JP2516435B2 - 複素環カルボン酸の製造方法 - Google Patents

複素環カルボン酸の製造方法

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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、含窒素複素環式芳香族化合物を酸化して、
含窒素複素環カルボン酸を製造する方法に関する。含窒
素複素環カルボン酸は、感圧・感熱色素、医薬、農薬或
いは高分子化合物の原料として有用なものである。
従来の技術 従来、含窒素複素環カルボン酸を製造するには、過マ
ンガン酸カリウムによる酸化が用いられていた。例え
ば、ピリジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸は、Beilste
in Org.Chemie,22,189によれば、2,6−ジメチルピリジ
ン−3,5−ジカルボン酸を過マンガン酸カリウムにて酸
化することによつて得られている。しかしながら、かか
る過マンガン酸カリウムによる酸化反応を用いるとき
は、この酸化剤を原料被酸化物の当量程度必要とし、し
かも過マンガン酸カリウムは比較的高価であるので、製
造費用が高くならざるを得ない。更に、酸化反応におい
て、二酸化マンガンが多量に副生し、その廃棄処理を必
要とするために、工業的な製造方法としては不利であ
る。
他方、D.C.Ayresらは、キノリンを四塩化炭素と次亜
塩素酸塩水溶液の存在下で四酸化ルテニウムにより酸化
してキノリンを製造することを報告しているが(J.Che
m.Soc.Perkin Vol.1 N0.8,707-10(1975))、この方法
によれば、キノリン酸の収率が著しく低い。
また、特開昭60-084270号公報及び特開昭61-212563号
公報においては、キノリンを一定量以上の塩基の存在下
に、次亜塩素酸塩水溶液中、四酸化ルテニウムで酸化し
てキノリン酸を得る製造方法が記載されている。この方
法によれば、キノリン酸の収率は比較的高いが、反応時
間に約7時間〜24時間と長時間を要している。
発明が解決しようとする課題 本発明者は、含窒素複素環カルボン酸の製造における
上記のような問題を解決するために鋭意研究した結果、
含窒素複素環式芳香族化合物を次亜塩素酸塩水溶液と塩
基の存在下に四酸化ルテニウムで酸化する際に、溶媒と
してアセトニトリルを使用することにより、高収率かつ
短時間で含窒素複素環カルボン酸が製造できることを見
出して、本発明に至つたものである。
課題を解決するための手段 本発明によれば、一般式(I) (式中、R1及びR2はそれぞれ水素原子もしくは低級アル
キル基を表わすか、又は相互に結合して形成するベンゼ
ン環を表わす。また、R1、R2及びベンゼン環Aは、反応
に関与しない置換基を有していてもよい。) で表わされる複素環式化合物を次亜塩素酸塩水溶液と塩
基の存在下に、四酸化ルテニウムで酸化する際に、溶媒
としてアセトニトリルを使用することを特徴とする一般
式(II) (式中、R3及びR4はそれぞれ前記R1及びR2と同じである
か又はカルボキシル基を表わす。)で表わされる複素環
カルボン酸の製造方法が提供される。
更に、本発明によれば、一般式(III) (式中、ベンゼン環Aは、反応に関与しない置換基を有
していてもよい。) で表わされる複素環式化合物を次亜塩素酸塩水溶液と塩
基の存在下に、四酸化ルテニウムで酸化する際に、溶媒
としてアセトニトリルを使用することを特徴とする一般
式(IV) で表わされる複素環カルボン酸の製造方法が提供され
る。
本発明の方法において用いる原料被酸化物は、前記一
般式(I)又は(III)で表わされ、R1、R2は水素原子も
しくは低級アルキル基を表わすか、又は相互に結合して
形成するベンゼン環を表わす。また、R1、R2及びベンゼ
ン環Aは、反応に関与しない置換基、例えば、水酸基等
を有していてもよい。上記低級アルキル基としては、メ
チル基、エチル基、プロピル基及びブチル基を挙げるこ
とができるが、メチル基が好ましい。従つて、本発明に
おいて、原料被酸化物の例としては、キノリン、2−メ
チルキノリン、3−メチルキノリン、2−メチル−5−
