(57)【要約】【課題】不純物の副生（重合）を抑制しながら高純度の酸無水物を高収率で製造する方法を開発すること。【解決手段】カルボン酸、好適には重合性基を有するカルボン酸とスルホニルハライド化合物とを三級アミン、または三級アミンと無機塩基の存在下で反応させて酸無水物を製造する方法において、三級アミンを、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量使用するか、または三級アミンおよび無機塩基を、その合計が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量であり、且つ少なくともその内の０．０５倍当量が三級アミンで占められるように使用する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルボン酸とスルホニルハライド化合物とを三級アミンの存在下に反応させて酸無水物を製造する方法であって、三級アミンを、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量使用することを特徴とする酸無水物の製造方法。
【請求項２】
カルボン酸とスルホニルハライド化合物とを三級アミンおよび無機塩基の共存下で反応させて酸無水物を製造する方法であって、三級アミンおよび無機塩基を、その合計が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量であり、且つ少なくともその内の０．０５倍当量が三級アミンで占められるように使用することを特徴とする酸無水物の製造方法。
【請求項３】
カルボン酸が、重合性基を有するものである請求項１または請求項２記載の酸無水物の製造方法。
【請求項４】
下記式（Ｉ）
【化１】
2004035523.tif 000008
（但し、Ｒ１は置換基を有していても良い重合性不飽和炭化水素基である。）
で示されるカルボン酸と、下記式（ＩＩ）
【化２】
2004035523.tif 000009
（但し、Ｒ２はアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基、またはアリール基であり、Ｘはハロゲン原子である。）
で示されるスルホニルハライド化合物とを反応させて、下記式（ＩＩＩ）
【化３】
2004035523.tif 000010
で示される酸無水物を製造する請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸無水物の製造方法。
【請求項５】
カルボン酸が、アクリル酸またはメタクリル酸である請求項１〜４の何れか一項に記載の酸無水物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸無水物の工業的な製造方法に関する。酸無水物はアミド化、エステル化などに有用なアシル化剤として使用される。
【０００２】
【従来の技術】
酸無水物の製造方法としては、無水酢酸のような低分子量の酸無水物と高分子量のカルボン酸（例えばＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．　６３　６９９（１９４１））、あるいは低分子量の酸無水物と高分子量のカルボン酸クロライドとを反応させて高分子量の酸無水物を生成させ、副生する低分子量のカルボン酸またはカルボン酸クロライドを、溶媒との共沸などで取り除く方法が公知である（例えば特開平５−３３９１９４号公報）。しかし、この方法では、低分子量の酸無水物の製造は困難であり、収率も低かった。また熱に対して不安定な酸無水物にも適用できなかった。
【０００３】
低分子量の酸無水物を製造し得る方法としては、酸ハロゲン化物とカルボン酸（例えば特開平９−１０４６４２号公報）、あるいは酸ハロゲン化物とカルボン酸金属塩を反応させ、酸または金属塩を取り除く方法が知られている（例えば、Ｊ．　Ｏｒｇ．　Ｃｈｅｍ．　６０（７）　２２７１（１９９５））。しかし、この方法も、収率が満足できるものではなく、また、酸ハロゲン化物を用いての反応が安定性に劣るものであった。
【０００４】
こうしたなか、低分子量の酸無水物を収率良く製造する方法として、カルボン酸にメタンスルホニルクロライドを、トリエチルアミンの存在下で反応させる例が知られている（Ｊ．　Ｃｈｅｍ．　Ｒｅｓ．，　Ｓｙｎｏｐ．　３　１００（１９８４））。この方法では、カルボン酸２当量に対して、メタンスルホニルクロライドを、分解して生じる酸分（塩酸及びメタンスルホン酸）で示して２．１当量、トリエチルアミン３．３３当量（メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して１．６７倍当量）を用いてテトラヒドロフラン中、−１５℃で反応している。反応後はテトラヒドロフランを減圧留去し、酢酸エチルを加えて炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄後、有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去することで目的の酸無水物を得ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この反応は、原料のカルボン酸及びメタンスルホニルクロライドに比べて大過剰のトリエチルアミンを使用しているため、反応性が激しく副反応が生じ易く、さらに収率改善の余地があった。特に、カルボン酸が（メタ）アクリル酸等の重合性基を有する化合物である場合は、上記三級アミンの過剰下で反応を実施すると、酸無水物を形成後にそれらがかなりの割合で重合し、目的物の収率を大きく低下させることが発覚した。
【０００６】
また、多量のトリエチルアミンを使用する上記方法では、反応後に水洗を行っても、臭気が強い該化合物の十分な除去が行い難かった。
【０００７】
さらに、このようにトリエチルアミンを大過剰に用いる方法では、水洗により生じた廃液にも、該トリエチルアミンに由来する塩が多量に含有されてしまい、廃液処理の面からも問題であった。
