(57)【要約】  Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルエタノールアンモニウムヒドロキシド（水酸化コリン）を製造するための方法、および生成される水酸化コリンについて記載する。これらの方法は、生成物である水酸化コリン中の、副生成物であるモノエトキシル化コリンおよびジエトキシル化コリンの生成を最小限にする。方法は一般に、温度制御された条件下で、エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を第１反応器にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップを包含する。制御されない断熱条件下で、第１反応器の生成物を第２反応器にフィードして、第２反応器生成物を形成する。最後に、第２反応器生成物中の未反応トリメチルアミンを除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成する。エチレンオキシドとトリメチルアミンとの反応のために、さらなる反応器を用いることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を第１反応器にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップであって、前記第１反応器の温度が５℃から３５℃の間に維持され、前記第１反応器にフィードされるエチレンオキシドのトリメチルアミンに対するモル比が１以下であるステップと、
前記第１反応器生成物を第２反応器にフィードして、第２反応器生成物を形成するステップであって、前記第２反応器は断熱されているステップと、
未反応トリメチルアミンを前記第２反応器生成物から除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成するステップと、
を含む水酸化コリンの製造方法。
【請求項２】
前記水酸化コリンの最終生成物が、１０重量パーセント未満のモノエトキシル化コリンおよび／またはジエトキシル化コリンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
トリメチルアミンおよび水が、前記第１反応器に、混合物としてフィードされる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２反応器における滞留時間が、前記第１反応器生成物中に存在する未反応エチレンオキシドが反応するために十分である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２反応器の断熱昇温が、前記第２反応器生成物の温度を１５℃〜４５℃の間まで上昇させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１反応器が、連続撹拌槽型反応器である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１反応器が、ポンプにより与えられる高い内部再循環比を有するループ型反応器である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１反応器が、２０℃に維持される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記未反応トリメチルアミンが、前記第１反応器にフィードされるトリメチルアミンに添加される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法により製造される水酸化コリンを含む組成物。
【請求項１１】
トリメチルアミン、水、およびエチレンオキシドを第１反応器にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップであって、前記第１反応器の温度が５℃から３５℃の間に維持されるステップと、
前記第１反応器生成物および第２の量のエチレンオキシドを第２反応器にフィードして、第２反応器生成物を形成するステップであって、前記第２反応器の温度が５℃から３５℃の間に維持されるステップと、
前記第２反応器生成物を第３反応器にフィードして、第３反応器生成物を形成するステップであって、前記第３反応器は断熱されているステップと、
未反応トリメチルアミンを前記第３反応器生成物から除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成するステップと
を含む水酸化コリンの製造方法。
【請求項１２】
前記水酸化コリンの最終生成物が、１０重量パーセント未満のモノエトキシル化コリンおよび／またはジエトキシル化コリンを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
