JP5032448B2 - Ｎ−置換マレイミド類の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高純度のＮ−置換マレイミド類(N-substituted maleimides)を高収率で製造する方法に関し、より詳細には、無水マレイン酸と第１アミン類を反応して、Ｎ−置換マレイミド類を製造する方法であって、融点が１５０℃以上で且つ製造しようとするＮ−置換マレイミドと不溶性である有機ホスホン酸が固体担持体に担持された担持触媒を使用し、副反応の発生を防止して、高純度のＮ−置換マレイミド類を高収率で製造する方法に関する。

Ｎ−置換マレイミド類は、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ＰＳ、ＰＭＭＡ、ＳＡＮ樹脂などの耐熱度を向上させるための共重合単量体、農薬、医薬品の中間体などに幅広く使用される化合物である。

Ｎ−置換マレイミド類の製造方法は、長い間研究されてきて、様々な方法が知られている。一般に、Ｎ−置換マレイミド類の合成反応は、無水マレイン酸と第１アミン類の反応を通じて、中間体であるＮ−置換マレアミド酸(N-substituted maleamic acid)を製造して、Ｎ−置換マレアミド酸の脱水閉環反応を通じて、Ｎ−置換マレイミド類を合成し、合成されたＮ−置換マレイミド類を反応溶液内で分離、精製して、Ｎ−置換マレイミド類を製造する方法により行われてきた。

米国特許第２，４４４，５３６号には、無水酢酸を脱水剤として使用し、Ｎ−置換マレアミド酸を脱水閉環する反応を通じてマレイミド類を製造する、化学的脱水閉環反応方法が提案されている。しかしながら、脱水剤を使用した化学的脱水閉環反応を通じてＮ−置換マレイミド類を製造する方法は、高価な脱水剤を、製造しようとするＮ−置換マレイミド類の同量以上を使用しなければならず、生成されたＮ−置換マレイミド類を反応溶液から分離することが難しくて、商業的な適用は困難である。

米国特許第３，４３１，２７６号、英国特許第１，０４１，０２７号では、化学的脱水剤を使用せず、トルエン、キシレン、クロロベンゼンのような、沸点が８０℃以上である溶媒下で、オルトリン酸、硫酸などを酸触媒として使用して、Ｎ−置換マレイミド類を製造する方法が提案されている。たとえ提案された方法が、高価な脱水剤を使用せず、生成されたＮ−置換マレイミド類を反応溶液から容易に分離できるという長所があるとしても、収率が低くて、高い反応温度により副産物が多量に発生するという短所がある。

米国特許第４，６２３，７３４、第４，７８６，７３８号では、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどのような、１２０〜１７０℃の反応温度で水と共沸蒸留が可能な溶媒を使用して、酸触媒下でＮ−置換マレイミド類を合成するにおいて、亜鉛アセテートなどの金属含有化合物と、銅ジブチルジチオカルバメートなどの安定化剤を使用して、高い収率でＮ−置換マレイミド類を合成する方法が提示されている。

米国特許第４，８５１，５４７号では、Ｎ−置換マレイミド類を合成するにおいて、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸、オルトリン酸などの酸と、Ｎ−置換マレイミド類の合成時に使用される原料の第１アミンとの中和反応により得られるアミン塩、または合成シリカ、珪藻土などの担持体に担持されたアミン塩を触媒として使用する方法が提示されている。

しかしながら、上記の米国特許第４，６２３，７３４号、第４，７８６，７３８号、第４，８５１，５４７号で提供しているＮ−置換マレイミド類の合成方法は、副反応に対する効果的な抑制方法が提示されておらず、純度９６％以上の高純度のＮ−置換マレイミド類を合成するには適さない方法である。

米国特許第４，９８０，４８３号では、Ｎ−置換マレイミド類の合成時、副反応を通じて生成される副産物であるフマル酸の生成を抑制するために、合成反応初期には、第１アミン類に対する無水マレイン酸のモル比が１未満になるようにして、反応中期以後には、反応系に添加された第１アミン類の総量に対する反応系に添加された無水マレイン酸の総量のモル比が１を超えるようにして合成反応を行ってＮ−置換マレイミド類を製造する方法が提示されている。しかしながら、反応中に生成される、フマル酸以外の副産物に対する抑制方法が提示されておらず、純度９６％以上の高純度のＮ−置換マレイミド類を合成することは難しいという問題点がある。

