タイトル: | 特許公報(B2)_チオ硫酸誘導体の製造法 |
出願番号: | 2005116126 |
年次: | 2012 |
IPC分類: | C07C 381/02 |
ハルトムート・ブデイング JP 4991121 特許公報(B2) 20120511 2005116126 20050413 チオ硫酸誘導体の製造法 ランクセス・ドイチュランド・ゲーエムベーハー 505422707 特許業務法人小田島特許事務所 110000741 ハルトムート・ブデイング DE 102004018193.4 20040415 20120801 C07C 381/02 20060101AFI20120712BHJP JPC07C381/02 C07C 381/02 特開平06−234734(JP,A) 特開昭58−017132(JP,A) 特開平03−115259(JP,A) 特開昭59−029656(JP,A) 特開昭62−096462(JP,A) 特開2005−272330(JP,A) 4 2005298512 20051027 9 20080326 杉江 渉 本発明はチオ硫酸のS−アルキルエステルの塩の製造法に関する. チオ硫酸のS−アルキルエステルの塩(Bunte塩)の製造法は原理的には公知である(例えば非特許文献1参照)。B.Milligan等に従えば、Bunte塩は一般に沸騰させた50%エタノール水溶液中においてハロゲン化アルキルをチオ硫酸ナトリウムと反応させることによって製造される(74頁、右欄第3節)。水溶性のハロゲン化アルキルの場合に限り唯一の溶媒として水が使用される。 特許文献1には、ヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸エステルのナトリウム塩の水和物を製造するための溶媒として水とエタノールとの1:1混合物が記載されている。しかし該発明の開示された溶媒はエチレングリコールおよびジエチレングリコールである(16頁2〜9行)。エチレングリコールまたはジエチレングリコール中に存在する水、およびまたチオ硫酸塩中の結晶水は、ジハロゲン化物を加える前に蒸溜によって除去される。グリコール溶媒の中に溶解した反応生成物は或る種の溶媒を加えて沈殿させる。このような溶媒(沈殿剤)の一つとしてイソプロパノールが挙げられている。この方法の欠点は、第1に反応開始前にグリコールおよびチオ硫酸塩を蒸溜により脱水しなければならないことであり、第2に大量の有機溶媒(グリコールおよび沈殿剤)を取り扱わなければならないことである。合成の終りにおいて、グリコールおよび沈殿剤を蒸溜により回収しなければならないが、これにはコストがかかり、また不便である。 特許文献2、特にその40頁には、次のようにしてビス−Bunte塩を製造する方法が記載されている。即ち水性エタノール中で1,4−ジクロロブテン−2を溶媒混合物の沸騰温度においてチオ硫酸ナトリウム5水和物と反応させ、次いで反応完結時において蒸溜によりエタノールを除去する。水に溶解したビス−Bunte塩を分離しないで反応原料として次の合成段階に使用する。この方法の欠点は反応混合物からエタノールを蒸溜により除去しなければならないことである。 特許文献2記載の再回収法は1,6−ジクロロヘキサンを使用する例であり、次のような結果が得られる。エタノールと水との混合物の中での1,6−ジクロロヘキサンとチオ硫酸ナトリウム5水和物との反応混合物からエタノールを蒸溜により除去する際、エタノールは反応混合物から悪臭をもつ副生物を伴うことが観測され、従って余分なコストのかかる不便な精製工程を用いずに溜出物を使用することはできないから、焼却しなければならない。これに加えて、エタノールを蒸溜により除去する際、或る場合には悪臭をもった副生物のグリース状の沈澱によって蒸溜塔が汚染され、蒸溜塔の清掃が必要となる。 特許文献3および4には、水溶液中における1,2−ジクロロエタンとチオ硫酸ナトリウムとの反応を例に使用し、非常に一般的な方法でビス−Bunte塩を合成する詳細な方法が記載されている。有利に使用されるべき反応パラメータに関しては何も言及されていない。また与えられた合成法の実施例も何等示されていない。1、6−ジクロヘキサンの例を使用する特許文献4の一般的な情報を再検討した社内実験においては、使用したジハロゲン化物の僅かに約89%(実施例6参照)が転化したに過ぎなかった。ジハロゲン化物の転化率がこのように低いために、反応混合物からそれを蒸溜によって除去し、再利用する目的で回収する必要がある。これに加えて、チオ硫酸ナトリウムが過剰に存在するにもかかわらず、α,ω−ジハロアルカンの転化率がこのように低いために、所望のビス−Bunte塩ばかりでなく、ただ1個のハロゲン原子がS−SO3Na基によって置換された望ましくない生成物がかなりの量で生じる懸念がある。EP−A 70 143号明細書。DE−A 22 56 511号明細書。EP−A 385 072号明細書。EP−A 432 417号明細書。B.MilliganおよびJ.M.Swan、Rev.Pure and Applied Chemistry 12,1962,p.72 〜94、およびH. Distler、Angew.Cnem.79,1967,p.520〜529。 