【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬、香料などの中間体として有用なヒドロキシケトン類の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、特殊な設備や苛酷な反応条件を使用せずに、簡単な操作および温和な反応条件によって、副生成物であるジアセトンアルコールなどの生成を抑制しながら、ヒドロキシケトン類を高い収率で製造することのできる、工業的に実施可能なヒドロキシケトン類の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒドロキシケトン類の中でも４−ヒドロキシ−２−ブタノンは、医薬、香料などの中間体として知られている。
４−ヒドロキシ−２−ブタノンの製造方法として、アセトンとホルムアルデヒド水溶液とを圧力容器に仕込み、塩基性触媒の存在下もしくは非存在下に、高圧下で１４０〜２１０℃の温度で反応させて４−ヒドロキシ−２−ブタノンを製造する方法が知られている（特許文献１参照）。この方法では、ホルムアルデヒドは水溶液の状態で反応系に供給されるため、アセトンとホルムアルデヒドの反応は多量の水の存在下に行われる（実施例ではアセトンの質量に対して７質量％を超す水が反応系に存在する）。
【０００３】
しかしながら、この特許文献１の方法による場合は、温度１４０〜２１０℃および圧力３０〜５００気圧の高温高圧下に反応を行う必要があり、しかも４−ヒドロキシ−２−ブタノンの収率を向上させるために反応終了後短時間で１００℃以下に急冷する必要がある。そのため、工業的に実施するには、高温・高圧に耐え且つ急冷が可能な、高価で複雑な反応設備が必要であり、経済的に不利である。しかも、この方法で用いているホルムアルデヒド水溶液（市販のホルムアルデヒド水溶液）中にはホルムアルデヒドの縮合反応を抑制するメタノールが通常含まれているため、そのメタノールによりアセトンとホルムアルデヒドとの縮合反応が阻害されるという問題が生じ易い。さらに、この方法による場合は、反応終了後に未反応のアセトンを回収しようとすると、アセトン中に多量に含まれる水をアセトンから分離しなければならず、工業的に有利な方法でない。
【０００４】
また、アセトンなどの脂肪族飽和ケトンとホルムアルデヒドなどの脂肪族飽和アルデヒドをアルカリ触媒の存在下に反応させ、それにより得られた４−ヒドロキシ−２−ブタノンなどのケトールを含む反応混合物を、カチオン交換樹脂と接触させ、その後に蒸留して４−ヒドロキシ−２−ブタノンなどのケトール類を製造する方法が提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２の方法による場合も、ホルムアルデヒドなどの脂肪族飽和アルデヒドは水溶液の形態で反応系に供給されるため、脂肪族飽和ケトンと脂肪族飽和アルデヒドの反応は、多量の水の存在下（実施例１ではケトンの質量に対して３０質量％を超す水の存在下）に行われる。
【０００５】
しかしながら、この特許文献２の方法による場合は、反応により生成したケトールを含む反応混合物からのケトールの回収率は高いものの、原料化合物である脂肪族飽和ケトンに対するケトールの収率は十分に高いとは言えず、しかも反応により生成したケトールを含む反応混合物が多量の水を含有しているために、カチオン交換樹脂による処理に時間がかかるなどの問題がある。また、この方法による場合は、反応終了後に未反応の脂肪族飽和ケトンを回収しようとすると、脂肪族飽和ケトン中に多量に含まれる水を該ケトンから分離しなければならず、工業的に有利な方法であるとはいえない。さらに、この方法の実施例で用いられているような市販のホルムアルデヒド水溶液中には、上述のように、ホルムアルデヒドの縮合反応を抑制するメタノールが含まれているため、そのメタノールによってケトン（アセトン）とホルムアルデヒドとの縮合反応が阻害されるという問題が生じ易い。
【０００６】
さらに、アルカリ性触媒の存在下に、ホルムアルデヒドと化学当量以上のアセトンとを、４５℃以上沸騰に至らない温度で押し出し流れの状態で数分間反応させて４−ヒドロキシ−２−ブタノンを製造する方法が知られており（特許文献３参照）、この方法による場合もホルムアルデヒドは水溶液の形態で用いられている。
【０００７】
しかしながら、この特許文献３の方法の実施例などで使用されているようなホルムアルデヒド水溶液には通常ホルムアルデヒドの縮合反応を抑制するメタノールが含まれているため、メタノールによりアセトンとホルムアルデヒドとの縮合反応が阻害され易いという問題がある。その上、この方法を工業的に実施する場合は、化学当量以上で用いられているアセトンを回収する必要があり、アセトンの回収率は工業的に重要な要件となるが、アセトンを回収して再利用する際に反応混合液に含まれるメタノールや水をアセトンから分離する必要があり、水およびメタノールの混入を防ぎながらアセトンの回収率を上げることは工業的にかなり困難である。メタノールの混入したアセトンを４−ヒドロキシ−２−ブタノンの製造に用いた場合は、上記のようにメタノールによってアセトンとホルムアルデヒドとの縮合反応が阻害され易くなる。したがって、この方法を工業的に実施する場合は、反応系中にメタノールが蓄積しないようにアセトン回収プロセスを設計する必要があり、経済的に不利である。
【０００８】
さらに、塩基性触媒の存在下に、パラホルムアルデヒドから発生させたホルムアルデヒドと化学当量以上のケトン類とを縮合反応させて、β−ヒドロキシケトン類を製造する方法が知られている（特許文献４参照）。この方法では、反応に用いるホルムアルデヒドは、パラホルムアルデヒドを熱分解してホルムアルデヒドガスにしてそのホルムアルデヒドガスをケトン類で希釈した後に凝集トラップして得られる混合液を用いるか、パラホルムアルデヒドをケトン類に溶解してホルムアルデヒドを発生させた混合液を用いるか、またはパラホルムアルデヒドを粉砕してホルムアルデヒド易発生性微細粒子としそのホルムアルデヒド易発生性微細粒子をケトン類に分散させた分散液を用いて、かつケトン類に対して２％以上溶解度未満の水分を存在させて、ホルムアルデヒドとケトン類を反応させてβ−ヒドキシケトン類を製造する方法が採用されている。
【０００９】
しかしながら、この特許文献４の方法による場合は、パラホルムアルデヒドを熱分解する装置や粉砕する装置、パラホルムアルデヒドをケトン類に溶解する装置が別途必要であり、設備が複雑かつ高価になる。しかも、この方法では、縮合反応時に塩基性触媒の拡散をよくするためにケトン類に対して２％以上溶解度未満の水を存在させているために、反応終了後に未反応のケトン類を回収しようとするとケトン類から水を分離しなければならず、工業的に有利な方法であるとはいえない。更に、この方法では、ケトン類に対して２％以上の水を存在させて反応を行っていることにより、目的化合物であるβ−ヒドロキシケトン中での、ジアセトンアルコールなどの副生成物（不純物）の含有量が多くなり易い。ジアセトンアルコールなどの不純物は、目的化合物である４−ヒドロキシ−２−ブタノンなどのβ−ヒドロキシケトン類と蒸気圧曲線が非常に接近しており、そのためβ−ヒドロキシケトン類からジアセトンアルコールなどの不純物を工業的に除去してβ−ヒドロキシケトン類の純度を上げようとすると、数十段以上の蒸留塔が必要となり、設備的に極めて不利である。
【００１０】
【特許文献１】
***逸特許出願公告第１２７７２３５号明細書
【特許文献２】
特開昭４９−８６３１５号公報
【特許文献３】
特公昭６０−５０７７４号公報
【特許文献４】
特許第２９０６１８９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複雑で高価な設備や特殊な設備を必要とせず、簡単な操作および温和な反応条件下で、４−ヒドロキシ−２−ブタノンなどのヒドロキシケトン類を、高い収率で、工業的に有利に製造することのできる方法を提供することである。
そして、本発明の目的は、ジアセトンアルコールなどの副生成物の混入量の少ない４−ヒドロキシ−２−ブタノンなどのヒドロキシケトン類を簡単に且つ円滑に製造し得る方法を提供することである。
さらに、本発明の目的は、反応混合物から未反応のケトン類を回収して再利用する際に、ケトン類から水を分離する処理を行わなくても、回収したケトン類をそのまま再利用することのできる、ヒドロキシケトン類の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行ってきた。その結果、ケトン類とホルムアルデヒドとの反応によるヒドロキシケトン類の形成反応において、ホルムアルデヒドの水溶液を用いずに、固体状のパラホルムアルデヒドをそのまま直接使用し、ケトン類とパラホルムアルデヒドとを、塩基性触媒の存在下に、ケトン類に対して２質量％未満の水の存在下に反応させると、高温・高圧の維持や急冷が不要になり、更にはパラホルムアルデヒドの熱分解、微粉砕、溶解処理のための特別の装置が不要になり、複雑で高価な設備や特殊な設備を使用しなくても、極めて簡単な装置を用いて、簡単な操作で、常圧下および２５〜５５℃程度というような温和な反応条件下で、ジアセトンアルコールなどの副生成物の含有量の極めて少ないヒドロキシケトン類が高収率で得られることを見出した。さらに、本発明者らは、本発明者らの見出した上記方法による場合は、反応系に存在する水分量が少ないために、反応生成物から回収される未反応のケトン類中の水分含有量が極めて少なく、そのためを回収したケトン類は水分除去処理などを施さなくてもそのまま直接再利用でき、またはケトン類から水分除去する場合であってもその操作が簡単に行えることを見出し、それらの知見に基づいて本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明は、
（１） 下記の式（Ｉ）；
【００１４】
【化３】
Ｒ1−ＣＯ−ＣＨ2−Ｒ2 （Ｉ）
（式中、Ｒ1はアルキル基、Ｒ2は水素原子またはアルキル基を示す。）
で表されるケトン類とパラホルムアルデヒドを、塩基性触媒およびケトン類の質量に対して２質量％未満の水の存在下に反応させて、下記の式（II）；
【００１５】
【化４】
Ｒ1−ＣＯ−Ｃ(Ｈ)(Ｒ2)−ＣＨ2−ＯＨ （II）
（式中、Ｒ1およびＲ2は、前記と同じ基を示す。）
で表されるヒドロキシケトン類を製造することを特徴とする、ヒドロキシケトン類の製造方法である。
【００１６】
そして、本発明は、
（２） 上記の式（Ｉ）で表されるケトン類とパラホルムアルデヒドを、ケトン類の質量に対して０．２〜２質量％の水の存在下で反応させる前記（１）の製造方法；
