(57)【要約】液体/固体反応を行う方法であって、a) 第１の反応体が懸濁形態で存在し、第２の反応体が懸濁媒体中に溶解した形態で存在している反応懸濁液を調製する工程であって、この場合この反応生成物のうちの１つは該懸濁媒体中には不溶であるとする、b) 前記反応懸濁液を細長い反応ゾーンの中をその流れのレイノルズ数が20,000より小さい値となるように通過させる工程、c) 生成した不溶反応生成物を分離する工程、を有してなる方法が開示される。本方法は，不溶反応生成物が、容易に濾過可能な形態で得られるという利点を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体/固体反応を行う方法であって、
a) 第１の反応体が懸濁形態で存在し、第２の反応体が懸濁媒体中に溶解形態で存在している反応懸濁液を調製する工程であって、この場合反応生成物のうちの１つは該懸濁媒体に不溶であるとする、
b) 前記反応懸濁液を細長い反応ゾーンの中をその流れのレイノルズ数が20,000より小さい値となるように通過させる工程、
c) 生成した不溶反応生成物を分離する工程、
を有してなる上記方法。
【請求項２】
前記流れのレイノルズ数が10,000より小さい値である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応ゾーンの縦軸が垂直である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記懸濁媒体中の第１の反応体の懸濁液を前記液体のまたは溶解した第２の反応体と混合することにより前記反応懸濁液を調製する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記反応ゾーンにおける前記反応懸濁液の滞留時間が前記混合の時間の少なくとも10倍である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の反応体を前記第１の反応体の懸濁液の流れの中に計量投入する請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の反応体が前記懸濁液の中に計量投入された後にその流速を下げる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反応懸濁液を複数の支流に分割し、その支流が並行チューブの中を輸送される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記用いる並行チューブが熱伝達媒体で囲まれている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記不溶反応生成物が濾過により分離される請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の反応体が、有機酸および酸素含有無機酸の塩およびアルコキシドの中から選択され、前記第２の反応体が、無機および有機酸のハロゲン化物およびアルキルハロゲン化物の中から選択される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記懸濁媒体が、炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、エーテル類、ケトン類およびエステル類の中から選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記懸濁媒体が、1,2-ジクロロエタン、1,2-ジクロロプロパンおよびこれらの混合物の中から選択される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記用いる第１の反応体が、安息香酸のアルカリ金属塩または安息香酸のアンモニウム塩であり、前記用いる第２の反応体が塩化リン(III)である請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固液反応を行う方法に関し、詳しくは、第１の反応体が粒子状固体の形態で存在し、第２の反応体が溶解形態で存在している液体媒体であって、その反応媒体には反応生成物のうちの１つが不溶である液体媒体中における反応を行う方法に関する。反応媒体を適切に選ぶことによって多くの反応をこの方法によって行うことができ、例えばウイリアムソン合成によるエーテルまたはエステルの調製、あるいは第１の酸の塩と第２の酸のハロゲン化物の反応による混合酸無水物の調製などである。これらの合成で副生成物として生成する無機塩は多くの有機溶媒に不溶である。
【背景技術】
【０００２】
工業的に重要な例が、安息香酸ナトリウムまたは安息香酸アンモニウムと塩化リン(III)から亜リン酸トリベンゾイルおよび塩化ナトリウムまたは塩化アンモニウムを生成させる反応である。亜リン酸トリベンゾイルはトリスシアノメチルヘキサヒドロトリアジンと反応させることができ、反応生成物はN-ホスホノメチルグリシンに加水分解することができ、これはグリホサート[glyphosate]の名で知られており、広く使用されている広域除草剤である。上記の亜リン酸トリベンゾイルのさらなる反応が行なわれる前に、生成したすべての塩化ナトリウムまたは塩化アンモニウムを分離する必要がある。
