アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法
【課題】アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を短時間で効率よく工業的に高収率、高純度で製造する方法を提供する。
【解決手段】下記の工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とするアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法である。
工程Ａ：比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジンと水酸化アルカリ金属との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、溶媒aに溶解した１−アミノアダマンタンを、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、１−ハロゲノアダマンタンとジメチルアミンを反応させる工程から選ばれる１−アダマンタンジメチルアミンの製造工程、工程Ｂ：溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミンとハロゲン化メチルを反応させる１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の製造工程。
【解決手段】下記の工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とするアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法である。
工程Ａ：比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジンと水酸化アルカリ金属との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、溶媒aに溶解した１−アミノアダマンタンを、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、１−ハロゲノアダマンタンとジメチルアミンを反応させる工程から選ばれる１−アダマンタンジメチルアミンの製造工程、工程Ｂ：溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミンとハロゲン化メチルを反応させる１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の製造工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法に関し、詳しくは、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を高収率、高純度で製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アダマンタンは、シクロヘキサン環が４個、カゴ形に縮合した構造を有し、対称性が高く、安定な化合物であり、その誘導体は、特異な機能を示すことから、医薬品原料や高機能性工業材料の原料等として有用であることが知られている。
例えば、アダマンタン誘導体は、光学特性や耐熱性等を有することから、光ディスク基板、光ファイバーあるいはレンズ等に用いることが試みられている（例えば、特許文献１及び２参照）。
また、アダマンタンエステル類を、その酸感応性、ドライエッチング耐性、紫外線透過性等を利用して、フォトレジスト用樹脂原料として、使用することが試みられている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
アダマンタン誘導体のうち、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩が、ゼオライト用テンプレート剤(構造規定剤)として使用され、重要性が高まってきている（例えば、特許文献４〜６参照）。
これら特許文献には、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩として、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−１−アダマンタンアンモニウム水酸化物が記載されおり、その合成方法として、１−アダマンタミンをトリブチルアミンとジメチルホルムアミドとの混合物に溶解し、メチルヨウ化物と反応させる方法が記載されている。
しかし、該合成方法では、トリブチルメチルアミンヨウ化物塩ができ純度を向上させることができない。
また、非特許文献１には、アミノアダマンタンからジメチル化を経て、ハロゲン化メチルを用いて第４級アンモニウムのハロゲン塩を合成する方法が記載されているが、該合成方法では反応時間が長いため工業的に難しいこと、原料が完全に反応しきれず、精製できないため、高純度、高収率で目的物を得られることができない。
一方、カチオン型第４級アンモニウム塩は、例えば、界面活性剤、抗菌剤、医薬品、医薬部外品及び化粧品の原料、相間移動触媒あるいはイオン化溶媒等として極めて重要な化合物である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０５０４４号公報
【特許文献２】特開平９−３０２０７７号公報
【特許文献３】特開平４−３９６６５号公報
【特許文献４】特開１９８７−１９１４１８公報
【特許文献５】特開１９８７−２０２８１４公報
【特許文献６】特開１９８７−２１６９１４公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒｕｓｓｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，７４（１１），１８９２−１８９８（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した如き状況に鑑みなされたもので、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を高収率、高純度で効率よく製造することができる、工業的に好適な製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討を進めた結果、出発原料として、塩酸アマンタジン、１−アミノアダマンタン、１−ハロゲノアダマンタンから選ばれる化合物から１−アダマンタンジメチルアミンを中間体としてアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を製造する方法により上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記の第４級アンモニウム塩製造方法を提供する。
１．下記の工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とするアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法。
工程Ａ：比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジン〔下記式（１−１）〕と水酸化アルカリ金属との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
溶媒aに溶解した１−アミノアダマンタン〔下記式（１−２）〕を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
１−ハロゲノアダマンタン〔下記式（１−３）〕とジメチルアミンを反応させる工程
から選ばれる１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕の製造工程、
工程Ｂ：溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とハロゲン化メチルを反応させる１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕の製造工程。
【０００９】
【化１】
【００１０】
２．工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチル又はヨウ化メチルである上記１に記載の製造方法。
３．工程Ａにおける溶媒ａが比誘電率１０．０〜１８．７のアルコールである上記１又は２に記載の製造方法。
４．前記アルコールが第２級アルコールである請求項３に記載の製造方法。
５．工程Ａにおける１−ハロゲノアダマンタンが１−ブロモアダマンタンである上記１又は２に記載の製造方法。
６．工程Ｂにおける溶媒ｂの比誘電率が４．０〜２０．０のアルコール系溶媒、エステル系溶媒及びエーテル系溶媒から選ばれる１種以上である上記１〜５のいずれかに記載の製造方法。
７．さらに、下記の工程Ｃを含む上記１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｃ：溶媒ｃに溶解した、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕をイオン交換する１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩〔下記式（４）〕の製造工程。
【００１１】
【化２】
【００１２】
８．工程Ｃにおけるイオン交換を水酸化アルカリ金属を用いて行なう上記７に記載の製造方法。
９．水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである上記８に記載の製造方法。
１０．工程Ｃにおけるイオン交換を塩基性陰イオン交換樹脂（ＯＨ形）を用いて行なう上記７に記載の製造方法。
１１．工程Ｃにおける溶媒ｃが水及び／又はアルコールである上記７〜１０のいずれかに記載の製造方法。
１２．工程Ｃで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩中に含まれるアルコールが５質量％以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量％以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量％以下である上記７〜１１のいずれかに記載の製造方法。
１３．さらに、下記の工程Ｄを含む上記１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｄ：工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を精製する工程。
１４．工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウム臭素塩中に含まれる臭素イオンが臭素原子換算で２８.３質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である上記１３に記載の製造方法。
１５．工程Ｂにおけるハロゲン化メチルがヨウ化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウムヨウ素塩中に含まれるヨウ素イオンがヨウ素原子換算で３８．２質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である上記１３に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法により、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩である１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩又は１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を短時間で効率よく工業的に高収率で製造することができる。
