ピペラジン類の製造方法
【課題】 ピペラジン類を選択的、且つ高収率で製造する方法を提供する。
【解決手段】 ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させる。
【解決手段】 ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とからピペラジン類を高収率で選択的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピペラジン類は医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、又は抗菌剤として有用な化合物である。
【０００３】
ピペラジン類の合成法としては、ジクロロエタン類とアンモニアを反応させる方法が一般的に知られている。しかしながら、この方法では、同時に直鎖状、若しくは分岐鎖状のエチレンジアミン類が副生し、ピペラジン類の選択率が低いといった問題があった。
【０００４】
そこで、ピペラジン類の選択的合成について多くの研究がなされている。例えば、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンをラネーニッケル触媒の存在下にオートクレーブ中、高温・高圧下で反応させ、ピペラジンを得る方法（例えば、非特許文献１参照）が知られている。しかしながら、この方法では、反応収率が５１％と低く、工業的な実施には適していなかった。
【０００５】
また、他の方法としては、例えば、約１０〜５０ｋｇ／ｃｍ２の加圧水素にて飽和したアンモニア対モノエタノールアミンのモル比が約０．５〜１．５である原料の流れを、約２００〜３００ｋｇ／ｃｍ２の加圧下で、約２００〜２５０℃の温度に保持しつつ、ラネーニッケル触媒の固定床に通してモノエタノールアミンをピペラジン及びＮ−アミノエチルピペラジンに転換させ、副反応生成物を循環させることを特徴とするモノエタノールアミンからピペラジン及びＮ−アミノエチルピペラジンを連続的に製造する方法（例えば、特許文献１参照）や、パラジウムと酸化マグネシウムの複合触媒を用い、エチレンジアミンとエチレングリコールとを反応させることにより、ピペラジンを製造する方法（例えば非特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法は水素ガスを用いた、高温、超高圧での気相反応であるため、複雑な装置が必要であり、工業的な実施には問題がある。
【０００７】
また、非特許文献２の方法においては、高価な貴金属触媒を利用しているため、コスト面で工業的に不利である。
【０００８】
以上のように従来の方法は、工業的な実施にはいずれも十分なものとは言えず、選択的、且つ高収率でピペラジン類を製造する方法の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭４４−２３０９３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ （１９４７）， ６９ ８５４−８５５
【非特許文献２】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−Ａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ （２０１０）， １６（１）， ２５４−２６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記した背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピペラジン類を選択的、且つ高収率で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、ピペラジン類の製造方法について鋭意検討を重ねた結果、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることにより、高収率でピペラジン類が得られるという新規な事実を見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、以下に示すとおりのピペラジン類の製造方法である。
【００１４】
［１］ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とするピペラジン類の製造方法。
【００１５】
［２］下記一般式（１）
【００１６】
【化１】
［上記式中、Ｒ１、Ｒ４は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、フェニル基、又は２−フェニルエチル基を表し、Ｒ２、Ｒ３は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジアミン類と、下記一般式（２）
【００１７】
【化２】
［上記式中、Ｒ５、Ｒ６は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とする下記一般式（３）
【００１８】
【化３】
［上記式中、Ｒ１〜Ｒ６は上記と同じ定義である。］
で示されるピペラジン類の製造方法。
【００１９】
［３］ビシナルジアミン類が、エチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｉ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−ｔ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−フェニルエチレンジアミン、２−アミノプロピルアミン、２−アミノ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ペンチルアミン、２−アミノ−３−メチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ヘキシルアミン、２−アミノ−３−ジメチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシプロピルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、２，３−ジアミノブタン、１，２−ジフェニルエチレンジアミン、２−（メチルアミノ）プロピルアミン、２−（メチルアミノ）−３−アミノブタン、及び２，３−ビス（メチルアミノ）ブタンからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であり、ビシナルジオール類が、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ヘキサンジオール、３，３−ジメチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、グリセリン、１，２，３−ｎ−ブタントリオール、１−フェニル−１，２−エタンジオール、２，３−ｎ−ブタンジオール、及び１，２−ジフェニル−１，２−エタンジオールからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の製造方法。
【００２０】
［４］ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、及びラネー鉄触媒からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の製造方法。
【００２１】
［５］ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒であることを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の製造方法。
【００２２】
［６］脱水剤が、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、塩化亜鉛、シリカゲル、及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の製造方法。
【００２３】
［７］ラネー金属触媒の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、０．１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする上記［１］乃至［６］のいずれかに記載の製造方法。
【００２４】
［８］脱水剤の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする上記［１］乃至［７］のいずれかに記載の製造方法。
【００２５】
［９］反応を１００〜４００℃の温度範囲で行うことを特徴とする上記［１］乃至［８］のいずれかに記載の製造方法。
【００２６】
［１０］反応を０．１〜５０ＭＰａの圧力範囲で行うことを特徴とする上記［１］乃至［９］のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は以下に示す効果を奏する。
