(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式IまたはI’：
【化１】
0004727228.tif 000011
または
【化２】
0004727228.tif 000012
［式中、R1は、CH3または
【化３】
0004727228.tif 000013
であり、
R2、R3は、それぞれ、水素、CH3またはC2H5であり、
R4、R5は、それぞれ、水素またはCH3である］
のプソイドイオノンおよびその異性体ならびにそのホモログの連続的製造方法であり、
水およびアルカリ金属水酸化物の存在下で、高温にて、均一な溶液中で、式(II)：
【化４】
0004727228.tif 000014
のアルデヒドを、一般式(III)：
【化５】
0004727228.tif 000015
［上記の式中、R1、R2およびR3は、それぞれ、上記で定義したとおりである］
の過剰なケトンと反応させることによる前記方法であって、
a)10〜120℃の温度で、アルデヒド、ケトンおよびアルカリ金属水酸化物水溶液の均一溶液を混合し、次に、
b)反応混合物に溶解していない水およびアルカリ金属水酸化物を除去し、
c)続いて、逆混合が起こらないようにしながら、沸点が最も低い成分の沸点より10〜120℃上回る温度および106〜107Paの蒸気圧pにて、その均一な反応混合物を、２〜300分間の滞留時間を可能にする反応器に通し、
d)標準圧まで減圧し、その間にその反応混合物を冷却し、
e)向流ストリームで、その反応混合物から一般式(III)のケトンを除去し、
f)粗生成物を乾燥し、精留カラムを用いて、それから過剰なアルデヒドおよび二次的成分を除去する
ことを含む、前記方法。
【請求項２】
一般式(III)のケトン成分を一般式(II)のアルデヒドに対して５〜50倍モル過剰で添加し、反応領域の下流にある未転化の部分を、107〜５×108mPaabs.の圧力で除去し、合成のための新たなケトンに添加する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
所与の滞留時間における反応温度を、アルデヒド成分の転化率が60〜98％であるようにして選択し、未転化のアルデヒドを除去し、反応に再循環させる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
反応に使用される式(III)のケトンの水含有量が１〜15重量％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
反応に使用されるアルカリ金属水酸化物の濃度が0.005〜50重量％である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
式中でR2またはR3がメチルである式Iのプソイドイオノンおよびその異性体を製造するためのものであり、反応に使用されるアルカリ金属水酸化物の濃度が10〜50重量％である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
使用される式(III)のケトンが、反応物から取り出された、水含有量が１〜15重量％である式(III)の過剰のケトンからなり、そこに、水含有量が１〜15重量％の式(III)の無水ケトンまたはケトン水溶液を補充することができる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
式中でR2≠HでありR3＝Hである一般式(III)のケトンを使用する反応の場合、70〜95％のn-アルキルプソイドイオノンおよび５〜30％のイソアルキルプソイドイオノン：
【化６】
0004727228.tif 000016
【化７】
0004727228.tif 000017
を含む生成物混合物を得る、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
一般式(IV)、(V)および(VI)：
【化８】
0004727228.tif 000018
のイオノンならびにそれらの異性体の連続的製造方法であって、請求項１〜８のいずれか１項に記載された方法によりプソイドイオノンおよびその異性体を製造することを含み、さらに得られたプソイドイオノンを反応させて、一般式(IV)〜(VI)のイオノンをn-型（R2＝H、R3＝アルキル）とイソ-型（R2＝アルキル、R3＝H）との割合が維持された形態で得ることを含む、前記方法。