トリメチルアミンおよび水が、前記第１反応器に、混合物としてフィードされる、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第３反応器における滞留時間が、前記第２反応器生成物中に存在する未反応エチレンオキシドが反応するために十分である、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第３反応器の断熱昇温が、前記第３反応器生成物の温度を１５℃〜４５℃の間まで上昇させる、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２反応器にフィードされる前記第２の量のエチレンオキシドが、前記第１反応器にフィードされるエチレンオキシドから分割される、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１反応器にフィードされるエチレンオキシドの、前記第２反応器にフィードされる第２の量のエチレンオキシドに対する量の比が、５０：５０〜９９：１の間である、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１反応器にフィードされるエチレンオキシドの、第２反応器にフィードされる第２の量のエチレンオキシドに対する量の比が、９０：１０である、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１反応器および前記第２反応器が、連続撹拌槽型反応器である、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１反応器および前記第２反応器が、ポンプにより与えられる高い内部再循環比を有するループ型反応器である、請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１反応器および前記第２反応器が、２０℃に維持される、請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記未反応トリメチルアミンが、前記第１反応器にフィードされるトリメチルアミンに添加される、請求項１１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１１〜２２のいずれか一項に記載の方法により製造される水酸化コリンを含む組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年１月１９日に出願された米国特許仮出願第６１／５８８，２３４号、および２０１２年１０月３１日に出願された米国特許仮出願第６１／７２０，７１１号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
水酸化コリンは、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、および水を反応させることにより生成することができる。この反応では、モノエトキシル化コリン、ジエトキシル化コリン、およびエチレングリコールなどの不純物が形成される場合があり、市販される水酸化コリンには、このような不純物がしばしば存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
水酸化コリンを製造するための改善された方法、およびこれらの方法により生成される水酸化コリンについて記載する。本方法は、エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を第１反応器にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップを伴う。第１反応器の温度は、５℃〜３５℃の間に維持され、第１反応器にフィードされるエチレンオキシドのトリメチルアミンに対するモル比は、１以下である。次いで、第１反応器生成物を第２反応器にフィードして、第２反応器生成物を形成する。第２反応器は、断熱されている、すなわち、第２反応器の断熱昇温を可能とするように断熱されている。最後に、未反応トリメチルアミンを第２反応器生成物から除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成する。第２反応器生成物から除去される未反応ＴＭＡは、再循環（リサイクル）させ、第１反応器にフィードすることができる。
【０００４】
また、少なくとも１つのさらなる反応器を用いて水酸化コリンを製造するための、さらなる方法についても記載される。これらの方法は、トリメチルアミン、水、およびエチレンオキシドを第１反応器にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップを伴う。第１反応器の温度は、５℃〜３５℃の間に維持される。次に、第１反応器生成物および第２の量のエチレンオキシドを第２反応器にフィードして、第２反応器生成物を形成する。第１反応器と同様に、第２反応器の温度は、５℃〜３５℃の間に維持される。次いで、第２反応器生成物を第３反応器にフィードして、第３反応器生成物を形成する。第３反応器は、断熱されている、すなわち、第３反応器の断熱昇温を可能とするように断熱されている。最後に、未反応トリメチルアミンを第３反応器生成物から除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成する。第３反応器生成物から除去される未反応ＴＭＡは、再循環（リサイクル）させ、第１反応器にフィードすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】２つの反応器およびＴＭＡ除去カラムを用いた、水酸化コリンの製造方法を示す図である。