（３） 上記の式（Ｉ）で表されるケトン類がアセトンであり、上記の式（II）で表されるヒドロキシケトン類が４−ヒドロキシ−２−ブタノンである前記（１）または（２）の製造方法；および、
（４） アセトンとパラホルムアルデヒドを、２５〜５５℃の温度で反応させる前記（３）の製造方法；
である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明では、ケトン類として、上記の式（Ｉ）で表されるケトン類を用い、該ケトン類をパラホルムアルデヒドと反応させることによって上記の式（II）で表されるヒドロキシケトン類を製造する。
上記の式（Ｉ）および式（II）において、Ｒ1はアルキル基、Ｒ2は水素原子またはアルキル基である。
Ｒ1のアルキル基としては、直鎖状アルキル基または分岐状アルキル基のいずれであってもよい。そのうちでも、Ｒ1は、炭素数１〜４の直鎖状または分岐状のアルキル基であることが好ましく、具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、２−プロピル基、ｎ−ブチル基、２−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、２−メチルプロピル基などを挙げることができる。
Ｒ2は上記のように水素原子またはアルキル基であり、Ｒ2がアルキル基である場は、直鎖状アルキル基または分岐状アルキル基のいずれであってもよい。Ｒ2がアルキル基である場合は、炭素数１〜４の直鎖状または分岐状のアルキル基であることが好ましく、具体例としては、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、２−プロピル基、ｎ−ブチル基、２−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、２−メチルプロピル基などを挙げることができる。
Ｒ2がアルキル基である場合は、Ｒ1とＲ2は、同じアルキル基であっても、または互いに異なるアルキル基であってもいずれでもよい。
そのうちでも、Ｒ1がメチル基で、Ｒ2が水素原子またはメチル基であることが好ましく、Ｒ1がメチル基で、Ｒ2が水素原子であることがより好ましい。
【００１８】
式（Ｉ）で表されるケトン類［以下単に「ケトン類」ということがある］の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルｎ−プロピルケトン、メチル２−プロピルケトン、メチルｎ−ブチルケトン、メチル２−ブチルケトン、メチル２−メチルプロピルケトン、メチルｔｅｒｔ−ブチルケトン、ジエチルケトンなどを挙げることができる。
そのうちでも、ケトン類としては、上記のように、上記の式(Ｉ)においてＲ1がメチル基でＲ2が水素原子であるアセトン、またはＲ1がメチル基でＲ2がメチル基であるメチルエチルケトンが好ましく用いられ、その場合は上記の式（II）で表されるヒドロキシケトン［以下これを単に「ヒドロキシケトン類」ということがある］として、４−ヒドロキシ−２−ブタノンおよび４−ヒドロキシ−３−メチル−２−ブタノンがそれぞれ生成する。特に、本発明の方法は、ケトン類としてアセトンを用いて、４−ヒドロキシ−２−ブタノンを工業的に製造するのに適する方法である。
【００１９】
本発明で用いるパラホルムアルデヒドは一般に固形状を呈しており、入手可能なパラホルムアルデヒドであればいずれも使用できる。固形状のパラホルムアルデヒドとしては各種形状のものが使用可能であり、粉末状以外のもの（例えばペレット状、塊状のものなど）を本発明の製造方法に使用する場合には、事前に粉砕して細粒状または粉末状とした後に反応に使用することも可能である。但し、本発明においては、工業的に入手可能な粒状のパラホルムアルデヒドをそのまま用いることが粉砕装置などを必要とせず、設備が簡単になることから好ましい。
【００２０】
パラホルムアルデヒドおよびケトン類の使用割合は、パラホルムアルデヒドから理論的に発生するホルムアルデヒドとケトン類とのモル比で、通常、１：５〜１：３０の範囲であることが好ましく、１：１０〜１：２０の範囲であることがより好ましい。パラホルムアルデヒドから理論的に発生するホルムアルデヒド１モルに対してケトン類の割合が５モル未満であると、ケトン類にホルムアルデヒドが２分子反応したジメチロール体の生成量が多くなり、目的物の収率が低くなるため好ましくない。一方、パラホルムアルデヒドから理論的に発生するホルムアルデヒド１モルに対してケトン類の割合が３０モルを超えると、ケトン類の縮合生成物（ケトン類が例えばアセトンの場合はジアセトンアルコール）の生成量が増え、目的物であるヒドロキシケトン類（ケトンがアセトンである場合は４−ヒドロキシ−２−ブタノン）の蒸留操作時の分離効率が低下して、結果的に目的物であるヒドロキシケトン類（ケトンがアセトンである場合は４−ヒドロキシ−２−ブタノン）の製品収率が低下するので好ましくない。しかも、未反応ケトン類の回収量も多くなり、工業的スケールで実施する場合には、単位目的生成物あたりの装置規模、製造効率、エネルギーコストが大きくなるという問題がある。
【００２１】
本発明において、ケトン類とパラホルムアルデヒドとの反応に用いる塩基性触媒としては、無機塩基および有機塩基のいずれでもよく、そのうちでも無機塩基が後処理の際に容易かつ効率よく中和できる点で好ましい。塩基性触媒の具体例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどアルカリ金属水酸化物；水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物；炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩；炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩；ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、リチウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムイソプロポキシド、カリウムｔｅｒｔ−ブトキシドなどのアルコキシド類；アルカリ金属又はアルカリ土類金属の有機酸塩などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。これら塩基性触媒のうちでも、アルカリ金属水酸化物が好ましく用いられ、特に水酸化リチウムおよび水酸化ナトリウムの一方または両方がよりより好ましく用いられる。
【００２２】
塩基性触媒の使用量は、塩基性触媒の種類、ケトン類の種類などにより異なり得るが、一般的には、パラホルムアルデヒドから理論的に発生するホルムアルデヒド１モルに対して０．００１〜０．１モルの割合で使用することが好ましく、０．００１〜０．０１モルの割合で使用することがより好ましい。塩基性触媒の使用量が０．００１モルよりも少ないと反応速度が遅くなって実用的でなくなり易く、一方０．１モルよりも多いと反応速度が速くなり過ぎて反応の制御が難しくなり易い。
【００２３】
本発明では、ケトン類とパラホルムアルデヒドとを塩基性触媒の存在下で反応させるに当たって、その反応を、ケトン類の質量に対して、２質量％未満の水の存在下に行うことが必要であり、０．２質量％以上２質量％未満の水の存在下で行うことが好ましく、０．２〜１．５質量％の水の存在下で行うことがより好ましく、０．５〜１．５質量％の水の存在下で行うことが更に好ましい。
水の量がケトン類の質量に対して２質量％以上であると、ケトン類の縮合生成物（ケトン類が例えばアセトンの場合はジアセトンアルコール）の生成量が増え、得られるヒドロキシケトン類の純度が低下する。また、水の量がケトン類の質量に対して０．２質量％未満である場合は、反応の進行が遅くなり易くなったり、生成したヒドロキシケトン類とホルムアルデヒドとが反応し易くなり、ヒドロキシケトン類の純度が低下する。
ここで本発明における「ケトン類とパラホルムアルデヒドを、ケトン類の質量に対して２質量％未満の水の存在下で反応させる」とは、ケトン類とパラホルムアルデヒドを含む反応系に、「水」自体として添加される水および塩基性触媒水溶液などの形態で添加される水の合計質量が、反応に用いられるケトン類の質量に対して２質量％未満となっている反応系でケトン類とパラホルムアルデヒドを反応させることを意味する。
そのため、塩基性触媒を水溶液の形態で添加し、塩基性触媒水溶液の形態で反応系に供給される水の量がケトン類の質量に対して前記した０．２質量％以上２質量％未満の量となる場合は、水を新たに添加しなくてもよいし、または水の合計質量がケトン類の質量に対して２質量％以上にならないように注意しながら水を別途反応系に添加してもよい。
本発明で用いる水としては、工業用水、井戸水、水道水、イオン交換水、蒸留水などを挙げることができ、そのうちでも水道水、イオン交換水、蒸留水が好ましく用いられる。
【００２４】
本発明の製造方法にしたがってケトン類とパラホルムアルデヒドを反応させる際の反応温度は特に制限されず、ケトン類の種類などに応じて適当な温度を採用することができる。ケトン類が例えばアセトンである場合は、通常、２５〜５５℃、特に３５〜５０℃の温度で１〜６０分間程度反応させる方法が好ましく採用される。その際の反応圧力は特に制限されないが、一般的には、９５〜５１０ＫＰａの圧力、特に９５〜１０２ＫＰａの圧力が好ましく採用される。アセトンとパラホルムアルデヒドとを反応させるに当たって、反応温度が２５℃未満であると反応速度が遅くなり易い。一方、反応温度が５５℃を超えると反応速度が速くなり過ぎて反応の制御が困難になり易く、また反応液の沸騰が生じてアセトンとパラホルムアルデヒドとの比率が変化し易くなる。
本発明では、特別に高い温度や高い圧力を採用せずに、前記したような温和な温度および圧力条件下に反応が円滑に進行し、ケトン類の縮合生成物（ケトン類が例えばアセトンの場合はジアセトンアルコール）の生成を抑制しながら、目的物であるヒドロキシケトン類を高収率で得ることができるので、特別の耐圧・耐熱設備を必要としない。
【００２５】
本発明の製造方法は、バッチ反応または連続反応のいずれで行ってもよい。
反応を行う際の原料の仕込み方や仕込み順序などは特に制限されないが、バッチ反応による場合は、例えば、攪拌機付の反応器に、ケトン類とパラホルムアルデヒド、および必要に応じて水を任意の順序で仕込み、所定の温度に加温した後に、塩基性触媒を投入して、反応系に存在する水の量がケトン類の質量に対して２質量％未満であるように調整して反応を開始し、所定時間（通常１〜６０分程度）反応を行う。反応系に水を投入する場合は、水をアセトンに事前に均一に溶解させた後に反応器に投入してもよいし、または水を単独で反応器に投入してもよい。また、塩基性触媒は、固体のまま反応器に投入してもよいし、または事前に水に溶解して塩基性触媒水溶液として反応器に投入してもよい。いずれにせよ、反応液中での水の量がケトン類の質量の対して２質量％未満、好ましくは上記した０．２質量％以上２質量％未満の範囲となるように調整する。