【請求項１０】
プソイドイオノンを、反応条件下で不活性な希釈剤の存在下で、濃硫酸と反応させて、イオノンを得るものであり、反応温度が０〜20℃であり、環化と加水分解との間の滞留時間が10〜300秒間である、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プソイドイオノンの連続的製造方法、および場合により後続して行われるそれらのイオノンへの環化に関する。好ましいものは、6-メチルヘプタ-3,5-ジエン-2-オン、プソイドイオノン、メチルプソイドイオノン、ジメチルプソイドイオノン、プソイドイロン、メチルプソイドイロンおよびジメチルプソイドイロン、ならびにそれらの環化生成物、α-、β-およびγ-イオノン、α-、β-およびγ-メチルイオノン（n-型、イソ-型または混合物）、ならびにホモログなどの化合物の製造方法である。これらの物質は、匂い物質および匂い物質の中間体として経済的な面での価値が非常に高い。さらに、プソイドイオノン自体は、ビタミンEおよびAならびにカロチノイドの製造のための重要な中間体である。β-イオノンは、ビタミンAおよびカロチノイドの製造のための重要な中間体である。
【背景技術】
【０００２】
シトラールからプソイドイオノンを製造する、多くの方法が知られている。
【０００３】
PL 147748には、シトラールとアセトンとを塩基性イオン交換体上で56℃にて縮合することによる、イオノンの製造方法が記載されている。これによれば、アセトンおよびシトラールは、フラスコバッチ式で、触媒と共に５時間にわたり撹拌する。この方法の欠点は、反応容器の時間当たりの生成量が非常に少ないことである。
【０００４】
DE-A 33 19430では、管型反応器内で、メチルケトンと不飽和アルデヒドとを、水素の存在下、100〜280℃および10〜60barにて、混合金属触媒上で縮合することによる、高級ケトンの製造が教示されている。
【０００５】
触媒としてLiOHを用いてシトラールをアセトンと反応させることによるプソイドイオノンの製造方法は、US 4,874,900に記載されている。これによれば、この反応は、バッチ式または連続式で、-20〜240℃の温度にて行われる。圧力は、反応混合物が適当な温度にて液相に留まるように調整される。バッチ式操作の場合は、反応物はタンク内で撹拌し、触媒は反応が完了したら濾別するが、連続式の場合は、予備混合した反応物を触媒充填カラムを通してポンピングする。いずれの場合も、反応が完了した後で、反応混合物をCO2で中和し、過剰なケトンは留去する。この方法では、アセトンとシトラールとのモル比は20であり、収率89.5％のシトラールが得られる。これらの低い収率は、工業的規模のプロセスでは不十分である。
【０００６】
DE-A 31 14071では、高温でアルデヒドを過剰のケトンと反応させることによる、プソイドイオノンの製造方法が記載されている。
【０００７】
また、従来技術には、続いてプソイドイオノンをイオノンへと環化するための多くの方法が開示されている。例えば、濃硫酸またはリン酸などの酸を用いたプソイドイオノンの環化において、α-イオノンとβ-イオノンとの混合物が得られることが知られている。これらの化合物が形成される量比は、反応が行われる条件に大いに依存する。
【０００８】
濃硫酸を使用する環化は非常に発熱的に進行するが、ここでは、局所的なホットスポットが生じないようにするために、反応熱を非常に迅速に取り除くことが重要である。この目的のために、公知のプロセスでは、反応混合物に希釈剤を添加する。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術と比較して供給原料が少なくて済み、かつ供給原料当たりより多量の生成物を生じる、プソイドイオノンを製造し、それが適切である場合には、続いて対応するイオノンへと環化するための方法を開発することである。
【００１０】
１．本発明によれば、この目的は、一般式IまたはI’：
【化１】
0004727228.tif 000002
【００１１】
または
【化２】
0004727228.tif 000003