本発明の目的は、アルコールおよび/またはグリコールを加えることなく、水中でチオ硫酸のS−アルキルエステルの塩を製造でき、原料のα,ω−ジハロアルカンの転化率が高く、チオ硫酸のS−アルキルエステルの塩を工業的に良好な収率で且つ高含量で得ることができる、簡単で工業的に容易に実施でき、また環境に優しく、資源集約的でない方法を提供することである。 公知の製造方法によってはこれらの目的を達成することはできない。 本発明においては、アルコールおよび/またはグリコールを存在させず、反応媒質としての水の中で一定の範囲のpHを維持しながら実質的に水に不溶なα,ω−ジハロアルカンをチオ硫酸イオンと反応させ、ビス−Bunte塩への高い転化率、並びに工業的に良好な収率と高い含量を得ることができる方法が見出だされた。 従って本発明によれば、式(I) Me1O3SS−(CH2)n−SSO3Me2 (I) 但し式中Me1およびMe2は同一または相異なり、それぞれ1価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは2〜8の整数である、の化合物の製造法において、式(II) X−(CH2)n−X (II) 但し式中Xはハロゲンであり、nは式(I)で定義された値である、の化合物を80〜150℃の反応温度においてチオ硫酸イオンと反応させ、この反応はアルコールおよび/またはグリコールを加えずに3〜9.8のpH範囲の水中において行われることを特徴とする方法が提供される。 式(I)の数値nは2〜8の整数、好ましくは3〜8の整数、最も好ましくは4〜8の整数である。 式(I)においてMe1およびMe2は同一または相異なり、それぞれ1価の金属イオンまたはアンモニウムイオンである。Me1およびMe2は好ましくは同一であり、それぞれアルカリ金属またはアンモニウムイオンであり、好ましくはアルカリ金属イオンである。アルカリ金属イオンの中ではナトリウムおよびカリウムイオンが好適であり、ナトリウムイオンが極めて好適である。 式(II)において、Xは塩素または臭素であることが好ましい。式(II)の本発明の化合物はまた混合ハロゲン化物、即ち同時に異なったハロゲン原子を含んだ化合物であることができる。式(II)の化合物の反応は、チオ硫酸イオンを用い、アルコールおよび/またはグリコールを加えずに水中において閉鎖系または開放系で行われる。チオ硫酸イオンは好ましくはアルカリ金属のチオ硫酸塩またはチオ硫酸アンモニウムの形で使用される。アルカリ金属のチオ硫酸塩の群の中では入手のし易さの理由でチオ硫酸ナトリウムまたはチオ硫酸ナトリウム5水和物を使用することが好適である。しかし原則としてチオ硫酸リチウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸セシウムまたはチオ硫酸ルビジウム、あるいはこれらの混合物を用いることもできる。 本発明の反応混合物が反応開始直前において室温で3〜9.8のpHをもたない場合には、酸またはアルカリ、好ましくは鉱酸、例えば塩酸を加えるか、あるいはアルカリ金属の水酸化物、例えば水酸化ナトリウムの溶液を加えてpHをこの範囲に適切に調節し、その後で本発明の反応を開始させるようにする。 反応混合物のpHは本発明の文脈における反応の間、3〜9.8、好ましくは4〜9.4、最も好ましくは5〜9の範囲に維持または設定される。 式(II)の化合物とチオ硫酸塩イオンとの反応では、反応が進行するにつれて反応混合物は次第に酸性になることが見出された。 この場合、式(II)の化合物の本発明の反応の間、有機または無機の塩基、またはそれらの混合物を加えてpHを調節する。本発明に有用な有機塩基は好ましくは炭素数2〜14の炭化水素基をもつ3級アルキルアミンである。本発明に対する有用な無機塩基は好ましくはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物であり、最も好ましくはアルカリ金属水酸化物である。アルカリ金属水酸化物の群の中では水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが好適であり、水酸化ナトリウムが特に好適である。本発明のpH範囲を得るための塩基の中では無機塩基が好適である。しかし、本発明のpH値は本発明の反応に悪影響を与えず且つ廃水との相容性が良好な緩衝系、例えば炭酸水素ナトリウムによっても得ることができる。最適の使用量は実験によって容易に決定することができる。 式(II)の化合物とチオ硫酸イオンとの本発明の反応においてpHを調節するためには、塩基をそのまままたは他の形で水溶液として加えることができる。迅速に分配が起こり従って迅速にpHの調節を達成するためには、非常に薄い濃度の水溶液として塩基を反応混合物に添加することが好適である。水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムの場合、0.01〜15重量%、好ましくは0.1〜10重量%の水溶液が特に適している。