(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＭＤＢＳ（１，３：２，４−ビス（３，４−ジメチルベンジリデン）ソルビトール）とＭＤＢＳ（１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトール）からなる群から選択されるアセタール誘導体の製造方法であって、
ａ）等モル量の水素供与体と「第４級アンモニウム塩」を独立して加えて混合することにより混合物を生成し、前記混合物を、溶媒中に分散ないし溶解させる処理及び加熱処理からなる群から選択された処理形態によって処理することにより、第４級アンモニウム塩系イオン性流体を製造するステップ；
ｂ）４−メチルベンズアルデヒドおよび３，４−ジメチルベンズアルデヒドよりなる群から選択されるアルデヒドとソルビトールをモル比２：１でイオン性流体に撹拌しながら加え反応混合物とすることにより、脱水縮合反応を行うステップ；
ｃ）生成した反応混合物を撹拌して内容物を懸濁状態に保つステップ；
ｄ）反応混合物の撹拌を停止して反応混合物中で生成した塊を沈降させ、母液を含む上清のイオン性流体を分離するステップ；および
ｅ）ろ過、洗浄及び乾燥により塊を単離精製して、遊離酸残留物を含まないアセタール誘導体を得るステップを含む方法。
【請求項２】
イオン性流体を１５〜６５℃の温度範囲で製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶媒がメタノール、エタノール、プロパン−１−オール、プロパン−２−オール、１−ブタノール、イソブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、炭酸ジメチル、ジエチルケトン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、ジエチレングリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコール、ヘキサメチルホスホルアミド、へキサメチルホスホラストリアミド、イソアミルアルコール、２−メトキシエタノール、２−メトキシエチルアセテート、１−メチル−２−ピロリジノン、ニトロメタン及び水よりなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水素供与体が、スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、１−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ブタンスルホン酸、デカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｍ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸、３−メチル−１−ブタンスルホン酸、２−メチル−１−プロパンスルホン酸、キシレンスルホン酸、シュウ酸、クエン酸、安息香酸、酒石酸及びマレイン酸よりなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第４級アンモニウム塩が塩化コリンである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
イオン性流体を等モル量のパラトルエンスルホン酸と塩化コリンの反応により製造する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
イオン性流体が、塩化コリンと、スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、１−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ブタンスルホン酸、デカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｍ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸、３−メチル−１−ブタンスルホン酸、２−メチル−１−プロパンスルホン酸、キシレンスルホン酸、シュウ酸、クエン酸、安息香酸、酒石酸及びマレイン酸よりなる群から選択される少なくとも１種の水素供与体との反応により生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
脱水縮合反応が２５℃〜５０℃の温度範囲で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ステップａ）で生成されるイオン性流体がステップｂ）における脱水縮合反応の反応媒体として働く、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ソルビトールが４０％〜９９％の濃度範囲のソルビトール水溶液である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