【図２】３つの反応器およびＴＭＡ除去カラムを用いた、水酸化コリンの製造方法を示す図である。
【図３】エチレンオキシド（ＥＯ１２７３）の、トリメチルアミン（ＴＭＡ）を含有する反応器へのバッチ添加、および水酸化コリン（コリンＯＨ）の生成を示すラマンデータプロットである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書では、水酸化Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルエタノールアンモニウム（水酸化コリン）を製造するための新規の方法について記載する。これらの新規の方法は、生成物である水酸化コリン中の、副生成物であるモノエトキシル化コリンおよびジエトキシル化コリンの生成を最小限にする。本方法は一般に、エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を第１反応器にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップを包含する。第１反応器の温度は、５℃〜３５℃の間に維持され、第１反応器にフィードされるエチレンオキシドのトリメチルアミンに対するモル比は、１：１以下とする（すなわち、モル基準で、トリメチルアミンよりエチレンオキシドのほうが少ない）。第１反応器の生成物を第２反応器にフィードして、第２反応器生成物を形成する。第２反応器は、断熱（insulated）されており、断熱昇温を可能とする。最後に、第２反応器生成物中の未反応トリメチルアミンを除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成する。エチレンオキシドとトリメチルアミンとの反応のために、さらなる反応器を用いることができる。
【０００７】
本明細書で記載される方法の反応化学は、以下：
【０００８】
【化１】
2015504090.tif 000002
の通りである。具体的には、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、および水が反応して、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルエタノールアンモニウムヒドロキシド（水酸化コリン）を形成する（反応スキームＩを参照されたい）。しかし、系内で利用可能な反応物を使用する追加の反応が可能であり、モノエトキシル化コリン（反応スキームＩＩを参照されたい）、ジエトキシル化コリン（反応スキームＩＩＩを参照されたい）、およびエチレングリコール（反応スキームＩＶを参照されたい）などの副生成物を生成する。
【０００９】
【化２】
2015504090.tif 000003
本明細書で記載される方法は、反応スキームＩＩ、ＩＩＩ、およびＩＶにより示される副生成物の生成を最小限にするようにデザインされる。
【００１０】
理論により束縛されないが、これらの副生成物は、過剰なエチレンオキシドが利用可能である場合に、反応系内で発生すると考えられる。具体的には、トリメチルアミンと反応しない任意のエチレンオキシドが、水酸化コリン生成物と接触すると、反応して、望ましくない副生成物であるモノエトキシル化コリンおよびジエトキシル化コリンを形成しうる。本明細書で記載される方法は、反応器に存在するエチレンオキシドの量を、利用可能なトリメチルアミンと迅速に反応する量にまで最小限にするようにデザインされ、過剰なエチレンオキシドが水酸化コリンとの反応に利用可能とならないようにする。本明細書で記載される方法は、１０重量パーセント未満のモノエトキシル化コリンおよび／またはジエトキシル化コリンを含む最終生成物としての水酸化コリンをもたらすことが可能である。加えて、本明細書で記載される方法を用いて、９重量パーセント未満、８重量パーセント未満、７重量パーセント未満、６重量パーセント未満、５重量パーセント未満、または４重量パーセント未満のモノエトキシル化コリンおよび／またはジエトキシル化コリンを含む最終の水酸化コリン生成物を生成することができる。
【００１１】
本明細書で記載される、水酸化コリンの製造方法を図１に示す。本方法は、エチレンオキシド（ＥＯ）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、および水（Ｈ２Ｏ）を第１反応器１００にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップを包含する。第１反応器の温度は、５℃〜３５℃の間に（例えば、温度制御装置１１０により２０℃に）維持され、第１反応器にフィードされるエチレンオキシドのトリメチルアミンに対するモル比は、１以下とする。次に、第１反応器生成物を第２反応器１２０にフィードして、第２反応器生成物を形成する。第２反応器１２０は、断熱されており（例えば、断熱材料１３０により）、これは、第２反応器１２０が、断熱昇温効果を保持することを可能とする。最後に、未反応トリメチルアミンを第２反応器生成物から除去して（例えば、トリメチルアミンを保持することが可能な材料を充填したカラムを用いて）（装置１４０として図示される）、水酸化コリンを含む最終生成物を形成する。場合によって、第２反応器生成物から除去される未反応トリメチルアミンは、適切なフィードシステム（装置１４０により除去されて再循環（リサイクル）した未反応ＴＭＡから、投入されるＴＭＡに至る破線として図示される）を介して、第１反応器１００に未反応トリメチルアミンをフィードバックすることにより再循環（リサイクル）させることができる。
