JP5816700B2 - β−メルカプトカルボン酸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、β−メルカプトカルボン酸の製造方法に関する。

β−メルカプトカルボン酸は、農薬、医薬をはじめとする有機合成品の原料として、また塩化ビニルの安定剤、エポキシ樹脂やアクリル酸エステルポリマーの架橋剤、プラスチックレンズモノマー等の原料として有用な化合物である。
β−メルカプトカルボン酸の製造方法としては、以下のようなものが挙げられる。

特許文献１には、水性媒体中でアクリル酸とチオ硫酸塩とを反応させてβ−メルカプトプロピオン酸の前駆体としてＢｕｎｔｅ塩を生成させ、次いでこのＢｕｎｔｅ塩を酸の存在下で加水分解する方法が記載されている。

特許文献２には、水酸化アルカリ存在下、水硫化アルカリの水溶液にアクリル酸アルカリ塩水溶液を加えて反応させ、酸にて中和し、さらに亜鉛を用いて還元処理する方法が記載されている。

特許文献３には、不飽和カルボン酸と硫化水素化物とを反応させ、得られた反応媒質を酸性化してメルカプトカルボン酸を得る方法において、不飽和カルボン酸の中和により供給される硫化水素以外の硫化水素を供給し、少なくとも８バールの加圧下において反応を行う方法が記載されている。また、硫化水素化物は、Ｈ_２Ｓと水酸化ナトリウム等との反応により得られる旨記載されている。

特許文献４には、β-不飽和カルボン酸と硫化水素とを塩基性化合物の存在下、水溶液中で反応させ、β−メルカプトカルボン酸を製造する方法であって、上記反応を３．５〜２０．０ＭＰａＧの圧力条件下で行うことが記載されている。

特許文献５には、不飽和ニトリルを水硫化アルカリ水溶液に加えて反応させ、中和、加水分解してメルカプトカルボン酸を製造するに際し、硫黄を用いることが記載されている。

特許文献６には、チオジプロピオン酸に水酸化アルカリを加えてアルカリ塩とした後に、硫化アルカリ水溶液と混合し、酸性化することによる、β−メルカプトプロピオン酸の製造方法が記載されている。

特開昭５９―２９６５５号 特開２００１―１８７７７８号 特表２０００―５０１７２３号 国際公開２０１０／０９５７４５号パンフレット 特開平２―１２１９６２号 特開平４−００９３６３号

上記の特許文献記載の技術においては以下のような課題を有していた。

特許文献２の反応においては、水硫化アルカリを原料として用いている。しかしながら、副生物としてチオジカルボン酸が多く生成するため、反応収率が低下することがあった。また、ジチオジカルボン酸を還元することによりβ−メルカプトカルボン酸を得ることができるが、還元剤の使用量が多くなるため、製造コストが増大し、さらに反応後に廃棄物が増加する問題があった。一方、水酸化アルカリの量を増やすことにより、副生物であるチオジカルボン酸の生成量が減るものの、中和に用いる酸の使用量が多くなるため、製造コストが増大し、さらに反応後に廃棄物が増加する問題があった。なお、０００７段落に記載のように、当該文献の方法は硫化水素を用いないことを特徴としている。

特許文献３または４においては、加圧下で反応を行っているが、この方法においても副生物としてジチオジカルボン酸が多く生成し、反応収率が低下することがあった。

このように、先行技術文献に記載の方法では、チオジカルボン酸が副生し、目的とするβ−メルカプトカルボン酸の収率が低く、さらに収率を向上させる方法が煩雑であったり、製造コストが増大するものであった。

本発明は上記のような課題を解決するものであり、以下に記載することができる。
［１］式：Ｘ^１ _２Ｓ（Ｘ^１は水素、Ｎａ、Ｋを示す。）で表される化合物、または式：Ｘ^２ＳＨ（Ｘ^２はＮａ、Ｋを示す。）で表される化合物と、
式：Ｘ^３ＯＨ（Ｘ^３はＮａ、Ｋを示す。）で表される水酸化アルカリと、
下記一般式（１）：