他の塩基に対しては、実験によって最適の濃度を容易に決定することができる。 チオ硫酸塩の本発明方法における使用量は使用する式(II)の化合物に関して約200〜250モル%、好ましくは200〜240モル%、最も好ましくは200〜230モル%である。これよりも少量のチオ硫酸塩を使用することもできるが、ビス−Bunte塩の収率および含有量が低下する。同様にこれよりも多い量のチオ硫酸塩を使用することもできるが、廃水に関する環境の見地からばかりでなく生成する副成物に関しても望ましくない。 式(II)の化合物とチオ硫酸塩との本発明の反応において反応媒質として使用される水の量はあまり重要ではない。式(I)の化合物を分離する際、或いは化合物(I)を分離しないで次の反応段階を行う際に廃水を最低量にするという背景のために、式(II)の化合物の反応にはできるだけ少量の水を選ぶべきである。しかし、選ばれる水の量は、使用されるチオ硫酸塩および生成する式(I)の化合物が、反応温度において反応混合物の中にちょうど溶解するのに十分な多さの量であることが有利である。 本発明の製造法における本発明の反応温度は約80〜150℃、好ましくは85〜140℃、最も好ましくは90〜130℃である。標準的な圧力における解放系においては、反応混合物の沸騰温度が有利に使用される。本発明の文脈においてチオ硫酸イオンとの反応における式(II)の化合物の転化率は少なくとも94%、好ましくは少なくとも96%、最も好ましくは少なくとも98%である。式(II)の化合物の転化率は例えば反応混合物に関しガスクロマトグラフィ(内部標準又は外部標準)を用いて決定することができる。本発明の製造工程を行った後、チオ硫酸のS−アルキルエステルの塩の純収率(=純度×含量)は少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%、最も好ましくは少なくとも80%である。 式(II)の化合物は実質的に水に不溶であるから、本発明の反応の過程において例えば撹拌により反応混合物の良い混合が確保されるようにしなければならない。 式(I)の本発明の化合物は、式(II)の化合物の転化が完了した際に、例えば化学合成の構成ブロックとして水性反応混合物の形で使用することができる。分離した形においては、随時結晶水を含む式(I)の本発明の化合物は、例えば硫黄および促進剤と組み合わせてジエン・ゴムを架橋させるのに使用することができる。必要に応じ、式(I)の本発明の化合物は金属の陽イオンと反応させて本発明の陽イオンMe1およびMe2と交換することができる。このことは、例えば対応する金属陽イオンを含んだ陽イオン交換樹脂を用い水溶液中で行うことができる。 実施例1 内部温度計、泡計数器を備えた還流凝縮器、およびpH電極を取り付けた2リットルの撹拌式四つ口フラスコ装置に窒素を通して空気を追い出し、撹拌しながらこれに先ず300gの脱塩水、および136.5g(0.55モル)のチオ硫酸ナトリウム5水和物を装入する。チオ硫酸ナトリウムが溶解した後、38.8g(0.25モル)の1,6−ジクロロヘキサンを加えた。この弱酸性の混合物に2.5%の水酸化ナトリウム溶液を数滴加えてpHを7.2に調節した。反応容器にもう一度短時間窒素を吹き込み、この混合物を9時間還流させながら沸騰させ、この間計量ポンプにより2.5%の水酸化ナトリウム溶液を加えて反応混合物のpHを7.2±0.1(pH電極)に保った。それぞれの場合6時間および8時間反応させた後、還流凝縮器から泡計数器を短時間取り外した。それぞれの場合洗瓶を用いて脱塩水約5mlを上部から還流凝縮器の中に噴霧し、フラスコの中に滴り落ちなかった1,6−ジクロロヘキサンをフラスコの中に流し込ませて戻す。反応時間が終了した後において、pHの制御のために約15mlの2.5%水酸化ナトリウムが消費された。反応混合物は透明で且つ均一であった。短時間冷却した後、反応混合物から試料を取り出し、ガスクロマトグラフ(GC)により1,6−ジクロロヘキサンの転化率を決定した。内部標準を用いるGC分析の結果1,6−ジクロロヘキサンの残留含量は10ppmより少なかった。これは1,6−ジクロロヘキサンの転化率が99.9%より大きいことに相当している。 チオ硫酸ナトリウムと大量の塩化ナトリウムを含む反応混合物から一晩結晶化させていくぶんフワフワしたヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸二ナトリウム2水和物の沈澱を得た。この沈澱を焼結ガラスのフリットによって分離し、それぞれ約25mlのエタノールで2回洗滌し、真空乾燥器の中で50℃において乾燥した。約3.7gの細かい結晶粉末が得られ、これは元素分析によればヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸二ナトリウム2水和物に関し分析的にはあまり純粋でなかった。 C 計算値:18.46% H 計算値:4.13% C 検出値:17.3/I7.3% H 検出値:3.5/3.5% S 計算値:32.85% S 検出値:32.0/32.9% この粗製の結晶粉末のIRスペクトル(KBr)は期待した構造と一致する。 