JP3562586B2 - 化学的方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学的方法、さらに詳細には、２−ヒドロキシアリールアルデヒド類の製造のための方法に関する。
多数の２−ヒドロキシアリールアルデヒド類が、香水および農業化学産業における有用な製品として、特には、金属抽出剤として使用される、対応するオキシム類、例えば５−ノニルサリチルアルドキシムのための中間体として知られている。
本出願人のEP−Ａ−0529870には、水酸基に対して少なくとも１つの自由なオルト位を有するヒドロキシ芳香族化合物から少なくとも一部は誘導されるマグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドを、実質的に無水な条件下で、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離物質と反応させることにより、２−ヒドロキシアリールアルデヒド類を製造する方法が記載されている。
特に、EP−Ａ−0529870には、マグネシウムビス（４−ノニルフェノキシド）等のマグネシウムビス−フェノキシドを、還流温度で実質的に無水溶媒系中で、パラホルムアルデヒドと反応させて、反応の揮発性副生物、例えばメタノール、ギ酸メチルおよびメチラールを、生成と同時に反応混合物から蒸発させることが記載されている。反応は好ましくは大気圧で行うが、所望ならば、より高圧でも行えると述べられている。
上記のホルミル化反応を減圧、即ち、通常の大気圧より低い圧力で行うことが有利であり得ることが今回見い出された。特に、反応を減圧（そして結果的にはより低温にて）で行うと、同じ反応を同じ溶媒系中で大気圧で行う場合よりも、揮発性反応副生物の除去を促進することに加えて、アルデヒドの収率および／または純度の有意な改善、並びに、副生物の形成の明白な減少が観察できることが見いだされた。
従って、本発明は、水酸基に対して少なくとも１つの自由な（free）オルト位を有するヒドロキシ芳香族化合物から少なくとも一部は誘導されるマグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドを、50から700mmHgの絶対圧力において実質的に無水な条件下で、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物と反応させることを含む、２−ヒドロキシアリールアルデヒドの製造方法を提供する。
本反応に必要とされる実質的な無水条件は、付随する水分の除去のための慣用技術、例えば蒸留とともに実質的に無水な試薬を使用することにより便宜的に提供される。実質的に無水な溶媒系の存在下で反応を実施することが通常は有利である。好適な溶媒系には、典型的には、不活性の非極性または低極性有機溶媒および／またはマグネシウム原子に関してリガンドとして作用し得る極性有機溶媒が含まれる。
好適な不活性非極性または低極性有機溶媒は反応温度で液体であり、マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドのための溶媒として作用するであろう。好ましくは、それらは、反応経過中に蒸留によって１以上の揮発性副生物を除去することを許容するであろう。好適な不活性溶媒の例としては、芳香族炭化水素類、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、シメン、テトラリン、並びに、塩素化芳香族炭化水素類、例えばクロロベンゼンおよびｏ−ジクロロベンゼンが挙げられる。不活性溶媒の混合物を使用してもよい。
好適な極性溶媒は反応温度で液体であり、非極性または低極性溶媒と組み合わせて使用する場合には、補助溶媒とみなしてもよい。好適な極性補助溶媒の例としては、極性非プロトン性（aprotic）溶媒、例えばジメチルスルホキシド、スルホラン、ジメチルアセトアミド、Ｎ−ホルミルピペリジン、Ｎ−メチルピロリジノン、テトラメチル尿素、および特には、ジメチルホルムアミド、第３級塩基、例えばトリエチルアミン、トリ−オクチルアミン、テトラメチルエチレンジアミンおよびピリジン、エーテル類、例えばジエチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、グリム（glyme）、ジグリム（diglyme）、トリグリム（triglyme）、トリス［２−（２−メトキシエトキシ）エチル］アミンおよびクラウンエーテル類、および他の極性溶媒、例えば“Polymeg"1000および“Cellosolve"等が挙げられる。特に有用な補助溶媒としては、低級アルカノール類、例えばエタノール、そして特にはメタノールが挙げられる。補助溶媒の混合物を使用してもよい。補助溶媒は、そのまま反応混合物に注入してもよいし、ビス−ヒドロカルビルオキシドのマグネシウム原子と既に複合体になっているリガンドの形態で注入してもよい。
溶媒物質のいくつかは、本発明の方法において、「溶媒」および「補助溶媒」の両方として機能する能力を有していてもよい。従って、例えば、テトラヒドロフラン等の物質は、より高い極性の補助溶媒と組み合わせて溶媒として、またはより低い極性の溶媒と組み合わせて補助溶媒として使用してもよく、あるいは、それは単独の溶媒／補助溶媒として使用してもよい。
本発明の方法において使用されるマグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシド類は、マグネシウム原子１個当たり２個のヒドロカルビルオキシ基を含む化合物であり、上記のヒドロカルビルオキシ基の少なくとも１つは、酸素原子に対して少なくとも１つの自由なオルト位を有するアリールオキシ、例えばフェノキシまたはナフチルオキシであり、特には、下記の式１および式３のフェノール類から誘導されるフェノキシ基である。マグネシウムビス−フェノキシド類であって、フェノキシド基が未置換であるか、あるいは、反応の経過を妨げず、そして、好ましくは電子供与性または弱い電子吸引性である置換基によって、２位および６位の両方以外の任意のまたは全ての位置で置換されているものが、特に好適である。
本発明は、特に、式（２）の２−ヒドロキシアリールアルデヒド類の製造のための、

