Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法
【課題】爆発性の原料を用いることなく効率よく反応を進行させることができる上に、水洗や厳しい条件での減圧蒸留など工業的な大量合成において適切でない手法を用いることなく、次工程の脱水反応における原料として十分な程度の精製を簡便に行なうことができるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法を提供する。
【解決手段】下記一般式（１）のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法は、
特定のカルバゾール化合物と炭酸エチレン化合物とを第３級アミン触媒の存在下で反応させることを特徴とする。
【解決手段】下記一般式（１）のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法は、
特定のカルバゾール化合物と炭酸エチレン化合物とを第３級アミン触媒の存在下で反応させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｎ−ビニルカルバゾール化合物は、染料や液晶などの合成中間体、或いは熱可塑性樹脂を製造するためのモノマーなどとして非常に有用である。このＮ−ビニルカルバゾール化合物は、対応するＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を脱水反応に付すことにより容易に得られる。例えば、最も構造が単純なＮ−ビニルカルバゾールは、下記の通りＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを脱水することにより製造される。
【０００３】
【化１】
【０００４】
そこで従来、Ｎ−ビニルカルバゾール化合物の原料化合物であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法が、種々検討されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、触媒である水酸化カリウムの存在下で溶媒としてフェニルエーテル類を用い、カルバゾールからＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを製造するに当たりエチレンオキシドを使用した例が記載されている。しかし、エチレンオキシドは爆発性を有することから、特に工業的な大量合成には適するものではない。
【０００６】
カルバゾール化合物をＮ−ヒドロキシエチル化するためのエチレンオキシド以外の試薬としては、爆発性がなく安全な２−ハロゲン化エタノールや炭酸エチレンがある。これら試薬を使用してＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを製造した例として、特許文献２には、触媒としての炭酸カリウムの存在下、１５５〜２０５℃でカルバゾールと炭酸エチレンを反応させた実験結果が記載されている。また、特許文献３記載の技術では、ジアザビシクロ系塩基の存在下でカルバゾール化合物と炭酸エチレンとを反応させることによって、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造している。
【０００７】
Ｎ−ヒドロキシエチル化試薬として２−ブロモエタノール（エチレンブロモヒドリン）を用いた例としては、溶媒としてテトラヒドロフランとヘキサメチルリン酸トリアミド（ＨＭＰＡ）を用い、触媒としてｎ−ブチルリチウムを使用してカルバゾールと２−ブロモエタノールを反応させたものがある（特許文献４）。
【特許文献１】特開昭４９−９４６８号公報（特許請求の範囲、実施例）
【特許文献２】ソビエト連邦共和国特許第４６６２２７号明細書
【特許文献３】特開２００２−２２０３７１号公報（特許請求の範囲、実施例）
【特許文献４】特開昭６３−２９０８４７号公報（実施例１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した様に、従来、塩基触媒の存在下でカルバゾール化合物からＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造する方法は知られていたが、工業的な大量合成に適するものではなかった。
【０００９】
即ち、効率を重要視すれば、カルバゾール化合物からＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造した後の精製工程を簡略化し、続いて脱水反応を行なうことによりＮ−ビニルカルバゾール化合物へ導くのが好ましい。ところが、Ｎ−ヒドロキシエチル化のための触媒である塩や塩基が脱水反応系に残留していると、Ｎ−ビニルカルバゾール化合物が重合してしまうおそれがある。従って、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物と触媒は、脱水工程前に分離しておく必要がある。
【００１０】
この点に関して、Ｎ−ビニルカルバゾール化合物を蒸留により精製することが考えられる。しかし、最も単純な構造を有するＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールでも、その沸点は２１０℃／３ｍｍＨｇと高く、減圧蒸留による精製は好ましくない。一方、特許文献２と４の技術では、使用する触媒自体が塩であるか或いは反応の進行に伴って塩が生成するが、これら塩については水洗により反応系から除去することが考えられる。しかし、水洗は工程が増えるために工業的には好適な方法ではない。
【００１１】
また、特許文献３で使用されている触媒であるジアザビシクロ系塩基については、水洗の他に減圧蒸留による除去が考えられる。しかし、例えば当該特許文献の実施例で用いられている塩基触媒である１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセンと１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］−５−ノネンの沸点は、それぞれ８０〜８３℃／０．６ｍｍＨｇと９５〜９８℃／７．５ｍｍＨｇであり、減圧蒸留にはやはり厳しい条件が必要である。実際、特許文献４の実施例においては、これら塩基は水洗により除去されている。
【００１２】