【００１２】
本明細書で記載される方法において用いられる反応物、すなわち、エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水は、市販元から容易に入手可能であり、当業者による選択および取扱いも容易である。反応スキームＩにおいて記される通り、本明細書で記載される方法における、エチレンオキシド使用のトリメチルアミン使用に対する化学量論比は、１：１である。また、上でも注記した通り、反応系内での過剰なエチレンオキシドの利用可能性は、副生成物形成の一因となると考えられる。この理由で、本明細書で記載される方法は、エチレンオキシドのトリメチルアミンに対する最大の比を１：１として作動させることができる。過剰なエチレンオキシドが利用可能とならない系を作る一助とするために、１：１未満の比（エチレンオキシド対トリメチルアミン）、すなわち、０．７：１、０．７５：１、０．８：１、０．８５：１、０．９：１、０．９２：１、０．９４：１、０．９５：１、０．９６：１、０．９７：１、０．９８：１、または０．９９：１を用いることができる。場合によって、例えば、反応条件を最適化する場合は、わずかに過剰のエチレンオキシド（例えば、１．１：１、１．０９：１、１．０８：１、１．０７：１、１．０６：１、１．０５：１、１．０４：１、１．０３：１、１．０２：１、または１．０１：１）を用いてもよい。
【００１３】
本明細書で記載される方法は、当業者に周知である、第１反応器のための反応器系を用いて実施することができる。本明細書で記載される方法により用いられうる１つの種類の反応器は、連続撹拌槽型反応器である。本明細書で記載される方法により用いられうる別の種類の反応器は、ループ型反応器である。本明細書で記載される方法により用いられうるさらなる種類の反応器は、例えば、ポンプにより与えられる高い内部再循環比を有するループ型反応器である。第１反応器は、当業者に明らかなバッチ作動モードまたは連続作動モードを用いて作動させることができる。
【００１４】
本明細書で記載される方法は、第２反応器のための反応器系を用いて実施することもでき、これもまた当業者に周知である。本明細書で記載される方法により用いられうる１つの種類の反応器は、管型反応器である。本明細書で記載される方法において用いられる第２反応器は、断熱管型反応器である。
【００１５】
本明細書で記載される方法では、第２反応器生成物を未反応トリメチルアミンを除去するように処理して、最終の水酸化コリン生成物をもたらす。当業者には、水酸化コリン反応生成物からトリメチルアミンを除去するための方法および装置が直ちに明らかであろう。例えば、未転換トリメチルアミンは、例えば、加熱窒素を用いる充填カラム内の蒸留プロセスを用いて、第２反応器生成物から取り除くことができる。さらなる例として、未転換トリメチルアミンは、未転換トリメチルアミンを除去するための１または複数のフラッシュ式蒸留ユニットを用いて、第２反応器生成物から取り除くことができる。上で注記した通り、この未転換トリメチルアミンは、これを反応器系にフィードされるトリメチルアミンに添加することにより、反応器系内で再循環（リサイクル）させることができる。加えて、第２反応器生成物または最終生成物を精製して、例えば、モノエトキシル化コリン、ジエトキシル化コリン、および／またはエチレングリコールなどの望ましくない副生成物を除去することができる。このような精製は、例えば、当業者に周知である蒸留法または他の精製法により実施することができる。
【００１６】
望ましくない副生成物であるモノエトキシル化コリンおよびジエトキシル化コリンの生成に影響を及ぼす複数の因子が見出されている。第１に、成分を組み合わせる順序が、水酸化コリンの収率および副生成物の収率のいずれにも影響を及ぼす。具体的には、エチレンオキシドをトリメチルアミンに添加することにより、望ましくない副生成物を減少させる。第２に、反応温度の制御により、水酸化コリン収率の増大が示された。最後に、エチレンオキシドを連続添加する（バッチ添加と対比した）ことにより、最終生成物中の水酸化コリンの量を、エチレンオキシドのバッチ添加と比較して増大させる。
【００１７】
エチレンオキシドをトリメチルアミンに添加することにより、望ましくない副生成物を減少させる。上で注記した通り、過剰なエチレンオキシドは、望ましくない副生成物の生成を増大させると考えられるので、エチレンオキシドをトリメチルアミンに添加することにより、副生成物を生成するために利用可能なエチレンオキシドの量を制限する。
【００１８】
反応の多様な相における反応温度の制御を用いて、生成する副生成物の多様性および量を低減することができる。例えば、エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を混合するときに、反応温度を５℃〜３５℃の間も維持することにより、副生成物を減少させることができる。エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を混合するときに有用な温度範囲の例には、反応温度を５℃〜３０℃の間、５℃〜２５℃の間、５℃〜２０℃の間、５℃〜１５℃の間、５℃〜１０℃の間、１０℃〜３５℃の間、１０℃〜３０℃の間、１０℃〜２５℃の間、１０℃〜２０℃の間、１０℃〜１５℃の間、１５℃〜３５℃の間、１５℃〜３０℃の間、１５℃〜２５℃の間、１５℃〜２０℃の間、２０℃〜３５℃の間、２０℃〜３０℃の間、および２０℃〜２５℃の間に維持することが含まれる。エチレンオキシド、トリメチルアミン、および水を混合するときに、反応器を維持するために有用な温度のさらなる例は、２０℃である。