式（１）のフェノール類：

［式中、R¹、R²、R³およびR⁴の各々は、独立に、水素またはハロゲン原子、あるいはアルキル、シクロアルキル、アラルキル、アリール、アルカリール（alkaryl）、アルコキシ、アリールオキシまたはアシル基を表す。］
から誘導されるマグネシウムビス−フェノキシド類の使用に関する。
R¹、R²、R³およびR⁴によって表される各種のヒドロカルビル、ヒドロカルビルオキシおよびアシル基の各々は、好適には、36個までの炭素原子を含み、例えば５から22個の炭素原子を含む。
式（３）：

［式中、R⁵は水素またはC_1-22のアルキル基を表す。］
のフェノールから誘導されたマグネシウムビス−フェノキシド類を特に挙げることができ、上記化合物は式（４）：

の２−ヒドロキシアリールアルデヒド類の製造において使用される。
好ましくは、R⁵はC_7-12のアルキル基であり、特には、水酸基に対して４位に存在する。
式（１）または式（３）のフェノール類から誘導されるマグネシウムビス−フェノキシド類は、各々式（５）または式（６）の構造、並びに、一分子当たり１より多いマグネシウム原子を含む関連したより複雑な構造を含む組成物とみなしてもよい。
式（５）：

の構造において、R¹、R²、R³およびR⁴の各々は上記の定義の通りであり、Ｌは反応混合物のもう一つ別の成分から誘導されるリガンド分子を表し、ｎは１から６の整数を表す。
式（６）：

