(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式II
【化１】
0004615809.tif 000005
［式中、
ＸはＣｌまたはＢｒを表し、
ＹはＨ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＣ1−Ｃ4アルキルを表し、そして
Ｒは独立してＨまたはＣ1−Ｃ4アルキルを表し、そして
Ｘは両方ともＣｌまたはＢｒのどちらかである］
の４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸の溶液中に、陽極から陰極に、直流または交流電流をＡｇ／ＡｇＣｌ（３.０Ｍ Ｃｌ-）基準電極に関して−０.４〜−１.７ボルトの陰極電位で通すことにより、該４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸を電気化学的に還元し、そして式Ｉの４−アミノ−３−ハロピコリン酸を生成物として回収することを含んでなる、式Ｉ
【化２】
0004615809.tif 000006
［式中、
Ｘ、ＹおよびＲは上記で定義した通りであり、
但しＸがＣｌである場合にはＹはＢｒではない、］
の４−アミノ−３−ハロピコリン酸の製造方法。
【請求項２】
式IIの化合物が
【化３】
0004615809.tif 000007
［式中、ＸおよびＹは請求項１で定義した通りである］
である請求項１の方法。
【請求項３】
４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸の溶液が塩基性水溶液である請求項１または２の方法。
【請求項４】
ＸがＣｌでありそして陰極電位が−０.８〜−１.７ボルトである請求項１〜３のいずれか１項の方法。
【請求項５】
ＹがＣｌである請求項１〜４のいずれか１項の方法。
【請求項６】
ＸがＢｒでありそして陰極電位が−０.４〜−１.１ボルトである請求項１〜３のいずれか１項の方法。
【請求項７】
ＹがＢｒである請求項６の方法。
【請求項８】
陰極が銀である請求項１〜７のいずれか１項の方法。
【請求項９】
銀陰極が苛性水溶液中での少なくとも＋０.３〜＋０.７ボルトの電位におけるアノード処理およびその後の逆分極により活性化されている請求項１〜８のいずれか１項の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は電気化学的還元によるある種の４−アミノピコリン酸類の製造に関する。より特に、本発明は３−および６−位置におけるハロゲン置換基の存在下でのハロゲン化された４−アミノピコリン酸類の５−位置におけるハロゲン置換基の選択的還元に関する。
【０００２】
５−位置に水素を含有するある種の４−アミノ−３−ハロピコリン酸誘導体が除草剤として有用であることが最近見いだされた。これらの除草剤を対応する５−ハロ誘導体から製造することができることが望ましく、それらの多くは例えば４−アミノ−３,５,６−トリクロロ−ピコリン酸（ピクロラム(picloram)）のように市販されている。
【０００３】
例えば、ヒドラジンを還元剤として使用する米国特許第４,０８７,４３１号を参照すればわかるように、ハロゲン化されたピリジン類の化学的還元は既知であるが、物質利用効率は劣悪であり且つ価格が比較的高い。他方、電解還元は非常に効率的で且つ選択的でありうる。米国特許第３,６９４,３３２号は、４−位置におけるハロゲン化されたピリジン類およびハロゲン化されたシアノピリジン類の選択的な電解還元を開示している。米国特許第４,２１７,１８５号は、４−および５−位置におけるテトラクロロピコリン酸の電解還元を開示している。