溶液中に存在する酸性又は求電子性化合物の固定化方法
【課題】本発明は、溶液の中の酸性又は求電子性化合物の固定化方法に関する。
【解決手段】本方法は、媒体に不溶性であり、−ＮＨ−基であるイミノ基を持つ架橋ポリイミンを前記化合物と接触させること、及び次いで、得られた修飾ポリイミンを濾過により分離することを特徴とする。
前記架橋ポリイミンは、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が同一又は異なるアルキレン又はアルケニレン基であり、Ａｒが芳香族基を表す−ＨＮ−Ｒ１−ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−単位から成る線状セグメントを含む。
本方法は、望ましくない化合物を固定するために、又は酸性化合物を精製するために有用である。
【解決手段】本方法は、媒体に不溶性であり、−ＮＨ−基であるイミノ基を持つ架橋ポリイミンを前記化合物と接触させること、及び次いで、得られた修飾ポリイミンを濾過により分離することを特徴とする。
前記架橋ポリイミンは、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が同一又は異なるアルキレン又はアルケニレン基であり、Ａｒが芳香族基を表す−ＨＮ−Ｒ１−ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−単位から成る線状セグメントを含む。
本方法は、望ましくない化合物を固定するために、又は酸性化合物を精製するために有用である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応媒体中の副生物及び過剰の反応物を捕捉するのに使用できる高分子物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望の生成物を調製するために化学反応を実施する過程で、望ましくない副生物が得られることが多くあり、除去されなければならない。更に、反応媒体は、除去もされなければならない過剰の反応物を含むことがある。望ましくない化合物を表面に固定できる高分子の使用が考えられてきた。
【０００３】
有機溶媒中の酸性化合物を除去するために、支持体に固定化されたポリイミンを使用することが提案されてきた。例えば、ＤＥ１０１４３１７１号明細書は、非プロトン有機液体から酸を除去するための物質の調製方法を開示していて、前記物質は、支持体、例えばシリカ、に固定されたポリアルキレンイミンから成る。Yoshida Hiroyuki：（Industrial & Engineering Chemistry, Research）:1994年4月、第33巻、第4号、p.854-859）は、多孔性の高いキトサンに固定されたポリエチレンイミンから成る弱塩基性交換体への強酸の吸着を記載している。特開昭６２−２１６６４１号公報は、支持体（例えば、多孔性樹脂）に吸着された５０００より大きい分子量のポリエチレンイミン、及び強酸、界面活性剤又は重金属に対する吸着剤として前記イミンの使用を開示している。ポリイミンは、ポリイミン溶液の中に多孔性樹脂を浸漬することによりこの樹脂に吸着される。従って、支持体に固定化されるのは有機溶媒に可溶性のポリイミンである。ＵＳ５１６２４０４号明細書は、セルロース、及びそのセルロースに固定された“固定化された”ポリエチレンイミンから成るスポンジを開示している。ポリエチレンイミンは、−ＣＨ２ＣＨ２−基により区別された第一級、第二級又は第三級アミン基を含み、ハロゲン化若しくは非ハロゲン化カルボン酸、又は低分子量を持ち、アミン基のＮ原子と反応するポリハロゲン化脂肪族化合物を使って架橋により不溶性にされている水溶性分岐ポリマーである。しかしながら、これらの全ての方法とも、支持体にポリイミンを固定化するのには多くの欠点が存在する。第１に、固定化支持体の調製には２段階（ポリイミンの調製、及び次いで支持体へのポリイミンの固定）が必要であり、従って、製造コストが嵩む。第２に、所与量の支持体に対して、ポリイミンが支持体に固定されるとき作用官能基の数は大幅に減る。
【０００４】
溶液中の化合物に対する固定化剤として、不溶性高分子の使用が提案されてきた。従来から使用されている高分子は、除去対象の化合物の固定を可能にする反応性官能基を持つポリ（スチレン−ジビニルベンゼン）類である（国際公開第９７／４２２３０号パンフレット、及びジャーナル・オブ・ザ・ケミカル・ソサエティー、パーキン・トランザクションズ(Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions)、2000年、第１巻,p.4133-4195を参照されたい）。しかしながら、このタイプの高分子は、水性媒体の中で、又はメタノールの中で使用できない。更に、この高分子は比較的低レベルの活性官能基しか持たず、高分子の性能が限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、不溶性固定化剤を使用し、水中及び有機化合物の合成のために一般に使用される有機溶媒中の、望ましくない酸性又は求電子性化合物を効率よく除去する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主題は、溶媒中に存在している酸性又は求電子性化合物の固定化方法であって、−ＮＨ−基であるイミノ基を持つ架橋ポリイミンを前記化合物と接触させること、ここで前記架橋ポリイミンは前記溶媒に不溶性であり、及び得られた修飾ポリイミンを濾過により分離することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
接触操作は、周囲温度で実施できる。接触の継続時間は、化合物の性質によって変化する。一般に、１時間〜約１０時間の継続時間で充分である。