そこで本発明が解決すべき課題は、爆発性の原料を用いることなく効率よく反応を進行させることができる上に、水洗や厳しい条件での減圧蒸留など工業的な大量合成において適切でない手法を用いることなく、次工程の脱水反応における原料として十分な程度の精製を簡便に行なうことができるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、Ｎ−ヒドロキシエチル化試薬として炭酸エチレン化合物を用い、塩基触媒として特定の第３級アミンを使用すれば、効率的に反応を進行させることができることが分かった。また、当該触媒によれば反応により塩が生じることがない上に、当該触媒と溶媒は比較的穏和な条件で減圧留去できるため、次工程の脱水反応の原料として用いるに十分なＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を、極めて簡便に得られることを見出して本発明を完成した。
【００１４】
即ち、本発明の製造方法は、下記一般式（１）のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（以下、「Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）」という）を製造する方法であって、
【００１５】
【化２】
［式中、ＸとＹはそれぞれ独立して置換基を有してもよい環状基を示し、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を示し、ｎは１以上の整数を示す］
【００１６】
下記一般式（２）の第３級アミン触媒（以下、「第３級アミン触媒（２）」という）の存在下で
【００１７】
【化３】
［式中、Ｒ3、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立して低級アルキル基を示す］
【００１８】
下記一般式（３）のカルバゾール化合物（以下、「カルバゾール化合物（３）」という）と
【００１９】
【化４】
［式中、ＸとＹは前述したものと同義を示す］
【００２０】
下記一般式（４）の炭酸エチレン化合物（以下、「炭酸エチレン化合物（４）」という）とを
【００２１】
【化５】
［式中、Ｒ1とＲ2は前述したものと同義を示す］
反応させることを特徴とする。
【００２２】
上記反応は、非プロトン性極性溶媒中で行なうことが好ましい。非プロトン性極性溶媒は、極性が高いことから原料であるカルバゾール化合物や炭酸エチレンを適度に溶解することができ、非プロトン性であることから反応を阻害しない上に、その沸点は高すぎることなく比較的穏和な条件で減圧留去できるからである。当該非プロトン性極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンおよび３−ヘプタノンよりなる群から選択される１または２以上の混合溶媒を用いることができる。
【００２３】
本発明における第３級アミン触媒（４）としては、その沸点が５０〜２５０℃であるものや、トリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミンが好適である。本発明反応に適する上に、穏和な条件で減圧留去できるからである。
【００２４】
本発明方法で製造するＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）としては、ｎが１であるＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールが好適である。当該化合物は、熱可塑性樹脂を製造するためのモノマーであるＮ−ビニルカルバゾールの原料化合物として有用だからである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法では、Ｎ−ヒドロキシエチル化試薬として、爆発性がなく安全な炭酸エチレン化合物を用いる。また、本発明の塩基触媒である第３級アミンは、反応を効率的に進行させることができる。そして反応後においては、第３級アミンと溶媒を比較的穏和な条件で減圧留去することによって、目的化合物であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を、次工程で脱水してＮ−ビニルカルバゾール化合物を製造するための原料として十分な精製度で得ることができる。従って、本発明方法は、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の工業的な大量合成に適するものとして、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明方法で製造されるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）は、下記構造を有する。
【００２７】
【化６】
［式中、ＸとＹはそれぞれ独立して置換基を有してもよい環状基を示し、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を示し、ｎは１以上の整数を示す］。
【００２８】
本発明において「環状基」には、上記式（１）の通り、ピロール環中の２つの炭素原子と炭素−炭素二重結合が含まれる。この環状基は特に制限されないが、例えばフェニル等の芳香族炭化水素基；シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロヘプテニル、シクロオクテニル等の不飽和環状炭化水素基；チエニル、フリル、オキサゾリル、チアゾリル、イソキサゾリル、イソチアゾリル等の非プロトン性５員環ヘテロアリール基；ピリジニル、ピラニル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニル等の非プロトン性６員環ヘテロアリール基を挙げることができる。これらの中でも、芳香族炭化水素基が好ましく、より好ましくはフェニルである。
【００２９】
環状基の置換基の種類は、本発明の反応に対して不活性なものであれば特に制限はない。例えば、低級アルキル基、低級アルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基からなる群より選択される１または２以上を挙げることができる。
【００３０】
「低級アルキル基」とは、炭素数１〜６の直鎖状または分枝鎖状の飽和炭化水素基をいい、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシルを挙げることができる。好適にはＣ１〜Ｃ４アルキル基であり、より好適にはＣ１〜Ｃ２アルキル基であり、さらに好適にはメチル基である。
【００３１】
「低級アルコキシ基」とは、炭素数１〜６の直鎖状または分枝鎖状の飽和炭化水素オキシ基をいい、例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシを挙げることができる。好適にはＣ１〜Ｃ４アルコキシ基であり、より好適にはＣ１〜Ｃ２アルコキシ基であり、さらに好適にはメトキシ基である。
【００３２】
「ハロゲン原子」としては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、フッ素原子、塩素原子および臭素原子が好ましく、塩素原子および臭素原子がより好ましく、臭素原子がさらに好ましい。