米国特許第４,２４２,１８３号は、活性化した銀メッシュ陰極を用いる対称性テトラクロロピリジンから２,３,５−トリクロロピリジンへの電解還元を開示している。この特許は銀陰極を活性化するための方法も特許請求している。ロシア特許ＳＵ１８０７６８６Ａ１は、ポリ塩素化されたピリジンカルボン酸類の電解還元を開示している。そのような選択的な電解還元は、カルボン酸またはシアノ置換基だけを含有するハロゲン化されたピリジン類に限定される。他の置換基を含有するハロゲン化されたピリジン類を選択的に還元しうる電気化学的方法があることが望ましいであろう。
【０００４】
４−アミノ−３−ハロピコリン酸類が対応する４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸類の電気化学的還元により製造することができることが本発明により今回見いだされた。より特に、本発明は式II
【０００５】
【化４】
0004615809.tif 000002
【０００６】
［式中、
ＸはＣｌまたはＢｒを表し、
ＹはＨ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＣ1−Ｃ4アルキルを表し、そして
Ｒは独立してＨまたはＣ1−Ｃ4アルキルを表し、そして
Ｘの両方はＣｌまたはＢｒのどちらかである］
の４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸の溶液中に陽極から陰極に直流または交流電流をＡｇ／ＡｇＣｌ（３.０Ｍ Ｃｌ-）基準電極に関して−０.４〜−１.７ボルトの陰極電位で通しそして生成物、但しＸがＣｌである場合にはＹはＢｒではない、を回収することを含んでなる、式Ｉ
【０００７】
【化５】
0004615809.tif 000003
【０００８】
［式中、
Ｘ、ＹおよびＲは以上で定義した通りである］
の４−アミノ−３−ハロピコリン酸の製造方法に関する。驚くべきことに、５−位置におけるハロゲンは４−アミノ基の存在下で高い収率で選択的に除去される。
【０００９】
ここで使用される場合、用語「ハロゲン」または「ハロ」はＣｌまたはＢｒをさす。
【００１０】
４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸の還元に含まれる反応は以下の通りに記述することができる：
【００１１】
【化６】
0004615809.tif 000004
【００１２】
反応混合物を酸性化しそして生成物を従来技術により回収することにより、カルボン酸が回収される。
【００１３】
所望する電解還元は当該技術で一般的に既知である技術により行われる。一般的には、出発４−アミノ−３,５−ジハロピコリン酸を溶媒中に溶解して電解質を生成せしめ、それを電解質中に充分な電流を通しながら所望する還元度が得られるまで電解槽に加える。
【００１４】
臭素の還元電位は匹敵する塩素電位より約０.５ボルト高い（負がより小さい）ことは当業者により認識されるはずである。臭素は常に最初に還元されるであろう。それ故、ＸがＣｌである場合には、ＹはＢｒではありえない。
【００１５】
電解槽のデザインは重要でない。電気分解はバッチ方式でまたは連続的もしくは半連続的方式で行うことができる。槽は電極を含有する撹拌タンクまたはいずれかの従来型デザインの流動槽であってよい。ある場合には、槽を別個の陽極または陰極区画に分けるために隔離板を使用することが望ましいかもしれない。有用な隔離板材料は種々のアニオンおよびカチオン交換膜、多孔性テフロン、アスベスト類、およびガラスである。陰極の電位が基準電極に関して調節される３個の電極の使用が好ましいが、電気分解をその代わりに２個だけの電極、すなわち陽極および陰極を用いてそして槽電流、槽電圧のいずれか、または両方を調節して行うこともできる。便宜上、電解質が陰極液および陽極液の両者として作用する３−電極未分割槽が好ましい。