【０００８】
以上から、酸無水物を、高収率、高純度で製造でき、反応液からの目的物の精製や廃液処理も容易な方法を開発することが望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を続けてきた。その結果、カルボン酸とスルホニルハライド化合物との反応系に、特定量の三級アミン、さらには特定量の三級アミンと無機塩基とを存在させることにより、上記課題が解決できることを見出し本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、カルボン酸とスルホニルハライド化合物とを三級アミンの存在下に反応させて酸無水物を製造する方法であって、三級アミンを、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量使用することを特徴とする酸無水物の製造方法である。
【００１１】
また、本発明は、カルボン酸とスルホニルハライド化合物とを三級アミンおよび無機塩基の共存下で反応させて酸無水物を製造する方法であって、三級アミンおよび無機塩基を、その合計が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量であり、且つ少なくともその内の０．０５倍当量が三級アミンで占められるように使用することを特徴とする酸無水物の製造方法も提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明において、出発原料であるカルボン酸は、公知の脂肪酸、脂環族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が制限なく使用できる。これらのカルボン酸は、炭素数１〜２０のものが好ましい。
【００１３】
カルボキシル基に結合する炭化水素基は、置換基を有していても良い。こうした置換基としては、例えば、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子；メトキシ基、エトキシ基、プロポキ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ペンチルオキシ基等のアルコキシ基；シクロプロポキシ基、シクロヘキシル基等のシクロアルキルオキシ基；ベンジルオキシ基等のアラルコシ基；フェノキシ基等のアリール基；ニトロ基、アミノ基、イミノ基、カルバモイル基、ヒドラジノカルバモイル基、シアノ基、イソシアノ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、ホルミル基、チオホルミル基、オキソ基、チオキソ基、ヒドロキシ基、メルカプト基等が挙げられ、これらは、二個以上結合していても良い。
【００１４】
これらカルボン酸の具体例としては、後述する特に好適な重合性基を有するものを除いて示せば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、ヘプタン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、クロトン酸、３−メチルクロトン酸、プロピオル酸、イソクロトン酸、エライジン酸、プロピオール酸等の脂肪酸；シクロプロパンカルボン酸、シクロブタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘプタンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸、シクロヘキセンカルボン酸等の脂環族カルボン酸；フェニル酢酸、安息香酸、ｏ−トルイル酸、ｍ−トルイル酸、ｐ−トルイル酸、ｏ−ニトロ安息香酸、ｍ−ニトロ安息香酸、ｐ−ニトロ安息香酸、ｏ−メトキシ安息香酸、ｍ−メトキシ安息香酸、ｐ−メトキシ安息香酸、ｏ−クロロ安息香酸、ｍ−クロロ安息香酸、ｐ−クロロ安息香酸、１−ナフタレンカルボン酸、２−ナフタレンカルボン酸、ｃｉｓ−ケイ皮酸、ｔｒａｎｓ−けい皮酸、プロピオール酸などの芳香族カルボン酸；テトラヒドロフランカルボン酸、焦性粘液酸、３−焦性粘液酸等の複素環カルボン酸等が挙げられる。
【００１５】
また、本発明においてカルボン酸は、グリオキシル酸、ピルビン酸、アセト酢酸、メソシュウ酸、オキサル酸、レブリン酸等のオキソ酸や、アミノ基が保護されたアミノ酸誘導体等も好適に使用できる。これらのカルボン酸は混合物であっても良い。
【００１６】
前述したようにこれらカルボン酸のうちでも、重合性基を有する化合物は、過剰な三級アミンの存在下でスルホニルハライド化合物と反応させると、重合反応が併発し副生成物が生成して、酸無水物の大幅な収率低下を招く。これに対して、本発明の方法によれば、上記重合性基を有するカルボン酸の副次的な重合反応を大きく抑制することができ、酸無水物の収率向上効果が特に顕著に発揮させることができる。
【００１７】
上記重合性基を有するカルボン酸は、通常、下記式（Ｉ）
【００１８】
【化４】
2004035523.tif 000002
【００１９】
（但し、Ｒ１は置換基を有していても良い重合性不飽和炭化水素基である。）
で示されるものが用いられる。
【００２０】