【００３３】
置換基の数は、環状基上に置換可能であれば特に制限されない。また、置換基が複数存在する場合は、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。もちろん、置換基は存在しなくてもよい。
【００３４】
上記式中、「独立して」とは、互いに同一であっても異なっていてもよいとの意である。つまり、ＸとＹは互いに同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。Ｒ1とＲ2についても同様であり、互いに同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
【００３５】
上記式中、ｎは１以上の整数であるが、好ましくは１〜１０の整数、より好ましくは１〜５の整数、さらに好ましくは１をいう。また、反応終了後には重合度が異なるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の混合物が得られる場合があるが、後述するように、例えばカルバゾール化合物（３）に対する炭酸エチレン化合物（４）のモル比を抑制して、ｎ＝１のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）を主生成化合物として製造することができる。
【００３６】
本発明に係るＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の製造方法では、第３級アミン触媒（２）の存在下で
【００３７】
【化７】
［式中、Ｒ3、Ｒ4およびＲ5は前述したものと同義を示す］
カルバゾール化合物（３）と
【００３８】
【化８】
［式中、ＸとＹは前述したものと同義を示す］
炭酸エチレン化合物（４）とを
【００３９】
【化９】
［式中、Ｒ1とＲ2は前述したものと同義を示す］
反応させることを特徴とする。
【００４０】
本発明方法では、塩基触媒として第３級アミン触媒（２）を用いる。第３級アミン触媒（２）を用いれば、本発明反応を比較的穏和な条件で進行させることができる上に、反応終了後においては容易に反応系から除去できるからである。除去の点からは、沸点が５０〜２５０℃である第３級アミン触媒が好ましい。また、トリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミンも好適であり、トリ（Ｃ３−Ｃ４アルキル）アミンがより好適である。例えば、トリメチルアミンの沸点は低く反応温度を上げるのが困難であり、効率が低下するおそれがあるからである。一方、トリヘキシルアミンの沸点は高い（２６３〜２６５℃）ため、除去が難しくなる場合がある。なお、トリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミン中の３つのアルキル基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
【００４１】
本発明の原料化合物であるカルバゾール化合物（３）は、目的化合物であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）に対応するものを用いればよい。このカルバゾール化合物（３）は、構造が比較的単純であることから市販されているものを用いるか、市販されているカルバゾール化合物から当業者公知の方法により合成すればよい。当該公知方法としては、環状基への置換基の導入や、置換基の官能基変換などが考えられる。
【００４２】
炭酸エチレン化合物（４）も比較的単純な構造を有するので、市販されているものを用いるか、或いは当業者公知の方法により合成すればよい。
【００４３】
炭酸エチレン化合物（４）のＲ1とＲ2の定義におけるアルキル基については、上記で説明した通りである。また、Ｒ1とＲ2は同一であることがより好ましく、水素原子とアルキル基とでは水素原子であることが好ましい。好適な炭酸エチレン化合物（４）としては、炭酸エチレンを挙げることができる。
【００４４】
本発明方法で用いる溶媒は、原料化合物を適度に溶解できるものであり且つ反応を阻害しないものであれば特に制限されないが、これら特性に優れたものとして非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。非プロトン性極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンおよび３−ヘプタノンよりなる群から選択される１または２以上の混合溶媒を挙げることができ、これらの中ではＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドまたはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドが好ましく、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドがより好ましい。
【００４５】
カルバゾール化合物（３）に対する炭酸エチレン化合物（４）のモル比は、目的とするＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の重合度に応じて適宜調整すればよい。例えば、ｎ＝１のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）を目的化合物とする場合には、カルバゾール化合物（３）に対する炭酸エチレン化合物（４）のモル比を０．４〜１．５とすることが好ましい。０．４未満であると収率が低下するおそれがあるからであり、一方１．４を超えるとｎが２以上の化合物の割合が増加する懸念があるからである。より好適には０．８以上、１．４以下のモル比で反応系に添加する。
【００４６】
使用する溶媒量は、原料化合物を溶解できる程度とすればよいが、例えばカルバゾール化合物（３）に対して２〜６のモル比で用いることができる。使用する第３級アミン触媒の量は特に制限されないが、例えばカルバゾール化合物（３）に対して０．１〜２のモル比（より好ましくは０．３〜０．６）の量を用いることができる。０．１未満では反応が速やかに進行しないおそれがある一方で、２超では触媒の除去効率が低下する場合があるからである。
【００４７】
本発明方法では、先ず溶媒に原料化合物であるカルバゾール化合物（３）と炭酸エチレン化合物（４）を溶解させる。単に混合するのみでは溶解できない場合には、適度に加熱してもよい。その後、第３級アミン触媒を加えて温度を調整することにより反応を進行させる。反応温度は特に制限されず、予備実験などで効率的な温度とすればよいが、例えば第３級アミン触媒の沸点に応じて８０〜１８０℃程度にすることができる。溶媒や第３級アミンなどの沸点以上で反応を行なう場合には、還流してもよい。また、本発明反応では炭酸ガスが生成するため、好ましくは開放系で反応を行なう。