【０００８】
本発明の方法を実施するのに特に好適である架橋ポリイミンは、−ＨＮ−Ｒ１−ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−単位（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一又は異なるアルキレン又はアルケニレン基であり、Ａｒは芳香族基を表す）を含む線状セグメントを含む。
【０００９】
Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、１〜１０個の炭素原子を有するアルキレン又はアルケニレン基であるのが好ましい。芳香族基Ａｒは、φが随意に１個以上の置換基を持つフェニルを表すφ又はφ−φ基であるのが好ましい。フェニル基の置換基は、アルキル、アリール、アルキルオキシ、アルコキシカルボニル、ハロゲン又はＮＯ２の各基から選ぶことができる。
【００１０】
反復単位の中にフェニル基が存在すると、疎水性媒体の中でも親水性媒体の中でも使用できる両親媒特性がポリイミンに付与される。
【００１１】
本発明の方法に使用されるポリイミンの中で、架橋ノード（crosslinking node）は、例えば、Ｃ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）４−ｎ（Ｒ４ＮＨ２）ｎ又はＮ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）３タイプであることが可能である（式中、Ｒ４は１〜１０個の炭素原子を有するのが好ましいアルキレン基を表し、ｎは０又は１である）。
【００１２】
前記で定義されるポリイミンは、極めて高含有量のＮＨ基を有する。例えば、Ｒ１及びＲ４が−ＣＨ２ＣＨ２−であり、Ｒ２及びＲ３が−ＣＨ２−であるとき、その含有量は約１１ミリモル／ｇである。更に、ポリイミンは水に不溶性であり、種々の化学反応に通常使用される有機溶媒に不溶性であるけれども、ポリイミンがそのような前記溶媒に入れられると膨潤する、即ちポリイミンは、分子網目（molecular mesh）の内部に溶媒分子及び反応物分子を受け入れる能力を有する。こうして、ポリイミンの活性ＮＨサイトが接触可能となり、種々の化合物と、とりわけ無機酸又は有機酸と、及び求電子性化合物と反応できる。この特性は、この性質を持ち、反応媒体の中に存在していて、望ましくない化合物の捕捉の際に活用される。高含有量のＮＨ基はポリイミンのＩＲスペクトルにより確認され、このスペクトルは、ＮＨ基に特有の約３３００−３４００ｃｍ−１で極めてブロードなバンドを示す。
【００１３】
本発明の方法で使用できる架橋ポリイミンは、有機溶媒の中で、架橋剤の存在、及び生成するハロゲン化水素酸を捕捉できる試薬の存在で、ジアミンＨ２Ｎ−Ｒ１−ＮＨ２と二ハロゲン化物Ｘ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−Ｘとを重縮合させることにある一段法により調製できる。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＡｒは前記の定義の通りである。
【００１４】
ランダムな分布の架橋ノードを得るために、二ハロゲン化物に対して当量の反応性を有するジアミン及び架橋剤を使用することが好ましい。この目的に対して、テトラミンＮ（Ｒ４ＮＨ２）３又はＣ（Ｒ４ＮＨ２）４を選ぶのが有利である。架橋剤／ジアミンのモル比は４モル％以下であるのが好ましい。このような条件下、得られる高分子は溶媒（水又は有機溶媒）には完全に不溶性のままであるが、この高分子は前記溶媒（アルカンを除いて）の中でよく膨潤する。
【００１５】
二ハロゲン化物のなかでは二塩化物が好ましい。
【００１６】
ポリイミンを調製するのに使用される有機溶媒は、単量体を溶解でき、成長中の高分子を膨潤させることができる溶媒から選ばれるのが好ましい。例えば、トルエン及びＤＭＦを挙げることが可能である。
【００１７】
ハロゲン化水素酸を捕捉できる試薬として、第三級アミン、例えばトリエチルアミン又はジイソプロピルエチルアミン、を挙げることが可能である。
【００１８】
本発明の方法は、反応の過程で副生物として生成される、又は反応混合物の中に過剰に使用される反応物である無機酸、有機酸又は種々の求電子性化合物の捕捉及び除去に使用できる。
【００１９】
無機酸ＨＸ（Ｘは、例えば、Ｃｌ、ＨＳＯ４、ＮＯ３、Ｈ２ＰＯ４、Ｂｒ又はＩである）又は有機酸ＨＸ（Ｘは、例えば、カルボキシレート又はスルホネートである）の捕捉は、化合物４が本発明による架橋ポリアミンを表す次の反応スキームに従って実施される：
【００２０】
【化１】
【００２１】
ポリイミンは両親媒性なので、有機相の中と同じように水性相の中で無機酸を捕捉するのにポリイミンを使用できる。従って、所望の生成物を含む反応媒体は、中和されたのち簡単な濾過により中和塩から遊離される。これにより、異なるｐＨ値での抜き取り段階が省かれる限り、所望の生成物の単離は容易になる。
【００２２】
求電子性化合物の捕捉は次の反応スキームに従って実施される：
【００２３】
【化２】
【００２４】
化学反応の中で過剰の反応物を使用すると、より良い転化率、及びその結果、より良い収率で所望の生成物を得ることができる。しかしながら、反応の終点で残留求電子性反応物が存在すると、精製に支障を来たす。本発明による架橋ポリイミンが、溶液の中で第二級アミンと同様な方法で過剰の求電子性化合物と反応すると、これら２種類の構成成分の間に共有結合が形成される。従って、過剰の求電子性化合物はなくなり、ポリイミン−求電子性構成成分は簡単な濾過により反応媒体から除去され、これにより所望の生成物の単離段階及び精製段階が簡略化される。
【００２５】
更に、次の反応スキームに従って、一時的な添加物により酸の精製のために本発明の方法を使用できる：
【００２６】