【００１９】
加えて、第２反応器を断熱昇温により反応物の温度を上昇させることが可能となるように断熱すると、生成する副生成物の多様性および量を低減することができる。例えば、断熱昇温は、第２反応器生成物における温度を１５℃〜４５℃の間にまで上昇させることができる。断熱昇温が、第２反応器生成物における温度を上昇させうる温度範囲のさらなる例には、１５℃〜４５℃の間にまで、１５℃〜４０℃の間にまで、１５℃〜３５℃の間にまで、１５℃〜３０℃の間にまで、１５℃〜２５℃の間にまで、１５℃〜２０℃の間にまで、２０℃〜４５℃の間にまで、２０℃〜４０℃の間にまで、２０℃〜３５℃の間にまで、２０℃〜３０℃の間にまで、２０℃〜２５℃の間にまで、２５℃〜４５℃の間にまで、２５℃〜４０℃の間にまで、２５℃〜３５℃の間にまで、２５℃〜３０℃の間にまで、３０℃〜４５℃の間にまで、３０℃〜４０℃の間にまで、３０℃〜３５℃の間にまで、３５℃〜４５℃の間にまで、および３５℃〜４０℃の間にまでが含まれる。断熱昇温により第２反応器の反応物の温度を上昇させることが可能な温度のさらなる例は、４０℃である。
【００２０】
エチレンオキシドを反応器に存在するトリメチルアミンに連続添加することにより、エチレンオキシドのバッチ添加と比較して副生成物の生成を最小限とすることができる。当業者に明らかな通り、エチレンオキシドは、反応器に既に存在するトリメチルアミンに添加することができ、または、トリメチルアミンを、反応器に、エチレンオキシドと同時に、補完的なモル比で添加して、副生成物を形成するために利用可能な過剰なエチレンオキシドの量を制限する同じ目標を達成することもできる。
【００２１】
本明細書で記載される方法ではまた、追加の反応器も用いることができる。例えば、第１反応器と類似する追加の反応器を、系の、既に論じられた２つの反応器の間に追加することもできる。このさらなる反応器は、上で論じたような第１反応器と類似させて用意することができ、例えば、温度制御式ループ型反応器でありうる。
【００２２】
追加の反応器を用いる場合、エチレンオキシドの第１の部分が第１反応器に送られ、エチレンオキシドの第２の部分が第２反応器に送られるように、エチレンオキシド流を分けることができる。第１反応器および第２反応器に向けられるエチレンオキシドの比率は、例えば、５０：５０〜９９：１の間でありうる。第１反応器および第２反応器に向けられるエチレンオキシドの比率のさらなる例は、例えば、６０：４０〜９９：１、７０：３０〜９９：１、７５：２５〜９９：１、８０：２０〜９９：１、８５：１５〜９９：１、９０：１０〜９９：１、９２：８〜９９：１、９４：６〜９９：１、９５：５〜９９：１、９６：４〜９９：１、９７：３〜９９：１、および９８：２〜９９：１の間でありうる。図２は、エチレンオキシド（ＥＯ）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、および水（Ｈ２Ｏ）を第１反応器２００にフィードして、第１反応器生成物を生成するステップを示す。第１反応器の温度は、５℃〜３５℃の間に（例えば、温度制御装置２１０により２０℃に）維持される。次に、第１反応器生成物および追加量のエチレンオキシドを第２反応器２２０にフィードして、第２反応器生成物を形成する（エチレンオキシドは、上記の通り、第１反応器と第２反応器との間の分流として添加されうるであろうが、図２では、第１反応器および第２反応器の各々への個別のフィードとして示すにとどめる）。第２反応器もまた、５℃〜３５℃の間に（例えば、温度制御装置２３０により２０℃に）温度制御される。次いで、第２反応器生成物を第３反応器２４０にフィードして、第３反応器生成物を形成する。第３反応器２４０は（例えば、断熱材料２５０により）断熱されており、これは、第３反応器２４０が断熱昇温効果を保持することを可能とする。最後に、未反応トリメチルアミンを第３反応器生成物から（例えば、トリメチルアミンを保持することが可能な材料を充填したカラムを用いて）（装置２６０として図示される）除去して、水酸化コリンを含む最終生成物を形成する。場合によって、第３反応器生成物から除去される未反応トリメチルアミンは、未反応トリメチルアミンを、適切なフィードシステム（装置２６０により除去されて再循環（リサイクル）した未反応ＴＭＡから、投入されるＴＭＡに至る破線として図示される）を介して、第１反応器２００にフィードバックすることにより再循環（リサイクル）させることができる。第２反応器２２０にフィードされる量のエチレンオキシドは、第１反応器２００にフィードされるエチレンオキシドから分けることができる。例えば、エチレンオキシドのうちの９０％を第１反応器２００に送ることができ、フィードのうちの１０％を第２反応器２２０に向けることができる。
【００２３】
本明細書で記載される方法により作製される水酸化コリンは、生成物の副生成物であるモノエトキシル化コリンおよびジエトキシル化コリンの量が最小限である。