ヒドロキシキノリン、2−メチル−8−ヒドロキシキノ
リン、3−メチル−5−ヒドロキシキノリン、3−メチ
ル−8−ヒドロキシキノリン、2−エチルキノリン、3
−エチルキノリン、2−エチル−5−ヒドロキシキノリ
ン、3−エチル−8−ヒドロキシキノリン、2−n−プ
ロピルキノリン、3−n−プロピルキノリン、2−イソ
プロピル−5−ヒドロキシキノリン、2−n−ブチルキ
ノリン、3−n−ブチルキノリン、2−n−ブチル−8
−ヒドロキシキノリン、3−イソブチル−5−ヒドロキ
シキノリン、2,3−ジメチルキノリン、2,3−ジメチル−
5−ヒドロキシキノリン、2,3−ジメチル−8−ヒドロ
キシキノリン、2,3−ジエチルキノリン、2,3−ジエチル
−5−ヒドロキシキノリン、2,3−ジエチル−8−ヒド
ロキシキノリン、2−メチル−3−エチルキノリン、2
−メチル−3−エチル−8−ヒドロキシキノリン、2,3
−ジ−n−プロピルキノリン、2,3−ジ−n−ブチルキ
ノリン、アクリジン、イソキノリン、5−ヒドロキシイ
ソキノリン、8−ヒドロキシイソキノリン等が挙げられ
る。
また、酸化生成物としては、反応条件により種々異な
るが、キノリン酸(ピリジン−2,3−ジカルボン酸)、
5−メチルピリジン−2,3−ジカルボン酸、6−メチル
ピリジン−2,3−ジカルボン酸、5−エチルピリジン−
2,3−ジカルボン酸、6−エチルピリジン−2,3−ジカル
ボン酸、ピリジン−2,3,5−トリカルボン酸、ピリジン
−2,3,6−トリカルボン酸、アクリジン酸、ピリジン−
2,3,5,6−テトラカルボン酸、シンコメロン酸等が挙げ
られる。尚、一般式(III)で表わされる複素環式化合
物の酸化においては、複素環が開製してフタル酸を副生
物として生成する。
本発明において、直接酸化剤として作用するものは四
酸化ルテニウムである。この四酸化ルテニウムは、三塩
化ルテニウムが次亜塩素酸塩によつて酸化されて生成す
る。四酸化ルテニウムは、被酸化物を酸化する際に二酸
化ルテニウムに還元され、この二酸化ルテニウムは次亜
塩素酸塩によつて四酸化ルテニウムに酸化される。従つ
て、次亜塩素酸塩の存在下に酸化を行なうとき、上記の
ように反応系内で次亜塩素酸塩による三塩化ルテニウム
及び二酸化ルテニウムの酸化によつて四酸化ルテニウム
が生成されるので、本発明においては四酸化ルテニウ
ム、三塩化ルテニウム及び二酸化ルテニウムのいずれで
も用いることができる。また、以上の理由からその使用
量は極く少量、いわゆる触媒量であつてよく、一般的に
ルテニウム化合物の使用量が多いほど反応速度は速くな
るが、ルテニウム化合物は通常非常に高価であるので、
その使用量はできるだけ低減させることが工業的製造上
望ましい。例えば、キノリンよりキノリン酸を製造する
場合、ルテニウム化合物の所要量は、キノリンに対して
5×10-5〜1×10-4モルの範囲まで低減しても、好適な
収率を保つことができる。
本発明において、次亜塩素酸塩は水溶液の形態にて用
いられる。金属塩の種類は特に制限されないが、通常、
次亜塩素酸ナトリウム又は次亜塩素酸カリウムが容易に
入手されるので、好適に用いられる。その濃度は特に制
限はないが、余りに低濃度であるときには、酸化生成物
の収率が低くなり、他方、余りに高濃度であるときに
は、反応条件下での次亜塩素酸塩の自己分解が大きくな
る。従つて、用いる次亜塩素酸塩水溶液の濃度は、その
入手の容易さからも、通常、5〜20%の範囲であるが、
好ましくは5〜15%の範囲である。次亜塩素酸塩の使用
量は通常、理論量の1.1〜2倍であるが、必要に応じ
て、この範囲を越えて多量に用いてもよい。
本発明において、次亜塩素酸塩としては、前記したよ
うに、アルカリ金属塩が好ましく用いられる。これらは
その製造方法から若干の水酸化アルカリを含有してお
り、その含有量は次亜塩素酸塩の濃度及び製造者によつ
て異なるが、通常、0.5〜3%である。本発明の方法に
おいては、反応の開始に先立つて反応溶媒に所定量の次
亜塩素酸塩と共に、水酸化アルカリ金属を所定量加え、
反応終了に至るまでの間、反応媒体のpHを常に11以上の
高アルカリ性に保つことが好ましい。反応系内の水酸化
アルカリ金属の量は、目的とする反応生成物のカルボキ
シル基の数によつて異なるが、通常、反応生成物がジカ
