(57)【要約】【課題】アセトンを大過剰用いることなく、ケトール化合物を高収率、高純度、でかつ高効率で得る。【解決手段】ケトール化合物の製造方法であって、ａ．反応器に、ケトン化合物およびホルムアルデヒド溶液を連続的に供給する工程と、ｂ．前記ケトン化合物および前記ホルムアルデヒド溶液を混合してケトール化合物に転化する工程と、ｃ．前記の反応器から、反応生成物を連続的に取り出す工程と、ｄ．取り出した前記反応生成物を速やかに冷却管に供給する工程と、ｅ．前記冷却管で１５０℃以下に冷やして、反応が停止した反応生成物を連続的に取り出す工程を含む、方法である。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケトール化合物の製造方法であって、以下の工程を、
工程（ａ）反応器の加熱部に、ケトン化合物およびホルムアルデヒド溶液を連続的に供給する工程、
工程（ｂ）加熱部で、前記ケトン化合物および前記ホルムアルデヒド溶液を混合してケトール化合物を生成させる工程、
工程（ｃ）前記の加熱部から、反応生成物を連続的に取り出す工程、
工程（ｄ）取り出した前記反応生成物を速やかに冷却部に供給する工程、
工程（ｅ）前記冷却部で１５０℃以下に冷やして、反応が停止した反応生成物を連続的に取り出す工程
の順に含む、前記ケトン化合物のモル比が前記ホルムアルデヒドに対して、１〜１０当量である、ケトール化合物の製造方法。
【請求項２】
前記ケトン化合物が、下記一般式（１）で示されるケトン化合物である、請求項１に記載のケトール化合物の製造方法。
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（１）
ここで、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロゲン化アルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、または炭素数４〜３０のアリール基であり、Ｒ１およびＲ２が結合して環状構造を形成していてもよい。
【請求項３】
前記ホルムアルデヒド溶液が、１〜５０ｗｔ％ホルマリンである、請求項１または請求項２に記載のケトール化合物の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）において、反応温度１５０〜４００℃、
圧力０．１〜１００ＭＰａ、反応時間１秒〜８分である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記工程（ｂ）において、滞留時間を制御し、前記の工程（ｃ）から工程（ｄ）の合計時間を０．１秒〜６０秒とする、請求項４に記載のケトール化合物の製造方法。
【請求項６】
前記反応器が、流路内径１００μｍ〜４０００μｍのマイクロリアクターである、請求項５に記載のケトール化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケトールの製造方法に関する。特に、高収率であり、不純物が少なく精製が容易である、高効率なケトールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケトール化合物は、医農薬などの重要な原料中間体であり有用な化合物である。その骨格を簡便かつ安価に合成する手法が求められた結果、多くの合成法が提案されている。例えば、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの合成法において、特許文献１には、１，３−ブタンジオールの選択的酸化反応の合成が開示されている。しかし、１，３−ブタンジオールは価格が高いため、この方法は安価な手法にならない。特許文献２には、アセトン（２６当量）とパラホルムアルデヒドを触媒（アンバーリスト  Ａ２６  ＯＨ）共存下で反応させた合成例が開示されているが、収率は１０％と低く、アセトンを大過剰使用しており、工業的な製造方法とは言えない。
【０００３】
一方、触媒を添加せずに、アセトンとホルムアルデヒドを縮合反応させ、比較的良好な収率を得た報告例がある。非特許文献１には、アセトン（１５当量）とホルマリンを連続式流通反応装置に高温高圧条件で通すことで、収率９０％を達成しているが、アセトンを大過剰使用しており、工業的な製造方法とはいえない。
【０００４】
工業的な製造方法とは、原料の使用量を無駄なく最小限に抑え、環境に調和した製造プロセスでなければならない。上記手法はアセトンの使用量が多く、未反応のアセトン回収に多大なエネルギーがかかることから、必ずしも最適な反応方法とは言えないものであった。
【０００５】
このように、従来法では、高い反応収率を維持するために非特許文献１のようにアセトンを大過剰用いる必要があった。しかし、非特許文献１のように連続流通式反応装置を利用した製造方法において、アセトンの使用量を削減する検討は、収率低下が懸念されることから検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】中国公開公報１０６６３１７３２号