【００１６】
陽極は、例えば、白金、グラファイト、炭素、金属酸化物、例えば銀上の酸化銀、または合金、例えばハステロイＣ(Hastelloy C)を包含する化学的に不活性な材料であることができ、グラファイト、炭素およびハステロイＣが好ましい。同様に、陰極は水銀、鉛、鉄、錫、亜鉛または銀を包含する多くの材料から構成することができ、銀が好ましい。電極は板、棒、線、スクリーン、ガーゼ、ウール、シートまたはプールの形態であってよく、エキスパンデッドメッシュスクリーン(expanded mesh screens)が好ましい。陽極または陰極は別の材料に適用されたコーテイングよりなることもでき、その例は貴金属酸化物、例えばチタン上にコーテイングされた酸化ルテニウムである。
【００１７】
最も好ましい陰極は米国特許第４,２１７,１８５号および第４,２４２,１８３号に記載されている通りにして製造される活性化された銀陰極である。そのような活性化された陰極は、銀微結晶の層を伝導性基質上に沈着させて複合電極を形成することによりまたは銀電極自体のアノード処理により製造することができる。例えば、後者について説明すると、活性化されていない銀電極を苛性陰極液水溶液中に浸すかまたは沈めそしてアノード処理して、銀の一部を電極表面でコロイド状酸化銀に転化させそして表面を同時に粗面化する。電極の極性を次に逆転させそして酸化物を電極表面に付着した微結晶性銀の粒子に電気分解的に転化させる。活性化工程は電位を０ボルトの初期値から少なくとも＋０.３ボルトそして好ましくは＋０.７ボルトの最終値に高めることを包含する。酸化物沈澱の還元は陰極の負の分極を必要とする。陰極電位は一般的には酸化段階中に得られる＋０.３〜＋０.７ボルトの値から−０.５ボルトもしくはそれ以下の値に徐々に減じられる。この方法では銀を陰極液または水性塩基に加える必要はない。
【００１８】
水が電気分解用の最も好ましい溶媒であるが、ある環境では、有機溶媒を単独でまたは共溶媒として使用することが可能である。溶媒または共溶媒系は出発物質および電解質の全てもしくはほとんどを溶解しなければならず、または還元を妥当な速度で進行させるのに少なくとも充分なものでなければならない。さらに、溶媒または共溶媒系は電気分解条件に対して不活性でなければならず、すなわち、それは陰極または陰極液物質を有害になるように変更させたりまたは許容できない程度までそれと反応してはならない。水以外に、好ましい溶媒／共溶媒は水と混和性であり、そして低分子量アルコール類、エーテル類、例えばテトラヒドロフラン、ジオキサンおよびポリグリコールエーテル類、並びに低級アミド類、例えばジメチルホルムアミドまたはジメチルアセトアミドを包含する。
【００１９】
アルカリ金属水酸化物が支持電解質として好ましいが、例えば第四級アンモニウムまたは金属水酸化物、塩化物、炭酸塩などの如き多くの他の物質を使用することもできる。ＮａＯＨが最も好ましい支持電解質である。
【００２０】
反応では、１当量の塩基が出発物質を中和するために必要でありそしてさらに１当量が電気分解で消費されるヒドロキシルイオンを生成するために必要である。反応は典型的には反応全体にわたり過剰の塩基を用いて、好ましくは０.０５〜２重量％過剰の塩基を用いて行われる。
【００２１】
陰極液または原料中のハロゲン化された４−アミノピコリン酸の濃度は１〜２０重量％、好ましくは８〜１２重量％でありうる。より低い濃度は生産量を減じ、より高い濃度は普通はより低い収率、より低い生成物純度およびより低い電気効率をもたらす。
【００２２】
