(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤として多孔質粒状固体物質を用いることを特徴とするマロノニトリルの製造方法であって、触媒としての有機Ｎ供与体塩基及び吸着剤としての多孔質粒状固体物質の存在下において溶媒中で、シアノアセトアミドを脱水剤としてのＰＯＣｌ3と、80〜120℃の温度で６〜８時間反応させ、安定剤の存在下で真空下において粗生成物から同じ安定剤を含む受容器に生成物を蒸留させて、純度が高くかつ保存寿命の長い所望の生成物を得ることを含む方法。
【請求項２】
前記固体吸着剤が、メッシュサイズ60〜120のシリカゲルであり、かつシアノアセトアミド250部に対して38〜70部で用いられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記有機Ｎ供与体塩基触媒が、基質に対して2.3〜3.0mol％の濃度の、ピリジン、sec-アミン又はtert-アミンから選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記溶媒がトルエン、ジクロロエタン（ＤＣＥ）、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼンからなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記溶媒が事前の実験の反応混合物から蒸発により回収され、さらに精製及び処理を行うことなく用いられるものである、請求項４記載の方法。
【請求項６】
反応温度が80〜120℃である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
真空蒸留の間のマロノニトリルの熱分解を抑制するために用いられる前記安定剤が、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、ヒドロキノン（ＨＱ）、トリ（ノニルフェニル）ホスフィット（ＴＮＰＰ）、トリス（2,4-ジ-tert-ブチル）ホスフィット（ＴＢＰＰ）からなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
0.1〜0.5wt％の安定剤の存在下において約90℃、2.0mmHgの圧力で粗生成物を蒸留し、97％の高い収率を達成する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記安定剤が0.05〜0.15wt％の濃度で用いられ、マロノニトリルの貯蔵寿命を高める、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シアノアセトアミドからのマロノニトリルの改良製造方法に関する。本発明は、詳細には、脱水剤としてのＰＯＣｌ3、触媒としてのピリジンもしくは有機アミンを用い、無機塩に代えて固体吸着剤を用い、メタリン酸副生成物の重合を抑制する、シアノアセトアミドからのマロノニトリルの環境に優しい合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マロノニトリルは、有機合成化学において広く用いられている用途の広い中間体である。産業において、これは様々な医薬品及び農薬、例えばチアミン（ビタミンＢ1）、アデニン、ミノキシジル（抗高血圧剤、アップジョン）、チオプリノール（痛風治療薬）、ジウレアトリアムテレン（スミスクライン）、アミノペテリン、ベンズルフロンメチル（除草剤、デュポン）等の構成単位として広く用いられている。耐光堅牢性が高いことを特徴とする様々な重要な染料、特にアミノアリールシアニンをベースとするポリエステル染料はマロノニトリルより得られる。この種に属する多くの重要な染料は、主要な染料製造会社、例えばバイエル、ＢＡＳＦ、チバガイギー、及びコダックによって製造されている。マロノニトリルはテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）の製造にも用いられている。これはフォトコピー及び三次元メモリーにおける導電性フィルムの形成に適した電荷移動錯体を形成する。一方、o-クロロベンジリデンマロノニトリル（ＣＳガス）は、安全性の高い公知の催涙ガスである。
【０００３】