米国特許第５，０６８，３５７号では、Ｎ−置換マレイミド類の製造時、水と共沸蒸留可能な溶媒と、有機非プロトン性極性溶媒とからなる混合溶媒を使用して、触媒として金属錫、酸化錫、Ｎ−置換マレイン酸錫塩などの錫化合物を使用して、脱水閉環反応を通じてＮ−置換マレイミド類を合成する方法が提示されている。触媒として、硫酸、オルトリン酸などの酸触媒ではない錫化合物を使用することにより、反応器の腐食問題を効果的に防止することができるが、Ｎ−置換マレアミド酸の脱水閉環反応が十分に高い収率でなされず、最終的に生成されたＮ−置換マレイミド内に多量のＮ−置換マレアミド酸が残留しているという問題点がある。

大部分の従来技術は、オルトリン酸、硫酸などの酸触媒を使用しているが、これらの酸触媒は、Ｎ−置換マレイミド類の合成反応温度では液状で存在し、反応物である無水マレイン酸、第１アミン類、そして生成物であるＮ−置換マレイミド類とよく混合される特徴があって、合成反応時、多量の反応物及び生成物が触媒上に溶け込み、数々の副反応を引き起こす問題点がある。

上記の従来技術は、商業的にＮ−置換マレイミド類を合成する方法として適合した方法であるが、９５％以上の純度を有する高純度のＮ−置換マレイミド類を９５％以上の高収率で合成する方法については提示されていない。
米国特許第２，４４４，５３６号明細書 米国特許第３，４３１，２７６号明細書 英国特許第１，０４１，０２７号明細書 米国特許第４，６２３，７３４号明細書 米国特許第４，７８６，７３８号明細書 米国特許第４，８５１，５４７号明細書 米国特許第４，６２３，７３４号明細書 米国特許第４，７８６，７３８号明細書 米国特許第４，８５１，５４７号明細書 米国特許第４，９８０，４８３号明細書 米国特許第５，０６８，３５７号明細書

上記のような従来技術の問題点を解決するために、本発明は、Ｎ−置換マレイミド類の合成時、融点が１５０℃以上で且つ製造しようとするＮ−置換マレイミドと不溶性である有機ホスホン酸が固体担持体に担持された担持触媒を使用し、副反応の発生を抑制して、高純度のＮ−置換マレイミド類を高収率で合成及び製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的及びその他の目的は、下記説明する本発明により全て達成できる。

上記目的を達成するために、本発明は、Ｎ−置換マレイミド類の製造方法において、水と共沸蒸留可能な有機溶媒、融点が１５０℃以上で且つ製造しようとするＮ−置換マレイミドと不溶性である有機ホスホン酸が固体担持体に担持された担持触媒の存在下で、第１アミン類と無水マレイン酸を投与し、１００〜１４０℃で脱水閉環反応を通じて高純度のＮ−置換マレイミド類を高収率で合成及び製造することを特徴とするＮ−置換マレイミド類の製造方法を提供する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のＮ−置換マレイミド類の製造方法は、水と共沸蒸留可能な有機溶媒、融点が１５０℃以上で且つ製造しようとするＮ−置換マレイミドと不溶性である有機ホスホン酸が固体担持体に担持された担持触媒の存在下で、第１アミン類と無水マレイン酸を投与し、１００〜１４０℃で脱水閉環反応を通じてＮ−置換マレイミド類を製造する方法である。

本発明を通じて合成できるＮ−置換マレイミド類としては、Ｎ−メチルマレイミド、Ｎ−エチルマレイミド、Ｎ−(ｎ−プロピル)マレイミド、Ｎ−イソプロピルマレイミド、Ｎ−(ｎ−ブチル)マレイミド、Ｎ−(ｓｅｃ−ブチル)マレイミド、Ｎ−(ｉｓｏ−ブチル)マレイミド、Ｎ−(ｔｅｒｔ−ブチル)マレイミド、Ｎ−(ｎ−ヘキシル)マレイミド、Ｎ−(ｎ−オクチル)マレイミド、Ｎ−(ｎ−デシル)マレイミド、Ｎ−(ｎ−ドデシル)マレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、Ｎ−フェニルマレイミドなどが挙げられる。

本発明において、無水マレイン酸の使用量は、Ｎ−置換マレイミド類の合成時に使用される第１アミンに対して、１．０〜１．１モル比を使用することが好ましい。無水マレイン酸が１．０モル比未満に使用される場合、収率低下及び副産物の増加の問題が発生する。１．１モル比以上で使用する場合、Ｎ−置換マレイミドの合成後、未反応無水マレイン酸が多量に残留するようになって、経済的な面で好ましくない。

