JP2015155402A - アルケンアルコール及びその誘導体のe並びにz異性体の分離方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】アルケンアルコール及びその誘導体のE並びにZ異性体を分離する為の実質的に連続的な方法の提供。
【解決手段】銀及び/又は銅イオンでイオン交換されているイオン交換媒体を、少なくとも一種のアルケンアルコール及び/又は少なくとも一種のアルケンアルコール誘導体のE及びZ異性体を含んでなる原料流と実質的に連続的に接触させ、次いで原料流中のアルケンアルコール又はアルケンアルコール誘導体のE又はZ異性体の濃度と比較して、アルケンアルコール又はアルケンアルコール誘導体のE又はZ異性体の濃度がより高い生成物流を除去することにより、アルケンアルコール及び/又はアルケンアルコール誘導体のE及びZ異性体を分離する方法。
【選択図】図1

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、アルケンアルコールおよびその誘導体のEならびにZ異性体を分離するための実質的に連続的な方法である。銀および/または銅イオンでイオン交換されているイオン交換媒体を、アルケンアルコールまたはその誘導体のEおよびZ異性体、ならびに他の成分の混合物を含む原料流と、非バッチ的または実質的に連続的な方式で接触させて、得られる生成物流中のEまたはZ異性体の濃度を高くする。
背景の説明
EおよびZ異性体の形態で存在し得る不飽和化合物を製造するための合成方法によって、通常は、両異性体の混合物が得られるが、これらの異性体の一方のみが商業的に貴重であることが極めて多い。したがって、商業的に有用な規模で、他の方法と相関のある方式で、EおよびZ異性体の混合物を分離することが望ましい。
EおよびZ異性体の混合物を分離するための様々な方法が使用されている。例えば、EおよびZ異性体は、分別結晶、沈殿、分別蒸留、溶剤抽出、吸着方法、抽出蒸留、および化学的変換により分離される。これらの方法は、異性体の結晶化度、溶解度、沸点、揮発性、反応性、ならびに親和力および吸着特性の違いを利用している。しかし、EおよびZ異性体におけるこれらの特性の差は比較的小さいことが多く、そのような分離を困難で経費のかかるものにしている。
分別蒸留および/または抽出蒸留は、多くのエネルギーを必要とし、したがって、コスト高となることがある。EおよびZ異性体の沸点は極めて類似していることが多いので、蒸留処理は、非効率的であるか、または所望の異性体純度が低い生成物流しか得られない場合が多い。さらに、特定の異性体は、沸点が非常に高いか、または蒸留条件下で分解するか、もしくは不安定である場合がある。したがって、クロマトグラフィー等の吸着処理が、他の分離方法と比較して、高い純度および高い効率を与える潜在的能力がある(より穏和な条件下で操作することもできる)ため、最近ではより多くの関心を集めている。
EおよびZ異性体を分離するのに様々な方法が使用されている。例えば、米国特許第4,433,195号には、シリカライト吸着材(シリカライト塩は、シリカの親油性形態である)を使用して非極性のシス−およびトランス−オレフィン(例えば、ZおよびEブテン、すなわち、シスおよびトランス2−ブテンの混合物)を分離する方法が記載されている。この分離は、単一カラム中で、または向流移動床もしくは模擬移動床流方式で行うことができる。
同様に、米国特許第3,600,453号には、シス−およびトランス−オレフィンの、各種の陽イオン(すなわち銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、および水銀)で交換したXまたはYゼオライトの固定相によるバッチ式クロマトグラフィー分離が記載されている。この方法においては、異性体の一方を、イオン交換されたゼオライトに選択的に結合させ、カラムに流れ込む原料流を中断し、次いで、選択的に結合した異性体をカラムからストリッピングすることにより、固定相から周期的に脱着させる。
