JP4497572B2 - 13c含有尿素の製造法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、13C含有尿素の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来尿素の合成法としては、(1)尿から濃縮分離する方法、(2)シアン酸アンモニウム又はフェニル炭酸アンモニウムより製造する方法、(3)水に石灰窒素(CaCN2)を加え、二酸化炭素を通じ、得られたシアナミド(CNNH2)を硫酸酸性にして加温し製造する方法、(4)二酸化炭素及びアンモニアを石油中に通じて得られるカルバミン酸アンモニウム(NH2COONH4)を高圧下加熱して製造する方法、(5)二酸化炭素とアンモニアを直接150気圧、200℃で反応させる方法等が知られている(第十二改正日本薬局方解説書,1991年東京廣川書店刊行)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法を適用して本発明の13C含有尿素を製造しようとすると、次のような欠点が生ずる。即ち、上記(1)の方法では低収率で目的物が得られるに過ぎない。(2)又は(3)の方法による場合には、合成し難く、入手が困難な13C含有シアン酸アンモニウム、13C含有フェニル炭酸アンモニウム、13CNNH2等を使用しなければならない。(5)の方法による場合には、13CO2とアンモニアとが平衡反応のため、収率が悪く、高価で貴重な13CO2を浪費し易い。また(4)又は(5)の方法による場合には、高温、高圧下で反応させるため、安全性、操作性の面で問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、13C含有尿素を下記一般式(1)の化合物から、簡便且つ高収率、高純度で、しかも安全性よく製造し得る方法を提供することにある。
【0005】
即ち、本発明は、下記一般式(1)
【0006】
【化6】
【0007】
[式中R1、R2、R3及びR4はそれぞれ水素原子又は低級アルキル基を示す。C*は13Cを示す。]
で表わされる環状カーボネート誘導体とアンモニアとを反応させることを特徴とする13C含有尿素の製造法に係る。
【0008】
【発明の実施の形態】
本明細書において、低級アルキル基としては、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル基等の炭素数1〜6の直鎖又は分枝鎖状アルキル基を挙げることができる。
【0009】
本発明において出発原料として用いられる一般式(1)の化合物は、例えば下記反応式−1の方法に従って製造され得る。
【0010】
【化7】
【0011】
[式中R1、R2、R3、R4及びC*は前記に同じ。]
化合物(2)と化合物(3)との反応は、無溶媒下ルイス酸とオニウム塩又は、ルイス酸とルイス塩基の存在下に行なうことができる。
【0012】
ルイス酸としては、例えば塩化亜鉛、臭化亜鉛、沃化亜鉛、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、沃化アルミニウム、四塩化チタン、三塩化クロム、三塩化モリブデン、五塩化モリブデン、六塩化タングステン、二塩化コバルト、二臭化ニッケル等のハロゲン化金属を挙げることができる。
【0013】
オニウム塩としては、例えば沃化テトラ−n−ブチルアンモニウム、臭化テトラ−n−ブチルアンモニウム、塩化テトラ−n−ブチルアンモニウム、沃化アセチル,トリメチルアンモニウム、沃化エチル,ジメチル,フェニルアンモニウム、沃化テトラエチルアンモミウム、沃化−n−ブチル,トリエチルアンモニウム、沃化トリ−n−ブチル,メチルアンモニウム、沃化トリ−n−デシル,メチルアンモニウム、沃化(1−フェネチル)トリメチルアンモニウム等のアミノ基上に置換基として炭素数1〜10の直鎖又は分枝鎖状アルキル基、低級アルカノイル基、フェニル基及びフェニル低級アルキル基なる群より選ばれた基を4個有するハロゲン化アンモニウム類、塩化テトラ−n−ブチルホスホニウム、臭化テトラ−n−ブチルホスホニウム、沃化テトラ−n−ブチルホスホニウム等の同一又は異なった低級アルキル基を4個有するハロゲン化ホスホニウム類、臭化テトラフェニルアンチモニウム等のフェニル基を4個有するハロゲン化アンチモニウム類、沃化トリエチルスルホニウム等の同一又は異なった低級アルキル基を3個有するハロゲン化スルホニウム類等を挙げることができる。
【0014】
ルイス塩基としては、例えばトリフェニルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィン等のリン化合物、トリエチルアミン等の三級アミン類等を挙げることができる。
【0015】
化合物(2)と化合物(3)との反応は、通常0℃〜室温付近、二酸化炭素圧が通常常圧〜10kg/cm2、好ましくは常圧〜7kg/cm2にて行なわれ、該反応は一般に1〜10時間程度で終了する。化合物(2)の使用量は、化合物(3)に対して少なくとも当量、好ましくは当量〜1.5当量とするのがよい。ルイス酸の使用量は、化合物(2)に対して通常0.001〜0.5倍モル、好ましくは0.001〜0.3倍モル量とするのがよい。またオニウム塩の使用量は、化合物(2)に対して通常0.01〜0.1倍モル量、好ましくは0.01〜0.07倍モル量とするのがよく、ルイス塩基の使用量としては、化合物(2)に対して通常0.01〜0.5倍モル量、好ましくは0.01〜0.1倍モル量とするのがよい。