（式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ、水素またはＣ１〜Ｃ４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。）で表される不飽和カルボン酸と、
を反応させ、下記一般式（２）で表される化合物と下記一般式（３）で表される化合物を含む反応液を得る工程ａと、

（式（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義であり、Ｘ^４はＮａまたはＫを示す。２つ存在するＸ^４は同一でも異なっていてもよい。）

（式（３）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義であり、Ｘ^４はＮａまたはＫを示す。２つ存在するＲ^１、Ｒ^２またはＸ^４は各々同一でも異なっていてもよい。）、
前記工程ａで得られた反応液を酸で中和し、下記一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸と下記一般式（５）で表される化合物を含む反応液を得る工程ｂと、

（式（４）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義である。）

（式（５）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義である。２つ存在するＲ^１またはＲ^２は各々同一でも異なっていてもよい。）、
工程ｂで得られた反応液を蒸留精製し、一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸を得るとともに、一般式（５）で表される化合物を含む蒸留残渣１００重量％中に、β−メルカプトカルボン酸が５〜５０重量％含まれる状態で蒸留を終了する工程ｃと、
前記蒸留残渣を、工程ａに戻す工程ｄと、を備える、β−メルカプトカルボン酸の製造方法。

［２］前記工程a〜ｄ工程を繰り返し行うことを特徴とする、前記［１］に記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。
［３］式：Ｘ^２ＳＨで表される化合物はＮａＳＨであることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。

［４］式：Ｘ^１ _２Ｓで表される化合物はＨ_２Ｓであることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。

［５］前記工程ａは、硫黄存在下で行われることを特徴とする、前記［１］乃至［４］のいずれかに記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。
［６］前記工程ｂは、前記工程ａで得られた反応液を酸で中和し、一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸と一般式（５）で表される化合物とジチオジカルボン酸とを含む反応液を得る工程であって、
前記工程ｂの後に、該工程ｂで生成するジチオジカルボン酸を金属で還元する工程ｂ１を備えることを特徴とする、前記［１］乃至［５］のいずれかに記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。

本発明によれば、β−メルカプトカルボン酸を高収率で得ることができる。つまり、本発明は、β−メルカプトカルボン酸を高収率で得ることができる簡便な方法を提供することができる。

以下、本発明を説明する。
本発明のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法は、以下の工程ａ〜工程ｄを備える。各工程を順に説明する。

［工程ａ］
式：Ｘ^１ _２Ｓ（Ｘ^１は水素、Ｎａ、Ｋを示す。）で表される化合物、または式：Ｘ^２ＳＨ（Ｘ^２はＮａ、Ｋを示す。）で表される化合物と、
式：Ｘ^３ＯＨ（Ｘ^３はＮａ、Ｋを示す。）で表される水酸化アルカリと、
下記一般式（１）で表される不飽和カルボン酸と、
を反応させ、下記一般式（２）で表される化合物と下記一般式（３）で表される化合物を含む反応液を得る。

式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ、水素またはＣ１〜Ｃ４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。

式（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義であり、Ｘ^４はＮａまたはＫを示す。２つ存在するＸ^４は同一でも異なっていてもよい。

式（３）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義であり、Ｘ^４はＮａまたはＫを示す。２つ存在するＲ^１、Ｒ^２またはＸ^４は各々同一でも異なっていてもよい。
なお、一般式（２）または（３）で表される化合物において、Ｘ^４は、Ｘ^１、Ｘ^２またはＸ^３を由来としている。

式：Ｘ^１ _２Ｓで表される化合物としては、Ｈ_２Ｓ、Ｎａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓを挙げることができる。式：Ｘ^２ＳＨで表される化合物としては、ＮａＳＨ、ＫＳＨを挙げることができる。

