(57)【要約】      （修正有）【課題】ジアザビシクロ基を有する塩酸塩から、ジアザビシクロ化合物を得るために、工業的な生産に適した、製造方法の提供。【解決手段】ジアザビシクロ基を有する塩酸塩に対して、２．０倍モル当量〜３．５倍モル当量となる、２０重量％〜５０重量％のアルカリ金属水酸化物水溶液、または１０重量％〜５０重量％のアルカリ金属アルコキシドのアルコール溶液を用いて、中和することによって、ジアザビシクロ化合物を、製造する方法。2018070451.tif 000011【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジアザビシクロ基を有する塩酸塩から、塩酸塩に対して２．０倍モル当量〜３．５倍モル当量となる、２０重量％〜５０重量％のアルカリ金属水酸化物水溶液または１０重量％〜５０重量％のアルカリ金属アルコキシドのアルコール溶液を用いて、中和されたジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【請求項２】
ジアザビシクロ化合物が、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エンまたは１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノナ−５−エンである、請求項１に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【請求項３】
ジアザビシクロ化合物が、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エンである、請求項１に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【請求項４】
アルカリ金属水酸化物が、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【請求項５】
アルカリ金属アルコキシドが、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、またはカリウムエトキシドである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中和によるジアザビシクロ化合物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジアザビシクロ化合物は、アミジン部位に由来する強塩基性を持ち、さらに求核性が比較的弱いことから、脱塩化水素を行う場合の塩基として用いられる。しかしながら、この脱塩化水素反応を進行させるには、等モル相当量のジアザビシクロ化合物を、塩酸塩に変換させる必要がある。ジアザビシクロ化合物は高価である上に、このジアザビシクロ化合物の塩酸塩を含む溶液の廃水処理にコストが掛かることが、工業的な製造方法に、ジアザビシクロ化合物を用いることの問題点である。
【０００３】
ジアザビシクロ基を有する塩酸塩を、アルカリによって中和することによって、ジアザビシクロ化合物を得ることで、ジアザビシクロ化合物を回収できれば、工業的に有効である。しかしながら、ジアザビシクロ化合物は、加水分解を起こすため、中和反応のみで停止させて、ジアザビシクロ化合物を回収するのは困難である。
【０００４】
例えば、非特許文献１には、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン）の塩は安定であるが、ＤＢＵは、水と反応して、Ｎ−（３−アミノプロピル）カプロラクタムを生成するとされている。
2018070451.tif 000002
【０００５】
ＤＢＵのこの反応は、加水分解によって進行するものである。つまり、ＤＢＵの塩は安定であるが、ＤＢＵになると、容易に加水分解が起こることが知られている。
そこで、ジアザビシクロ基を有する塩から、効率良くジアザビシクロ化合物を得るための製造方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】有機合成化学  33(11)925-935(1975)  東京化学同人
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、従来技術が有する課題を解消し、工業的な生産に適した、ジアザビシクロ化合物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩に対して、２．０倍モル当量〜３．５倍モル当量となる、２０重量％〜５０重量％のアルカリ金属水酸化物水溶液または１０重量％〜５０重量％のアルカリ金属アルコキシドのアルコール溶液を用いて、中和することによって、ジアザビシクロ化合物を製造することができることを見出し、本発明を完成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の長所は、目的生成物であるジアザビシクロ化合物を高収率で得ることができることである。また、本発明の利用により、中和された反応液中からジアザビシクロ化合物を回収することができるので、ジアザビシクロ化合物を脱塩化水素反応に用いた場合の廃水処理のコストを下げることになる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、以下の項などである。