【０００３】
Chemiker-Zeitung 107 (1938), No. 4, pp. 121-126, Bollmacher, H. and Satori, P. には亜リン酸トリベンゾイルの調製が記載されている。この場合、安息香酸ナトリウムが無水エーテル中に懸濁され、それから塩化リン(III)と混ぜられる。溶媒はこのあと高真空中で留去され、生成した副生成物はヘキサンで処理することにより除去される。
【０００４】
一方の反応体が固体であり他方の反応体が液相中に溶液として存在する上述の形式の反応では、反応は固体反応体の表面またはその直近で起る。不溶反応生成物は固体反応体の表面で生成する。しかしながら、最初に仕込んだ固体反応体と、生成する固体反応生成物間の接触点は大変脆い。さらに、固体反応体の体積が反応の過程において確実に減少するので、反応の終わりでは固体反応生成物の緩い凝集体のみが存在することになる。固体反応体の表面で成長する固体反応生成物は多くの場合空隙のある構造体を形成し、これも同様に大変脆い。わずかな機械的応力によっても固体反応生成物は固体反応体の表面から剥がされるか、あるいは固体反応生成物の緩い凝集体が壊される。反応の際に激しく撹拌すると、非常に細かい、つまり濾過困難な固体の生成につながる。これらの欠点はバッチサイズが大きくなると一層顕著になるもので、その理由は大きなバッチでは撹拌機の高い剪断の結果摩損が大きくなるからである。しかしながら、機械的混合なしでは、固体は反応容器の底に沈降してしまうか、あるいは液体の表面に浮いてしまい、これはその長い拡散距離からくる許容できない程の反応時間の長時間化につながる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、不溶反応生成物が、容易に濾過可能な形態で得られる固液反応を行う方法を提供することにある。
【０００６】
本発明者はこの目的が以下の工程を含んでなる方法により達成されることを見出した。すなわち、
a) 第１の反応体が懸濁形態で存在し、第２の反応体が懸濁媒体中に溶解形態で存在している反応懸濁液を調製する工程であって、この場合反応生成物のうちの１つが該懸濁媒体に不溶である、
b) 前記反応懸濁液を細長い反応ゾーンの中をその流れのレイノルズ数が20,000より小さい値となるように通過させる工程、
c) 生成した不溶反応生成物を分離する工程。
【０００７】
懸濁媒体は、用いる反応体および反応生成物に対して不活性であるものを選ぶ。第１の反応体はこの懸濁媒体に不溶であり、第２の反応体はそれに可溶である。不溶反応生成物は反応の目的生成物または副生成物であることができる。
【０００８】
本発明の目的のためには、「不溶」とは1 g/100 mLより低い溶解性を意味し、「可溶」とは5 g/100 mLより高い溶解性または混和性を意味し、それぞれその反応温度においてのことである。反応懸濁液は反応ゾーンの中をレイノルズ数が20,000より小さい値、好ましくは10,000より小さい値、特に好ましくは5,000より小さい値、すなわち流れが実質的に層流であるかまたは若干乱流である値で流れる。従って本反応懸濁液はその反応ゾーンの中を低剪断状態で通過する。「細長い反応ゾーン」とは反応ゾーンの長さ対（最大）直径の比が10より大きい、好ましくは25より大きいことを意味する。反応ゾーンの断面は臨界的ではないが、円形断面が通常好ましい。
【０００９】
本発明の方法は、第一に、反応懸濁液中の脆い粒子が、摩損や、好ましくない細かい固形物を生じることになる過剰な機械的力にさらされるという状況を避ける。第二に、層流または大きくても若干の乱流が、本反応懸濁液中に不均一性（例えば固体の沈降）が発生することを防止する。
【００１０】
反応懸濁液は細長い反応ゾーンの中をその縦軸と平行な方向で通過させる。通常反応ゾーンの縦軸は好ましくは鉛直である、すなわち反応懸濁液は反応ゾーンの中を重力の方向かまたは重力とは反対の方向に通過させられる。生成した不溶反応生成物の密度が懸濁媒体のそれよりも高い場合は重力の方向とは反対の方向の流れが好ましく、生成した不溶反応生成物の密度が懸濁媒体のそれよりも低い場合および／または反応が相当に発熱性であり反応の間に懸濁媒体の密度の低下が生じる場合は重力の方向の流れが好ましい。流速は好ましくは、生成した不溶反応生成物粒子が沈むまたは浮く速度と少なくとも同じとなるように選択すべきであり、この速度は例えば反応媒体の粘度などの様々な要素に依存する。
【００１１】
本発明の方法の第１の工程は「反応懸濁液」の調製である、すなわち好適な選択された懸濁媒体、第１の反応体、および第２の反応体が接触するに至らしめられ、反応体が懸濁媒体中に均一に分散される。反応懸濁液の固体含量は典型的には10〜50重量％である。固体含量の上限は、懸濁液が容易にポンプ送り可能な状態にあるという必要性によってのみ課せられる。一方、高度に希薄な懸濁液を用いるのは経済的ではない。