文献を詳細に調べた結果、マロノニトリルの製造は、様々な脱水剤を用いるバッチ法においてシアノアセトアミドの脱水に大きく依存していることが明らかになった。これはまた、チューブ状反応器において高温で適当な触媒上において塩化シアンとアセトニトリルの気相反応を含む連続法によっても得られる。
【０００４】
マロノニトリルへのアセトニトリルの転化において高い転化率が達成されている、米国特許第4136108号、1979; Neth. Appl. 80,04516, 1980; Ger. Offen 3,006,492, 1981を参照されたい。上記方法の欠点は、高い反応温度が必要であり、かつ副生成物としてマレイン酸、コハク酸及びフマル酸が形成するために選択性が低いことであり、ＣＮＣｌ又はＭｅＣＮをベースとして60％の収率でマロノニトリルを得るためには効果的に分離することが必要である。
【０００５】
同様の方法を用いて、所望によりニトリルの存在下においてイソニトリルからマロノニトリルを製造する米国特許第5959136号、1999を参照されたい。この方法の欠点は、ニトリルに異性化するイソニトリルの活性化に高い温度が必要であることである。
【０００６】
脱水剤としてＰ2Ｏ5を用いる、E.M.Gal and A.T.ShulginのJ.Amer.Chem.Soc. 73, 2938, 1951を参照されたい。この方法の欠点は、この脱水剤がＰＯＣｌ3と比較して選択性において効果が低いことである。
【０００７】
脱水剤としてＰＣｌ5を用いる、B.B.Corson, R.W.Scot and C.E.VoseらのOrg.Synth. 10, 66, 1930; A.J.Fatidadi, Synthesis 165, 1978,及び米国特許第2,802,857号, 1957; Brit. 1,163,397, 1969等の特許を参照されたい。この方法の欠点は、この脱水剤がＰＯＣｌ3と比較して選択性及び収率において効果が低いことである。
【０００８】
脱水剤としてＰＯＣｌ3を用いてシアノアセトアミドから水を除去することによりマロノニトリルの製造を研究しているSurreyのOrg.Synth. 25, 63, 1945; J.Amer.Chem.Soc. 65, 2471, 1943を参照されたい。
【０００９】
ＰＯＣｌ3をベースとする方法では、ジクロロエタン中のシアノアセトアミドの懸濁液をＰＯＣｌ3の存在下で還流している。それにもかかわらず、この脱水には、副生成物として準安定なリン酸が形成するために大スケールで合成する場合に厳しい制限がある。このリン酸は反応条件において反応器の壁に沿って硬質の高分子クラストを形成する傾向にあり、均一な攪拌及び加熱を妨げる。
【００１０】
さらに、懸濁された出発物質のかなりの部分はコーティング中に埋め込まれ、収率の低下を引き起こす。メタリン酸の重合を避けるため、無機塩を用いてこのリン酸をその塩（これは反応混合物から沈殿する）に転化する。アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を用いる多くの方法が開示されている。
【００１１】
このためにアルカリ金属塩を用いる米国特許第2,389,217号、1945及び米国特許第2,799,697号、1957を参照されたい。この方法の欠点は、多量の無機塩を消費することであり、これは高分子生成物の存在のため容易に回収することができない。米国特許第2,389,217号では、1.26kgのシアノアセトアミドあたり1.00kgのNaClが消費され、塩の回収については記載されていない。
【００１２】
アルカリ土類金属塩を用いるR.Malinowski and J.LegockiのOrganika 53, 1977及び米国特許第3,459,783, 1969を参照されたい。この方法の欠点は、多量の無機塩を消費することであり、これは高分子生成物の存在のため容易に回収することができない。
【００１３】
しかしながら、上記方法を用いてマロノニトリルを合成する場合、高分子生成物の形成を完全に防ぐことができないため大きな改良は報告されていない。従って、上記の記載にもかかわらず、環境上クリーンでありかつ適合する方法は教示も示唆もされていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、上記欠点を克服し、バッチ法においてシアノアセトアミドとＰＯＣｌ3の反応からマロノニトリルを合成するための他の有効な方法を提供することである。