ルボン酸である場合は、原料被酸化物の5倍モル以上、
反応生成物がテトラカルボン酸である場合は、原料被酸
化物の10倍モル以上である。
反応温度は主に酸化速度に影響を及ぼし、余りに低温
では反応速度が遅く、他方、余りに高温では、次亜塩素
酸塩の自己分解が促進されるので、次亜塩素酸塩を多量
に必要とする。従つて、本発明においては、反応速度は
通常、10〜70℃の範囲であり、好ましくは20〜60℃の範
囲である。反応時間は、反応温度にもよるが、通常30分
〜6時間である。
本発明においては、溶媒としてアセトニトリルを使用
することが特徴である。
従来、特に水に溶解又は分散しない固体の反応原料を
四酸化ルテニウムにて酸化する場合、四塩化炭素に代表
される不活性溶媒に反応原料を溶解させ、次亜塩素酸塩
水溶液との二相系にて激しく攪拌、分散せしめて、反応
を行なうのが通常であつた。本発明においては、溶媒と
してアセトニトリルを用いて反応原料を溶解し、反応を
行なうことによつて、反応速度が増し、反応時間を短縮
できることを見い出したものである。アセトニトリルを
溶媒として使用することにより反応速度が増大する理由
は明らかではないが、アセトニトリルが水に対し無限の
溶解度を有することから、反応系内において、原料複素
環式化合物/次亜塩素酸塩水溶液/アセトニトリルの混
合物が均一な溶液となることが原因の一つであると考え
られる。
アセトニトリルの使用量は任意であつて、特に限定さ
れないが、通常、原料複素環式化合物と次亜塩素酸塩水
溶液とが均一溶液となる量存在すれば足りる。
反応終了後、反応液より目的とする複素環カルボン酸
を単離するには、反応混合物を冷却し、塩化ナトリウム
等の固形分があればこれを濾去し、濾液を酸によつてpH
1程度とすることによつて、複素環カルボン酸を単離す
ることができる。或いは、カルボン酸の種類によつて
は、酸析により生じた沈殿より付加物を除くために、濾
取した沈殿を更に希酸とともに煮沸することにより、目
的とする複素環カルボン酸を単離することができる。ま
た、別の単離法によれば反応混合物の濾液を酸にてpH1
程度とした後、これに所定量の硫酸銅、塩化銅、酸化銅
等の銅化合物を添加することにより、目的とする複素環
カルボン酸を銅塩として単離することができる。この銅
塩は、硫化水素、水酸化ナトリウム等により分解するこ
とにより、目的とする複素環カルボン酸を得ることがで
きる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、次亜塩素酸塩水溶液と
塩基の存在下に、四酸化ルテニウムにて含窒素複素環式
芳香族化合物を酸化して含窒素複素環式カルボン酸を製
造する際に、溶媒としてアセトニトリルを使用すること
により、反応時間を大幅に短縮することができる。
実施例 以下に実施例及び比較例により本発明を具体的に説明
する。但し、本発明はこれら実施例によつて何ら制限さ
れるものではない。尚、以下の反応において、HPLCの分
析定量操作は、下記のごとくに行なつた。
反応溶液をホールピペツトで1mlを採取し、これに0.5
g/lトリメリツト酸水溶液1mlを加え、よく振りまぜて、
直ちにマイクロシリジンで1μlをHPLCに打ち込む。生
成したカルボン酸量は、 の値を用いて検量線を作成して求める。以下にHPLCの測
定条件を示す。
HPLC :島津LC-3A 検出器 :島津SPD-2A(UV245nm) クロマトパツク :島津CR-2AX カラム :ZORBAX SAX oven temp.:40℃、flow rate:1.2ml/min、ABS:0.32、
移動相:クエン酸−Na2HPO4緩衝液(pH=4.0)CH3CN20
% 実施例1 (キノリン酸の製造) キノリン2g(0.0155モル)を、300mlの水相中にキノ
リンに対し5×10-3モル比となる量のRuCl3、30モル比
となる量のNaClO、10.6モル比となる量のNaOHを含有す
る混合液に添加後、さらにアセトニトリル10mlを添加
し、反応温度30度で攪拌した。反応の進行をHPLCで追跡
し、キノリン酸の生成率が94%となつた時点で反応を終
了した。全反応時間は50分であつた。尚、反応の停止は
少量のイソプロパノールを添加することで行なつた。