の構造において、R⁵、Ｌおよびｎは上記の定義の通りである。
リガンド分子Ｌを供給する反応混合物の成分には、補助溶媒、ホルムアルデヒドおよびメタノール副生物、およびその混合物が含まれる。
しかしながら、適当なリガンド分子をその製造方法のために既に含んでいるマグネシウムビス−アリールオキシドを使用することが特に便利である。
従って、Synthesis,1979,71中にRamirez et alによって記載されている方法によって、即ち、式：
Mg（OR⁶）_２ （７）
［式中、R⁶はアルキル、例えばC_1-4のアルキル基、特にはメチル基を表す。］
のマグネシウムアルコキシドを、フェノール性水酸基に隣接した少なくとも１つの未置換の位置を有する２モル以下のフェノール、例えば式１または式３のフェノールと反応させることによって製造された、マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドを使用することが好ましい。好ましい比率は、マグネシウムアルコキシド１モル当たり、0.9から２、特には1.5から２、典型的には約1.66モルのフェノールである。
マグネシウムビス−アリールオキシド類は、本発明の方法において使用する場合、マグネシウム１原子当たり、２個のアリールオキシ基を含有し、また、１以上のリガンド分子または基、例えばメタノール分子を含有し、式５に対応するかまたは構造的に類似しているものと考えられる。しかしながら、本発明はマグネシウムビス−アリールオキシド類の正確な構造に関してはいかなる理論にも基づくものではなく、式５の複合体の形態であろうとなかろうと、当該ビス−アリールオキシド類の使用に関するものとみなされるべきであろうと、理解されるべきである。
本発明の方法において使用することができる他のマグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシド類は、マグネシウム１原子当たり１個のアリールオキシ基ともう一つ別のヒドロカルビルオキシ基、例えばアルコキシ基とを含有する化合物を含む。そのようなビス−ヒドロカルビルオキシド類は、例えば、１モルの式７のマグネシウムアルコキシドを、フェノール性水酸基に隣接した少なくとも１つの未置換の位置を有する約１モルのフェノールと反応させることによって得ることができ、所望ならば、単独または上記のビス−アリールオキシド類と組み合わせて使用することができる。
本発明の方法において使用されるホルムアルデヒドは、遊離（free）ガス状ホルムアルデヒド、または無水溶媒中のその溶液、またはホルムアルデヒド遊離（liberating）化合物、即ち、本発明の方法で用いられる条件下でホルムアルデヒドを遊離することができる化合物の形態であってもよい。好適なホルムアルデヒド遊離化合物としては、パラホルムアルデヒド等の高分子形態のホルムアルデヒドが挙げられる。溶媒系中でビス−アリールオキシドにホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物を少しずつ（連続的または不連続的に）添加するのが好ましい。
ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物は、一般的に、本発明の方法において、ビス−ヒドロカルビルオキシ中に存在するフェノール１モル当たり、ホルムアルデヒド（HCHO）として表した場合で少なくとも２モルの量で用いられる。好ましい比率は、ビス−ヒドロカルビルオキシ中のフェノール１モル当たり、２から３、典型的には約2.75モルのホルムアルデヒドである。補助溶媒をビス−ヒドロカルビルオキシド１モル当たり５モルを越えない量で使用することが好適であり、好ましい量はビス−ヒドロカルビルオキシド１モル当たり１から２モルの範囲内である。これらの量には、ビス−ヒドロカルビルオキシド中にリガンドとして既に存在する任意の補助溶媒が含まれる。メタノールは反応の副生物であるので、反応の経過中に蒸留によってこのメタノールおよび何らかの他の揮発性副生物を除去して、補助溶媒／ビスヒドロカルビルオキシドの比率を最適な水準で維持することによって、転換率および収率を最大にすることができる。
本発明の方法が基礎とする反応を実施するための最適温度は、使用される特定のマグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドの構造にある程度は依存するだろうし、また蒸留を維持するために使用される溶媒系および圧力の設定にも依存するだろうが、試行により容易に決定することができる。一般に、約70℃から約80℃の範囲内、例えば約75℃の還流温度で反応を実施し、反応圧力は蒸留を維持するように選択するのが好ましい。50から約500mmHgの範囲内の（絶対）圧力が、一般的には、好ましい還流温度を提供するであろう。
反応の終了時に、２−ヒドロキシアリールアルデヒド生成物を慣用的方法を用いて反応混合物から単離することができる。即ち、冷却した反応混合物を冷却した希酸に注ぎ、次いで、水性混合物をトルエン等の好適な有機溶媒で抽出し、次いでこの溶媒を蒸留で除去すると、粗製２−ヒドロキシアリールアルデヒドが残り、これを所望によりさらに慣用的な精製に付せばよい。
本発明の方法は、式（８）：

