(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下に示される化合物
【化１】
0006657975.tif 000009
のいずれかで示されるヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンを含む、未精製反応液である粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を、１１０〜１７０℃の温度で酸素と接触させた後、蒸留精製することを特徴とするヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの製造方法。
【請求項２】
粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を、空気中の酸素と接触させ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トリエチレンジアミンの製造方法。
【請求項３】
粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液と接触させる酸素量が粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンに対して１００ｖｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの製造方法。
【請求項４】
粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液と酸素を接触させる前に、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液から、低沸点成分及び水を留去することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの製造方法。
【請求項５】
粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を酸素と接触させた後、１５０℃未満の塔頂温度でヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンを留去することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの製造方法。
【請求項６】
蒸留精製したヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの加熱試験後のガードナー色数が７以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色相の改善されたヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類等の二環式アミン化合物は、例えば、医農薬中間体、有機合成用試薬、化学吸着剤、抗菌剤等に有用な化合物として知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法として、特許文献１では、ピペラジンと２，３−ジブロモプロピオン酸エチルとを反応させて１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン−２−カルボン酸エチルを調製し、次いで得られたエステルを還元することで１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン−２−メタノール（ヒドロキシメチルトリエチレンジアミン）へ誘導している。
【０００４】
しかしながら、この製造方法は、第一工程において副生塩が大量に生成するため、精製が非常に煩雑になる他、低い基質濃度が必要となるため生産性に劣る欠点がある。また、第二工程では、還元剤として発火の危険性が高い水素化リチウムアルミニウムを使用するため、工業的にも好ましいとは言えない。また、高価な反応基質を使用することから実用的とは言えない状況にある。
【０００５】
このため、本件出願人は、一段階で目的物が得られる上、過度な高圧反応が不要な簡便且つ安全な製造方法として、下記式
【０００６】
【化１】
0006657975.tif 000002
【０００７】
（式中、Ｒは水素原子又は直鎖状若しくは分枝状の炭素数１〜４のアルキル基、ｎは０〜６の整数を表す。）
で示されるジヒドロキシアルキルピペラジン類を、酸触媒の存在下で分子内脱水縮合反応させて、二環式アミン化合物を製造する方法について既に特許出願している（特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献２に記載の方法は、多段階の反応が不要であり、発火の危険性が高い還元剤を用いることなく、簡便且つ安全に二環式アミン化合物を製造することができるという優れた方法ではあるが、転化率が十分でないために未反応原料の回収工程が必要になることや、この製造方法における酸触媒を気相反応に適用すると、十分な収率が得られない上に反応副生物がタール状となって析出し、反応管を閉塞させる場合があるため、工業的に連続生産する上で未だ改善すべき課題があった。
【０００９】
このため本件出願人は、二環式アミン化合物を簡便に且つ高収率で得ることができ、また連続生産の支障となる副生タール分が抑制できる製造方法として、下記式
【００１０】
【化２】
0006657975.tif 000003
【００１１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、ヒドロキシメチル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。また、Ｘは炭素原子又は窒素原子を表し、Ｙは水素原子、アルキル基、水酸基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物を、固体触媒として下記式
【００１２】
【化３】
0006657975.tif 000004
【００１３】