【００２８】
本発明の製造方法は、安価な原料を利用し、高収率でピペラジン類を製造することができるため、コスト性、生産性に優れ、工業的に有用な方法である。
【００２９】
また、本発明の製造方法は、簡便な方法で実施することができ、安全性、操作性にも優れるため、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３１】
本発明のピペラジン類の製造方法は、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることをその特徴とする。
【００３２】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とは、混合した状態で原料として用いることが好ましい。
【００３３】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類は、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式（１）で示されるビシナルジアミン類が好適なものとして挙げられる。
【００３４】
上記一般式（１）におけるＲ１、Ｒ４は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、フェニル基、又は２−フェニルエチル基を表し、Ｒ２、Ｒ３は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。
【００３５】
ここで、炭素数３〜８の直鎖状アルキル基としては、例えば、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。炭素数３〜８の分岐状アルキル基としては、例えば、ｉ−プロピル基、ｉ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｉ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、ｔ−ペンチル基、ｎｅｏ−ペンチル基、ｉ−ヘキシル基、２−エチルヘキシル基等が挙げられる。炭素数３〜８の環式のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。ヒドロキシエチル基としては、例えば、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基等が挙げられる。ヒドロキシプロピル基としては、例えば、１−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
【００３６】
上記一般式（１）で示される化合物としては、特に限定するものではないが、具体的には、エチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｉ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−ｔ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−フェニルエチレンジアミン、２−アミノプロピルアミン、２−アミノ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ペンチルアミン、２−アミノ−３−メチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ヘキシルアミン、２−アミノ−３−ジメチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシプロピルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、２，３−ジアミノブタン、１，２−ジフェニルエチレンジアミン、２−（メチルアミノ）プロピルアミン、２−（メチルアミノ）−３−アミノブタン、又は２，３−ビス（メチルアミノ）ブタン等が例示される。
【００３７】
本発明の製造方法において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、上記一般式（１）で示されるビシナルジアミン類に加えて、それ以外のビシナルジアミン類を併用しても差し支えない。
【００３８】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでも良く、特に限定されない。また、ビシナルジアミン類の純度としては、特に限定はないが、精製工程での精製のし易さを考慮すると、９５％以上が好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００３９】
本発明の製造方法において、ビシナルジオール類は、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式（２）で示されるビシナルジオール類が好適なものとして挙げられる。
【００４０】
上記一般式（２）におけるＲ５、Ｒ６は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。
【００４１】
ここで、炭素数３〜８の直鎖状アルキル基としては、例えば、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。炭素数３〜８の分岐状アルキル基としては、例えば、ｉ−プロピル基、ｉ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｉ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、ｔ−ペンチル基、ｎｅｏ−ペンチル基、ｉ−ヘキシル基、２−エチルヘキシル基等が挙げられる。炭素数３〜８の環式のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。ヒドロキシエチル基としては、例えば、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基等が挙げられる。ヒドロキシプロピル基としては、例えば、１−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
【００４２】
上記一般式（２）で示される化合物としては、特に限定するものではないが、具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ヘキサンジオール、３，３−ジメチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、グリセリン、１，２，３−ｎ−ブタントリオール、１−フェニル−１，２−エタンジオール、２，３−ｎ−ブタンジオール、又は１，２−ジフェニル−１，２−エタンジオール等が例示される。
【００４３】
本発明の製造方法において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、上記一般式（２）で示されるビシナルジオール類に加えて、それ以外のビシナルジオール類を併用しても差し支えない。
【００４４】
本発明の製造方法において、ビシナルジオール類は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでも良く、特に限定されない。また、ビシナルジオール類の純度としては、特に限定はないが、精製工程での精製のし易さを考慮すると、９５％以上が好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００４５】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の混合比は、モル比として、ビシナルジアミン類１モルに対して、ビシナルジオール類が０．１〜１０モルとなる混合比が好ましく、ビシナルジアミン類１モルに対して、ビシナルジオール類が０．３〜３モルとなる混合比が更に好ましい。ビシナルジアミン類１モルに対して、ビシナルジオール類が０．１モル未満となる混合比、又は１０モル超える混合比の場合、生産性が著しく低下して工業的に不利となるおそれがある。
【００４６】
本発明の製造方法により製造されるピペラジン類は、上記したビシナルジアミン類とビシナルジオール類との反応によって得られるものであって、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式（３）で示されるピペラジン類が挙げられる。上記一般式（３）におけるＲ１〜Ｒ６は上記した定義と同じである。
【００４７】