ここで、重合性不飽和炭化水素基とは、付加重合を生じせしめる公知の炭化水素基が制限なく対象となる。具体的には、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、２−プロペニル基、３−ブテニル基、３−メチル−３−ブテニル基、１，３−ブタジエニル基、４−ペンテニル基、４−メチル−４−ペンテニル基、１，４−ペンタジエニル基、２，４−ペンタジエニル基、５−ヘキセニル基、５−メチル−５−ヘキセニル基、１，５−ヘキサジエニル基、２，５−ヘキサジエニル基、３，５−ヘキサジエニル基、６−ヘプテニル基、６−メチル−６−ヘプテニル基、７−オクテニル基、７−メチル―７−オクテニル基、１−プロペニル基，２−ブテニル基等の重合性二重結合を有する炭素数１〜１５の脂肪族炭化水素基；ｏ−ビニルシクロヘキシル基、ｍ−ビニルシクロヘキシル基、ｐ−ビニルシクロヘキシル基、ビニルシクロプロピル基、ビニルシクロオクチル基等の重合性二重結合を有する炭素数１〜１５の脂環族炭化水素基；ｏ−ビニルフェニル基、ｍ−ビニルフェニル基、ｐ−ビニルフェニル基、スチリル基等の重合性二重結合を有する炭素数６〜１５の芳香族炭化水素基；エチニル基、２−プロピニル基、３−ブチニル基、４−ペンチニル基、５−ヘキシニル基、６−ヘプチニル基、７−オクチニル基、などの炭素数１〜１５の重合性三重結合を有する炭化水素基等が挙げられる。このうち、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ビニルフェニル基等の分子末端に重合性二重結合を有する炭化水素基が特に効果が顕著である。
【００２１】
なお、これらの重合性不飽和炭化水素基には、その重合性を大きく阻害しないかぎり、前記したような置換基が結合していても良い。こうした重合性基を有するカルボン酸としては、具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、ｏ−ビニルシクロヘキサンカルボン酸、ｍ−ビニルシクロヘキサンカルボン酸、ｐ−ビニルシクロヘキサンカルボン酸、ｏ−ビニル安息香酸、ｍ−ビニル安息香酸、ｐ−ビニル安息香酸、ビニル酢酸、２−プロペニルカルボン酸、３−ブテニルカルボン酸、３−メチル−３−ブテニルカルボン酸、１，３−ブタジエニルカルボン酸、４−ペンテニルカルボン酸、４−メチル−４−ペンテニルカルボン酸、１，４−ペンタジエニルカルボン酸、２，４−ペンタジエニルカルボン酸、５−ヘキセニルカルボン酸、５−メチル−５−ヘキセニルカルボン酸、１，５−ヘキサジエニルカルボン酸、２，５−ヘキサジエニルカルボン酸、３，５−ヘキサジエニルカルボン酸、６−ヘプテニルカルボン酸、６−メチル−６−ヘプテニルカルボン酸、７−オクテニルカルボン酸、７−メチル―７−オクテニル、ｏ−ビニルシクロシクロヘキシルカルボン酸、ｍ−ビニルシクロシクロヘキシルカルボン酸、ｐ−ビニルシクロシクロヘキシルカルボン酸、ｏ−ビニルフェニルカルボン酸、ｍ−ビニルフェニルカルボン酸、ｐ−ビニルフェニルカルボン酸、エチニルカルボン酸、２−プロピニルカルボン酸、３−ブチニルカルボン酸、４−ペンチニルカルボン酸、５−ヘキシニルカルボン酸、６−ヘプチニルカルボン酸、７−オクチニルカルボン酸、アトロパ酸等が挙げられ、このうちアクリル酸、メタクリル酸（以下、これらを（メタ）アクリル酸とする）を用いるのが最も好ましい。これらのカルボン酸は二種類以上の混合物であっても良い。
【００２２】
本発明における、もう一方の出発原料であるスルホニルハライド化合物は、公知のものが制限なく使用できる。一般には、下記式（ＩＩ）
【００２３】
【化５】
2004035523.tif 000003
【００２４】
（但し、Ｒ２はアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アラルキル基、またはアリール基であり、Ｘはハロゲン原子である。）
で示される化合物が使用される。
【００２５】
Ｒ２のアルキル基は、直鎖状、分岐状の何れのものでも良いが、反応性の観点から、炭素数は１〜１０のものが好ましく、さらに好ましくは３〜８のものがよい。具体的にアルキル基を例示すると、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｉｓｏ−ペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｉｓｏ−ヘキシル基、ｔｅｒ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｉｓｏ−ヘプチル基、ｔｅｒｔ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｉｓｏ−オクチル基、ｔｅｒｔ−オクチル基等を例示できる。
【００２６】
シクロアルキル基としては、炭素数が３〜８のものが好ましく、具体的にはシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が例示できる。
【００２７】
アラルキル基としては炭素数７〜１２のものが好ましく、具体的にはベンジル基、フェネチル基、ジメチルベンジル基、ナフチルメチル基等が例示できる。
【００２８】
アリール基としては炭素数６〜１２のものが好ましく、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が例示できる。
【００２９】
式（ＩＩ）中、Ｘはハロゲン原子である。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。入手の容易さから塩素原子が最も好ましい。
【００３０】
式（ＩＩ）の化学構造を有するスルホニルハライド化合物としては、具体的には以下のものが例示できる。
【００３１】
メタンスルホニルフルオライド、メタンスルホニルクロライド、メタンスルホニルブロマイド、メタンスルホニルアイオダイド、エタンスルホニルフルオライド、エタンスルホニルクロライド、エタンスルホニルブロマイド、エタンスルホニルアイオダイド、ｎ−プロパンスルホニルフルオライド、ｎ−プロパンスルホニルクロライド、ｎ−プロパンスルホニルブロマイド、ｎ−プロパンスルホニルアイオダイド、ｉｓｏ−プロパンスルホニルフルオライド、ｉｓｏ−プロパンスルホニルクロライド、ｉｓｏ−プロパンスルホニルブロマイド、ｉｓｏ−プロパンスルホニルアイオダイド、ｎ−ペンタンスルホニルフルオライド、ｎ−ペンタンスルホニルクロライド、ｎ−ペンタンスルホニルブロマイド、ｎ−ペンタンスルホニルアイオダイド、ｉｓｏ−ペンタンスルホニルフルオライド、ｉｓｏ−ペンタンスルホニルクロライド、ｉｓｏ−ペンタンスルホニルブロマイド、ｉｓｏ−ペンタンスルホニルアイオダイド