撹拌する方法ステップを１００〜８００ｒｐｍの速度範囲で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
母液を再利用して脱水縮合反応を少なくとも３５回行う、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトール（ＭＤＢＳ）と１，３：２，４−ビス（３，４−ジメチルベンジリデン）ソルビトール（ＤＭＤＢＳ）の製造方法に関する。本発明は特にイオン性流体を用いるＭＤＢＳとＤＭＤＢＳの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
本アセタール化合物はアルジトールとベンズアルデヒドの反応生成物である。ＭＤＢＳ（１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトール）誘導体化合物やＤＭＤＢＳ（１，３：２，４−ビス（３，４−ジメチルベンジリデン）ソルビトール）誘導体化合物などのアルジトールアセタールは、ポリプロピレンの添加剤として有用な公知の化合物である。置換アルデヒドや無置換アルデヒドのアセタールは、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、防臭剤、制汗剤組成物の核形成剤、ゲル化剤、加工助剤、強度改良剤、また炭化水素燃料や塗料として有用であることも知られている。
【０００３】
アセタール−アルジトールは通常、芳香族アルデヒドをソルビトールなどの炭素数６のアルジトールと縮合反応することにより製造される。ＭＤＢＳ構造やＤＭＤＢＳ構造は、そのような反応を２モルのアルデヒドと１モルのアルジトールを用いて行うことにより得られる。
【０００４】
アセタール−アルジトールを製造する数種の方法がＵＳ４，２６７，１１０、ＵＳ３，７２１，６８２、ＵＳ４，４２９，１４０、ＵＳ４，５６２，２６５、ＵＳ４，９０２，８０７、ＵＳ５，０２３，３５４、ＵＳ５，７３１，４７４、ＵＳ６，５００，９６４に報告されている。
【０００５】
従来報告されている方法には欠点がいくつかある。今まで公知の方法の多くでは、反応を高温で行わなければならない種々の有機溶媒が用いられているので、コストが高くなっている。さらに溶媒の多くがとても高価であることも、この方法を非経済的なものとしている。
【０００６】
酸性触媒を用いて方法の収率や汎用性（様々な置換アルデヒドを利用できること）を改善することにより、上記の欠点を克服する試みが既に行われている。
【０００７】
しかし現在知られている、酸性触媒を用いるアセタールの製造方法にもまだ制約がいくつかある。無機酸はアセタール化のよい触媒として働くが、極めて腐食性の性質を有する。また、このような方法で得られる最終生成物は、残留する遊離酸を中和して精製しなければならない。すべての教示に提示された収率は実用的な目的には許容できるが、汎用性、環境調和性、エネルギー効率、信頼性、費用効果、生産安全性の観点からはすべての方法が効果的とはいえない。
【０００８】
イオン系は粘性の溶融塩の例であるが、多くの興味深く有用な特性を有し、例えば合成化学において高極性溶媒、補助溶剤及び触媒として有用である。イオン系はまた、電気化学、化合物の合成、染料、電池、燃料電池、光起電力素子、電着工程、半導体洗浄、熱分解、ガス化などの種々の分野における用途、セルロース溶解を含む用途、金属の電気めっきに有用であることも見いだされており、例えば米国特許第６５７３４０５号、米国特許第７１８３４３３号、米国特許第７１９６２２１号、米国特許出願第２００５／０１４７８８９号、米国特許第６５２７９７７号、米国特許出願第２００８／０３０７７０３号、米国特許出願第２００６／０１８３６５４号、米国特許出願第２００９／０２４７４３２号に記載がある。
【０００９】
イオン性流体は極めて低い蒸気圧を示すか全く蒸気圧を示さないので、多くの通常の分子溶媒と比べると実質的に蒸気を発生しない。従ってイオン性流体は、健康面、安全性、環境の観点から好都合である。
【００１０】
イオンの１種である第４級アンモニウム塩から製造されたイオン性流体がＵＳ５，８９２，１２４、ＵＳ５１０４８４０、ＵＳ６５７３４０５、ＵＳ７１８３４３３及びＵＳ７１９６２２１に報告されている。
【００１１】
ＵＳ７１８３４３３で教示されるイオン性化合物は、式Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ+Ｘ-の第４級アミン塩を水素結合供与体と混合することにより製造される。例えば粘性のイオン性化合物は、０．１モルの塩化コリンと０．１モルのパラトルエンスルホン酸を混合することにより製造される。この反応は一般に吸熱性で、通常加熱により行われる。
【００１２】
ＵＳ７１８３４３３で教示される方法には制約がいくつかある。ＵＳ７１８３４３３で教示される方法は、第一にエネルギーを必要とし、第二に最終生成物が粘性であるためにだらだらととても時間がかかる。
【００１３】