【００１１】
項１．  ジアザビシクロ基を有する塩酸塩から、塩酸塩に対して２．０倍モル当量〜３．５倍モル当量となる、２０重量％〜５０重量％のアルカリ金属水酸化物水溶液または１０重量％〜５０重量％のアルカリ金属アルコキシドのアルコール溶液を用いて、中和されたジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【００１２】
項２．  ジアザビシクロ化合物が、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エンまたは１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノナ−５−エンである、項１に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【００１３】
項３．  ジアザビシクロ化合物が、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エンである、項１に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【００１４】
項４．  アルカリ金属水酸化物が、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムである、項１〜３のいずれか１項に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【００１５】
項５．  アルカリ金属アルコキシドが、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、またはカリウムエトキシドである、項１〜３のいずれか１項に記載のジアザビシクロ化合物を製造する方法。
【００１６】
本発明の原料となるのは、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩である。この塩酸塩を中和することにより、ジアザビシクロ化合物を製造する。
【００１７】
本発明の製造方法で得られるジアザビシクロ化合物は、好ましくは、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン）またはＤＢＮ（１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノナ−５−エン）である。より好ましくは、ＤＢＵである。
【００１８】
ジアザビシクロ基を有する塩酸塩からジアザビシクロ化合物を製造する反応の例として、ＤＢＵの場合を、反応式で示す。
2018070451.tif 000003
【００１９】
ジアザビシクロ基を有する塩酸塩は、ジアザビシクロ化合物を脱塩化水素剤として用いた反応を行う時に、生成される。ジアザビシクロ基を有する塩酸塩は精製されていなくとも、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩を含む粗液であれば、本反応の製造方法に用いることができる。
【００２０】
ＤＢＵの塩酸塩は、アミノアルキルシラン化合物とモノクロロシラン化合物をＤＢＵの存在下で、反応させることによって、Ｎ−シリルアミノアルキルシラン化合物を製造する場合に、副生される。このように、ＤＢＵの塩酸塩は、ＤＢＵを脱塩化水素剤として用いた反応を行なう際に得られる。
【００２１】
例えば、以下のような反応式である。
2018070451.tif 000004
【００２２】
ジアザビシクロ基を有する塩酸塩は、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン）の塩酸塩、ＤＢＮ（１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノナ−５−エン）の塩酸塩などが挙げられる。
【００２３】
中和反応を進行させるアルカリは、アルキル金属水酸化物またはアルカリ金属アルコキシドである。アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。アルカリ金属アルコキシドとしては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシドなどが挙げられる。
【００２４】
中和反応を進行させるアルカリの量は、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩に対して、２．０倍モル当量〜３．５倍モル当量が必要である。２．０倍モル当量以上であると、中和されたジアザビシクロ化合物の加水分解反応を抑制できる。３．５倍モル当量以下であると、装置の容積を小さくできる。中和反応を進行させるアルカリは、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩に対して、２．３倍モル当量〜３．０倍モル当量が好ましい。