【００４８】
反応時間も特に制限されず、クロマトグラフィによる原料の消費程度や予備実験などにより決定すればよいが、例えば２〜１２時間程度とすることができる。
【００４９】
反応終了後は、水洗を用いることなく比較的穏和な条件の減圧蒸留によって、溶媒と第３級アミン触媒（２）を除去することができる。従って、本発明方法は工業的な大量合成に適するものである。また、溶媒と第３級アミン（２）を除去した後に残るのは、実質的にＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）と過剰に用いた原料化合物のみである。従って、例えば塩基触媒による重合反応などによって、続くヒドロキシエチルの脱水反応が副反応により阻害される可能性は抑制される。
【００５０】
具体的な精製条件は、用いる溶媒や第３級アミンの種類などにより異なるが、例えば、１０ｍｍＨｇ程度の減圧下１００〜１４０℃で溶媒等を留去する。さらに溶媒等をほぼ完全に留去する必要がある場合には、温度を２００℃程度まで上げてもよく、また、窒素などの不活性ガスでバブリングしてもよい。
【００５１】
また、本発明は工業的な大量合成を志向していることから、簡便な蒸留で触媒等を除去することによる精製を用いることが好ましいが、もちろん、高純度のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の製造に適用する場合には、さらに化合物（１）自体を蒸留したり晶析等を行なってもよい。
【００５２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００５３】
実施例１
カルバゾール（１６７ｇ、１．０モル）と炭酸エチレン（１０６ｇ、１．２モル）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（４００ｇ、５．５モル）に加え、１４０℃まで加熱することにより溶解した。ここへトリ（ｎ−プロピル）アミン（７２ｇ、０．５モル）を加え、同温度で６時間攪拌した。反応液をガスクロマトグラフにより分析したところ、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールへの転化率は９４％、選択率は８５％、収率は８０％であった。なお、転化率、選択率および収率の定義は、以下の通りである。
【００５４】
転化率（モル％）＝（消費したカルバゾール化合物のモル数）／（供給したカルバゾール化合物のモル数）×１００
選択率（モル％）＝（生成したＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物のモル数）／（消費したカルバゾール化合物のモル数）×１００
収率（モル％）＝（生成したＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物のモル数）／（供給したカルバゾール化合物のモル数）×１００。
【００５５】
次いで、反応液を１０ｍｍＨｇの減圧下１４０℃でトリ（ｎ−プロピル）アミンとＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを留去したところ、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを約１／１００まで低減することができた。さらに温度を２００℃まで上げて窒素ガスでバブリングしたところ、トリ（ｎ−プロピル）アミンとＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを検出限界以下まで低減することができた。従って、得られた残渣をそのまま脱水反応の原料として用いても、重合などの副反応は抑制されると考えられる。
【００５６】
以上の結果より、本発明方法によれば、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを効率的に得られることが実証された。
【００５７】
実施例２
カルバゾール（１６７ｇ、１．０モル）と炭酸エチレン（１０６ｇ、１．２モル）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（４００ｇ、５．５モル）に加え、１５０℃まで加熱することにより溶解した。ここへトリ（ｎ−ブチル）アミン（１８５ｇ、１モル）を加え、同温度で６時間攪拌した。反応液をガスクロマトグラフにより分析したところ、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールへの転化率は９８％、選択率は８０％、収率は７８％であった。以上の結果より、本発明方法の反応効率は高いことが証明された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｎ−ビニルカルバゾール化合物は、染料や液晶などの合成中間体、或いは熱可塑性樹脂を製造するためのモノマーなどとして非常に有用である。このＮ−ビニルカルバゾール化合物は、対応するＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を脱水反応に付すことにより容易に得られる。例えば、最も構造が単純なＮ−ビニルカルバゾールは、下記の通りＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを脱水することにより製造される。
【０００３】
【化１】
【０００４】
そこで従来、Ｎ−ビニルカルバゾール化合物の原料化合物であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法が、種々検討されている。
【０００５】
例えば特許文献１には、触媒である水酸化カリウムの存在下で溶媒としてフェニルエーテル類を用い、カルバゾールからＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを製造するに当たりエチレンオキシドを使用した例が記載されている。しかし、エチレンオキシドは爆発性を有することから、特に工業的な大量合成には適するものではない。
【０００６】
カルバゾール化合物をＮ−ヒドロキシエチル化するためのエチレンオキシド以外の試薬としては、爆発性がなく安全な２−ハロゲン化エタノールや炭酸エチレンがある。これら試薬を使用してＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを製造した例として、特許文献２には、触媒としての炭酸カリウムの存在下、１５５〜２０５℃でカルバゾールと炭酸エチレンを反応させた実験結果が記載されている。また、特許文献３記載の技術では、ジアザビシクロ系塩基の存在下でカルバゾール化合物と炭酸エチレンとを反応させることによって、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造している。