、ｔｅｒｔ−ペンタンスルホニルフルオライド、ｔｅｒｔ−ペンタンスルホニルクロライド、ｔｅｒｔ−ペンタンスルホニルブロマイド、ｔｅｒｔ−ペンタンスルホニルアイオダイド、ｎ−ヘキサンスルホニルフルオライド、ｎ−ヘキサンスルホニルクロライド、ｎ−ヘキサンスルホニルブロマイド、ｎ−ヘキサンスルホニルアイオダイド、ｉｓｏ−ヘキサンスルホニルフルオライド、ｉｓｏ−ヘキサンスルホニルクロライド、ｉｓｏ−ヘキサンスルホニルブロマイド、ｉｓｏ−ヘキサンスルホニルアイオダイド、ｔｅｒｔ−ヘキサンスルホニルフルオライド、ｔｅｒｔ−ヘキサンスルホニルクロライド、ｔｅｒｔ−ヘキサンスルホニルブロマイド、ｔｅｒｔ−ヘキサンスルホニルアイオダイド、ｎ−ヘプタンスルホニルフルオライド、ｎ−ヘプタンスルホニルクロライド、ｎ−ヘプタンスルホニルブロマイド、ｎ−ヘプタンスルホニルアイオダイド、ｉｓｏ−ヘプタンスルホニルフルオライド、ｉｓｏ−ヘプタンスルホニルクロライド、ｉｓｏ−ヘプタンスルホニルブロマイド、ｉｓｏ−ヘプタンスルホニルアイオダイド、ｔｅｒｔ−ヘプタンスルホニルフルオライド、ｔｅｒｔ−ヘプタンスルホニルクロライド、ｔｅｒｔ−ヘプタンスルホニルブロマイド、ｔｅｒｔ−ヘプタンスルホニルアイオダイド、ｎ−オクタンスルホニルフルオライド、ｎ−オクタンスルホニルクロライド、ｎ−オクタンスルホニルブロマイド、ｎ−オクタンスルホニルアイオダイド、ｉｓｏ−オクタンスルホニルフルオライド、ｉｓｏ−オクタンスルホニルクロライド、ｉｓｏ−オクタンスルホニルブロマイド、ｉｓｏ−オクタンスルホニルアイオダイド、ｔｅｒｔ−オクタンスルホニルフルオライド、ｔｅｒｔ−オクタンスルホニルクロライド、ｔｅｒｔ−オクタンスルホニルブロマイド、ｔｅｒｔ−オクタンヘプタンスルホニルアイオダイド、シクロプロパンスルホニルフルオライド、シクロプロパンスルホニルクロライド、シクロプロパンスルホニルブロマイド、シクロプロパンスルホニルアイオダイド、シクロブタンスルホニルフルオライド、シクロブタンスルホニルクロライド、シクロブタンスルホニルブロマイド、シクロブタンスルホニルアイオダイド、シクロペンタンスルホニルフルオライド、シクロペンタンスルホニルクロライド、シクロペンタンスルホニルブロマイド、シクロペンタンスルホニルアイオダイド、シクロヘキサンスルホニルフルオライド、シクロヘキサンスルホニルクロライド、シクロヘキサンスルホニルブロマイド、シクロヘキサンスルホニルアイオダイド、シクロヘプタンスルホニルフルオライド、シクロヘプタンスルホニルクロライド、シクロヘプタンスルホニルブロマイド、シクロヘプタンスルホニルアイオダイド、シクロオクタンスルホニルフルオライド、シクロオクタンスルホニルクロライド、シクロオクタンスルホニルブロマイド、シクロオクタンスルホニルアイオダイド、ベンゼンスルホニルフルオライド、ベンゼンスルホニルクロライド、ベンゼンスルホニルブロマイド、ベンゼンスルホニルアイオダイド、ｏ−トルエンスルホニルフルオライド、ｏ−トルエンスルホニルクロライド、ｏ−トルエンスルホニルブロマイド、ｏ−トルエンスルホニルアイオダイド、ｍ−トルエンスルホニルフルオライド、ｍ−トルエンスルホニルクロライド、ｍ−トルエンスルホニルブロマイド、ｍ−トルエンスルホニルアイオダイド、ｐ−トルエンスルホニルフルオライド、ｐ−トルエンスルホニルクロライド、ｐ−トルエンスルホニルブロマイド、ｐ−トルエンスルホニルアイオダイド等を挙げることができる。
【００３２】
中でも、臭気性が低く作業性が良いこと、さらには、入手の容易さ、反応後に生成する塩の水溶性の高いことなどから、メタンスルホニルクロライド、ベンゼンスルホニルクロライド、ｐ−トルエンスルホニルクロハライドなどの、Ｒ２がアリール基であり、Ｘが塩素の化合物が好ましい。
【００３３】
さらに、反応に用いる三級アミンは、三級のアミノ基を有している化合物であれば、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミンのいずれもが制限なく使用できる。また、ジアミン等のアミノ基を複数有するものであっても良い。さらに、窒素原子を複素環の構成原子として含む環式アミンであっても良い。具体的には以下のものが例示できる。
【００３４】
トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルイソプロピルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’　，Ｎ’　−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’　，Ｎ’　−テトラメチルプロパンジアミン等の脂肪族三級アミン及び脂環族三級アミン；　Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルベンジルアミン等の芳香族アミン；ピリジン、４−メチルモルホリン、４−エチルモルホリン、４−ブチルモルホリン、Ｎ−メチルピロリジン、Ｎ−エチルピロリジン、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−エチルピペリジン、Ｎ−メチルインドリン、Ｎ−メチルイソインドリンＮ−メチルインドール、Ｎ−メチルイソインドール、Ｎ−メチルピロール等の環式アミン等を挙げることができる。
【００３５】
中でも、トリエチルアミン、トリブチルアミン等の窒素原子に炭素数２〜４のアルキル基が結合する第三アミン、及びピリジン、４−メチルモルホリン、４−エチルモルホリン、４−ブチルモルホリン、Ｎ−メチルピペリジン、Ｎ−エチルピペリジン、Ｎ−ブチルピペラジン、Ｎ−メチルピロリジン等の環式アミンが、反応後の塩の水溶性が高く、洗浄が容易であるため好ましい。
【００３６】
本発明の最大の特徴は、上記カルボン酸とスルホニルハライド化合物とを三級アミンの存在下で反応させるに際して、三級アミンの使用量を、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量、より好適には０．９〜１．１倍当量の範囲に厳格に規定することである。
