(57)【要約】【課題】アルキリデン基を有する有橋環式炭化水素を出発原料として、医薬、農薬、フォトレジスト原料等の精密化学品として有用なα−ハロゲノカルボン酸の三級アルキルエステルを簡便に且つ収率良く製造する方法を提供する。【解決手段】メチレン基を持つ有橋環式炭化水素とα−ハロゲノカルボン酸とを酸触媒の存在下で反応させてα−ハロゲノカルボン酸エステルを生成させた後、α−ハロゲノカルボン酸エステルを晶析分離することを特徴とするα−ハロゲノカルボン酸エステルの製造方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
メチレン基を持つ有橋環式炭化水素とα−ハロゲノカルボン酸とを酸触媒の存在下で反応させてα−ハロゲノカルボン酸エステルを生成させた後、α−ハロゲノカルボン酸エステルを晶析分離することを特徴とするα−ハロゲノカルボン酸エステルの製造方法。
【請求項２】
メチレン基を持つ有橋環式炭化水素が、２−メチレンアダマンタンであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
α−ハロゲノカルボン酸が、α−ブロモ酢酸又はα−クロロ酢酸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
晶析単離をアルコール類及び／又は水の存在下で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルキリデン基を持つ有橋環式炭化水素とα−ハロゲノカルボン酸とを酸触媒により反応させることによりα−ハロゲノカルボン酸エステルを製造する方法に関する。
本発明により得られる２−アルキルアダマンタン−２−イルブロモアセテートのようなα−ハロゲノカルボン酸の三級アルキルエステルは、医薬、農薬、フォトレジストの原料等、精密化学品として有用な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】
カルボン酸の３級エステル類を製造する方法としては、酸クロリドをアルコール類と反応させる方法が一般的であるが、この方法は過剰のアミンを用いる等の問題があり、これを解決するための手段として、アルキリデン基を有する有橋環式炭化水素と（メタ）アクリル酸類とを酸触媒存在下で反応させる方法が見出されている（特許文献１参照）。
一方、α−ハロゲノカルボン酸の三級アルキルエステルはα位に活性なハロゲン原子を有するために、ハロゲン原子部分に種々の官能基を導入し易く、様々な分野での原料中間体として有用な化合物である。
しかしながら、上記公知文献にはα−ハロゲノカルボン酸を反応させる例は全く記載されていない。
加えて、上記公知文献では薄膜蒸留により生成物を単離しているが、α−ハロゲノカルボン酸エステルの場合にはα−ハロゲノカルボン酸エステル基が強電子吸引性のためか、該エステルの熱安定性が低く、生成物の単離収率が必ずしも高くないことが判明した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、α−ハロゲノカルボン酸エステル類を工業的に製造するに当たり、簡便且つ収率よく目的物が得られる方法の出願が望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる事情に鑑み上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、例えば、２−メチレンアダマンタンのようなメチレン基を有する有橋環式炭化水素とα−ブロモ酢酸のようなα−ハロゲノカルボン酸とを酸触媒の存在下で反応させた後、得られたカルボン酸エステルを晶析分離することにより目的物が高収率で容易に取得できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち本発明の要旨は、メチレン基を持つ有橋環式炭化水素とα−ハロゲノカルボン酸とを酸触媒の存在下で反応させてα−ハロゲノカルボン酸エステルを生成させた後、α−ハロゲノカルボン酸エステルを晶析分離することを特徴とするα−ハロゲノカルボン酸エステルの製造方法に存する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、メチレン基を持つ有橋環式炭化水素とα−ハロゲノカルボン酸とを酸触媒の存在下で反応させた後、生成物であるα−ハロゲノカルボン酸エステルを晶析分離することを特徴とするものである。