【０００７】
Ｎ−ヒドロキシエチル化試薬として２−ブロモエタノール（エチレンブロモヒドリン）を用いた例としては、溶媒としてテトラヒドロフランとヘキサメチルリン酸トリアミド（ＨＭＰＡ）を用い、触媒としてｎ−ブチルリチウムを使用してカルバゾールと２−ブロモエタノールを反応させたものがある（特許文献４）。
【特許文献１】特開昭４９−９４６８号公報（特許請求の範囲、実施例）
【特許文献２】ソビエト連邦共和国特許第４６６２２７号明細書
【特許文献３】特開２００２−２２０３７１号公報（特許請求の範囲、実施例）
【特許文献４】特開昭６３−２９０８４７号公報（実施例１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した様に、従来、塩基触媒の存在下でカルバゾール化合物からＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造する方法は知られていたが、工業的な大量合成に適するものではなかった。
【０００９】
即ち、効率を重要視すれば、カルバゾール化合物からＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造した後の精製工程を簡略化し、続いて脱水反応を行なうことによりＮ−ビニルカルバゾール化合物へ導くのが好ましい。ところが、Ｎ−ヒドロキシエチル化のための触媒である塩や塩基が脱水反応系に残留していると、Ｎ−ビニルカルバゾール化合物が重合してしまうおそれがある。従って、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物と触媒は、脱水工程前に分離しておく必要がある。
【００１０】
この点に関して、Ｎ−ビニルカルバゾール化合物を蒸留により精製することが考えられる。しかし、最も単純な構造を有するＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールでも、その沸点は２１０℃／３ｍｍＨｇと高く、減圧蒸留による精製は好ましくない。一方、特許文献２と４の技術では、使用する触媒自体が塩であるか或いは反応の進行に伴って塩が生成するが、これら塩については水洗により反応系から除去することが考えられる。しかし、水洗は工程が増えるために工業的には好適な方法ではない。
【００１１】
また、特許文献３で使用されている触媒であるジアザビシクロ系塩基については、水洗の他に減圧蒸留による除去が考えられる。しかし、例えば当該特許文献の実施例で用いられている塩基触媒である１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセンと１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］−５−ノネンの沸点は、それぞれ８０〜８３℃／０．６ｍｍＨｇと９５〜９８℃／７．５ｍｍＨｇであり、減圧蒸留にはやはり厳しい条件が必要である。実際、特許文献４の実施例においては、これら塩基は水洗により除去されている。
【００１２】
そこで本発明が解決すべき課題は、爆発性の原料を用いることなく効率よく反応を進行させることができる上に、水洗や厳しい条件での減圧蒸留など工業的な大量合成において適切でない手法を用いることなく、次工程の脱水反応における原料として十分な程度の精製を簡便に行なうことができるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、Ｎ−ヒドロキシエチル化試薬として炭酸エチレン化合物を用い、塩基触媒として特定の第３級アミンを使用すれば、効率的に反応を進行させることができることが分かった。また、当該触媒によれば反応により塩が生じることがない上に、当該触媒と溶媒は比較的穏和な条件で減圧留去できるため、次工程の脱水反応の原料として用いるに十分なＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を、極めて簡便に得られることを見出して本発明を完成した。
【００１４】
即ち、本発明の製造方法は、下記一般式（１）のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（以下、「Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）」という）を製造する方法であって、
【００１５】
【化２】
［式中、ＸとＹはそれぞれ独立して置換基を有してもよい環状基を示し、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を示し、ｎは１以上の整数を示す］
【００１６】
下記一般式（２）の第３級アミン触媒（以下、「第３級アミン触媒（２）」という）の存在下で
【００１７】
【化３】
［式中、Ｒ3、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立して低級アルキル基を示す］
【００１８】
下記一般式（３）のカルバゾール化合物（以下、「カルバゾール化合物（３）」という）と
【００１９】
【化４】
［式中、ＸとＹは前述したものと同義を示す］
【００２０】
下記一般式（４）の炭酸エチレン化合物（以下、「炭酸エチレン化合物（４）」という）とを
【００２１】
【化５】
［式中、Ｒ1とＲ2は前述したものと同義を示す］
反応させることを特徴とする。
【００２２】
上記反応は、非プロトン性極性溶媒中で行なうことが好ましい。非プロトン性極性溶媒は、極性が高いことから原料であるカルバゾール化合物や炭酸エチレンを適度に溶解することができ、非プロトン性であることから反応を阻害しない上に、その沸点は高すぎることなく比較的穏和な条件で減圧留去できるからである。当該非プロトン性極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンおよび３−ヘプタノンよりなる群から選択される１または２以上の混合溶媒を用いることができる。
【００２３】
本発明における第３級アミン触媒（４）としては、その沸点が５０〜２５０℃であるものや、トリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミンが好適である。本発明反応に適する上に、穏和な条件で減圧留去できるからである。
【００２４】