【００１２】
［式中、R1は、CH3または
【化３】
0004727228.tif 000004
【００１３】
であり、
R2、R3は、それぞれ、水素、CH3またはC2H5であり、
R4、R5は、それぞれ、水素またはCH3である］
のプソイドイオノンおよびその異性体の連続的製造方法であり、
水およびアルカリ金属水酸化物の存在下で、高温にて、均一な溶液中で、式(II)：
【化４】
0004727228.tif 000005
【００１４】
のアルデヒドを、一般式(III)：
【化５】
0004727228.tif 000006
【００１５】
［上記の式中、R1、R2およびR3は、それぞれ、上記で定義したとおりである］
の過剰なケトンと反応させることによる前記方法であって、
a)10〜120℃の温度で、アルデヒド、ケトンおよびアルカリ金属水酸化物水溶液の均一溶液を混合し、次に、
b)反応混合物に溶解していない水およびアルカリ金属水酸化物を除去し、
c)続いて、逆混合が起こらないようにしながら、沸点が最も低い成分の沸点より10〜120℃上回る温度および106〜107Paの蒸気圧pにて、その均一な反応混合物を、２〜300分間の滞留時間を可能にする反応器に通し、
d)減圧下で、その反応混合物を冷却し、
e)向流ストリームで、その反応混合物からケトンを除去し、
f)粗生成物を乾燥し、精留カラムを用いて、それから過剰なアルデヒドおよび二次的成分を除去する
ことを含む、前記方法を提供することにより達成される。
【００１６】
本発明の方法は、6-メチルヘプタ-3,5-ジエン-2-オン、プソイドイオノン、メチルプソイドイオノン、ジメチルプソイドイオノン、プソイドイロン、メチルプソイドイロンおよびジメチルプソイドイロン、ならびにそれらの異性体の製造に使用することが好ましい。
【００１７】
本発明に従って使用されるアルデヒドは、好ましくは、シトラール、シトロネラール、および2,6-ジメチルオクタナールであるが、１〜10個の炭素原子を有する任意の直鎖状または分岐鎖状の飽和または不飽和アルデヒドであってもよく、使用されるケトンは、好ましくは、アセトン、2-ブタノンまたは2-もしくは3-ペンタノンである。
【００１８】
アルカリ金属水酸化物水溶液とは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムまたは水酸化リチウムの水溶液をいうが、好ましくは、水酸化ナトリウム溶液である。使用されるアルカリ金属水酸化物の濃度は、0.005〜50重量％、好ましくは１〜15重量％である。
【００１９】
異性体とは、プソイドイオノンまたはイオノンの全ての可能性のある位置異性体または二重結合異性体をいう。
【００２０】
本発明による方法では、アルカリ金属水酸化物溶液を、十分な混合後に均一に溶解し得る量で、10〜120℃、好ましくは50℃未満の温度で、アルデヒド、ケトンおよび水の反応物の均一混合物に添加する。分離した水およびアルカリ金属水酸化物を除去した後、その均一反応混合物を、逆混合が起こらないようにしながら、沸点が最も低い成分の沸点よりも10〜120℃上回る温度および106〜107Paの圧力p（ここで、pは、反応温度における反応混合物の蒸気圧である）で、２〜300分間、好ましくは５〜30分間の滞留時間を可能にする反応器に通す。反応混合物を減圧により冷却し、その間に過剰なケトンの一部を蒸発させて再循環（再利用）に供給することができ、次いで、ケトンを向流ストリームにより反応混合物から除去し、そのストリームは触媒の塩基を中和するのに十分な蒸発性の酸を含み、pHを４〜９にする。続いて、粗生成物を乾燥し、精留カラム、好ましくは隔壁カラム（例えばDE-A 3302525またはEP-A 804 951に開示されているようなもの）を用いて過剰なアルデヒドおよび二次的成分を除去する。
【００２１】
本発明はさらに、一般式(IV)、(V)および(VI)のイオノンならびにそれらの異性体の連続的製造方法であって、本発明による方法により得たプソイドイオノンを、一般式(IV)〜(VI)のイオノンへと転化することを含む、上記方法を提供する。
【化６】
0004727228.tif 000007
【化７】
0004727228.tif 000008
【化８】
0004727228.tif 000009
【００２２】