【化３】
【００２７】
第二級アミンのｐＫａより実質的に低い（ｐＫａ単位で２〜３）ＨＸ／Ｘ−の対のｐＫａを有するあらゆるプロトン性構成成分は、濾過による前記成分の精製を可能にするために、一時的にポリイミンに結合され得る。続く過剰の塩基による処理により、所望の生成物が遊離される。選ばれる塩基が揮発性（例えば、ＮＨ３）ならば、簡単に蒸発されたのち、この生成物はＨＸの酸性度によりに純粋な状態で、即ち、ＨＸ又はＮＨ４Ｘの形態で、回収され得る。この場合も、所望の生成物を一時的にポリイミンに固定することにより、種々のｐＨ値でも面倒な抜き取り段階を省くことができる。
【００２８】
下記に示している実施例によって本発明を更に詳細に説明するけれども、本発明は、これらの実施例に限定されない。
【実施例】
【００２９】
実施例１
ポリイミンの合成
トルエン中で、エチレンジアミン（１）（２ｍｌ、０．０３モル）と、トリス（２−アミノエチル）アミン（３）（９０μｌ、０．６ミリモル）と、１，４−ビス（クロロメチル）ベンゼン（２）（５．２５ｇ、０．０３モル）とトリエチルアミン（１２．５ｍｌ、０．０９モル）との混合物を調製したのち、この混合物を攪拌しながら約１０時間還流させた。冷却後、生成した高分子（４）を濾過により回収し、順次、１Ｍの水酸化ナトリウム水溶液で、メタノールで、酢酸エチルで、そしてヘキサンで洗浄したのち、真空下で乾燥した。こうして、収率９０％に相当する乾燥ポリイミン４．４ｇを得た。
【００３０】
架橋ノード間の反復単位の形成に相当する反応スキームを下記に示す：
【００３１】
【化４】
【００３２】
得られた高分子は、ＫＢｒとの錠剤試料を使って赤外分析にかけた。ＩＲスペクトルのｃｍ−１単位でのラインの位置は次の通りである：３３７０（Ｎ−Ｈ）、２９３０、２８１０、１６１０、１５０９、１４５８、１３６４、１０８７（Ｃ−Ｎ）、８２２。Ｎ−Ｈ結合の伸縮による３３７０ｃｍ−１でのブロードな吸収バンドの存在は、分析された生成物が高比率のＮＨ基を含むことを明瞭に示している。
種々の溶媒での膨潤度（ｍｌ／ｇ単位）を下記に示している：
【００３３】
【表１】
【００３４】
これらの値は、ポリイミンを両親媒性と見なすことができることを示している。従って、望ましくない化合物の捕捉の場合のように、ポリイミンは市販のポリスチレン重合体よりも多方面の用途に使用され得る。このことは、ポリスチレン重合体は完全に疎水性であり、この重合体は水の中でもメタノールの中でも膨潤しない（＜２ｍｌ／ｇ／樹脂のグラム）からである。
【００３５】
ＮＨ基の反応性は、ポリイミンをジ（ターシャリブチル）ジカルボネート（Ｂｏｃ２Ｏ）と接触させることにより決めたのであり、このジカルボネートは比較的束縛され（hindered）ていて、弱反応性の求電子性反応物である。ポリイミンを過剰のＢｏｃ２Ｏで処理した。この反応はＣＤＣｌ３の中で行なった。ポリイミンによって“吸収される”ことができたＢｏｃ２Ｏの量は、当初の量から溶液中に残っている量を差し引くことにより決まり、測定はプロトンＮＭＲで行なった。この方法により、ポリイミンの中の有効含有量アミンの直接の測定値が得られる。従って、分子網目を基準として予測される理論含有量の計算から、グラム当り１２．３ミリモルのアミンが存在する筈であることが判る。Ｂｏｃ２Ｏの捕捉に有効な含有量を測定することにより、樹脂のグラム当り１０．９ミリモルのＮＨの値が得られ、このことは、比較的反応性のない求電子性試薬に対してさえＮＨ基のほぼ９０％が接触可能であることを意味する。
【００３６】
実施例２
ポリイミンの合成
ＤＭＦ（５ｍｌ）の中で、１，７−ヘプタンジアミン（１．３ｇ、１０ミリモル）と、トリス（２−アミノエチル）アミン（３０μモル、０．２ミリモル）と、１，４−ビス（クロロメチル）ベンゼン（１．７５ｇ、１０ミリモル）とジイソプロピルエチルアミン（５．２ｍｌ、３０ミリモル）との混合物を調製したのち、この混合物を攪拌しながら４８時間８０℃にした。冷却後、生成した高分子を濾過により回収し、順次、２Ｍの水酸化ナトリウム水溶液、蒸留水、メタノール、酢酸エチル、そしてジクロロメタンで洗浄したのち、真空下で約１０時間乾燥した。こうして、収率８５％に相当する乾燥ポリイミン２ｇを得た。
【００３７】
理論含有量＝８．７ミリモル／ｇ；Ｂｏｃ２Ｏの捕捉に有効な含有量＝７．５ミリモル／ｇ。
【００３８】
ＩＲ（ＫＢｒとの錠剤試料、ｃｍ−１単位）：３３２５（Ｎ−Ｈ伸縮）、２９３０、２８３０、１５９５、１４５８、１３６４。
【００３９】
実施例３
ポリイミンの合成
ＤＭＦ（５ｍｌ）の中で、１，３−プロパンジアミン（０．８３ｍｌ、１０ミリモル）と、トリス（２−アミノエチル）アミン（３０μモル、０．２ミリモル）と、１，４−ビス（クロロメチル）ベンゼン（１．７５ｇ、１０ミリモル）とジイソプロピルエチルアミン（５．２ｍｌ、３０ミリモル）との混合物を調製したのち、この混合物を攪拌しながら４８時間８０℃にした。冷却後、生成した高分子を濾過により回収し、順次、２Ｍの水酸化ナトリウム水溶液で、蒸留水で、メタノールで、酢酸エチルで、そしてジクロロメタンで洗浄したのち、真空下で約１０時間乾燥した。こうして、収率９１％に相当する乾燥ポリイミン１．６ｇを得た。
【００４０】
理論含有量＝１２．３ミリモル／ｇ；Ｂｏｃ２Ｏの捕捉に有効な含有量＝１１．５ミリモル／ｇ。
【００４１】
ＩＲ（ＫＢｒとの錠剤試料、ｃｍ−１単位）；３３６０（Ｎ−Ｈ伸縮）、２９３０、２８３０、１６１０、１４５８、１３６４。
【００４２】
実施例４
水性相中の硫酸の捕捉
実施例１の手順に従って得られた架橋ポリイミン（６４ｍｇ、０．６４ミリモル、≒３当量）を、蒸留水の中の硫酸の溶液（１２．０ｍｇ、０．１２２ミリモル）に加えた（０．５ｍｌ、Ｃ＝０．２４、Ｍ≒０．５Ｎ、ｐＨ＝０．３）。樹脂はよく膨潤し、１時間後、溶液のｐＨは６に近かった。従って、プロトンの濃度は１０−６Ｎであり、このことは、Ｈ＋イオンの捕捉が定量的（＞９９．９％）であることを意味する。