【特許文献２】国際公開２００８／１４５３５０号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１５年，１３１巻，２１３頁−２１８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたもので、アセトンを大過剰用いることなく、ケトール化合物を高収率に、かつ高純度で得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ケトール化合物の製造において、反応液の物性を考慮した厳密な反応時間の制御を行うことによって、ホルムアルデヒドに対するケトンのモル比（ケトンのモル数／ホルムアルデヒドのモル数）を低減する事に成功し、その結果高い収率で目的の化合物を高効率で得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
本発明は、ケトール化合物の製造方法であって、
ａ．反応器に、ケトン化合物およびホルムアルデヒド溶液を連続的に供給する工程と、
ｂ．ケトン化合物およびホルムアルデヒド溶液を混合してケトール化合物に転化する工程と、
ｃ．前記の反応器から、反応生成物を連続的に取り出す工程と、
ｄ．取り出した前記反応生成物を速やかに冷却管に供給する工程と、
ｅ．前記冷却管で１５０℃以下に冷やして、反応が停止した反応生成物を連続的に取り出す工程
を含む、方法である。
【００１１】
ここで、本明細書において用いる用語について説明しておく。マイクロリアクターとは、反応器の流路内径が１００〜４０００μｍである反応器である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のケトール化合物の製造方法は、原料を大過剰用いる必要がなく環境に調和した製造プロセスであり、目的の化合物を高収率でかつ高純度で得ることができる。さらに、触媒を用いないため、いわゆる逆アルドール反応による生成物の分解が起こらず、不純物の含有量が少なく、不純物の種類も少ないため、精製が容易である。なお、ケトール化合物は、医農薬などの重要な原料中間体として用いられるものであり、これらを高収率で得られる製造方法は有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の製造方法で用いる反応器の一例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は以下の項を含む。
［１］ケトール化合物の製造方法であって、以下の工程を、
工程（ａ）反応器の加熱部に、ケトン化合物およびホルムアルデヒド溶液を連続的に供給する工程、
工程（ｂ）加熱部で、前記ケトン化合物および前記ホルムアルデヒド溶液を混合してケトール化合物を生成させる工程、
工程（ｃ）前記の加熱部から、反応生成物を連続的に取り出す工程、
工程（ｄ）取り出した前記反応生成物を速やかに冷却部に供給する工程、
工程（ｅ）前記冷却部で１５０℃以下に冷やして、反応が停止した反応生成物を連続的に取り出す工程
の順に含む、前記ケトン化合物のモル比が前記ホルムアルデヒドに対して、１〜１０当量である、ケトール化合物の製造方法。
【００１５】
［２］前記ケトン化合物が、下記一般式（１）で示されるケトン化合物である、［１］に記載のケトール化合物の製造方法。
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（１）
ここで、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロゲン化アルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、または炭素数４〜３０のアリール基、であり、Ｒ１およびＲ２が結合して環状構造を形成していてもよい。
【００１６】
［３］前記ホルムアルデヒド溶液が、１〜５０ｗｔ％ホルマリンである、［１］または［２］に記載のケトール化合物の製造方法。
【００１７】
「４」前記工程（ｂ）において、反応温度１５０〜４００℃、圧力０．１〜１００ＭＰａ、反応時間１秒〜８分である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の方法。
【００１８】
［５］前記工程（ｂ）において、滞留時間を制御し、前記の工程（ｃ）から工程（ｄ）の合計時間を０．１秒〜６０秒とする、［４］に記載のケトール化合物の製造方法。
【００１９】
［６］前記反応器が、流路内径１００μｍ〜４０００μｍのマイクロリアクターである、［５］に記載のケトール化合物の製造方法。
【００２０】
１．反応器および反応
図１を用いて、本発明の製造方法に用いる反応器１０と製造方法の一例を説明する。
工程（ａ）：原料であるケトン化合物は、貯蔵容器からポンプ１２によりチューブ１１を通って加熱部１５に連続的に供給される。もう一方の原料であるホルムアルデヒド溶液は、貯蔵容器からポンプ１４によりチューブ１３を通って加熱部１５に連続的に供給される。工程（ｂ）：加熱部１５内でケトン化合物とホルムアルデヒド溶液が混合され、反応生成物（ケトール化合物）が生成する。