【実施例】
【００２４】
以下の実施例は、本明細書で記載される方法および方法の多様な態様を例示するために提示されるものであり、特許請求の範囲に対する限定としてみなされるべきではない。
【００２５】
反応器
下記の実施例１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、および３のために、１．８リットルのステンレス鋼製の反応器（Ｂuｃｈｉ；Ｕｓｔｅｒ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）を用いた。反応器の温度は、油循環ジャケット（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ；Ｃｏｌｕｍｂｕｓ、ＯＨ）を用いて制御した。圧力ゲージ（Ｓｗａｇｅｌｏｋ；Ｓｏｌｏｎ、Ｏｈｉｏ）、熱電対（ＯＭＥＧＡ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．；Ｓｔａｍｆｏｒｄ、ＣＴ）、および反応器の内容物の十分な混合を保つための撹拌システム（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｒｉｖｅ  ＢＭ  １３０；Ｂuｃｈｉ（Ｕｓｔｅｒ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ））を反応器と共に用いた。加えて、反応物および生成物をリアルタイムで連続的にモニタリングするために、ラマン水浸探触子（７８５ｎｍのＩｎｖｉｃｔｕｓレーザーを装備したＲＸＮ１  Ｋａｉｓｅｒラマン分光計；Ｋａｉｓｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒ、ＭＩ））を反応器に取り付けた。反応物のうちの１つを連続モードでまたは一連のショットとしてフィードするために、サンプルシリンダーを反応器の上部に設置した。反応器の底部には、反応器から放出するか、または生成物サンプルを回収するためのブロック弁を取り付けた。
【００２６】
化学物質
下記の実施例１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、および３のために、以下の化学物質を用いる。
脱イオン水（自社製）
トリメチルアミン（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ；Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）：試薬グレード（ロット番号：ＢＣＢＣ６７９１およびＢＣＢＤ６６３８）
エチレンオキシド（Ａｉｒｇａｓ  Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ（Ｔｈｅ  Ｗｏｏｄｌａｎｄｓ、ＴＸ））：高純度
窒素ガス（自社製）：Ｐｌａｎｔ  Ｎ２（＜５０ｐｐｍの水、＜５ｐｐｍの酸素）
【００２７】
イオンクロマトグラフィー
反応生成物は、サプレッサー式伝導度検出によるイオン交換クロマトグラフィー（ＩＣ）を用いて分析した。Ｄｉｏｎｅｘ  ＩＣＳ−３０００  Ｒｅａｇｅｎｔ−Ｆｒｅｅ  Ｉｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ＲＦＩＣ）（Ｄｉｏｎｅｘ  Ｃｏｒｐ．；Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、ＣＡ）システムを用いた。ＩＣＳ−３０００システムは、単一温度帯域構成によるＤＰ  Ｄｕａｌ  Ｐｕｍｐモジュール、ＥＧ  Ｅｌｕｅｎｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒモジュール、およびＤＣ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ／Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙモジュールから構成された。ＥＧは、ＭＳＡ溶離剤を電解生成させるためのＥｌｕＧｅｎ  ＥＧＣ  ＩＩメタンスルホン酸（ＭＳＡ）カートリッジを装備した。システム制御、ピーク積分、および面積解析のために、Ｃｈｒｏｍｅｌｅｏｎ  ６．８クロマトグラフィー管理ソフトウェア（Ｄｉｏｎｅｘ  Ｃｏｒｐ．）を用いた。
【００２８】
ＡＳ４０オートサンプラーを用いて、サンプルを５０μＬのループに注入した。ループは、ＩＣＳ  ３０００  ＤＣモジュール内の６ポートの注入弁２つのうちの１つに据え付けた。クロマトグラフィーによる分離は、ＩｏｎＰａｃ  ＣＧ  １２Ａ（４×５０ｍｍ）ガードカラムに後続するＩｏｎＰａｃ  ＣＳ  １２Ａ（４×２５０ｍｍ）セパレーターカラムを用いて達成した。カラム流出物に、再循環水モードで用いられるＣＳＲＳ  ３００自己再生サプレッサーを流過させてから、伝導度検出を行った。１．０ｍｌ／ｍｉｎで送液されるアイソクラチックＭＳＡを用いた。クロマトグラフィー条件を以下の表に列挙する。
【００２９】
【表１】
2015504090.tif 000004
【００３０】
ＮＭＲ分析
反応生成物はまた、１Ｈ  ＮＭＲおよび１３Ｃ  ＮＭＲも用いて、以下の通りに分析した。
【００３１】
１Ｈ  ＮＭＲ
