JP4072341B2 - エチル基含有脂環族第三アルコールの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エチル基含有脂環族第三アルコールの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
エチル基含有脂環族第三アルコールは、フォトレジスト等の原料として有用な化合物である。その製造方法としては、例えば特定のケトン類をグリニャール試薬を用いてアルキル化する方法が知られている(特開2001−213826号公報)。この方法は、エチル基含有脂環族第三アルコールの収率が高い点で優れているが、ケトン類に対し等モルのマグネシウムハロゲン化物が廃棄物として生成する欠点がある。
また、エチル基含有脂環族第三アルコールの製造方法として、エチニル化脂環族第三アルコールを経由する方法、即ちケトン類とアセチレンとを、アルカリ触媒の存在下に反応させてエチニル化脂環族第三アルコールを得、これを水素化する方法も考えられる。この場合、原料であるエチニル化脂環族第三アルコールの製造方法としては、ケトン類とアセチレンとを反応させるに際し、溶媒として各種の極性非プロトン溶媒(例えば、N−メチルピロリドン)を用いる方法が知られている(特公昭60−59888号公報、J. Org. Chem., Vol. 27, 1498(1962))。
しかしながら、本発明者らの知るところ、上記の方法によってケトン類とアセチレンとを反応させた場合、極性非プロトン溶媒を含む反応混合物をそのまま水素化工程に供すると、水素化反応が著しく阻害されるという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、ケトン類とアセチレンとを反応させて得られるエチニル化脂環族第三アルコール(以下、エチニル化アルコールと略称する場合がある)を経由してエチル基含有脂環族第三アルコール(以下、エチル基含有アルコールと略称する場合がある)を製造する方法において、エチニル化脂環族第三アルコールの良好な水素化を達成し、最終的な目的物であるエチル基含有脂環族第三アルコールを高収率で得る方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、ケトン類とアセチレンとを反応させるエチニル化アルコール製造工程に、特定の処理工程、即ち反応に使用した溶媒(A)とは異なる特定の溶媒(B)により反応生成物を抽出した後、さらに水洗する工程を付加することによって、良好なエチニル化アルコールの水素化を達成し、エチル基含有アルコールを高収率で製造できることを見いだした。
【0005】
従って、本発明は、下記の各工程を下記の順序で実施することを特徴とするエチル基含有脂環族第三アルコールの製造方法である:
(1)N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、2−イミダゾリジノン類、アセトニトリル及びジメチルスルホキシドからなる群から選ばれる溶媒(A)中、アルカリ触媒の存在下に環状ケトンとアセチレンとを反応させてエチニル化脂環族第三アルコールを製造する工程、
(2)得られたエチニル化脂環族第三アルコールを、t−ブチルメチルエーテル、イソプロピルエーテル及びトルエンからなる群から選ばれる溶媒(B)で抽出する工程、
(3)エチニル化脂環族第三アルコールを含む溶媒(B)層を水洗する工程、
(4)水洗されたエチニル化脂環族第三アルコールを含む溶媒(B)層に、水素化触媒を加え、加圧下に水素を供給して、エチニル化脂環族第三アルコールを水素化する工程。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の方法の第1工程では、溶媒(A)中、アルカリ触媒の存在下に環状ケトンとアセチレンとを反応させてエチニル化アルコールを製造する。
ここで、使用される環状ケトンは、少なくとも1個の環を有する脂環族ケトン、即ち1個ないしそれ以上の環を有する脂環族炭化水素において、いずれかの環上に1個のケトン基を有する化合物である。具体的には、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メントン、ノルボルナノン、アダマンタノン等であり、好ましくはシクロペンタノン、シクロヘキサノン、アダマンタノンである。