【００３７】
スルホニルハライド化合物は、本発明の反応系において２モルのカルボン酸から１モルの酸無水物を生成させる一方で、スルホニルイオンとハロゲンイオンとが酸を形成し、これが三級アミンと反応してハロゲン化水素塩及びスルホン酸塩としてトラップされる。上記本発明で規定する三級アミンの使用量は、これらスルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分の当量に対する、塩基としての当量の倍数で示したものである。
【００３８】
しかして、このように三級アミンの使用量を、狭い少量の範囲に特定することにより、本発明では、副生成物の生成を大きく抑制することができ、高純度の酸無水物を高収率で製造することが可能になる。しかも、反応終了後、反応液には、三級アミンの残留量が少ないため、生成物である酸無水物の精製や廃液処理の操作性が格段に向上する。
【００３９】
ここで、三級アミンの使用量が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して１．２倍当量よりも多い場合、副生物が生じ易くなり、酸無水物の収率が低減する。他方、該三級アミンの使用量が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９倍当量よりも少ない場合、得られる酸無水物の収率が低下する。
【００４０】
本発明の課題をさらに良好に解決するためには、カルボン酸とスルホニルハライド化合物とを反応させるに際して、上記三級アミンと共に無機塩基を併用し、その合計が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９〜１．２倍当量、より好適には０．９０〜１．１０倍当量であり、且つ少なくともその内の０．０５倍当量、より好適には０．１〜０．９倍当量、最も好適には０．１〜０．５倍当量が三級アミンで占められるように使用するのが好ましい。
【００４１】
ここで、無機塩基は、通常、それ単独では上記酸無水物の生成反応をほとんど進行させないが、このように三級アミンと併用した場合には、反応に伴って生じる三級アミンのハロゲン化水素塩やスルホン酸塩を、再び三級アミンに遊離し、カルボン酸とスルホニルハライド化合物との反応に再使用させる効果を発揮する。
【００４２】
その反応機構は、次のようなものであると推察される。すなわち、カルボン酸とスルホニルハライド化合物との三級アミン存在下での反応は、三級アミンとしてトリエチルアミンを用いた場合で説明すると、以下の▲１▼▲２▼の二段階の反応により激しく進行すると思われる。
【００４３】
【化６】
2004035523.tif 000004
【００４４】
これに対して、反応系中に無機塩基を共存させると、無機塩基として炭酸ナトリウムを用いた場合で説明すると、下記式▲３▼
【００４５】
【化７】
2004035523.tif 000005
【００４６】
のように反応に伴って生じる三級アミンのハロゲン化水素塩やスルホン酸塩が、上記無機塩基の存在により再び三級アミンに遊離するものと推察される。
【００４７】
その結果、三級アミンの使用量を低減させても、反応した三級アミンが逐次再生されるため、穏やかな反応性で良好に反応を進行させることが可能になる。そして、該三級アミンの使用量を上記値に大きく低減させた場合には、反応の安定性は極めて良好になり、酸無水物はより高収率、且つ高純度で得ることができるものになる。
【００４８】
三級アミンと無機塩基の合計使用量が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して１．２倍当量よりも多い場合、副反応が生じ易くなり、酸無水物の収率が低減する。他方、該三級アミンと無機塩基の合計使用量が、スルホニルハライド化合物に由来して生じる酸分に対して０．９倍当量よりも少ない場合、反応性が低下し、酸無水物の収率が低下したり、反応に長時間を要するようになる。
【００４９】
また、上記三級アミンと無機塩基の合計使用量に占める三級アミンの使用量が、０．０５倍当量よりも少ない場合にも、反応性が低下し、酸無水物の収率が低下したり、反応に長時間を要するようになる。
【００５０】
使用される無機塩基としては、公知のものが何等制限なく使用することができる。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。なかでも、生成する酸無水物が加水分解を起こし難いことから、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素リチウムなどの炭酸塩がより好ましい。
【００５１】
本発明において、スルホニルハライド化合物の使用量は、特に制限されるものではないが、カルボン酸１モルに対して、スルホニルハライド化合物を０．４〜０．６モルとすることが好ましく、残存するカルボン酸を低減するために０．４５〜０．５モルがより好ましい。
【００５２】
ここで、スルホニルハライド化合物の使用量が、上記割合未満の場合は、得られる酸無水物の収率が低下する傾向がある。スルホニルハライド化合物が、カルボン酸１モルに対し、０．６モルを超える場合は、得られる酸無水物に未反応のスルホニルハライド化合物が残存して純度が低下する危険性が高まる。
【００５３】
反応は溶媒の存在下で行うことが好ましい。反応溶媒としては、反応原料及び反応生成物と反応しないものであれば何れの溶媒でも使用することが出来る。反応終了後に、水洗を行う場合において、溶媒置換を行わなくても良いため、非水溶性の溶媒を用いるのが好ましい。
【００５４】
具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタン、エチレンジクロライド等の含ハロゲン系溶媒等が例示できる。
【００５５】