【００４３】
実施例５
水性相中のＨＣｌの捕捉
実施例１の手順に従って得られた架橋ポリイミン（５２ｍｇ、０．５２ミリモル、≒３当量）を、蒸留水の中の塩酸の溶液（１８ｍｇ、３５％、０．１７３ミリモル）に加えた（０．５ｍｌ、Ｃ＝０．３４５Ｍ／Ｎ、ｐＨ＝０．４６）。樹脂はよく膨潤し、１時間後、溶液のｐＨは６に近かった。従って、プロトンの濃度は１０−６Ｎであり、このことは、この場合も、Ｈ＋イオンの捕捉が定量的（＞９９．９％）であることを意味する。
【００４４】
実施例６
パラ−トルエンスルホン酸の捕捉（ＣＨ２Ｃｌ２）
ジクロロメタン（３００μｌ）の中で溶液の、ｐ−トルエンスルホン酸一水和物（ＴｓＯＨ）（７．５ｍｇ、３９．４μモル）とペンタメチルベンゼン（６．６ｍｇ、４４．５μモル、内標準）との混合物を、実施例１に従って調製した３当量のポリイミンで処理した（１２ｍｇ、１２０μモル）。濾過して蒸発したのち、ＮＭＲにより測定すると、ＴｓＯＨ／ペンタメチルベンゼンの比は０．０２であった。従って、僅か０．８９μモルのＴｓＯＨしか、即ち当初の量の僅か２％のＴｓＯＨしか媒体中に残っていない。
【００４５】
実施例７
パラ−トルエンスルホン酸の捕捉（メタノール）
ＣＤ３ＯＤ（３００μｌ）の中で溶液の、ＴｓＯＨ一水和物（８．４ｍｇ、４４．２μモル）とペンタメチルベンゼン（６．８ｍｇ、４５．８５μモル、内標準）との混合物を、実施例１に従って調製した３当量のポリイミンで処理した（１３．５ｍｇ、１４μモル）。濾過後、ＮＭＲにより測定すると、ＴｓＯＨ／ペンタメチルベンゼンの比は０．０１であった。従って、僅か０．４６μモルのＴｓＯＨしか、即ち当初の量の僅か１％のＴｓＯＨしか媒体中に残っていない。
【００４６】
実施例８
求電子性化合物の捕捉
触媒として少量のジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）（６ｍｇ、０．０５ミリモル）を含むＣＤＣｌ３（２ｍｌ）の中で溶液のジベンジルアミン（９６μｌ、０．５ミリモル）を過剰のＢｏｃ２Ｏ（２１８ｍｇ、１ミリモル）で処理し、カルバメート（ＰｈＣＨ２）２Ｎ−Ｂｏｃを生成した。１時間後、実施例１に従って調製した架橋ポリイミン（１４０ｍｇ、１．５ミリモルのＮＨ、過剰の求電子性化合物Ｂｏｃ２Ｏに対して３当量）を加えた。反応混合物を周囲温度で約１０時間攪拌したのち、脱脂綿による濾過によりポリイミンを取り除いた。１Ｈ ＮＭＲスペクトルによると、過剰のＢｏｃ２Ｏは、この後反応処理によって実質的に除去されたことが判る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応媒体中の副生物及び過剰の反応物を捕捉するのに使用できる高分子物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
所望の生成物を調製するために化学反応を実施する過程で、望ましくない副生物が得られることが多くあり、除去されなければならない。更に、反応媒体は、除去もされなければならない過剰の反応物を含むことがある。望ましくない化合物を表面に固定できる高分子の使用が考えられてきた。
【０００３】
有機溶媒中の酸性化合物を除去するために、支持体に固定化されたポリイミンを使用することが提案されてきた。例えば、ＤＥ１０１４３１７１号明細書は、非プロトン有機液体から酸を除去するための物質の調製方法を開示していて、前記物質は、支持体、例えばシリカ、に固定されたポリアルキレンイミンから成る。Yoshida Hiroyuki：（Industrial & Engineering Chemistry, Research）:1994年4月、第33巻、第4号、p.854-859）は、多孔性の高いキトサンに固定されたポリエチレンイミンから成る弱塩基性交換体への強酸の吸着を記載している。特開昭６２−２１６６４１号公報は、支持体（例えば、多孔性樹脂）に吸着された５０００より大きい分子量のポリエチレンイミン、及び強酸、界面活性剤又は重金属に対する吸着剤として前記イミンの使用を開示している。ポリイミンは、ポリイミン溶液の中に多孔性樹脂を浸漬することによりこの樹脂に吸着される。従って、支持体に固定化されるのは有機溶媒に可溶性のポリイミンである。ＵＳ５１６２４０４号明細書は、セルロース、及びそのセルロースに固定された“固定化された”ポリエチレンイミンから成るスポンジを開示している。ポリエチレンイミンは、−ＣＨ２ＣＨ２−基により区別された第一級、第二級又は第三級アミン基を含み、ハロゲン化若しくは非ハロゲン化カルボン酸、又は低分子量を持ち、アミン基のＮ原子と反応するポリハロゲン化脂肪族化合物を使って架橋により不溶性にされている水溶性分岐ポリマーである。しかしながら、これらの全ての方法とも、支持体にポリイミンを固定化するのには多くの欠点が存在する。第１に、固定化支持体の調製には２段階（ポリイミンの調製、及び次いで支持体へのポリイミンの固定）が必要であり、従って、製造コストが嵩む。第２に、所与量の支持体に対して、ポリイミンが支持体に固定されるとき作用官能基の数は大幅に減る。
【０００４】