電気分解用の適する温度は一般的には５〜９０℃の範囲である。好ましい温度範囲は２０〜６０℃である。２０〜４０℃が最も好ましい。
【００２３】
ハロゲンが選択的に還元される見掛け陰極電位は、例えば、特定の基質の構造、槽配置、および電極を隔てる距離を包含する種々の要素に依存することを当業者は認識するであろう。一般的には、基準Ａｇ／ＡｇＣｌ（３.０Ｍ Ｃｌ-）電極に関する陰極電位はＢｒに関しては−０.４〜−１.１ボルトの範囲内でそしてＣｌに関しては−０.８〜−１.７ボルトの範囲内であるべきである。Ｂｒに関しては、陰極電位は好ましくは−０.６〜−０.９ボルトである。Ｃｌに関しては、陰極電位は好ましくは−１.０〜−１.４ボルトである。平方センチメートル当たりのアンペア（アンペア／ｃｍ2）による電流密度は少なくとも０.００５、好ましくは０.０５アンペア／ｃｍ2もしくはそれ以上であるべきである。
【００２４】
分子酸素の発生が好ましいが、多くの他の陽極反応を使用することができる。例は、分子塩素もしくは臭素の発生、二酸化炭素を与えるための例えば蟻酸塩もしくはシュウ酸塩の如き犠牲種の酸化、または価値ある副生物を生成するための有機基質の酸化を包含する。
【００２５】
目下のところ好ましい操作方式では、ハロゲン化された４−アミノピコリン酸を水性苛性中に溶解して塩基性水溶液を生成し、それを水性苛性電解質中の＋０.７ボルトにおけるアノード処理により活性化されたエキスパンデッド銀メッシュ陰極を有する未分割の電気化学槽の中に連続的に再循環させる。反応混合物をアルカリ性に保ちながら、Ａｇ／ＡｇＣｌ（３.０Ｍ Ｃｌ-）基準電極に関して−０.６〜−１.５ボルトの陰極電位における電気分解を所望する還元度が生ずるまで続ける。所望する生成物は従来技術により回収される。例えば、酸性化およびその後の濾過または水非混和性有機溶媒を用いる抽出により酸を反応混合物から沈澱させることができる。
【００２６】
下記の実施例により本発明を説明する。
実施例
実施例１  ４−アミノ−３,６−ジクロロピリジン−２−カルボン酸の製造（流動槽(flow through cell)）
３−リットル（Ｌ）ビーカー中に２０００グラム（ｇ）の熱水、１１５.１ｇの５０重量％ＮａＯＨ、および２００ｇの湿った４−アミノ−３,５,６−トリクロロピリジン−２−カルボン酸（７９.４％）を加えた。溶液を３０分間（ｍｉｎ）にわたり撹拌し、濾紙を通して濾過し、そして５−Ｌ原料／再循環タンクに移した。この溶液は２３１５ｇの重さがありそして６.８％の４−アミノ−３,５,６−トリクロロピリジン−２−カルボン酸を含有していた。この原料を約９.４６Ｌ／ｍｉｎの速度および３０℃の温度においてハステロイＣ陽極（１５ｃｍ×４ｃｍ）および伸張した銀メッシュ陰極（１５ｃｍ×４ｃｍ）を有する未分割電気化学槽の中に再循環させた。＋０.７ボルト（ｖ）における通常のアノード処理後に、槽の極性を逆転させそして電気分解を開始した。陰極操作電位はＡｇ／ＡｇＣｌ（３.０Ｍ Ｃｌ-）基準電位に関して−１.１〜−１.４ｖに調節された。基準電極を銀陰極のすぐ後方に物理的に配置しそして水性塩ブリッジと電気的に連結させた。原料を再循環させながら、５０％ＮａＯＨの溶液をゆっくり再循環タンク中にポンプで加えてＮａＯＨ濃度を１.５〜２.０％過剰に保った。電流は１.０〜５.２アンペアの範囲であった。
【００２７】