これらの溶媒のうちでも、得られる酸無水物の沸点より、沸点の低い溶媒を使用することが、反応後の濃縮が容易になるので、好ましい。さらに反応後、副生する塩を水で洗浄する場合は、トルエン、塩化メチレン、クロロホルムのような、水と共沸する溶媒を用いることが、溶媒の留去時に、同時に脱水も可能となるのでより好ましい。
【００５６】
上記溶媒中へのカルボン酸の仕込濃度としては、攪拌性の観点から２５〜５０質量％とすることが好ましい。
【００５７】
本発明では、カルボン酸として、アクリル酸、メタクリル酸のような、重合性基を有するものを用いる場合には、重合禁止剤を共存させることが好ましい。重合禁止剤としては、反応原料及び反応生成物と反応しないものであれば何れのものでも使用することが出来る。
【００５８】
重合禁止剤としては、具体的にはｐ−メトキシフェノール、ハイドロキノン、フェノチアジン、テトラメチルピペラジンオキシル、住友化学工業（株）製商品名スミライザーＧＭ、スミライザーＴＰ−Ｄ、スミライザーＷＸ−Ｒ等を例示できる。
【００５９】
重合禁止剤の使用量は、カルボン酸に対して重量基準で０．０１〜５質量％が好ましい。
【００６０】
原料の仕込順序は、特に制限されるものではなく、各原料を一度に仕込んで反応を実施しても十分に効果的である。スルホニルハライド化合物と、無機塩基または三級アミンを先に仕込むと、これらが先に反応してしまい収率がやや下がる傾向があるため、これらの原料が混合されるよりも先に、カルボン酸とスルホニルハライド化合物とが混合されるような順序で実施するのが好ましい。
【００６１】
好適には、カルボン酸とスルホニルハライド化合物との混合物に、三級アミンを混合する順序で実施するのが好ましい。無機塩基を共用する場合は、該無機塩基は、三級アミンと同時またはその添加前後に行うのが良い。反応をより安定的に、また効率的に実施するためには、無機塩基は、三級アミンを添加して、仕込んだカルボン酸の一部とスルホニルハライド化合物の一部とを三級アミンの存在下で先に反応させた後に添加するのが好ましい。
【００６２】
反応を安全に行う観点で、最も実際的な仕込み順序は、＜１＞溶媒、＜２＞カルボン酸が重合性基を有する場合は重合禁止剤、＜３＞カルボン酸、＜４＞スルホニルハライドの順番に仕込み、適する反応温度に調整後、＜５＞三級アミンを滴下し、次いで、＜５＞無機塩基を滴下することで反応を開始する順序である。
【００６３】
三級アミンの滴下時間は溶媒、カルボン酸、スルホニルハライド化合物の種類によっても異なるため、通常１〜３０００分の範囲で適宜選択すればよい。
【００６４】
また、無機塩基を共用する場合、その滴下時間は、発熱量が低下するため通常１〜２５００分の範囲から使用するカルボン酸、スルホニルハライド化合物、溶媒に合わせて適宜選択すると良い。
【００６５】
反応温度は、三級アミンの種類のよっても異なるが好ましくは−１００℃〜溶媒の沸点、さらに好ましくは−７０〜９０℃の範囲が好ましい。三級アミンの使用量が少なく反応を穏やかに実施できるため、氷点下以下に高度に冷却しなくても比較的安定的に反応を実施することができる。特に、前記無機塩基を特定量共存させて反応を実施する態様においては、反応の安定性はさらに増し、５〜３０℃の範囲で設備的にあるいはエネルギー的に有利な条件で反応を実施することができる。
【００６６】
反応時間は反応温度やカルボン酸の安定性にもよるため、適宜選択すればよい。一般には、三級アミンの添加後０．１〜１０時間保持するのが好ましい。無機塩基を併用し、三級アミンの使用量を低減させた状態で反応を行う場合、反応がより穏やかに進行する関係上、該反応時間は比較的長い時間を要するようになり、一般に、三級アミン及び無機塩基の両者を添加後０．５〜５０時間保持するのが好ましい。
【００６７】
反応は常圧、加圧、減圧下、いずれにおいても行ってよい。
【００６８】
反応終了後、副生するスルホニルハライド化合物由来の塩および三級アミン由来の塩を抽出により水で洗浄する。あるいは同じく副生する塩を固液分離してもよい。この固液分離の方法としては、濾過あるいはデカンテーションが挙げられる。
【００６９】
この水による洗浄は反応系によっても異なるため水の使用量、洗浄回数は適宜選択する。二回目以降の洗浄において水の代わりに炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等で残存するカルボン酸やスルホニルハライド化合物を除去することも可能である。この場合、目的物である酸無水物の分解に十分注意し酸無水物の安定性を十分考慮し濃度、使用量、洗浄回数を決定する必要がある。
【００７０】
濾過あるいはデカンテーション後の反応液についても適宜水による洗浄を行ってもよい。
【００７１】
洗浄操作によって副生した塩を含有する水相に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウムなどを添加して、トリエチルアミンを遊離させ分液、あるいは蒸留などによりトリエチルアミンを回収して次回の製造に使用することも可能である。
【００７２】
洗浄もしくは固液分離した溶液は、必要により無水硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム等の脱水剤により脱水し、減圧留去により溶媒を除くことができる。減圧度および温度は、得られる無水物および溶媒の沸点によるため、適宜選択すればよい。
【００７３】
減圧留去時の温度あるいは減圧度が高すぎると得られるカルボン酸無水物自身が留去されて、収率低下するため特に注意する。
【００７４】
得られたカルボン酸無水物は必要に応じて減圧蒸留により精製してもよい。減圧度および温度は、得られる酸無水物の沸点にもよるため、酸無水物毎に適宜選択する。
【００７５】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００７６】
実施例１