本発明方法で製造するＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）としては、ｎが１であるＮ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールが好適である。当該化合物は、熱可塑性樹脂を製造するためのモノマーであるＮ−ビニルカルバゾールの原料化合物として有用だからである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法では、Ｎ−ヒドロキシエチル化試薬として、爆発性がなく安全な炭酸エチレン化合物を用いる。また、本発明の塩基触媒である第３級アミンは、反応を効率的に進行させることができる。そして反応後においては、第３級アミンと溶媒を比較的穏和な条件で減圧留去することによって、目的化合物であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を、次工程で脱水してＮ−ビニルカルバゾール化合物を製造するための原料として十分な精製度で得ることができる。従って、本発明方法は、Ｎ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の工業的な大量合成に適するものとして、産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明方法で製造されるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）は、下記構造を有する。
【００２７】
【化６】
［式中、ＸとＹはそれぞれ独立して置換基を有してもよい環状基を示し、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を示し、ｎは１以上の整数を示す］。
【００２８】
本発明において「環状基」には、上記式（１）の通り、ピロール環中の２つの炭素原子と炭素−炭素二重結合が含まれる。この環状基は特に制限されないが、例えばフェニル等の芳香族炭化水素基；シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロヘプテニル、シクロオクテニル等の不飽和環状炭化水素基；チエニル、フリル、オキサゾリル、チアゾリル、イソキサゾリル、イソチアゾリル等の非プロトン性５員環ヘテロアリール基；ピリジニル、ピラニル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニル等の非プロトン性６員環ヘテロアリール基を挙げることができる。これらの中でも、芳香族炭化水素基が好ましく、より好ましくはフェニルである。
【００２９】
環状基の置換基の種類は、本発明の反応に対して不活性なものであれば特に制限はない。例えば、低級アルキル基、低級アルコキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基からなる群より選択される１または２以上を挙げることができる。
【００３０】
「低級アルキル基」とは、炭素数１〜６の直鎖状または分枝鎖状の飽和炭化水素基をいい、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシルを挙げることができる。好適にはＣ１〜Ｃ４アルキル基であり、より好適にはＣ１〜Ｃ２アルキル基であり、さらに好適にはメチル基である。
【００３１】
「低級アルコキシ基」とは、炭素数１〜６の直鎖状または分枝鎖状の飽和炭化水素オキシ基をいい、例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシを挙げることができる。好適にはＣ１〜Ｃ４アルコキシ基であり、より好適にはＣ１〜Ｃ２アルコキシ基であり、さらに好適にはメトキシ基である。
【００３２】
「ハロゲン原子」としては、フッ素原子、臭素原子、塩素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、フッ素原子、塩素原子および臭素原子が好ましく、塩素原子および臭素原子がより好ましく、臭素原子がさらに好ましい。
【００３３】
置換基の数は、環状基上に置換可能であれば特に制限されない。また、置換基が複数存在する場合は、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。もちろん、置換基は存在しなくてもよい。
【００３４】
上記式中、「独立して」とは、互いに同一であっても異なっていてもよいとの意である。つまり、ＸとＹは互いに同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。Ｒ1とＲ2についても同様であり、互いに同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
【００３５】
上記式中、ｎは１以上の整数であるが、好ましくは１〜１０の整数、より好ましくは１〜５の整数、さらに好ましくは１をいう。また、反応終了後には重合度が異なるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の混合物が得られる場合があるが、後述するように、例えばカルバゾール化合物（３）に対する炭酸エチレン化合物（４）のモル比を抑制して、ｎ＝１のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）を主生成化合物として製造することができる。
【００３６】
本発明に係るＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の製造方法では、第３級アミン触媒（２）の存在下で
【００３７】
【化７】
［式中、Ｒ3、Ｒ4およびＲ5は前述したものと同義を示す］
カルバゾール化合物（３）と
【００３８】
【化８】
［式中、ＸとＹは前述したものと同義を示す］
炭酸エチレン化合物（４）とを
【００３９】
【化９】
［式中、Ｒ1とＲ2は前述したものと同義を示す］
反応させることを特徴とする。
【００４０】
本発明方法では、塩基触媒として第３級アミン触媒（２）を用いる。第３級アミン触媒（２）を用いれば、本発明反応を比較的穏和な条件で進行させることができる上に、反応終了後においては容易に反応系から除去できるからである。除去の点からは、沸点が５０〜２５０℃である第３級アミン触媒が好ましい。また、トリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミンも好適であり、トリ（Ｃ３−Ｃ４アルキル）アミンがより好適である。例えば、トリメチルアミンの沸点は低く反応温度を上げるのが困難であり、効率が低下するおそれがあるからである。一方、トリヘキシルアミンの沸点は高い（２６３〜２６５℃）ため、除去が難しくなる場合がある。なお、トリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミン中の３つのアルキル基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
【００４１】