上記一般式（３）で示される化合物としては、特に限定するものではないが、具体的には、ピペラジン、Ｎ−メチルピペラジン、Ｎ−エチルピペラジン、Ｎ−ｎ−プロピルピペラジン、Ｎ−ｉ−プロピルピペラジン、Ｎ−ｎ−ブチルピペラジン、Ｎ−ｔ−ブチルピペラジン、Ｎ−フェニルピペラジン、２−メチルピペラジン、２−エチルピペラジン、２−ｎ−プロピルピペラジン、２−ｉ−プロピルピペラジン、２−ｎ−ブチルピペラジン、２−ｔ−ブチルピペラジン、２−（ヒドロキシメチル）ピペラジン、２−（１−ヒドロキシエチル）ピペラジン、２−フェニルピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン、２，３−ジメチルピペラジン、２，３−ジフェニルピペラジン、Ｎ−メチル−２−メチルピペラジン、Ｎ−メチル−２，３−ジメチルピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２，３−ジメチルピペラジン、２，３，５−トリメチルピペラジン、２，３，５，６−テトラメチルピペラジン、Ｎ−メチル−２，３−ジメチルピペラジン、Ｎ−メチル−２，３，５−トリメチルピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２，３，５−トリメチルピペラジン、又は、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２，３，５，６−テトラメチルピペラジン等が例示される。
【００４８】
本発明の製造方法において、脱水環化反応は、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とをラネー金属触媒に接触させることで進行する。
【００４９】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒は、脱水環化反応に有用な、任意の触媒活性金属を含むことができる。ラネー金属触媒としては、例えば、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、ラネー鉄触媒等が挙げられ、これらの群から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。これらの中でも、コスト、反応性、及び安全性の観点からラネー銅触媒が最も好適に使用される。
【００５０】
本発明の製造方法において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、上記した以外のラネー金属触媒を使用しても差し支えない。
【００５１】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでも良く、特に限定されない。また、ラネー金属触媒の純度としては、特に限定はないが、不純物の混入を避けるため、９５％以上が好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００５２】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒の量は、特に限定するものではないが、例えば、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、０．１〜５０重量％の範囲であることが好ましく、１〜２０重量％の範囲であることが更に好ましい。０．１重量％未満であると、反応の進行が著しく遅くなり製造に掛かる時間が長くなるおそれがあり、５０重量％を超えて使用しても、特段の向上効果は無く、安全面、及びコスト面で不利となるおそれがある。
【００５３】
本発明の製造方法において、脱水剤としては、無機脱水剤、有機脱水剤のいずれを使用しても差し支えないが、無機脱水剤の方が安価に入手可能なため、工業的に有利である。
【００５４】
本発明の製造方法において、脱水剤としては、特に限定するものではないが、具体的には、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、塩化亜鉛、シリカゲル、及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。これらの中でも、コスト、反応性、及び安全性の観点から、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムが好適に使用される。
【００５５】
本発明の製造方法において、脱水剤の量は、特に限定するものではないが、例えば、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、１〜５０重量％の範囲であることが好ましく、５〜３０重量％の範囲であることが更に好ましい。この範囲を逸脱して、例えば、１重量％未満の場合、脱水量があまりにも少ないため、本発明の効果を発現しないおそれがある。一方、５０重量％を越える量を使用しても、特段の向上効果は無い。
【００５６】
本発明の製造方法において、脱水剤の作用機構は必ずしも明らかではないが、脱水剤が、反応仕込持に混入した水、脱水環化反応の進行に伴い生成した水を吸着、固定化し、脱水環化反応を促進させる効果があるものと推定される。
【００５７】
本発明の製造方法において、反応は、１００〜４００℃の温度範囲で実施することが好ましく、さらに１５０〜２５０℃の温度範囲で実施することが好ましい。１００℃未満でも反応は進行するが、その進行速度が比較的遅くなることがあり、温度を下げる利点は少ない。また４００℃を越える温度で反応させるとピペラジン類の選択率が低下することがある。
【００５８】
また、本発明の製造方法において、反応は、０．１〜５０ＭＰａの圧力範囲で実施することが好ましく、さらに１〜３０ＭＰａの圧力範囲で実施することが好ましい。０．１ＭＰａ未満でも反応は進行するが、その進行速度が比較的遅くなることがあり、圧力を下げる利点は少ない。また５０ＭＰａを越える圧力で反応させても、特別な効果は無く、安全面で工業的に不利となる。
【００５９】
本発明の製造方法においては、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類を溶媒で希釈して反応を行っても一向に差し支えない。用いられる溶媒としては、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを溶解しうるものであり、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とは反応しないものなら特に制限はないが、例えば、エーテル類が好適に使用される。エーテル類としては、具体的には、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサン等が例示される。
【００６０】
本発明の製造方法において、脱水環化反応は、不活性ガス、水素ガス、又はそれらの両方の共存下で行われる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の反応に不活性なガスが挙げられる。水素ガスは、ラネー金属触媒の不活性部位を還元し、活性化表面を増加させる効果があるため、反応時に共存させることが好ましい。不活性ガスの共存下に反応を行う場合、反応前に、ラネー金属触媒の活性化処理を行うことが好ましい。活性化処理は、例えば、水素ガス雰囲気下でラネー金属触媒を加熱する方法で行うことができる。
【００６１】
本発明の製造方法において、脱水環化反応後は、一般に知られている方法でピペラジン類を精製することができる。また、未反応の原料、溶媒を回収して再度使用してもよい。ピペラジン類の精製方法としては、例えば、再結晶や蒸留によって精製する方法が挙げられるが、その他どの様な方法を使用しても一向に差し支えない。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定して解釈されるものではない。
なお、本実施例における生成物の収率、選択率は、ガスクロマトグラフィーで確認した。
【００６３】
ガスクロマトグラフィーには、ガスクロマトグラフ（島津製作所製 ＧＣ−２０１４）、キャピラリーカラム（Ｊ＆Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 ＤＢ−５）、及び検出器（ＦＩＤ）を使用した。
【００６４】
［実施例１］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、エチレンジアミン７０ｇ（１．１６モル）、エチレングリコール３０ｇ（０．４８モル）、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）１０．０ｇ、及び脱水剤として無水硫酸ナトリウム１５．０ｇを充填し、水素雰囲気下で２１０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は１１．８ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレングリコールの転化率は７１．６％であり、ピペラジンの収率は７０．０％であり、選択率は９７．８％であった。他の例と共に実施例１の結果を表１に示す。
【００６５】