窒素雰囲気下、温度計、攪拌機をとりつけた３Ｌ四つ口ガラス反応器に、塩化メチレン１２４０ｇ、重合禁止剤として住友化学工業（株）製商品名　スミライザーＧＭ１．０８ｇ（０．５質量％）、スミライザーＴＰ−Ｄ０．６５ｇ（０．３質量％）、スミライザーＷＸ−Ｒ０．６５ｇ（０．３質量％）、アクリル酸２１６ｇ（３．０ｍｏｌ）、メタンスルホニルクロライド１７２ｇ（１．５ｍｏｌ）、を添加して５℃に冷却した。
【００７７】
その後、トリエチルアミン３０４ｇ（３．０ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して等倍当量）を内温を３０℃以下に制御しながら２時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに１時間攪拌した。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により反応を追跡したところ転化率は９９％であった。
【００７８】
反応終了後、水３７５ｇを加え反応液を洗浄した。さらに水５６３ｇで２回洗浄を行い、塩化メチレンをエバポレイトした。得られたアクリル酸無水物の収量１７２ｇ、収率９１％、ＧＣ純度９８％、高分子量の副生成物は未検出であった。アクリル酸無水物の同定は、核磁気共鳴スペクトル、元素分析、質量スペクトルにより行い、以後の実施例、比較例においても該手法により行った。
【００７９】
比較例１
実施例１において、トリエチルアミンの使用量を４５５ｇ（４．５ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して１．５倍当量）に代えた以外は、実施例１に従って反応を実施した。
【００８０】
その結果、転化率は９９％で反応が実施でき、収量１５０ｇ、収率７９％、ＧＣ純度７４％で、アクリル酸無水物が製造できた。また、高分子量の副生成物２０％であった。
【００８１】
実施例２
ドライエアー雰囲気下、温度計、攪拌機をとりつけた３Ｌ四つ口ガラス反応器に、塩化メチレン１２４０ｇ、重合禁止剤として住友化学工業（株）製商品名　スミライザーＧＭ１．０８ｇ（０．５質量％）、スミライザーＴＰ−Ｄ０．６５ｇ（０．３質量％）、スミライザーＷＸ−Ｒ０．６５ｇ（０．３質量％）、アクリル酸２１６ｇ（３．０ｍｏｌ）、ベンゼンスルホニルクロライド２６４ｇ（１．５ｍｏｌ）、を添加して５℃に冷却した。
【００８２】
その後、トリエチルアミン３０４ｇ（３．０ｍｏｌ；ベンゼンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して等倍当量）を内温を３０℃以下に制御しながら２時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに１時間攪拌した。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により反応を追跡したところ転化率は９９％であった。
【００８３】
反応終了後、水３７５ｇを加え反応液を洗浄した。さらに水５６３ｇで２回洗浄を行い、塩化メチレンをエバポレイトした。収量１７２ｇ、収率９１％、ＧＣ純度９９％、高分子量の副生成物は未検出であった。
【００８４】
実施例３
窒素雰囲気下、温度計、攪拌機をとりつけた３Ｌ四つ口ガラス反応器に、トルエン１０００ｇ、重合禁止剤として住友化学工業（株）製商品名　スミライザーＧＭ１．２９ｇ（０．５質量％）、スミライザーＴＰ−Ｄ０．７７ｇ（０．３質量％）、スミライザーＷＸ−Ｒ０．７７ｇ（０．３質量％）、メタクリル酸２５８ｇ（３．０ｍｏｌ）、ｐ−トルエンスルホニルクロライド２８６ｇ（１．５ｍｏｌ）、を添加して１０℃に冷却した。
【００８５】
その後、トリエチルアミン３０４ｇ（３．０ｍｏｌ；ｐ−トルエンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して等倍当量）を内温を３０℃以下に制御しながら２時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに１時間攪拌した。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により反応を追跡したところ転化率は９９％であった。
【００８６】
反応終了後、水３７５ｇを加え反応液を洗浄した。さらに水５６３ｇで２回洗浄を行い、トルエンをエバポレイトした。収量２０８ｇ、収率９０％、ＧＣ純度９８％、高分子量の副生成物は未検出であった。
【００８７】
実施例４
窒素雰囲気下、温度計、攪拌機をとりつけた３Ｌ四つ口ガラス反応器に、トルエン１０００ｇ、重合禁止剤として住友化学工業（株）製商品名　スミライザーＧＭ１．２９ｇ（０．５質量％）、スミライザーＴＰ−Ｄ０．７７ｇ（０．３質量％）、スミライザーＷＸ−Ｒ０．７７ｇ（０．３質量％）、メタクリル酸２５８ｇ（３．０ｍｏｌ）、ベンゼンスルホニルクロライド２６５ｇ（１．５ｍｏｌ）、を添加して１０℃に冷却した。
【００８８】
その後、Ｎ−メチルモルホリン３０４ｇ（３．０ｍｏｌ；ベンゼンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して等倍当量）を内温を３０℃以下に制御しながら２時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに１時間攪拌した。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により反応を追跡したところ転化率は９９％であった。
【００８９】
反応終了後、水３７５ｇを加え反応液を洗浄した。さらに水５６３ｇで２回洗浄を行い、トルエンをエバポレイトした。収量２０８ｇ、収率９０％、ＧＣ純度９８％、高分子量の副生成物は未検出であった。
【００９０】
実施例５〜１６
実施例４において、表１に記載した溶媒、カルボン酸、三級アミンを、表１に示した量で使用した以外は、実施例４と同様に実施した。結果を表１に示した。
【００９１】
比較例２〜３