【００１２】
反応懸濁液の調製において、懸濁媒体中への反応体の添加順序はそれ自体は臨界的ではない。しかしながら、懸濁媒体中の第１の反応体の懸濁液を液体のまたは溶解した第２の反応体と混合することにより反応懸濁液を調製するのが通常好ましい。例えば、１つの好ましい手順は、粒子状の第１の反応体を懸濁媒体中にスラリー化させ、得られた懸濁液を、第２の反応体（それが液体である場合）、あるいは懸濁媒体またはそれと混和性である溶媒中の第２の反応体の溶液と混ぜることである。
【００１３】
液体の、すなわち溶解した第２の反応体の添加は有利には第２の反応体を反応ゾーンの上流にある混合ゾーンで第１の反応体の懸濁液の流れの中に計量投入することにより行う。混合ゾーン中における混合時間は反応ゾーン中における滞留時間よりも短くあるべきである。反応ゾーン中における滞留時間は、混合ゾーン中における滞留時間の好ましくは少なくとも5倍、特には少なくとも10倍、特に好ましくは少なくとも20倍とする。反応ゾーン中における滞留時間は典型的には2分〜6時間である。
【００１４】
第２の反応体の効果的な混合は、例えば、第２の反応体が計量投入される箇所の直ぐ下流に取り付けられる静的混合器によって達成することができる。しかしながら、好ましい混合方法は、懸濁液を混合ゾーンの中を速い流速で通過させ、そのあと流速を下げる方法である。これは、添加箇所の下流に位置する混合ゾーンの部分が、添加箇所の領域よりも大きな断面積をもつことで有利に達成される。速い流速の領域を支配する低い静圧のために、計量投入された第２の反応体は流れている懸濁液と緊密に混合される。流速はこのあと下げられて、本発明の方法で用いられる低剪断の状態を達成する。
【００１５】
第２の反応体を第１の反応体の懸濁液に複数の箇所で加えることも可能である。つまり、例えば、第２の反応体の一部を反応ゾーンの上流にある混合ゾーンで加え、残りを反応ゾーンの１ヵ所以上で計量投入することができる。
【００１６】
本発明の方法は断熱的に、すなわち周りとの実質的な熱交換なしに行うことができる。これとは逆に、加熱および／または冷却用の適切な熱交換器を設けることもでき、例えば加熱または冷却媒体が中を流れているパイプコイルであって、反応ゾーンとして機能するフローチューブの壁内に取り付けられるか、または壁とコイルの間で熱が伝導するように壁の上に取り付けられるパイプコイルである。加熱または冷却媒体が中を流れ、反応ゾーンの中に設けられる内装物も同様に可能であるが、乱流が発生するというリスクのため好ましくない。反応温度は用いる反応体の種類により大きく変わる。通常の指針の範囲は-80〜250℃である。
【００１７】
多くの場合反応懸濁液を複数の支流に分割し、その支流を並行チューブの中を通過させるのが有利である。熱伝達媒体が並行チューブを取り囲むということもでき、その結果本発明の方法を慣用の管状熱交換器中で簡単に行うことができる
反応懸濁液が反応ゾーンの中を移動するときの流れのプロファイルは基本的には栓流のそれであるか、または放物線のプロファイルである。反応体懸濁液の半径方向の混合を反応ゾーンの中の好適な内装物により改善することが可能である。しかしながら、内装物の形状および配置を決定する際には、流動する流れの低剪断特性が悪影響を受けないことを確かめるということに注意しなければならない。
【００１８】
生成した不溶反応生成物は有利には沈殿により、または好ましくは濾過により分離される。この目的のためには、懸濁液は好ましくは直接、輸送装置の中を通過させることなく濾過装置の中に導入される。好適な濾過装置は、例えばベルト式フィルター、ロータリー式フィルター、フィルタープレスまたは遠心分離機である。連続操作される濾過装置、特にベルト式フィルターが好ましい。
【００１９】
本発明の方法で考えられる第１の反応体は、例えば有機酸たは酸素含有無機酸の塩またはアルコキシドであり；考えられる第２の反応体は無機または有機酸のハロゲン化物およびアルキルハロゲン化物である。
【００２０】
好適な有機酸または酸素含有無機酸の塩は、脂肪族、芳香族またはヘテロ芳香族カルボン酸またはスルホン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩またはアンモニウム塩である。これらには、C1-C18-アルカンカルボン酸、例えばギ酸、酢酸またはプロピオン酸、ならびに環（1個または複数個）が窒素、酸素および硫黄の中から選択される１個または２個のヘテロ原子を含んでいてもよい、またC1-C4-アルキル、C1-C4-アルコキシ、ニトロおよびハロゲンの中から独立に選択される１〜４個の置換基が付いていてもよい単環式または二環式芳香族カルボン酸、例えば安息香酸、ナフトエ酸またはピリジンカルボン酸が挙げられる。
【００２１】