工程（ｃ）：その反応生成物の液を速やかに加熱部１５から連続的に取り出し、
工程（ｄ）：その反応生成物の液を速やかに冷却部１６に供給し、
工程（ｅ）：冷却部１６内で１５０℃以下に冷やして、反応を停止させ、反応生成物の液を、背圧弁１８を介してチューブ１９を通って連続的に取り出す。
反応器１０における、加熱部１５、冷却部１６、チューブ１１、チューブ１３などの各部分は、継手１７により接続されている。
ケトン化合物はポンプ１２からの圧力により加熱部に供給され、ホルムアルデヒド溶液はポンプ１４からの圧力により加熱部に供給され、反応生成物の液はポンプ１２またはポンプ１４からの圧力により、加熱部から取り出され、冷却部に供給されている。
【００２１】
２．製造方法
２−１．ケトン化合物
本製造方法に用いることができるケトン化合物としては、一般的な有機合成に用いることができる化合物であれば、特に制限はない。好ましいケトン化合物は、下記一般式（１）で示されるケトン化合物である。
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（１）
ここで、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロゲン化アルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、または炭素数４〜３０のアリール基、であり、Ｒ１およびＲ２が結合して環状構造を形成していてもよい。
【００２２】
２−２．ホルムアルデヒド溶液
本製造方法に用いることができるホルムアルデヒド溶液としては、一般的な有機合成に用いることができるホルムアルデヒド溶液であれば、特に制限はない。好ましいホルムアルデヒド溶液は、ホルマリンであり、より好ましくは、１〜５０ｗｔ％ホルマリンである。
【００２３】
２−３．ケトール
反応生成物であるケトールとしては、以下の式で表される化合物が挙げられる。
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ここで、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のハロゲン化アルキル基、炭素数２〜２０のアルケニル基、炭素数３〜２０のシクロアルキル基、または炭素数４〜３０のアリール基、であり、Ｒ１およびＲ２が結合して環状構造を形成していてもよい。
【００２４】
２−４．反応
反応スキームの一例を以下に示す。
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ここで、各式のＲ１およびＲ２は前述の通りである。
【００２５】
２−４．反応条件
工程（ｂ）において、反応温度は１５０〜４００℃である。この範囲であれば、適切に反応時間を制御することによって、反応が十分に進み、高純度のケトール化合物が得られる。この観点から、好ましくは２００〜４００℃であり、より好ましくは２３０〜３５０℃であり、さらに好ましくは２７０〜３３０℃である。圧力は０．１〜１００ＭＰａである。この範囲であれば、反応が十分に進み、高純度のケトール化合物が得られる。この観点から、好ましくは３〜５０ＭＰａであり、より好ましくは５〜４０ＭＰａであり、さらに好ましくは１０〜２０ＭＰａである。反応時間は１秒〜８分である。この範囲であれば、反応が十分に進み、高純度のケトール化合物が得られる。この観点から、好ましくは１０秒〜５分であり、より好ましくは２０秒〜２分であり、さらに好ましくは３０秒〜１分である。
【実施例】
【００２６】
まず、実施例および比較例で用いられる用語を定義しておく。
〔生成したケトール化合物の収率〕
収率（％）＝（（生成したケトール化合物のモル数）／（供給したホルムアルデヒドのモル数））×１００
〔生成したケトール化合物の空時収量の計算式〕
空時収量（ｇ／Ｈｒ・Ｌ）＝（１時間当たりに生成したケトール化合物の重量）／（加熱部内の反応管内の体積）
【００２７】
〔実施例１〕
アセトンとホルマリンの縮合反応を図に示す反応器１０を用いて行った。チューブ１１、１３および１９は内径１．０ｍｍ（外径１／１６インチ、１．５９ｍｍ）で、長さはそれぞれ２ｍのチューブを使用した。加熱部１５の区間は、内径２．２ｍｍ（外径１／８インチ、３．１８ｍｍ）、長さ１０ｍのチューブを使用した。冷却部１６の区間は、内径１．０ｍｍ（外径１／１６インチ、１．５９ｍｍ）、長さ３ｍのチューブを使用した。なお、チューブの継手１７は、スウェージロック社製チューブ継手を使用した。ポンプ１２、１４は、日本精密科学（株）製ＮＰ−ＫＸ−５２０型ダブルプランジャーポンプを、背圧弁１８は、（株）テスコム製エアロード型背圧弁を各々使用した。加熱部１５は、（株）島津製作所製ガスクロマトグラフ装置の恒温槽にチューブを挿入して使用し、所定の反応温度に設定した。冷却部１６は、風冷による冷却を行ない、２０〜１５０℃の範囲内に保った。
ポンプ１２、１４を用いて、アセトン、３７ｗｔ％ホルマリンを加熱部１５に送液した。