【0008】
第1工程で用いられるアルカリ触媒は、アルカリ金属、アルカリ金属水酸化物あるいはアルカリ金属アルコラートから選択することができる。アルカリ金属としては、例えば金属ナトリウム、金属カリウムが挙げられ、アルカリ金属水酸化物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムが挙げられる。また、アルカリ金属アルコラートとしては、例えばカリウムメチラート、カリウムエチラート、カリウムイソブチラート、カリウム−t−ブチラート、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート等の脂肪族系アルカリ金属アルコラートが挙げられる。また、カリウムシクロヘキシラート等の脂環式アルカリ金属アルコラートも使用できる。これらの内、特に上記に例示したアルカリ金属水酸化物が好ましい。
【0009】
これらのアルカリ触媒は、原料のケトン類1モルに対して0.05〜3モル、好ましくは0.1〜1モルの割合で使用される。触媒量がケトン類1モルに対して0.1モル未満の場合、反応速度が遅くなり、転化率が悪化する。また、触媒量がケトン類1モルに対して3モル以上の場合は、アルカリ触媒の量が不必要に過剰であり、経済的でない。
【0010】
環状ケトンとアセチレンとの反応温度は、0℃ないし100℃、好ましくは10℃ないし80℃である。また、反応圧力は、アセチレン分圧として通常0〜1MPa(ゲージ圧)、好ましくは0〜0.2MPa(ゲージ圧)である。アセチレン分圧が高ければ高いほど反応速度が大きくなるが、アセチレンは分解爆発を起こしやすいので、それを防止するためにはできるだけアセチレン分圧を低くすることが好ましい。そのため、窒素、アルゴン、プロパン等の不活性ガスを導入し、アセチレンを希釈して反応しても良い。
【0011】
環状ケトンに対するアセチレンのモル比は、環状ケトン1モルに対して少なくともアセチレン1モル以上であれば特に制限はなく、一般的にはアセチレン大過剰において反応される。
【0012】
本反応の反応時間は、原料比、反応温度、アセチレン分圧等のその他の条件に依るが、通常0.5〜10時間、好ましくは1〜6時間である。
【0013】
反応後は、反応混合物に水を添加し、エチニル化反応を止める。この時、水の添加量は仕込みの環状ケトン1モルに対し、1〜100モルである。そして、添加した水は通常分離する必要はなく、そのまま次の工程に供する。
【0014】
続く第2工程では、生成混合物に溶媒(B)を投入し、目的生成物であるエチニル化アルコールを抽出する。抽出の方法は、バッチ式でも連続式でも良いが、バッチ式の場合、抽出系を撹拌した後、撹拌を止めると2層に分離する。通常、上層には、溶媒(B)と溶媒(B)によって抽出されたエチニル化アルコールの大部分等が含まれる。一方、下層には溶媒(A)と少量のエチニル化アルコールが含まれ、また抽出処理によって下層に移行したアルカリ触媒及び水も含まれる。
この抽出処理は、生成混合物(エチニル化アルコール、溶媒(A)、水、未反応の原料、副生物、アルカリ触媒)の量を基準にして溶媒(B)を20〜50重量%添加し、撹拌抽出する。この操作は通常1回でよいが、エチニル化アルコールの回収率が悪い場合、さらに1〜2回繰り返す。この抽出によって、一般に70重量%以上のエチニル化脂環族第三アルコールを回収することができる。
【0016】
第3工程ではエチニル化脂環族第三アルコールを含む溶媒(B)層を水洗する。第2工程の抽出処理の後、得られた溶媒(B)層にはなお溶媒(A)や触媒が含まれる場合があり、これらが比較的多く含まれる場合、後の水素化工程に悪影響を与えるからである。
使用される水の量は、溶媒(B)層の量を基準にして10〜50重量%である。尚、水洗の方法は、バッチ式でも連続式でも良く、バッチ式の場合、水洗処理は通常1〜3回行えば良い。
水洗後の溶媒(B)層中の溶媒(A)の残存量は、一般に5重量%以下が好ましい。また、溶媒(B)層中の水分の残存量は、一般に1重量%以下が好ましい。
【0017】
最後の第4工程では、溶媒(B)中で水素化触媒の存在下、エチニル化アルコールを水素化し、エチル基含有アルコールとする。