［実施例２］２−アミノ−プロピルアミンとエチレングリコールからの２−メチルピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、２−アミノ−プロピルアミン５９．３ｇ（０．８０モル）、エチレングリコール４９．７ｇ（０．８０モル）、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）６．０ｇ、及び脱水剤として無水硫酸マグネシウム２０．０ｇを充填し、水素雰囲気下で２２０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は６．９ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２−アミノ−プロピルアミンの転化率は７６．２％であり、２−メチルピペラジンの収率は６２．１％であり、選択率は８１．５％であった。他の例と共に実施例２の結果を表１に示す。
【００６６】
［実施例３］エチレンジアミンと１，２−ブタンジオールからの２−エチルピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、エチレンジアミン３０ｇ（０．５０モル）、１，２−ブタンジオール９０ｇ（１．０モル）、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）２０．２ｇ、及び脱水剤として無水硫酸マグネシウム１０．０ｇを充填し、水素雰囲気下で１８０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は４．５ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレンジアミンの転化率は７６．２％であり、２，３−ジメチルピペラジンの収率は６４．１％であり、選択率は８４．８％であった。他の例と共に実施例３の結果を表１に示す。
【００６７】
［実施例４］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、エチレンジアミン７０ｇ（１．１６モル）、エチレングリコール３０ｇ（０．４８モル）、触媒としてラネーニッケル（エボニック・デグサ社製、商品名：Ｔｙｐｅ Ｂ １１１Ｗ）１０．０ｇ、及び脱水剤として無水硫酸ナトリウム１５．０ｇを充填し、水素雰囲気下で２１０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は６．９ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレングリコールの転化率は５６．３％であり、ピペラジンの収率は４５．６％であり、選択率は８１．０％であった。他の例と共に実施例４の結果を表１に示す。
【００６８】
［比較例１］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．（ラネーニッケル触媒、脱水剤添加無し）．
実施例１でラネー銅触媒に替え、ラネーニッケル触媒（エボニック・デグサ社製、商品名：Ｔｙｐｅ Ｂ １１１Ｗ）を用い、無水硫酸ナトリウム１５．０ｇ加えなかったこと以外は全て実施例１と同様に反応を行った。生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレンジアミンの転化率は４２．０％であり、ピペラジンの収率は１３．６％であり、選択率は３２．４％であった。他の例と共に比較例１の結果を表１に示す。
【００６９】
［比較例２］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．（脱水剤添加無し）．
実施例１で無水硫酸ナトリウム１５．０ｇ加えなかったこと以外は全て実施例１と同様に反応を行った。生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレンジアミンの転化率は７０．４％であり、ピペラジンの収率は３８．９％であり、選択率は５５．３％であった。他の例と共に比較例２の結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
尚、表記を簡潔にするため、表中において各化合物を以下の様に称した。
【００７１】
ＥＤＡ：エチレンジアミン．
ＥＧ ：エチレングリコール．
ＰＤＡ：２−アミノ−プロピルアミン．
１，２−ＢＧ：１，２−ブタンジオール．
ＰＩＰ：ピペラジン．
２−ＭＰ：２−メチルピペラジン．
２−ＥＰ：２−エチルピペラジン．
Ｒ−Ｃｕ：ラネー銅．
Ｒ−Ｎｉ：ラネーニッケル。
【００７２】
表１で示した通り、実施例１と比較例１との比較において、本発明の製造方法では、ラネーニッケル触媒を用いた従来法に比べ、収率が良好であった。また、実施例１と比較例２との比較において、ラネー銅触媒を用いた場合、本発明の製造方法では、脱水剤を使用しない場合に比べ、収率、選択率が共に向上した。また、実施例４と比較例１との比較において、ラネーニッケル触媒を用いた場合においても、脱水剤を使用することで、収率が向上した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とからピペラジン類を高収率で選択的に製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピペラジン類は医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、又は抗菌剤として有用な化合物である。
【０００３】
ピペラジン類の合成法としては、ジクロロエタン類とアンモニアを反応させる方法が一般的に知られている。しかしながら、この方法では、同時に直鎖状、若しくは分岐鎖状のエチレンジアミン類が副生し、ピペラジン類の選択率が低いといった問題があった。
【０００４】
そこで、ピペラジン類の選択的合成について多くの研究がなされている。例えば、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンをラネーニッケル触媒の存在下にオートクレーブ中、高温・高圧下で反応させ、ピペラジンを得る方法（例えば、非特許文献１参照）が知られている。しかしながら、この方法では、反応収率が５１％と低く、工業的な実施には適していなかった。
【０００５】
また、他の方法としては、例えば、約１０〜５０ｋｇ／ｃｍ２の加圧水素にて飽和したアンモニア対モノエタノールアミンのモル比が約０．５〜１．５である原料の流れを、約２００〜３００ｋｇ／ｃｍ２の加圧下で、約２００〜２５０℃の温度に保持しつつ、ラネーニッケル触媒の固定床に通してモノエタノールアミンをピペラジン及びＮ−アミノエチルピペラジンに転換させ、副反応生成物を循環させることを特徴とするモノエタノールアミンからピペラジン及びＮ−アミノエチルピペラジンを連続的に製造する方法（例えば、特許文献１参照）や、パラジウムと酸化マグネシウムの複合触媒を用い、エチレンジアミンとエチレングリコールとを反応させることにより、ピペラジンを製造する方法（例えば非特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法は水素ガスを用いた、高温、超高圧での気相反応であるため、複雑な装置が必要であり、工業的な実施には問題がある。
【０００７】
また、非特許文献２の方法においては、高価な貴金属触媒を利用しているため、コスト面で工業的に不利である。
【０００８】
以上のように従来の方法は、工業的な実施にはいずれも十分なものとは言えず、選択的、且つ高収率でピペラジン類を製造する方法の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭４４−２３０９３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ （１９４７）， ６９ ８５４−８５５
【非特許文献２】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ−Ａ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ （２０１０）， １６（１）， ２５４−２６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記した背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピペラジン類を選択的、且つ高収率で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、ピペラジン類の製造方法について鋭意検討を重ねた結果、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることにより、高収率でピペラジン類が得られるという新規な事実を見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、以下に示すとおりのピペラジン類の製造方法である。
【００１４】
［１］ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とするピペラジン類の製造方法。
【００１５】
［２］下記一般式（１）
【００１６】
【化１】