工程（ａ）において、一般式（１）の不飽和カルボン酸としては、好ましくは、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ独立して水素またはメチル基を示し、具体的にはアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等を挙げることができる。プラスチックレンズモノマー等に用いられるβ−メルカプトカルボン酸を製造する場合は、アクリル酸を用いることができる。

水酸化アルカリは、式：Ｘ^３ＯＨ（Ｘ^３はＮａ、Ｋを示す。）で表され、Ｘ^３はナトリウムが好ましい。水酸化アルカリは、上記方法に記載のように水溶液として用いられるが、水/アルコールの混合溶媒に溶解させてもよく、別途アルコールを添加してもよい。有機溶媒を使用する従来の方法に比べると、溶媒回収工程を必要としない等生産性向上の点で有利である。

工程ａは、Ｈ_２Ｓを用いる場合、以下のように実施することができる。

（１）水酸化アルカリ水溶液に、一般式（１）で表される不飽和カルボン酸を添加して塩を形成させる。次いで硫化水素を吹き込み、不飽和カルボン酸塩と反応させる。
（２）水酸化アルカリ水溶液に、硫化水素を吹き込み、次いで一般式（１）で表される不飽和カルボン酸を添加して反応させる。

なお、方法（１）および（２）においては、不飽和カルボン酸を添加する例にて説明したが、水酸化アルカリを用いて不飽和カルボン酸アルカリ塩を予め調製して用いてもよい。この場合、工程ａは、下記の方法（３）により行うことができる。

（３）水酸化アルカリ水溶液に硫化水素を吹き込み、次いで、水酸化アルカリ水溶液に不飽和カルボン酸を添加することにより別途調製された不飽和カルボン酸アルカリ塩水溶液を添加し反応させる。
なお、上記（１）〜（３）に記載の方法は、常圧下で行ってもよく、加圧下で行ってもよい。

硫化水素としては、石油精製に由来する硫化水素、硫黄を水素化して合成された硫化水素等を挙げることができる。工程ａにおいて、硫化水素を水酸化アルカリ水溶液に供給する場合は、硫化水素ガスとして用いられるが、保存安定性に優れていることから、通常は液化硫化水素として取り扱われる。

添加される硫化水素の量は、不飽和カルボン酸に対して、好ましくは１．０等量以上、さらに好ましくは１．５等量以上である。上限値は９．０等量以下、好ましくは５．０等量以下、より好ましくは３．０等量以下である。これらの、上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。

硫化水素ガスは、水酸化アルカリ水溶液の温度を０〜５０℃に保ちながら、当該水溶液に供給することができる。これにより、硫化水素ガスの溶解度が向上し、反応が迅速に進行する。硫化水素ガスを供給した後、通常２０〜１５０℃、好ましくは５０〜１４０℃、より好ましくは８０〜１３０℃の温度範囲で反応を行う。この温度範囲内であると、反応速度、副生物（ジチオジカルボン酸やチオジカルボン酸）の生成量低減の観点から好ましい。反応時間は、反応温度により適宜選択できるが、通常０．５〜２０時間、好ましくは１〜１５時間、さらに好ましくは、２〜１０時間、より好ましくは３〜１０時間である。

一方、工程ａにおいて、Ｎａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓ、ＮａＳＨまたはＫＳＨが用いられる場合、添加順序は特に限定されず、これらの化合物から選択される少なくとも１種とＮａＯＨと不飽和カルボン酸とを混合し、反応すればよく、加圧下で行うこともできる。

工程aにおいてＮａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓ、ＮａＳＨまたはＫＳＨを用いる場合、これらの使用量は、不飽和カルボン酸に対して、好ましくは１．０等量以上、さらに好ましくは１．５等量以上である。上限値は９．０等量以下、好ましくは５．０等量以下、より好ましくは３．０等量以下である。これらの、上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。

水酸化アルカリの使用量は不飽和カルボン酸に対して１〜１０当量、好ましくは２〜５当量の範囲で用いられる。

Ｎａ_２Ｓ、Ｋ_２Ｓ、ＮａＳＨまたはＫＳＨから選択される少なくとも１種の化合物、水酸化アルカリおよび不飽和カルボン酸の添加順序は特に限定されない。添加における温度範囲としては０〜５０℃の範囲が好ましい。