触媒及び／又は反応媒体としてイオン性流体を用いた、ＭＤＢＳ構造とＤＭＤＢＳ構造以外のアセタールやジアセタールの製造方法が報告されている。例えばＣＮ１０１４４００２５は、Ｎ−メチルグリオキサリン硫酸水素イオン性流体触媒を用いたエチリデンエーテル又はケタールの製造方法を開示している。ＭＤＢＳ構造とＤＭＤＢＳ構造以外のアセタールを製造するための触媒としてのイオン性流体の利用を開示した他の特許としては、ＣＮ１０１７２３８５２、ＣＮ１０１５４４６２８及びＣＮ１８５８０４８がある。
【００１４】
しかし触媒及び／又は反応媒体としてイオン性流体を用いてＭＤＢＳ及びＤＭＤＢＳを製造する方法は、今までに報告されていない。そこで触媒及び／又は反応媒体としてイオン性流体を用いてＭＤＢＳ及びＤＭＤＢＳを製造する方法が必要とされている。また高価な溶媒や無機酸を用いずにアセタール、特にＭＤＢＳ及びＤＭＤＢＳを製造する方法も必要とされている。
【００１５】
定義
本明細書においては、用いられる文脈が他を示さない限り、下記の語句を通常以下に記載するような意味で用いることとする。
【００１６】
「イオン性流体」という語句はここでは、溶媒中にその場で生成した、溶媒和したイオン性化合物を言う。イオン性流体は、溶媒の存在下で第４級アンモニウム化合物と水素供与性化合物間の水素結合により生成したものを本質的に含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
発明の目的
本発明の目的は、アルジトールアセタール誘導体化合物を高収率及び高純度で製造する方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、対称及び非対称のジベンジリデンソルビトール化合物を制約なく製造できる方法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的はまた、アセタール誘導体の経済的な製造方法を提供することである。
【００２０】
さらに本発明の他の目的は、アセタール誘導体の環境にやさしい製造方法を提供することである。
【００２１】
さらに本発明の他の目的は、その場で生成したイオン性化合物（イオン性流体）を含む再利用可能な単一溶媒を用いる、アセタール誘導体の製造方法を提供することである。
【００２２】
さらに本発明の他の目的は、最終生成物が残留遊離酸を含まない、アセタール誘導体の製造方法を提供することである。
【００２３】
さらに本発明の他の目的は、アセタール誘導体の安全な製造方法を提供することである。
【００２４】
さらに本発明の目的は、トリアセタール誘導体を形成することなくモノアセタール誘導体及びジアセタール誘導体を製造でき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】
【００２５】
発明の要約
本発明の第１態様によれば、ＤＭＤＢＳ（１，３：２，４−ビス（３，４−ジメチルベンジリデン）ソルビトール）とＭＤＢＳ（１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトール）からなる群から選択されるアセタール誘導体の製造方法であって、
ａ）等モル量の水素供与体と「第４級アンモニウム塩」を独立して加えて混合することにより混合物を生成し、前記混合物を、溶媒中に分散ないし溶解させる処理及び加熱処理からなる群から選択された処理形態によって処理することにより、第４級アンモニウム塩系イオン性流体を製造するステップ；
ｂ）４−メチルベンズアルデヒドおよび３，４−ジメチルベンズアルデヒドよりなる群から選択されるアルデヒドとソルビトールをモル比２：１でイオン性流体に撹拌しながら加え反応混合物とすることにより、脱水縮合反応を行うステップ；
ｃ）生成した反応混合物を撹拌して内容物を懸濁状態に保つステップ；
ｄ）反応混合物の撹拌を停止して反応混合物中で生成した塊を沈降させ、母液を含む上清のイオン性流体を分離するステップ；および
ｅ）ろ過、洗浄及び乾燥により塊を単離精製して、遊離酸残留物を含まないアセタール誘導体を得るステップを含む方法が提供される。
【００２６】
実施形態の１つによると、本イオン性流体は、１５〜６５℃の温度範囲で製造する、請求項１に記載の方法。
【００２８】
一般に本溶媒は、例えば、メタノール、エタノール、プロパン−１−オール、プロパン−２−オール、１−ブタノール、イソブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、炭酸ジメチル、ジエチルケトン、アセトン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、ジエチレングリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコール、ヘキサメチルホスホルアミド、へキサメチルホスホラストリアミド、イソアミルアルコール、２−メトキシエタノール、２−メトキシエチルアセテート、１−メチル−２−ピロリジノン、ニトロメタン及び水よりなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。
【００２９】