様々な他の研究者が、従来の、銀装填した固定相を使用するバッチ式クロマトグラフィー法により、シス−およびトランス−不飽和エステルを分離する方法を開示している。例えば、Morris, Journal of Lipid Research, Vol. 7, (1966) 717-732頁、には、水性硝酸銀の固定相で含浸したシリカゲルカラム上で、シス−およびトランス−シクロデカノールおよびシス−およびトランス−不飽和脂肪酸エステルの混合物を分離する方法が記載されている。Houxら, Journal of Chromatography, Vol. 129, (1976) 456-459頁には、硝酸銀被覆したシリカを使用するHPLCによる不飽和エステルの分離が記載されている。Heathら, Journal of Chromatographic Science, Vol. 15 (1977), 10-13頁には、硝酸銀被覆したシリカを使用するEおよびZ9−テトラデカノールアセテートのクロマトグラフィー分離が記載されている。Lamら, Journal of Chromatographic Science, Vol. 15 (1977), 234-238頁には、銀装填したアルミナシリケート固定相または銀イオン交換したイオン交換樹脂上で、不飽和脂肪酸のシス−およびトランス−p−ブロモフェナシルエステルを分離する方法が記載されている。Nikolova-Damyanovaら, Journal of Chromatography, 609, (1992), 133-140頁には、硝酸銀被覆したシリカ固定相を使用するシス−およびトランス−不飽和脂肪エステルのクロマトグラフィー分離が記載されている。Emkenら, Journal of the American Oil Chemists' Society, May 1964, vol. 41, no. 5, 388-390頁には、銀「飽和した」イオン交換樹脂を使用するシス−およびトランス−脂肪エステルのクロマトグラフィー分離が記載されている。
このように、極性官能基を有する不飽和化合物、例えばアルケンアルコールまたはエステル、のEおよびZ異性体の分離は、従来のバッチ式クロマトグラフィー法を使用して行われているだけである。しかし、そのようなクロマトグラフィー法は、生産性および純度が商業的使用には不十分である。さらに、これらの方法は、多くの溶離剤を消費し、生じる生成物の濃度が低い。これらの方法は、連続式または半連続方式ではなく、「バッチ」方式によって行われるため、連続式と比較して、より多くの経費がかかり、操作がより複雑である。
米国特許第4,433,195号 米国特許第3,600,453号 Morris, Journal of Lipid Research, Vol. 7, (1966) 717-732頁 Houxら, Journal of Chromatography, Vol. 129, (1976) 456-459頁 Heathら, Journal of Chromatographic Science, Vol. 15 (1977), 10-13頁 Lamら, Journal of Chromatographic Science, Vol. 15 (1977), 234-238頁 Nikolova-Damyanovaら, Journal of Chromatography, 609, (1992), 133-140頁 Emkenら, Journal of the American Oil Chemists' Society, May 1964, vol. 41, no. 5, 388-390頁
少なくとも一種のアルケンアルコールおよび/または少なくとも一種アルケンアルコール誘導体のEおよびZ異性体の混合物は、少なくとも一種のアルケンアルコールまたはその誘導体のEおよびZ異性体、および所望により他の成分の混合物を含む原料流を、銀および/または銅イオンでイオン交換されたイオン交換媒体と、接触させる、実質的に連続的な工程により、商業的に有用な収率、濃度、および純度で、効率的に分離することができる。それによって、EまたはZ異性体のそれぞれの濃度が高い個別の生成物流が製造される。
本発明およびその優位性の多くは、添付の図面を参照しながら行う下記の詳細な説明から、容易により深く理解することができる。
発明の詳細な説明
このように、本発明の方法の第一実施態様においては、銀および/または銅イオンでイオン交換されたイオン交換媒体を、少なくとも一種のアルケンアルコールのEおよびZ異性体、および/または少なくとも一種アルケンアルコール誘導体のEおよびZ異性体の混合物、を含んでなる原料流と、実質的に連続的に接触させる。次いで、原料流中の異性体の異性体純度と比較して、アルケンアルコールまたはその誘導体のEならびにZ異性体の一方の異性体純度がより高い一以上の生成物流を除去する。