好適なアルコキシドは、アルコール類またはフェノール類のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩である。そのようなアルコール類またはフェノール類としては、直鎖状または分岐状C1-C18-アルカノール例えばメタノールまたはエタノール、および上記したのと同じように置換されていてもよい単環式または二環式芳香族ヒドロキシ化合物が挙げられる。
【００２２】
アルカリ金属塩の中では、ナトリウム塩およびカリウム塩が通常好ましい。アンモニアおよびアミン類から誘導することができるアンモニウム塩もまた特に好ましい。それらには、例えばテトラ-C1-C18-アルキルアンモニウム塩（この場合アルキル基は同じであるかまたは異なることができる）が挙げられる。
【００２３】
好適な無機酸の塩化物は、例えば塩化リン(III)、塩化リン(V)、塩化チオニルまたは塩化スルフリルである。好適な有機酸の塩化物は、脂肪族、芳香族またはヘテロ芳香族の酸のハロゲン化物、特にそれらの塩化物である。それらには、C1-C18-アルカンカルボン酸およびスルホン酸のハロゲン化物、例えば塩化アセチル、塩化プロピオニルまたは塩化メタンスルホニル、ならびに上記したのと同じように置換されていてもよい単環式または二環式芳香族カルボン酸またはスルホン酸のハロゲン化物、例えば塩化ベンジル、塩化ベンゼンスルホニルまたは塩化p-トルエンスルホニルが挙げられる。
【００２４】
好適なアルキルハロゲン化物は、第一級、第二級または第三級アルキルの塩化物、臭化物またはヨウ化物である。それらには、直鎖状または分岐状C1-C18-アルキルハロゲン化物例えば塩化メチル、塩化エチルまたは塩化t-ブチルが挙げられる。
【００２５】
好適な懸濁媒体は、脂肪族および芳香族炭化水素類（例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン）、芳香環に最大3つのC1-C4-アルキル基をもつアルキルベンゼン類（例えばトルエン、o-、m-およびp-キシレンおよびこれらの混合物）；ハロゲン化炭化水素類特に塩素化炭化水素類（例えばジクロロメタン、トリクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、クロロベンゼン、ペルクロロエチレン、1,2-ジクロロプロパン）；フッ素化炭化水素類（例えばフルオロベンゼンまたはフルオロアルキル-置換ベンゼン）；エーテル類（例えばジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル）；ケトン類（例えばアセトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン）；エステル類（例えば酢酸エチル）；有機ニトロ化合物（例えばニトロメタンまたはニトロベンゼン）である。
【００２６】
懸濁媒体は好ましくは基本的には水分の無い形態で用いる、すなわち懸濁媒体の水分含量は好ましくは0.5重量％より少なく、特には0.1重量％より少なくする。
【実施例】
【００２７】
以下に本発明を図面および実施例により説明する。
【００２８】
図１に本発明の方法を実施するのに好適な装置を図式的に示す。理解する上で必要のない詳細、またそれ自体自明の詳細は省いてある。
【００２９】
懸濁媒体中の固体反応体の懸濁液がポンプ2およびライン3により反応ゾーン1にフィードされる。液体のまたは溶解した第２の反応体がポンプ5およびライン6を経て運ばれ、混合ノズル4を経て計量投入される。反応ゾーンを出て行く懸濁液はライン7を経て排出され、濾過装置に送られる。
【００３０】
実施例１
ジクロロエタン中の安息香酸アンモニウムの懸濁液（20重量％）を流量2000 g・h-1で、長さ150 cm、直径3 cmの鉛直フローチューブの底部にフィードした。同時に、塩化リン(III）131.5 g・h-1をこの懸濁液にフローチューブの入口の上流にあるT字型部品から計量投入した。安息香酸アンモニウム懸濁液は6〜7℃に予備冷却し、塩化リン(III)は室温であった。反応混合物をチューブの中を2000より小さいレイノルズ数の栓流で通過させた。温度は底部（塩化リン(III)の添加箇所の後約5 cm）で31℃、頂部を流れ出る混合物では36℃であった。頂部を流れ出た混合物を圧力フィルターで濾過した。アセトニトリル/水による加水分解後の濾液の安息香酸含量は17.0重量％であること、塩化物含量は0.32重量％より低いものであることが分った。塩化アンモニウムの濾過抵抗は3.8・1012 mPa・s・m-2であった。
【００３１】
実施例２
ジクロロエタン中の安息香酸アンモニウムの懸濁液（100 mL中24.2 g）を実施例１で記載したフローチューブの底部に流量25.6 mL/分でフィードした。同時に、ジクロロエタン中20重量％濃度の塩化リン(III)7.72 mL/分をフローチューブ入口の上流にあるT字型部品を経て上記懸濁液に計量投入した。反応混合物はチューブの中を栓流で流れた。塩化リン(III)の添加箇所の後約5 cmにおける温度は38℃であった。頂部から流れ出た混合物を圧力フィルターで濾過した。濾液約33.3 g/分を得た。アセトニトリル/水による加水分解後の濾液の安息香酸含量は14.2重量％であることが分った。塩化アンモニウムの濾過抵抗は4.9・1012 mPa・s・m-2であった。