本発明で使用される有機溶媒は、水と共沸蒸留可能な非極性溶媒でありながら、沸点が８０〜１６０℃であることが好ましく、その例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、クメン、メシチレン、クロロベンゼン、エチルシクロヘキサン、ジクロロベンゼン、ドデカン、ノナン、トリメチルヘキサンなどがある。

前記有機溶媒の使用量は、Ｎ−置換マレイミドの合成時に使用される第１アミン類に対して２〜１０重量倍を使用することが好ましい。有機溶媒の使用量が２重量倍未満である場合は、反応系から、Ｎ−置換マレアミド酸の脱水閉環反応を通じて生成される水の効果的な除去が容易ではなく、収率が低下する問題があって、１０重量倍を超過する場合は、合成されたＮ−置換マレイミド溶液から溶媒を分離する過程で、多量のエネルギーが消費されるため、経済的な観点で好ましくない。

本発明で使用される第１アミン類は、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｓｅｃ−ブチルアミン、ｉｓｏ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、ｎ−オクチルアミン、ｎ−デシルアミン、ｎ−ドデシルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリンなどが挙げられる。

本発明で使用される触媒は、融点が１５０℃以上で、製造しようとするＮ−置換マレイミドと不溶性である有機ホスホン酸が固体担持体に担持された担持触媒が好ましく、有機ホスホン酸の例としては、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸(2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid)、２−ヒドロキシホスホノ酢酸(2-hydroxy phosphonoacetic acid)、アミノトリメチレンホスホン酸(amino tri(methylene) phosphonic acid)、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸(1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid)、ビスヘキサメチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸(bis(hexamethylene) triamine penta(methylene) phosphonic acid)、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(ethylene diamine tetra(methylene) phosphonic acid)、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸(diethylenetriamine penta(methylene) phosphonic acid)などがある。

前記触媒は、固体担持体に担持して使用することが好ましい。前記触媒は、融点が１５０℃以上であるため、担持体に担持せずに使用する場合、常温及びＮ−置換マレイミド合成反応温度で固体状に存在し、その表面積が大きく減ってしまい、収率が大きく低下する問題が発生する。

固体担持体としては、その表面積が１００ｍ^２/ｇ以上であることが好ましく、その例としては、珪藻土、酸化ジルコニウム、シリカ、シリカ−アルミナ、二酸化チタン、活性炭素、粘土、モンモリロナイトなどがある。

前記触媒の使用量は、触媒分子内に含まれているホスホン酸を基準に、Ｎ−置換マレイミド類の合成時に使用される第１アミン類に対して０．１〜１．０モル比で使用することが好ましい。その使用量が０．１モル比未満である場合、収率が低下する問題が発生し、１．０モル比を超える場合、それ以上の収率向上の効果がなく、経済的な観点で好ましくない。

Ｎ−置換マレイミド合成反応は、１〜１５時間、反応系を１００〜１５０℃に加熱することにより行われ、本発明においてＮ−置換マレイミド類の合成反応温度は、１００〜１４０℃が特に好ましい。合成反応温度が１００℃未満の場合は、収率が低下する問題が発生し、１４０℃以上の場合は、副反応で合成されたＮ−置換マレイミド類の重合が進行して、合成されたＮ−置換マレイミド類の純度及び収率が低下する問題が発生する。

本発明で無水マレイン酸、第１アミンの添加方法については、Ｎ−置換マレイミドの合成中、反応系内の第１アミンの含量が、無水マレイン酸に対して１モル比を超えない方法であれば、特に限定されない。

また、本発明でＮ−置換マレイミド合成反応は、安定化剤の存在下で行うこともできる。安定化剤の例としては、メトキシベンゾキノン、ヒドロキノン、ｔ−ブチルカテコール、ｔ−ブチルヒドロキノン、亜鉛ジメチルジチオカルバメート、銅ジブチルジチオカルバメートなどがある。

本発明で反応終了後、反応系から、ろ過を通じて触媒を分離して得られたＮ−置換マレイミド類を含む反応溶液を、５０〜１５０℃で０．１〜１００ｍｍＨｇの圧力条件下で減圧蒸留して溶媒を分離することにより、高純度のＮ−置換マレイミド類を得ることができる。