【０００７】
（メチレン基を持つ有橋環式炭化水素）
本発明に用いられるメチレン基を持つ有橋炭化水素における、有橋炭化水素としては、特に限定されるものではないが、具体的には、ノルボルナン、４−メチレンテトラシクロ［６．２．１１，９．１３，  ６．０２，  ７］ドデカン、アダマンタン等の多環脂環式化合物が挙げられる。これらの環は、さらに反応に不活性な置換基を有していても良い。
このうち好ましくは、炭素数が１８以下、より好ましくは１５以下、特に好ましくは１２以下のものである。
【０００８】
上記メチレン基を持つ有橋炭化水素の具体例としては、２−メチレンノルボルナン、４−メチレンテトラシクロ［６．２．１１，９．１３，  ６．０２，  ７］ドデカン等のメチレンノルボルナン類；又は２−メチレンアダマンタン等のメチレンアダマンタン類が挙げられ、この中でも２−メチレンアダマンタンが好ましい。
上記メチレン基を持つ有橋炭化水素は、公知の方法に準じてまたはそれらを組み合わせることにより任意に製造することができるが、好ましくは２−メチルノルボルナン−２−オール、４−メチルテトラシクロ［６．２．１１，９．１３，６．０２，７］ドデカン−４−オール、２−メチルアダマンタン−２−オールといった３級アルコール類を脱水反応させることにより容易に製造することが出来る。特に、該脱水反応は、少量のカルボン酸化合物と酸触媒の存在下で行うことで、メチレン基を持つ有橋炭化水素を高い収率で得ることができるため好ましい。
【０００９】
（α−ハロゲノカルボン酸）
本発明のα−ハロゲノカルボン酸は、α−ブロモ酢酸、α−クロロ酢酸、α−ヨード酢酸、α−ブロモプロピオン酸、α−クロロプロピオン酸、α−ブロモ酪酸、α−クロロ酪酸等の、臭素、塩素またはヨウ素原子といったハロゲン原子をα位に有するカルボン酸類、好ましくは飽和の脂肪族カルボン酸類が挙げられる。
このうち好ましくは炭素数２〜４、より好ましくは炭素数２のカルボン酸が挙げられ、特にはブロモ酢酸又はクロロ酢酸が好ましい。
【００１０】
上記α−ハロゲノカルボン酸の使用量については、用いる触媒の種類・量により異なるが、通常、原料のメチレン基を持つ有橋環式炭化水素に対して、等モル量前後以上用いればよく、具体的には、０．９モル倍以上、好ましくは等モル以上、より好ましくは２モル倍以上である。但し、あまり多すぎるとコスト及び後処理の点で好ましくないため、通常、１００モル倍以下、好ましくは５０モル倍以下、より好ましくは１０モル倍以下である。
【００１１】
（酸触媒）
本発明の方法に用いられる酸触媒は、上記公知文献に記載の酸触媒と同様のものを用いることができる。具体的には、１）塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸類；ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、クレゾールスルホン酸、メタンスルホン酸等の有機スルホン酸；スルホン酸型のイオン交換樹脂等のブレンステット酸触媒、２）三フッ化ホウ素及びその錯体（以下、三フッ化ホウ素（錯体）と略記することがある）、無水ハロゲン化亜鉛、無水ハロゲン化アルミニウム、無水ハロゲン化アルキルアルミニウム、無水ハロゲン化鉄、ハロゲン化錫、イッテルビウムトリフラート等のトリフルオロメタンスルホン酸の金属塩、等の一般的に用いられるルイス酸類；チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の第４族金属無水ハロゲン化物又はアルコキシド等が挙げられ、この中、上記酸又はその水溶液のｐＫａが６以下のものが好ましく、特には、有機スルホン酸触媒及び三フッ化ホウ素触媒が好ましい。これらの酸触媒は、単一で用いても、また、これらを組み合わせて用いてもよい。
酸触媒の使用量については、触媒の種類により異なるが、一般的には原料の有橋環式炭化水素に対して、０．０１〜５０モル％、好ましくは０．１〜２０モル％、更に好ましくは０．５〜５モル％である。
【００１２】
（エステル化反応）
エステル化反応は、上記公知文献に記載されているのと同様の手法、例えば反応器に原料のメチリデン基を持つ有橋環式炭化水素、α−ハロゲノカルボン酸及び酸触媒を、所望により溶媒と共に仕込み、所定の温度、時間で好ましくは撹拌しながら行われる。