サンプルは、５ｍｍのＮＭＲ管内で適切に分析した。標準物質を調製し、Ｄ２Ｏ＋ＤＳＰ（化学シフト基準）中で分析した。対応する１３Ｃ周波数を４９９．７７ＭＨｚとする、Ｖａｒｉａｎ  ＩＮＯＶＡ  ５００ＭＨｚ  ＮＭＲ分光計（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ；Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、ＣＡ）を用いて、データを回収した。データは、データファイル１つ当たり１００の過渡信号、３３．３秒間のパルス反復遅延、１０，０００Ｈｚのスペクトル幅、および３２キロデータポイントのファイルサイズを用いて取得した。
【００３２】
１３Ｃ  ＮＭＲ
１０ｍｍのＮＭＲ管内の１ｇのサンプルに対して約２ｇのＤＭＳＯ−ｄ６を添加することにより、サンプルを調製した。対応する１３Ｃ周波数を１００．５ＭＨｚとするＪＥＯＬ  Ｅｃｌｉｐｓｅ  ４００ＭＨｚ  ＮＭＲ分光計（ＪＥＯＬ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．；Ｐｅａｂｏｄｙ、ＭＡ）を用いて、データを回収した。データは、ゲーティングされた１Ｈデカップリング、データファイル１つ当たり１０００の過渡信号、１２１．３秒間のパルス反復遅延、２５，２００Ｈｚのスペクトル幅、および３２キロデータポイントのファイルサイズを用いて取得した。
【００３３】
［実施例１ａ］
５℃でのエチレンオキシドのバッチ添加
実施例１ａでは、反応器に、２７５．３２ｇの水および１２３．７ｇのトリメチルアミンを入れた。次いで、反応器の内容物を３００ＲＰＭ（１分間当たりの回転数）で撹拌し、反応器の温度を５℃に制御した。反応器を窒素でパージし、次いで、反応器の窒素圧を３バール超まで上昇させた（反応物を液相に保つ一助とするため）。水およびトリメチルアミンの温度が、５℃で定常状態に達したら、エチレンオキシドを反応器に４つのバッチで加圧窒素を用いてフィードした。各バッチで添加されたエチレンオキシドの量は、それぞれ、１４．５９ｇ、２７．１３ｇ、２４．４ｇ、および３０．５ｇであった。エチレンオキシドの第３のバッチを反応器にフィードする前に、撹拌速度を４００ＲＰＭに増大させた。エチレンオキシドの最後のバッチを添加した後、反応器を２０分間超にわたり、窒素でパージしたのち、反応生成物を反応器の底部に配置されたブロック弁から放出した。
【００３４】
イオンクロマトグラフィーおよびＮＭＲを用いた生成物の分析は、４４．１重量％の水酸化コリン、６．２重量％のモノエトキシル化副生成物を示し、残りは、水であった。
【００３５】
［実施例１ｂ］
２５℃でのエチレンオキシドのバッチ添加
実施例１ｂでは、反応器に、２６１．８３ｇの水および１１８．５２ｇのトリメチルアミンを入れた。次いで、反応器の内容物を３００ＲＰＭで撹拌し、反応器の温度を２５℃に制御した。反応器を窒素でパージし、次いで、反応器の窒素圧を３バール超まで上昇させた（反応物の大半を液相に保つ一助とするため）。水およびトリメチルアミンの温度が２５℃で定常状態に達したら、４つのバッチで加圧された窒素を用いて、エチレンオキシドを反応器にフィードした。各バッチで添加されるエチレンオキシドの量は、それぞれ、１４．１３ｇ、１９．４９ｇ、２５．７６ｇ、および３７．３９ｇであった。エチレンオキシドの第３のバッチを反応器にフィードする前に、撹拌速度を４００ＲＰＭに増大させた。エチレンオキシドの最後のバッチを添加した後、反応器を２０分間超にわたり、窒素でパージしたのち、反応生成物を反応器の底部に配置されたブロック弁から放出した。
【００３６】
図３は、エチレンオキシド（ＥＯ１２７３）の、トリメチルアミン（ＴＭＡ）を含有する反応器へのバッチ添加、および水酸化コリン（コリンＯＨ）の生成を示すラマンデータプロットである。ＴＭＡの濃度は、エチレンオキシドの各バッチ添加の後から、第４のバッチによるエチレンオキシド添加の後でＴＭＡがラマン探触子により検出されなくなるまで低下し、水酸化コリン生成物の量は、その最大に向かう。
【００３７】
イオンクロマトグラフィーおよびＮＭＲを用いる生成物の分析は、３７．５重量％の水酸化コリン、１１．７重量％のモノエトキシル化副生成物を示し、残りは、水であった。
【００３８】
［実施例２ａ］
２０℃でのエチレンオキシドの連続添加
実施例２ａの反応条件は、エチレンオキシドを、５８６．２ｇの水および２４１．６ｇのトリメチルアミンを含有する反応器に連続添加し、反応器の温度を２０℃に制御したことを除き、実施例１ａと同じとした。エチレンオキシドの添加速度を４．９５ｇ／ｍｉｎとし、エチレンオキシドを３８．６分間にわたり添加した。
【００３９】
イオンクロマトグラフィーおよびＮＭＲを用いる生成物の分析は、４５．９重量％の水酸化コリン、３．８重量％のモノエトキシル化副生成物を示し、残りは、水であった。
【００４０】
［実施例２ｂ］
２５℃でのエチレンオキシドの連続添加
実施例２ｂの反応条件は、エチレンオキシドを、２４９．５２ｇの水および１１２．６１ｇのトリメチルアミンを含有する反応器に連続モードで添加し、反応器の温度を２５℃に制御したことを除き、実施例１ａと同じとした。エチレンオキシドの添加速度を４．３３ｇ／ｍｉｎとし、エチレンオキシドを２０．６分間にわたり添加した。
【００４１】