反応の終了後は、反応生成液を中和剤により中和することが好ましい。中和剤としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸など無機酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、酒石酸などの有機酸などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
【００２６】
また、連続反応による場合は、例えば、攪拌機付の反応器に、ケトン類を投入するためのフィードライン、パラホルムアルデヒドを投入するためのスクリューフィーダーなどの搬送手段を有する投入ライン、および塩基性触媒水溶液を投入するためのフィードラインを設けておき、必要に応じて水を投入するためのフィードラインを更に設け、所定量のケトン類、パラホルムアルデヒド、塩基性触媒水溶液および必要に応じて水を反応器に連続的に供給し、所定の温度（例えばケトン類としてアセトンを用いる場合は好ましくは２５〜５５℃）で反応させればよい。その際の反応器での滞留時間は特に制限されないが、一般的には１〜６０分の滞留時間が好ましく採用される。そして、反応液の所定量を連続して反応器から抜き出し、攪拌機付中和槽へ送る。攪拌混合が不足する反応器を用いる場合は、攪拌機付反応器を２器もしくは３器を直列につなげて反応を行っても問題はない。攪拌機付中和槽へ連続的にフィードされた反応液は、反応液中に存在する塩基性触媒と化学当量の中和剤を連続的にフィードし、１〜２０分間混合することによって中和される。中和剤としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸など無機酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、酒石酸などの有機酸などを挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
【００２７】
中和された反応液は、蒸発回収釜へ送り、大気圧下に、未反応のケトン類および場合により水の一部または全部を蒸発回収する。或いは、中和された反応液を連続的に流下式薄膜蒸発装置、強制攪拌式薄膜蒸発装置などの蒸発装置に送り、未反応のケトン類および場合により水の一部または全部を蒸発回収する。ここで得られた含水ケトン類は、水濃度を調整した後に次反応に使用できる。本発明の方法による場合は、反応系に存在する水の量がケトン類の質量に対して２質量％未満と極めて少ないため、回収した未反応のケトン類に含まれる水量も少なく、かかる点から場合によっては回収したケトン類をそのまま次反応に用いることができ、また回収したケトン類に含まれる水分を除去してからケトン類を次反応に利用する場合であっても除去すべき水分量が極めて少ないため回収したケトン類からの水分の除去操作を簡単に行うことができる。
【００２８】
未反応のケトン類および場合により水の一部または全部を除去した後の濃縮された反応液を、例えば理論段数２０段程度の蒸留塔などを使用して真空蒸留することによって、ケトン類の縮合物（ケトン類がアセトンである場合はジアセトンアルコール）や高沸化合物などの副生成物を含まないか、副生成物の含有量の少ないヒドロキシケトン類を得ることができる。
【００２９】
【実施例】
以下に、実施例などによって本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の例によって何ら限定されるものではない。
【００３０】
《実施例１》
（１） アセトン４３５ｇ、パラホルムアルデヒド（スペインＦＯＲＭＯＬ ＹＤＥＲＩＶＡＤＯＳ，ＳＡ社製 純度９２質量％、以下同じ）１５．８ｇ、蒸留水５．５ｇを混合して反応液を調製し、この反応液を加熱して内温を４０℃とした後、１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１ｍｌを投入して２０分間撹拌反応させた（アセトンの質量に対する反応系中の水分含量１．５質量％）。なお、この実施例１では、パラホルムアルデヒドは反応開始後３分で反応液中に溶解した。
（２） 上記（１）の反応終了後、反応生成液に０．０５ｍｏｌ／リットルの硫酸１０ｍｌを投入し中和した。これにより得られた中和後の反応生成液について、内部標準分析法でガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは１８ｇ、一方ジアセトンアルコールは０．４ｇ生成していた。この実施例１において、ホルムアルデヒドの転化率は５７％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は７４％であった。
下記の表１に、この実施例１における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３１】
《実施例２》
実施例１において、反応液の内温を５０℃とした後、１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１ｍｌを投入して１０分間撹拌反応させた以外は、実施例１と同様にしてアセトンとパラホルムアルデヒドとの反応およびそれにより得られた反応生成液の中和を行った。なおこの実施例では、パラホルムアルデヒドは反応開始後、２分で反応液中に溶解した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは２０ｇ生成しており、一方ジアセトンアルコールは全く生成していなかった。この実施例２におけるホルムアルデヒドの転化率は６３％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は７５％であった。
下記の表１に、この実施例２における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３２】
《実施例３》
実施例１において、蒸留水５．５ｇを添加せずに、６０分間撹拌反応させた以外は実施例１と同様にして反応液を調製し（反応液中でのアセトンの質量に対する水分の含有量０．２３質量％）、アセトンとパラホルムアルデヒドとの反応およびそれにより得られた反応生成液の中和を行った。なお、この実施例３では、パラホルムアルデヒドは反応開始後、５５分で反応液中に溶解した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは１２ｇ生成しており、一方ジアセトンアルコールは全く生成していなかった。この実施例３におけるホルムアルデヒドの転化率は４４％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は６４％であった。
下記の表１に、この実施例３における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３３】
《比較例１》
実施例１において、蒸留水５．５ｇを添加せず、また１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１ｍｌの代わりに０．１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌを投入した以外は、実施例１と同様にして反応液を調製し（反応液中でのアセトンの質量に対する水分の含有量２．３質量％）、アセトンとパラホルムアルデヒドとの反応およびそれにより得られた反応生成液の中和を行った。なお、この比較例１では、パラホルムアルデヒドは０．１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液を投入後すぐに溶解した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは１７ｇ、一方ジアセトンアルコールは１ｇ生成していた。この比較例１におけるホルムアルデヒドの転化率は５９％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は６７％であった。
下記の表１に、この比較例１における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３４】
《比較例２》
実施例１において、蒸留水５．５ｇおよび１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１ｍｌの代わりに、蒸留水１０ｇおよび０．１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌを用いた以外は、実施例１と同様にして反応液を調製し（反応液中でのアセトンの質量に対する水分の含有量４．６質量％）、アセトンとパラホルムアルデヒドとの反応およびそれにより得られた反応生成液の中和を行った。なお、この比較例２では、パラホルムアルデヒドは０．１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液を投入後すぐに溶解した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは１７ｇ、一方ジアセトンアルコールは２ｇ生成していた。この比較例２におけるホルムアルデヒドの転化率は６３％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は６２％であった。
下記の表１に、この比較例２における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３５】
《比較例３》
実施例１において、蒸留水５．５ｇおよび１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１ｍｌの代わりに、蒸留水８０ｇおよび０．１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌを用いた以外は、実施例１と同様にして反応液を調製し（反応液中でのアセトンの質量に対する水の含有量２１質量％）、アセトンとパラホルムアルデヒドと反応およびそれにより得られた反応生成液の中和を行った。なお、この比較例３では、パラホルムアルデヒドは０．１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液を投入後すぐに溶解した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは２０ｇ、一方ジアセトンアルコールは３ｇ生成していた。この比較例３におけるホルムアルデヒドの転化率は６７％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は７０％であった。