ケトンとアルデヒドとの混合物を、均一に溶解し得る量のアルカリ金属水酸化物溶液のみと共に、反応器内でプロセス温度より低い温度で混合し、アルカリ金属水酸化物水溶液で飽和させた均一混合物を管型反応器内で、さら混合を行わずに、自然圧下下で目的とする反応温度にすると、アルカリ金属水酸化物による不均一性触媒作用、特に反応混合物の後処理における副反応物として生じる二次的および分解生成物の形成を抑制できることは、驚くべきことである。
【００２３】
混合物に溶解しておらず、従って過剰となって存在するアルカリ金属水酸化物溶液を反応器の入口で除去することが有利である。これは、反応器の下流に取り付けられているか、あるいは反応器の底部に組み込まれている分離装置で行うことが可能である。また、有利には、反応混合物に、高度に濃縮した、すなわち約10〜50％、好ましくは35〜45％のアルカリ金属水酸化物溶液を計量添加することによって、再循環させようとするケトンから過剰な水を除去することも可能である。そのアルカリ金属水酸化物溶液は、反応混合物を脱水し、必要量のアルカリ金属水酸化物を反応混合物に溶解させる。
【００２４】
反応は、使用するアルデヒドを基準にして最適な収率を得るために、５〜50倍、好ましくは20〜25倍モル過剰のケトンを用いて行う。未転化のケトン画分は、107〜109mPaabsの圧力で、反応領域の下流で除去し、合成のための新たなケトンに供給して戻す。
【００２５】
驚くべきことに、アルデヒド−ケトン混合物の水含有量もまた、特に重要である。これが、そのアルデヒド−ケトン混合物に均一に溶解し得るアルカリ金属水酸化物の量を決定することは明らかである。アルデヒド−ケトン混合物の水含有量は、１〜15重量％とすべきである。したがって、溶解しているアルカリ金属水酸化物の量は転化率を決定するが、不要な副生成物の存在にも影響を及ぼす。このことは、反応器の上流における過剰なアルカリの除去が有利である、という事実と合致する。従来技術とは違って、これにより、この段階における副生成物の形成を促進する反応水による水含有量の増大のために反応の終点付近でアルカリ金属水酸化物が反応混合物にさらに溶解するのが防止される。後者（反応水）は、特に反応性の高い不飽和アルデヒド（例えばシトラール）の場合に重要な役割を果たし、収率を低下させる。
【００２６】
水は、有利には、ケトン成分の範囲内であり、かつ反応混合物の蒸気ストリッピングにより反応器の下流で生成される割合でプロセスに導入する。これにより過剰なケトンがそれほど複雑でない技術で低いエネルギー強度で除去されることは、経済的な面で重要である。何故ならば、再循環前の煩雑な乾燥が不要になるからである。あるいはまた、アルデヒドとケトンとの無水混合物を用いて進行させ、非常に薄く希釈したアルカリ金属水酸化物溶液を使用することにより必要な水（約１〜15重量％）中で混合することも可能である。逆に、濃縮したアルカリ金属水酸化物を混合する場合には、水分含有量が非常に低いアルデヒドとケトンとの混合物を使用することが可能である。この場合、反応の開始が制御できなくならないように、低い混合温度が必要になる。同時に、アルカリ金属水酸化物の消費が起こる。何故ならば、それは有機相にほんの一部しか移動しないからである。それは、アルデヒド−ケトン混合物を部分的に脱水するものであり、取り出して廃棄しなければならない。
【００２７】
均一な反応溶液は、管型反応器内で自然圧下にて加熱し、所与の滞留時間における反応温度は、アルデヒド成分の転化率が60〜98％、好ましくは85〜95％となるように調整し、未転化のアルデヒドは取り出し、反応に再循環させる。管型反応器は、平均滞留時間が２〜300分間、好ましくは５〜30分間となるような大きさにして、逆混合がほとんど起こらないようにする。転化率が高いと、不相応な反応温度の上昇が起こり、副生成物の形成を促進する。転化率が低いと、それだけ低い反応温度が可能になり、副生成物が生じるのを抑えるが、ケトンおよびアルデヒドの再循環ストリーム、ひいてはプロセスのエネルギー需要は増大する。
【００２８】
管型反応器では、逆混合は最低限に抑えなければならない。これは、乱流を防止するために反応器の直径を十分に大きくするか、あるいはまた、内部をいずれかのタイプの層流にすることによって達成できる。これは驚くべきことであり、例えばDE-A 31 14 071によれば、管型反応器は、反応条件下で十分な乱流が起こるような設計を有していなければならない、とする従来技術とは異なる。