3564,3458cm−1 (結晶水) 2927,2858cm−1 (CH伸縮(CH valence)) 1619cm−1 (OH変角(OH deformation)) 1465 cm−1 (CH2,逆対称変角(CH2,asym metric deformation)) 1214,1048,654cm−1(S−SO3−1) 母液を濃縮すれば得られる生成物をさらに増加させることができる。 収率を決定するためにもう一度反応を繰返した。しかし反応混合物からGCの試料を採取することはしなかった。この反応ではヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸二ナトリウム2水和物の純収率は約93.3%である(1)。 (1) ヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸二ナトリウム2水和物の純収率は、得られた反応溶液の次のような反応の収率から下記のようにして間接的に得られる:本発明の反応溶液をジベンジルジチオカルバミン酸ナトリウム(NaBEC)の水溶液と反応させ、回収を行った後約156.9gの結晶を得た(理論値の90.5%)。HPLC(外部標準)法により1,6−ビス−(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンの含量は約96%と決定された。これによりヘキサメチレン1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンの純収率は約86.9%と決定された。水溶液中の含量が98%のヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸二ナトリウム2水和物(Duralink(R) HTS/ベルギーのFlexsys製)を上記反応と同様にして同じ反応条件で水溶液中においてNaBECと反応させると収率96%(理論値の)および含量約99%で1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンが得られる。これは96%×0.99×0.98=93.1%の純収率に相当する。従って1,6−ジクロロヘキサンとチオ硫酸ナトリウム5水和物との本発明の反応のヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸二ナトリウム2水和物の純収率は約93.3%(86.9×1/0.931=93.3%)でなければならない。 実施例2〜5 実施例1を繰返したが、1,6−ジクロロヘキサンの反応はpHが5、6、8および9の一定値で行った。特定の反応を始める前に、2.5%の水酸化ナトリウム溶液を用いて弱酸性の混合物のpHを5、6、8および9に調節した(pH電極で測定)。 すべての実施例(実施例2〜5)において、得られた反応混合物は透明であり、均一であった。 実施例2〜5に関して純収率を決定するために、これらの実施例をもう一度繰返した。しかし特定の反応混合物からGC分析の試料を採取しなかった。ヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物の純収率は実施例2を繰返した場合約91.4%(2)、実施例5を繰返した場合約90.6%(2)であった。 (2) 実施例2および5の合成に対する純収率は実施例1と同じようにそれぞれの場合に得られる反応溶液をNaBECの水溶液と反応させることによって得た。この方法においては、1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンの収率は、実施例2による反応に対しては理論値の約89.6%、含量は95%であり、実施例5による反応に対しては収率は理論値の約89.7%、含量は約94%であった。従って1,6−ジクロロヘキサンとチオ硫酸ナトリウム5水和物の本発明の反応におけるヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物の純収率は、実施例2による反応に対しては約91.4%(89.6%×0.95×1/0.931=91.4%)であり、実施例5による反応に対しては約90.6%(89.7%×0.94×1/0.931=90.6%)でなければならない。 実施例6 (特許文献4、4頁、50〜54行と同様な対照例) 実施例1の方法を繰返したが、pHの調節またはpHの補正は1,6−ジクロロヘキサンの反応の前およびその途中のいずれにも行わなかった。pHは沸騰させて反応を開始した際の約6〜7から反応時間の終りにおける約2.7まで変化した。GC分析のために僅かに不透明な外観をもつ黄色の反応混合物から試料を採取した。この試料において、1,6−ジクロロヘキサンの残留含量は約0.9%(9000ppm)と決定され、これは転化率が僅か約89%であることに相当している。 収率を決定するために、GC分析の試料を採取せずに実験を繰返した。この繰返し実験の終りにおいて、沸騰時におけるpHは約1.8であった。