下記の表１に、この比較例３における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
上記の表１の結果にみるように、アセトンの質量に対して２．０質量％未満の水の存在下に、アセトンとパラホルムアルデヒドを塩基性触媒（水酸化ナトリウム）を用いて反応させて４−ヒドロキシ−２−ブタノンを製造した実施例１〜３による場合は、副生成物であるジアセトンアルコールが生成しないか、または生成してもその量が極めて少ないのに対して、アセトンの質量に対して２．０質量％を超える水の存在下にアセトンとパラホルムアルデヒドとを塩基性触媒（水酸化ナトリウム）を用いて反応させて４−ヒドロキシ−２−ブタノンを製造した比較例１〜３では、副生成物であるジアセトンアルコールの生成量が実施例１〜３に比べて大幅に多くなっている。
【００３８】
《実施例４》
（１） アセトン４３５ｇ、パラホルムアルデヒド１５．８ｇ、蒸留水３．５ｇを混合して反応液を調製し（反応液中でのアセトンの質量に対する水の含有量１．５質量％）、加熱によりこの反応液の内温を５０℃とした後、１ｍｏｌ／リットルの水酸化リチウム水溶液３ｍｌを投入して３０分間撹拌反応させた。なお、この実施例４では、パラホルムアルデヒドは反応開始後、７分で反応液中に溶解した。
（２） 上記（１）の反応終了後、反応生成液に１ｍｏｌ／リットルの塩酸３ｍｌを投入して反応生成液を中和した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは２５ｇ、一方ジアセトンアルコールは０．４ｇ生成していた。
この実施例４におけるホルムアルデヒドの転化率は６１％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は９３％であった。
下記の表２に、この実施例４における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００３９】
《比較例４》
（１） アセトン４３５ｇ、パラホルムアルデヒド１５．８ｇ、蒸留水３６．３ｇを混合して反応液を調製し（反応液中でのアセトンの質量に対する水の含有量８．３質量％）、加熱によりこの反応液の内温を５０℃とした後、粉末の水酸化リチウム０．２４ｇを投入して３０分間撹拌反応させた。なお、この比較例４では、パラホルムアルデヒドおよび水酸化リチウムは、反応開始後、すぐに反応液中に溶解した。
（２） 上記（１）の反応終了後、反応生成液に１ｍｏｌ／リットルの塩酸１０ｍｌを投入し中和した。これにより得られた中和後の反応生成について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは２５ｇ、一方ジアセトンアルコールは４ｇ生成していた。この比較例４におけるホルムアルデヒドの転化率は６５％、４−ヒドロキシ−２−ブタノンの選択率は９０％であった。
下記の表２に、この比較例４における反応系中の水分含量、反応温度、反応時間、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとジアセトンアルコールの生成量をまとめた結果を示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
上記の表２の結果にみるように、アセトンの質量に対して２．０質量％未満のの水の存在下に、アセトンとパラホルムアルデヒドを塩基性触媒（水酸化リチウム）を用いて反応させて４−ヒドロキシ−２−ブタノンを製造した実施例４による場合は、副生成物であるジアセトンアルコールの生成量が極めて少ないのに対して、アセトンの質量に対して２．０質量％を超える水の存在下にアセトンとパラホルムアルデヒドとを塩基性触媒（水酸化リチウム）を用いて反応させて４−ヒドロキシ−２−ブタノンを製造した比較例４では、副生成物であるジアセトンアルコールの生成量が実施例４に比べて大幅に多くなっている。
【００４２】
《実施例５》
（１） 攪拌機を有する１０リットルの４つ口フラスコに、アセトン５６６０ｇ、パラホルムアルデヒド（三菱ガス化学社製、純度９２質量％）２０５ｇおよび水道水７１．５ｇを仕込んだ後、温度５０℃に加熱し、次いで１ｍｏｌ／リットルの水酸化ナトリウム水溶液１３ｍｌを投入して反応液を調製し（反応系中でのアセトンの質量に対する水の量１．５質量％）、撹拌下に１０分間反応させた。反応終了後、これにより得られた反応生成液に０．０５ｍｏｌ／リットルの硫酸１３０ｍｌを投入して中和した。中和後の反応生成液について、実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは２６５ｇ、一方ジアセトンアルコールは４ｇ生成していた。
（２） 反応生成液を収容している反応器にクライゼン蒸留装置をつけて反応生成液を攪拌下に加熱し、アセトンを大気圧下で蒸発させた。留出物がなくなった時点で、真空蒸留に切り替え、真空度をボトム液の状態および留出液の留出量を見ながら、１４．７ＫＰａ（１１０ｍｍＨｇ）に変更して、さらにアセトンおよび水を留出し、反応生成液を濃縮した。その後、受器を変更し、さらに真空度を下げ、最終的に０．６７ＫＰａ（５ｍｍＨｇ）の真空下で反応生成物を留出させ、３２６ｇの留出液を得た。これを、ヘリパックＮｏ２を充填した理論段数２０段の蒸留塔を用いて、０．６７ＫＰａ（５ｍｍＨｇ）の真空下に、真空蒸留を行い、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノン２３０ｇを得た（反応器に仕込んだホルムアルデヒド量に基づく４−ヒドロキシ−２−ブタノンの収率４２％）。
【００４３】
《比較例５》
（１） 実施例５において、水道水７１．５ｇの代わりに水道水を１３０ｇとした以外は実施例５と同様にして反応液を調製し（反応系中でのアセトンの質量に対する水の含有量は２．５質量％）、アセトンとパラホルムアルデヒドとの反応および得られた反応生成液の中和を行い、中和後の反応生成液について実施例１と同様にしてガスクロマトグラフィー分析を行ったところ、目的とする４−ヒドロキシ−２−ブタノンは２３４ｇ、一方ジアセトンアルコールは１４ｇ生成していた。
（２） 反応生成液を収容している反応器にクライゼン蒸留装置をつけ、実施例５と同様の操作を行って、反応生成液を濃縮し、最終的に濃縮留出液３１５ｇを得た。これを、ヘリパックＮｏ２を充填した理論段数２０段の蒸留塔を用いて実施例５と同様の真空蒸留を実施した。この比較例５では反応生成液中にジアセトンアルコールが多く含まれていたことから、蒸留収率が低下し、得られた４−ヒドロキシ−２−ブタノンの質量は１５０ｇであった（反応器に仕込んだホルムアルデヒド量に基づく４−ヒドロキシ−２−ブタノンの収率２７％）。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の方法による場合は、ヒドロキシケトン類からの分離が困難なケトン類の縮合物（ケトンがアセトンの場合はジアセトンアルコール）の生成を抑制しながら、目的とするヒドロキシケトン類を高収率で円滑に製造することができる。
特に、目的物であるヒドロキシケトン類（ケトンとしてアセトンを用いた場合４−ヒドロキシ−２−ブタノン）と、ケトン縮合物（ケトンがアセトンの場合はジアセトンアルコール）は、一般に、蒸気圧曲線が非常に接近しているので、両者を分離するためには数十段以上の段数を有する蒸留塔が必要であり、工業的には、縮合反応においてケトン縮合物の生成を極力抑制することが非常に重要であるが、本発明の方法による場合は、ケトン縮合物の生成を大きく抑制できるので、目的物であるヒドロキシケトン類（ケトンとしてアセトンを用いた場合は４−ヒドロキシ−２−ブタノン）からのケトン縮合物（ケトンがアセトンの場合はジアセトンアルコール）の分離を簡単に且つ円滑に行うことができる。
【００４５】
本発明の方法による場合は、パラホルムアルデヒドの熱分解装置、粉砕装置、溶解装置などを別途設けることなく、工業的に入手可能な粒状のパラホルムアルデヒドをそのまま用いて、簡単で且つ安価な設備を使用して、目的とするヒドロキシケトン類を良好な作業性で円滑に製造することができる。
さらに、本発明の方法による場合は、反応系に存在させる水の量がケトン類の質量に対して２質量％未満と極めて少ないため、回収した未反応のケトン類に含まれる水量も少なく、かかる点から場合によっては回収したケトン類をそのまま次反応に用いることができ、また回収したケトン類に含まれる水分を除去してからケトン類を次反応に利用する場合であっても除去すべき水分量が極めて少ないので回収したケトン類からの水分の除去操作を簡単に行うことができる。
また、本発明による場合は、高温・高圧の維持や急冷が不要であり、簡単な設備を用いて、温和な温度および圧力下に反応を行って、目的とするヒドロキシケトン類を高収率で得ることができ、高温・高圧維持や、急冷用設備などを有する複雑で高価な設備や特殊な設備を使用する必要がない。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing hydroxyketones useful as intermediates such as medicines and fragrances. More specifically, the present invention provides a simple method of operation and mild reaction conditions without using special equipment and severe reaction conditions, while suppressing the production of diacetone alcohol and the like by-products. The present invention relates to an industrially practicable method for producing hydroxyketones, which can produce ketones in high yield.