水素化触媒としては、一般にニッケル、パラジウム、ルテニウム、ロジウム又は白金等の金属触媒が使用される。また、これらの触媒は一般に不活性担体に担持して用いられる。不活性担体としては、例えばカーボン、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、マグネシア等が好ましく、特にカーボン又はアルミナが好ましい。担体への金属触媒の担持は含浸法、沈殿法等の通常の方法により可能であり、この時、金属の担持量は特に限定されないが、0.3〜10重量%が好ましい。また、本発明で担持水素化触媒として市販されているものをそのまま使用することもできる。
【0018】
水素化反応における金属触媒の使用量は特に限定されないが、通常エチニル化アルコールに対して金属量として0.001〜1重量%の範囲であり、好ましくは0.05〜0.5重量%である。
【0019】
水素化反応の反応溶媒は、抽出溶媒として使用したものを使用する。
【0020】
水素化の反応条件は、特に限定されないが、通常反応温度は30〜150℃、好ましくは40〜100℃であり、水素圧は0.3〜15MPa、好ましくは0.5〜10MPaである。また、反応時間は1〜20時間、好ましくは2〜10時間である。
【0021】
以上の水素化反応によって得られた反応混合物から、まず、沈降法、ろ過、あるいは遠心分離法等によって水素化触媒を除去し、次いで蒸留等によって溶媒(B)を分離し、目的のエチル基含有アルコールを回収することができる。
【0022】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、原料ケトン及び生成物の分析はガスクロマトグラフィーにより行った。また、実施例中の%は、特にことわらない限り重量基準である。
【0023】
実施例1
<エチニル化工程>
1.1Lの反応器に、反応溶媒としてジメチルホルムアミド635g及び触媒として水酸化カリウム50g(ケトン原料に対し12モル%)を投入し、シクロヘキサノン67.9g(0.63モル)とアセチレンを供給しながら反応させた。
原料であるシクロヘキサノンの供給は、供給開始から3時間をかけて行い、アセチレンとの反応は、シクロヘキサノンの供給開始を反応開始時点として4時間であり、反応圧力は0.02MPa、反応温度は25℃であった。反応後、この反応混合物に液量の1/3相当量(重量基準である。以下も同様)の水を加えて、反応を停止させた。
【0024】
生成混合物を分析したところ、シクロヘキサノンの転化率は96.3%、1−エチニル−1−シクロヘキサノールの収率は86.4モル%であった。
【0025】
<抽出工程>
次に、水を含む上記反応混合物の液430gに対し、抽出剤としてこの液量の2/3相当量のt−ブチルメチルエーテルを加えた。この液を撹拌した後、静置し、有機相と水相の2層に分離させた。有機相を回収し、分析したところ、1−エチニル−1−シクロヘキサノール抽出率は84.2%であった。
【0026】
<水洗工程>
次いで、このように抽出した有機層300gに、有機層の1/3相当量の水を加え、水洗した。即ち、水を添加した液を撹拌した後、分液し、有機層を回収した。この操作をさらに2回繰り返した。
得られた有機層を分析したところ、1−エチニル−1−シクロヘキサノールの回収率は80.4%であった。
【0027】
<水素化反応>
水洗された有機層に水素化触媒としてカーボン担持パラジウム(パラジウム0.015g)を投入し、水素を供給しながら水素化反応を8時間行った。反応条件は、温度50℃、圧力1.0MPaであった。
分析の結果、水素化反応による1−エチニル−1−シクロヘキサノールの転化率は99.9%であり、1−エチル−1−シクロヘキサノールの収率は72.0%であった。
【0028】
比較例1
本例では、t−ブチルメチルエーテルによる抽出及び水洗を行うことなく水素化反応を行った。
即ち、実施例1と同じ条件でシクロヘキサノールとアセチレンとの反応を行い、生成混合物を得た。次いで、得られた生成混合物に炭酸ガスを吹き込みながら4時間撹拌し、触媒の水酸化カリウムを中和した。
この混合物をそのまま用い、実施例1と同じ条件で水素化反応を行ったところ、1−エチニル−1−シクロヘキサノールの転化率は70.1%であり、1−エチル−1−シクロヘキサノールの収率は3.9%であった。