溶液中の化合物に対する固定化剤として、不溶性高分子の使用が提案されてきた。従来から使用されている高分子は、除去対象の化合物の固定を可能にする反応性官能基を持つポリ（スチレン−ジビニルベンゼン）類である（国際公開第９７／４２２３０号パンフレット、及びジャーナル・オブ・ザ・ケミカル・ソサエティー、パーキン・トランザクションズ(Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions)、2000年、第１巻,p.4133-4195を参照されたい）。しかしながら、このタイプの高分子は、水性媒体の中で、又はメタノールの中で使用できない。更に、この高分子は比較的低レベルの活性官能基しか持たず、高分子の性能が限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、不溶性固定化剤を使用し、水中及び有機化合物の合成のために一般に使用される有機溶媒中の、望ましくない酸性又は求電子性化合物を効率よく除去する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主題は、溶媒中に存在している酸性又は求電子性化合物の固定化方法であって、−ＮＨ−基であるイミノ基を持つ架橋ポリイミンを前記化合物と接触させること、ここで前記架橋ポリイミンは前記溶媒に不溶性であり、及び得られた修飾ポリイミンを濾過により分離することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
接触操作は、周囲温度で実施できる。接触の継続時間は、化合物の性質によって変化する。一般に、１時間〜約１０時間の継続時間で充分である。
【０００８】
本発明の方法を実施するのに特に好適である架橋ポリイミンは、−ＨＮ−Ｒ１−ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−単位（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一又は異なるアルキレン又はアルケニレン基であり、Ａｒは芳香族基を表す）を含む線状セグメントを含む。
【０００９】
Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、１〜１０個の炭素原子を有するアルキレン又はアルケニレン基であるのが好ましい。芳香族基Ａｒは、φが随意に１個以上の置換基を持つフェニルを表すφ又はφ−φ基であるのが好ましい。フェニル基の置換基は、アルキル、アリール、アルキルオキシ、アルコキシカルボニル、ハロゲン又はＮＯ２の各基から選ぶことができる。
【００１０】
反復単位の中にフェニル基が存在すると、疎水性媒体の中でも親水性媒体の中でも使用できる両親媒特性がポリイミンに付与される。
【００１１】
本発明の方法に使用されるポリイミンの中で、架橋ノード（crosslinking node）は、例えば、Ｃ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）４−ｎ（Ｒ４ＮＨ２）ｎ又はＮ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）３タイプであることが可能である（式中、Ｒ４は１〜１０個の炭素原子を有するのが好ましいアルキレン基を表し、ｎは０又は１である）。
【００１２】
前記で定義されるポリイミンは、極めて高含有量のＮＨ基を有する。例えば、Ｒ１及びＲ４が−ＣＨ２ＣＨ２−であり、Ｒ２及びＲ３が−ＣＨ２−であるとき、その含有量は約１１ミリモル／ｇである。更に、ポリイミンは水に不溶性であり、種々の化学反応に通常使用される有機溶媒に不溶性であるけれども、ポリイミンがそのような前記溶媒に入れられると膨潤する、即ちポリイミンは、分子網目（molecular mesh）の内部に溶媒分子及び反応物分子を受け入れる能力を有する。こうして、ポリイミンの活性ＮＨサイトが接触可能となり、種々の化合物と、とりわけ無機酸又は有機酸と、及び求電子性化合物と反応できる。この特性は、この性質を持ち、反応媒体の中に存在していて、望ましくない化合物の捕捉の際に活用される。高含有量のＮＨ基はポリイミンのＩＲスペクトルにより確認され、このスペクトルは、ＮＨ基に特有の約３３００−３４００ｃｍ−１で極めてブロードなバンドを示す。
【００１３】
本発明の方法で使用できる架橋ポリイミンは、有機溶媒の中で、架橋剤の存在、及び生成するハロゲン化水素酸を捕捉できる試薬の存在で、ジアミンＨ２Ｎ−Ｒ１−ＮＨ２と二ハロゲン化物Ｘ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−Ｘとを重縮合させることにある一段法により調製できる。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＡｒは前記の定義の通りである。
【００１４】
ランダムな分布の架橋ノードを得るために、二ハロゲン化物に対して当量の反応性を有するジアミン及び架橋剤を使用することが好ましい。この目的に対して、テトラミンＮ（Ｒ４ＮＨ２）３又はＣ（Ｒ４ＮＨ２）４を選ぶのが有利である。架橋剤／ジアミンのモル比は４モル％以下であるのが好ましい。このような条件下、得られる高分子は溶媒（水又は有機溶媒）には完全に不溶性のままであるが、この高分子は前記溶媒（アルカンを除いて）の中でよく膨潤する。
【００１５】
二ハロゲン化物のなかでは二塩化物が好ましい。
【００１６】
ポリイミンを調製するのに使用される有機溶媒は、単量体を溶解でき、成長中の高分子を膨潤させることができる溶媒から選ばれるのが好ましい。例えば、トルエン及びＤＭＦを挙げることが可能である。
【００１７】
ハロゲン化水素酸を捕捉できる試薬として、第三級アミン、例えばトリエチルアミン又はジイソプロピルエチルアミン、を挙げることが可能である。
【００１８】
本発明の方法は、反応の過程で副生物として生成される、又は反応混合物の中に過剰に使用される反応物である無機酸、有機酸又は種々の求電子性化合物の捕捉及び除去に使用できる。
【００１９】
無機酸ＨＸ（Ｘは、例えば、Ｃｌ、ＨＳＯ４、ＮＯ３、Ｈ２ＰＯ４、Ｂｒ又はＩである）又は有機酸ＨＸ（Ｘは、例えば、カルボキシレート又はスルホネートである）の捕捉は、化合物４が本発明による架橋ポリアミンを表す次の反応スキームに従って実施される：
【００２０】
【化１】
【００２１】
ポリイミンは両親媒性なので、有機相の中と同じように水性相の中で無機酸を捕捉するのにポリイミンを使用できる。従って、所望の生成物を含む反応媒体は、中和されたのち簡単な濾過により中和塩から遊離される。これにより、異なるｐＨ値での抜き取り段階が省かれる限り、所望の生成物の単離は容易になる。