［上記式中、Ｒ１、Ｒ４は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、フェニル基、又は２−フェニルエチル基を表し、Ｒ２、Ｒ３は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジアミン類と、下記一般式（２）
【００１７】
【化２】
［上記式中、Ｒ５、Ｒ６は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とする下記一般式（３）
【００１８】
【化３】
［上記式中、Ｒ１〜Ｒ６は上記と同じ定義である。］
で示されるピペラジン類の製造方法。
【００１９】
［３］ビシナルジアミン類が、エチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｉ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−ｔ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−フェニルエチレンジアミン、２−アミノプロピルアミン、２−アミノ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ペンチルアミン、２−アミノ−３−メチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ヘキシルアミン、２−アミノ−３−ジメチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシプロピルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、２，３−ジアミノブタン、１，２−ジフェニルエチレンジアミン、２−（メチルアミノ）プロピルアミン、２−（メチルアミノ）−３−アミノブタン、及び２，３−ビス（メチルアミノ）ブタンからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であり、ビシナルジオール類が、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ヘキサンジオール、３，３−ジメチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、グリセリン、１，２，３−ｎ−ブタントリオール、１−フェニル−１，２−エタンジオール、２，３−ｎ−ブタンジオール、及び１，２−ジフェニル−１，２−エタンジオールからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の製造方法。
【００２０】
［４］ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、及びラネー鉄触媒からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の製造方法。
【００２１】
［５］ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒であることを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の製造方法。
【００２２】
［６］脱水剤が、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、塩化亜鉛、シリカゲル、及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の製造方法。
【００２３】
［７］ラネー金属触媒の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、０．１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする上記［１］乃至［６］のいずれかに記載の製造方法。
【００２４】
［８］脱水剤の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする上記［１］乃至［７］のいずれかに記載の製造方法。
【００２５】
［９］反応を１００〜４００℃の温度範囲で行うことを特徴とする上記［１］乃至［８］のいずれかに記載の製造方法。
【００２６】
［１０］反応を０．１〜５０ＭＰａの圧力範囲で行うことを特徴とする上記［１］乃至［９］のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は以下に示す効果を奏する。
【００２８】
本発明の製造方法は、安価な原料を利用し、高収率でピペラジン類を製造することができるため、コスト性、生産性に優れ、工業的に有用な方法である。
【００２９】
また、本発明の製造方法は、簡便な方法で実施することができ、安全性、操作性にも優れるため、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３１】
本発明のピペラジン類の製造方法は、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることをその特徴とする。
【００３２】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とは、混合した状態で原料として用いることが好ましい。
【００３３】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類は、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式（１）で示されるビシナルジアミン類が好適なものとして挙げられる。
【００３４】
上記一般式（１）におけるＲ１、Ｒ４は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、フェニル基、又は２−フェニルエチル基を表し、Ｒ２、Ｒ３は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。
【００３５】
ここで、炭素数３〜８の直鎖状アルキル基としては、例えば、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。炭素数３〜８の分岐状アルキル基としては、例えば、ｉ−プロピル基、ｉ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｉ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、ｔ−ペンチル基、ｎｅｏ−ペンチル基、ｉ−ヘキシル基、２−エチルヘキシル基等が挙げられる。炭素数３〜８の環式のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。ヒドロキシエチル基としては、例えば、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基等が挙げられる。ヒドロキシプロピル基としては、例えば、１−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
【００３６】
上記一般式（１）で示される化合物としては、特に限定するものではないが、具体的には、エチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｉ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−ｔ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−フェニルエチレンジアミン、２−アミノプロピルアミン、２−アミノ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ペンチルアミン、２−アミノ−３−メチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ヘキシルアミン、２−アミノ−３−ジメチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシプロピルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、２，３−ジアミノブタン、１，２−ジフェニルエチレンジアミン、２−（メチルアミノ）プロピルアミン、２−（メチルアミノ）−３−アミノブタン、又は２，３−ビス（メチルアミノ）ブタン等が例示される。
【００３７】
本発明の製造方法において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、上記一般式（１）で示されるビシナルジアミン類に加えて、それ以外のビシナルジアミン類を併用しても差し支えない。
【００３８】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでも良く、特に限定されない。また、ビシナルジアミン類の純度としては、特に限定はないが、精製工程での精製のし易さを考慮すると、９５％以上が好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００３９】