転化しなかった1,6−ジクロロヘキサンを標準圧力において水とともに反応混合物から共沸蒸溜によって取り出した。ジハロゲン化物、および蒸溜により除去した水の全重量約120gを脱塩水の形で再び混合物の中に加えた。ヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物の純収率は約16.4%であった。(3) (3) 純収率の決定は、この場合も実施例1と同様にして得られた反応溶液をNaBEC水溶液と反応させることにより行った。1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサン含量が約52%の粘着性のある固体約44.8g(理論値の25.8%)を得た。吸引濾過の過程で母液から分離された油状の黄色い物質をトルエンで抽出して除去する。トルエンを蒸発させて除去した後、約19.1g(理論値の11.0%)の粘稠な黄色の油を得た。これはHPLCによれば1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンの含量が約17%であった。これにより1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンの全純収率は約15.3%になる。従って従来法により1,6−ジクロロヘキサンをチオ硫酸ナトリウム5水和物と反応させた場合のヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物の純収率は約16.4%(15.3%×1/0.931=16.4%)でなければならない。 評価: 従来法に従えば、ヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物は全く不満足な純収率で得られる。 実施例7 (pH10における対照例) 実施例1の方法を繰返したが、1,6−ジクロロヘキサンの反応は初めから終りまでpH10.0±0.1においておこなった。反応開始前に、2.5%の水酸化ナトリウム溶液数滴で弱酸性の混合物のpHを10に調節した。反応期間の終りにおいて約135mlの2.5%の水酸化ナトリウム溶液が消費された。反応終了混合物は沸騰時において或る程度白色の沈澱を示した。反応終了混合物に関するGC分析の結果1,6−ジクロロヘキサンの残留含量は約23ppmであった。これは転化率が99.9%より大きいことに相当する。 反応をもう一度繰返したが、GC分析の試料の採取は行わなかった。ヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物の純収率は約63.1%(4)であった。 (4) 純収率の決定は、やはり実施例1と同様にして得られた反応溶液をNaBECの水溶液と反応させることによって行った。非常に細かい沈澱が得られた。吸引濾過を数時間行ってそれを反応混合物から分離した。この理由のために、吸引濾過器から得られた固体は洗滌しなかった。その代わりにフィルターケーキを除去し、塩化ナトリウムの飽和溶液でスラリ化し、次いでトルエンで抽出した。水性相をもう一度トルエンで抽出した。一緒にしたトルエン相を先ず飽和塩化ナトリウム溶液で洗滌し、次いで脱塩水で洗滌した。減圧下において回転蒸発器でトルエンを蒸発させ、次いで真空乾燥器中で50℃で乾燥して恆量にした後、約114.3g(理論値の66.0%)の粘稠な油が得られ、これは長時間後に結晶化した。1,6−ビス(N,N−ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサンの含量は約89%であった。従って、1,6−ジクロロヘキサンとチオ硫酸ナトリウム5水和物との反応におけるヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物の純収率は約63.1%(66.0%×0.89×1/0.931=63.1%)でなければならない。 評価: 上記の発明のpH範囲においては不十分な純収率においてのみヘキサメチレン1,6−ビスチオ硫酸の(二)ナトリウム塩(2)水和物が得られる。 式(I) Me1O3SS−(CH2)n−SSO3Me2 (I) 但し式中Me1およびMe2は同一または相異なり、それぞれ1価の金属イオンまたはアンモニウムイオンであり、nは2〜8の整数である、の化合物の製造法において、式(II) X−(CH2)n−X (II) 但し式中Xはハロゲンであり、nは式(I)で定義された値である、を80〜150℃の反応温度においてチオ硫酸イオンと反応させ、この反応の間アルコールおよび/またはグリコールを加えずに3〜9.8のpH範囲に設定し、水中において反応が行われることを特徴とする方法。 該反応の間、4〜9.4のpH範囲に設定して反応が行われることを特徴とする請求項1記載の方法。 該反応は85〜140℃の温度において行われることを特徴とする請求項1および2のいずれか1項記載の方法。 使用される式(II)の有機ジハロゲン化合物のモルに関し、200〜250モル%のチオ硫酸塩を使用することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。