また、前記Ｎ−置換マレイミド類を含む反応溶液を、水洗浄を行った後、減圧蒸留することにより、高純度のＮ−置換マレイミド類を得ることもできる。

以下、実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。

(実施例１)
攪拌器、温度計、水分離器及び冷却器を有する１Ｌ反応器に、溶媒としてトルエン６００ｇ、触媒担持体としてシリカゲル(商品名：Wakogel C-100, Wako pure chemical Industries, Ltd.製造販売)７３ｇを添加した後、触媒として1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid ６０％水溶液４２．５ｇを３０分間連続投与し、反応系の温度を１１５℃まで昇温して、触媒中に含まれていた水を、共沸蒸留を通じて反応系から除去した。この後、アニリン１５０ｇと８０℃で溶融された無水マレイン酸１６５．９ｇを２時間にかけて投与した。反応中、脱水閉環反応により生成される水は、共沸蒸留を通じてトルエンと共に反応系の外に除去した。反応系から除去されたトルエンは、反応系の内部に再投与しながら、合成反応をさらに５時間行った。合成反応の終了後、ろ過を通じて担持触媒を分離し、Ｎ−フェニルマレイミドトルエン溶液を回収した。回収されたＮ−フェニルマレイミドトルエン溶液を１０ｍｍＨｇ減圧下で８０℃まで昇温し、トルエンを減圧蒸留により除去して、黄色結晶の純度９７．１％のＮ−フェニルマレイミド２８１．４ｇが得られ、これは、添加されたアニリンに対して、９７．９モル％の収率であった。

(実施例２)
アニリン１５０ｇの代わりにシクロヘキシルアミン１５９．８ｇを添加したことを除いては、実施例１と同様な方法により行った。その結果、純度９５．７％のＮ−シクロヘキシルマレイミド２８９．１ｇが得られ、これは、添加されたシクロヘキシルアミンに対して、９５．９モル％の収率であった。

(実施例３)
触媒として、1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid ６０％水溶液４２．５ｇの代わりにamino-tri(methylene) phosphonic acid ５０％水溶液５１．０ｇを使用したことを除いては、実施例１と同様な方法により行った。その結果、純度９５．５％のＮ−フェニルマレイミド２７８．７ｇが得られ、これは、添加したアニリンに対して、９５．４モル％の収率であった。

(実施例４)
実施例１と同様な方法により行ってＮ−フェニルマレイミドを合成し、Ｎ−フェニルマレイミドトルエン溶液を回収した。回収されたＮ−フェニルマレイミドトルエン溶液に９００ｇの蒸留水を添加し、６５℃で３０分間攪拌して、３０分間攪拌を停止し、水層を分離して、Ｎ−フェニルマレイミドトルエン溶液を回収する精製過程を行った。得られたＮ−フェニルマレイミドトルエン溶液を、１０ｍｍＨｇ減圧下で８０℃まで昇温し、トルエンを減圧蒸留により除去して、黄色結晶の純度９９．７％のＮ−フェニルマレイミド２７２．９ｇが得られ、これは、添加されたアニリンに対して９７．５モル％の収率であった。

(比較例１)
攪拌器、温度計、水分離器及び冷却器を有した１Ｌ反応器に、溶媒としてトルエン６００ｇ、触媒としてオルトリン酸８５％水溶液３０．０ｇを３０分間連続投与して、反応系の温度を１１５℃まで昇温し、触媒中に含まれていた水を、共沸蒸留を通じて反応系から除去した。この後、アニリン１５０ｇと８０℃で溶融された無水マレイン酸１６５．９ｇを２時間にかけて投与した。反応中、脱水閉環反応により生成される水は、共沸蒸留を通じてトルエンと共に反応系の外に除去した。反応系から除去されたトルエンは、反応系の内部に再投与しながら、合成反応をさらに５時間行った。合成反応の終了後、層分離を通じて、赤色に変わった液体状のオルトリン酸触媒を分離し、Ｎ−フェニルマレイミドトルエン溶液を回収した。回収されたＮ−フェニルマレイミドトルエン溶液を、１０ｍｍＨｇ減圧下で８０℃まで昇温し、トルエンを減圧蒸留により除去して、黄色結晶の純度９１．０％のＮ−フェニルマレイミド２６４．８ｇが得られ、これは、添加されたアニリンに対して、８６．４モル％の収率であった。