［式中、R⁵は上記の定義の通りである。］
の５−アルキルサリチルアルデヒド類を対応するマグネシウムビス−（４−アルキルフェノキシド類）から製造する場合に使用するのに特に好適である。即ち、４−ノニルフェノール（フェノールとプロピレントリマーから誘導されれ異性体の混合物）を対応するマグネシウムビス−フェノキシドに転換し、これを本発明の方法において使用して、５−ノニルサリチルアルデヒドを製造することができる。特に好適な反応条件には、50から約400mmHgの反応圧力で、不活性溶媒としてのトルエンまたはキシレンを、補助溶媒としてのメタノールとともに使用することが挙げられる。５−ノニルサリチルアルデヒドは、金属抽出剤５−ノニルサリチルアルドキシムの製造における中間体として有用である。
本発明を以下の実施例によって説明するが、これによって限定されるものではない。
実施例１
メタノール（225g）およびトルエン（108g）を反応容器に仕込み、次いで粒状マグネシウム（2.92g）を入れた。活性剤溶液（10g）を添加してマグネシウムを活性化し、混合物を還流温度（65℃）まで加熱し、水素ガスの発生とともにマグネシウムを溶解させた。混合物を還流温度に0.5時間維持し、次いでさらに、マグネシウムを総時間1.5時間をかけて４回（４×2.92g）添加したが、前回の分からの水素の発生がおさまる毎に各回の分を添加した。次いで、混合物を還流下でさらに1.5時間加熱し、完全なマグネシウムの溶解を確実にし、４−ノニルフェノール（224g）を添加した。活性剤溶液はノニルフェノールマグネシウム塩（461g）、マグネシウムメトキシド（17.3g）、トルエン（194g）およびメタノール（443.7g）を含む組成物（1116g）から取り出した。
トルエン（208g）を添加し、メタノール−トルエン共沸混合物（303g）を減圧下（350−400mmHg）蒸留によって分画しながら除去したが、蒸留物は、反応混合物の粘度が増加し、反応温度が380mmHgで75℃に達する地点まで除去した。
トルエン（130g）中のパラホルムアルデヒド（92.8g）の攪拌スラリーを、ノニルフェノールマグネシウム塩の生成したトルエン溶液に減圧下75℃で２時間かけて、トルエンと揮発性副生物蒸留水を除去しながら添加した。反応温度は、圧力を380から260mmHgに低下させることによって添加の最中は75℃に維持した。パラホルムアルデヒドの添加の完了後に、加熱を１時間減圧下（260mmHg）75℃で続けて、反応の完結を確実にし、次いで、混合物を30から40℃に冷却した。
反応混合物を、冷水（750g）および硫酸（122.5g）の混合物に注入し、混合物の温度を30℃から40℃の間に維持した。全混合物を30から40℃で２時間攪拌し、次いで静置し、上（有機）層を下（水性）層から分離した。
酸を含まなくなるまで、有機層を水（２×250g）で洗浄し、次いで、トルエンを90℃までの温度で減圧下で蒸留によって除去すると、粗製５−ノニルサリチルアルデヒドが黄色油として残った（253g、83.3％濃度、ノニルフェノールから85％の収率）。アルデヒドを205から210℃/20mmHgで蒸留によって精製した。
同じ反応を大気圧および95から100℃の温度でトルエン中で行う場合は、５−ノニルサリチルアルデヒドが78.8％の収率（78.8％濃度）で得られる。
実施例２
メタノール（112.5g）および粒状マグネシウム（1.825g）を反応容器に注入した。活性剤溶液（メタノール中の８％マグネシウムメトキシドを2g）を添加し、マグネシウムを活性化し、混合物を還流温度（64℃）まで加熱し、水素の発生とともにマグネシウムの溶解を達成した。混合物を還流温度で20分間維持し、次いでさらに、マグネシウムを３回（３×1.825g）総時間１時間かけて添加したが、前回の分の追加からの水素の発生がおさまる毎に各回の分を添加した。次いで、混合物を還流でさらに１時間加熱し、マグネシウムの完全な溶解を確実にし、４−ノニルフェノール（112.0g）を添加した。生じた溶液を67℃で１時間還流した。
キシレン（130.0g）を添加し、メタノール−キシレン共沸混合物（95g）を減圧下（210mmHg）蒸留によって分画しながら除去したが、蒸留物は反応混合物の粘度が増加し、反応温度が210mmHgで75℃に達する地点まで除去した。
キシレン（65.0g）中のパラホルムアルデヒド（45.0g）の攪拌スラリーを、ノニルフェノールマグネシウム塩の生成したキシレン溶液に減圧下で２時間かけて添加した。反応温度は、圧力を210から90mmHgに低下させることによって添加の最中は75℃に維持した。キシレンおよび揮発性副生蒸留物（55.0g）の除去は、添加中に行った。パラホルムアルデヒドの添加の完了後に、加熱を１時間減圧下（90mmHg）75℃で続けて、反応の完結を確実にし、次いで、混合物を30から40℃に冷却した。
反応混合物を、水（500g）および硫酸（125.0g）の混合物に注入し、混合物の温度を40℃から50℃の間に維持した。全混合物を40から50℃で２時間攪拌し、次いで静置し、上（有機）層を下（水性）層から分離した。
酸を含まなくなるまで、有機層を温水（２×250g）で洗浄し、次いで、キシレンを減圧下で蒸留によって除去すると、粗製５−ノニルサリチルアルデヒドが黄色油として残った（126.25g、79.4％濃度、ノニルフェノールから80.0％の収率を与える）。アルデヒドを205から210℃/20mmHgで蒸留によって精製した。
同じ反応を大気圧および105から110℃の温度でキシレン中で行う場合は、72.8％濃度の129.1gの粗製５−ノニルサリチルアルデヒドが得られ、これはノニルフェノールから75.8％の収率を与える。