１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の場合、該第４級アンモニウム塩中の臭素イオンが原子換算で２８．３質量％以上又はヨウ素イオンが原子換算で３８．２質量％以上、中間体である１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が原子換算で１０００ｐｐｍ以下である高純度の第４級アンモニウム塩を製造することができる。
１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩の場合、該第４級アンモニウム塩中のアルコールが５質量％以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量％以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量％以下である高純度の第４級アンモニウム塩を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法は、工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とする。
［工程Ａ］
工程Ａは、下記反応式で表される工程から選ばれる工程であり、塩酸アマンタジン〔下記式（１−１）〕を出発物質とする場合、比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジンと水酸化アルカリ金属等の塩基との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させて、１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とする工程、あるいは、１−アミノアダマンタン〔下記式（１−２）〕を出発物質とする場合、溶媒ａに溶解した１−アミノアダマンタンを、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させて、１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とする工程、さらに、１−ハロゲノアダマンタン〔下記式（１−３）〕を出発物質とする場合、該１−ハロゲノアダマンタンをジメチルアミンと反応させて、１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とする工程から選ばれる製造工程からなる。
【００１５】
【化３】
【００１６】
塩酸アマンタジンあるいは１−アミノアダマンタンを原料とする場合、工程Ａは、１級アミンにメチル基を導入する還元的アミノ化反応であるエシュバイラー・クラーク反応（Ｅｓｃｈｗｅｉｌｅｒ−Ｃｌａｒｋｅ ｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ）を行うものである。
エシュバイラー・クラーク反応は、１級アミンに過剰のギ酸、及び過剰のホルムアルデヒド（ＨＣＯＨ）又はパラホルムアルデヒド〔ＯＨ（ＣＨ2Ｏ）nＨ〕を加えて加温し、２級アミンへと還元する反応である。
これにより、１級アミンに対してメチル基を導入し、同様の反応機構で２級アミンに対してメチル基を導入して、３級アミンを効率的にかつ高純度及び高収率で得ることができる。
【００１７】
出発物質である塩酸アマンタジン〔１−アダマンタンアミン塩酸塩〕は、入手容易なことから市販品を用いることができる。
工程Ａで使用する溶媒ａは、比誘電率が１０．０〜２０．０であり、比誘電率が１０．０〜１８．７であるアルコールが好ましく、比誘電率が１５．０〜１８．７であるアルコールがより好ましい。
１０．０以上であれば、塩酸アマンタジンの溶解性が良好であり、２０．０以下であれば、通常反応溶媒として使用できる。
また、比誘電率が上記範囲内であるアルコールとしては、例えば、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、１−ペンタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール等が挙げられる。
この中でも、溶媒ａとして、２−プロパノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、３−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−ヘプタノール及び３−ヘプタノール等の第２級アルコールを使用することがより好ましい。これらは、単独でも、２種類以上混合して使用してもよい。
【００１８】
塩酸アマンタジンから誘導される反応物もしくは１−アミノアダマンタンは、溶媒ａに溶解もしくは分散していることが望ましいため、溶媒ａの使用量は、塩酸アマンタジンに対して、通常０．５〜２０質量倍が好ましく、より好ましくは１〜１０質量倍である。０．５質量倍以上であれば、上記反応物もしくは１−アミノアダマンタンが溶解して良好に反応し、２０質量倍以下であれば、全体の体積が大きくなりすぎず適量である。
【００１９】
出発物質を塩酸アマンタジンとする場合、使用する塩基としては水酸化アルカリ金属等が好ましく、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等が挙げられるが、水酸化ナトリウムが好ましい。
水酸化ナトリウムは、通常水溶液として反応系内に加えられ、水酸化ナトリウム水溶液の濃度は通常５０〜８０質量％程度であることが好ましい。
５０質量％以上の濃度であれば、塩酸アマンタジンの溶解性が良好であり、８０質量％以下であれば水酸化ナトリウムの不溶分解物が生じることがない。
水酸化ナトリウムの使用量は、塩酸アマンタジンに対して、通常０．９〜１．１モル倍が好ましい。
また、塩酸アマンタジンと塩基を反応させた後は、反応物の分離や精製等の必要はなく、そのまま反応系内にギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドを加え、反応させることができる。
【００２０】
工程Ａで使用するギ酸は、通常８０〜９７質量％程度のギ酸水溶液として反応系内に加えることが好ましい。上記範囲内であれば、全体の体積も大きくならず、製造の効率が良い。
ギ酸の使用量は、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドに対して、通常０．３〜０．７モル倍が好ましく、０．４〜０．５モル倍がより好ましい。
０．３モル倍以上であれば、良好に反応が進行し、０．７モル倍より多くても反応に影響がでないため、０．７モル倍以下が最適である。
工程Ａで使用するホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドは、通常３０〜５０質量％程度の水溶液として反応系内に加えることが好ましい。上記範囲内であれば、反応の発熱も小さく製造の効率がよい。
ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドの使用量は、塩酸アマンタジン又は１−アミノアダマンタンに対して、通常２〜２０モル倍が好ましく、３〜８モル倍がより好ましい。２モル倍以上であれば、短時間で反応が進行し、２０モル倍より多くても反応時間はほぼ一緒となるため、２０モル倍以下でよい。
工程Ａにおいて、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドを加えた後の反応系内の温度は、５０〜９０℃程度であることが好ましい。該温度内であれば反応が速やかに進行し、反応生成物が熱分解するおそれもない。
【００２１】
塩酸アマンタジンを原料とする場合、例えば、以下の手順で工程Ａを進行することができる。
反応容器に塩酸アマンタジンを仕込み、５０℃の２−プロパノールを加えて溶解させる。その後、５０質量％水酸化ナトリウム水溶液（塩酸アマンタジンに対して同モル量）を加え２時間反応させる。
９７質量％ギ酸水溶液（塩酸アマンタジンに対して３モル倍）をゆっくり滴下し、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液（塩酸アマンタジンに対して４モル倍）をゆっくり滴下して、８０℃に昇温した後、３時間反応させる。
ガスクロマトグラフィー等で塩酸アマンタジンが消失したことを確認した後、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液で反応液をｐＨ１０に調整し溶媒ｂを加え分取する。
分取した溶媒ｂを次工程でそのまま使用する。工程Ａでは高収率及び高純度で１−アダマンタンジメチルアミンを得ることができるため、精製せずに粗体のまま、次工程に使用することができる。
純度が低い場合は、別途、１−アダマンタンジメチルアミンの精製を行い単離して、次工程で使用してもよい。
【００２２】
１−ハロゲノアダマンタンを原料とする場合、出発物質である1−クロロアダマンタン、１−ブロモアダマンタンは入手容易なことから市販品を用いることができる。
１−ブロモアダマンタンの方が反応の進行が速く好ましい。
溶媒は必ずしも使用しなくても良いが、必要に応じて、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を使用しても良い。
反応温度は１５０℃〜２５０℃程度が好ましい。低すぎると反応速度が低下し、高すぎると副反応がおこり、１−アダマンタンジメチルアミンの収率が低下する。
ジメチルアミンの使用量は、１−ハロゲノアダマンタンに対して通常２〜１０モル倍が好ましく、２．５〜７モル倍がより好ましい。
少なすぎると反応の進行が遅くなり、多すぎると仕込み量が低下し、生産効率が低下する。
【００２３】
１−ブロモアダマンタンを原料とする場合、例えば、以下の手順で工程Ａを進行することができる。
耐圧反応器に１−ブロモアダマンタン、ジメチルアミン（１−ブロモアダマンタンに対して３モル倍）を仕込み、２００℃に昇温した後、８時間反応させる。
室温まで冷却した後、１−ブロモアダマンタンと同質量の水並びに５０質量％水酸化ナトリウム水溶液（水酸化ナトリウムとして１−ブロモアダマンタンに対し、１．２モル倍）、１−ブロモアダマンタンに対し、質量で２倍の酢酸エチルを加え、有機層を分取する。
分取した有機層を次工程でそのまま使用する。工程Ａでは高収率及び高純度で１−アダマンタンジメチルアミンを得ることができるため、精製せずに粗体のまま、次工程に使用することができる。
純度が低い場合は、別途、１−アダマンタンジメチルアミンの精製を行い単離して、次工程で使用してもよい。
【００２４】
［工程Ｂ］
工程Ｂは、下記反応式で表される工程であり、溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕を、ハロゲン化メチルと反応させる、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕の製造工程である。
【００２５】
【化４】
【００２６】
上記式中、Ｘはハロゲン原子を示し、１−アダマンタンジメチルアミンと反応させるハロゲン化メチルは、臭化メチル又はヨウ化メチルであることが好ましい。