添加後は、通常２０〜１５０℃、好ましくは５０〜１４０℃、より好ましくは８０〜１３０℃の温度範囲で反応を行う。この温度範囲内であると、反応速度、副生物（ジチオジカルボン酸やチオジカルボン酸）の生成量低減の観点から好ましい。反応時間は、反応温度により適宜選択できるが、通常０．５〜２０時間、好ましくは１〜１５時間、さらに好ましくは、２〜１０時間、より好ましくは３〜１０時間である。

式：Ｘ^１ _２Ｓで表される化合物としては、ジチオジカルボン酸の生成量を抑制する観点からＨ_２Ｓが好ましく、式：Ｘ^２ＳＨで表される化合物としては、Ｈ_２Ｓガスのハンドリング性の困難性の観点からＮａＳＨが好ましい。

また、工程ａにおいては、反応を促進させる目的で硫黄の存在下に反応を行うことができる。これにより、β−メルカプトカルボン酸をより高収率で得ることができる。

硫黄の添加量は、上記効果の観点から、不飽和カルボン酸に対して０．０１〜１０モル％、好ましくは０．１〜５モル％、より好ましくは０．１〜３モル％である。添加方法は特に限定はされないが、不飽和カルボン酸または不飽和カルボン酸アルカリ塩を添加する際に、水溶液中に存在していることが好ましい。
工程ａにより、一般式（２）で表される化合物と一般式（３）で表される化合物を含む反応液を得られる。

［工程ｂ］
工程ａで得られた反応液を酸で中和し、下記一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸と下記一般式（５）で表される化合物を含む反応液を得る。

式（４）および式（５）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義である。式（５）において、２つ存在するＲ^１またはＲ^２は各々同一でも異なっていてもよい。

酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、りん酸などの鉱酸、ギ酸、酢酸などの低級カルボン酸等を用いることができる。
酸は、反応系内が酸性を呈する量で用いられ、通常、反応に使用した水酸化アルカリに対して０．８〜１．２当量の範囲が適当である。添加する際はＰＨ計による反応液ＰＨを確認しながら実施することが好ましい。

工程ｂにより、一般式（３）で表されるβ−メルカプトカルボン酸およびチオジカルボン酸を含む反応液を得ることができる。反応液は、これらの化合物の他に、β−メルカプトカルボン酸から生成したジチオジカルボン酸等を含む。

［還元工程］
本発明においては、β−メルカプトカルボン酸の収率を向上させる観点から、生成するジチオジカルボン酸を金属で還元する工程を含むことができる。なお、この還元工程は、工程ｂ（中和工程）の後、または工程ｂと同時に行うことができる。

還元工程では、中和した後の反応混合物から直ちに目的とするβ−メルカプトカルボン酸を得るのではなく、反応終了後の液或いは中和によって得られた反応液に還元剤を加え、酸性条件下で還元反応を行なう。これにより、副生物であるジチオジカルボン酸をβ−メルカプトカルボン酸に変換することができ、収率向上を図ることができる。

還元剤である金属としては、亜鉛、鉄、錫等を用いることができる。これらの中でも経済性、および環境負荷を軽減する観点から鉄を用いることが好ましい。なお、これら還元剤は、それぞれ１種単独で使用してもよいし、あるいは２種以上を組み合わせて使用してもよい。還元剤の使用量は収率向上及び経済性の観点から、副生したジチオジカルボン酸１モルに対して０．４〜５モルであることが好ましく、０．５〜３モルであることがより好ましい。

［工程ｃ］
工程cでは、工程ｂで得られた反応液を蒸留精製し、一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸を得る。