(比較例２)
攪拌器、温度計、水分離器及び冷却器を有した１Ｌ反応器に、溶媒としてトルエン６００ｇ、触媒として1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid ６０％水溶液４２．５ｇを３０分間連続投与して、反応系の温度を１１５℃まで昇温し、触媒中に含まれていた水を、共沸蒸留を通じて反応系から除去した。触媒として添加された1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid ６０％水溶液から水が除去され、触媒が固体状に変わりながら、反応器の壁面と攪拌器に付着する現象が発生した。この後、アニリン１５０ｇと８０℃で溶融された無水マレイン酸１６５．９ｇを２時間にかけて投与した。反応中、脱水閉環反応により生成される水は、共沸蒸留を通じてトルエンと共に反応系の外に除去した。反応系から除去されたトルエンは、反応系の内部に再投与しながら、合成反応をさらに５時間行った。合成反応の終了後、ろ過を通じて、固体状の触媒と反応中間体として生成されたＮ−フェニルマレアミド酸沈殿物を分離し、Ｎ−フェニルマレイミドトルエン溶液を回収した。回収されたＮ−フェニルマレイミドトルエン溶液を、１０ｍｍＨｇ減圧下で８０℃まで昇温し、トルエンを減圧蒸留により除去して、黄色結晶の純度９６．６％のＮ−フェニルマレイミド１８８．９ｇが得られ、これは、添加されたアニリンに対して、６５．４モル％の収率であった。

(比較例３)
触媒として、1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid ６０％水溶液４２．５ｇの代わりにオルトリン酸８５％水溶液３０．０ｇを使用したことを除いては、実施例１と同様な方法により行った。その結果、純度９０．１％のＮ−フェニルマレイミド２７５．２ｇが得られ、これは、添加されたアニリンに対して、８８．９モル％の収率であった。

下記の表１は、各実施例及び比較例における有機溶媒、触媒、第１アミン類、無水マレイン酸などの使用量を示したものである。

また、下記の表２は、各実施例及び比較例におけるＮ−置換マレイミドの純度、添加されたアニリンに対する収率を示したものである。表２から、比較例の場合、Ｎ−置換マレイミドの高純度及び高収率を同時に満足することが難しいが、有機ホスホン酸を固体担持体に担持した担持触媒下で製造した実施例の場合は、高純度及び高収率を同時に満足するということが分かる。

以上のように、本発明によると、Ｎ−置換マレイミド類の合成時、副反応の発生を抑制して、高純度のＮ−置換マレイミド類を高収率で合成及び製造する方法を提供する効果がある。

本発明を詳細に且つ特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

Claims (11)

1. Ｎ−置換マレイミド類の製造方法であって、
   有機溶媒、有機ホスホン酸が固体担持体に担持された担持触媒の存在下で、第１アミン類と無水マレイン酸を投与し、Ｎ−置換マレイミド類を合成することを特徴とし、さらに前記有機ホスホン酸が、融点が１５０℃以上で、Ｎ−置換マレイミドと不溶性であることを特徴とする、Ｎ−置換マレイミド類の製造方法。
2. 前記有機ホスホン酸は、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、２−ヒドロキシホスホノアセト酸、アミノトリメチレンホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、ビスヘキサメチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、及びジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
3. 前記固体担持体は、その表面積が１００ｍ２/ｇ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
4. 前記固体担持体は、珪藻土、酸化ジルコニウム、シリカ、シリカ−アルミナ、二酸化チタン、活性炭素、粘土、及びモンモリロナイトからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または３に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
5. 前記触媒は、触媒分子内のホスホン酸を基準に、前記第１アミン類に対して０．１〜１．０モル比を使用することを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
6. 前記第１アミン類は、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｓｅｃ−ブチルアミン、ｉｓｏ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、ｎ−ヘキシルアミン、ｎ−オクチルアミン、ｎ−デシルアミン、ｎ−ドデシルアミン、シクロヘキシルアミン、及びアニリンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
7. 前記無水マレイン酸は、前記第１アミン類に対して１．０〜１．１モル比を使用することを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
8. 前記有機溶媒が、水と共沸蒸留可能な非極性溶媒であり、沸点が８０〜１６０℃であることを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
9. 前記有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、クメン、メシチレン、クロロベンゼン、エチルシクロヘキサン、ジクロロベンゼン、ドデカン、ノナン、及びトリメチルヘキサンからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または８に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
10. 前記有機溶媒は、前記第１アミン類に対して２〜１０重量倍を使用することを特徴とする、請求項１または８に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。
11. 合成反応温度は、１００〜１４０℃であることを特徴とする、請求項１に記載のＮ−置換マレイミド類の製造方法。