【００３２】
比較例１
20%濃度の安息香酸アンモニウム溶液3127 gを15℃で二重撹拌羽根を装着した撹拌容器中に入れ、塩化リン(III)226.8 gを滴下で45分間で加えた。撹拌機は80 rpmで運転した。混合物を15〜18℃でさらに40分間撹拌した。混合物をこのあと圧力フィルターで濾過した。塩化アンモニウムの濾過抵抗は2〜2.5・1013 mPa・s・m-2であった。水/アセトニトリルによる加水分解後、濾液は安息香酸17.4重量％を含有していることが分った。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の方法を実施するのに好適な装置を図式的に示すものである。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2005501695.tif 000009
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2005501695.tif 000012
2005501695.tif 000013
2005501695.tif 000014
2005501695.tif 000015
2005501695.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月3日(2003.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体/固体反応を行う方法であって、
a) 有機酸および酸素含有無機酸の塩の中から選択される第１の反応体が懸濁形態で存在し、無機および有機酸のハロゲン化物およびアルキルハロゲン化物の中から選択される第２の反応体が懸濁媒体中に溶解形態で存在している反応懸濁液を調製する工程であって、この場合反応生成物のうちの１つは該懸濁媒体に不溶であり、
b) 前記反応懸濁液を細長い反応ゾーンの中をその流れのレイノルズ数が20,000より小さい値となるように通過させる工程、
c) 生成した不溶反応生成物を分離する工程、
を有してなる上記方法。
【請求項２】
前記流れのレイノルズ数が10,000より小さい値である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反応ゾーンの縦軸が鉛直である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記懸濁媒体中の第１の反応体の懸濁液を液体または溶解した第２の反応体と混合することにより前記反応懸濁液を調製する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記反応ゾーンにおける前記反応懸濁液の滞留時間が前記混合の時間の少なくとも10倍である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の反応体を前記第１の反応体の懸濁液の流れの中に計量投入する請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の反応体が前記懸濁液の中に計量投入された後にその流速を下げる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記反応懸濁液を複数の支流に分割し、その支流が並行チューブの中を輸送される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記用いる並行チューブが熱伝達媒体で囲まれている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記不溶反応生成物を濾過により分離する請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記懸濁媒体が、炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、エーテル類、ケトン類およびエステル類の中から選択される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記懸濁媒体が、1,2-ジクロロエタン、1,2-ジクロロプロパンおよびこれらの混合物の中から選択される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記用いる第１の反応体が、安息香酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩であり、前記用いる第２の反応体が塩化リン(III)である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2005501695.tif 000017
2005501695.tif 000018
2005501695.tif 000019
2005501695.tif 000020