ハロゲン化メチルの使用量は、１−アダマンタンジメチルアミンに対して、通常０．９〜５モル倍が好ましく、１．１〜２モル倍がより好ましい。
０．９モル倍以上であれば、反応は良好であり、５モル倍以下であれば、ハロゲン由来の副生物の生成を減少させることが可能である。
【００２７】
工程Ｂで使用する溶媒ｂとしては、比誘電率が４．０〜２０．０であるものが好ましい。比誘電率が４．０以上であれば、１−アダマンタンジメチルアミンの溶解性が良好であり、２０．０以下であれば、通常反応溶媒として使用できる。
また、溶媒ｂはアルコール系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒であることが好ましく、例えば、２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、２−ペンタノール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチル−ｎ−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、１，２−ジメトキシエタン等が挙げられる。これらは、単独でも、２種類以上混合して使用してもよい。
【００２８】
反応温度は、ハロゲン化メチルを反応系内に加える際、通常−６０〜１００℃程度が好ましく、さらに−２０℃〜５０℃であることが好ましい。
反応温度が上記範囲内であれば、反応が良好に進行し、目的物が結晶化されるため効率よく製造することが可能であり、熱による品質低下のおそれもない。
また、１−アダマンタンジメチルアミンとハロゲン化メチルとの反応の際、発熱するため、上記反応温度を保ちながら、ハロゲン化メチルを滴下する等の適当な方法で加えることが好ましい。
【００２９】
例えば、以下の手順で工程Ｂを進行することができる。
工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミンを２−プロパノールに溶解させ０℃に冷却した後、ハロゲン化メチル（１−アダマンタンジメチルアミンに対して１．１モル倍）を滴下し反応させる。
ガスクロマトグラフィー等で１−アダマンタンジメチルアミンが消失したことを確認した後、溶媒を減圧留去し、粗体として１−アダマンタントリメチルアンモニウム塩を得る。
【００３０】
[工程Ｃ]
工程Ｃは、下記反応式で表される工程であり、溶媒ｃに溶解した、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕を、イオン交換する１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩（１−アダマンタントリメチルアンモニウムヒドロキシド）〔下記式（４）〕の製造工程である。
【００３１】
【化５】
【００３２】
イオン交換の方法としては、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の溶液中に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ塩を添加し、析出するアルカリ金属のハロゲン化物を除去する方法、あるいはＯＨ形陰イオン交換樹脂と接触させる方法等がある。
【００３３】
水酸化アルカリ塩を使用する場合、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を溶媒ｃに溶解させた中に、例えば、水酸化カリウムをそのまま、或いは水酸化カリウムの溶媒ｃの溶液を、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の０．８〜５モル倍量添加し、析出する中性無機塩をろ過により除去した後得られた溶液より１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を得ることができる。
溶媒ｃとしては、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩や１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩の溶解度は高いが、中性無機塩の溶解度が低いものが好ましく、例えば、水及び／又はアルコールが用いられる。アルコールとしては、メタノール，エタノール，ｎ−プロパノール，２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール及びそれらの混合物等が挙げられる。
【００３４】
反応温度は、溶媒が液体であって、かつ−３０℃〜１２０℃程度までが好ましく、さらに０℃〜１００℃であることが好ましい。
この範囲内であると、イオン交換反応が良好に進行し中性無機塩の除去効率の良い温度で反応を実施可能であり、必要に応じて濃縮等の操作を行なうことも可能で、熱による品質低下のおそれもない。
【００３５】
ＯＨ形陰イオン交換樹脂を使用する場合、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の溶媒ｃの溶液中にＯＨ形陰イオン交換樹脂を添加した後、ＯＨ形陰イオン交換樹脂をろ過等で除去した溶液あるいはＯＨ形陰イオン交換樹脂を充填したカラム中に１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の溶媒ｃの溶液を仕込み、展開溶媒として溶媒ｃを使用して、カラム出口より流出してきた溶液より、１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を得ることができるが、後者の方がより残留ハロゲンの少ない１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を得ることができる。
【００３６】
ＯＨ形陰イオン交換樹脂としては、強塩基性のものであれば使用可能で、例えばアンバーライトＩＲＡ４００Ｊ（オルガノ社製）、ダイヤイオンＳＡ１０Ａ（三菱化学社製）等が代表的なものとして挙げられる。
ＯＨ形であればそのまま、Ｃｌ形であれば一度アルカリでＯＨ形にイオン交換して使用することができる。
溶媒ｃとしては特に水が好ましいが、他の溶媒ｃとして挙げたものを２種類以上混合して使用してもよい。
ＯＨ形陰イオン交換樹脂の使用温度は、０〜８０℃程度までが好ましく、ＯＨ形陰イオン交換樹脂を除去した後は、アルカリ塩を使用する場合と同様に必要に応じて濃縮等の操作を行なうことも可能で、熱による品質低下のおそれもない。
【００３７】
［第４級アンモニウムＯＨ塩の純度］
本発明の工程Ａ、Ｂ及びＣを含む方法により製造された１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩は、１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩中に含まれるアルコールが５質量%以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量%以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量%以下とすることができる。
上記のとおり、本発明の製造方法により高純度の第４級アンモニウムＯＨ塩を製造することができる。
なお、上記純度の第４級アンモニウムＯＨ塩でなければ、ゼオライト製造用テンプレート剤として使用した場合に、収率が低下してしまうため、使用することが難しい。
なお、必要に応じて、工程Ａ、Ｂ及びＣの後、晶析等により、１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を精製し、さらに純度を向上させることができる。
【００３８】
［工程Ｄ］
本発明のアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法は、工程Ａ及びＢの後、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を精製する工程Ｄを行うことが好ましい。
精製の工程には再結晶で塩を析出する工程を含み、さらにはろ過や洗浄等を含む。精製は、第４級アンモニウムハロゲン塩の純度が高くなるまで何度行っても良い。
再結晶は溶媒として例えばアセトンを使用することで、高収率、高純度の１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を得ることができる。
【００３９】
［第４級アンモニウムハロゲン塩の純度］
本発明の工程Ａ、Ｂ及びＤを含む方法により製造された１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩は、ハロゲン化メチルとして臭化メチルを使用した場合、臭素イオンの含有量を臭素原子換算で２８.３質量％以上とすることができ、ハロゲン化メチルとしてヨウ化メチルを使用した場合、ヨウ素イオンの含有量をヨウ素原子換算で３８.２質量％以上とすることができる。
また、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩中に含まれる不純物として、工程Ｂで未反応であった１−アダマンタンジメチルアミンの含有量を０．５質量％以下とすることができ、さらに、アルカリ金属の含有量を１０００ｐｐｍ以下とすることができる。
上記のとおり、本発明の製造方法により高純度の第４級アンモニウムハロゲン塩を製造することができる。なお、上記純度の第４級アンモニウムハロゲン塩でなければ、ゼオライト製造用テンプレート剤として使用した場合に、収率が低下してしまうため、使用することが難しい。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００４１】
［実施例１］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、塩酸アマンタジン３９．４ｇ［ＦＷ：１８７．１１、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール（比誘電率：１８）２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、その後、５０質量％水酸化ナトリウム水溶液１７ｇをゆっくり滴下して、１時間攪拌し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながら臭化メチル１９．９ｇ［ＦＷ：９４．９４、０．２１ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイドを５１．８ｇ［ＦＷ：２７４．２４、収率９０．０％］（白色粉体）で得た。
【００４２】
［実施例２］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、塩酸アマンタジン３９．４ｇ［ＦＷ：１８７．１１、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、その後、５０質量％水酸化ナトリウム水溶液１７ｇをゆっくり滴下して、１時間攪拌し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながらヨウ化メチル２９．８ｇ［ＦＷ：１４１．９４、０．２１ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージドを５８ｇ［ＦＷ：３１２．２、収率８６％］（白色粉体）で得た。
【００４３】
実施例１及び２で得られた下記式で表わされる第４級アンモニウム塩のスペクトルデータを下記に示す。
【００４４】
【化６】
【００４５】
スペクトルデータ
核磁気共鳴スペクトル（溶媒：ＣＤＣｌ3）日本電子株式会社製 ＪＮＭ−ＥＣＡ５００
1Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ）：１．６９（ｂ，６Ｈ）、２．０５（ｃ，６Ｈ）、２．３５（ｄ，６Ｈ）、３．３（ａ，９Ｈ）
13Ｃ−ＮＭＲ（１２５ＭＨｚ）：３０．０（ｅ）、３５．０（ｄ、ｃ）、４８．０（ａ）、７２．５（ｂ）
【００４６】
［実施例３］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、１−アミノアダマンタン３１ｇ［ＦＷ：１５１．２５、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながらヨウ化メチル３１．３ｇ［ＦＷ：１４１．９４、０．２２ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージドを６１ｇ［ＦＷ：３１２．２、収率９３％］（白色粉体）で得た。
【００４７】
［実施例４］
温度計、攪拌機を備えた３０ｍＬの圧力容器に、１−ブロモアダマンタン６．６５ｇ［ＦＷ：２１５．１３、３０．９ｍｍｏｌ］、ジメチルアミン４．１８ｇ[ＦＷ：４５.０８、９２．７ｍｍｏｌ］を加えた。撹拌しながら２００℃まで昇温し、２００℃で８時間反応した。反応終了後、２５℃まで冷却し、水５ｍｌ、５０質量％の水酸化ナトリウム水溶液２．９７gを徐々に加えた。さらに、酢酸エチル１０ｍｌを加え、有機層を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５０ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながら臭化メチル２．９３ｇ［ＦＷ：９４．９４、０．２１ｍｏｌ］を1時間かけて滴下した。滴下終了後、５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイドを７．５４ｇ［ＦＷ：２７４．２４、収率８９．０％］（白色粉体）で得た。
【００４８】
[実施例５]
温度計、攪拌機を備えた２００ｍｌの圧力容器に、実施例１で得られたアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイド２０．０ｇ［ＦＷ：２７４．２４，７３ｍｍｏｌ］、メタノール６６ｍｌを加え溶解した。この中に８５質量％水酸化カリウム４．８２ｇ［ＦＷ：５６．１１、７３ｍｍｏｌ］をメタノール１０ｍｌに溶解したものを、３０℃以下になるように冷却、攪拌しながら３０分かけて滴下すると、イオン交換反応が進むに従って無機塩が析出してきた。その後２５℃で３０分攪拌を行った後、５℃まで冷却し、ろ過を行なった。ろ液を濃縮，乾固し、トリメチルアダマンチルアンモニウムＯＨ塩１４．６２ｇ[ＦＷ：２１１．３５、６９ｍｍｏｌ、収率９５ｍｏｌ％]を得た。
【００４９】
[実施例６]
陰イオン交換樹脂（アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ ＯＨ ＡＧ（オルガノ社製））３５０ｍｌをカラムに充填し、純水でよく洗浄した。実施例１で得られたアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイド２０．０ｇ[ＦＷ：２７４．２４、７３ｍｍｏｌ]を純水２０ｍｌに溶解して充填カラムに流し、次いで展開溶媒として純水を４０ｍｌ／ｍｉｎで流し、ｐＨ１２以上の流出液を回収した。回収した水溶液を４０℃で濃縮、乾固し、トリメチルアダマンチルアンモニウムＯＨ塩１５．０ｇ[ＦＷ：２１１．３５，７１ｍｍｏｌ、収率９７ｍｏｌ％]を得た。
【００５０】
［比較例１］
２００ｍｌ三口フラスコに１−アミノアダマンタン１０．０ｇ（６６ｍｍｏｌ）、トリブチルアミン２９．０ｇ（１５６ｍｍｏｌ）、ジメチルホルムアミド６０ｍｌを入れ、溶解した後、氷浴で冷却した。これにヨウ化メチル２８．４ｇ（２００ｍｍｏｌ）を３０分かけて滴下した。数時間後に結晶の析出が見られ、１５時間後に氷浴を外して室温に戻した。析出している結晶をろ過したのち、６０ｍｌのテトラヒドロフランで洗浄し、さらに６０ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した後、真空乾燥を行ないアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージド１２．８ｇ（４０ｍｍｏｌ、第１晶）を得た。
ろ液に対してジエチルエーテル６０ｍｌ、アセトン６０ｍｌを加えて、冷蔵庫で一晩放置し、さらに析出した結晶をろ過して上記と同様の回収を行い、目的のアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージド２．５ｇ（８ｍｍｏｌ、第２晶）を得た。［全収量１５．３ｇ（４８ｍｍｏｌ）、収率７３％］。
【００５１】
［比較例２］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、１−アミノアダマンタン３１ｇ［ＦＷ：１５１．２５、０．２１ｍｏｌ］、エタノール（比誘電率：２４.３）２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．６４ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、０．８４ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながらヨウ化メチル３１．３ｇ［ＦＷ：１４１．９４、０．２２ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージドを１９．７ｇ［ＦＷ：３１２．２、収率３０％］（白色粉体）で得た。
【００５２】
[比較例３]
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、塩酸アマンタジン３９．４ｇ［ＦＷ：１８７．１１、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温したが、１−アダマンタンジメチルアミンへの反応の進行がみられなかった。
【００５３】
実施例及び比較例で得られた第４級アンモニウム塩中に含まれる、臭素イオン（臭素分、臭素原子換算値）及びヨウ素イオン（ヨウ素分、ヨウ素原子換算値）の含有量をイオンクロマトグラフにて測定し、ナトリウム及びナトリウム化合物（ナトリウム原子換算値）並びにカリウム及びカリウム化合物（カリウム原子換算値）の含有量をＩＣＰ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）により測定し、１−アダマンチルジメチルアミン、メタノール含量をＦＩＤ−ＧＣにより測定した。また、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ−ＲＩ法）にて測定することにより、１−アダマンタンジメチルアミンの含有量と目的物である第４級アンモニウム塩の純度を分析した。上記の測定結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を短時間で効率よく工業的に高収率で製造することができる。また、本発明の方法で得られる第４級アンモニウム塩は高純度であるため、ゼオライト製造用のテンプレート剤、界面活性剤、抗菌剤等に利用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法に関し、詳しくは、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を高収率、高純度で製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アダマンタンは、シクロヘキサン環が４個、カゴ形に縮合した構造を有し、対称性が高く、安定な化合物であり、その誘導体は、特異な機能を示すことから、医薬品原料や高機能性工業材料の原料等として有用であることが知られている。
例えば、アダマンタン誘導体は、光学特性や耐熱性等を有することから、光ディスク基板、光ファイバーあるいはレンズ等に用いることが試みられている（例えば、特許文献１及び２参照）。
また、アダマンタンエステル類を、その酸感応性、ドライエッチング耐性、紫外線透過性等を利用して、フォトレジスト用樹脂原料として、使用することが試みられている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
アダマンタン誘導体のうち、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩が、ゼオライト用テンプレート剤(構造規定剤)として使用され、重要性が高まってきている（例えば、特許文献４〜６参照）。
これら特許文献には、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩として、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−１−アダマンタンアンモニウム水酸化物が記載されおり、その合成方法として、１−アダマンタミンをトリブチルアミンとジメチルホルムアミドとの混合物に溶解し、メチルヨウ化物と反応させる方法が記載されている。
しかし、該合成方法では、トリブチルメチルアミンヨウ化物塩ができ純度を向上させることができない。
また、非特許文献１には、アミノアダマンタンからジメチル化を経て、ハロゲン化メチルを用いて第４級アンモニウムのハロゲン塩を合成する方法が記載されているが、該合成方法では反応時間が長いため工業的に難しいこと、原料が完全に反応しきれず、精製できないため、高純度、高収率で目的物を得られることができない。
一方、カチオン型第４級アンモニウム塩は、例えば、界面活性剤、抗菌剤、医薬品、医薬部外品及び化粧品の原料、相間移動触媒あるいはイオン化溶媒等として極めて重要な化合物である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０５０４４号公報
【特許文献２】特開平９−３０２０７７号公報
【特許文献３】特開平４−３９６６５号公報
【特許文献４】特開１９８７−１９１４１８公報
【特許文献５】特開１９８７−２０２８１４公報
【特許文献６】特開１９８７−２１６９１４公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒｕｓｓｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，７４（１１），１８９２−１８９８（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した如き状況に鑑みなされたもので、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を高収率、高純度で効率よく製造することができる、工業的に好適な製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討を進めた結果、出発原料として、塩酸アマンタジン、１−アミノアダマンタン、１−ハロゲノアダマンタンから選ばれる化合物から１−アダマンタンジメチルアミンを中間体としてアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を製造する方法により上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記の第４級アンモニウム塩製造方法を提供する。