【００２２】
求電子性化合物の捕捉は次の反応スキームに従って実施される：
【００２３】
【化２】
【００２４】
化学反応の中で過剰の反応物を使用すると、より良い転化率、及びその結果、より良い収率で所望の生成物を得ることができる。しかしながら、反応の終点で残留求電子性反応物が存在すると、精製に支障を来たす。本発明による架橋ポリイミンが、溶液の中で第二級アミンと同様な方法で過剰の求電子性化合物と反応すると、これら２種類の構成成分の間に共有結合が形成される。従って、過剰の求電子性化合物はなくなり、ポリイミン−求電子性構成成分は簡単な濾過により反応媒体から除去され、これにより所望の生成物の単離段階及び精製段階が簡略化される。
【００２５】
更に、次の反応スキームに従って、一時的な添加物により酸の精製のために本発明の方法を使用できる：
【００２６】
【化３】
【００２７】
第二級アミンのｐＫａより実質的に低い（ｐＫａ単位で２〜３）ＨＸ／Ｘ−の対のｐＫａを有するあらゆるプロトン性構成成分は、濾過による前記成分の精製を可能にするために、一時的にポリイミンに結合され得る。続く過剰の塩基による処理により、所望の生成物が遊離される。選ばれる塩基が揮発性（例えば、ＮＨ３）ならば、簡単に蒸発されたのち、この生成物はＨＸの酸性度によりに純粋な状態で、即ち、ＨＸ又はＮＨ４Ｘの形態で、回収され得る。この場合も、所望の生成物を一時的にポリイミンに固定することにより、種々のｐＨ値でも面倒な抜き取り段階を省くことができる。
【００２８】
下記に示している実施例によって本発明を更に詳細に説明するけれども、本発明は、これらの実施例に限定されない。
【実施例】
【００２９】
実施例１
ポリイミンの合成
トルエン中で、エチレンジアミン（１）（２ｍｌ、０．０３モル）と、トリス（２−アミノエチル）アミン（３）（９０μｌ、０．６ミリモル）と、１，４−ビス（クロロメチル）ベンゼン（２）（５．２５ｇ、０．０３モル）とトリエチルアミン（１２．５ｍｌ、０．０９モル）との混合物を調製したのち、この混合物を攪拌しながら約１０時間還流させた。冷却後、生成した高分子（４）を濾過により回収し、順次、１Ｍの水酸化ナトリウム水溶液で、メタノールで、酢酸エチルで、そしてヘキサンで洗浄したのち、真空下で乾燥した。こうして、収率９０％に相当する乾燥ポリイミン４．４ｇを得た。
【００３０】
架橋ノード間の反復単位の形成に相当する反応スキームを下記に示す：
【００３１】
【化４】
【００３２】
得られた高分子は、ＫＢｒとの錠剤試料を使って赤外分析にかけた。ＩＲスペクトルのｃｍ−１単位でのラインの位置は次の通りである：３３７０（Ｎ−Ｈ）、２９３０、２８１０、１６１０、１５０９、１４５８、１３６４、１０８７（Ｃ−Ｎ）、８２２。Ｎ−Ｈ結合の伸縮による３３７０ｃｍ−１でのブロードな吸収バンドの存在は、分析された生成物が高比率のＮＨ基を含むことを明瞭に示している。
種々の溶媒での膨潤度（ｍｌ／ｇ単位）を下記に示している：
【００３３】
【表１】
【００３４】
これらの値は、ポリイミンを両親媒性と見なすことができることを示している。従って、望ましくない化合物の捕捉の場合のように、ポリイミンは市販のポリスチレン重合体よりも多方面の用途に使用され得る。このことは、ポリスチレン重合体は完全に疎水性であり、この重合体は水の中でもメタノールの中でも膨潤しない（＜２ｍｌ／ｇ／樹脂のグラム）からである。
【００３５】
ＮＨ基の反応性は、ポリイミンをジ（ターシャリブチル）ジカルボネート（Ｂｏｃ２Ｏ）と接触させることにより決めたのであり、このジカルボネートは比較的束縛され（hindered）ていて、弱反応性の求電子性反応物である。ポリイミンを過剰のＢｏｃ２Ｏで処理した。この反応はＣＤＣｌ３の中で行なった。ポリイミンによって“吸収される”ことができたＢｏｃ２Ｏの量は、当初の量から溶液中に残っている量を差し引くことにより決まり、測定はプロトンＮＭＲで行なった。この方法により、ポリイミンの中の有効含有量アミンの直接の測定値が得られる。従って、分子網目を基準として予測される理論含有量の計算から、グラム当り１２．３ミリモルのアミンが存在する筈であることが判る。Ｂｏｃ２Ｏの捕捉に有効な含有量を測定することにより、樹脂のグラム当り１０．９ミリモルのＮＨの値が得られ、このことは、比較的反応性のない求電子性試薬に対してさえＮＨ基のほぼ９０％が接触可能であることを意味する。
【００３６】
実施例２
ポリイミンの合成
ＤＭＦ（５ｍｌ）の中で、１，７−ヘプタンジアミン（１．３ｇ、１０ミリモル）と、トリス（２−アミノエチル）アミン（３０μモル、０．２ミリモル）と、１，４−ビス（クロロメチル）ベンゼン（１．７５ｇ、１０ミリモル）とジイソプロピルエチルアミン（５．２ｍｌ、３０ミリモル）との混合物を調製したのち、この混合物を攪拌しながら４８時間８０℃にした。冷却後、生成した高分子を濾過により回収し、順次、２Ｍの水酸化ナトリウム水溶液、蒸留水、メタノール、酢酸エチル、そしてジクロロメタンで洗浄したのち、真空下で約１０時間乾燥した。こうして、収率８５％に相当する乾燥ポリイミン２ｇを得た。
【００３７】
理論含有量＝８．７ミリモル／ｇ；Ｂｏｃ２Ｏの捕捉に有効な含有量＝７．５ミリモル／ｇ。
【００３８】
ＩＲ（ＫＢｒとの錠剤試料、ｃｍ−１単位）：３３２５（Ｎ−Ｈ伸縮）、２９３０、２８３０、１５９５、１４５８、１３６４。
【００３９】
実施例３
ポリイミンの合成
ＤＭＦ（５ｍｌ）の中で、１，３−プロパンジアミン（０．８３ｍｌ、１０ミリモル）と、トリス（２−アミノエチル）アミン（３０μモル、０．２ミリモル）と、１，４−ビス（クロロメチル）ベンゼン（１．７５ｇ、１０ミリモル）とジイソプロピルエチルアミン（５．２ｍｌ、３０ミリモル）との混合物を調製したのち、この混合物を攪拌しながら４８時間８０℃にした。冷却後、生成した高分子を濾過により回収し、順次、２Ｍの水酸化ナトリウム水溶液で、蒸留水で、メタノールで、酢酸エチルで、そしてジクロロメタンで洗浄したのち、真空下で約１０時間乾燥した。こうして、収率９１％に相当する乾燥ポリイミン１．６ｇを得た。