本発明の製造方法において、ビシナルジオール類は、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式（２）で示されるビシナルジオール類が好適なものとして挙げられる。
【００４０】
上記一般式（２）におけるＲ５、Ｒ６は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。
【００４１】
ここで、炭素数３〜８の直鎖状アルキル基としては、例えば、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。炭素数３〜８の分岐状アルキル基としては、例えば、ｉ−プロピル基、ｉ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｉ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、ｔ−ペンチル基、ｎｅｏ−ペンチル基、ｉ−ヘキシル基、２−エチルヘキシル基等が挙げられる。炭素数３〜８の環式のアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。ヒドロキシエチル基としては、例えば、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基等が挙げられる。ヒドロキシプロピル基としては、例えば、１−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
【００４２】
上記一般式（２）で示される化合物としては、特に限定するものではないが、具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ヘキサンジオール、３，３−ジメチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、グリセリン、１，２，３−ｎ−ブタントリオール、１−フェニル−１，２−エタンジオール、２，３−ｎ−ブタンジオール、又は１，２−ジフェニル−１，２−エタンジオール等が例示される。
【００４３】
本発明の製造方法において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、上記一般式（２）で示されるビシナルジオール類に加えて、それ以外のビシナルジオール類を併用しても差し支えない。
【００４４】
本発明の製造方法において、ビシナルジオール類は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでも良く、特に限定されない。また、ビシナルジオール類の純度としては、特に限定はないが、精製工程での精製のし易さを考慮すると、９５％以上が好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００４５】
本発明の製造方法において、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の混合比は、モル比として、ビシナルジアミン類１モルに対して、ビシナルジオール類が０．１〜１０モルとなる混合比が好ましく、ビシナルジアミン類１モルに対して、ビシナルジオール類が０．３〜３モルとなる混合比が更に好ましい。ビシナルジアミン類１モルに対して、ビシナルジオール類が０．１モル未満となる混合比、又は１０モル超える混合比の場合、生産性が著しく低下して工業的に不利となるおそれがある。
【００４６】
本発明の製造方法により製造されるピペラジン類は、上記したビシナルジアミン類とビシナルジオール類との反応によって得られるものであって、特に限定するものではないが、例えば、上記一般式（３）で示されるピペラジン類が挙げられる。上記一般式（３）におけるＲ１〜Ｒ６は上記した定義と同じである。
【００４７】
上記一般式（３）で示される化合物としては、特に限定するものではないが、具体的には、ピペラジン、Ｎ−メチルピペラジン、Ｎ−エチルピペラジン、Ｎ−ｎ−プロピルピペラジン、Ｎ−ｉ−プロピルピペラジン、Ｎ−ｎ−ブチルピペラジン、Ｎ−ｔ−ブチルピペラジン、Ｎ−フェニルピペラジン、２−メチルピペラジン、２−エチルピペラジン、２−ｎ−プロピルピペラジン、２−ｉ−プロピルピペラジン、２−ｎ−ブチルピペラジン、２−ｔ−ブチルピペラジン、２−（ヒドロキシメチル）ピペラジン、２−（１−ヒドロキシエチル）ピペラジン、２−フェニルピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン、２，３−ジメチルピペラジン、２，３−ジフェニルピペラジン、Ｎ−メチル−２−メチルピペラジン、Ｎ−メチル−２，３−ジメチルピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２，３−ジメチルピペラジン、２，３，５−トリメチルピペラジン、２，３，５，６−テトラメチルピペラジン、Ｎ−メチル−２，３−ジメチルピペラジン、Ｎ−メチル−２，３，５−トリメチルピペラジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２，３，５−トリメチルピペラジン、又は、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−２，３，５，６−テトラメチルピペラジン等が例示される。
【００４８】
本発明の製造方法において、脱水環化反応は、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とをラネー金属触媒に接触させることで進行する。
【００４９】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒は、脱水環化反応に有用な、任意の触媒活性金属を含むことができる。ラネー金属触媒としては、例えば、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、ラネー鉄触媒等が挙げられ、これらの群から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。これらの中でも、コスト、反応性、及び安全性の観点からラネー銅触媒が最も好適に使用される。
【００５０】
本発明の製造方法において、本発明の趣旨に反しない程度であれば、上記した以外のラネー金属触媒を使用しても差し支えない。
【００５１】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでも良く、特に限定されない。また、ラネー金属触媒の純度としては、特に限定はないが、不純物の混入を避けるため、９５％以上が好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００５２】
本発明の製造方法において、ラネー金属触媒の量は、特に限定するものではないが、例えば、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、０．１〜５０重量％の範囲であることが好ましく、１〜２０重量％の範囲であることが更に好ましい。０．１重量％未満であると、反応の進行が著しく遅くなり製造に掛かる時間が長くなるおそれがあり、５０重量％を超えて使用しても、特段の向上効果は無く、安全面、及びコスト面で不利となるおそれがある。
【００５３】
本発明の製造方法において、脱水剤としては、無機脱水剤、有機脱水剤のいずれを使用しても差し支えないが、無機脱水剤の方が安価に入手可能なため、工業的に有利である。
【００５４】
本発明の製造方法において、脱水剤としては、特に限定するものではないが、具体的には、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、塩化亜鉛、シリカゲル、及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。これらの中でも、コスト、反応性、及び安全性の観点から、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムが好適に使用される。
【００５５】
本発明の製造方法において、脱水剤の量は、特に限定するものではないが、例えば、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、１〜５０重量％の範囲であることが好ましく、５〜３０重量％の範囲であることが更に好ましい。この範囲を逸脱して、例えば、１重量％未満の場合、脱水量があまりにも少ないため、本発明の効果を発現しないおそれがある。一方、５０重量％を越える量を使用しても、特段の向上効果は無い。
【００５６】
本発明の製造方法において、脱水剤の作用機構は必ずしも明らかではないが、脱水剤が、反応仕込持に混入した水、脱水環化反応の進行に伴い生成した水を吸着、固定化し、脱水環化反応を促進させる効果があるものと推定される。
【００５７】
