JP5410996B2 - カプロラクタム製造のための触媒的脱アミノ化 - Google Patents
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Description
本研究は、助成金番号NSF CHE−0211375、米国国立科学財団からの資金を用いて一部は実施された。米国政府は本技術において一定の権利を有し得る。
本技術は、リシンまたはα−アミノ−ε−カプロラクタムを、ポリマー、医薬品、および他の有用な材料を調製するために誘導体化することができる高価値な化合物へ触媒的に変換するための経路に関する。
titania particles: effect of noble metal loading on the selectivity and optical
purity of the product、J. Catal. 217巻:152〜59頁(2003年)(http://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/14649/1/JC2003−217−1.pdfにてオンラインで入手可能)に記載されているように、リシンを使用してピペコリン酸(「PCA」)を調製することもできる。
modulation of gamma−aminobutyric acid receptors by caprolactam derivatives with
central nervous system depressant or convulsant activity、Brain Res. 331巻(2号):225〜33頁(1985年4月8日)を参照されたい。
Org. Chem. 49巻:2875〜2880頁(1984年)を参照されたい。ピリジン水素化脱窒素は、C−担持の硫化されたNiMo、Zr、Ag、Nb、Mo、Rh、およびPd触媒を使用して研究されてきた。M. J. Ledouxら、J. Catalysis 115巻:580〜590頁(1989年)を参照されたい。同時に起こるピリジンの水素化脱窒素およびチオフェンの水素化脱硫は、C−担持のRh、Ru、Pd、Ir、およびPtを用いた。例えば、Z. Vitら、J. Catalysis 119巻:1〜7頁(1989年)を参照されたい。さらに、キノリン水素化脱窒素は、硫化された、C−担持のW、Re、Os、Ir、Pt、Mo、Ru、Rh、Pd、V、Cr、Mn、Fe、Co、およびNiを使用して調べられてきた。S. Eijsboutsら、J. Catalysis 109巻:217〜220頁(1988年)を参照されたい。
様々な実施形態において、本技術は、簡便なワンポット反応フォーマットで実施することができる新規な水素化脱窒素経路により、リシンまたはアルファ−アミノ−カプロラクタム(ACL)出発材料を、カプロラクタム、PCA、およびそれらの誘導体へ変換するための代替法および改良法を提供する。様々な実施形態において、本技術は、
カプロラクタムを含む反応生成物を調製するためのプロセスであって、リシン、アルファアミノカプロラクタム、それらの塩を含む反応剤を、触媒、および水素ガスを含むガスと接触させるステップを含み、触媒は、触媒支持体上に場合により担持されており、場合により、前記接触は、溶媒の存在下で行われるプロセス;
カプロラクタムまたはその誘導体を調製するためのプロセスであって、リシンまたはアルファ−アミノ−カプロラクタム(ACL)を含む出発材料を、溶媒(例えば、有機溶媒)中で、水素化脱窒素触媒と接触させ、その組合せをH2ガスまたはH2ガス混合物雰囲気と接触させ、反応混合物を形成すること;反応混合物を、水素化脱窒素反応が進行することができる高温にすること;および反応混合物を、水素化脱窒素反応がカプロラクタムを生成するのに十分な時間にわたって高温に維持することを含むプロセス;
触媒が、遷移金属水素化脱窒素触媒であるようなプロセス;水素化脱窒素触媒が、硫化遷移金属を含むようなプロセス;そのH2ガス混合雰囲気が、H2Sを含むようなプロセス;
そのようにして製造されるカプロラクタムを単離すること、もしくはそのようにして製造されるカプロラクタムの誘導体を調製すること、または両方をさらに含むようなプロセス;