「実質的に連続的に」または「実質的に連続的」とは、本発明者らは、銀および/または銅イオンでイオン交換されているイオン交換媒体を、そのイオン交換媒体への原料流の流れを完全に停止することなく、EおよびZ異性体の混合物を含んでなる原料流と、長時間接触させることを意味する。言い換えると、本発明の実質的に連続的な方法においては、分離が行われている間、原料流の流量が一定のままである、または変化する、もしくは短時間(例えば一個以上のバルブを使用して原料流の向きを変えるのに必要な時間)停止することもできる。しかしながら、本発明の実質的に連続的な方法は、従来のバッチ式クロマトグラフィー方法が、原料流を間欠的にのみ流し、クロマトグラフィーカラムの固定相上に保持されている異性体を溶離するか、またはストリッピングすることができるように、長時間周期的に停止する点で、従来のバッチ式クロマトグラフィー方法とは相違する。本発明の実質的に連続的な方法の例としては、連続式固体/液体接触方法、模擬移動床向流方法、向流移動床方式等があるが、これらに限定されるものではない。本発明の実質的に連続的な方法は、従来のバッチ式クロマトグラフィー方法と比較して、保持されている分離成分を固定相からストリッピングしている間、原料流を停止する必要がないので、非常に高い生産性を与える。さらに、従来のクロマトグラフィー方法と異なり、本発明の実質的に連続的な方法は、連続的な下流および上流工程と容易に一体化することができる。
本発明の実質的に連続的な方法は、例えば、取り付けた、中央軸を中心にして回転する複数のカラムを含む連続式多カラム接触装置で行う連続式方法を包含することができる。これらのカラムは、イオン交換材料、例えばイオン交換樹脂を含む。液体(例えばアルケンアルコールまたはアルケンアルコール誘導体のEおよびZ異性体の混合物を含む原料流)を、バルブ機構と接続された導管を通して、カラムの上部に個別に供給する。同様に、導管は、各カラムの下側末端を類似のバルブ機構と接続する。あるいは、全ての導管を、カラムに流れ込む、およびカラムから流れ出る液体流の全てを制御する単一のバルブ機構に接続することもできる。バルブ機構は、スロットを備えた可動プレートを包含し、そのプレートがカルーセル(carousel)と共に回転するにしたがって、それらのスロットが入口を開閉する。プレート中のスロットのサイズおよびスロットの位置を変えることにより、供給導管からカラムに入る流れおよびカラムから排出導管への流れを予め決められた方式で制御することができる。液体が容器に流れ込む時間、および容器から流れ出る際の時間は、中央軸を中心にしたカラムの回転により異なるか、またはバルブがカラムの回転から独立して作動する場合、バルブの作動速度によって異なる。固体吸着材(sorbent)相(例えばイオン交換媒体)および液相の向流は、カラムの回転およびバルブの作動により与えられる。カラムは、様々な区域、例えば吸着区域、洗浄区域、再生区域等を通して回転し、連続的な分離を行うことができる。一般的に、そのような方法は、例えば、米国特許第6,431,202号、第5,676,826号および第4,808,317号(これらの参考文献は引用されることにより本願明細書の開示の一部とされる)に記載されているが、本発明により行われる分離に関してではない。
本発明の方法の吸着媒体は、銀および/または銅イオンでイオン交換されているイオン交換媒体である。このイオン交換媒体は、有機または無機イオン交換媒体でよい。
有機イオン交換媒体の例としては、架橋または未架橋の、カルボン酸、スルホン酸またはホスホン酸基を有する有機イオン交換樹脂を挙げることができる。例えば、有機イオン交換媒体としては、従来のイオン交換樹脂、例えば、LEWATIT (Bayer)、DOWEX (Dow Chemical)、IONEXおよびAMBERLITE (Rohm and Haas)、DIAIONおよびRELITE (Mitsubishi Chemical)の商品名で販売されているマクロ細孔質またはゲル型の、スルホン酸基で置換されたスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、およびPuroliteにより販売されている各種の交換樹脂が挙げられる。しかし、原料流に不溶で、銀および/または銅イオンでイオン交換し得る樹脂も使用できる。好ましい有機イオン交換樹脂としては、酸性マクロ細孔質スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、例えば、LEWATIT SP 112 (Bayer)、DOWEX MSC-1 (Dow Chemical)、IONEX FTB4 (Rohm and Haas)、PCR-145K (Purolite)を挙げることができる。より好ましくは、本発明で使用するイオン交換樹脂は、粒子径が100μm〜700μmである。