[0002]
[Prior art]
Among hydroxyketones, 4-hydroxy-2-butanone is known as an intermediate for medicines, fragrances and the like.
As a method for producing 4-hydroxy-2-butanone, acetone and an aqueous formaldehyde solution are charged into a pressure vessel and reacted at a temperature of 140 to 210 ° C. under a high pressure in the presence or absence of a basic catalyst. A method for producing hydroxy-2-butanone is known (see Patent Document 1). In this method, since formaldehyde is supplied to the reaction system in the form of an aqueous solution, the reaction between acetone and formaldehyde is performed in the presence of a large amount of water (in the example, water exceeding 7% by mass relative to the mass of acetone is used). Present in the reaction system).
[0003]
However, according to the method of Patent Document 1, it is necessary to carry out the reaction at a high temperature and a high pressure of 140 to 210 ° C. and a pressure of 30 to 500 atm, and to improve the yield of 4-hydroxy-2-butanone. It is necessary to rapidly cool to 100 ° C. or less in a short time after the completion of the reaction. Therefore, for industrial implementation, expensive and complicated reaction equipment capable of withstanding high temperature and high pressure and capable of rapid cooling is required, which is economically disadvantageous. Moreover, since the formaldehyde aqueous solution (commercially available formaldehyde aqueous solution) used in this method usually contains methanol that suppresses the condensation reaction of formaldehyde, the methanol inhibits the condensation reaction between acetone and formaldehyde. Problems easily occur. Further, in the case of this method, if unreacted acetone is to be recovered after completion of the reaction, a large amount of water contained in acetone must be separated from acetone, which is not an industrially advantageous method.
[0004]
Further, an aliphatic saturated ketone such as acetone is reacted with an aliphatic saturated aldehyde such as formaldehyde in the presence of an alkali catalyst, and the resulting reaction mixture containing ketol such as 4-hydroxy-2-butanone is subjected to cation exchange. A method of producing a ketol such as 4-hydroxy-2-butanone by contacting with a resin and then distilling the same has been proposed (see Patent Document 2). Also according to the method of Patent Document 2, since the aliphatic saturated aldehyde such as formaldehyde is supplied to the reaction system in the form of an aqueous solution, the reaction between the aliphatic saturated ketone and the aliphatic saturated aldehyde is performed in the presence of a large amount of water ( Example 1 is carried out in the presence of more than 30% by weight of water, based on the weight of ketone).
[0005]
However, according to the method of Patent Document 2, although the recovery of ketol from a reaction mixture containing ketol generated by the reaction is high, the yield of ketol with respect to the aliphatic saturated ketone as a raw material compound is not sufficiently high. In addition, since the reaction mixture containing ketol generated by the reaction contains a large amount of water, there is a problem that the treatment with the cation exchange resin takes a long time. In addition, in the case of using this method, if an unreacted saturated aliphatic ketone is to be recovered after the completion of the reaction, a large amount of water contained in the saturated aliphatic ketone must be separated from the ketone, which is industrially advantageous. This is not a simple method. Furthermore, since the commercially available aqueous formaldehyde solution used in the embodiment of this method contains methanol, which suppresses the condensation reaction of formaldehyde, as described above, ketone (acetone) is removed by the methanol. The problem that the condensation reaction with formaldehyde is hindered is likely to occur.
[0006]
Furthermore, there is a method for producing 4-hydroxy-2-butanone by reacting formaldehyde with acetone having a chemical equivalent or more in the presence of an alkaline catalyst at a temperature not exceeding 45 ° C. for a few minutes in an extrusion flow state at a temperature not causing boiling. It is known (see Patent Document 3), and also in this method, formaldehyde is used in the form of an aqueous solution.
[0007]
However, since the formaldehyde aqueous solution used in the examples of the method of Patent Document 3 contains methanol which normally suppresses the condensation reaction of formaldehyde, the methanol inhibits the condensation reaction between acetone and formaldehyde. There is a problem that it is easy to be done. In addition, when this method is carried out industrially, it is necessary to recover acetone used in a chemical equivalent or more, and the recovery rate of acetone is an industrially important requirement. When reused, it is necessary to separate methanol and water contained in the reaction mixture from acetone, and it is industrially quite difficult to increase the recovery of acetone while preventing water and methanol from being mixed. When acetone mixed with methanol is used for producing 4-hydroxy-2-butanone, the condensation reaction between acetone and formaldehyde is likely to be inhibited by methanol as described above. Therefore, when performing this method industrially, it is necessary to design an acetone recovery process so that methanol does not accumulate in the reaction system, which is economically disadvantageous.
[0008]
Furthermore, there is known a method for producing β-hydroxyketones by subjecting formaldehyde generated from paraformaldehyde and a ketone having a chemical equivalent or more to a condensation reaction in the presence of a basic catalyst (see Patent Document 4). ). In this method, the formaldehyde used in the reaction is obtained by thermally decomposing paraformaldehyde to formaldehyde gas, diluting the formaldehyde gas with ketones, and then trapping the mixture, or dissolving paraformaldehyde in ketones. Using a mixture in which formaldehyde is generated by using a mixed solution, or using a dispersion in which paraformaldehyde is pulverized to form formaldehyde-easily-producible fine particles and the formaldehyde-easily-producible fine particles are dispersed in ketones, and A method of producing β-hydroxyketones by reacting formaldehyde with ketones in the presence of 2% or more and less than the solubility of water.
[0009]
However, in the case of the method of Patent Document 4, a device for thermally decomposing paraformaldehyde, a device for pulverizing it, and a device for dissolving paraformaldehyde in ketones are additionally required, and the equipment becomes complicated and expensive. Moreover, in this method, since water having a solubility of 2% or more and less than the solubility of ketones is present in order to improve the diffusion of the basic catalyst during the condensation reaction, unreacted ketones will be recovered after the completion of the reaction. In this case, water must be separated from ketones, which is not an industrially advantageous method. Further, in this method, the reaction is carried out in the presence of 2% or more of water with respect to the ketones, so that by-products such as diacetone alcohol (impurities) in the target compound β-hydroxyketone are obtained. ) Tends to increase. Impurities such as diacetone alcohol have very close vapor pressure curves to β-hydroxyketones such as 4-hydroxy-2-butanone, which is the target compound. To increase the purity of β-hydroxyketones by industrially removing impurities, several tens or more distillation columns are required, which is extremely disadvantageous in terms of equipment.
[0010]
[Patent Document 1]
West German Patent Application Publication No. 1277235
[Patent Document 2]
JP-A-49-86315
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 60-50774
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 2906189
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to produce hydroxyketones such as 4-hydroxy-2-butanone in a high yield under a simple operation and under mild reaction conditions without the need for complicated and expensive equipment or special equipment. An object of the present invention is to provide a method which can be produced industrially advantageously.
An object of the present invention is to provide a method capable of easily and smoothly producing hydroxyketones such as 4-hydroxy-2-butanone having a small amount of by-products such as diacetone alcohol.