従って、t−ブチルメチルエーテルによる抽出処理及び水洗をしない場合、転化率が低く、また収率も著しく低い。
【0029】
実施例2
<エチニル化工程>
1.1 Lの反応器に反応溶媒としてN−メチルピロリドン633g及び触媒として水酸化カリウム80gを投入し、シクロペンタノン110g(1.33モル)とアセチレンを供給しながら反応させた。
原料であるシクロペンタノンの供給は、供給開始から3時間を掛けて行い、アセチレンとの反応時間は、シクロペンタノンの供給開始を反応開始時点として4時間であり、反応圧力は0.02MPa、反応温度は20℃であった。
反応後、得られた反応混合物に液量の1/3相当量の水を加えて、反応を停止させた。
【0030】
生成混合物を分析したところ、シクロペンタノンの転化率は99.4%、1−エチニル−1−シクロペンタノールの収率は74.3%であった。
【0031】
<抽出工程>
次に、水を含むこの反応混合物の液980gに対し、この液量の2/3相当量のt−ブチルメチルエーテルを加えた。液を撹拌した後、静置し、有機相と水相の2層に分離させた。分離した水層に抽出操作をもう一度行い、有機層を回収し、1回目の有機層に加えた。2回の抽出操作による1−エチニル−1−シクロペンタノール抽出率は73.8%であった。
【0032】
<水洗工程>
次いで、抽出処理した有機層950g、この液の1/3相当量の水を加え、水洗した。即ち、水を添加した液を撹拌した後、分液し、有機層を回収した。この操作をさらに2回繰り返した。
得られた有機層を分析したところ、1−エチニル−1−シクロペンタノールの回収率は81.5%であった。
【0033】
<水素化工程>
上記のとおり水洗された有機層に、水素化触媒としてカーボン担持パラジウム(パラジウム0.015g)を投入し、実施例1と同様にして水素化反応を22時間行った。
水素化反応による1−エチニル−1−シクロペンタノールの転化率は100%であり、1−エチル−1−シクロペンタノールの収率は99.5%であった。
【0034】
実施例3
<エチニル化工程>
実施例2において、反応溶媒を1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンに代えた以外は、実施例2と同様に反応させた。
【0035】
<抽出工程>
上記で得られた反応混合物について、実施例2と同様にt−ブチルメチルエーテルによる抽出処理を行った。ただし、t−ブチルメチルエーテルによる抽出操作は1回であった。
分析の結果、1−エチニル−1−シクロペンタノール抽出率は97.5%であった。
【0036】
<水洗工程>
次いで、こうして抽出した有機層1530gに、この液の1/4相当量の水を加え水洗した。即ち、水を添加した液を撹拌した後、分液し、有機層を回収した。この操作をさらに2回繰り返した。
得られた有機層を分析したところ、1−エチニル−1−シクロペンタノールの回収率は81.5%であった。
【0037】
<水素化工程>
水洗された有機層を用い、実施例1と同様にして水素化反応を8時間行った。
水素化反応による1−エチニル−1−シクロペンタノールの転化率は100%であり、1−エチル−1−シクロペンタノールの収率は70.6%であった。
【0038】
実施例4
<エチニル化工程>
ケトン原料として2−アダマンタノン35g、反応溶媒としてジメチルスルホキシド655g、触媒として水酸化カリウム3.12gを使用し、実施例1と同じ反応条件でアセチレンとの反応を4時間行った。尚、原料ケトンは溶媒420gに溶解し、ポンプを用いて15分間かけて反応器中に導入した。
【0039】
分析の結果、2−アダマンタノンの転化率は98.7%であり、2−エチニル−2−アダマンタノールの収率は90.1%であった。
【0040】
<抽出工程>
この反応混合物300gを実施例2と同様にして、t−ブチルメチルエーテル203gにより抽出処理した。ただし、t−ブチルメチルエーテルによる抽出操作は1回であった。
分析の結果、2−エチニル−2−アダマンタノールの抽出率は80.1%であった。
【0041】
<水洗工程>
次いで、得られた有機層210gに、この液の1/5相当量の水を加え水洗した。即ち、水を添加した液を撹拌した後、分液し、有機層を回収した。この操作をさらに2回繰り返した。