無機イオン交換媒体は、銀または銅をイオン交換できる全ての無機材料であってよい。例えば、シリカ、メソ孔質材料、アルミナ、アルミノ−ケイ酸塩、ゼオライト、クレー等を挙げることができる。好ましい無機媒体としては、大きな細孔が開いているゼオライト、例えば、Xゼオライト、Yゼオライトおよびシリカライトが挙げられる。
イオン交換媒体がイオン交換される銀および/または銅イオンの量は、1〜100%(イオン交換樹脂中に存在するイオンの総量に対して)、好ましくは5〜95%、より好ましくは5〜85%、さらに好ましくは5〜35%、さらに好ましくは5〜30%、さらに好ましくは10〜25%、最も好ましくは10〜20%である。好ましいイオンは銀である。
本発明の方法の吸着材は、イオン交換媒体を、好適な溶剤中に溶解させた銀および/または銅イオンの溶液と、好適な時間接触させることにより、イオン交換させることができる。好適な溶剤は、銀および/または銅イオンを溶媒和し、イオン交換媒体を濡らすことができる溶剤である。例えば、好適な溶剤としては、水またはアルコール、またはそれらの混合物を挙げることができる。好ましい溶剤は水である。
本イオン交換方法は、バッチ式処理により、例えばイオン交換媒体を銀および/または銅イオンの溶液中に好適な時間、単純に浸漬し、次いで過剰のイオン溶液をデカンテーションし、続いて、必要に応じてイオン交換媒体を洗浄し、イオン交換媒体にイオン的に結合していない過剰のイオンを全て除去することにより、行うことができる。あるいは、イオン交換を、その場で、すなわち分離を行う装置の中で行うこともできる。例えば、イオン交換媒体は、模擬移動床向流装置のカラム中に装填し、次いで、銀および/または銅イオンの溶液を、適切なレベルにイオン交換されるまで、カラムを通して流すことができる。次いで、カラムを好適な溶剤で流し、イオン交換媒体にイオン的に結合していないイオンを除去する。媒体を調製するための好適な方法は、2003年4月11日提出の米国特許出願第10/411,900号に記載されている(この内容は引用されることにより本願明細書の開示の一部とされる)。
本発明の方法の原料流は、少なくとも一種のアルケンアルコールのEおよびZ異性体の混合物および/または少なくとも一種のアルケンアルコール誘導体のEおよびZ異性体の混合物を含む。アルケンアルコールとは、少なくとも一個の炭素−炭素二重結合、および少なくとも一個の水酸基を有する有機化合物を意味する。例えば、アルケンアルコールとしては、2−ブテノール、2−ペンテノール、メチル−2−ブテノール、2−ヘキセノール、3−ヘキセノール、メチル−2−ペンテノール、2−ヘプテノール、3−ヘプテノール等を挙げることができる。アルケンアルコール誘導体としては、アルケンアルコールから製造することができる化合物、例えばエーテル、エステル、アセタール、アルデヒド、ケトン、およびカルボン酸、を挙げることができる。例えば、アルケンアルコールのエーテル誘導体としては、アルケンアルコールを別のアルケンアルコールと反応させることにより製造できるエーテル、またはアルケンアルコールを、アルケンアルコールではないアルコールと反応させることにより製造できるエーテルを挙げることができる。アルケンアルコールのエステル誘導体としては、アルケンアルコールをカルボン酸(または他の種類の酸、例えばスルホン酸またはホスホン酸)と反応させることにより製造できるエステル、またはアルコールを、対応するカルボン酸に酸化されているアルケンアルコールと反応させることにより製造できるエステルを挙げることができる。アルケンアルコールのアセタール誘導体としては、ケトンを少なくとも一種のアルケンアルコールと反応させることにより製造できるアセタールを挙げることができる。アルケンアルコールのアルデヒド、ケトン、およびカルボン酸誘導体としては、アルケンアルコールの酸化により製造できるアルデヒド、ケトン、およびカルボン酸を挙げることができる。