本発明の他の目的は、無機塩に代えて多孔質固体物質を用いて、反応媒体における副生成物の形成を排除する方法を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、廃棄を必要とする多量の無機塩の使用を避けることによる環境に優しい方法を開発することである。
本発明の他の目的は、真空蒸留の間に適当な安定剤を用いることによる、粗生成物から純粋なマロノニトリルを分離する改良方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、適当な安定を用いて長期の保存寿命を達成する、分離したマロノニトリルの貯蔵方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸着剤として多孔質粒状固体物質を用いることを特徴とし、触媒としての有機Ｎ供与体塩基及び吸着剤としての多孔質粒状固体物質の存在下において適当な溶媒中で、シアノアセトアミドを脱水剤としてのＰＯＣｌ3と、80〜120℃の温度で６〜８時間反応させ、安定剤の存在下で真空下において粗生成物から同じ安定剤を含む受容器に生成物を蒸留させて、純度が高くかつ保存寿命の長い所望の生成物を得ることを含む方法である。
【００１７】
本発明の一態様において、固体吸着剤は、メッシュサイズ60〜120のシリカゲルであり、かつシアノアセトアミド250部に対して38〜70部で用いられる。
本発明の他の態様において、前記有機Ｎ供与体塩基触媒は好ましくは、基質に対して2.3〜3.0mol％の濃度の、ピリジン、sec-アミン又はtert-アミンから選ばれる。
本発明の他の態様において、前記溶媒はトルエン、ジクロロエタン（ＤＣＥ）、クロロベンゼン、及びo-ジクロロベンゼンからなる群より選ばれる。
【００１８】
本発明の他の態様において、前記溶媒は反応混合物から蒸発により回収され、さらに精製及び処理を行うことなく用いられるものである。
本発明の他の態様において、反応温度は好ましくは80〜120℃である。
本発明の他の態様において、真空蒸留の間のマロノニトリルの熱分解を抑制するために用いられる前記安定剤は、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、ヒドロキノン（ＨＱ）、トリ（ノニルフェニル）ホスフィット（ＴＮＰＰ）、及びトリス（2,4-ジ-tert-ブチル）ホスフィット（ＴＢＰＰ）からなる群より選ばれる。
【００１９】
本発明の他の態様において、粗生成物は0.1〜0.5wt％の安定剤の存在下において約90℃、2.0mmHgの圧力で蒸留され、高い収率（96〜98％）を達成する。
本発明のさらに他の態様において、前記安定剤は0.05〜0.15wt％の濃度で用いられ、マロノニトリルの貯蔵寿命を高める。
【００２０】
本発明の新規性は、80〜120℃の温度において６〜８時間、触媒としてのＮ−供与体塩基及び吸着剤としての多孔質粒状固体吸着剤の存在下におけるトルエンもしくはハロカーボン溶媒中のシアノアセトアミドとＰＯＣｌ2の公知の反応からのマロノニトリルの合成において形成されるリン酸由来の高分子副生成物の吸着剤として、メッシュサイズが60〜120であるシリカゲルのような豊富な市販入手可能な多孔質粒状固体を使用することにある。本発明は優れた収率を与え、円滑な操作を可能にし、マロノニトリルに対する高い選択性を与え、廃棄物を低減させる。真空中の粗生成物の蒸留による生成物の単離及び生成物の貯蔵の間における好適な安定剤の使用は収率を高めかつ貯蔵性を向上させる。これらの利点は、多量の廃棄物を生ずる、理論量の無機塩を用いる現在実施されている方法と比較して明らかである。従って、本発明の方法は、技術的に実行可能であり、経済上好ましく、かつ環境に優しい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、触媒としての有機Ｎ供与体塩基及び吸着剤としての多孔質粒状固体物質の存在下において適当な溶媒中で、シアノアセトアミドをＰＯＣｌ3と、80〜120℃の温度で６〜８時間反応させ、真空下において安定剤を含む粗生成物から同じ安定剤を含む受容器に生成物を蒸留させて、純度が高くかつ保存寿命の長い生成物を得ることを含むマロノニトリルの合成方法である。
【００２２】