（式中、ＡはＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＺｒからなる群より選ばれる１種又は２種以上の元素を表し、Ｍはアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を表し、Ｐはリンを表し、Ｏは酸素を表す。添字ａ〜ｄは各元素のモル数を表し、ｂ／ａ＝０．００１〜０．３（モル比）、ｃ／ａ＝０．００１〜０．３（モル比）であって、ｄは各原子の結合状態によって任意に取り得る値を表す。ただし、Ａが２種以上の元素を表す場合には、添字ａはそのモル数が最も大きい元素のモル数を表す。）
で示される無機酸化物の存在下、気相中で分子内脱水させて、二環式アミン化合物を製造する方法について、既に特許出願している（特許文献３参照）。
【００１４】
特許文献３には、気相反応による製造方法が示されており、気相反応によって生成したガス状の二環式アミン類は、通常、一度冷却することで捕集され、その後、例えば、再結晶法又は蒸留法によって精製される。
【００１５】
再結晶法は、低色相のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類が得られるものの、母液への残存量が多く、複数回の操作が必要であることや、再結晶溶媒のリサイクルが必要であることから効率的ではない。一方、蒸留法は、精製ロスが少なく、工程時間も短い効率的な精製方法であるものの、蒸留時にヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類自体若しくは不純物の熱分解、又は副反応によって製品の色相が悪化するという課題がある。特にこの色相悪化は、熱履歴によって経時的に進行するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特表２００１−５０４８５５公報
【特許文献２】特開２０１０−０３７３２５公報
【特許文献３】特開２０１２−１４９０４８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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、特にヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の色相を改善し、高純度で効率的に二環式化合物を得ることができる製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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、本発明を完成させるに至った。
【００１９】
すなわち、本発明は以下に示すとおりの色相の改善されたヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法である。
【００２０】
［１］下記一般式（１）
【００２１】
【化４】
0006657975.tif 000005
【００２２】
（式中、Ｒ１〜Ｒ１０は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。）
で示されるヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンを含む、未精製反応液である粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を、１１０〜１７０℃の温度で酸素と接触させた後、蒸留精製することを特徴とするヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法。
【００２３】
［２］粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を、空気中の酸素と接触させることを特徴とする上記［１］に記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法。
【００２４】
［３］粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液と接触させる酸素量が粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンに対して１００ｖｏｌ％以上であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法。
【００２５】
［４］粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液と酸素を接触させる前に、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液から、低沸点成分及び水を留去す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トリエチレンジアミン類の製造方法。
【００２６】
［５］粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を酸素と接触させた後、１５０℃未満の塔頂温度でヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類を留去することを特徴とする上記［１］乃至［４］のいずれかに記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法。
［６］蒸留精製したヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の加熱試験後のガードナー色数が７以下であることを特徴とする上記［１］乃至［５］のいずれかに記載のヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法。
【００２７】
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２８】
本発明の製造方法は、上記式（１）で示されるヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類を含む未精製反応液である、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を、１１０〜１７０℃の温度で酸素と接触させた後、蒸留精製することをその特徴とする。