一般に本水素供与体は、例えば、スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、１−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ブタンスルホン酸、デカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｍ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸、３−メチル−１−ブタンスルホン酸、２−メチル−１−プロパンスルホン酸、キシレンスルホン酸、シュウ酸、クエン酸、安息香酸、酒石酸及びマレイン酸よりなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。１実施形態によると、水素供与体はＰＴＳＡ（パラトルエンスルホン酸）である。
【００３０】
一般に本第４級アンモニウム塩は塩化コリンである。
【００３１】
あるいはイオン性化合物は、等モル量のパラトルエンスルホン酸と塩化コリンを５０℃の温度で反応することにより製造される。一般にイオン性化合物は、第４級アンモニウム塩並びに前記水素供与体間の水素結合により生成する。
【００３２】
一般にステップａ）で生成される本イオン性流体は、ステップｂ）における脱水縮合反応の反応媒体として働く。
【００３３】
一般に本脱水縮合反応は、約２５℃〜約５０℃の温度範囲で行われる。
【００３８】
一般に本ソルビトールは、４０％〜９９％の濃度範囲のソルビトール水溶液である。
【００３９】
一般に撹拌の方法ステップを約１００〜８００ｒｐｍの範囲で行う。一般に本母液を再利用して、脱水縮合反応を少なくとも３５回、好ましくは３０回行う。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
発明の詳細な説明
高価な溶媒や無機酸触媒を用い、中程度の温度でアセタールを製造する、従来報告されている方法の欠点を克服するために、本発明者らは特定のイオン性流体を選択してアセタール、特にＭＤＢＳ及びＤＭＤＢＳを製造した。
【００４１】
ＵＳ７１８３４３３で教示されるようなイオン性化合物を、触媒と溶媒又は溶媒のみとして任意の化学合成に直接用いると、化学合成方法において大きなエネルギーを必要とする。さらにまたイオン性化合物を用いる反応の場合、生成物の分離に大きな問題がある。イオン性化合物は多種多様な物質を溶解することができるので、特定の生成物を単離することが極めて困難な場合がある。
【００４２】
本発明による方法は、イオン性流体を用いることで上記の制約を克服する。本発明による方法は大量のエネルギーを必要とせず、５０℃未満の温度で行われる。
【００４３】
本発明の第１態様において、大気圧下、比較的低温でイオン性流体を用いる、アルデヒドとアルジトール間の脱水縮合反応によるアセタール誘導体、特にＭＤＢＳ及びＤＭＤＢＳの製造方法であって、
ａ）等モル量の水素供与体と「第４級アンモニウム塩」を独立して加えて混合することにより混合物を生成し、前記混合物を、溶媒中に分散ないし溶解させる処理及び加熱処理からなる群から選択された処理形態によって処理することにより、第４級アンモニウム塩系イオン性流体を製造するステップ；
ｂ）４−メチルベンズアルデヒドおよび３，４−ジメチルベンズアルデヒドよりなる群から選択されるアルデヒドとソルビトールをモル比２：１でイオン性流体に撹拌しながら加え反応混合物とすることにより、脱水縮合反応を行うステップ；
ｃ）生成した反応混合物を撹拌して内容物を懸濁状態に保つステップ；
ｄ）反応混合物の撹拌を停止して反応混合物中で生成した塊を沈降させ、母液を含む上清のイオン性流体を分離するステップ；および
ｅ）ろ過、洗浄及び乾燥により塊を単離精製して、遊離酸残留物を含まないアセタール誘導体を得るステップを含む方法が提供される。
【００４４】
本発明者らは高温、特に５０℃を超える温度を必要とせず、ＵＳ７１８３４３３に報告されている方法より速い、溶媒和したイオン性流体の簡単な製造方法を見いだした。
【００４５】
本発明によれば、等量の、一般式Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ+Ｘ-を有する第４級アンモニウム塩と水素供与性化合物を独立して溶媒に加えると、イオン性流体がその場で生成する。一般に溶媒は、例えば、メタノール、エタノール、プロパン−１−オール、プロパン−２−オール、１−ブタノール、イソブタノール、２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、炭酸ジメチル、ジエチルケトン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、ジエチレングリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコール、ヘキサメチルホスホルアミド、へキサメチルホスホラストリアミド、イソアミルアルコール、２−メトキシエタノール、２−メトキシエチルアセテート、１−メチル−２−ピロリジノン、ニトロメタン及び水よりなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。
