JP2004508463A - オルトカルボン酸トリアルキルエステルの製造方法 - Google Patents
オルトカルボン酸トリアルキルエステルの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明はオルトカルボン酸トリアルキルエステル(オルトエステルO)をC1〜C4−アルコール(アルコールA)の存在下にα,β−ジケトン又はα,β−ヒドロキシケトンの電気化学的な酸化によって製造するにあたり、ケト官能基がC1〜C4−アルキルアルコールから誘導されるケタール官能基の形で存在し、かつヒドロキシル官能基が場合によりC1〜C4−アルキルアルコールから誘導されるエーテル官能基の形で存在し(ケタールK)、電解質中でオルトエステルO及びケタールKからの合計とアルコールAとのモル比が0.2:1〜5:1である方法に関する。
【0002】
オルトカルボン酸トリアルキルエステル、例えばトリメチルオルトホルミエート(TMOF)の製造のための非電気化学的な方法は、例えばDE−A−3606472号から公知であり、その際、クロロホルムをナトリウムメチレートと反応させる。
【0003】
更に青酸及びメタノールからのTMOFの製造はJ.Org.Chem.20(1995)1573から公知である。
【0004】
J.Amer.Chem.Soc.,(1975)2546及びJ.Org.Chem.,61(1996)3256並びにElectrochim.Acta 42,(1997)1993から、それぞれ1つのアルコキシ官能を有するC原子間のC−C一重結合を酸化的に開裂できる電気化学的な方法は公知である。意図されたオルトエステル官能基の形成はしかしながら記載されていない。
【0005】
Russ.Chem.Bull.,48(1999)2093から、アセタールの形において存在するビシナルなジケトンを高い電荷量を使用するアノード酸化により、かつ高いメタノール過剰(2097頁、第1パラグラフ、第5段落参照)において相応のジカルボン酸ジメチルエステルに分解することは公知である。
【0006】
Canadian Journal of Chemistry,50(1972)3424において、100倍のメタノール過剰におけるベンジルテトラメチルジケタールのトリメチル−オルトベンゾエートへのアノード酸化が記載される。著者の記載によればしかしながら生成物収率は62%にすぎず、電流効率は5%である。
【0007】
Journ.Am.Chem.Soc.,(1963),2525において、塩基性のメタノール溶液中でのオルトキノンテトラメチルケタールの相応のオルトエステルへの電気化学的酸化が記載されている。該反応は塩基性メタノール溶液中で実施され、その際、基質濃度は10%である。生成物収率は電流効率6%(16F/モル)において77%である。純粋な脂肪族オルトエステルは電気化学的に今まで製造できなかった。
【0008】
本発明のもととなる課題は従って、経済的かつ特に高い電流効率及び生成物収率においてかつ高い選択率でオルトカルボン酸トリアルキルエステルを得る電気化学的な方法を提供することにある。
【0009】
それに応じて冒頭に記載された方法が見出された。
【0010】
本発明による方法は、特に一般式I
【0011】
【化6】
【0012】
[式中の置換基は以下の意味を有する:
R1は水素、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C2〜C20−アルキニル、C3〜C12−シクロアルキル、C4〜C20−シクロアルキル−アルキル、C4〜C10−アリールであるか、又は前記基はC1〜C8−アルコキシ又はC1〜C8−アルコキシカルボニルによって一置換乃至三置換されていてよく、
R2、R3はC1〜C20−アルキル、C3〜C12−シクロアルキル、及びC4〜C20−シクロアルキル−アルキルであるか、又はR2及びR3は一緒になってC2〜C10−アルキレンを形成し、
R4はC1〜C4−アルキルである]のオルトエステルIの製造のために適当である。
【0013】
このために一般式II
【0014】
【化7】
【0015】
[式中の置換基は以下の意味を有する:
R5、R10はR1と同じ意味であり、