【００２９】
上記一般式（１）において、Ｒ１〜Ｒ１０は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。
【００３０】
上記一般式（１）で示される化合物としては、上記の定義に該当すれば特に限定されるものではないが、例えば、以下に示される化合物を挙げることができる。
【００３１】
【化５】
0006657975.tif 000006
【００３２】
上記一般式（１）で示されるヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の製造方法は、特に限定するものではないが、例えば、Ｋｈｉｍｉｙａ  Ｇｅｔｅｒｏｔｓｉｋｌｉｃｈｅｓｋｉｋｈ  Ｓｏｅｄｉｎｅｎｉｌ，１０，１４０４（１９８０）や、国際公開第９５／１８１０４号パンフレットに記載の方法により製造可能である。また、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（１９９３），３６（１５），２０７５−２０８３や、特開２０１０−１２０８８７公報に記載の方法等によって誘導されるヒドロキシアルキルピペラジン類のエチレンオキサイド付加物を分子内環化することによっても製造可能である。さらには、例えば、特開２０１０−３７３２５公報、特許文献３等に記載の方法、すなわちジヒドロキシアルキルピペラジン類の気相法による分子内脱水環化反応により製造することができる。これらの方法のうち、反応工程及び生産効率の観点から、ジヒドロキシアルキルピペラジン類の分子内脱水環化反応によって製造する方法が好ましい。
【００３３】
次に、本発明において粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液を酸素と接触させる工程について説明する。
【００３４】
上記した気相反応による製造方法では、通常、２００〜５００℃の範囲でヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類が生成し、次いで、反応工程で発生したガス状の粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液は、蒸留工程にて、低沸点成分、高沸点成分が除去される。このとき、当該反応液中には、原料の分解由来の低沸分や分子間反応による高沸分、さらにはこれら副生不純物が熱や触媒により変性した不純物等、多種多様の成分が存在する。この原料由来の分解物やヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類は、熱履歴による経時的な着色が進行するため、蒸留時に着色物が同伴し、製品の品質に影響を与えることがある。
【００３５】
本発明では、蒸留前に予め、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液と酸素を接触させることで、当該反応液中の不純物の着色を促進させ、後の蒸留中の着色物同伴による色相悪化を低減させることにより、製品の色相を改善する。
【００３６】
本発明において、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液と接触させる酸素は純粋な酸素ガスである必要はなく、他の不活性ガスと混合した状態でも何ら問題はない。特に限定するものではないが、好ましくは空気中の酸素分である。
【００３７】
酸素と接触させる際の粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液温度は１１０〜１７０℃が好ましく、１４０〜１６０℃が特に好ましい。
【００３８】
本発明において、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液の着色は、熱と微量の酸素存在下で進行するため、特段高濃度の酸素は必要なく、工業的な安全性の観点から、接触させる酸素濃度は、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液に対して１００ｖｏｌ％以上であることが好ましい。
【００３９】
本発明において、粗ヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン反応液の着色を極力抑えるため、当該反応液と酸素との接触は、低沸点成分及び水を留去した後に行なうことが好ましい。
【００４０】
本発明において、最終的なヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類の蒸留は、熱履歴による色相変化を抑えるため、塔頂温度が１５０℃未満になるように行うことが好ましい。
【００４１】
上記方法によって、従来の蒸留よりも色相の良いヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類を得ることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の製造方法によれば、熱履歴を抑制し、色相の改善されたヒドロキシアルキルトリエチレンジアミン類を、高純度で効率的に製造することができるため、産業的に極めて有用である。
【実施例】
【００４３】
本発明を以下の参考例、実施例に基づいてさら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。
【００４４】
なお、本実施例における化合物の色相は、色差計ＺＥ６０００（日本電色工業社製）を用いて評価した。
【００４５】
参考例１  ２−ヒドロキシメチルトリエチレンジアミン反応液の調製
特開２０１２−１４９２２５公報の合成例２に記載の方法に従って、２−ヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを合成した（下記式参照）。
【００４６】
【化６】
0006657975.tif 000007
【００４７】