Claims (24)

1. 水酸基に対して少なくとも１つの自由なオルト位を有するヒドロキシ芳香族化合物から少なくとも一部は誘導されるマグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドを、50から700mmHgの絶対圧力において実質的に無水な条件下で、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物と反応させることを含む、２−ヒドロキシアリールアルデヒドの製造方法。
2. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドを、不活性の非極性または低極性有機溶媒と極性有機溶媒とを含む実質的に無水な溶媒系の存在下で、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物と反応させることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 不活性有機溶媒が芳香族炭化水素または塩素化芳香族炭化水素を含む、請求項２に記載の方法。
4. 芳香族炭化水素がトルエンまたはキシレンを含む、請求項３に記載の方法。
5. 極性有機溶媒が極性非プロトン性溶媒または低級アルカノールを含む、請求項２から４の何れか１項に記載の方法。
6. 低級アルカノールがメタノールを含む、請求項５に記載の方法。
7. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドが、フェノキシド基が未置換であるか、あるいは、反応の経過を妨げない置換基によって、２位および６位の両方以外の任意のまたは全ての位置で置換されているマグネシウムビス−フェノキシドである、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
8. マグネシウムビス−フェノキシドが、式（１）：
   

   

   ［式中、R¹、R²、R³およびR⁴の各々は、独立に、水素またはハロゲン原子、またはアルキル、シクロアルキル、アラルキル、アリール、アルカリール、アルコキシ、アリールオキシまたはアシル基を表す。］
   のフェノールから誘導される、請求項７に記載の方法。
9. R¹、R²、R³およびR⁴によって表されるアルキル、シクロアルキル、アラルキル、アリール、アルカリ−ル、アルコキシ、アリールオキシまたはアシル基の各々が、５から22個の炭素原子を含んでいる、請求項８に記載の方法。
10. マグネシウムビスフェノキシドが、式（３）：
    

    

    ［式中、R⁵は水素またはC_1-22のアルキル基を表す。］
    のフェノールから誘導される、請求項８に記載の方法。
11. R⁵がC_7-12のアルキル基である、請求項10に記載の方法。
12. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドが、式（７）：
    Mg（OR⁶）_２ （７）
    ［式中、R⁶はアルキル基を表す。］
    のマグネシウムアルコキシドと、水酸基に対して少なくとも１つの未置換のオルト位を有する２モル以下のフェノールとの反応の生成物である、請求項１から11の何れか１項に記載の方法。
13. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドが、マグネシウムアルコキシドと、マグネシウムアルコキシド１モル当たり0.9から２モルのフェノールとの反応の生成物である、請求項12に記載の方法。
14. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドが、マグネシウムアルコキシドと、マグネシウムアルコキシド１モル当たり1.5から２モルのフェノールとの反応の生成物である、請求項13に記載の方法。
15. R⁶がC_1-4のアルキル基である、請求項12から14の何れか１項に記載の方法。
16. マグネシウムアルコキシドがマグネシウムメトキシドである、請求項15に記載の方法。
17. ホルムアルデヒド遊離化合物が、パラホルムアルデヒドである、請求項１から16の何れか１項に記載の方法。
18. 使用するホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物の量が、マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシド中に存在するフェノール１モル当たり少なくとも２モルのHCHOである、請求項１から17の何れか１項に記載の方法。
19. ビス−ヒドロカルビルオキシド中のフェノールに対するホルムアルデヒドのモル比が２から３である、請求項18に記載の方法。
20. 極性溶媒が、マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシド１モル当たり５モルを越えない量で使用される、請求項２から19の何れか１項に記載の方法。
21. 極性溶媒が、ビス−ヒドロカルビルオキシド１モル当たり１から２モルの量で使用される、請求項20に記載の方法。
22. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドを、50から約500mmHgの圧力において、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物と反応させる、請求項１から21の何れか１項に記載の方法。
23. マグネシウムビス−ヒドロカルビルオキシドが、マグネシウムビス−（４−ノニルフェノキシド）である、請求項１から22の何れか１項に記載の方法。
24. マグネシウムビス−（４−ノニルフェノキシド）を、50から約400mmHgの圧力において、トルエンまたはキシレンとメタノールとを含む実質的に無水な溶媒系の存在下において、ホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド遊離化合物と反応させることを含む、請求項23に記載の方法。