本発明の製造方法において、反応は、１００〜４００℃の温度範囲で実施することが好ましく、さらに１５０〜２５０℃の温度範囲で実施することが好ましい。１００℃未満でも反応は進行するが、その進行速度が比較的遅くなることがあり、温度を下げる利点は少ない。また４００℃を越える温度で反応させるとピペラジン類の選択率が低下することがある。
【００５８】
また、本発明の製造方法において、反応は、０．１〜５０ＭＰａの圧力範囲で実施することが好ましく、さらに１〜３０ＭＰａの圧力範囲で実施することが好ましい。０．１ＭＰａ未満でも反応は進行するが、その進行速度が比較的遅くなることがあり、圧力を下げる利点は少ない。また５０ＭＰａを越える圧力で反応させても、特別な効果は無く、安全面で工業的に不利となる。
【００５９】
本発明の製造方法においては、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類を溶媒で希釈して反応を行っても一向に差し支えない。用いられる溶媒としては、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを溶解しうるものであり、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とは反応しないものなら特に制限はないが、例えば、エーテル類が好適に使用される。エーテル類としては、具体的には、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサン等が例示される。
【００６０】
本発明の製造方法において、脱水環化反応は、不活性ガス、水素ガス、又はそれらの両方の共存下で行われる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の反応に不活性なガスが挙げられる。水素ガスは、ラネー金属触媒の不活性部位を還元し、活性化表面を増加させる効果があるため、反応時に共存させることが好ましい。不活性ガスの共存下に反応を行う場合、反応前に、ラネー金属触媒の活性化処理を行うことが好ましい。活性化処理は、例えば、水素ガス雰囲気下でラネー金属触媒を加熱する方法で行うことができる。
【００６１】
本発明の製造方法において、脱水環化反応後は、一般に知られている方法でピペラジン類を精製することができる。また、未反応の原料、溶媒を回収して再度使用してもよい。ピペラジン類の精製方法としては、例えば、再結晶や蒸留によって精製する方法が挙げられるが、その他どの様な方法を使用しても一向に差し支えない。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定して解釈されるものではない。
なお、本実施例における生成物の収率、選択率は、ガスクロマトグラフィーで確認した。
【００６３】
ガスクロマトグラフィーには、ガスクロマトグラフ（島津製作所製 ＧＣ−２０１４）、キャピラリーカラム（Ｊ＆Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 ＤＢ−５）、及び検出器（ＦＩＤ）を使用した。
【００６４】
［実施例１］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、エチレンジアミン７０ｇ（１．１６モル）、エチレングリコール３０ｇ（０．４８モル）、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）１０．０ｇ、及び脱水剤として無水硫酸ナトリウム１５．０ｇを充填し、水素雰囲気下で２１０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は１１．８ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレングリコールの転化率は７１．６％であり、ピペラジンの収率は７０．０％であり、選択率は９７．８％であった。他の例と共に実施例１の結果を表１に示す。
【００６５】
［実施例２］２−アミノ−プロピルアミンとエチレングリコールからの２−メチルピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、２−アミノ−プロピルアミン５９．３ｇ（０．８０モル）、エチレングリコール４９．７ｇ（０．８０モル）、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）６．０ｇ、及び脱水剤として無水硫酸マグネシウム２０．０ｇを充填し、水素雰囲気下で２２０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は６．９ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、２−アミノ−プロピルアミンの転化率は７６．２％であり、２−メチルピペラジンの収率は６２．１％であり、選択率は８１．５％であった。他の例と共に実施例２の結果を表１に示す。
【００６６】
［実施例３］エチレンジアミンと１，２−ブタンジオールからの２−エチルピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、エチレンジアミン３０ｇ（０．５０モル）、１，２−ブタンジオール９０ｇ（１．０モル）、触媒としてラネー銅（川研ファインケミカル社製、商品名：ＣＤＴ−６０）２０．２ｇ、及び脱水剤として無水硫酸マグネシウム１０．０ｇを充填し、水素雰囲気下で１８０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は４．５ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレンジアミンの転化率は７６．２％であり、２，３−ジメチルピペラジンの収率は６４．１％であり、選択率は８４．８％であった。他の例と共に実施例３の結果を表１に示す。
【００６７】
［実施例４］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．
内容積２００ｍｌのオートクレーブに、エチレンジアミン７０ｇ（１．１６モル）、エチレングリコール３０ｇ（０．４８モル）、触媒としてラネーニッケル（エボニック・デグサ社製、商品名：Ｔｙｐｅ Ｂ １１１Ｗ）１０．０ｇ、及び脱水剤として無水硫酸ナトリウム１５．０ｇを充填し、水素雰囲気下で２１０℃に加熱した。この時の反応容器圧力は６．９ＭＰａであった。６時間反応させ、生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレングリコールの転化率は５６．３％であり、ピペラジンの収率は４５．６％であり、選択率は８１．０％であった。他の例と共に実施例４の結果を表１に示す。
【００６８】
［比較例１］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．（ラネーニッケル触媒、脱水剤添加無し）．
実施例１でラネー銅触媒に替え、ラネーニッケル触媒（エボニック・デグサ社製、商品名：Ｔｙｐｅ Ｂ １１１Ｗ）を用い、無水硫酸ナトリウム１５．０ｇ加えなかったこと以外は全て実施例１と同様に反応を行った。生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレンジアミンの転化率は４２．０％であり、ピペラジンの収率は１３．６％であり、選択率は３２．４％であった。他の例と共に比較例１の結果を表１に示す。
【００６９】
［比較例２］エチレンジアミンとエチレングリコールからのピペラジン合成．（脱水剤添加無し）．
実施例１で無水硫酸ナトリウム１５．０ｇ加えなかったこと以外は全て実施例１と同様に反応を行った。生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、エチレンジアミンの転化率は７０．４％であり、ピペラジンの収率は３８．９％であり、選択率は５５．３％であった。他の例と共に比較例２の結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
尚、表記を簡潔にするため、表中において各化合物を以下の様に称した。
【００７１】
ＥＤＡ：エチレンジアミン．
ＥＧ ：エチレングリコール．
ＰＤＡ：２−アミノ−プロピルアミン．
１，２−ＢＧ：１，２−ブタンジオール．
ＰＩＰ：ピペラジン．
２−ＭＰ：２−メチルピペラジン．
２−ＥＰ：２−エチルピペラジン．
Ｒ−Ｃｕ：ラネー銅．
Ｒ−Ｎｉ：ラネーニッケル。
【００７２】
表１で示した通り、実施例１と比較例１との比較において、本発明の製造方法では、ラネーニッケル触媒を用いた従来法に比べ、収率が良好であった。また、実施例１と比較例２との比較において、ラネー銅触媒を用いた場合、本発明の製造方法では、脱水剤を使用しない場合に比べ、収率、選択率が共に向上した。また、実施例４と比較例１との比較において、ラネーニッケル触媒を用いた場合においても、脱水剤を使用することで、収率が向上した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とするピペラジン類の製造方法。