Furthermore, an object of the present invention is to recover and reuse unreacted ketones from a reaction mixture without performing a process of separating water from the ketones. To provide a method for producing hydroxyketones.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have intensively studied to achieve the above object. As a result, in the formation reaction of hydroxyketones by the reaction between ketones and formaldehyde, solid paraformaldehyde is directly used as it is without using an aqueous solution of formaldehyde, and the ketones and paraformaldehyde are converted to a basic catalyst. When it is reacted in the presence of ketones in the presence of less than 2% by weight of water, maintaining high temperature and high pressure and quenching are unnecessary, and furthermore, for thermal decomposition, pulverization and dissolution treatment of paraformaldehyde No special equipment is required, and without using complicated and expensive equipment or special equipment, it is possible to use a very simple device, perform simple operations, and operate under normal pressure and at a temperature of about 25 to 55 ° C. It has been found that hydroxyketones having a very low content of by-products such as diacetone alcohol can be obtained in a high yield under a good reaction condition. Furthermore, the present inventors have found that, in the case of the above-mentioned method found by the present inventors, the water content in the unreacted ketones recovered from the reaction product is small because the amount of water present in the reaction system is small. Found that ketones recovered from the ketones can be directly reused without water removal treatment, or that the operation can be easily performed even when water is removed from ketones. The present invention has been completed based on the findings.
[0013]
That is, the present invention
(1) the following formula (I);
[0014]
Embedded image
R 1 -CO-CH Two -R Two (I)
(Where R 1 Is an alkyl group, R Two Represents a hydrogen atom or an alkyl group. )
Is reacted with paraformaldehyde in the presence of less than 2% by mass of water with respect to the mass of the basic catalyst and ketones, to give the following formula (II):
[0015]
Embedded image
R 1 -CO-C (H) (R Two ) -CH Two -OH (II)
(Where R 1 And R Two Represents the same group as described above. )
A method for producing hydroxyketones, characterized by producing hydroxyketones represented by the formula:
[0016]
And the present invention
(2) The method according to (1), wherein the ketones represented by the formula (I) and paraformaldehyde are reacted in the presence of 0.2 to 2% by mass of water based on the mass of the ketones;
(3) The above (1) or (2), wherein the ketone represented by the above formula (I) is acetone, and the hydroxyketone represented by the above formula (II) is 4-hydroxy-2-butanone. )); And
(4) The method according to (3), wherein acetone and paraformaldehyde are reacted at a temperature of 25 to 55 ° C;
It is.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, the ketones represented by the above formula (I) are used as ketones, and the ketones are reacted with paraformaldehyde to produce the hydroxy ketones represented by the above formula (II). .
In the above formulas (I) and (II), R 1 Is an alkyl group, R Two Is a hydrogen atom or an alkyl group.
R 1 May be either a linear alkyl group or a branched alkyl group. Among them, R 1 Is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, a 2-propyl group, an n-butyl group, -Butyl group, tert-butyl group, 2-methylpropyl group and the like.
R Two Is a hydrogen atom or an alkyl group as described above; Two When is an alkyl group, it may be either a linear alkyl group or a branched alkyl group. R Two Is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, a 2-propyl group , N-butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, 2-methylpropyl group and the like.
R Two Is an alkyl group, R 1 And R Two May be the same alkyl group or different alkyl groups.
Among them, R 1 Is a methyl group and R Two Is preferably a hydrogen atom or a methyl group; 1 Is a methyl group and R Two Is more preferably a hydrogen atom.
[0018]
Specific examples of ketones represented by the formula (I) [hereinafter sometimes simply referred to as “ketones”] include acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, methyl 2-propyl ketone, methyl n-butyl ketone, methyl Examples thereof include 2-butyl ketone, methyl 2-methylpropyl ketone, methyl tert-butyl ketone, and diethyl ketone.
Among them, ketones include, as described above, R in the above formula (I). 1 Is a methyl group and R Two Is a hydrogen atom, or R 1 Is a methyl group and R Two Is preferably a methyl group, in which case 4-hydroxy-2-butanone is used as the hydroxyketone represented by the above formula (II) [hereinafter sometimes simply referred to as “hydroxyketones”]. And 4-hydroxy-3-methyl-2-butanone, respectively. In particular, the method of the present invention is a method suitable for industrially producing 4-hydroxy-2-butanone using acetone as a ketone.
[0019]
Paraformaldehyde used in the present invention is generally in a solid state, and any available paraformaldehyde can be used. As the solid paraformaldehyde, various forms can be used, and when a non-powder (for example, a pellet, a lump, etc.) is used in the production method of the present invention, it must be ground beforehand. It is also possible to use it for the reaction after making it into fine particles or powder. However, in the present invention, it is preferable to use industrially available granular paraformaldehyde as it is because a pulverizer or the like is not required and the equipment is simplified.
[0020]
The use ratio of paraformaldehyde and ketones is usually preferably in the range of 1: 5 to 1:30 in terms of the molar ratio of formaldehyde and ketones theoretically generated from paraformaldehyde, and is preferably in the range of 1:10 to 1:30. : 20 is more preferable. If the proportion of ketones is less than 5 moles per mole of formaldehyde theoretically generated from paraformaldehyde, the amount of dimethylol formed by reaction of two molecules of formaldehyde with ketones increases, and the yield of the desired product is reduced. It is not preferable because it becomes low. On the other hand, if the proportion of ketones exceeds 30 moles per mole of formaldehyde theoretically generated from paraformaldehyde, the amount of condensation products of ketones (eg, diacetone alcohol when ketones are acetone) is reduced. As a result, the separation efficiency of the desired hydroxyketones (4-hydroxy-2-butanone when the ketone is acetone) during the distillation operation is reduced, and as a result, the desired hydroxyketones (ketone is reduced to 4-hydroxy-2-butanone). Acetone is not preferred because the product yield of 4-hydroxy-2-butanone) decreases. In addition, the amount of unreacted ketones recovered also increases, and when it is carried out on an industrial scale, there is a problem that the apparatus scale, production efficiency and energy cost per unit target product increase.
[0021]
In the present invention, the basic catalyst used in the reaction between the ketones and paraformaldehyde may be any of an inorganic base and an organic base, and among them, the inorganic base is preferred because it can be easily and efficiently neutralized during the post-treatment. . Specific examples of the basic catalyst include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkaline earth metal hydroxides such as calcium hydroxide and barium hydroxide; sodium carbonate, potassium carbonate and the like. Alkali metal carbonates such as sodium bicarbonate and potassium bicarbonate; alkoxides such as sodium methoxide, potassium methoxide, lithium methoxide, sodium ethoxide, potassium isopropoxide and potassium tert-butoxide An organic acid salt of an alkali metal or an alkaline earth metal, and one or more of these can be used. Among these basic catalysts, alkali metal hydroxides are preferably used, and in particular, one or both of lithium hydroxide and sodium hydroxide are more preferably used.
[0022]
The amount of the basic catalyst used may vary depending on the type of the basic catalyst, the type of the ketone, and the like, but is generally 0.001 to 0.1 with respect to 1 mol of formaldehyde theoretically generated from paraformaldehyde. It is preferably used in a molar ratio, more preferably 0.001 to 0.01 mol. When the use amount of the basic catalyst is less than 0.001 mol, the reaction rate becomes slow and is not practical, while when the use amount is more than 0.1 mol, the reaction rate becomes too fast and the control of the reaction tends to be difficult. .
[0023]
In the present invention, when reacting ketones with paraformaldehyde in the presence of a basic catalyst, it is necessary to carry out the reaction in the presence of less than 2% by mass of water based on the mass of ketones. , Preferably in the presence of 0.2% by mass to less than 2% by mass of water, more preferably in the presence of 0.2 to 1.5% by mass of water, preferably 0.5 to 1.5% by mass. More preferably, it is carried out in the presence of water by weight.
When the amount of water is 2% by mass or more based on the mass of the ketones, the amount of condensation products of the ketones (for example, diacetone alcohol when the ketones is acetone) increases, and the amount of the obtained hydroxyketones increases. Purity decreases. When the amount of water is less than 0.2% by mass with respect to the mass of the ketone, the progress of the reaction is liable to be slow, and the generated hydroxyketone and the formaldehyde are liable to react with each other. Class purity is reduced.
Here, "reacting ketones and paraformaldehyde in the presence of less than 2% by mass of water based on the mass of ketones" in the present invention means that a reaction system containing ketones and paraformaldehyde is treated with "water" In a reaction system in which the total mass of water added as itself and water added in the form of an aqueous basic catalyst solution is less than 2% by mass relative to the mass of ketones used in the reaction, ketones and para It means reacting formaldehyde.
Therefore, the basic catalyst is added in the form of an aqueous solution, and the amount of water supplied to the reaction system in the form of the basic catalyst aqueous solution is 0.2% by mass or more and less than 2% by mass based on the mass of the ketones. In this case, water may not be newly added, or water may be separately added to the reaction system while paying attention so that the total mass of water does not exceed 2% by mass with respect to the mass of ketones. You may.
Examples of the water used in the present invention include industrial water, well water, tap water, ion-exchanged water, and distilled water. Among them, tap water, ion-exchanged water, and distilled water are preferably used.