１．下記の工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とするアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法。
工程Ａ：比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジン〔下記式（１−１）〕と水酸化アルカリ金属との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
溶媒aに溶解した１−アミノアダマンタン〔下記式（１−２）〕を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
１−ハロゲノアダマンタン〔下記式（１−３）〕とジメチルアミンを反応させる工程
から選ばれる１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕の製造工程、
工程Ｂ：溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とハロゲン化メチルを反応させる１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕の製造工程。
【０００９】
【化１】
【００１０】
２．工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチル又はヨウ化メチルである上記１に記載の製造方法。
３．工程Ａにおける溶媒ａが比誘電率１０．０〜１８．７のアルコールである上記１又は２に記載の製造方法。
４．前記アルコールが第２級アルコールである請求項３に記載の製造方法。
５．工程Ａにおける１−ハロゲノアダマンタンが１−ブロモアダマンタンである上記１又は２に記載の製造方法。
６．工程Ｂにおける溶媒ｂの比誘電率が４．０〜２０．０のアルコール系溶媒、エステル系溶媒及びエーテル系溶媒から選ばれる１種以上である上記１〜５のいずれかに記載の製造方法。
７．さらに、下記の工程Ｃを含む上記１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｃ：溶媒ｃに溶解した、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕をイオン交換する１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩〔下記式（４）〕の製造工程。
【００１１】
【化２】
【００１２】
８．工程Ｃにおけるイオン交換を水酸化アルカリ金属を用いて行なう上記７に記載の製造方法。
９．水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである上記８に記載の製造方法。
１０．工程Ｃにおけるイオン交換を塩基性陰イオン交換樹脂（ＯＨ形）を用いて行なう上記７に記載の製造方法。
１１．工程Ｃにおける溶媒ｃが水及び／又はアルコールである上記７〜１０のいずれかに記載の製造方法。
１２．工程Ｃで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩中に含まれるアルコールが５質量％以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量％以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量％以下である上記７〜１１のいずれかに記載の製造方法。
１３．さらに、下記の工程Ｄを含む上記１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｄ：工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を精製する工程。
１４．工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウム臭素塩中に含まれる臭素イオンが臭素原子換算で２８.３質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である上記１３に記載の製造方法。
１５．工程Ｂにおけるハロゲン化メチルがヨウ化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウムヨウ素塩中に含まれるヨウ素イオンがヨウ素原子換算で３８．２質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である上記１３に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法により、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩である１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩又は１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を短時間で効率よく工業的に高収率で製造することができる。
１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の場合、該第４級アンモニウム塩中の臭素イオンが原子換算で２８．３質量％以上又はヨウ素イオンが原子換算で３８．２質量％以上、中間体である１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が原子換算で１０００ｐｐｍ以下である高純度の第４級アンモニウム塩を製造することができる。
１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩の場合、該第４級アンモニウム塩中のアルコールが５質量％以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量％以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量％以下である高純度の第４級アンモニウム塩を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明のアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法は、工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とする。
［工程Ａ］
工程Ａは、下記反応式で表される工程から選ばれる工程であり、塩酸アマンタジン〔下記式（１−１）〕を出発物質とする場合、比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジンと水酸化アルカリ金属等の塩基との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させて、１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とする工程、あるいは、１−アミノアダマンタン〔下記式（１−２）〕を出発物質とする場合、溶媒ａに溶解した１−アミノアダマンタンを、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させて、１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とする工程、さらに、１−ハロゲノアダマンタン〔下記式（１−３）〕を出発物質とする場合、該１−ハロゲノアダマンタンをジメチルアミンと反応させて、１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とする工程から選ばれる製造工程からなる。
【００１５】
【化３】
【００１６】
塩酸アマンタジンあるいは１−アミノアダマンタンを原料とする場合、工程Ａは、１級アミンにメチル基を導入する還元的アミノ化反応であるエシュバイラー・クラーク反応（Ｅｓｃｈｗｅｉｌｅｒ−Ｃｌａｒｋｅ ｍｅｔｈｙｌａｔｉｏｎ）を行うものである。
エシュバイラー・クラーク反応は、１級アミンに過剰のギ酸、及び過剰のホルムアルデヒド（ＨＣＯＨ）又はパラホルムアルデヒド〔ＯＨ（ＣＨ2Ｏ）nＨ〕を加えて加温し、２級アミンへと還元する反応である。
これにより、１級アミンに対してメチル基を導入し、同様の反応機構で２級アミンに対してメチル基を導入して、３級アミンを効率的にかつ高純度及び高収率で得ることができる。
【００１７】
出発物質である塩酸アマンタジン〔１−アダマンタンアミン塩酸塩〕は、入手容易なことから市販品を用いることができる。
工程Ａで使用する溶媒ａは、比誘電率が１０．０〜２０．０であり、比誘電率が１０．０〜１８．７であるアルコールが好ましく、比誘電率が１５．０〜１８．７であるアルコールがより好ましい。
１０．０以上であれば、塩酸アマンタジンの溶解性が良好であり、２０．０以下であれば、通常反応溶媒として使用できる。
また、比誘電率が上記範囲内であるアルコールとしては、例えば、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、１−ペンタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール等が挙げられる。
この中でも、溶媒ａとして、２−プロパノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｓｅｃ−ペンタノール、３−ペンタノール、３−メチル−２−ブタノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、２−ヘプタノール及び３−ヘプタノール等の第２級アルコールを使用することがより好ましい。これらは、単独でも、２種類以上混合して使用してもよい。
【００１８】
塩酸アマンタジンから誘導される反応物もしくは１−アミノアダマンタンは、溶媒ａに溶解もしくは分散していることが望ましいため、溶媒ａの使用量は、塩酸アマンタジンに対して、通常０．５〜２０質量倍が好ましく、より好ましくは１〜１０質量倍である。０．５質量倍以上であれば、上記反応物もしくは１−アミノアダマンタンが溶解して良好に反応し、２０質量倍以下であれば、全体の体積が大きくなりすぎず適量である。
【００１９】
出発物質を塩酸アマンタジンとする場合、使用する塩基としては水酸化アルカリ金属等が好ましく、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等が挙げられるが、水酸化ナトリウムが好ましい。
水酸化ナトリウムは、通常水溶液として反応系内に加えられ、水酸化ナトリウム水溶液の濃度は通常５０〜８０質量％程度であることが好ましい。
５０質量％以上の濃度であれば、塩酸アマンタジンの溶解性が良好であり、８０質量％以下であれば水酸化ナトリウムの不溶分解物が生じることがない。
水酸化ナトリウムの使用量は、塩酸アマンタジンに対して、通常０．９〜１．１モル倍が好ましい。
また、塩酸アマンタジンと塩基を反応させた後は、反応物の分離や精製等の必要はなく、そのまま反応系内にギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドを加え、反応させることができる。
【００２０】
工程Ａで使用するギ酸は、通常８０〜９７質量％程度のギ酸水溶液として反応系内に加えることが好ましい。上記範囲内であれば、全体の体積も大きくならず、製造の効率が良い。
ギ酸の使用量は、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドに対して、通常０．３〜０．７モル倍が好ましく、０．４〜０．５モル倍がより好ましい。