イオンクロマトグラフィーおよびＮＭＲを用いる生成物の分析は、４４．４重量％の水酸化コリン、６．０重量％のモノエトキシル化副生成物を示し、残りは、水であった。
【００４２】
［実施例３］
１５℃でのトリメチルアミンのバッチ添加
実施例３の反応条件は、（エチレンオキシドが添加されるというより）トリメチルアミンを反応器にバッチ添加し、反応器の温度を１５℃に制御したことを除き、実施例１ａと同じとした。反応器は、１４４．７８ｇのエチレンオキシドおよび１８２．０２ｇの水による混合物を含有した。トリメチルアミンは、２８．０９ｇおよび３８．２５ｇの２つのバッチで添加された。
【００４３】
イオンクロマトグラフィーおよびＮＭＲを用いる生成物の分析は、１１．９重量％の水酸化コリン、１７．２重量％のモノエトキシル化副生成物を示し、残りは、水であった。
【００４４】
［実施例４］
過剰なＴＭＡの再循環（リサイクル）
実験結果（実施例１〜３）を用いて、反応系の反応速度モデルを開発し、情報をＡＳＰＥＮ  ＰＬＵＳ（登録商標）（Ａｓｐｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．；Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ、ＭＡ）によるプロセスモデルに組み込んだ。プロセスを改変して、未転換トリメチルアミンを水酸化コリン反応生成物から分離し、未転換トリメチルアミンを第１反応器に導入されるトリメチルアミン流にフィードバックすることにより再循環させるための蒸留カラムを組み入れた。未転換トリメチルアミンの再循環により、エチレンオキシドフィードをトリメチルアミンフィードに対して低下させることが可能となる。エチレンオキシドのトリメチルアミンに対するフィード比（第１反応器へのフィードにおけるＥＯ／ＴＭＡ）を低下させることにより、水酸化コリンの収量が増大し、副生成物の形成が低下する。結果として、同じプロセス能力を維持しながら、第１反応器および第３反応器のサイズを減じることができる。ＥＯ／ＴＭＡ比の低下はまた、全体的な原材料の使用も有意に改善した。シミュレーションによる典型的な結果を以下に示す。
【００４５】
【表２】
2015504090.tif 000005
【００４６】
実施例のまとめ
実施例では、複数の因子が注目に値する。第１に、成分を組み合わせる順序が、水酸化コリンの収率および副生成物の収率のいずれにも影響を及ぼす。具体的には、実施例１ａ、１ｂ、２ａ、および２ｂで（実施例３と比較して）、エチレンオキシドをトリメチルアミンに添加すると、水酸化コリンの収率ははるかに増大し、副生成物の生成は減少する。第２に、反応温度の制御により、水酸化コリン収率の増大が示された。具体的には、実施例１ａおよび１ｂでは、実施例１ａで反応温度を低下させたところ、最終生成物中の水酸化コリンの百分率が増大した。同様に、実施例２ａおよび２ｂでは、実施例２ａで温度を低下させたところ、最終生成物中の水酸化コリンの百分率が増大した。加えて、実施例２ａおよび２ｂにおけるエチレンオキシドの連続添加では、エチレンオキシドのバッチ添加と比較して、最終生成物中の水酸化コリンの量が増大した。最後に、実施例４では、モデル研究は、トリメチルアミンの再循環により、エチレンオキシドのトリメチルアミンに対するフィード比を低下させることが可能となり、反応器滞留時間の短縮、最終生成物中の水酸化コリンの重量分率の増大、および副生成物レベルの低下による他の利点ももたらされることを示した。
【００４７】
本発明は、本発明のいくつかの態様の例示として意図される、本明細書で開示される実施形態により範囲が制限されるものではなく、機能的に同等である任意の実施形態も本発明の範囲内にある。当業者には、本明細書で示され、記載されるプロセス、方法、および組成物に加えて、プロセス、方法、および組成物の多様な改変も明らかとなるであろうし、付属の特許請求の範囲内に収まることが意図される。さらに、上記の実施形態では、本明細書で開示されるプロセスステップおよび方法ステップならびに組成物の成分のある代表的な組合せだけが具体的に論じられているが、当業者には、組成物の成分ならびにプロセスステップおよび方法ステップの他の組合せも明らかとなるであろうし、また、添付の特許請求の範囲内に収まることも意図される。したがって、本明細書では、成分またはステップの組合せについて明示的に言及しうるが、明示されなくともなお、成分およびステップの他の組合せも包含される。本明細書で用いられる「〜を含む」という用語およびその変化形は、「〜を包含する」という用語およびその変化形と同義に用いられ、開放的で非限定的な用語である。
【符号の説明】
【００４８】
１００  第１反応器
１１０  温度制御装置
１２０  第２反応器
１３０  断熱材料
１４０  装置
２００  第１反応器
２１０  温度制御装置
２２０  第２反応器
２３０  温度制御装置
２４０  第３反応器
２５０  断熱材料
２６０  装置
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【図１】
2015504090.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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