ピペコリン酸またはその誘導体を調製するためのプロセスであって、リシンを含む出発材料を、反応溶媒中で、水素化脱窒素触媒と接触させ、その組合せをH2ガスまたはH2ガス混合物雰囲気と接触させ、反応混合物を形成すること;反応混合物を、水素化脱窒素反応が進行することができる高温にすること;および反応混合物を、水素化脱窒素反応がピペコリン酸を生成するのに十分な時間にわたって高温に維持することを含むプロセス;
触媒が、遷移金属水素化脱窒素触媒であるようなプロセス;反応溶媒が、水を含むようなプロセス;
そのようにして製造されるピペコリン酸を単離すること、もしくはそのようにして製造されるピペコリン酸の誘導体を調製すること、または両方をさらに含むようなプロセス;
カプロラクタムを調製するためのプロセスであって、場合により、第1の触媒の存在下で、リシンを含む反応剤を約50℃〜300℃まで加熱して、アルファアミノカプロラクタムを含む第1の反応生成物を製造すること;前記第1の反応生成物を、水素を含むガスおよび第2の触媒と接触させて、カプロラクタムを含む第2の反応生成物を製造すること;ならびに第2の反応生成物からカプロラクタムを回収して、回収されたカプロラクタムを製造することを含むプロセス;
カプロラクタムまたはカプロラクタム誘導体を調製するためのシステムであって、(1)リシンまたはアルファ−アミノカプロラクタム(ACL)を含有する出発材料、(2)水素化脱窒素触媒、(3)有機水素化脱窒素反応溶媒、および(4)H2ガスまたはH2ガス混合物を包含し、(4)の雰囲気下で、(1)、(2)、および(3)の組合せが、加熱すると、リシンまたはACLの水素化脱窒素によりカプロラクタムを生成することができるシステム;
ピペコリン酸またはピペコリン酸誘導体を調製するためのシステムであって、(1)リシンを含有する出発材料、(2)水素化脱窒素触媒、(3)水性反応溶媒、および(4)H2ガスまたはH2ガス混合物を包含し、(4)の雰囲気下で、(1)、(2)、および(3)の組合せが、加熱すると、リシンまたはACLの水素化脱窒素によりピペコリン酸を生成することができるシステム;ならびに
それにより製造されるカプロラクタムおよびカプロラクタム誘導体;ならびにそれにより製造されるピペコリン酸およびピペコリン酸誘導体をさらに提供する。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
(項目1)
カプロラクタムまたはその誘導体を調製するためのプロセスであって、場合により、溶媒の存在下で、リシン、アルファアミノカプロラクタムまたはそれらの塩を含む反応剤を、触媒および水素ガスを含むガスと接触させることを含むプロセス。
(項目2)
前記触媒が、遷移金属触媒を含む、項目1に記載のプロセス。
(項目3)
前記遷移金属触媒が、Pt、Au、Pd、Rh、Re、Ru、Ir、Ni、またはMoを含む、項目2に記載のプロセス。
(項目4)
前記触媒が、硫化遷移金属触媒を含む、項目2に記載のプロセス。
(項目5)
前記硫化遷移金属触媒が、硫化Pt、Au、Pd、Rh、Re、Ru、Ir、Ni、またはMoを含む、項目4に記載のプロセス。
(項目6)
前記触媒が、支持体材料上に提供される、項目1に記載のプロセス。
(項目7)
前記支持体材料が、炭素、SiO 2 、Al 2 O 3 、TiO 2 、ZrO 2 、アルミノケイ酸塩、シリカ−チタニア、チタニア−アルミナ、またはNiOを含む、項目6に記載のプロセス。
(項目8)
前記接触が、溶媒の存在下で行われ、前記溶媒が、テトラヒドロフランまたはエタノールを含む、項目1に記載のプロセス。
(項目9)
前記ガスが、H 2 Sをさらに含む、項目1に記載のプロセス。
(項目10)
前記ガスが、前記H 2 Sの約5容量%〜約50容量%を含む、項目9に記載のプロセス。
(項目11)
前記ガスとの前記接触が、前記プロセスの開始時に約50psi〜約3000psi(約0.3MPa〜約21MPa)の圧力にて行われる、項目1に記載のプロセス。
(項目12)
接触が、約50℃〜約300℃の温度にて行われる、項目1に記載のプロセス。
(項目13)
前記温度が、約250℃〜約300℃である、項目12に記載のプロセス。
(項目14)
前記接触が、約0.1時間〜約8時間にわたって行われる、項目1に記載のプロセス。
(項目15)
前記リシンが、L−リシンである、項目1に記載のプロセス。