工程ｂで得られた反応液を中和した後に得られる水層には、メルカプトカルボン酸が溶存しているため、水層から有機溶媒により抽出を行う。有機溶媒としては酢酸エチル、酢酸ブチル、クロロホルム、ジクロロメタン、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、メチルエチルケトン、イソブチルケトン等が用いられ、酢酸エチル、酢酸ブチル等が好ましく用いられる。

抽出後、減圧又は常圧での濃縮により有機溶媒を留去し、更に蒸留精製することにより目的とするメルカプトカルボン酸を得ることができる。なお、抽出後に得られる水溶液は高濃度の芒硝、あるいは、食塩などの無機塩水溶液であり、例えば、高純度の芒硝水溶液として使用することができる。また、高濃度の芒硝液から結晶を析出させれば、析出した結晶は非常に高純度の芒硝として使用できる。さらに、廃液もほとんど有機物や窒素化合物を含まないことから、環境への影響もなく公害処理も非常に簡便で経済的である。

蒸留精製の場合、蒸留に用いる蒸留装置は特に制限されず、回分式蒸留装置、連続式蒸留装置、塔型式蒸留装置などの公知の蒸留装置を使用することができる。工業的に大量に蒸留する場合には、品質の安定化や生産性向上などの観点より、加熱器、精留塔および凝縮器からなる連続精留装置を使用することが好ましい。

［工程ｄ］
工程ｃにおける一般式（５）で表される化合物（チオジカルボン酸）を含む蒸留残渣を、工程ａに戻す。

蒸留残渣に含まれるチオジカルボン酸は、β−メルカプトカルボン酸の原料として用いることができる。この際、蒸留残渣の移液性等の観点から、流動性を付与するために加温したり、蒸留残渣を溶媒で希釈し、この蒸留残渣を反応工程に戻し反応に供することができる。また、蒸留工程でβ−メルカプトカルボン酸を全量留出させず、蒸留残渣中に５〜５０％、好ましくは１０〜３０％残した状態で蒸留を終了し、チオジカルボン酸のβ−メルカプトカルボン酸溶液として反応工程に戻し反応に供することもできる。

本実施形態においては、工程a〜ｄ工程を繰り返し行うことができる。
なお、工程ｄ（リサイクル工程）後における、次反応の工程ａにおいては、一般式（５）で表される化合物が別途供給されるため、供給量等に合わせて原料の量等を適宜変更する必要がある。

蒸留残渣を工程aに戻し、次の反応を行なう場合、毎バッチごとの収量を一定にする観点から原料の量等を適宜変更することが好ましい。
上記観点から、具体的には、蒸留残渣中に含有するβーメルカプトカルボン酸とチオジカルボン酸の量に基づいて、工程aで使用する、不飽和カルボン酸の量を調整し、さらにその他の原料である式：Ｘ^１ _２Ｓ（Ｘ^１は水素、Ｎａ、Ｋを示す。）で表される化合物または式：Ｘ^２ＳＨ（Ｘ^２はＮａ、Ｋを示す。）で表される化合物や式：Ｘ^３ＯＨ（Ｘ^３はＮａ、Ｋを示す。）で表される水酸化アルカリの量を調整することができる。