【００２５】
中和反応を制御させるアルカリ金属水酸化物水溶液の濃度は、２０重量％〜５０重量％である。２０重量％以上であると中和されたジアザビシクロ化合物の加水分解を抑制できる。５０重量％以下であると、アルカリ金属水酸化物水溶液の取り扱いが容易であり、中和により副生する塩化ナトリウムが析出を抑制されやすい。アルカリ金属水酸化物水溶液の好ましい濃度は、  ２０重量％〜３０重量％である。中和反応を進行させるアルカリ金属水酸化物水溶液は、均一の溶解された溶液でなくても、懸濁液であってもよい。
【００２６】
中和反応を進行させるアルカリ金属アルコキシドの濃度は、１０重量％〜５０重量％である。１０重量％以上であると中和されたジアザビシクロ化合物の加水分解を抑制できる。５０重量％以下であると、アルカリ金属水酸化物水溶液の取り扱いが容易であり、中和により副生する塩化ナトリウムが析出が抑制されやすい。アルカリ金属水酸化物水溶液の好ましい濃度は、１０重量％〜３０重量％である。中和反応を進行させるアルカリ金属アルコキシドは、均一の溶解された溶液でなくても、懸濁液であってもよい。
【００２７】
中和反応を制御させる目的で、中和反応を進行させるアルカリ金属水酸化物水溶液またはアルカリ金属アルコキシドを、滴下させることが好ましい。
【００２８】
本発明の製造方法の中和反応の時間は、滴下時間を含めて、１時間〜４時間の範囲であることが好ましい。反応時間を１時間以上にすることで、中和反応を進行させることができる。反応時間を４時間以下にすることで、加水分解反応を抑制しやすくできる。反応時間は、好ましくは、１時間〜２時間の範囲が好ましい。
【００２９】
中和反応の反応温度は、１０℃〜４０℃の範囲が好ましい。特に、加熱することなく、室温で反応は進行する。必要に応じて、中和熱を除熱させる。
【００３０】
本発明の製造方法の中和反応において、溶媒を用いることが好ましい。溶媒としては、水と混和しない性質を有することが好ましい。好ましくは、炭化水素系非極性溶媒が用いられ、トルエン、ヘキサンなどが挙げられる。
【００３１】
溶媒の量は、容積比で、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩の１倍〜３倍であることが好ましい。
【００３２】
本発明の製造方法における反応の一例としては、溶媒のトルエンに、ＤＢＵの塩酸塩を懸濁した状態で攪拌させておき、室温において、２５％水酸化ナトリウム水溶液を滴下させる。中和されたＤＢＵは、トルエン層に抽出されていく。この抽出されたＤＢＵを、ＧＣ分析のより追跡して、反応の進行を確認することができる。
【００３３】
反応の圧力は、特に制限されないが、減圧にすると、水や溶媒が、揮散しやすくなるので、常圧以上が好ましい。
【００３４】
反応は、乾燥空気または乾燥窒素気流下で行なうことが好ましい。反応には、可燃物を取り扱うので、不活性雰囲気下、例えば、窒素、アルゴンの環境が好ましい。
【００３５】
本発明の製造方法における反応の一例としては、フラスコ内で、溶媒のトルエンに、ＤＢＵの塩酸塩を懸濁した状態で攪拌させておき、室温において、２５％水酸化ナトリウム水溶液を滴下させる。中和されたＤＢＵは、トルエン層に抽出されていく。この抽出されたＤＢＵを、ガスクロ分析により、反応の進行を追跡することができる。
【実施例】
【００３６】
実施例により本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれらの実施例によっては制限されない。
【００３７】
化合物は、下記の手順により合成した。合成した化合物は、ＮＭＲ分析により同定し、ガスクロマト分析により定量を行なった。
【００３８】
ＮＭＲ分析：測定には、ＪＥＯＬ社製のＥＣＰ４００を用いた。１Ｈ−ＮＭＲの測定では、試料をＣＤＣｌ３の重水素化溶媒に溶解させ、室温、４００ＭＨｚ、積算回数３２回の条件で測定した。クロロホルムを内部標準として用いた。１３Ｃ−ＮＭＲの測定では、ＣＤＣｌ３を内部標準として用い、積算回数１４回で行った。核磁気共鳴スペクトルの説明において、ｓはシングレット、ｄはダブレット、ｔはトリプレット、ｑはカルテット、ｑｕｉｎはクインテット、ｍはマルチプレットであることを意味する。
【００３９】
例えば、目的物の１つであるＤＢＵのスペクトルデータを示す。
2018070451.tif 000005
2018070451.tif 000006
【００４０】
ガスクロマト分析：測定には、島津製作所製のＧＣ−２０１４型ガスクロマトグラフを用いた。カラムは、パックドカラム内径２．６ｍｍ、長さ３ｍ、充填剤、ＳＥ−３０  １０％  ６０／８０、Ｓｈｉｍａｌｉｔｅ  ＷＡＷを用いた。キャリアーガスとしてはヘリウム（２０ｍｌ／分）を用いた。試料気化室の温度を２５０℃、検出器（ＴＣＤ）部分の温度を２５０℃に設定した。試料は０．５μｍのシリンジフィルタでろ過後、ろ液１μｌを試料気化室に注入した。記録計には島津製作所製のＧＣｓｏｌｕｔｉｏｎシステムなどを用いた。