まず、５０Ｌの反応釜に、ピペラジン１５．５ｋｇ（１８０モル）、溶媒としてメタノール１５．６Ｌを仕込み、窒素雰囲気下で液温が６５℃になるまで昇温した後、３−クロロ−１，２−プロパンジオール  ６．０６ｋｇ（５４．８モル）を３時間かけて滴下した。滴下中液温は徐々に上昇し、終了時の液温は７５℃であった。その後、反応温度を７０℃となるように調整し、さらに３時間熟成した。反応転化率は１００％であった。熱源を落とし、一晩放置することで、温度が室温付近まで低下した反応液に、４８％水酸化ナトリウム水溶液４．６ｋｇ（５５モル）をゆっくり滴下させ、副生塩を析出させた。釜底から抜出した反応液をろ過処理により脱塩した後、エバポレーターを用いてメタノールを留去した。さらに、水を加えながら単蒸留することで未反応のピペラジンを共沸留去した後、減圧蒸留によって目的物を単離した（乳白色固体、収量８．１ｋｇ、収率９１％）。ＧＣ−ＭＳ及びＮＭＲから３−（１’−ピペラジニル）−１，２−プロパンジオール（１）であることを確認した。
【００４８】
次に、内径４０ｍｍの石英ガラス管中央部に、気相反応用触媒として市販のリン酸アルミニウム（キシダ化学社品）と硝酸セシウム（和光純薬工業社品）を混合、脱水し、グラファイト１重量％添加後、打錠成型、焼成（４５０℃、６時間）により得た成型品（直径５ｍｍ、厚み２ｍｍ）品を１６０ｍＬ、その上下部に外径５ｍｍのラッシヒリングを充填した。電気炉で触媒層及びラッシヒリング層を３６０℃に保ち、上部より、３−（１’−ピペラジニル）−１，２−プロパンジオール（１）１．６ｋｇ（１０モル）の水溶液（２モル％）を、ＧＨＳＶ＝１，５００Ｈｒ−１の速度で滴下した。また、希釈ガスとして窒素ガスをＧＨＳＶ＝７５０Ｈｒ−１で同伴させた。通液開始から３時間後、反応液を１時間かけて採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した結果、転化率は１００％であった。得られた成分をＧＣ−ＭＳ解析後、蒸留、カラムクロマトグラフによる単離を行い、ＮＭＲ、元素分析により解析したところ、上記した例示化合物１で示される２−ヒドロキシメチルトリエチレンジアミンであることを確認した。収率は４４％であった。その他の生成物は、１，５−ジアザビシクロ［３．２．２］ノナン−３−オール（５％）、また側鎖が脱離したピペラジン（２２％）及びトリエチレンジアミン（１％）であった。
【００４９】
実施例１
反応で得られた粗ヒドロキシメチルトリエチレンジアミン反応液の低沸点成分及び水を留去した後、大気圧下、１５０℃にて空気を反応液に対して９ｖｏｌ％／ｍｉｎ（酸素換算で１．９ｖｏｌ％／ｍｉｎ）の割合で１時間接触させた。接触させた酸素量は１１３ｖｏｌ％であった。
【００５０】
空気との接触後、分析によりヒドロキシメチルトリエチレンジアミンの純度に変化はなかったが、反応液の高沸点成分は１０．２％から１２．６％に上昇した。続いて、圧力３ｍｍＨｇ、釜底温度１６０〜２００℃、塔頂温度１００〜１２０℃、還流比３で蒸留を行い、低沸点成分を含むヒドロキシメチルトリエチレンジアミン留分を留去し、高沸点成分は蒸留塔底より抜き出した。続いて、得られた低沸点成分を含むヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを圧力３ｍｍＨｇ、釜底温度１４０℃、塔頂温度１１０〜１１５℃、還流比２０で蒸留を行い、低沸点成分を留去し、純度９９．６％のヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを蒸留塔底より採取した。得られたヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを窒素雰囲気下、１２０℃で４時間加熱した後のガードナー色数を表１に示す。
【００５１】
実施例２
実施例１において、得られたヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを１６０℃で加熱した以外は実施例１と同様の方法で行った。結果を表１に示す。
【００５２】
実施例３
反応で得られた粗ヒドロキシメチルトリエチレンジアミン反応液の低沸点成分及び水を留去した後、大気圧下、１５０℃にて空気を反応液に対して９ｖｏｌ％／ｍｉｎ（酸素換算で１．９ｖｏｌ％／ｍｉｎ）の割合で５時間接触させた。接触させた酸素量は５６７ｖｏｌ％であった。実施例１と同様の方法で蒸留精製を行い、純度９９．７％のヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを蒸留塔底より採取した。得られたヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを窒素雰囲気下、１２０℃で４時間加熱した後のガードナー色数を表１に示す。
【００５３】
実施例４
実施例３において、得られたヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを１６０℃で加熱した以外は実施例３と同様の方法で行った。結果を表１に示す。
【００５４】
比較例１
実施例１において、空気と接触させる操作を行なわない以外は実施例１と同様の方法で蒸留精製を行い、純度９９．７％のヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを蒸留塔底より採取した。得られたヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを窒素雰囲気下、１２０℃で４時間加熱した後のガードナー色数を表１に示す。
【００５５】
比較例２
比較例１において、得られたヒドロキシメチルトリエチレンジアミンを１６０℃で加熱した以外は比較例１と同様の方法で行った。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
0006657975.tif 000008
【００５７】
この表１から、実施例１〜４で得られたヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンの方が比較例１及び２で得られたヒドロキシアルキルトリエチレンジアミンよりもガードナー色数が小さく、熱履歴が抑制され、色相も改善していることが明らかとなった。