(項目16)
前記反応剤が、リシンを含み、前記溶媒が、エタノールを含む、項目1に記載のプロセス。
(項目17)
前記プロセスにより製造される前記カプロラクタムを単離することをさらに含む、項目1に記載のプロセス。
(項目18)
前記プロセスにより製造される前記カプロラクタムの誘導体を調製することをさらに含む、項目1に記載のプロセス。
(項目19)
前記カプロラクタム誘導体が、ポリアミドポリマー、医薬品、または医薬品候補化合物である、項目18に記載のプロセス。
(項目20)
単一ステップで行われる、項目1に記載のプロセス。
(項目21)
ピペコリン酸を調製するためのプロセスであって、リシンを含む反応剤を、水を含む溶媒の存在下で、触媒、および水素ガスを含むガスと接触させるステップを含むプロセス。
(項目22)
前記触媒が、遷移金属触媒を含む、項目21に記載のプロセス。
(項目23)
前記触媒が、Pt、Au、Pd、Rh、Re、Ru、Ir、NiまたはMoを含む、項目22に記載のプロセス。
(項目24)
前記触媒が、Pd、RuまたはラネーNi触媒を含む、項目23に記載のプロセス。
(項目25)
前記触媒が、炭素、SiO 2 、Al 2 O 3 、TiO 2 、ZrO 2 、アルミノケイ酸塩、シリカ−チタニア、またはチタニア−アルミナを含む支持体材料上に提供される、項目21に記載のプロセス。
(項目26)
前記ガスが、H 2 Sをさらに含む、項目21に記載のプロセス。
(項目27)
前記ガスとの前記接触が、前記プロセスの開始時に約100psi〜約3000psi(約0.6MPa〜約21MPa)の圧力にて行われる、項目21に記載のプロセス。
(項目28)
接触が、約50℃〜約300℃の温度にて行われる、項目21に記載のプロセス。
(項目29)
前記温度が、約200℃である、項目28に記載のプロセス。
(項目30)
前記接触が、約0.1〜約8時間にわたって行われる、項目21に記載のプロセス。
(項目31)
前記リシンが、L−リシンである、項目21に記載のプロセス。
(項目32)
前記プロセスにより製造される前記ピペコリン酸を単離することをさらに含む、項目21に記載のプロセス。
(項目33)
前記プロセスにより製造される前記ピペコリン酸の誘導体を調製することをさらに含む、項目21に記載のプロセス。
(項目34)
前記誘導体が、医薬品または医薬品候補化合物である、項目33に記載のプロセス。
(項目35)
項目1に記載の方法によりリシンから製造されるカプロラクタムまたはその誘導体。
(項目36)
項目21に記載の方法により製造されるピペコリン酸またはその誘導体。
(項目37)
カプロラクタムを調製するためのプロセスであって、
(a)場合により、第1の触媒の存在下で、リシンまたはその塩を含む反応剤を約50℃〜300℃の温度まで加熱して、アルファアミノカプロラクタムを含む第1の反応生成物を製造すること、
(b)該第1の反応生成物を、水素を含むガスおよび第2の触媒と接触させて、カプロラクタムを含む第2の反応生成物を製造すること、
(c)該第2の反応生成物からカプロラクタムを回収して、回収されたカプロラクタムを製造すること
を含むプロセス。
(項目38)
前記加熱が、前記第1の触媒の存在下で行われる、項目37に記載のプロセス。
(項目39)
前記第1の触媒が、前記第2の触媒と同じである、項目38に記載のプロセス。
(項目40)
前記触媒が、遷移金属触媒を含む、項目39に記載のプロセス。
(項目41)
前記遷移金属触媒が、Pt、Au、Pd、Rh、Re、Ru、Ir、Ni、またはMoを含む、項目40に記載のプロセス。
(項目42)
前記触媒が、硫化遷移金属触媒を含む、項目40に記載のプロセス。
(項目43)
前記硫化遷移金属触媒が、硫化Pt、Au、Pd、Rh、Re、Ru、Ir、Ni、またはMoを含む、項目42に記載のプロセス。
(項目44)
前記触媒が、支持体材料上に提供される、項目37に記載のプロセス。
(項目45)
前記支持体材料が、炭素、SiO 2 、Al 2 O 3 、TiO 2 、ZrO 2 、アルミノケイ酸塩、シリカ−チタニア、チタニア−アルミナ、またはNiOを含む、項目44に記載のプロセス。
(項目46)
加熱が、溶媒の存在下で行われる、項目37に記載のプロセス。
(項目47)