約１５時間（ｈ）後にそして約２１３,１００クーロンが系の中を通った後に、電気分解を停止させそして槽流出液を濾紙を通して濾過した。溶液を濃ＨＣｌを用いて中和しそして濃縮して約７５０ｇの粗製濃縮物にした。濃縮物を撹拌しながら８５℃に暖めそして濃ＨＣｌを用いて３０分間にわたりｐＨを１より下に調節した。生じたスラリーを周囲温度に冷却しそして濾過した。フィルターケーキを３×２００ミリリットル（ｍＬ）部分の水で洗浄しそして真空下で８０℃において乾燥した。１１８.１ｇの乾燥生成物は９０.６％の所望する生成物であると評価され、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）は約４％の４−アミノ−３,５,６−トリクロロピリジン−２−カルボン酸が不純物として残っていることを示した。４−アミノ−３,６−ジクロロピリジン−２−カルボン酸の精製サンプルは１８５−１８７℃（分解）の融点（ｍｐ）を有していた：1Ｈ ＮＭＲ（ＤＭＳＯ−ｄ6）：δ１３.９（ｂｒ、１Ｈ）、７.０（ｂｒ ｍ、２Ｈ）、６.８（ｓ、１Ｈ）、13Ｃ ＮＭＲ｛1Ｈ｝（ＤＭＳＯ−ｄ6）：δ１６５.４（１Ｃ）、１５３.４（１Ｃ）、１４９.５（１Ｃ）、１４７.７（１Ｃ）、１１１.０（１Ｃ）、１０８.１（１Ｃ）。
実施例２  ４−アミノ−３,６−ジクロロピリジン−２−カルボン酸の製造（バッチ槽）
槽は１８０ｍＬビーカー（２インチ（５.１ｃｍ）直径×４.５インチ（１１.４ｃｍ）高さ）であった。銀メッシュ陰極はビーカーの内壁周囲に底から約０.５インチ（１.３ｃｍ）離れて置かれた１インチ（２.５ｃｍ）×４インチ（１０.２ｃｍ）の片よりなり、そして電力供給部が連結されたビーカーの上部から外に伸びている０.５インチ（１.３ｃｍ）幅の片を有していた。陽極はビーカーの中間部にゴム栓により支持された０.７５インチ（１.９ｃｍ）直径×６インチ（１５.２ｃｍ）長さのグラファイト棒でありそして底から約０.５インチ（１.３ｃｍ）のところまで伸びていた。陰極の操作電位を銀メッシュとビーカーの壁との間に置かれたＡｇ／ＡｇＣｌ（３.０Ｍ Ｃｌ-）基準電極に関して調節した。
【００２８】
銀メッシュ陰極は＋０.７ボルト（ｖ）における２％水酸化ナトリウムおよび１％塩化ナトリウム水溶液中でのアノード処理およびその後の逆分極により活性化された。活性化後に、溶液を８１ｍＬの水、５.１ｇ（０.０２１３モル）の４−アミノ−３,５,６−トリクロロピコリン酸、および２.８ｇ（０.０４２６モル）の８５％ＫＯＨの溶液と交換した。ゆっくりした窒素流を流した後に、電気分解を−１.３〜−１.３５ボルトの操作電位において２時間にわたり周囲温度で行った。電流は０.８３アンペアで始まりそして２時間後に０.２５アンペアまで徐々に減少した。合計５０００クーロンを溶液中に通した（ピリジン環からの１個の塩素の減少に関する理論値は２０５０クーロンである）。勾配溶離ＨＰＬＣによる粗製生成物溶液の分析は、出発物質の消失および４−アミノ−３,６−ジクロロピコリン酸であると後で同定された単一ピークの出現を示した。
実施例３  ４−アミノ−３,６−ジブロモピリジン−２−カルボン酸の製造（バッチ槽）
実施例２に記載されたのと同じバッチ電解槽を使用した。
【００２９】
槽に７５ｍＬの１％塩化ナトリウムおよび２％水酸化ナトリウム水溶液を充填した。銀陰極を活性化しそして次に０.６３５ｇの４−アミノ−３,５,６−トリクロロピコリン酸メチルエステルを槽中の溶液に加えた。溶液を約７５℃に３０分間にわたり暖めてエステルをカルボキシレートアニオンに加水分解した後に、溶液を室温に冷却した。電気分解を４５分間にわたり−０.７ボルトの陰極操作電位において行った。電流は開始時の０.４４アンペアから変動しそして反応の終りに０.１２アンペアに低下した。合計４００クーロンを通した。
【００３０】
電解液を回収し、溶液のｐＨを中性に調節しそして溶液を蒸発乾固した。回収した固体をアセトニトリル−水混合物の中に溶解しそして生成物を分取ＨＰＬＣにより回収した。１１０ｍｇの純度＞９８％のＨＰＬＣおよび1Ｈ ＮＭＲにより４−アミノ−３,６−ジブロモピコリン酸であると同定された単一異性体のサンプルが得られた。