【0016】
上記反応式−1によれば、高価で貴重な13CO2を浪費することなく、簡便に且つ高収率、高純度で、13C含有環状カーボネート誘導体(1)を得ることができる。
【0017】
本発明によれば、上記で得られる13C含有環状カーボネート誘導体(1)にアンモニアと反応させることにより、目的とする13C含有尿素を容易に製造することができる。
【0018】
本発明の方法は、オートクレーブ中適当な溶媒下、通常100〜180℃、好ましくは100〜150℃付近にて反応が進行し、一般に1〜15時間程度で該反応は終了する。アンモニアの使用量は、一般式(1)の化合物に対して通常大過剰量、好ましくは10〜30倍モル量とするのがよい。この反応で用いられる溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類等を例示できる。
【0019】
本発明の反応系内には、触媒としてルイス酸や銅等を添加してもよい。ルイル酸としては、例えばn−ブチルチンオキシド等のアルキルチンオキシド類、アルミナムイソプロオキシド等のアルミナムアルコキンド類、酢酸銅等の銅化合物、塩化第二錫、蓚酸錫等の錫化合物等を例示できる。
【0020】
化合物(1)とアンモニアとの反応で、反応系内に中間体として
【0021】
【化8】
【0022】
が生成するが、これらは単離することなく、最終化合物である13C含有尿素に誘導され得る。
【0023】
また上記中間体の化合物(4)又は(5)を単離して、これらとアンモニアとを、前記化合物(1)とアンモニアとの反応と同様の条件下に反応させても、13C含有尿素を簡便に、且つ高収率、高純度で製造することができる。
【0024】
更に下記反応式−2に示す如く、上記中間体の化合物(4)又は(5)をカーバメイト誘導体に変換後、前記化合物(1)とアンモニアとの反応と同様の条件下に反応させても、13C含有尿素を製造することができる。
【0025】
【化9】
【0026】
[式中R1、R2、R3、R4及びC*は前記に同じ。R5は低級アルキル基を示す。]
化合物(4)又は化合物(5)と化合物(6)との反応及び化合物(7)とアンモニア(8)との反応は、いずれも前記化合物(1)とアンモニアとの反応と同様の条件下に行なわれる。13C含有カーバメイト誘導体(7)は従来の種々の方法で合成され得るが、本発明の方法によれば13C含有カーバメイト誘導体(7)を高収率、高純度で製造でき、また13C含有カーバメイト誘導体(7)とアンモニア(8)とを反応させることにより13C含有尿素を簡便に、且つ高収率、高純度で製造できる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、13C含有尿素を、上記一般式(1)の化合物から、簡便且つ高収率、高純度で、しかも安全性よく製造し得る。
【0028】
【実施例】
以下に参考例及び実施例を掲げて本発明をより一層明らかにする。
【0029】
参考例1
氷冷下、窒素気流を行ないながら、沃化テトラ−n−ブチルアンモニウム16.9g及び塩化亜鉛1.56gに、プロピレンオキシド200mlを加える。系内を減圧にし脱気を行なう。そこに、13C−二酸化炭素を1.5〜4.5kg/cm2で流入する。吸収が止まったら、リークし、再び系内を減圧にしてから13C−二酸化炭素を流入する。この操作を繰り返し、プロピレンオキシドに対して約0.9当量の13C−二酸化炭素を吸収させる。反応終了後、未反応のプロピレンオキシドを常圧又は減圧下に留去した後、減圧蒸留して、2−13C−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンを240.2g(13C−二酸化炭素からの収率91.6%,プロピレンオキシドからの収率81.5%)得る(4mmHgで90〜93℃)。
【0030】
実施例1
アンモニア48gを吹き込んだメタノール180mlに2−13C−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン12.0gを溶解し、オートクレーブ中で130℃、12時間反応する。反応後、冷却し、メタノール及びアンモニアを減圧留去する。残渣にアセトン60mlを加え、0℃で30分攪拌する。析出晶を濾取する。濾液のアセトンを減圧留去した後、プロピレングリコールを同じく減圧留去する(bp.80℃/0.5mmHg)。この残渣にアセトン10mlを加え、0℃で30分攪拌する。結晶を濾取する。先の結晶と合わせエタノールより再結晶して、13C含有尿素6.38gを得る。収率:89.8%
融点:133〜134℃、無色プリズム状。
【0031】
実施例2
封管中にメチルカーバメイト980mg及びメタノールに溶解したアンモニア(アンモニア/メタノール=191g/900ml)17mlを加え、130℃で15時間加熱する。反応液を取り出し、減圧濃縮後エタノールより再結晶して13C含有尿素720mgを得る。収率:91.5%
融点:133〜134℃、無色プリズム状。
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