【００４６】
実施形態の１つにおいてイオン性流体は、０．１モルの塩化コリンとパラトルエンスルホン酸を、溶媒に室温で撹拌しながら独立して加えることにより製造される。
【００４７】
本発明によるイオン性流体をその場で形成させる方法ステップには有利性がいくつかある。本発明によるイオン性流体を製造する方法ステップの主な有利性の１つは、ＵＳ７１８３４３３に報告されている先行技術の方法とは異なり、低温で行われるのでエネルギーが節約されることである。さらに、イオン性流体を製造するために必要な時間も短縮される。さらにまた、溶媒中にインサイチュのイオン性化合物を製造することで、別に共晶イオン性化合物を製造するステップが不要になる。
【００４８】
イオン性化合物のその場での形成は、溶媒中の塩のアニオンと水素供与性化合物間に水素結合が形成された結果である。イオン性化合物は、水素結合により互いに結合したカチオンとアニオンの拡張ネットワークを有するナノ構造を含む。これらのナノ構造の自己拡散係数は、イオン性化合物が溶媒に溶解している状態よりも高い。
【００４９】
水素供与体は一般に、例えば、スルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、１−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ブタンスルホン酸、デカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ｏ−トルエンスルホン酸、ｍ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、トリクロロメタンスルホン酸、３−メチル−１−ブタンスルホン酸、２−メチル−１−プロパンスルホン酸、キシレンスルホン酸、シュウ酸、クエン酸、安息香酸、酒石酸及びマレイン酸よりなる群から選択される少なくとも１種が挙げられる。一方、式Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ+Ｘ-の第４級アンモニウム化合物のアニオンは、塩化物イオン、硝酸イオン及び四ホウ酸イオンからなる群から選択される。
【００５０】
本発明者らは、本発明による方法によって製造された、その場で形成されたイオン性化合物を含むイオン性流体が、あらかじめ製造したイオン性化合物を溶媒に溶解させることにより形成させたイオン性流体と同じ物理化学的特性を有することを見出した。
【００５１】
水素結合によるカチオンとアニオンの結合により形成されたイオン性化合物は、超分子構造組織を有することが報告されている（Ｏｌｉｖｉｅｒ−Ｂｏｕｒｂｉｇｏｕ，Ｈ．等、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ａ：Ｇｅｎｅｒａｌ，３７３，１〜５６，２０１０年；Ｄｅｅｔｌｅｆｓ，Ｍ．等、Ｊ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｂ．１１０，１２０５５〜１２０６１，２００６年；Ｃａｎｏｎｇｉａ  Ｌｏｐｅｚ，Ｊ．Ｎ．及びＰａｄｕａ，Ａ．Ａ．Ｈ．，Ｊ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｂ．１１０、３３３０〜３３３５，２００６年）。水素結合のネットワークにより形成された連続マイクロドメイン構造は酸を遊離型で利用できず、そのため最終生成物に酸性を残さないので、触媒反応に適しているようだ。
【００５２】
本発明の方法によれば、脱水縮合反応は一般に、溶媒として及び／又は触媒として働くイオン性流体を用いて行われる。一般に脱水縮合反応は約２５〜約５０℃の温度範囲で行われる。
【００５６】
本発明の方法で用いられるアルデヒドは、４−メチルベンズアルデヒド、３，４−ジメチルベンズアルデヒドからなる群から選択される少なくとも１種である。
【００５７】
一般に本発明の方法により用いられるソルビトールは、４０％〜９９％の濃度範囲のソルビトール水溶液である。
【００５８】
イオン性流体の触媒活性は、イオン性流体の製造に用いられる酸の水素供与能に依存する。したがって、イオン性流体の触媒活性は用いられる酸の種類によって変わり、その強さはメタンスルホン酸＞パラトルエンスルホン酸＞シュウ酸＞マレイン酸＞クエン酸である。より強い酸を水素供与体として含むイオン性流体の触媒活性は、反応が行われる温度に反比例する。しかし、弱酸を水素供与体として含むイオン性流体が用いられると、その触媒活性は温度に正比例する。
【００５９】
幅広い温度における触媒活性は、水素結合の安定性と強度を示す水素結合供与体と共にイオン性化合物を形成している塩に依存する（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，２０００年，３９，３７７２〜３７８９，Ｉｏｎｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄｓ−Ｎｅｗ  “Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”  ｆｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ）。