０．３モル倍以上であれば、良好に反応が進行し、０．７モル倍より多くても反応に影響がでないため、０．７モル倍以下が最適である。
工程Ａで使用するホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドは、通常３０〜５０質量％程度の水溶液として反応系内に加えることが好ましい。上記範囲内であれば、反応の発熱も小さく製造の効率がよい。
ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドの使用量は、塩酸アマンタジン又は１−アミノアダマンタンに対して、通常２〜２０モル倍が好ましく、３〜８モル倍がより好ましい。２モル倍以上であれば、短時間で反応が進行し、２０モル倍より多くても反応時間はほぼ一緒となるため、２０モル倍以下でよい。
工程Ａにおいて、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドを加えた後の反応系内の温度は、５０〜９０℃程度であることが好ましい。該温度内であれば反応が速やかに進行し、反応生成物が熱分解するおそれもない。
【００２１】
塩酸アマンタジンを原料とする場合、例えば、以下の手順で工程Ａを進行することができる。
反応容器に塩酸アマンタジンを仕込み、５０℃の２−プロパノールを加えて溶解させる。その後、５０質量％水酸化ナトリウム水溶液（塩酸アマンタジンに対して同モル量）を加え２時間反応させる。
９７質量％ギ酸水溶液（塩酸アマンタジンに対して３モル倍）をゆっくり滴下し、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液（塩酸アマンタジンに対して４モル倍）をゆっくり滴下して、８０℃に昇温した後、３時間反応させる。
ガスクロマトグラフィー等で塩酸アマンタジンが消失したことを確認した後、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液で反応液をｐＨ１０に調整し溶媒ｂを加え分取する。
分取した溶媒ｂを次工程でそのまま使用する。工程Ａでは高収率及び高純度で１−アダマンタンジメチルアミンを得ることができるため、精製せずに粗体のまま、次工程に使用することができる。
純度が低い場合は、別途、１−アダマンタンジメチルアミンの精製を行い単離して、次工程で使用してもよい。
【００２２】
１−ハロゲノアダマンタンを原料とする場合、出発物質である1−クロロアダマンタン、１−ブロモアダマンタンは入手容易なことから市販品を用いることができる。
１−ブロモアダマンタンの方が反応の進行が速く好ましい。
溶媒は必ずしも使用しなくても良いが、必要に応じて、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を使用しても良い。
反応温度は１５０℃〜２５０℃程度が好ましい。低すぎると反応速度が低下し、高すぎると副反応がおこり、１−アダマンタンジメチルアミンの収率が低下する。
ジメチルアミンの使用量は、１−ハロゲノアダマンタンに対して通常２〜１０モル倍が好ましく、２．５〜７モル倍がより好ましい。
少なすぎると反応の進行が遅くなり、多すぎると仕込み量が低下し、生産効率が低下する。
【００２３】
１−ブロモアダマンタンを原料とする場合、例えば、以下の手順で工程Ａを進行することができる。
耐圧反応器に１−ブロモアダマンタン、ジメチルアミン（１−ブロモアダマンタンに対して３モル倍）を仕込み、２００℃に昇温した後、８時間反応させる。
室温まで冷却した後、１−ブロモアダマンタンと同質量の水並びに５０質量％水酸化ナトリウム水溶液（水酸化ナトリウムとして１−ブロモアダマンタンに対し、１．２モル倍）、１−ブロモアダマンタンに対し、質量で２倍の酢酸エチルを加え、有機層を分取する。
分取した有機層を次工程でそのまま使用する。工程Ａでは高収率及び高純度で１−アダマンタンジメチルアミンを得ることができるため、精製せずに粗体のまま、次工程に使用することができる。
純度が低い場合は、別途、１−アダマンタンジメチルアミンの精製を行い単離して、次工程で使用してもよい。
【００２４】
［工程Ｂ］
工程Ｂは、下記反応式で表される工程であり、溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕を、ハロゲン化メチルと反応させる、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕の製造工程である。
【００２５】
【化４】
【００２６】
上記式中、Ｘはハロゲン原子を示し、１−アダマンタンジメチルアミンと反応させるハロゲン化メチルは、臭化メチル又はヨウ化メチルであることが好ましい。
ハロゲン化メチルの使用量は、１−アダマンタンジメチルアミンに対して、通常０．９〜５モル倍が好ましく、１．１〜２モル倍がより好ましい。
０．９モル倍以上であれば、反応は良好であり、５モル倍以下であれば、ハロゲン由来の副生物の生成を減少させることが可能である。
【００２７】
工程Ｂで使用する溶媒ｂとしては、比誘電率が４．０〜２０．０であるものが好ましい。比誘電率が４．０以上であれば、１−アダマンタンジメチルアミンの溶解性が良好であり、２０．０以下であれば、通常反応溶媒として使用できる。
また、溶媒ｂはアルコール系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒であることが好ましく、例えば、２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、２−ペンタノール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、メチルエチルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、メチル−ｎ−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、１，２−ジメトキシエタン等が挙げられる。これらは、単独でも、２種類以上混合して使用してもよい。
【００２８】
反応温度は、ハロゲン化メチルを反応系内に加える際、通常−６０〜１００℃程度が好ましく、さらに−２０℃〜５０℃であることが好ましい。
反応温度が上記範囲内であれば、反応が良好に進行し、目的物が結晶化されるため効率よく製造することが可能であり、熱による品質低下のおそれもない。
また、１−アダマンタンジメチルアミンとハロゲン化メチルとの反応の際、発熱するため、上記反応温度を保ちながら、ハロゲン化メチルを滴下する等の適当な方法で加えることが好ましい。
【００２９】
例えば、以下の手順で工程Ｂを進行することができる。
工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミンを２−プロパノールに溶解させ０℃に冷却した後、ハロゲン化メチル（１−アダマンタンジメチルアミンに対して１．１モル倍）を滴下し反応させる。
ガスクロマトグラフィー等で１−アダマンタンジメチルアミンが消失したことを確認した後、溶媒を減圧留去し、粗体として１−アダマンタントリメチルアンモニウム塩を得る。
【００３０】
[工程Ｃ]
工程Ｃは、下記反応式で表される工程であり、溶媒ｃに溶解した、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕を、イオン交換する１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩（１−アダマンタントリメチルアンモニウムヒドロキシド）〔下記式（４）〕の製造工程である。
【００３１】
【化５】
【００３２】
イオン交換の方法としては、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の溶液中に水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ塩を添加し、析出するアルカリ金属のハロゲン化物を除去する方法、あるいはＯＨ形陰イオン交換樹脂と接触させる方法等がある。
【００３３】
水酸化アルカリ塩を使用する場合、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を溶媒ｃに溶解させた中に、例えば、水酸化カリウムをそのまま、或いは水酸化カリウムの溶媒ｃの溶液を、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の０．８〜５モル倍量添加し、析出する中性無機塩をろ過により除去した後得られた溶液より１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を得ることができる。
溶媒ｃとしては、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩や１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩の溶解度は高いが、中性無機塩の溶解度が低いものが好ましく、例えば、水及び／又はアルコールが用いられる。アルコールとしては、メタノール，エタノール，ｎ−プロパノール，２−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール及びそれらの混合物等が挙げられる。
【００３４】
反応温度は、溶媒が液体であって、かつ−３０℃〜１２０℃程度までが好ましく、さらに０℃〜１００℃であることが好ましい。
この範囲内であると、イオン交換反応が良好に進行し中性無機塩の除去効率の良い温度で反応を実施可能であり、必要に応じて濃縮等の操作を行なうことも可能で、熱による品質低下のおそれもない。
【００３５】
ＯＨ形陰イオン交換樹脂を使用する場合、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の溶媒ｃの溶液中にＯＨ形陰イオン交換樹脂を添加した後、ＯＨ形陰イオン交換樹脂をろ過等で除去した溶液あるいはＯＨ形陰イオン交換樹脂を充填したカラム中に１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩の溶媒ｃの溶液を仕込み、展開溶媒として溶媒ｃを使用して、カラム出口より流出してきた溶液より、１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を得ることができるが、後者の方がより残留ハロゲンの少ない１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を得ることができる。
【００３６】
ＯＨ形陰イオン交換樹脂としては、強塩基性のものであれば使用可能で、例えばアンバーライトＩＲＡ４００Ｊ（オルガノ社製）、ダイヤイオンＳＡ１０Ａ（三菱化学社製）等が代表的なものとして挙げられる。
ＯＨ形であればそのまま、Ｃｌ形であれば一度アルカリでＯＨ形にイオン交換して使用することができる。
溶媒ｃとしては特に水が好ましいが、他の溶媒ｃとして挙げたものを２種類以上混合して使用してもよい。
ＯＨ形陰イオン交換樹脂の使用温度は、０〜８０℃程度までが好ましく、ＯＨ形陰イオン交換樹脂を除去した後は、アルカリ塩を使用する場合と同様に必要に応じて濃縮等の操作を行なうことも可能で、熱による品質低下のおそれもない。
【００３７】
［第４級アンモニウムＯＨ塩の純度］