【請求項２】
下記一般式（１）
【化１】
［上記式中、Ｒ１、Ｒ４は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、フェニル基、又は２−フェニルエチル基を表し、Ｒ２、Ｒ３は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジアミン類と、下記一般式（２）
【化２】
［上記式中、Ｒ５、Ｒ６は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とする下記一般式（３）
【化３】
［上記式中、Ｒ１〜Ｒ６は上記と同じ定義である。］
で示されるピペラジン類の製造方法。
【請求項３】
ビシナルジアミン類が、エチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｉ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−ｔ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−フェニルエチレンジアミン、２−アミノプロピルアミン、２−アミノ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ペンチルアミン、２−アミノ−３−メチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ヘキシルアミン、２−アミノ−３−ジメチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシプロピルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、２，３−ジアミノブタン、１，２−ジフェニルエチレンジアミン、２−（メチルアミノ）プロピルアミン、２−（メチルアミノ）−３−アミノブタン、及び２，３−ビス（メチルアミノ）ブタンからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であり、ビシナルジオール類が、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ヘキサンジオール、３，３−ジメチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、グリセリン、１，２，３−ｎ−ブタントリオール、１−フェニル−１，２−エタンジオール、２，３−ｎ−ブタンジオール、及び１，２−ジフェニル−１，２−エタンジオールからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、及びラネー鉄触媒からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
脱水剤が、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、塩化亜鉛、シリカゲル、及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
ラネー金属触媒の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、０．１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
脱水剤の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
反応を１００〜４００℃の温度範囲で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
反応を０．１〜５０ＭＰａの圧力範囲で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１】
ビシナルジアミン類とビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とするピペラジン類の製造方法。
【請求項２】
下記一般式（１）
【化１】
［上記式中、Ｒ１、Ｒ４は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、フェニル基、又は２−フェニルエチル基を表し、Ｒ２、Ｒ３は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジアミン類と、下記一般式（２）
【化２】
［上記式中、Ｒ５、Ｒ６は各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、炭素数３〜８の直鎖状、分岐状若しくは環式のアルキル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、フェニル基、ベンジル基、又は２−フェニルエチル基を表す。］
で示されるビシナルジオール類とを、ラネー金属触媒及び脱水剤の存在下、脱水環化反応させることを特徴とする下記一般式（３）
【化３】
［上記式中、Ｒ１〜Ｒ６は上記と同じ定義である。］
で示されるピペラジン類の製造方法。
【請求項３】
ビシナルジアミン類が、エチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｉ−プロピルエチレンジアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−ｔ−ブチルエチレンジアミン、Ｎ−フェニルエチレンジアミン、２−アミノプロピルアミン、２−アミノ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ペンチルアミン、２−アミノ−３−メチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−ｎ−ヘキシルアミン、２−アミノ−３−ジメチル−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシプロピルアミン、２−アミノ−３−ヒドロキシ−ｎ−ブチルアミン、２−アミノ−２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルエチレンジアミン、２，３−ジアミノブタン、１，２−ジフェニルエチレンジアミン、２−（メチルアミノ）プロピルアミン、２−（メチルアミノ）−３−アミノブタン、及び２，３−ビス（メチルアミノ）ブタンからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であり、ビシナルジオール類が、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、１，２−ｎ−ヘキサンジオール、３，３−ジメチル−１，２−ｎ−ブタンジオール、グリセリン、１，２，３−ｎ−ブタントリオール、１−フェニル−１，２−エタンジオール、２，３−ｎ−ブタンジオール、及び１，２−ジフェニル−１，２−エタンジオールからなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒、ラネーニッケル触媒、ラネーコバルト触媒、及びラネー鉄触媒からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
ラネー金属触媒が、ラネー銅触媒であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
脱水剤が、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム、酸化アルミニウム、塩化亜鉛、シリカゲル、及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
ラネー金属触媒の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、０．１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
脱水剤の量が、ビシナルジアミン類とビシナルジオール類の合計量に対し、１〜５０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
反応を１００〜４００℃の温度範囲で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
反応を０．１〜５０ＭＰａの圧力範囲で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の製造方法。
【公開番号】特開２０１３−１１２６４７（Ｐ２０１３−１１２６４７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０８７１（Ｐ２０１１−２６０８７１）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
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