【００２９】
反応混合物は、標準圧まで減圧し、その間に、過剰なケトンの一部を蒸発させることによって冷却する。残存するケトンは、向流カラム内でストリームにより除去し、そのストリームには等モル量の揮発性の酸が添加されており、その間に、触媒の塩基を中和し、縮合物により希釈する。カラムパッキングを使用すると、ケトンおよび水以外の有意な量のさらなる生成物がカラムの上部で確実に得られないようになり、カラムへの還流は、有利には、ケトンが目的量の水と共に引き出されるように調整する。酸の量は、有利には、この時点でさらなる後処理に望ましいpH４〜９が達成されるようなものである。水相を除去した後、粗生成物を加熱し、減圧に保たれたフラッシュ容器に噴霧するすることにより乾燥する。そこから、混合物を精留カラムへと移す。そこでは、不飽和ケトンを減圧下で精製して不純物を取り除き、未転化のアルデヒドを取り出し、そこから再循環に供給する。再循環は、有利には、EP-A 804 951に記載されているような隔壁カラム内で行い、これは、好ましくは、両者の主要画分（生成物およびアルデヒド）を一工程で十分な純度で得るために、２つの側面引出口（side draw）を備えるものである。
【００３０】
上記で記載した方法は、アルデヒド成分としてシトラールおよびケトン成分として2-ブタノンが使用される場合に、非常に特に重要である。70〜97％のn-メチルプソイドイオノンと３〜30％のイソメチルプソイドイオノンとの特徴的な混合物が形成され、環化して、特徴的なメチルイオノンの混合物を得ることができる。メチルイオノンは、非常に様々な異性体比で存在する。それらの各々は、匂い物質産業により、工業的香料を製造するために大量に使用される。それぞれの異性体比は香調が多少異なり、いったん用いた異性体比の再現性は極めて重要である。
【００３１】
対応するイオノンを製造するために、反応条件下で不活性な希釈剤（さらに有利にはDE 196 19 557に記載されているようなもの）の存在下で、得られたプソイドイオノンの混合物を高度に濃縮した（すなわち約50〜約98％の）硫酸と反応させる。一方、環化と加水分解との間に10秒間より長い滞留時間を維持する場合には、20℃未満の環化温度および90％未満の硫酸濃度が有利である。メチルイオノンの場合、約２分間の滞留で約25℃にて、約89％の硫酸濃度とすることが有利であり、その場合、主にβ-異性体だけが得られ、α-n-およびγ-n-メチルイオノンの形成は約１％まで抑えられる。プソイドイオノンの場合、89％の硫酸を用いて、実質的にほぼβ-イオノンだけが高収率で形成され、α-イオノンおよびγ-イオノンはわずか１％の範囲にすぎず、精製蒸留において何の問題もなくオーバーヘッドで除去できる。
【００３２】
以下の実施例により、本発明を詳細に説明するが、それらに限定されない。
【実施例】
【００３３】
実施例１
プソイドイオノンの製造
370kg/hのシトラール（2.43kmol/h）、約26kg/hの再循環させたシトラール、3800kg/hの95％アセトン水溶液、および30kg/hの５％NaOH水溶液を混合する。これにより、均一な溶液が形成され、念のために、これを相分離装置に通す。水含有量またはNaOH含有量が指定値よりも高くなったら、混合プロセスの後で水相を分離することができ、分離除去しなければならない。混合物を108℃まで加熱し、160 l容の管型反応器を通してポンピングする。反応熱により混合物はさらに約112℃まで加熱される。約２分間の滞留時間において、約93％の転化が達成される。
【００３４】
管型反応器からの反応混合物を、標準圧まで減圧する。この間に、約2000 l/hのアセトンを留去し、生成物溶液を約60℃まで冷却する。続いて、約700kg/hのストリームによる向流下で混合物から残存するアセトンを除去する。十分な酢酸をストリームに添加し、混合物中の水酸化ナトリウム溶液を中和し、流出物である混合物水溶液のpHを４〜５とする。そのアセトンはプロセスに戻して再循環させる。
【００３５】