アセトン、ホルマリンの送液速度は、各々２０．００ｍＬ／ｍｉｎ、４．５６ｍＬ／ｍｉｎに設定した。この条件におけるホルマリン中のホルムアルデヒドに対するアセトンのモル比は５となる。加熱部１５の温度は３１０℃、背圧弁１８の圧力は１７ＭＰａに設定した。この条件における反応時間は、０．７７ｍｉｎとなる。反応開始後、５分後の反応液２ｍLをチューブ１９からサンプリング管に採取した。
得られた反応液はＧＣで分析を行い、内部標準物質法による定量分析により収率を算出した。その結果、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの収率は、７８．３ＧＣ％であった。空時収量は６１１０ｇ／Ｈｒ・Ｌであった。
【００２８】
ＧＣでの定量分析は以下のようにおこなった。
測定装置は、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、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．製のキャピラリカラムＤＢ−ＷＡＸ（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）固定液相はポリエチレングリコール；高極性）を用いた。キャリアーガスとしてはヘリウムを用い、流量は２．１９ｍｌ／分に調整した。試料気化室の温度を２５０℃、検出器（ＦＩＤ）部分の温度を２５０℃に設定した。
試料はＴＨＦに溶解して、１重量％の溶液となるように調製し、試料の２５ｗｔ％のデカンを内部標準物質として添加する。得られた溶液１μＬを試料気化室に注入した。
【００２９】
なお、試料の希釈溶媒としては、たとえば、クロロホルム、エタノールを用いてもよい。また、カラムとしては、Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ Ｉｎｃ．製のキャピラリカラムＺＢ−ＷＡＸ（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）、Ｒｅｓｔｅｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＲｔｘ−Ｗａｘ（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）、ＧＬ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  Ｉｎｃ．製のＩｎｅｒｔＣａｐ  ＷＡＸ（長さ３０ｍ、内径０．３２ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）などを用いてもよい。
【００３０】
ガスクロマトグラムにより成分化合物の組成比をより正確に求めるには、ガスクロマトグラムによる内部標準法を用いる。一定量正確に秤量された４−ヒドロキシ−２−ブタノン（被検成分）と基準となる化合物（内部標準物質）を同時にガスクロ測定して、得られた被検成分のピークと内部標準物質のピークとの面積比の相対強度をあらかじめ算出する。内部標準物質に対する各成分のピーク面積の相対強度を用いて補正すると、試料中の４−ヒドロキシ−２−ブタノンの濃度をガスクロ分析からより正確に求めることができる。
【００３１】
〔実施例２〜８〕
実施例１において、ホルマリン中のホルムアルデヒドに対するアセトンのモル比、加熱部１５の温度、および反応時間を表１に示す条件に変更した他は、実施例１と同様の操作で反応を行った。結果を表１に示した。
〔表１〕
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【００３２】
〔実施例９〕
実施例１において、アセトンの代わりにエチルメチルケトンを用い、加熱部１５の温度を２５０℃、および反応時間を２．００ｍｉｎに変更した他は、実施例１と同様の操作で反応を行った。４−ヒドロキシ−３−メチル−２−ブタノンの収率は４４．４ＧＣ％、５−ヒドロキシ−３−ブタノンの収率は４７．８ＧＣ％、合計したホルムアルデヒド付加化合物の収率は９２．２ＧＣ％であった。合計した空時収量は３３５３ｇ／Ｈｒ・Ｌであった。
【００３３】
〔比較例１〕
実施例１において、ホルマリン中のホルムアルデヒドに対するアセトンのモル比を１５、加熱部１５の温度を２３０℃、および反応時間を４．００ｍｉｎに変更した他は、実施例１と同様の操作で反応を行った。その結果、収率は７６．９ＧＣ％、空時収量は２７６ｇ／Ｈｒ・Ｌであった。
【符号の説明】
【００３４】
１０            反応器
１１            チューブ
１２            ポンプ
１３            チューブ
１４            ポンプ
１５            加熱部
１６            冷却部
１７            継手
１８            背圧弁
１９            チューブ
【図１】
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