本発明の方法においては、無溶媒でも、反応系において安定な溶媒を使用することもできる。
ブレンステッド酸を触媒として使用する場合は、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等の脂肪族飽和炭化水素類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン類；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロルベンゼン等のハロゲン化炭化水素類等の非プロトン性溶媒が使用できる。更にプロトン性溶媒としては、反応基質でもα−ハロゲノカルボン酸を溶媒として使用することも可能である。
【００１３】
また、ルイス酸を触媒として使用する場合には、上記ブレンステッド酸類を使用する際に用いることができる溶媒の中、エーテル類、ラクトン類等触媒に強い配位性を示す溶媒以外は、ブレンステッド酸使用の際と同様の溶媒を使用することが可能である。
これら溶媒の使用量は一概に決められず任意であるが、一般には原料であるアルキリデン基を持つ有橋環式炭化水素化合物に対する重量倍で０．０１〜１０００倍、好ましくは０．１〜５００倍の範囲である。
本発明の付加反応は発熱反応であり、その平衡定数から明らかなように低温ほど生成物収率の向上に有利である。反応温度は、通常１５０℃以下、好ましくは５０℃以下、特に好ましくは３０℃以下で行われるが、あまり低すぎると操作及び設備コスト等の問題があるため、工業的には通常、−８０℃以上、好ましくは−５０℃以上、より好ましくは−３０℃以上、さらに好ましくは−２０℃以上の範囲で行われる。
【００１４】
反応時間は反応温度によって最適反応時間が変化するが、一般的には０．０１〜５０時間、好ましくは０．１〜２０時間、更に好ましくは０．１〜１０時間の範囲である。
反応の雰囲気は特に限定されないが、系内に水分が混入した場合にはルイス酸触媒の失活が起きたり、原料であるアルキリデン基を持つ有橋環式炭化水素化合物の変質が起こるため、水分の混入が無いように窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で実施するのが好ましく、また、用いる原料基質や溶媒類についても水分除去したものを用いるほうが好ましい。
【００１５】
本反応においては、例えば、２−アルキリデンアダマンタンに所定量のα−ハロゲノカルボン酸と酸触媒ならびに反応溶媒を加え、所定温度でエステル化させて２−アルキルアダマンタン−２−イル  α−ハロゲノカルボキシレートを製造させるといった反応形態をとることもできるし、又、２−アルキルアダマンタン−２−オール等の３級アルコール類をｐ−トルエンスルホン酸等の酸触媒存在下で脱水反応させて２−アルキリデンアダマンタン等のメチレン基を有する有橋環式炭化水素を得る際に、所定量のα−ハロゲノカルボン酸を共存させることで、アルコール体から反応系中でメチレン基を有する有橋環式炭化水素を発生させつつ、エステル化反応を行なうと言った反応形態（１段反応）で２−アルキルアダマンタン−２−イル  α−ハロゲノカルボキシレート等の目的とするエステル体を製造させることもできる。
本反応は回分操作の下に行うこともできるが、適当な反応装置を使用すれば連続操作でも実施可能である。
【００１６】
（晶析分離方法）
上記エステル化反応を所定時間行った後、例えば、エステル化反応温度下でアルカリ水溶液を添加する等の方法により、触媒を失活させることで反応を停止させる。
その後、過剰のα−ハロゲノカルボン酸を除去するために、アルカリ水溶液で抽出処理した後、目的物であるα−ハロゲノカルボン酸の三級アルキルエステルを含む有機相を必要に応じて濃縮した上で、アルコール類及び／又は水の存在下で生成物を晶析操作する。
上記アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール等の炭素数８以下、好ましくは炭素数４以下の脂肪族アルコール類が挙げられ、このうち好ましくはメタノール又はエタノールであり、特に好ましくはメタノールである。