【００６０】
本発明者らは意外なことに、本発明の方法によって得られる生成物が全く残留遊離酸を含まないことを見いだした。生成物中の残留遊離酸は高温、特に乾燥工程中に最終生成物を加水分解するので、きわめて望ましくない。
【００６１】
本発明の方法は従って、方法のコストを高くしたり方法を複雑にすることになる、最終生成物中の残留遊離酸の中和が必要ないので、特に好都合である。すなわち、酸による脱水縮合反応を行う反応媒体として、本イオン性流体が有用であることが明らかである。
【００６２】
本発明の方法によると、母液を再利用でき、それ自体を用いて脱水縮合反応を行う。本発明者らは、少なくとも３５回、好ましくは３０回再利用した後でも母液は触媒活性を保持しており、最終生成物の収率や純度を損なうことはないことを見いだした。実際いずれの再利用でも、モノ中間体又は遊離型のいずれかのアルデヒドを過剰量存在させることで、母液は収率を微増させた。
【００６３】
以下の実施例に基づき本発明をさらに説明するが、実施例はここに添付される請求項に規定される発明を制限するものとは解釈されない。
【実施例１】
【００６４】
水素供与体であるトルエン−４−スルホン酸一水和物（ＰＴＳＡ）（５１．８ｇ）を塩化コリン（３８．２ｇ）と等モル比で反応させ、深い共晶イオン性化合物を製造した。温度を５０℃に上昇させて透明な液体とした後、冷却した。得られたイオン性化合物を溶媒及び触媒として用いて室温で脱水反応を行った。例えば３，４−ジメチルベンズアルデヒドをソルビトールと反応させ、アセタールである１，３：２，４−ビス（３，４−ジメチルベンジリデン）ソルビトールとした。
【００６５】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを１：１のモル比でイオン性化合物に加え、撹拌して反応を開始した。固形塊が反応開始後、数分以内に生成した。撹拌速度を上昇させて塊を懸濁状態に保ち、反応を８時間続けた。固形の生成物をろ過し、２５０ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率は７５％、純度は３７％であった。
【実施例２】
【００６６】
塩化コリン（１．４ｇ）とＰＴＳＡ（１．９ｇ）をメタノール（３０ｍｌ）に加え、よく混合してイオン性流体を製造した。３，４−ジメチルベンズアルデヒド（０．８ｍｌ）とソルビトール（１．５ｇ）をイオン性流体に加え、撹拌して反応を２６℃で開始した。密な固形塊が反応開始数分後に生成した。撹拌速度を上昇させて塊を懸濁状態に保ち、反応を８時間続けた。固形の生成物をろ過し、１００ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ２２％と９７．５％であった。
【実施例３】
【００６７】
塩化コリン（０．２１ｇ）とＰＴＳＡ（０．２９ｇ）をメタノール（３０ｍｌ）に加え、よく混合してイオン性流体を製造した。３，４−ジメチルベンズアルデヒド（０．８ｍｌ）とソルビトール（１．５ｇ）をイオン性流体に加え、撹拌して反応を開始した。反応を２６℃で８時間続けた。固形の生成物をろ過し、１００ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ３７％と９５．９％であった。
【実施例４】
【００６８】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールのモル比を２：１に上昇させた以外は、実施例１の方法に従った。数分後、密な白色の塊が生成し、１時間以内に撹拌が妨げられた。しかし、反応を２６℃で８時間継続させた。収率と純度はそれぞれ７０％と４３％であった。
【実施例５】
【００６９】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールのモル比を２：１に上昇させた以外は実施例２の方法に従い、反応を２６℃で８時間継続した。収率と純度はそれぞれ７７％と９８．７％であった。
【実施例６】
【００７０】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールのモル比を２：１に上昇させた以外は実施例３の方法に従い、反応を２６℃で８時間継続した。収率と純度はそれぞれ５２．４％と７２％であった。
【実施例７】
【００７１】
水素供与体であるシュウ酸二水化物（２８．５ｇ）を塩化コリン（６１．５ｇ）と混合し反応させた。均一で透明な液体が得られるまで混合物を６５℃でよく撹拌した。ＰＴＳＡの代わりにシュウ酸を用いた以外は実施例４の方法に従い、反応を８時間続けた。収率と純度はそれぞれ５８％と９８％であった。
【実施例８】
【００７２】