R6、R7はR2と同じ意味であり、
R8は、R9がR1と同じ意味を有するか又はR2と同じ意味を有するという条件で水素であり、
R9はR1と同じ意味又は−O−R2である]のケタールIIから出発する。
【0016】
同様にオルトエステルIを一般式IV
【0017】
【化8】
【0018】
[式中の置換基は以下の意味を有する:
R11はR4と同じ意味であり、
R12はR2と同じ意味であり、
R13、R14はR1と同じ意味である]のケタールIVとの混合物の形で得ることが可能である。
【0019】
このために、R9が主にR1と同じ意味を有するケタールであるケタールIIから出発する。
【0020】
本発明による方法を一般式Ia
【0021】
【化9】
【0022】
[式中の置換基は以下の意味を有する:
R15、R16はR2と同じ意味であり、
R18はR2と同じ意味であり、
R17、R20はR4と同じ意味であり、
R19はR2と同じ意味であり、かつ
XはC2〜C12−アルキレンを意味する](オルトエステルIa)のオルトエステルの製造のために使用してよい。
【0023】
このために、一般式IIa
【0024】
【化10】
【0025】
[式中の置換基は以下の意味を有する:
R21、R22はR2と同じ意味であり、
R23はR8と同じ意味であり、
R24はR9と同じ意味であり、かつ
YはXと同じ意味を有する](ケタールIIa)のケタールから出発する。
【0026】
本発明により使用されるケタールは一般に公知の製造方法により得ることができる。官能基を有するケタールである場合には、これらのケタールは、所望の官能基の位置に1つのC−C二重結合を有する前駆体から出発して、これを引き続き標準的な方法により官能化することによって容易に製造できる(Synthesis, (1981)501−522参照)。
【0027】
特に有利には本発明による方法は、R1が水素、C1〜C20−アルキル、C3〜C12−シクロアルキル又はC4〜C20−シクロアルキル−アルキルであり、R2、R3がC1〜C20−アルキル、C3〜C12−シクロアルキル及びC4〜C20−シクロアルキル−アルキルであるか、又はR2及びR3が一緒になってC2〜C10−アルキレンを形成し、R4がC1〜C4−アルキルである化合物(オルトエステルIb)であるオルトエステルIbの製造のために、置換基が以下の意味を有する:
R5、R10はオルトエステルIb中のR1と同じ意味を有し、R6乃至R9がオルトエステルIb中のR2又はR3と同じ意味を有するケタールII(ケタールIIb)から出発して使用することができる。
【0028】
オルトエステルIbの基において、本発明による方法は、R1が水素、C1〜C6−アルキルであり、R2、R3、R4がメチル又はエチルを意味するオルトエステルIc(オルトエステルIc)の製造のために、置換基が以下の意味を有する:
R5、R10がオルトエステルIc中のR1と同じ意味を有し、R6乃至R9がオルトエステルIc中のR2又はR3と同じ意味を有するケタールII(ケタールIIc)から出発して使用してよい。
【0029】
ケタールIIb及びIIcにおいて置換基R5及びR10は有利には同じ意味を有する。
【0030】
より特に有利には、本発明による方法をオルトギ酸メチルエステル又はオルトギ酸エチルエステル又はオルト酢酸メチルエステル又はオルト酢酸エチルエステル(オルトエステルId)の製造のために使用でき、その際、出発化合物として1,1,2,2−テトラメトキシエタンもしくは1,1,2,2−テトラエトキシエタン(TME)(ケタールIId)が用いられる。
【0031】
電解質中で、オルトエステルO及びケタールKの合計とアルコールAとのモル比は0.2:1〜5:1、有利には0.2:1〜2:1、特に有利には0.3:1〜1:1である。
【0032】
電解質溶液中に含まれている電導度塩としては、一般にアルカリ金属、テトラ(C1〜C6−アルキル)アンモニウム塩又はトリ(C1〜C6−アルキル)ベンジルアンモニウム塩である。対イオンとしては、硫酸塩、硫酸水素塩、アルキル硫酸塩、アリール硫酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、炭酸塩、アルキルリン酸塩、アルキル炭酸塩、硝酸塩、アルコラート、テトラフルオロホウ酸塩又は過塩素酸塩が該当する。