上記有機層の濃縮の濃縮割合としては、有機層中の基質濃度にもよるが、好ましくは、基質の量に対して溶媒量が３重量倍以下、好ましくは１重量倍以下、より好ましくは５０重量％以下、さらに好ましくは３０重量％以下、特に好ましくは２０重量％以下、最も好ましくは１０重量％以下に調整するのが、釜効率や晶析分離操作の観点から好ましい。本発明のα−ハロゲノカルボン酸エステルは、濃縮物からの生成物が析出開始するまでの時間長いため、濃縮率を高くしても問題ない。
本発明のα−ハロゲノカルボン酸エステルは、上記基質含有溶液又はスラリーに上記アルコール類及び／又は水を加え、必要に応じて、加熱により均一溶液にしてから、放置する又は冷却する等の操作を行うことで得ることができる。但し、上述の溶解操作において、あまり高温で長時間かけて行うと生成物とアルコール類とのエステル交換反応が起こる可能性があるため、通常、５０℃以下、好ましくは４０℃以下で１時間以内、好ましくは０．５時間以内に溶解させるのが好ましい。
【００１７】
上記アルコール系溶媒及び／又は水の使用量としては、上記の濃縮率や晶析温度にもよるので一概には言えないが、基質量に対する重量倍で０．５〜１００倍、好ましくは１〜５０倍、更に好ましくは１〜１０倍の範囲である。
晶析温度としては、通常５０℃以下、好ましくは４０℃以下、特に好ましくは３０℃以下であるが、あまり低すぎると操作及び設備コスト等の問題があるため、通常、−３０℃以上、好ましくは−２０℃以上、特に好ましくは−１０℃以上で行われる。
また、本晶析操作においては、目的物であるα−ハロゲノカルボン酸エステルを種結晶として少量添加して操作することで晶析効率を高めることが可能である。
さらに収率向上を目的として、上記晶析操作で残った母液から晶析操作を繰り返してもよい。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
（参考例）
本発明の目的化合物であるα−ハロゲノカルボン酸の三級アルキルエステルの代表例として２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテートを用い、公知文献に記載のアクリレートの代表例として２−メチルアダマンタン−２−イルメタアクリレートとの熱安定性の比較を行った。具体的には、各エステル化合物０．１５ｇを仕込んだガラス管を１２０℃の油浴上で４時間加熱して、残存エステル量を１Ｈ−ＮＭＲ分析装置により分析した。  結果を下記する。
【００１９】
【表１】
2004244340.tif 000002
【００２０】
（実施例１）
５００ｍｌ丸底フラスコに、２−メチレンアダマンタン３０．００ｇ（２０２．１９ｍｍｏｌ）、α−ブロモ酢酸８５．８６ｇ（６１７．８４ｍｍｏｌ）、及びトルエン２００ｍｌを仕込み、系内を窒素ガスで置換した。
この内容物にｐ−トルエンスルホン酸一水和物（以下ＰＴＳＨと略す）０．１９２ｇ（１．０１ｍｍｏｌ）を加え、室温で２時間撹拌しながらエステル化反応を行った。
このとき、内容物組成を確認するために一部を採取し、１５％炭酸ナトリウム水溶液／トルエン溶液を加え、抽出操作を行ってから、分液してトルエン相を分離した。得られたトルエン相をガスクロマトグラフィーを用いて生成物の定量分析を行ったところ、以下のような組成であった。
【００２１】
【表２】
2004244340.tif 000003
引き続き、上記エステル化反応生成液を窒素下で１Ｌ丸底フラスコに移動して−４℃まで冷却し、これに三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を２．８７ｇ（２０．２２ｍｍｏｌ）加え、−４℃で内容物を２時間撹拌させてエステル化反応を継続して実施し、反応終了後、同温度で１５％炭酸ナトリウム水溶液２５０ｍｌをゆっくりと反応生成液に加えて３０分間攪拌した後、内容物を分液ロートに移し、水相と油相に分離した。この油相を各１００ｍｌのイオン交換水で３回洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて３０分撹拌することによって残留水分を除去した。
得られた生成液について、４５℃水浴上でトルエンを減圧留去させ、粗エステル化生成物を得、ガスクロマトグラフィーを用いて生成物の定量分析を行った結果を下記に示す。
【００２２】
【表３】
２−メチルアダマンタン−２−オール＝０．７２％
２−メチレンアダマンタン＝７．８２％
２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテート＝８８．４６％