前記溶媒が、テトラヒドロフランまたはエタノールを含む、項目46に記載のプロセス。
(項目48)
前記ガスが、H 2 Sをさらに含む、項目37に記載のプロセス。
(項目49)
前記ガスが、前記H 2 Sの約5容量%〜約50容量%を含む、項目48に記載のプロセス。
(項目50)
前記ガスとの前記接触が、前記接触ステップの開始時に約50psi〜約3000psi(約0.3MPa〜約21MPa)の圧力にて行われる、項目37に記載のプロセス。
(項目51)
前記接触が、約50℃〜約300℃の温度にて行われる、項目37に記載のプロセス。
(項目52)
前記温度が、約250℃〜約300℃である、項目51に記載のプロセス。
(項目53)
前記反応が、約0.1時間〜約8時間にわたって行われる、項目37に記載のプロセス。
(項目54)
前記アルファアミノカプロラクタムが、アルファ−L−アミノカプロラクタムである、項目37に記載のプロセス。
(項目55) 前記プロセスにより製造されるカプロラクタムを単離することをさらに含む、項目37に記載のプロセス。
(項目56)
前記プロセスにより製造されるカプロラクタムの誘導体を調製することをさらに含む、項目37に記載のプロセス。
(項目57)
前記カプロラクタム誘導体が、ポリアミドポリマー、医薬品、または医薬品候補化合物である、項目56に記載のプロセス。
下記の技術についての説明は、事実上、1つまたは複数の発明の主題、製造および使用の単なる例示であって、本出願において、または本出願の優先権を主張して出願することができるような他の出願、もしくはそれらから発行する特許において主張されるいかなる具体的な発明の範囲、応用例、もしくは用途も限定することは意図されていない。下記の定義および非限定的な指針は、本明細書に記載されている技術の説明を再検討する際に考慮されなければならない。
FrostによるWO2005/123669に記載されているように、様々な経路を使用してリシンを提供することができ、例えば、単純な炭素源をリシンに生物変換することができる。そこにも記載されているように、リシンを環化し、α−アミノカプロラクタム(ACL)を形成することができる。そのような経路は、本技術の様々な実施形態による反応のために出発材料を提供するのに有用である。リシンまたはACLの様々な商業源も有用である。一部の実施形態において、リシンまたはACLは、L−リシンまたはL−ACLであってもよい。
本明細書の反応は、水素化脱窒素触媒を利用する。当技術分野において知られているような様々な水素化脱窒素触媒を使用することができる。それらの一般例は、(1)遷移金属化合物、例えば、酸化物、炭化物、ならびに(2)遷移金属およびそれらの合金を包含する。本明細書の様々な実施形態において、選択される水素化脱窒素触媒は、遷移金属水素化脱窒素触媒または遷移金属組合せまたは合金水素化脱窒素触媒であってもよい。遷移金属および合金水素化脱窒素触媒の中で、IB族、VB族、VIB族、VIIB族、またはVIIIB族遷移金属を含むものが望ましいと見なされ、様々な実施形態において、触媒は、VIB族、VIIB族、もしくはVIIIB族遷移金属、またはAuを含むことができ、一部の実施形態において、触媒は、VIIB族もしくはVIIIB族遷移金属、またはAuを含むことができる。
様々な実施形態において、本明細書の水素化脱窒素反応は、水素化脱窒素反応溶媒中でリシンまたはACL出発材料を水素化脱窒素触媒と混ぜ合わせることを含む。得られる組合せを、H2ガスまたはH2ガス混合物の雰囲気下に置き、反応混合物を形成する。反応混合物を、典型的には、反応容器内に置き、様々な実施形態において、反応容器は、最高で、例えば、約1000psi、約5000psi、またはそれ以上の圧力で充填することに耐えることができる反応容器であってもよい。ガラスおよびステンレススチール容器が一般的に用いられ、反応容器を、例えば、ガラス、PTFE、PHFP、PFEP(例えば、TEFLON)、または他の反応しない物質の層でライニングすることができる。
上述のように、本明細書の様々な反応フォーマットは、リシンまたはアルファ−アミノカプロラクタム(ACL)を含む出発材料を使用し、本明細書の様々な実施形態による触媒的水素化脱窒素反応を行うために、反応器への反応材料(反応剤、溶媒、ガス)、触媒、および他の成分の異なる添加順序を用いることができる。