固体吸着剤は、メッシュサイズが60〜120であるシリカゲルであり、これはシアノアセトアミド250部に対して38〜70部で用いられる。Ｎ供与体有機塩基触媒はピリジン又はsec-もしくはtert-アミンであってよく、基質に対して2.3〜3.0mol％のような最適の濃度で存在する。溶媒は、トルエン、ジクロロエタン（ＤＣＥ）、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン等から選ばれる。本発明において用いられる溶媒は蒸発によって反応混合物から回収することができ、さらなる精製及び処理を行わないでこの方法において再利用することができる。反応温度は好ましくは80〜120℃である。
【００２３】
安定剤は真空蒸留の間のマロノニトリルの熱分解を抑制するために用いられ、ブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、ヒドロキノン（ＨＱ）、トリス（ノニルフェニル）ホスフィット（ＴＮＰＰ）、及びトリス（2,4-ジtert-ブチル）ホスフィット（ＴＢＰＰ）からなる群より選ばれる。この粗生成物は0.1〜0.5wt％の安定剤の存在下において90℃、2.0mm圧力において蒸留され、高い収率（96〜98％）が得られる。安定剤はマロノニトリルの長期の貯蔵を可能にし、保存寿命を高めるために0.05〜0.15wt％の濃度で用いられる。
【００２４】
シアノアセトアミドの脱水によるマロノニトリルの製造方法の有効性は、多量の硬質高分子物質の存在に伴う問題のため、従来の方法における大スケール合成においては十分に活かされていない。本発明では、好ましくは微細粒状形態の、多孔性の高い固体活性吸着剤を試みた。それは、これが上記のような工程の間の困難性を引き起こす硬質高分子コーティングの形成を有効に防ぐからである。この戦略は、反応の間に形成される高分子物質をその表面に付着させる微細な粒状形態の固体吸着剤の適切な選択に依存している。本発明において、手ごろな価格で市販入手可能なメッシュサイズが60〜120であるシリカゲルがこの固体吸着剤として用いられる。
【００２５】
理論付けることなく、本発明の成功は、リン酸由来のポリマーの完全な分散を達成するに必要なシリカゲルの量が理論レベルよりもはるかに低いことにあると考えられる。このことは、同じ目的のための従来の方法において理論量で用いられている多量の無機塩の廃棄を減少させる。
【００２６】
さらに、本発明は、マロノニトリルの高い選択性を与えるシアノアセトアミドの最大転化率を達成するに必要なピリジンの最適濃度を確認した。従来の特許（Lonza Ltd., Fr. 1,365,202, 1964)に詳細に記載されている方法に従い、上記の量のピリジン（１mol％）を用いて我々の実験室で行ったマロノニトリルの合成では反応はかなり遅かった。一方、ピリジン塩基の濃度を高くすると、反応は速くなったが、マロノニトリルの重合が主となり（A.J.Fatiadi, Synthesis, 165, 1978)、その結果、選択率が低くなる。本発明は、ピリジン触媒を基質に対して2.3〜2.5mol％で用いると高い選択率で所望の生成物が得られることを示している。また、減圧下で反応混合物から回収した溶媒をさらなる精製を行うことなく再利用できることも観察された。
【００２７】
この生成物であるマロノニトリルは安定化剤としてブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）を用いることにより熱分解に対して安定化され、真空蒸留の間の粗生成物の重合／分解がかなり抑制され、結果として収率が高くなる。ＢＨＴ（0.10wt％）の存在において、97℃、２mmの圧力で粗生成物から約97質量％が蒸留される。さらに、ＢＨＴ（0.05wt％）の存在下において、マロノニトリルの改良された保存寿命が達成される。このように、本発明の戦略は、バッチ法におけるシアノアセトアミドとＰＯＣｌ3の反応からのマロノニトリルの合成のための環境上許容されかつ好適な触媒方法を与える。
以下の実施例は本発明を説明するものであり、本発明の請求の範囲を限定するものではない。
【００２８】
【実施例】
実施例１
用いた試薬は以下のようにして精製した。ＤＣＥ、ピリジン及びＰＯＣｌ3は新たに蒸留し、前者の２つは適当な乾燥剤を用いて乾燥した後に行った。シアノアセトアミド及びシリカゲルは80℃のオーブン中で一晩乾燥させた。
【００２９】