原料流は、所望により、少なくとも一種の、混合物が溶解する溶剤を包含することができる。好適な溶剤としては、異性体の混合物が溶解し得る溶剤である。例えば、溶剤としては、極性のプロトン性溶剤、例えば水、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールならびにグリコール、脂肪族または芳香族炭化水素、例えば石油エーテル、ペンタン、ヘキサン、トルエン、ベンゼン、キシレン等、エーテル溶剤、例えばジエチルエーテル、テトラヒドロフランおよびDME、エステル溶剤、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、極性の非プロトン性有機溶剤、例えばNMP、DMSO、DMFおよび有機溶剤、例えばアセトンまたはメチルエチルケトン、が挙げられる。
EおよびZ異性体の混合物に加えて、原料流は、アルケンアルコールを構成する他の異性体、例えば炭素−炭素二重結合が分子内の他の位置にある異性体、も含んでいてもよい。例えば、原料流は、種々のヘプテノール異性体のEおよびZ異性体の混合物、またはヘキセノールのEおよびZ異性体の混合物、例えば3−ヘキセン−1−オール、2−ヘキセン−1−オール、4−ヘキセン−1−オール、を含んでいてもよい。さらに、原料流は、他の可溶な汚染物または不純物、例えば飽和アルコールまたは他の関連する化合物、を含んでいてもよい。本発明の方法の利点の一つは、これらの汚染物および/または不純物も、アルケノールまたはアルケノール誘導体のEおよびZ異性体から除去できることである。
本発明を一般的に説明したが、具体的な例を参照することにより、より深く理解することができる。これらの例は、例示のためにのみ記載するのであって、本発明を制限するものではない。
回転プラットホームに固定された10カラムのセットおよび中央の回転バルブを含む1/8”連続クロマトグラフィー分離装置(Calgon Carbon Corporationから市販のCSEP装置)を使用した。回転バルブは、入口および出口処理流を受け容れる10個の固定口をが備わっている。入口および出口流の相対的位置およびカラムの相互接続を図に示す。カラムは、切換時間と呼ばれる特定時間間隔で、各口の位置を通して段階的に回転させた。
カラムは、直径が1.1cmで、長さが100cmであった。各カラムは、銀装填したPCR-145K樹脂95mlを含んでいた。この樹脂は直径が約300μmであり、同じCSEP装置中でその場で、乾燥樹脂に対して銀イオン13.6重量%を含むように調製(銀イオン交換)した。装置全体は、一定温度40℃に維持したケースの中に収容されている。
E/Zヘプテノールの混合物(原料流S1)を口6に、流量0.215ml/分で連続的に供給した。循環流(S5)は、口10から流量4.53ml/分で取り出した。次いで、循環流をメタノール流(S4)と混合して溶離流を形成し、これを口1に流量11.02ml/分で供給した。E生成物流(S7)は口8から流量1.09ml/分で取り出し、Z生成物流(S3)は口2から流量3.85ml/分で取り出した。他の不純物を原料流から除去するのに使用できる除去流(S2)は口9から流量1.59ml/分で取り出した。カラムは、切換時間12分間で回転させた。各流におけるE/Zヘプテノールの回収結果およびその純度を、表1に示す。
純度は下記のように計算した。
Eヘプテノール純度(%)=((Eヘプテノール濃度)/(Eヘプテノール濃度+Zヘプテノール濃度))×100%
Zヘプテノール純度(%)=((Zヘプテノール濃度)/(Eヘプテノール濃度+Zヘプテノール濃度))×100%
回収率は下記のように計算した。
E−ヘプテノール回収率=((流中のE−ヘプテノール)/((E−生成物流中のE−ヘプテノール)+(Z−生成物流中のE−ヘプテノール)+(除去生成物流中のE−ヘプテノール)))×100%
流中のE−ヘプテノール=Eヘプテノール濃度×流量
Z−ヘプテノール回収率=((流中のZ−ヘプテノール)/((E−生成物流中のZ−ヘプテノール)+(Z−生成物流中のZ−ヘプテノール)+(除去生成物流中のZ−ヘプテノール)))×100%
流中のZ−ヘプテノール=Zヘプテノール濃度×流量
Figure 2015155402
表1の結果から明らかなように、この連続方法により、原料流中のE/Zヘプテノールが2種類の生成物流(E−およびZ−生成物流)に分離される。原料流と比較して、E−生成物流は、E−ヘプテノール純度がより高く、Z−生成物流は、Z−ヘプテノール純度がより高い。これらの結果は、純度が非常に高いZヘプテノール異性体が良好な回収収率で回収されることも立証している。