反応液を冷却し、固形分を濾去し、希硫酸を加えてpH
1とした後、CuSO4・5H2O4g(0.016モル)を添加し、80℃
の温度で30分間攪拌した。冷却後、沈殿を濾取し、水洗
し、さらに少量のメタノール、エーテルで洗浄し、乾燥
してキノリン酸銅塩(1:1銅塩)2水塩3.4g(収率82.9
%)を淡青色粉末として得た。
このキノリン酸銅塩3.4gを水中で硫化水素により分解
し、CuSを濾去後、濾液を濃縮してキノリン酸1.9g(キ
ノリンからの収率73.3%)を白色粉末として得た(分解
点179〜180℃、融点226〜229℃)。
実施例2 (キノリン酸の製造) 実施例1において、アセトニトリルの使用量を25mlと
した以外は、実施例1と同様にして反応を行なつた。HP
LCでキノリン酸の生成率が94%となるまでの全反応時間
は40分であつた。
実施例3 (ピリジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸の製造) アクリジン2.78g(0.0155モル)を、300mlの水相中に
アクリジンに対し5×10-3モル比となる量のRuCl3、30
モル比となる量のNaClO、21.3モル比となる量のNaOHを
含有する混合液に添加後、さらにアセトニトリル50mlを
添加し、反応温度30℃で攪拌した。反応の進行をHPLCで
追跡し、ピリジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸の生成
率が82%となつた時点で反応を終了した。全反応時間は
3時間であつた。
実施例4 (シンコメロン酸の製造) イソキノリン2g(0.0155モル)を、300mlの水相中に
イソキノリンに対し5×10-3モル比となる量のRuCl3、3
0モル比となる量のNaClO、12.2モル比となる量のNaOHを
含有する混合液に添加後、さらにアセトニトリル25mlを
添加し、反応温度30℃で1時間攪拌した。HPLC分析の結
果、シンコメロン酸の収率44%、フタル酸の収率13%で
あつた。
比較例1 (キノリン酸の製造) 実施例1において、アセトニトリルを使用しない以外
は実施例1と同様にして反応を行なつた。HPLCでキノリ
ン酸の生成率が94%に達するのに60分を要した。
比較例2 (ピリジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸の製造) 実施例3において、アセトニトリル50mlの代わりに四
塩化炭素50mlを使用して反応を行なつた。HPLCでピリジ
ン−2,3,5,6−テトラカルボン酸の生成率が82%となる
のに24時間を要した。
比較例3 (シンコメロン酸の製造) 実施例4において、アセトニトリルを使用しない以外
は、実施例4と同様にして反応を行なつた。3時間反応
後のHPLCによる分析の結果、シンコメロン酸の収率は38
%、フタル酸の収率は22%であつた。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(I) (式中、R1及びR2はそれぞれ水素原子もしくは低級アル
    キル基を表わすか、又は相互に結合して形成するベンゼ
    ン環を表わす。また、R1、R2及びベンゼン環Aは、反応
    に関与しない置換基を有していてもよい。) で表わされる複素環式化合物を次亜塩素酸塩水溶液と塩
    基の存在下に、四酸化ルテニウムで酸化する際に、溶媒
    としてアセトニトリルを使用することを特徴とする一般
    式(II) (式中、R3及びR4はそれぞれ前記R1及びR2と同じである
    か又はカルボキシル基を表わす。)で表わされる複素環
    カルボン酸の製造方法。
  2. 【請求項2】一般式(III) (式中、ベンゼン環Aは、反応に関与しない置換基を有
    していてもよい。) で表わされる複素環式化合物を次亜塩素酸塩水溶液と塩
    基の存在下に、四酸化ルテニウムで酸化する際に、溶媒
    としてアセトニトリルを使用することを特徴とする一般
    式(IV) で表わされる複素環カルボン酸の製造方法。
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