塩化コリン（１．４ｇ）とシュウ酸（０．６５ｇ）をメタノール（３０ｍｌ）に加え、よく混合してイオン性流体を製造した。３，４−ジメチルベンズアルデヒド（１．５ｍｌ）とソルビトール（１．５ｇ）をイオン性流体に加え、撹拌して反応を２６℃で開始した。白色固形の生成物が反応開始９０分後に現れ始め、反応を８時間続けた。固形の生成物をろ過し、１００ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ２４％と６９．８％であった。
【実施例９】
【００７３】
０．３５ｇの塩化コリンと０．１５ｇシュウ酸をメタノール（３０ｍｌ）に加えた以外は、実施例８の方法に従った。収率と純度はそれぞれ２５．７％と９５．９％であった。
【実施例１０】
【００７４】
水素供与体であるクエン酸（３．５ｇ）を塩化コリン（７ｇ）と反応させ、深い共晶イオン性化合物を製造した。均一で透明な液体が得られるまで混合物を６５℃でよく撹拌した。イオン性化合物を室温まで冷却後、実施例４の方法を行ったが、反応は起こらなかった。
【実施例１１】
【００７５】
塩化コリン（１．４ｇ）とクエン酸（０．７ｇ）をメタノール（３０ｍｌ）に加え、よく混合してイオン性流体を製造した。３，４−ジメチルベンズアルデヒド（１．５ｍｌ）とソルビトール（１．５ｇ）をイオン性流体に加え、撹拌して反応を開始した。反応は２６℃では極めて遅いことがわかり、反応を８時間後に停止した。固形の生成物をろ過し、１００ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ５．２％と８９．８％であった。
【実施例１２】
【００７６】
塩化コリン（０．３３ｇ）とクエン酸（０．１７ｇ）をメタノール（３０ｍｌ）に加え、よく混合してイオン性流体を製造した。３，４−ジメチルベンズアルデヒド（１．５ｍｌ）とソルビトール（１．５ｇ）をイオン性流体に加え、撹拌して反応を開始した。反応は２６℃では極めて遅いことがわかり、反応を８時間後に停止した。固形の生成物をろ過し、１００ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ１．８％と９４．３％であった。
【実施例１３】
【００７７】
塩化コリン（１．４ｇ）とメタンスルホン酸（ＭＳＡ）（０．９６ｇ）をメタノール（３０ｍｌ）に加え、よく混合してイオン性流体を製造した。３，４−ジメチルベンズアルデヒド（１．５ｍｌ）とソルビトール（１．５ｇ）をイオン性流体に加え、撹拌して反応を２６℃で開始した。密な固形塊が反応開始数分後に生成し、反応を８時間続けた。固形の生成物をろ過し、１００ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した。白色固形の生成物を９５℃のオーブンで２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ８０％と９９．８％であった。
【実施例１４】
【００７８】
反応温度を４５℃に保った以外は、実施例５の方法を繰り返した。収率と純度はそれぞれ７０％と９７．５％であった。
【実施例１５】
【００７９】
反応温度を４５℃に保った以外は、実施例８の方法を繰り返した。収率と純度はそれぞれ３６．５％と９８．５％であった。
【実施例１６】
【００８０】
反応温度を４５℃に保った以外は、実施例１１の方法を繰り返した。収率と純度はそれぞれ１０％と９８．２％であった。
【実施例１７】
【００８１】
反応温度を４５℃に保った以外は、実施例１３の方法を繰り返した。収率と純度はそれぞれ７５％と９８．７％であった。
【実施例１８】
【００８２】
母液の再生／再利用例
実施例５から得られた母液に３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２：１のモル比で補充した以外は実施例５の方法に従い、反応を続けた。収率と純度はそれぞれ１００％と９７％であった。
【実施例１９】
【００８３】
母液の再生／再利用例
実施例１８から得られた母液に３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２：１のモル比で補充した以外は実施例５の方法に従い、反応を続けた。収率と純度はそれぞれ８５％と９８．３％であった。
【実施例２０】
【００８４】
母液の再生／再利用例
実施例１９から得られたろ液に３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２：１のモル比で補充した以外は実施例５の方法に従い、反応を続けた。収率と純度はそれぞれ９３％と９７．３％であった。
【実施例２１】
【００８５】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドの代わりにｐ−トルアルデヒドを用いた以外は、実施例５の方法に従った。生成物である１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトールの収率は４２．５％、純度は９０．５％であった。
【実施例２２】
【００８６】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドの代わりにｐ−トルアルデヒドを用いた以外は、実施例８の方法に従った。生成物である１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトールの収率は４０％、純度は９０％であった。
