温度は、１００℃に調整された。この時の反応容器圧力は０．５ＭＰａであった。クロロプロパンジオールの滴下終了後、熟成時間は４時間であった。この反応液を４８％水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、濾過操作を行った。この操作により得た濾液を、エバポレートして低沸分を留去した後、蒸留精製により、微黄色固体８３３ｇを得た。この物質は、上記式（４）で示される２，３−ジヒドロキシプロピルエチレンジアミン（以下、表現を簡潔にするため、２，３−ＤＨＰＥＤＡと略す。）であることが、ガスクロマトグラフィー質量分析及び核磁気共鳴分析によって確認された。
【００４１】
調製例２（ジヒドロキシプロピルエチレンジアミンの合成）．
１０Ｌオートクレーブに、エチレンジアミン１２０２ｇ（２０モル）、溶媒としてメタノール１０００ｍｌを仕込み、窒素雰囲気下でグリシドール４４４ｇ（６モル）を４時間かけて滴下した。オートクレーブを加熱することで、反応液の温度は６０℃に保たれた。グリシドールの滴下終了後、単蒸留により反応液中の溶媒であるメタノール、未反応のエチレンジアミンを留去した。生成物を真空乾燥することで、黄白色固体７２２ｇが得られた。この物質は、上記式（４）で示される２，３−ジヒドロキシプロピルエチレンジアミン（以下、表現を簡潔にするため、２，３−ＤＨＰＥＤＡと略す。）であることが、ガスクロマトグラフィー質量分析及び核磁気共鳴分析によって確認された。
【００４２】
実施例１．
調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  １２４ｇ（０．９２モル）、溶媒として水５００ｍｌ、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）６．２ｇを１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００４３】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡ転化率は９６．２％であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は６８％であった。
【００４４】
実施例２．
調製例２で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  １２４ｇ（０．９２モル）、溶媒として水５００ｍｌ、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）６．２ｇを１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００４５】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡ転化率は９５．９％であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は６７％であった。
【００４６】
実施例３．
調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  ６０ｇ（０．４５モル）、溶媒として水５４０ｍｌ、触媒としてラネー銅６．０ｇ、（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）を１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００４７】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡ転化率は９９．７％であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は７０％であった。
【００４８】
実施例４．
調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  １８０ｇ（１．５０モル）、溶媒として水４２０ｍｌ、触媒としてラネー銅７．２ｇ、（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）を１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００４９】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡ転化率は８４．８％であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は５２％であった。
【００５０】
実施例５．
溶媒として水２００ｍｌ、触媒としてラネー銅２０．０ｇ、（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）を１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。次いで、調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  ２００ｇ（１．５０モル）を水２６７ｍｌに溶解させたものを定量ポンプでオートクレーブ内に滴下供給した。滴下時間は４時間であった。
【００５１】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡ転化率は１００％であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は６１％であった。
【００５２】
実施例６．
調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  ５０ｇ（０．３７モル）、溶媒として水５０ｍｌ、触媒としてラネーニッケル２．５ｇ、（エボニックデグサジャパン社製、商品名：Ｂ１１１Ｗ）を２００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００５３】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡ転化率は５３．１％であり、ヒドロキシメチルピペラジン選択率は２１％であった。
【００５４】
比較例１．
調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  ２０１ｇ（１．５０モル）、溶媒として水２０１ｍｌ、触媒として銅クロム触媒１０．１ｇ（日揮触媒化成社製、商品名：Ｎ２０３Ｓ）を１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で１６５℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００５５】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡは、転化率が低すぎる為、副生物と分離できなかった。ヒドロキシメチルピペラジン収率は５．６％であった。
【００５６】
比較例２．
調製例１で得られた２，３−ＤＨＰＥＤＡ  ２００ｇ（１．４９モル）、溶媒として水２００ｍｌ、触媒として銅クロム触媒１０．０ｇ（日揮触媒化成社製、商品名：Ｎ２０３Ｓ）を１０００ｍｌオートクレーブに充填し、水素雰囲気下で２００℃に加熱した。この時の反応容器圧力は３．５ＭＰａであった。反応時間は４時間であった。
【００５７】
生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２，３−ＤＨＰＥＤＡは、転化率が低すぎる為、副生物と分離できなかった。ヒドロキシメチルピペラジン収率は５．３％であった。