本発明の工程Ａ、Ｂ及びＣを含む方法により製造された１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩は、１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩中に含まれるアルコールが５質量%以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量%以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量%以下とすることができる。
上記のとおり、本発明の製造方法により高純度の第４級アンモニウムＯＨ塩を製造することができる。
なお、上記純度の第４級アンモニウムＯＨ塩でなければ、ゼオライト製造用テンプレート剤として使用した場合に、収率が低下してしまうため、使用することが難しい。
なお、必要に応じて、工程Ａ、Ｂ及びＣの後、晶析等により、１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩を精製し、さらに純度を向上させることができる。
【００３８】
［工程Ｄ］
本発明のアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法は、工程Ａ及びＢの後、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を精製する工程Ｄを行うことが好ましい。
精製の工程には再結晶で塩を析出する工程を含み、さらにはろ過や洗浄等を含む。精製は、第４級アンモニウムハロゲン塩の純度が高くなるまで何度行っても良い。
再結晶は溶媒として例えばアセトンを使用することで、高収率、高純度の１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を得ることができる。
【００３９】
［第４級アンモニウムハロゲン塩の純度］
本発明の工程Ａ、Ｂ及びＤを含む方法により製造された１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩は、ハロゲン化メチルとして臭化メチルを使用した場合、臭素イオンの含有量を臭素原子換算で２８.３質量％以上とすることができ、ハロゲン化メチルとしてヨウ化メチルを使用した場合、ヨウ素イオンの含有量をヨウ素原子換算で３８.２質量％以上とすることができる。
また、１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩中に含まれる不純物として、工程Ｂで未反応であった１−アダマンタンジメチルアミンの含有量を０．５質量％以下とすることができ、さらに、アルカリ金属の含有量を１０００ｐｐｍ以下とすることができる。
上記のとおり、本発明の製造方法により高純度の第４級アンモニウムハロゲン塩を製造することができる。なお、上記純度の第４級アンモニウムハロゲン塩でなければ、ゼオライト製造用テンプレート剤として使用した場合に、収率が低下してしまうため、使用することが難しい。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００４１】
［実施例１］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、塩酸アマンタジン３９．４ｇ［ＦＷ：１８７．１１、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール（比誘電率：１８）２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、その後、５０質量％水酸化ナトリウム水溶液１７ｇをゆっくり滴下して、１時間攪拌し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながら臭化メチル１９．９ｇ［ＦＷ：９４．９４、０．２１ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイドを５１．８ｇ［ＦＷ：２７４．２４、収率９０．０％］（白色粉体）で得た。
【００４２】
［実施例２］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、塩酸アマンタジン３９．４ｇ［ＦＷ：１８７．１１、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、その後、５０質量％水酸化ナトリウム水溶液１７ｇをゆっくり滴下して、１時間攪拌し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながらヨウ化メチル２９．８ｇ［ＦＷ：１４１．９４、０．２１ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージドを５８ｇ［ＦＷ：３１２．２、収率８６％］（白色粉体）で得た。
【００４３】
実施例１及び２で得られた下記式で表わされる第４級アンモニウム塩のスペクトルデータを下記に示す。
【００４４】
【化６】
【００４５】
スペクトルデータ
核磁気共鳴スペクトル（溶媒：ＣＤＣｌ3）日本電子株式会社製 ＪＮＭ−ＥＣＡ５００
1Ｈ−ＮＭＲ（５００ＭＨｚ）：１．６９（ｂ，６Ｈ）、２．０５（ｃ，６Ｈ）、２．３５（ｄ，６Ｈ）、３．３（ａ，９Ｈ）
13Ｃ−ＮＭＲ（１２５ＭＨｚ）：３０．０（ｅ）、３５．０（ｄ、ｃ）、４８．０（ａ）、７２．５（ｂ）
【００４６】
［実施例３］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、１−アミノアダマンタン３１ｇ［ＦＷ：１５１．２５、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながらヨウ化メチル３１．３ｇ［ＦＷ：１４１．９４、０．２２ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージドを６１ｇ［ＦＷ：３１２．２、収率９３％］（白色粉体）で得た。
【００４７】
［実施例４］
温度計、攪拌機を備えた３０ｍＬの圧力容器に、１−ブロモアダマンタン６．６５ｇ［ＦＷ：２１５．１３、３０．９ｍｍｏｌ］、ジメチルアミン４．１８ｇ[ＦＷ：４５.０８、９２．７ｍｍｏｌ］を加えた。撹拌しながら２００℃まで昇温し、２００℃で８時間反応した。反応終了後、２５℃まで冷却し、水５ｍｌ、５０質量％の水酸化ナトリウム水溶液２．９７gを徐々に加えた。さらに、酢酸エチル１０ｍｌを加え、有機層を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５０ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を加え、０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながら臭化メチル２．９３ｇ［ＦＷ：９４．９４、０．２１ｍｏｌ］を1時間かけて滴下した。滴下終了後、５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイドを７．５４ｇ［ＦＷ：２７４．２４、収率８９．０％］（白色粉体）で得た。
【００４８】
[実施例５]
温度計、攪拌機を備えた２００ｍｌの圧力容器に、実施例１で得られたアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイド２０．０ｇ［ＦＷ：２７４．２４，７３ｍｍｏｌ］、メタノール６６ｍｌを加え溶解した。この中に８５質量％水酸化カリウム４．８２ｇ［ＦＷ：５６．１１、７３ｍｍｏｌ］をメタノール１０ｍｌに溶解したものを、３０℃以下になるように冷却、攪拌しながら３０分かけて滴下すると、イオン交換反応が進むに従って無機塩が析出してきた。その後２５℃で３０分攪拌を行った後、５℃まで冷却し、ろ過を行なった。ろ液を濃縮，乾固し、トリメチルアダマンチルアンモニウムＯＨ塩１４．６２ｇ[ＦＷ：２１１．３５、６９ｍｍｏｌ、収率９５ｍｏｌ％]を得た。
【００４９】
[実施例６]
陰イオン交換樹脂（アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ ＯＨ ＡＧ（オルガノ社製））３５０ｍｌをカラムに充填し、純水でよく洗浄した。実施例１で得られたアダマンチルトリメチルアンモニウムブロマイド２０．０ｇ[ＦＷ：２７４．２４、７３ｍｍｏｌ]を純水２０ｍｌに溶解して充填カラムに流し、次いで展開溶媒として純水を４０ｍｌ／ｍｉｎで流し、ｐＨ１２以上の流出液を回収した。回収した水溶液を４０℃で濃縮、乾固し、トリメチルアダマンチルアンモニウムＯＨ塩１５．０ｇ[ＦＷ：２１１．３５，７１ｍｍｏｌ、収率９７ｍｏｌ％]を得た。
【００５０】
［比較例１］
２００ｍｌ三口フラスコに１−アミノアダマンタン１０．０ｇ（６６ｍｍｏｌ）、トリブチルアミン２９．０ｇ（１５６ｍｍｏｌ）、ジメチルホルムアミド６０ｍｌを入れ、溶解した後、氷浴で冷却した。これにヨウ化メチル２８．４ｇ（２００ｍｍｏｌ）を３０分かけて滴下した。数時間後に結晶の析出が見られ、１５時間後に氷浴を外して室温に戻した。析出している結晶をろ過したのち、６０ｍｌのテトラヒドロフランで洗浄し、さらに６０ｍｌのジエチルエーテルで洗浄した後、真空乾燥を行ないアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージド１２．８ｇ（４０ｍｍｏｌ、第１晶）を得た。
ろ液に対してジエチルエーテル６０ｍｌ、アセトン６０ｍｌを加えて、冷蔵庫で一晩放置し、さらに析出した結晶をろ過して上記と同様の回収を行い、目的のアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージド２．５ｇ（８ｍｍｏｌ、第２晶）を得た。［全収量１５．３ｇ（４８ｍｍｏｌ）、収率７３％］。
【００５１】
［比較例２］
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、１−アミノアダマンタン３１ｇ［ＦＷ：１５１．２５、０．２１ｍｏｌ］、エタノール（比誘電率：２４.３）２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．６４ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、０．８４ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温し、３時間反応を行なった。反応液を冷却し、２５質量％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に調整した。酢酸エチル２５０ｍｌを加え、有機相を分取した。
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、分取した粗１−アダマンチルジメチルアミン溶液を０℃まで冷却した。氷冷下、攪拌しながらヨウ化メチル３１．３ｇ［ＦＷ：１４１．９４、０．２２ｍｏｌ］を４時間かけて滴下した。滴下終了後、反応液を５時間反応させた。反応液を冷却した後、固形分をろ別し、さらにアセトンで洗浄後、乾燥して目的物であるアダマンチルトリメチルアンモニウムヨージドを１９．７ｇ［ＦＷ：３１２．２、収率３０％］（白色粉体）で得た。
【００５２】
[比較例３]
還流冷却管、温度計、攪拌機を備えた５００ｍｌ三口フラスコに、塩酸アマンタジン３９．４ｇ［ＦＷ：１８７．１１、０．２１ｍｏｌ］、２−プロパノール２００ｍＬを加え、溶解させた。溶液の温度を５０℃に昇温し、９７質量％ギ酸水溶液３０ｍｌ［ＦＷ：４６．０３、０．７７ｍｏｌ］をゆっくり滴下した。攪拌しながら、３７質量％ホルムアルデヒド水溶液８５ｇ［ＦＷ：３０．０３、１．０５ｍｏｌ］を３０分かけて滴下した。滴下終了後８０℃まで昇温したが、１−アダマンタンジメチルアミンへの反応の進行がみられなかった。
【００５３】