L−リシンのピペコリン酸への水素化脱窒素。
ACLのカプロラクタムへの水素化脱窒素。
Chenら、Science 306巻:252〜255頁(2004年);およびA. Cormaら、Science 313巻:332〜334頁(2006年)を参照されたい。スクリーニングした支持体(TiO2、Fe2O3、Co2O3、NiO、CuO、MgO)の中で、NiOが、硫化されたAuを使用する水素化脱窒素にとって最良であることが分かる(Au−S/NiO)。NiOそれ自体は、わずかな15%収率ではあるが水素化脱窒素を触媒することができる(エントリー2、表14)。予備硫化しないと、NiO担持Auは、水素化脱窒素収率を改善しない(エントリー3対エントリー2、表14)。予備硫化すること(エントリー4対エントリー3、表14)、反応温度を高めることおよび反応時間を短縮すること(エントリー5対エントリー4、表14)、および初期H2/H2S雰囲気を変えること(エントリー6対エントリー5、表14)の組合せは、水素化脱窒素収率を改善する。硫化されたNiO担持Au(エントリー6、表14)を使用する最高収率(62%)は、C上の硫化されたPtについての収率(65%)とほぼ同じである。
L−リシンのカプロラクタムへの水素化脱窒素
L−リシンのカプロラクタムへの直接変換を試みる(表15)。これを、初期90psi/10psi;H2/H2S下で乾燥EtOH中、C上の予備硫化されたPt(1モル%)を使用して試験する。8時間にわたって250℃にて加熱した後に、L−リシンは、15%収率でカプロラクタムに変換されることが分かる。
Claims (9)
- カプロラクタムを調製するためのプロセスであって、該プロセスは、水素化脱窒素反応溶媒の存在下で、アルファアミノカプロラクタムまたはそれらの塩を含む反応剤を、触媒および水素ガスを含むガスと接触させることを含み、該水素化脱窒素反応溶媒は、テトラヒドロフラン、2,5−ジメチルテトラヒドロフラン、1,2−ジクロロベンゼン、シクロヘキサン、n−ヘキサノール、およびそれらの組合せからなる群から選択され、
該触媒が、遷移金属触媒を含み、該遷移金属触媒が、Pt、Au、Pd、Rh、Re、Ru、Ir、Ni、Mo、硫化Pt、硫化Au、硫化Pd、硫化Rh、硫化Re、硫化Ru、硫化Ir、硫化Ni、または硫化Moを含む、
プロセス。 - カプロラクタムを調製するためのプロセスであって、該プロセスは、エタノールを含む溶媒の存在下で、L−リシンまたはそれらの塩を含む反応剤を、炭素を含む支持材料上の硫化されたPtを含む触媒および水素ガスを含むガスと接触させることを含む、プロセス。
- 前記アルファアミノカプロラクタムが、アルファ−L−アミノカプロラクタムである、請求項1に記載のプロセス。
- 前記接触が、溶媒の存在下で行われ、該溶媒が、テトラヒドロフランを含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記プロセスにより製造される前記カプロラクタムを単離することをさらに含む、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、該プロセスにより製造される前記カプロラクタムの誘導体を調製することをさらに含み、該カプロラクタム誘導体が、ポリアミドポリマー、医薬品、または医薬品候補化合物である、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記触媒が、支持体材料上に提供され、該支持体材料が、炭素、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、アルミノケイ酸塩、シリカ−チタニア、またはチタニア−アルミナを含む、請求項1に記載のプロセス。
- 前記ガスとの前記接触が、前記プロセスの開始時に50psi〜3000psi(0.3MPa〜21MPa)の圧力にて、50℃〜300℃の温度で、0.1時間〜8時間にわたって行われる、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記ガスが、H2Sをさらに含む、請求項1または2に記載のプロセス。
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