本発明の原料化合物であるカルバゾール化合物（３）は、目的化合物であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）に対応するものを用いればよい。このカルバゾール化合物（３）は、構造が比較的単純であることから市販されているものを用いるか、市販されているカルバゾール化合物から当業者公知の方法により合成すればよい。当該公知方法としては、環状基への置換基の導入や、置換基の官能基変換などが考えられる。
【００４２】
炭酸エチレン化合物（４）も比較的単純な構造を有するので、市販されているものを用いるか、或いは当業者公知の方法により合成すればよい。
【００４３】
炭酸エチレン化合物（４）のＲ1とＲ2の定義におけるアルキル基については、上記で説明した通りである。また、Ｒ1とＲ2は同一であることがより好ましく、水素原子とアルキル基とでは水素原子であることが好ましい。好適な炭酸エチレン化合物（４）としては、炭酸エチレンを挙げることができる。
【００４４】
本発明方法で用いる溶媒は、原料化合物を適度に溶解できるものであり且つ反応を阻害しないものであれば特に制限されないが、これら特性に優れたものとして非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。非プロトン性極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンおよび３−ヘプタノンよりなる群から選択される１または２以上の混合溶媒を挙げることができ、これらの中ではＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドまたはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドが好ましく、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドがより好ましい。
【００４５】
カルバゾール化合物（３）に対する炭酸エチレン化合物（４）のモル比は、目的とするＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の重合度に応じて適宜調整すればよい。例えば、ｎ＝１のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）を目的化合物とする場合には、カルバゾール化合物（３）に対する炭酸エチレン化合物（４）のモル比を０．４〜１．５とすることが好ましい。０．４未満であると収率が低下するおそれがあるからであり、一方１．４を超えるとｎが２以上の化合物の割合が増加する懸念があるからである。より好適には０．８以上、１．４以下のモル比で反応系に添加する。
【００４６】
使用する溶媒量は、原料化合物を溶解できる程度とすればよいが、例えばカルバゾール化合物（３）に対して２〜６のモル比で用いることができる。使用する第３級アミン触媒の量は特に制限されないが、例えばカルバゾール化合物（３）に対して０．１〜２のモル比（より好ましくは０．３〜０．６）の量を用いることができる。０．１未満では反応が速やかに進行しないおそれがある一方で、２超では触媒の除去効率が低下する場合があるからである。
【００４７】
本発明方法では、先ず溶媒に原料化合物であるカルバゾール化合物（３）と炭酸エチレン化合物（４）を溶解させる。単に混合するのみでは溶解できない場合には、適度に加熱してもよい。その後、第３級アミン触媒を加えて温度を調整することにより反応を進行させる。反応温度は特に制限されず、予備実験などで効率的な温度とすればよいが、例えば第３級アミン触媒の沸点に応じて８０〜１８０℃程度にすることができる。溶媒や第３級アミンなどの沸点以上で反応を行なう場合には、還流してもよい。また、本発明反応では炭酸ガスが生成するため、好ましくは開放系で反応を行なう。
【００４８】
反応時間も特に制限されず、クロマトグラフィによる原料の消費程度や予備実験などにより決定すればよいが、例えば２〜１２時間程度とすることができる。
【００４９】
反応終了後は、水洗を用いることなく比較的穏和な条件の減圧蒸留によって、溶媒と第３級アミン触媒（２）を除去することができる。従って、本発明方法は工業的な大量合成に適するものである。また、溶媒と第３級アミン（２）を除去した後に残るのは、実質的にＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）と過剰に用いた原料化合物のみである。従って、例えば塩基触媒による重合反応などによって、続くヒドロキシエチルの脱水反応が副反応により阻害される可能性は抑制される。
【００５０】
具体的な精製条件は、用いる溶媒や第３級アミンの種類などにより異なるが、例えば、１０ｍｍＨｇ程度の減圧下１００〜１４０℃で溶媒等を留去する。さらに溶媒等をほぼ完全に留去する必要がある場合には、温度を２００℃程度まで上げてもよく、また、窒素などの不活性ガスでバブリングしてもよい。
【００５１】
また、本発明は工業的な大量合成を志向していることから、簡便な蒸留で触媒等を除去することによる精製を用いることが好ましいが、もちろん、高純度のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）の製造に適用する場合には、さらに化合物（１）自体を蒸留したり晶析等を行なってもよい。
【００５２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００５３】
実施例１
カルバゾール（１６７ｇ、１．０モル）と炭酸エチレン（１０６ｇ、１．２モル）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（４００ｇ、５．５モル）に加え、１４０℃まで加熱することにより溶解した。ここへトリ（ｎ−プロピル）アミン（７２ｇ、０．５モル）を加え、同温度で６時間攪拌した。反応液をガスクロマトグラフにより分析したところ、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールへの転化率は９４％、選択率は８５％、収率は８０％であった。なお、転化率、選択率および収率の定義は、以下の通りである。
【００５４】
転化率（モル％）＝（消費したカルバゾール化合物のモル数）／（供給したカルバゾール化合物のモル数）×１００
選択率（モル％）＝（生成したＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物のモル数）／（消費したカルバゾール化合物のモル数）×１００
収率（モル％）＝（生成したＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物のモル数）／（供給したカルバゾール化合物のモル数）×１００。
【００５５】