【実施例２３】
【００８７】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドの代わりにｐ−トルアルデヒドを用いた以外は、実施例１１の方法に従った。生成物である１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトールの収率は４％、純度は９１％であった。
【実施例２４】
【００８８】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドの代わりにｐ−トルアルデヒドを用いた以外は、実施例１３の方法に従った。生成物である１，３：２，４−ビス（４−メチルベンジリデン）ソルビトールの収率は５５％、純度は９１．５％であった。
【００８９】
試験データ
【比較例】
【００９０】
米国特許第４４２９１４０号に開示されている従来法によりジベンジリデンソルビトールを製造し、エネルギー所要量、所要時間、本発明による方法に用いられた試薬数から見たこの方法全体の複雑さを評価した。
【００９１】
３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２．５：１のモル比でシクロヘキサン（１００重量部）とメタノール（１００重量部混合）に混合した。この混合物に９８％硫酸（０．５重量部）を触媒として加え、脱水縮合反応を窒素雰囲気下７８〜８２℃で３時間行った。反応中に生成した水をシクロヘキサンとメタノールと共に共沸混合物として連続的に留去した。冷却器で凝縮、分離したシクロヘキサンを反応系に再利用し、水層は反応系から除いた。反応を３時間後に終了し、冷却、ＫＯＨ水溶液で中和、熱水で洗浄、ろ過して白色粉末を得た。収率は９５％、純度は９７．５％であった。
【００９２】
本発明による方法はあまりエネルギーを必要とせず、室温で進行することがわかった。さらに本発明の方法はまた方法ステップの数が少なく、硫酸などの有害又は腐食性の薬品を必要としない。さらにまた、上記の従来法とは異なり、本発明の方法の場合のイオン性流体の形態の触媒は再利用可能であり、したがって本方法は環境にやさしい。
［試験例］
【００９３】
（ＰＴＳＡとメタンスルホン酸の酸触媒としての使用）
本発明者らは、メタンスルホン酸とパラトルエンスルホン酸のみが存在する溶液中でも脱水縮合反応を行った。このような方法で生じる母液は工程は、２〜３回を超えて再利用することができないことが明らかになった。また最終生成物を中和して残留酸性を除く必要があった。
【実施例２５】
【００９４】
（ＰＴＳＡのみを用いる反応）
ＰＴＳＡ（９．５ｇ）をメタノール（１５０ｍｌ）に加えよく混合し、３，４−ジメチルベンズアルデヒド（７．５ｍｌ）とソルビトール（５ｇ）をメタノール溶液に加え、撹拌して反応を２６℃で開始した。反応を８時間続けた。固形の生成物をろ過し、母液を回収してさらに反応を行った。生成物をＮａＯＨ水溶液で中和した後、ジエチルエーテル（１００ｍｌ）で洗浄した。生成物を９５℃のオーブン中で２時間乾燥後、４時間風乾し、収率を求めた。収率と純度はそれぞれ７０％と９１．４％であった。
【実施例２６】
【００９５】
実施例２５から得られた母液に３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２：１のモル比で補充した以外は、実施例２５の方法に従い反応を続けた。収率と純度はそれぞれ８８％と９３％であった。
【実施例２７】
【００９６】
実施例２６から得られた母液に３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２：１のモル比で補充した以外は、実施例２５の方法に従い反応を続けた。収率と純度はそれぞれ８０％と９３％であった。
【実施例２８】
【００９７】
実施例２７から得られた母液に３，４−ジメチルベンズアルデヒドとソルビトールを２：１のモル比で補充した以外は、実施例２５の方法に従い反応を続けた。収率と純度はそれぞれ６０％と９４％であった。
【００９８】
従って、酸（ＰＴＳＡ）のみを用いて脱水縮合反応を行う場合、そのような反応から生じた母液を２〜３回を超えて再利用できないことが確かめられた。
【００９９】
本発明の実施形態をいくつか記載したが、これらの実施形態は例として示されただけで、本発明の範囲を限定するものではない。当業者がこの開示を検討すると、本発明の範囲内で、本発明の構造及び構成への変形又は変更を思いつくかもしれない。しかしそのような変形又は変更は十分に本発明の思想の範囲内である。添付の請求項及びそれらと等価なものは、本発明の範囲及び思想の範囲内にある形態又は変更に及ぶものとする。
【０１００】
種々の物理的パラメーター、大きさ及び量の数値は単におおよその値であり、明細書中にそうでないと述べられていない限り、物理的パラメーター、大きさ及び量に割り当てられた数値を超える値は本発明及び請求項の範囲内に含まれるものとする。