【００４０】
理論含有量＝１２．３ミリモル／ｇ；Ｂｏｃ２Ｏの捕捉に有効な含有量＝１１．５ミリモル／ｇ。
【００４１】
ＩＲ（ＫＢｒとの錠剤試料、ｃｍ−１単位）；３３６０（Ｎ−Ｈ伸縮）、２９３０、２８３０、１６１０、１４５８、１３６４。
【００４２】
実施例４
水性相中の硫酸の捕捉
実施例１の手順に従って得られた架橋ポリイミン（６４ｍｇ、０．６４ミリモル、≒３当量）を、蒸留水の中の硫酸の溶液（１２．０ｍｇ、０．１２２ミリモル）に加えた（０．５ｍｌ、Ｃ＝０．２４、Ｍ≒０．５Ｎ、ｐＨ＝０．３）。樹脂はよく膨潤し、１時間後、溶液のｐＨは６に近かった。従って、プロトンの濃度は１０−６Ｎであり、このことは、Ｈ＋イオンの捕捉が定量的（＞９９．９％）であることを意味する。
【００４３】
実施例５
水性相中のＨＣｌの捕捉
実施例１の手順に従って得られた架橋ポリイミン（５２ｍｇ、０．５２ミリモル、≒３当量）を、蒸留水の中の塩酸の溶液（１８ｍｇ、３５％、０．１７３ミリモル）に加えた（０．５ｍｌ、Ｃ＝０．３４５Ｍ／Ｎ、ｐＨ＝０．４６）。樹脂はよく膨潤し、１時間後、溶液のｐＨは６に近かった。従って、プロトンの濃度は１０−６Ｎであり、このことは、この場合も、Ｈ＋イオンの捕捉が定量的（＞９９．９％）であることを意味する。
【００４４】
実施例６
パラ−トルエンスルホン酸の捕捉（ＣＨ２Ｃｌ２）
ジクロロメタン（３００μｌ）の中で溶液の、ｐ−トルエンスルホン酸一水和物（ＴｓＯＨ）（７．５ｍｇ、３９．４μモル）とペンタメチルベンゼン（６．６ｍｇ、４４．５μモル、内標準）との混合物を、実施例１に従って調製した３当量のポリイミンで処理した（１２ｍｇ、１２０μモル）。濾過して蒸発したのち、ＮＭＲにより測定すると、ＴｓＯＨ／ペンタメチルベンゼンの比は０．０２であった。従って、僅か０．８９μモルのＴｓＯＨしか、即ち当初の量の僅か２％のＴｓＯＨしか媒体中に残っていない。
【００４５】
実施例７
パラ−トルエンスルホン酸の捕捉（メタノール）
ＣＤ３ＯＤ（３００μｌ）の中で溶液の、ＴｓＯＨ一水和物（８．４ｍｇ、４４．２μモル）とペンタメチルベンゼン（６．８ｍｇ、４５．８５μモル、内標準）との混合物を、実施例１に従って調製した３当量のポリイミンで処理した（１３．５ｍｇ、１４μモル）。濾過後、ＮＭＲにより測定すると、ＴｓＯＨ／ペンタメチルベンゼンの比は０．０１であった。従って、僅か０．４６μモルのＴｓＯＨしか、即ち当初の量の僅か１％のＴｓＯＨしか媒体中に残っていない。
【００４６】
実施例８
求電子性化合物の捕捉
触媒として少量のジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）（６ｍｇ、０．０５ミリモル）を含むＣＤＣｌ３（２ｍｌ）の中で溶液のジベンジルアミン（９６μｌ、０．５ミリモル）を過剰のＢｏｃ２Ｏ（２１８ｍｇ、１ミリモル）で処理し、カルバメート（ＰｈＣＨ２）２Ｎ−Ｂｏｃを生成した。１時間後、実施例１に従って調製した架橋ポリイミン（１４０ｍｇ、１．５ミリモルのＮＨ、過剰の求電子性化合物Ｂｏｃ２Ｏに対して３当量）を加えた。反応混合物を周囲温度で約１０時間攪拌したのち、脱脂綿による濾過によりポリイミンを取り除いた。１Ｈ ＮＭＲスペクトルによると、過剰のＢｏｃ２Ｏは、この後反応処理によって実質的に除去されたことが判る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒中に存在している酸性又は求電子性化合物の固定化方法であって、−ＮＨ−基であるイミノ基を持つ架橋ポリイミンを前記化合物と接触させること、ここで前記架橋ポリイミンは前記溶媒に不溶性であり、及び得られた修飾ポリイミンを濾過により分離することを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記接触操作が周囲温度で実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
接触の継続時間が１時間〜約１０時間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法を実施するための架橋ポリイミンであって、前記イミンが、−ＨＮ−Ｒ１−ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−単位（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一又は異なるアルキレン又はアルケニレン基であり、Ａｒは芳香族基を表す）を含む線状セグメントを含むこと特徴とする架橋ポリイミン。
【請求項５】
前記アルキレン又はアルケニレン基が１〜１０個の炭素原子を有することを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項６】
Ａｒがφ又はφ−φ基（式中、φは随意に１個以上の置換基を持つフェニルを表す）であることを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項７】
フェニル基の置換基が、アルキル、アリール、アルキルオキシ、アルコキシカルボニル、ハロゲン又はＮＯ２の各基から選ばれることを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項８】