[0024]
The reaction temperature when reacting ketones with paraformaldehyde according to the production method of the present invention is not particularly limited, and an appropriate temperature can be adopted according to the type of ketones and the like. When the ketone is, for example, acetone, a method of reacting at a temperature of 25 to 55 ° C, particularly 35 to 50 ° C for about 1 to 60 minutes is preferably employed. The reaction pressure at this time is not particularly limited, but generally, a pressure of 95 to 510 KPa, particularly preferably a pressure of 95 to 102 KPa, is preferably employed. In reacting acetone and paraformaldehyde, if the reaction temperature is lower than 25 ° C., the reaction rate tends to be slow. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 55 ° C., the reaction rate becomes too fast, and it becomes difficult to control the reaction, and the reaction solution tends to boil, so that the ratio between acetone and paraformaldehyde tends to change.
In the present invention, the reaction proceeds smoothly under the above-mentioned mild temperature and pressure conditions without employing particularly high temperature and high pressure, and the condensation product of ketones (for example, when the ketone is acetone) Can suppress the formation of diacetone alcohol) and can obtain the target hydroxyketones in high yield, so that no special pressure and heat resistance equipment is required.
[0025]
The production method of the present invention may be performed by either a batch reaction or a continuous reaction.
There are no particular restrictions on the method of charging the raw materials and the order of charging when performing the reaction.In the case of a batch reaction, for example, ketones and paraformaldehyde, and if necessary, water in a reactor equipped with a stirrer in any order. After heating to a predetermined temperature, a basic catalyst is added, and the reaction is started by adjusting the amount of water present in the reaction system to be less than 2% by mass with respect to the mass of ketones. Then, the reaction is carried out for a predetermined time (usually about 1 to 60 minutes). When water is charged into the reaction system, the water may be uniformly dissolved in acetone beforehand and then charged into the reactor, or water may be charged alone into the reactor. The basic catalyst may be charged into the reactor as a solid, or may be dissolved in water in advance and charged as an aqueous basic catalyst into the reactor. In any case, the amount of water in the reaction solution is adjusted so as to be less than 2% by mass, preferably in the range of 0.2% by mass or more and less than 2% by mass with respect to the mass of ketones.
After completion of the reaction, it is preferable to neutralize the reaction product solution with a neutralizing agent. Examples of the neutralizing agent include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, citric acid, and tartaric acid. One or more of these may be used. it can.
[0026]
In the case of a continuous reaction, for example, a feed line for feeding ketones, a feeding line having a conveying means such as a screw feeder for feeding paraformaldehyde into a reactor equipped with a stirrer, and a basic catalyst aqueous solution A feed line for introducing water is further provided, and a feed line for introducing water is further provided as necessary. A predetermined amount of ketones, paraformaldehyde, an aqueous solution of a basic catalyst and water as necessary are supplied to the reactor. And react at a predetermined temperature (for example, preferably 25 to 55 ° C. when acetone is used as ketones). The residence time in the reactor at this time is not particularly limited, but generally a residence time of 1 to 60 minutes is preferably employed. Then, a predetermined amount of the reaction solution is continuously withdrawn from the reactor and sent to a neutralization tank with a stirrer. When a reactor with insufficient stirring and mixing is used, there is no problem even if two or three reactors with a stirrer are connected in series. The reaction solution continuously fed to the neutralization tank with a stirrer is neutralized by continuously feeding a basic catalyst and a chemical equivalent of a neutralizing agent present in the reaction solution and mixing for 1 to 20 minutes. You. Examples of the neutralizing agent include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and phosphoric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, citric acid, and tartaric acid. One or more of these may be used. it can.
[0027]
The neutralized reaction solution is sent to an evaporating and recovering vessel, and at atmospheric pressure, unreacted ketones and, if necessary, part or all of water are evaporated and collected. Alternatively, the neutralized reaction solution is continuously sent to an evaporator such as a falling-film evaporator or a forced-stirring thin-film evaporator to evaporate and collect unreacted ketones and optionally some or all of water. The water-containing ketones obtained here can be used for the next reaction after adjusting the water concentration. In the case of the method of the present invention, since the amount of water present in the reaction system is extremely small at less than 2% by mass relative to the mass of the ketones, the amount of water contained in the recovered unreacted ketones is also small. In some cases, the recovered ketones can be used as they are in the next reaction, and even if the ketones are used in the next reaction after removing the water contained in the recovered ketones, the amount of water to be removed is not sufficient. Since the amount is extremely small, the operation of removing water from the recovered ketones can be easily performed.
[0028]
Condensation of ketones is carried out by vacuum-distilling the unreacted ketones and possibly the concentrated reaction solution after removing part or all of water using, for example, a distillation column having about 20 theoretical plates. Hydroxyketones containing no by-products (such as diacetone alcohol when ketones are acetone) or high-boiling compounds, or containing little by-products.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and the like, but the present invention is not limited to the following Examples.
[0030]
<< Example 1 >>
(1) A reaction liquid was prepared by mixing 435 g of acetone, 15.8 g of paraformaldehyde (purity 92 mass%, manufactured by FORMOL YDERIVADOS, SA, Spain), and 5.5 g of distilled water, and the reaction liquid was heated. After the internal temperature was adjusted to 40 ° C., 1 ml of a 1 mol / liter sodium hydroxide aqueous solution was added, and the mixture was stirred and reacted for 20 minutes (1.5% by mass of water in the reaction system based on the mass of acetone). In Example 1, paraformaldehyde was dissolved in the reaction solution three minutes after the start of the reaction.
(2) After completion of the reaction of (1), 10 ml of 0.05 mol / l sulfuric acid was added to the reaction product to neutralize it. The resulting neutralized reaction product was analyzed by gas chromatography using an internal standard analysis method. As a result, 18 g of the desired 4-hydroxy-2-butanone and 0.4 g of diacetone alcohol were formed. Was. In Example 1, the conversion of formaldehyde was 57%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 74%.
Table 1 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Example 1.
[0031]
<< Example 2 >>
Acetone and paraformaldehyde were prepared in the same manner as in Example 1 except that the internal temperature of the reaction solution was set at 50 ° C., and then 1 ml of a 1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution was added and stirred for 10 minutes. And neutralization of the reaction solution obtained thereby. In this example, paraformaldehyde was dissolved in the reaction solution 2 minutes after the start of the reaction. The reaction product solution after neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 20 g of the desired 4-hydroxy-2-butanone was produced, while diacetone alcohol was produced at all. I didn't. In this Example 2, the conversion of formaldehyde was 63%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 75%.
Table 1 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Example 2.
[0032]
<< Example 3 >>
A reaction solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixture was stirred and reacted for 60 minutes without adding 5.5 g of distilled water (water content based on the mass of acetone in the reaction solution). 0.23% by mass), the reaction between acetone and paraformaldehyde, and the reaction product obtained by the reaction were neutralized. In Example 3, paraformaldehyde was dissolved in the reaction solution 55 minutes after the start of the reaction. The reaction product solution after the neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 12 g of the desired 4-hydroxy-2-butanone was produced, while diacetone alcohol was produced at all. I didn't. In this Example 3, the conversion of formaldehyde was 44%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 64%.
Table 1 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Example 3.
[0033]
<< Comparative Example 1 >>
In the same manner as in Example 1 except that 5.5 g of distilled water was not added and 10 ml of a 0.1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution was added instead of 1 ml of a 1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution. To prepare a reaction solution (water content: 2.3% by mass based on the mass of acetone in the reaction solution), and the reaction between acetone and paraformaldehyde and the reaction product solution obtained thereby were neutralized. . In Comparative Example 1, paraformaldehyde was dissolved immediately after adding a 0.1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution. The reaction product liquid after neutralization was analyzed by gas chromatography in the same manner as in Example 1. As a result, 17 g of the target 4-hydroxy-2-butanone and 1 g of diacetone alcohol were formed. In this Comparative Example 1, the conversion of formaldehyde was 59%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 67%.
Table 1 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Comparative Example 1.
[0034]
<< Comparative Example 2 >>
In the same manner as in Example 1, except that 5.5 g of distilled water and 1 ml of 1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution were used instead of 10 g of distilled water and 10 ml of 0.1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution. To prepare a reaction solution (water content of 4.6% by mass based on the mass of acetone in the reaction solution), and the reaction between acetone and paraformaldehyde and the reaction product solution obtained thereby were neutralized. . In Comparative Example 2, paraformaldehyde was dissolved immediately after adding a 0.1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution. The reaction product liquid after neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 17 g of the target 4-hydroxy-2-butanone and 2 g of diacetone alcohol were formed. The conversion of formaldehyde in Comparative Example 2 was 63%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 62%.
Table 1 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Comparative Example 2.