【００４１】
［ＤＢＵ塩酸塩の調製］
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１０Ｌのセパラブルフラスコの系内を窒素で置換した後、室温下で、トルエン３．１２ｋｇ、ＤＢＵ１．８６ｋｇ（１２．２ｍｏｌ）、およびトリメチルクロロシラン１．２９ｋｇ（１１．９ｍｏｌ）を仕込んだ。攪拌を行いながら、５０℃に加熱し、３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン（ＡＰＭＳ−Ｅ）０．９０ｋｇ（４．７０ｍｏｌ）を加えた。その後、５０℃で１時間、さらに６０℃に加熱し、３時間撹拌した。その後、室温まで冷却し、２０時間ほど熟成させた。室温でエチルアルコール０．１５ｋｇ（３．２６ｍｏｌ）を加えて、さらに１時間熟成した。反応液は、ＤＢＵの塩酸塩を含むスラリー液となり、このスラリー液を１０Ｌの加圧濾過器でろ過を行った。濾過器に残ったＤＢＵの塩酸塩は、トルエン２．１０ｋｇ／回で、洗浄を２回行い、さらに、窒素で乾燥させて、２．７２ｋｇのＤＢＵの塩酸塩を得た。このＤＢＵの塩酸塩の一部をロータリーエバポレーターで１００℃、真空度０．２ｋＰａ以下で乾燥させたところ、トルエンが、１７．４重量％含まれていることが確認された。ＤＢＵの塩酸塩を、収率９７．６％で得た。
【００４２】
［実施例１］
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塩基として、水酸化ナトリウム、濃度２５重量％、２．３倍モル当量とした。
１００ｍＬのスクリュー管に攪拌子を入れ、室温下で、ＤＢＵの塩酸塩１１．５ｇ（５０ｍｍｏｌ）、およびトルエン８．５ｇ、２５％水酸化ナトリウム水溶液１８．５ｇ（１１６ｍｍｏｌ）を仕込んだ。マグネチックスターラーの上に置き、１時間攪拌して混合した。１００ｍＬの分液漏斗で分液し、ＤＢＵを含む上層を１８．８ｇ、水層の下層を１８．４ｇ得た。上層部分をガスクロマト分析し、ＤＢＵが３１．９重量％含んでおり、収量６．０ｇ（３９．４ｍｍｏｌ）、収率７８．８％で得た。
【００４３】
実施例１で用いた水酸化ナトリウム、２５重量％、２．３倍モル当量を含めて、実施例および比較例に用いた、塩基、濃度、および当量を、表１に示す。
【００４４】
表１．塩基・濃度・当量
2018070451.tif 000009
なお、水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムは、それぞれの濃度では、完全に溶解していないため、懸濁した状態である。また、ナトリウムエトキシドは、エタノール溶液で、その他の塩基は、すべて水溶液である。
【００４５】
［実施例２〜１４］
実施例１で用いた２５重量％水酸化ナトリウム水溶液２．３倍モル当量の代わりに、表１に記載の塩基・濃度・当量、例えば、２０重量％水酸化ナトリウム水溶液２．０倍モル当量（実施例２）を用い、使用するＤＢＵの塩酸塩、およびトルエンは実施例１と同一とし、実施例１と同一の、ＤＢＵの塩酸塩とトルエンの仕込みの重量、反応装置、および反応方法によって、生成反応を行った。
【００４６】
［比較例１〜１１］
実施例１で用いた２５重量％水酸化ナトリウム水溶液２．３倍モル当量の代わりに、表１に記載の塩基・濃度・当量、例えば、１０重量％水酸化ナトリウム水溶液２.３倍モル当量（比較例１）を用い、使用するＤＢＵの塩酸塩、およびトルエンは、実施例１と同一とし、実施例１と同一の、ＤＢＵの塩酸塩とトルエンの仕込みの重量、反応装置、および反応方法によって、生成反応を行った。
【００４７】
反応によっては、副生成物として、ＤＢＵの加水分解物であるＮ−（３−アミノプロピル）カプロラクタムが得られたが、非常に水に溶けやすい性質のため、トルエン層と水層に分配する状態であった。実施例１〜１４および比較例１〜１１の反応１時間後のＤＢＵの収率を、表２に示す。収率は、ガスクロマト分析において、反応における溶媒のトルエンを内部標準として、ＤＢＵとトルエンの補正係数より算出した。
【００４８】
表２．収率
2018070451.tif 000010
【００４９】
比較例１〜１１は、ＤＢＵの収率が７０％未満となり、ＤＢＵの加水分解が進行した。これに対して、実施例１〜１４は、ＤＢＵを収率良く得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の製造方法で、ジアザビシクロ基を有する塩酸塩から、ジアザビシクロ化合物を得ることができる。つまり、ジアザビシクロ化合物を効率良く回収できることとなる。このことにより、脱塩化水素剤として効果的なジアザビシクロ化合物を工業的に活用できる機会が拡がる。そこで、アミノプロピル変性シリコーンの製造、低燃費タイヤ用などのシランカップリング剤、表面処理剤、各種シランカップリング剤原料として有用な化合物を、短時間で効率的にしかも安価に製造することが可能となる。