実施例１４において、Ｎ−メチルモルホリンの使用量を４５５ｇ（４．５ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して１．５倍当量）及び２０２ｇ（２．０ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．６７倍当量）に変更する以外、実施例１４と同様に実施した。
【００９２】
結果を表１に示した。
【００９３】
【表１】
2004035523.tif 000006
【００９４】
実施例１７
窒素雰囲気下、温度計、攪拌機をとりつけた３Ｌ四つ口ガラス反応器に、トルエン１２４０ｇ、重合禁止剤として住友化学工業（株）製商品名　スミライザーＧＭ１．０８ｇ（０．５質量％）、スミライザーＴＰ−Ｄ０．６５ｇ（０．３質量％）、スミライザーＷＸ−Ｒ０．６５ｇ（０．３質量％）、メタクリル酸２５８ｇ（３．０ｍｏｌ）、メタンスルホニルクロライド１７２ｇ（１．５ｍｏｌ）を添加して５℃に冷却した。
【００９５】
その後、Ｎ−メチルモルホリン３０ｇ（０．３ｍｏｌ；ベンゼンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．１倍当量）を内温を３０℃以下に制御しながら３０分かけて滴下した。さらに炭酸ナトリウム１４８ｇ（１．４ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．９３倍当量）滴下終了後、さらに１０時間攪拌した。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により反応を追跡したところ転化率は９９％であった。
【００９６】
反応終了後、水５００ｇを加え反応液を洗浄した。さらに水５６３ｇで２回洗浄を行い、塩化メチレンをエバポレイトした。得られたメタクリル酸無水物の収量２１７ｇ、収率９４％、ＧＣ純度９８％、高分子量の副生成物は未検出であった。
【００９７】
実施例１８
窒素雰囲気下、温度計、攪拌機をとりつけた３Ｌ四つ口ガラス反応器に、塩化メチレン１２４０ｇ、重合禁止剤として住友化学工業（株）製商品名　スミライザーＧＭ１．０８ｇ（０．５質量％）、スミライザーＴＰ−Ｄ０．６５ｇ（０．３質量％）、スミライザーＷＸ−Ｒ０．６５ｇ（０．３質量％）、アクリル酸２１６ｇ（３．０ｍｏｌ）、ベンゼンスルホニルクロライド２６５ｇ（１．５ｍｏｌ）を添加して５℃に冷却した。
【００９８】
その後、トリエチルアミン３０ｇ（０．３ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．１倍当量）を内温を３０℃以下に制御しながら３０分かけて滴下した。さらに炭酸ナトリウム１４８ｇ（１．４ｍｏｌ；ベンゼンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．９３倍当量）滴下終了後、さらに１０時間攪拌した。ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により反応を追跡したところ転化率は９９％であった。
【００９９】
反応終了後、水５００ｇを加え反応液を洗浄した。さらに水５６３ｇで２回洗浄を行い、塩化メチレンをエバポレイトした。得られたアクリル酸無水物の収量１８０ｇ、収率９５％、ＧＣ純度９８％、高分子量の副生成物は未検出であった。
【０１００】
実施例１９〜２６
実施例１８において、表２に記載した無機塩基、カルボン酸、三級アミンを、表２に示した量使用した以外は、実施例１８と同様に実施した。結果を表２に示した。
【０１０１】
比較例４〜５
実施例１８において、炭酸ナトリウムの使用量を２１２ｇ（２．０ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して１．３３倍当量、トリエチルアミンとあわせて１．４３倍当量）及び９５ｇ（０．９ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．６倍当量、トリエチルアミンとあわせて０．７倍当量）に変更する以外、実施例１８と同様に実施した。結果を表２に示した。
【０１０２】
比較例６
実施例１８において、トリエチルアミンの使用量を９．１ｇ（０．０９ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．０３倍当量）とし、炭酸ナトリウムの使用量を１５４ｇ（１．４５５ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．９７倍当量）に変更する以外、実施例１８と同様に実施した。結果を表２に示した。
【０１０３】
比較例７〜８
実施例２３において、炭酸ナトリウムの使用量を２１２ｇ（２．０ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して１．３３倍当量、トリエチルアミンとあわせて１．４３倍当量）及び９５ｇ（０．９ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．６倍当量、トリエチルアミンとあわせて０．７倍当量）に変更する以外、実施例２３と同様に実施した。結果を表２に示した。
【０１０４】
比較例９
実施例２３において、トリエチルアミンの使用量を９．１ｇ（０．０９ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．０３倍当量）とし、炭酸ナトリウムの使用量を１５４ｇ（１．４５５ｍｏｌ；メタンスルホニルクロライドに由来して生じる酸分に対して０．９７倍当量）に変更する以外、実施例２３と同様に実施した。結果を表２に示した。
【０１０５】
【表２】
2004035523.tif 000007
【０１０６】
【発明の効果】
本発明によれば、トリエチルアミン等の三級アミンの使用量を規定することで不純物の副生を抑制し、高純度の酸無水物を高収率に製造することができる。
【０１０７】
また、反応終了後、反応液にトリエチルアミンの残留量が少ないため、酸無水物の精製や廃液処理の操作性が向上する。