こうして得られた有機層を分析したところ、2−エチニル−2−アダマンタノールの回収率は75.8%であった。
【0042】
<水素化工程>
上記有機層について、実施例1と同様に水素化反応を4時間行った。分析の結果、2−エチニル−2−アダマンタノールの転化率は100%であり、2−エチル−2−アダマンタノールの収率は99.0%であった。
【0043】
実施例5
<エチニル化工程>
実施例4と同一条件でエチニル化工程を行った。
【0044】
<抽出工程>
上記で得られた反応混合物を実施例2と同様にして、トルエンにより抽出処理した。ただし、トルエンによる抽出操作は1回であった。
分析の結果、2−エチニル−2−アダマンタノールの抽出率は71.8%であった。
【0045】
<水洗工程>
次いで、抽出処理した有機層300g、この液の1/3相当量の水を加え水洗した。即ち、水を添加した液を撹拌した後、分液し、有機層を回収した。この操作をさらに2回繰り返した。
得られた有機層を分析したところ、2−エチニル−2−アダマンタノールの回収率は81.3%であった。
【0046】
<水素化工程>
上記有機層について、実施例1と同様に水素化反応を8時間行った。分析の結果、2−エチニル−2−アダマンタノールの転化率は100%であり、2−エチル−2−アダマンタノールの収率は89.6%であった。
【0047】
実施例6
<エチニル化工程>
アダマンタノン65gと、反応溶媒としてジメチルスルホキシドの代わりに1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン635gを用いた以外は、実施例4と同様にしてアセチレンとの反応を6時間行った。
【0048】
分析の結果、2−アダマンタノンの転化率は99.8%であり、2−エチニル−2−アダマンタノールの収率は90.9%であった。
【0049】
<抽出工程>
上記の反応混合物に対し、実施例2と同様にしてイソプロピルエーテルによる抽出処理を1回行った。
分析の結果、2−エチニル−2−アダマンタノールの抽出率は97.2%であった。
【0050】
<水洗工程>
次いで、得られた有機層400gに、この液の1/3相当量の水を加え水洗した。即ち、水を添加した液を撹拌した後、分液し、有機層を回収した。この操作をさらに2回繰り返した。
こうして得られた有機層を分析したところ、2−エチニル−2−アダマンタノールの回収率は82.1%であった。
【0051】
<水素化工程>
上記有機層について、実施例1と同様に水素化反応を8時間行った。分析の結果、2−エチニル−2−アダマンタノールの転化率は100%であり、2−エチル−2−アダマンタノールの収率は97.0%であった。
【0052】
【発明の効果】
ケトン類とアセチレンとを反応させて得られるエチニル化脂環族第三アルコールを経由してエチル基含有脂環族第三アルコールを製造する方法において、エチニル化脂環族第三アルコールの良好な水素化を達成し、エチル基含有脂環族第三アルコールを高収率で得ることができる。
Claims (3)
- 下記の各工程を下記の順序で実施することを特徴とする、エチル基含有脂環族第三アルコールの製造方法:
(1)N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、2−イミダゾリジノン類、アセトニトリル及びジメチルスルホキシドからなる群から選ばれる溶媒(A)中、アルカリ触媒の存在下に環状ケトンとアセチレンとを反応させてエチニル化脂環族第三アルコールを製造する工程、
(2)得られたエチニル化脂環族第三アルコールを、t−ブチルメチルエーテル、イソプロピルエーテル及びトルエンからなる群から選ばれる溶媒(B)で抽出する工程、
(3)エチニル化脂環族第三アルコールを含む溶媒(B)層を水洗する工程、
(4)水洗されたエチニル化脂環族第三アルコールを含む溶媒(B)層に、水素化触媒を加え、加圧下に水素を供給して、エチニル化脂環族第三アルコールを水素化する工程。 - 上記環状ケトンが、シクロペンタノン、シクロヘキサノン又はアダマンタノンである請求項1記載の製造方法。
- アルカリ触媒がアルカリ金属水酸化物である請求項1又は2記載の製造方法。
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