かかる工程を繰り返し行うことにより、β−メルカプトカルボン酸の最終的な収率を向上させることができる。
以上、本発明を説明したが、本発明の効果を損なわない範囲で、他の構成を採用することもできる。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１においては、反応１〜６を順に行った。以下、順に説明する。
（反応１）
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコを準備し、９７％水酸化ナトリウム３６．３ｇ（０．８８ｍｏｌ）と水４３．３ｇを装入後、均一になるまで攪拌を行なった。フラスコをオイルバスで加熱し内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１４．４ｇ（０．２０ｍｏｌ）を０．５時間かけて滴下した。
滴下終了後、同温度で液化硫化水素ボンベ（住友精化株式会社製）よりフロー流量計を経由し、反応液中に硫化水素ガス１２．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）を８８分間かけて吹き込んだ。吹込み終了後、１００℃まで昇温し同温度で８時間反応を行なった。
反応終了後、反応液をＨＰＬＣにて定量分析したところ、β-メルカプトプロピオン酸ナトリウム塩が８６ｍｏｌ％、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウム塩が１３ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．４ｍｏｌ％生成していた。
反応系内にＦｅ粉０．０４ｇ（０．０００７ｍｏｌ）装入後、窒素をバブリングさせながら、３５％硫酸水１２９．５ｇ（０．４６２ｍｏｌ）を２．５時間かけて滴下し反応液を中和した。このとき発生した硫化水素は冷却管上部より系外に除外した。また中和後の反応マス組成はβ-メルカプトプロピオン酸は８６.２ｍｏｌ％、副生物であるチオジプロピオン酸が１３ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸は検出されなかった。
脱ガス終了後、酢酸ブチル１８．０ｇを装入し抽出操作を行った。分液して得られた水層はさらに酢酸ブチル１８．０ｇを装入し同様の抽出操作を計３回実施した。
３回の抽出で得られた酢酸ブチル層は一つにあわせた後エバポレーターを用いて酢酸ブチルを留去した。得られた濃縮液は単管付帯の蒸留装置の釜に装入し１．２ＫＰａの真空下で蒸留を行なった。蒸留は釜温が１５０℃にまで上がったところで終了した。主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．５ｇ（０．１６５ｍｏｌ）を得た。アクリル酸に対する収率は８２．５％であった。
蒸留残渣（Ａ）２．９ｇの性状は９０℃でも流動性があり、その組成はβ-メルカプトプロピオン酸１５．５ｗｔ％（０．００４ｍｏｌ）、チオジプロピオン酸８０．０ｗｔ％（０．０１３ｍｏｌ）であった。

（反応２）
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコに９７％水酸化ナトリウム３６．３ｇ（０．８８ｍｏｌ）が水４３．３ｇに均一に溶解した水溶液を準備し、その水溶液中に、反応１で得られた蒸留残渣（Ａ）を９０〜９５℃に保温し流動性がある状態でゆっくりと添加した。内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１２．２ｇ（０．１７ｍｏｌ）を０．５時間かけて滴下した。
滴下終了後、液化硫化水素ボンベ（住友精化株式会社製）よりフロー流量計を経由し、同温度で反応液中に硫化水素ガス１２．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）を９０分間かけて吹き込んだ。吹込み終了後、１００℃まで昇温し同温度で８時間反応を行なった。
反応終了後、反応液をＨＰＬＣにて定量分析したところ、β-メルカプトプロピオン酸ナトリウム塩が０．１７２ｍｏｌ、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．０１３ｍｏｌ、ジチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．０００４ｍｏｌ生成していた。
反応１の操作と同様に中和、抽出、蒸留操作を行い、主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．５ｇ（０．１６５ｍｏｌ）を得た。反応１および反応２で使用したアクリル酸（０．２０ｍｏｌ＋０．１７ｍｏｌ）に対する、反応１および反応２で得られたβ−メルカプトプロピオン酸（０．１６５ｍｏｌ＋０．１６５ｍｏｌ）の累積収率は８９．２％であった（リサイクル１回）。
蒸留残渣（Ｂ）３．０ｇの性状は９０℃でも流動性があり、その組成はβ-メルカプトプロピオン酸１４．９ｗｔ％（０．００４ｍｏｌ）、チオジプロピオン酸７９．３ｗｔ％（０．０１３ｍｏｌ）であった。

（反応３〜６）
以降、反応２と同様にして、蒸留で得られた蒸留残渣を次反応の反応工程に戻して反応を行ない、反応３〜６（リサイクル４回）を実施した。
上記のように、リサイクルを合計５回実施した。反応１〜６における原料の使用量やβ-メルカプトプロピオン酸の累積収率等を表１に記載した。