次いで、反応液を１０ｍｍＨｇの減圧下１４０℃でトリ（ｎ−プロピル）アミンとＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを留去したところ、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを約１／１００まで低減することができた。さらに温度を２００℃まで上げて窒素ガスでバブリングしたところ、トリ（ｎ−プロピル）アミンとＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを検出限界以下まで低減することができた。従って、得られた残渣をそのまま脱水反応の原料として用いても、重合などの副反応は抑制されると考えられる。
【００５６】
以上の結果より、本発明方法によれば、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールを効率的に得られることが実証された。
【００５７】
実施例２
カルバゾール（１６７ｇ、１．０モル）と炭酸エチレン（１０６ｇ、１．２モル）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（４００ｇ、５．５モル）に加え、１５０℃まで加熱することにより溶解した。ここへトリ（ｎ−ブチル）アミン（１８５ｇ、１モル）を加え、同温度で６時間攪拌した。反応液をガスクロマトグラフにより分析したところ、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）カルバゾールへの転化率は９８％、選択率は８０％、収率は７８％であった。以上の結果より、本発明方法の反応効率は高いことが証明された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造する方法であって、
【化１】
［式中、ＸとＹはそれぞれ独立して置換基を有してもよい環状基を示し、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を示し、ｎは１以上の整数を示す］
下記一般式（２）の第３級アミン触媒の存在下で
【化２】
［式中、Ｒ3、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立して低級アルキル基を示す］
下記一般式（３）のカルバゾール化合物と
【化３】
［式中、ＸとＹは前述したものと同義を示す］
下記一般式（４）の炭酸エチレン化合物とを
【化４】
［式中、Ｒ1とＲ2は前述したものと同義を示す］
反応させることを特徴とするＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項２】
非プロトン性極性溶媒中で上記反応を行なう請求項１に記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項３】
上記溶媒として、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンおよび３−ヘプタノンよりなる群から選択される１または２以上の混合溶媒を用いる請求項２に記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項４】
上記第３級アミン触媒（２）として、その沸点が５０〜２５０℃であるものを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項５】
上記第３級アミン触媒（２）としてトリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミンを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項６】
ｎが１であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）を製造するものである請求項１〜５のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項１】
下記一般式（１）のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物を製造する方法であって、
【化１】
［式中、ＸとＹはそれぞれ独立して置換基を有してもよい環状基を示し、Ｒ1とＲ2はそれぞれ独立して水素原子または低級アルキル基を示し、ｎは１以上の整数を示す］
下記一般式（２）の第３級アミン触媒の存在下で
【化２】
［式中、Ｒ3、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立して低級アルキル基を示す］
下記一般式（３）のカルバゾール化合物と
【化３】
［式中、ＸとＹは前述したものと同義を示す］
下記一般式（４）の炭酸エチレン化合物とを
【化４】
［式中、Ｒ1とＲ2は前述したものと同義を示す］
反応させることを特徴とするＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項２】
非プロトン性極性溶媒中で上記反応を行なう請求項１に記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項３】
上記溶媒として、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドンおよび３−ヘプタノンよりなる群から選択される１または２以上の混合溶媒を用いる請求項２に記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項４】
上記第３級アミン触媒（２）として、その沸点が５０〜２５０℃であるものを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項５】
上記第３級アミン触媒（２）としてトリ（Ｃ２−Ｃ５アルキル）アミンを使用する請求項１〜３のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【請求項６】
ｎが１であるＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物（１）を製造するものである請求項１〜５のいずれかに記載のＮ−ヒドロキシエチルカルバゾール化合物の製造方法。
【公開番号】特開２００６−３４７９１６（Ｐ２００６−３４７９１６Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７３７７０（Ｐ２００５−１７３７７０）
【出願日】平成１７年６月１４日（２００５．６．１４）
【出願人】（０００００４６２８）株式会社日本触媒 (2,292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１４日（２００５．６．１４）
【出願人】（０００００４６２８）株式会社日本触媒 (2,292)
【Ｆターム（参考）】
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