架橋ノードが、Ｎ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）３又はＣ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）４−ｎ（Ｒ４ＮＨ２）ｎタイプ（式中、Ｒ４はアルキレン基を表し、ｎは０又は１である）であることを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項９】
前記アルキレン基が１〜１０個の炭素原子を有することを特徴とする請求項８に記載のポリイミン。
【請求項１０】
約１１ミリモル／ｇのＮＨ基を含有することを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項１１】
疎水性反応媒体の中に又は親水性反応媒体の中に存在している有機酸又は無機酸を除去する際の、請求項１に記載の方法の適用。
【請求項１２】
疎水性反応媒体の中に又は親水性反応媒体の中に存在している求電子性化合物を除去する際の、請求項１に記載の方法の適用。
【請求項１３】
疎水性反応媒体の中に又は親水性反応媒体の中に得られた有機酸又は無機酸を精製する際の、請求項１に記載の方法の適用であって、前記ポリイミンを前記反応媒体の中に導入すること、修飾されたポリイミンを濾過により抜き取ること、及び前記ポリイミンを塩基で処理することを特徴とする請求項１に記載の方法の適用。
【請求項１】
溶媒中に存在している酸性又は求電子性化合物の固定化方法であって、−ＮＨ−基であるイミノ基を持つ架橋ポリイミンを前記化合物と接触させること、ここで前記架橋ポリイミンは前記溶媒に不溶性であり、及び得られた修飾ポリイミンを濾過により分離することを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記接触操作が周囲温度で実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
接触の継続時間が１時間〜約１０時間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法を実施するための架橋ポリイミンであって、前記イミンが、−ＨＮ−Ｒ１−ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−単位（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は同一又は異なるアルキレン又はアルケニレン基であり、Ａｒは芳香族基を表す）を含む線状セグメントを含むこと特徴とする架橋ポリイミン。
【請求項５】
前記アルキレン又はアルケニレン基が１〜１０個の炭素原子を有することを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項６】
Ａｒがφ又はφ−φ基（式中、φは随意に１個以上の置換基を持つフェニルを表す）であることを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項７】
フェニル基の置換基が、アルキル、アリール、アルキルオキシ、アルコキシカルボニル、ハロゲン又はＮＯ２の各基から選ばれることを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項８】
架橋ノードが、Ｎ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）３又はＣ（Ｒ４ＮＨ−Ｒ２−Ａｒ−Ｒ３−）４−ｎ（Ｒ４ＮＨ２）ｎタイプ（式中、Ｒ４はアルキレン基を表し、ｎは０又は１である）であることを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項９】
前記アルキレン基が１〜１０個の炭素原子を有することを特徴とする請求項８に記載のポリイミン。
【請求項１０】
約１１ミリモル／ｇのＮＨ基を含有することを特徴とする請求項４に記載のポリイミン。
【請求項１１】
疎水性反応媒体の中に又は親水性反応媒体の中に存在している有機酸又は無機酸を除去する際の、請求項１に記載の方法の適用。
【請求項１２】
疎水性反応媒体の中に又は親水性反応媒体の中に存在している求電子性化合物を除去する際の、請求項１に記載の方法の適用。
【請求項１３】
疎水性反応媒体の中に又は親水性反応媒体の中に得られた有機酸又は無機酸を精製する際の、請求項１に記載の方法の適用であって、前記ポリイミンを前記反応媒体の中に導入すること、修飾されたポリイミンを濾過により抜き取ること、及び前記ポリイミンを塩基で処理することを特徴とする請求項１に記載の方法の適用。
【公表番号】特表２００７−５０４９５１（Ｐ２００７−５０４９５１Ａ）
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３０３２６（Ｐ２００６−５３０３２６）
【出願日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／００１０３７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０３５１６
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（５０３４３４１３９）ソントル ナショナル ド ラ ルシェルシュ ションティフィーク (20)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／００１０３７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０３５１６
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（５０３４３４１３９）ソントル ナショナル ド ラ ルシェルシュ ションティフィーク (20)
【Ｆターム（参考）】
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