［実施例２］
実施例２においては、反応１〜６を順に行った。以下、順に説明する。
（反応１）
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコを準備し、９７％水酸化ナトリウム３６．３ｇ（０．８８ｍｏｌ）と水４３．３ｇ、硫黄０．０７２ｇ（０．００２２ｍｏｌ）を装入後、均一になるまで攪拌を行なった。フラスコをオイルバスで加熱し内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１４．４ｇ（０．２０ｍｏｌ）を０．５時間かけて滴下した。
滴下終了後、液化硫化水素ボンベ（住友精化株式会社製）よりフロー流量計を経由し、同温度で反応液中に硫化水素ガス１２．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）を８８分間かけて吹き込んだ。吹込み終了後、１００℃まで昇温し反応を開始した。反応マスのラップ分析を実施しながら反応を行なったところ、反応開始２時間でβ-メルカプトプロピオン酸ナトリウム塩の収率が８４．０ｍｏｌ％、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウム塩が１４．９ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．５ｍｏｌ％生成していた。
反応５時間で終了したところ、β-メルカプトプロピオン酸ナトリウム塩の収率は８６．９ｍｏｌ％、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウム塩が１１．８ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．８ｍｏｌ％生成していた。
反応系内にＦｅ粉０．０８ｇ（０．００１４ｍｏｌ）装入後、窒素をバブリングさせながら、３５％硫酸水１２９．５ｇ（０．４６２ｍｏｌ）を２．５時間かけて滴下し反応液を中和した。このとき発生した硫化水素は冷却管上部より系外に除外した。また中和後の反応マス組成はβ-メルカプトプロピオン酸は８７．７ｍｏｌ％、副生物であるチオジプロピオン酸が１１．８ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸は検出されなかった。
脱ガス終了後、酢酸ブチル１８．０ｇを装入し抽出操作を行った。分液して得られた水層はさらに酢酸ブチル１８．０ｇを装入し同様の抽出操作を計３回実施した。
３回の抽出で得られた酢酸ブチル層を一つにあわせた後、エバポレーターを用いて酢酸ブチルを留去した。得られた濃縮液は単管付帯の蒸留装置の釜に装入し１．２ＫＰａの真空下で蒸留を行なった。蒸留は釜温が１５０℃にまで上がったところで終了した。主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．８ｇ（０．１６８ｍｏｌ）を得た。アクリル酸に対する収率は８３．８％であった。
蒸留残渣（Ａ）２．７ｇの性状は９０℃でも流動性があるものであり、その組成はβ-メルカプトプロピオン酸１６．９ｗｔ％（０．００４ｍｏｌ）、チオジプロピオン酸７８．９ｗｔ％（０．０１２ｍｏｌ）であった。

（反応２）
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコに９７％水酸化ナトリウム３６．３ｇ（０．８８ｍｏｌ）と水４３．３ｇ、硫黄０．０７２ｇ（０．００２２ｍｏｌ）が均一に溶解した水溶液を準備した。その水溶液中に、反応１で得られた蒸留残渣（Ａ）を９０〜９５℃に保温し流動性がある状態で、ゆっくりと添加した。内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１２．４ｇ（０．１７２ｍｏｌ）を０．５時間かけて滴下した。
滴下終了後、液化硫化水素ボンベ（住友精化株式会社製）よりフロー流量計を経由し、同温度で反応液中に硫化水素ガス１２．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）を９０分間かけて吹き込んだ。吹込み終了後、１００℃まで昇温し同温度で５時間反応を行なった。
反応終了後、反応液をＨＰＬＣにて定量分析したところ、β-メルカプトプロピオン酸ナトリウム塩が０．１７４ｍｏｌ、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．０１２ｍｏｌ、ジチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．００１６ｍｏｌ生成していた。
反応１の操作と同様に中和、抽出、蒸留操作を行い、主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．８ｇ（０．１６８ｍｏｌ）を得た。反応１と反応２の反応で使用したアクリル酸（１４．４ｇ+１２．４ｇ）に対する、反応１と反応２で得られたβ−メルカプトプロピオン酸（０．１６５ｍｏｌ＋０．１６５ｍｏｌ）の累積収率は９０．３％であった（リサイクル１回）。
蒸留残渣（Ｂ）２．８ｇの性状は９０℃でも流動性があり、その組成はβ-メルカプトプロピオン酸１６．２ｗｔ％（０．００４ｍｏｌ）、チオジプロピオン酸７５．８ｗｔ％（０．０１２ｍｏｌ）であった。