還流冷却器及び機械攪拌機を備え、窒素でフラッシした３リットルの二口丸底フラスコにシアノアセトアミド(250g、2.98mole)、ＰＯＣｌ3(252.6g、1.65mole)、60〜120メッシュのシリカゲル(70g)、ピリジン(5.47g、0.069mole)及びＤＣＥ(787mL)を加えた。反応の間に発生するＨＣｌをトラップするために、水冷冷却器の開放末端を水スクラバーに接続した。反応混合物を連続的に攪拌しながらゆっくり90℃に加熱した。２時間後、懸濁した固体の凝集を防ぐため攪拌速度を約500rpmに高めた。この時点において、その易流動性が失われた。反応の進行はＴＬＣによりモニターした。還流条件で８時間攪拌後、反応混合物を室温まで冷却し、ブフナー漏斗を通して濾過し、100mLのＤＣＥで２回洗浄した。減圧下で溶媒及び揮発性物質を完全に除去した後、真空中で150mgのブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）の存在下で有機残留液を蒸留し、純度99.92％のマロノニトリル(149g、収率76％）を得た。
【００３０】
実施例２
上記の方法に従い、以下に示す量の試薬、すなわちシアノアセトアミド(250g、2.98mole)、ＰＯＣｌ3(252.6g、1.65mole)、60〜120メッシュのシリカゲル(38g)、ピリジン(5.47g、0.069mole)及びＤＣＥ(787mL)を用い、８時間還流し、溶媒を除去し、次いで真空蒸留を行い、純粋な（純度99％以上）マロノニトリルを得た（145g、収率74％）。
【００３１】
実施例３
最初の実験（実施例１）から回収した溶媒ＤＣＥを精製することなく用いた。他の試薬は上記と同じである。
上記の方法に従い、以下の量の試薬、すなわちシアノアセトアミド(100g、1.19mole)、ＰＯＣｌ3(101g、0.66mole)、60〜120メッシュのシリカゲル(28g)、ピリジン(2.19g、0.028mole)及びＤＣＥ(314mL)を用い、６時間還流し、粗生成物を得た（49g、収率88％）。50mgのＢＨＴの存在下でこの粗生成物を真空蒸留し、純粋な（純度99.9％以上）マロノニトリルを得た（59g、収率75％）。
【００３２】
実施例４
最初の実験（実施例１）から回収した溶媒ＤＣＥを精製することなく用いた。他の試薬は上記と同じである。
実施例１の方法に従い、以下の量の試薬、すなわちシアノアセトアミド(100g、1.19mole)、ＰＯＣｌ3(101g、0.66mole)、60〜120メッシュのシリカゲル(28g)、ピリジン(2.19g、0.028mole)及びＤＣＥ(314mL)を用い、６時間還流し、粗マロノニトリル生成物を得た（49g、収率88％）。上記実施例とは異なり、ＢＨＴを存在させないでこの粗生成物を真空蒸留すると、純度99.9％のマロノニトリルが収率66％で得られた。
【００３３】
実施例５
マロノニトリルの貯蔵
新たに蒸留したマロノニトリル(100g、ＧＣによる純度99.92％）を、50mgのブチル化ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）を含む容器に集めた。この混合物をよく混合し、空気を充填した着色した気密キャップしたビンに移し、室温（35〜38℃）において空気中６週間貯蔵した。この化合物は無色透明な液体のままであり、変化は見られなかった。６週間後の純度はＧＣにより測定し、99.8％であった。
【００３４】
本発明の主要な利点は以下のとおりである。
１．本発明は、反応工程において困難さに遭遇することなく優れた収率でシアノアセトアミドの反応からマロノニトリルを合成する新規方法である。
２．高分子副生成物を吸着するために用いる固体多孔質材料は安価でありかつ市販入手可能である。
３．本発明の方法は、触媒としてピリジンまたは有機アミンを用い、高い生成物の選択性を達成する。
４．環境に優しくかつ簡便な方法が開発された。無機塩の廃棄に伴う問題は生じない。
５．この方法により製造されるマロノニトリルの選択性、収率及び純度は高い。
６．反応条件は比較的温和である。
７．反応の監視及びその後の仕上げは容易である。
８．粗反応混合物からの生成物の単離は、揮発性の低い有機副生成物の形成が無視できるため容易である。
９．本発明の方法は、熱に敏感な生成物であるマロノニトリルの分解を抑制し、従って高い収率に寄与する。
10．本発明の方法は、マロノニトリルの簡単な貯蔵手段を提供し、高い保存寿命を達成する。
11．この方法全体は経済的である。