本発明の方法の好ましい実施態様を図式的に示した図である。

Claims (17)

  1. 銀および/または銅イオンでイオン交換されているイオン交換媒体を、少なくとも一種のアルケンアルコールのEおよびZ異性体および/または少なくとも一種アルケンアルコール誘導体のEおよびZ異性体、および所望により、一種以上の汚染物または不純物を含んでなる原料流と、実質的に連続的に接触させ、
    前記原料流中のアルケンアルコールまたはアルケンアルコール誘導体のEまたはZ異性体の異性体純度と比較して、少なくとも一種のアルケンアルコールまたはアルケンアルコール誘導体のEまたはZ異性体の異性体純度がより高い少なくとも一つの生成物流を除去する、ことを含んでなる、分離方法。
  2. 前記イオン交換媒体が銀でイオン交換されている、請求項1に記載の分離方法。
  3. 前記イオン交換媒体が、銀でイオン交換されたイオン交換樹脂である、請求項1に記載の分離方法。
  4. 前記実質的に連続的な接触が、連続式固体/液体接触装置または模擬移動床向流装置で行われる、請求項1に記載の分離方法。
  5. 前記イオン交換樹脂が、スルホン酸またはスルホン酸塩基を有するマクロ細孔質スチレン−ジビニルベンゼン共重合体である、請求項3に記載の分離方法。
  6. 前記イオン交換樹脂の粒子径が100〜700μmである、請求項5に記載の分離方法。
  7. 前記原料流が、2−ブテノール、2−ペンテノール、2−ヘキセノール、3−ヘキセノール、2−ヘプテノール、3−ヘプテノール、それらの誘導体、およびそれらの混合物の、Eおよび/またはZ異性体からなる群から選択された少なくとも一種のアルケンアルコールを含んでなる、請求項1に記載の分離方法。
  8. 前記少なくとも一種のアルケンアルコールが、少なくとも一種のアルケンアルコールのエーテル、エステル、アセタール、アルデヒド、ケトン、およびカルボン酸から選択された少なくとも一種のアルケンアルコール誘導体である、請求項7に記載の分離方法。
  9. 前記少なくとも一種のアルケンアルコールが、3−ヘキセン−1−オール、2−ヘキセン−1−オール、4−ヘキセン−1−オール、それらの誘導体、およびそれらの混合物の、Eおよび/またはZ異性体からなる群から選択される、請求項7に記載の分離方法。
  10. 前記生成物流が、少なくとも98.5重量%のZ−3−ヘキセン−1−オールを含んでなる、請求項1に記載の分離方法。
  11. 前記生成物流が、1.0重量%以下のE−3−ヘキセン−1−オールを含んでなる、請求項10に記載の分離方法。
  12. 前記原料流が、アルコール、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エーテル溶剤、エステル溶剤、および極性の非プロトン性有機溶剤からなる群から選択された少なくとも一種の溶剤をさらに含んでなる、請求項1に記載の分離方法。
  13. 前記少なくとも一種の溶剤が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、グリコール、石油エーテル、ペンタン、ヘキサン、トルエン、ベンゼン、キシレン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、DME、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、NMP、DMSO、DMF、アセトン、MEK、水、およびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一種の溶剤である、請求項13に記載の分離方法。
  14. 前記少なくとも一種の溶剤がメタノールである、請求項14に記載の分離方法。
  15. 前記一種以上の汚染物または不純物が前記原料流中に存在し、前記EまたはZ異性体が前記一種以上の汚染物または不純物からも分離される、請求項1に記載の分離方法。
  16. 前記一種以上の汚染物または不純物が飽和アルコールである、請求項16に記載の分離方法。
  17. 前記飽和アルコールが、前記EまたはZ異性体と等しい炭素数を有する、請求項17に記載の分離方法。
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