【0033】
更に前記のアニオンから誘導される酸が電導度塩として該当する。
【0034】
メチル硫酸メチルトリブチルアンモニウム(MTBS)、メチル硫酸メチルトリエチルアンモニウム又はメチル硫酸メチル−トリ−プロピルメチルアンモニウムが有利である。
【0035】
場合により電気分解溶液に慣用の補助溶剤を添加する。これは有機化学において一般に慣用な高い酸化能力を有する不活性溶剤である。例えばジメチルカーボネート又はプロピレンカーボネートが挙げられる。
【0036】
本発明による方法は全ての慣用な電解セル型で実施できる。有利には区画化されていない流動セル(Durchflusszelle)で連続的に作業する。
【0037】
該方法の連続的な実施において、使用物質の供給速度は、使用されるケタールKと形成されるオルトエステルIとの質量比が電解質中で10:1〜0.05:1であるように選択される。
【0038】
該方法が実施される電流密度は一般に1〜1000、有利には10〜100mA/cm2である。温度は通常は−20〜60℃、有利には0〜60℃である。一般に常圧で作業される。より高い圧力は、より高い温度で作業すべき場合には、出発化合物もしくは補助溶剤を回避するために有利に使用される。
【0039】
アノード材料としては、例えば貴金属、例えば白金又は金属酸化物、例えばルテニウム又は酸化クロム又はRuOxTiOxのタイプの混合酸化物が適当である。有利にはグラファイト又は炭素電極である。
【0040】
カソード材料としては、例えば鉄、鋼鉄、特殊鋼、ニッケル又は貴金属、例えば白金並びにグラファイト又は炭素材料が該当する。有利には該システムはアノード及びカソードとしてグラファイト並びにアノードとしてグラファイト及びカソードとしてニッケル、特殊鋼又は鋼鉄である。
【0041】
反応の完了の後に、電気分解溶液を一般的な分離方法により後処理する。このために電気分解溶液をまず一般に蒸留し、かつ個々の化合物を種々のフラクションの形で分離して得る。他の精製は、例えば結晶化、蒸留又はクロマトグラフィーによって実施できる。
【0042】
実験部分
実施例1:
グラファイト電極を二極配置で有する区画化されていないセルを使用した。全体の電解質表面は0.145m2であった(アノード及びカソード)。電解質としては、1モルのTMEに対して2モルのメタノールからなる2質量%のMTBSを電導度塩として含有する溶液を使用した。電気分解は300A/m2で実施し、かつTMEに対して2Fの電荷量をセルに伝導させた。電気分解の間の温度は20℃であった。電気分解の完了後に、電気分解生成物をガスクロマトグラフィーによって定量的にかつGC−MSカップリングによって定質的に測定した。69%のTMEの変換率において77%の選択率でTMOFが生成した。副生成物はとりわけメチルホルミエート並びにメチラールであった。
【0043】
実施例2:
316.4cm2の電極表面積を有する、実施例1にその他の点で記載されるような電解セル中で240.3gの1,1,2−トリメトキシエタン、320gのメタノール及び5.8gのアンモニウムテトラフルオロホウ酸塩を使用し、かつ電気分解した。電気分解条件は実施例1に記載した。電気分解の実施において9.5GC面積%のホルムアルデヒドジメチルアセタール及び5.9GC面積%のトリメチルオルトホルミエートが得られた。
【0044】
実施例3:
298.8cm2の電極表面積を有する、実施例1にその他の点で記載されるような電解セル中で、89gの2,2,3,3−テトラメトキシブテン(80%、ジアセチル及びトリメチルオルトホルミエートから製造される)、64gのメタノール及び1.7gのアンモニウムテトラフルオロホウ酸塩を反応させた。電気分解条件は実施例1に記載した。電気分解の実施において2ファラデーの電流使用により1.7GC面積%のトリメチルオルトアセテートが得られ、8Fの電流使用により18GC面積%のトリメチルオルトアセテートが得られた。
【0045】
実施例4:
連続的に実施される電気分解において、310A/m2の電流密度においてグラファイト電極においてかつ1.5モルと1モルとのメタノールと1,1,2,2−テトラメトキシエタンの供給並びに8質量%のMTBS含量で電気分解生成物中で41%のTME変換率において95%のTMOFへの選択率及び78%のTMOFに関する電流効率が得られた。
Claims (10)
- オルトカルボン酸トリアルキルエステル(オルトエステルO)をC1〜C4−アルコール(アルコールA)の存在下にα,β−ジケトン又はα,β−ヒドロキシケトンの電気化学的な酸化によって製造するにあたり、ケト官能基がC1〜C4−アルキルアルコールから誘導されるケタール官能基の形で存在し、かつヒドロキシル官能基が場合によりC1〜C4−アルキルアルコールから誘導されるエーテル官能基の形で存在し(ケタールK)、電解質中でオルトエステルO及びケタールKからの合計とアルコールAとのモル比が0.2:1〜5:1である方法。
- オルトエステルIが一般式I
R1は水素、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C2〜C20−アルキニル、C3〜C12−シクロアルキル、C4〜C20−シクロアルキル−アルキル、C4〜C10−アリールであるか、又は前記基はC1〜C8−アルコキシ又はC1〜C8−アルコキシカルボニルによって一置換乃至三置換されていてよく、
R2、R3はC1〜C20−アルキル、C3〜C12−シクロアルキル、及びC4〜C20−シクロアルキル−アルキルであるか、又はR2及びR3は一緒になってC2〜C10−アルキレンを形成し、
R4はC1〜C4−アルキルである]の化合物であり、該化合物は一般式II
R5、R10はR1と同じ意味であり、
R6、R7はR2と同じ意味であり、
R8は、R9がR1と同じ意味を有するか又はR2と同じ意味を有するという条件で水素であり、
R9はR1と同じ意味又は−O−R2である]のケタールIIに由来する、請求項1記載の方法。 - オルトエステルIは、R1が水素、C1〜C6−アルキルであり、R2、R3、R4がメチル又はエチルである化合物(オルトエステルIc)であり、該化合物が式中の置換基が以下の意味を有する:
R5、R10はオルトエステルIc中のR1と同じ意味であり、
R6乃至R9がオルトエステルIc中のR2又はR1と同じ意味である
ケタールII(ケタールIIc)に由来する、請求項2記載の方法。 - オルトエステルIがオルトギ酸メチルエステル又はオルトギ酸エチルエステル又はオルト酢酸メチルエステル又はオルト酢酸エチルエステル(オルトエステルId)であり、該エステルが1,1,2,2−テトラメトキシエタンもしくは1,1,2,2−テトラエトキシエタン(ケタールIId)もしくは1,1,2,2−テトラメトキシプロパンもしくは1,1,2,2−テトラエトキシプロパンもしくは2,2,3,3−テトラメトキシブタンもしくは2,2,3,3−テトラエトキシブタンに由来する、請求項5記載の方法。
- 対イオンとして硫酸塩、硫酸水素塩、硫酸アルキル、硫酸アリール、ハロゲン化物、リン酸塩、炭酸塩、リン酸アルキル、炭酸アルキル、硝酸塩、アルコラート、テトラフルオロホウ酸塩又は過塩素酸塩を有する電導度塩としてのテトラ(C1〜C6−アルキル)アンモニウム塩又はトリ(C1〜C6−アルキル)ベンジルアンモニウム塩を含有する電解質中で実施する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
- 電導度塩としてメチルトリブチルアンモニウムメチル硫酸塩、メチル−トリプロピルアンモニウムメチル硫酸塩、メチルトリエチルアンモニウムメチル硫酸塩又はテトラメチルアンモニウムメチル硫酸塩を使用する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
- 区画化されていない電解セル中で実施する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
- 反応されたα,β−ジケトン又はα,β−ヒドロキシケトン1モルあたりの電荷量が2〜4Fである、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
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