【００２３】
上記で得られた粗エステル化生成物にメタノール１００ｍｌを加えて均一の溶液にした後、０℃で３時間静置させて、目的生成物である２−メチルアダマンタン−２−イルブロモアセテートを晶析させ、これを濾過して、結晶と母液とに分離した後、結晶を再度５０ｍｌのメタノールに溶解させ、再結晶化を行い、白色結晶（３４．９２ｇ）を得た。これをガスクロマトグラフィー分析装置にて定量分析を行った結果は下記の通りである。
【００２４】
【表４】
２−メチルアダマンタン−２−オール＝０．００％
２−メチレンアダマンタン＝０．５５％
２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテート＝９９．１０％
【００２５】
（実施例２）
容量５００ｍｌの丸底フラスコに還流冷却器を付したディーンシュタルク水滴分離器を取り付け、ここに２−メチルアダマンタン−２−オールを３０．０００ｇ（１８０．３２ｍｍｏｌ）、α−ブロモ酢酸を６２．４３０ｇ（４４９．３０ｍｍｏｌ）、ＰＴＳＨ触媒を０．１７２ｇ（０．９０ｍｍｏｌ）、トルエンを３００ｍｌ仕込み、系内ガスを窒素で置換した。  次ぎに、油浴上でトルエン還流条件に加熱して７０分撹拌しながら、系中で２−メチレンアダマンタンを発生させながら、これをエステル化させた。
反応終了後、水滴分離器を通じて合計１５０ｍｌのトルエンを留去した後、反応器を室温まで冷却した。ここで得られた反応生成液の一部を採取して、室温で１５％−炭酸ナトリウム水溶液／トルエン溶液で処理し、分離したトルエン相をガスクロマトグラフィーを用いて生成物の定量分析を行った結果を以下に示す。
【００２６】
【表５】
２−メチルアダマンタン−２−オール＝０．３６％
２−メチレンアダマンタン＝４０．６２％
２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテート＝５７．２９％
この反応液を、引き続き、窒素下で１Ｌ丸底フラスコに移動して−２℃まで冷却し、これに三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を４．８８ｇ（３４．４０ｍｍｏｌ）加え、−２℃で内容物を２時間撹拌させてエステル化反応を継続して実施し、反応終了後、同温度で１５％炭酸ナトリウム水溶液２５０ｍｌをゆっくりと反応生成液に加えて３０分間攪拌した後、内容物を分液ロートに移し、水相と油相に分離した。この油相を各１００ｍｌのイオン交換水で３回洗浄し、無水硫酸ナトリウムを加えて３０分撹拌することによって残留水分を除去した。
得られた生成液について、４５℃水浴上でトルエンを減圧留去させ、粗エステル化生成物を得、ガスクロマトグラフィーを用いて生成物の定量分析を行った結果を下記に示す。
【００２７】
【表６】
２−メチルアダマンタン−２−オール＝０．０％
２−メチレンアダマンタン＝６．６７％
２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテート＝９０．２６％
【００２８】
上記で得られた粗エステル化生成物にメタノール１００ｍｌを加えて均一の溶液にした後、７℃で一夜静置させて２−メチルアダマンタン−２−イルブロモアセテートを晶析させ、これを濾過して結晶と母液とに分離した後、結晶を再度５０ｍｌのメタノールに溶解させて再結晶化を行い、白色結晶（３０．６１ｇ）を得た。これをガスクロマトグラフィー分析装置にて定量分析を行った結果は下記の通りである。
【００２９】
【表７】
２−メチルアダマンタン−２−オール＝０．００％
２−メチレンアダマンタン＝０．９０％
２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテート＝９８．７５％
さらに上記母液から溶媒を留去した後に再度メタノール８０ｍｌを添加し、０℃で晶析させたところ、純度９４．４％で２−メチルアダマンタン−２−イル  ブロモアセテートの白色結晶が９．９２ｇ得られた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によればアルキリデン基を持つ有橋環式炭化水素を出発原料として、医薬、農薬、フォトレジスト原料等の精密化学品として有用な、α−ハロゲノカルボン酸の三級アルキルエステルを簡便に、且つ収率よく製造することができる。