実施例及び比較例で得られた第４級アンモニウム塩中に含まれる、臭素イオン（臭素分、臭素原子換算値）及びヨウ素イオン（ヨウ素分、ヨウ素原子換算値）の含有量をイオンクロマトグラフにて測定し、ナトリウム及びナトリウム化合物（ナトリウム原子換算値）並びにカリウム及びカリウム化合物（カリウム原子換算値）の含有量をＩＣＰ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）により測定し、１−アダマンチルジメチルアミン、メタノール含量をＦＩＤ−ＧＣにより測定した。また、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ−ＲＩ法）にて測定することにより、１−アダマンタンジメチルアミンの含有量と目的物である第４級アンモニウム塩の純度を分析した。上記の測定結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、アダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩を短時間で効率よく工業的に高収率で製造することができる。また、本発明の方法で得られる第４級アンモニウム塩は高純度であるため、ゼオライト製造用のテンプレート剤、界面活性剤、抗菌剤等に利用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とするアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法。
工程Ａ：比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジン〔下記式（１−１）〕と水酸化アルカリ金属との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
溶媒aに溶解した１−アミノアダマンタン〔下記式（１−２）〕を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
１−ハロゲノアダマンタン〔下記式（１−３）〕とジメチルアミンを反応させる工程
から選ばれる１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕の製造工程、
工程Ｂ：溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とハロゲン化メチルを反応させる１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕の製造工程。
【化１】
【請求項２】
工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチル又はヨウ化メチルである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
工程Ａにおける溶媒ａが比誘電率１０．０〜１８．７のアルコールである請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アルコールが第２級アルコールである請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
工程Ａにおける１−ハロゲノアダマンタンが１−ブロモアダマンタンである請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項６】
工程Ｂにおける溶媒ｂの比誘電率が４．０〜２０．０のアルコール系溶媒、エステル系溶媒及びエーテル系溶媒から選ばれる１種以上である請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
さらに、下記の工程Ｃを含む請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｃ：溶媒ｃに溶解した、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕をイオン交換する１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩〔下記式（４）〕の製造工程。
【化２】
【請求項８】
工程Ｃにおけるイオン交換を水酸化アルカリ金属を用いて行なう請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
工程Ｃにおけるイオン交換を塩基性陰イオン交換樹脂（ＯＨ形）を用いて行なう請求項７に記載の製造方法。
【請求項１１】
工程Ｃにおける溶媒ｃが水及び／又はアルコールである請求項７〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
工程Ｃで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩中に含まれるアルコールが５質量％以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量％以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量％以下である請求項７〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
さらに、下記の工程Ｄを含む請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｄ：工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を精製する工程。
【請求項１４】
工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウム臭素塩中に含まれる臭素イオンが臭素原子換算で２８.３質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
工程Ｂにおけるハロゲン化メチルがヨウ化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウムヨウ素塩中に含まれるヨウ素イオンがヨウ素原子換算で３８．２質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１】
下記の工程Ａ及びＢを順次含むことを特徴とするアダマンチル基を有する第４級アンモニウム塩の製造方法。
工程Ａ：比誘電率が１０．０〜２０．０である溶媒ａに溶解した塩酸アマンタジン〔下記式（１−１）〕と水酸化アルカリ金属との反応物を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
溶媒aに溶解した１−アミノアダマンタン〔下記式（１−２）〕を、ギ酸、並びに、ホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドと反応させる工程、
１−ハロゲノアダマンタン〔下記式（１−３）〕とジメチルアミンを反応させる工程
から選ばれる１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕の製造工程、
工程Ｂ：溶媒ｂに溶解した工程Ａで得られた１−アダマンタンジメチルアミン〔下記式（２）〕とハロゲン化メチルを反応させる１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕の製造工程。
【化１】
【請求項２】
工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチル又はヨウ化メチルである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
工程Ａにおける溶媒ａが比誘電率１０．０〜１８．７のアルコールである請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アルコールが第２級アルコールである請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
工程Ａにおける１−ハロゲノアダマンタンが１−ブロモアダマンタンである請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項６】
工程Ｂにおける溶媒ｂの比誘電率が４．０〜２０．０のアルコール系溶媒、エステル系溶媒及びエーテル系溶媒から選ばれる１種以上である請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
さらに、下記の工程Ｃを含む請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｃ：溶媒ｃに溶解した、工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩〔下記式（３）〕をイオン交換する１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩〔下記式（４）〕の製造工程。
【化２】
【請求項８】
工程Ｃにおけるイオン交換を水酸化アルカリ金属を用いて行なう請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
水酸化アルカリ金属が水酸化カリウムである請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
工程Ｃにおけるイオン交換を塩基性陰イオン交換樹脂（ＯＨ形）を用いて行なう請求項７に記載の製造方法。
【請求項１１】
工程Ｃにおける溶媒ｃが水及び／又はアルコールである請求項７〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
工程Ｃで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムＯＨ塩中に含まれるアルコールが５質量％以下、アルカリ金属及びアルカリ金属化合物がアルカリ金属原子換算で２質量％以下、ハロゲンイオンがハロゲン原子換算で２質量％以下である請求項７〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
さらに、下記の工程Ｄを含む請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
工程Ｄ：工程Ｂで得られた１−アダマンタントリメチルアンモニウムハロゲン塩を精製する工程。
【請求項１４】
工程Ｂにおけるハロゲン化メチルが臭化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウム臭素塩中に含まれる臭素イオンが臭素原子換算で２８.３質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
工程Ｂにおけるハロゲン化メチルがヨウ化メチルであり、工程Ｄで精製した１−アダマンタントリメチルアンモニウムヨウ素塩中に含まれるヨウ素イオンがヨウ素原子換算で３８．２質量％以上、１−アダマンタンジメチルアミンが０．５質量％以下、アルカリ金属が１０００ｐｐｍ以下である請求項１３に記載の製造方法。
【公開番号】特開２０１１−２４６４２９（Ｐ２０１１−２４６４２９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４９３５（Ｐ２０１０−１４４９３５）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
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