水相を除去した後、約100℃および約50mbarで乾燥し、２つの側面引出口（side draws）を備えた隔壁カラム内で蒸留精製する。下部の側面引出口では、約400kg/hの純度98％のプソイドイオノンが得られる（GLC面積％、異性体全部の合計）。上部の側面引出口では、約26kg/hのシトラールが得られ（異性体全部の合計）、プロセスに連続的に再循環させる。
【００３６】
実施例２
メチルプソイドイオノン
110kg/hのシトラール（0.72kmol/h)、約20kg/hの再循環させたシトラール（0.13kmol/h）、1800kg/hの82％の2-ブタノン水溶液および約20kg/hの５％NaOH水溶液を混合する。これにより、均一な溶液が形成され、それを念のため相分離装置に通す。水含有量またはNaOH含有量が指定値よりも高くなったら、混合プロセスの後で水相を分離することができ、分離除去しなければならない。混合物を136℃まで加熱し、160 l容の管型反応器を通してポンピングする。反応熱により、混合物はさらに約138℃まで加熱される。４分間の滞留時間の間に、シトラールに対して約82％の転化が達成される。
【００３７】
水相を除去した後、約100℃および約50mbarで乾燥し、２つの側面引出口を備えた隔壁カラム内で蒸留精製する。下部の側面引出口では、約100kg/hの純度98％のメチルプソイドイオノンが得られる（GLC面積％、異性体全部の合計）。上部の側面引出口では、約20kg/hのシトラールが得られ（異性体全部の合計）、プロセスに連続的に再循環させる。
【００３８】
ほぼn：iso＝５：１の異性体比が得られる。
【００３９】
実施例３
メチルプソイドイオノン
100kg/hのシトラール（0.66kmol/h)、約25kg/hの再循環させたシトラール（0.16kmol/h）、2200 l/hの88％の2-ブタノン水溶液および約120kg/hの40％NaOH水溶液を混合する。これにより二相溶液が形成され、それを相分離装置に通す。約120kg/hのNaOH水溶液を除去し、約2100kg/hの有機相を120℃で加熱し、160 l容の管型反応器を通してポンピングする。反応熱により、混合物はさらに約132℃まで加熱される。４分間の滞留時間において、シトラールに対して約75％の転化が達成される。
【００４０】
管型反応器からの反応混合物を、標準圧まで減圧する。この間に、1000 l/hの2-ブタノンを留去し、生成物溶液を約75℃まで冷却する。続いて、約550kg/hのストリームによる向流下で混合物から残存する2-ブタノンを除去する。十分な酢酸をストリームに添加し、混合物中の水酸化ナトリウム溶液を中和し、流出物である混合物水溶液のpHを４〜５とする。
【００４１】
過剰な2-ブタノンはプロセスに戻して再循環させる。
【００４２】
水相を除去した後、約100℃および約50mbarで乾燥し、２つの側面引出口を備えた隔壁カラム内で蒸留精製する。下部の側面引出口では、約100kg/hの純度98％のメチルプソイドイオノンが得られる（GLC面積％、異性体全部の合計）。上部の側面引出口では、約25kg/hのシトラールが得られ（異性体全部の合計）、これをプロセスに連続的に再循環させる。
【００４３】
ほぼn：iso＝８：１の異性体比が得られる。
【００４４】
実施例４
メチルイオノン
約140 l/hのメチルプソイドイオノン、400 l/hのヘキサン（-８℃まで予備冷却したもの）および200 l/hの89％硫酸を、反応ポンプ内で順次十分に混合する。反応混合物は自発的に約29℃まで温かくなり、約26℃まで冷却し、遅延領域（delay zone）で、この温度にて約2分間にわたりポンピングすることにより循環させた後、さらに別の反応ポンプ内で約600l/hの水で希釈する。水を添加したことにより、混合物は約47℃まで温かくなり、下流冷却器を用いて45℃未満に維持する。硫酸含有量が高い水相を除去した後、そしてさらに水でスクラビングした後、ストリームによる向流下でヘキサンを除去する。ヘキサンは、反応に戻して再循環させる。
水相を除去した後、約50mbarおよび約100℃で乾燥し、２つの側面引出口を備えた隔壁カラム内で精製する。主要画分（側面引出口１）では、β-n-メチルプソイドイオノンの含有量が80〜90％のメチルイオノン約120 l/hが得られる。
【００４５】
下記の表に、典型的な組成の１つを示す1)。
【表１】
0004727228.tif 000010