[0035]
<< Comparative Example 3 >>
In the same manner as in Example 1, except that 5.5 g of distilled water and 1 ml of 1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution were replaced by 80 g of distilled water and 10 ml of 0.1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution. To prepare a reaction solution (water content: 21% by mass with respect to the mass of acetone in the reaction solution). The reaction was carried out with acetone and paraformaldehyde, and the reaction product obtained thereby was neutralized. In Comparative Example 3, paraformaldehyde was dissolved immediately after adding a 0.1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution. The reaction product liquid after neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 20 g of the intended 4-hydroxy-2-butanone was produced, and 3 g of diacetone alcohol was produced. The conversion of formaldehyde in Comparative Example 3 was 67%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 70%.
Table 1 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Comparative Example 3.
[0036]
[Table 1]
[0037]
As seen from the results in Table 1 above, acetone and paraformaldehyde were reacted using a basic catalyst (sodium hydroxide) in the presence of less than 2.0% by weight of water based on the weight of acetone. In the case of Examples 1-3 in which -hydroxy-2-butanone was produced, diacetone alcohol as a by-product was not produced, or even if produced, the amount thereof was extremely small. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, in which acetone and paraformaldehyde were reacted using a basic catalyst (sodium hydroxide) in the presence of water exceeding 2.0% by mass to produce 4-hydroxy-2-butanone. In addition, the amount of diacetone alcohol which is a by-product was significantly increased as compared with Examples 1 to 3.
[0038]
<< Example 4 >>
(1) A reaction solution was prepared by mixing 435 g of acetone, 15.8 g of paraformaldehyde, and 3.5 g of distilled water (a content of water of 1.5% by mass based on the mass of acetone in the reaction solution), and the mixture was heated. After setting the internal temperature of the reaction solution to 50 ° C., 3 ml of a 1 mol / liter lithium hydroxide aqueous solution was added thereto, and the mixture was stirred and reacted for 30 minutes. In Example 4, paraformaldehyde was dissolved in the reaction solution 7 minutes after the start of the reaction.
(2) After completion of the reaction of (1), 3 ml of 1 mol / l hydrochloric acid was added to the reaction product to neutralize the reaction product. The reaction product liquid after the neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 25 g of the intended 4-hydroxy-2-butanone was produced and 0.4 g of diacetone alcohol was produced. .
In this Example 4, the conversion of formaldehyde was 61%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 93%.
Table 2 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Example 4.
[0039]
<< Comparative Example 4 >>
(1) A reaction solution was prepared by mixing 435 g of acetone, 15.8 g of paraformaldehyde, and 36.3 g of distilled water (the content of water was 8.3% by mass based on the mass of acetone in the reaction solution). After the internal temperature of the reaction solution was adjusted to 50 ° C., 0.24 g of powdered lithium hydroxide was added and the mixture was stirred and reacted for 30 minutes. In Comparative Example 4, paraformaldehyde and lithium hydroxide were dissolved in the reaction solution immediately after the start of the reaction.
(2) After the completion of the reaction of (1), 10 ml of 1 mol / l hydrochloric acid was added to the reaction product to neutralize it. The resulting reaction product after neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 25 g of the objective 4-hydroxy-2-butanone and 4 g of diacetone alcohol were formed. I was The conversion of formaldehyde in Comparative Example 4 was 65%, and the selectivity for 4-hydroxy-2-butanone was 90%.
Table 2 below shows the results obtained by summarizing the water content in the reaction system, the reaction temperature, the reaction time, and the production amounts of 4-hydroxy-2-butanone and diacetone alcohol in Comparative Example 4.
[0040]
[Table 2]
[0041]
As seen from the results in Table 2 above, acetone and paraformaldehyde were reacted using a basic catalyst (lithium hydroxide) in the presence of less than 2.0% by weight of water based on the weight of acetone. In the case of Example 4 in which 4-hydroxy-2-butanone was produced, the amount of diacetone alcohol as a by-product was extremely small, but water exceeding 2.0% by mass with respect to the mass of acetone was used. In Comparative Example 4 in which 4-hydroxy-2-butanone was produced by reacting acetone and paraformaldehyde in the presence of a basic catalyst (lithium hydroxide), the amount of diacetone alcohol produced as a by-product Is much larger than in the fourth embodiment.
[0042]
<< Example 5 >>
(1) Into a 10-liter four-necked flask having a stirrer, 5660 g of acetone, 205 g of paraformaldehyde (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, purity 92% by mass) and 71.5 g of tap water were charged, and then heated to a temperature of 50 ° C. Then, 13 ml of a 1 mol / l sodium hydroxide aqueous solution was added to prepare a reaction solution (amount of water was 1.5% by mass based on the mass of acetone in the reaction system), and the mixture was reacted for 10 minutes with stirring. After completion of the reaction, 130 ml of 0.05 mol / l sulfuric acid was added to the reaction solution obtained as described above to neutralize it. The reaction product liquid after neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. As a result, 265 g of the intended 4-hydroxy-2-butanone and 4 g of diacetone alcohol were produced.
(2) A Claisen distillation apparatus was attached to the reactor containing the reaction product solution, the reaction product solution was heated with stirring, and acetone was evaporated at atmospheric pressure. When the distillate disappears, switch to vacuum distillation, change the degree of vacuum to 14.7 KPa (110 mmHg) while checking the state of the bottom liquid and the amount of distillate distilled, and further distill acetone and water. And the reaction product was concentrated. Thereafter, the receiver was changed, the degree of vacuum was further reduced, and finally the reaction product was distilled under a vacuum of 0.67 KPa (5 mmHg) to obtain 326 g of a distillate. This was subjected to vacuum distillation under vacuum of 0.67 KPa (5 mmHg) using a distillation column having 20 theoretical plates packed with Helipack No. 2 to obtain 230 g of the desired 4-hydroxy-2-butanone ( (Yield of 4-hydroxy-2-butanone 42% based on the amount of formaldehyde charged to the reactor).
[0043]
<< Comparative Example 5 >>
(1) A reaction solution was prepared in the same manner as in Example 5 except that tap water was changed to 130 g in place of 71.5 g of tap water (water content based on the mass of acetone in the reaction system). Was 2.5 mass%), the reaction between acetone and paraformaldehyde and the resulting reaction solution were neutralized, and the reaction product solution after neutralization was subjected to gas chromatography analysis in the same manner as in Example 1. However, 234 g of the desired 4-hydroxy-2-butanone was produced, while 14 g of diacetone alcohol was produced.
(2) A Claisen distillation apparatus was attached to the reactor containing the reaction product solution, and the same operation as in Example 5 was performed to concentrate the reaction product solution. Finally, 315 g of a concentrated distillate was obtained. This was subjected to the same vacuum distillation as in Example 5 using a distillation column packed with Helipack No. 2 and having 20 theoretical plates. In Comparative Example 5, since a large amount of diacetone alcohol was contained in the reaction product liquid, the distillation yield was reduced, and the weight of the obtained 4-hydroxy-2-butanone was 150 g (in the reactor, (Yield of 4-hydroxy-2-butanone 27% based on the amount of formaldehyde charged).
[0044]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, the desired hydroxyketones can be produced in high yield while suppressing the formation of condensates of ketones (diacetone alcohol when ketone is acetone) which is difficult to separate from hydroxyketones. And can be manufactured smoothly.
In particular, the vapor pressure curves of the target hydroxyketones (4-hydroxy-2-butanone when acetone is used as ketone) and the ketone condensate (diacetone alcohol when ketone is acetone) are generally very low. In order to separate the two, a distillation column having several tens or more stages is required, and industrially, it is extremely difficult to minimize the formation of a ketone condensate in a condensation reaction. Importantly, in the case of the method of the present invention, the formation of ketone condensate can be greatly suppressed, so that the target compound, hydroxyketones (4-hydroxy-2-butanone when acetone is used as ketone), is used. Separation of a ketone condensate (diacetone alcohol when the ketone is acetone) can be easily and smoothly performed.
[0045]
In the case of using the method of the present invention, simple and inexpensive equipment is used without using a paraformaldehyde pyrolysis apparatus, a pulverization apparatus, a dissolution apparatus, etc., and using industrially available granular paraformaldehyde as it is. Thus, the desired hydroxyketones can be produced smoothly with good workability.
Further, according to the method of the present invention, the amount of water contained in the recovered unreacted ketones is small because the amount of water to be present in the reaction system is extremely small, less than 2% by mass, based on the mass of ketones. From the point of view, in some cases, the recovered ketones can be used as they are in the next reaction, and even if the ketones are used in the next reaction after removing the water contained in the recovered ketones, Since the amount is extremely small, the operation of removing water from the recovered ketones can be easily performed.
Further, in the case of the present invention, it is not necessary to maintain high temperature / high pressure or quench cooling, and the reaction is carried out under a mild temperature and pressure using a simple facility, so that the desired hydroxyketones can be produced in high yield. It is not necessary to use complicated and expensive equipment or special equipment having equipment for maintaining high temperature / high pressure, quenching, and the like.