（反応３〜６）
以降、反応２と同様にして、蒸留で得られた蒸留残渣を次反応の反応工程に戻して反応を行ない、反応３〜６（リサイクル４回）を実施した。
上記のように、リサイクルを合計５回実施した。反応１〜６における原料の使用量やβ-メルカプトプロピオン酸の累積収率等を表２に記載した。

［実施例３］
実施例３においては、反応１〜６を順に行った。以下、順に説明する。
（反応１）
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコを準備し、９７％苛性ソーダ２１．０ｇ（０．５１ｍｏｌ）と水４１．６ｇを装入後、７０％水硫化ソーダ（和光純薬製）を２９．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）装入し均一になるまで攪拌を行なった。
フラスコをオイルバスで加熱し内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１４．４ｇ（０．２０ｍｏｌ）を約０．５時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃まで昇温し同温度で８時間反応を行なった。
反応終了後、反応マスをＨＰＬＣにて分析したところ、β-メルカプトプロピオンナトリウム塩の収率は８７．３ｍｏｌ％、副生物としてチオジプロピオンナトリウム塩が１２．０ｍｏｌ％、ジチオジプロピオンナトリウム塩が０．７ｍｏｌ％生成していた。
反応系内にＦｅ粉０．８３ｇ（０．０１５ｍｏｌ）装入後、窒素をバブリングさせながら、３５％硫酸水１２９．５ｇ（０．４６２ｍｏｌ）を２．５時間かけて滴下し反応液を中和した。このとき発生した硫化水素は冷却管上部より系外に除外した。また中和後の反応マス組成はβ-メルカプトプロピオン酸は８７．６ｍｏｌ％、副生物であるチオジプロピオン酸が１２．０ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸は０．４ｍｏｌ％であった。
脱ガス終了後、酢酸ブチル１８．０ｇを装入し抽出操作を行った。分液して得られた水層はさらに酢酸ブチル１８．０ｇを装入し同様の抽出操作を計３回実施した。
３回の抽出で得られた酢酸ブチル層は一つにあわせた後エバポレーターを用いて酢酸ブチルを留去した。得られた濃縮液は単管付帯の蒸留装置の釜に装入し１．２ＫＰａの真空下で蒸留を行なった。蒸留は釜温が１５０℃にまで上がったところで終了した。本釜残の性状は９０℃でも流動性があるものであった。主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．８ｇ（０．１６７ｍｏｌ）を得た。アクリル酸に対する収率は８３．７％であった。
蒸留残渣（Ａ）は２．７ｇであり、その組成はβ-メルカプトプロピオン酸１６．２ｗｔ％（０．００４ｍｏｌ）、チオジプロピオン酸８０．５ｗｔ％（０．０１２ｍｏｌ）、ジチオジプロピオン酸３．０ｗｔ％（０．０００４ｍｏｌ）であった。

（反応２）
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコに９７％苛性ソーダ２１．０ｇ（０．５１ｍｏｌ）と水４１．６ｇを装入後、７０％水硫化ソーダ（和光純薬製）を２９．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）装入し均一になるまで攪拌を行ない均一に溶解した水溶液を準備した。その水溶液中に、反応１で得られた蒸留残渣（Ａ）を９０〜９５℃に保温し流動性がある状態でゆっくりと添加した。内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１２．４ｇ（０．１７２ｍｏｌ）を０．５時間かけて滴下した。
滴下終了後、同温度で液化硫化水素ボンベ（住友精化株式会社製）よりフロー流量計を経由し反応液中に硫化水素ガス１２．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）を９０分間かけて吹き込んだ。吹込み終了後、１００℃まで昇温し同温度で５時間反応を行なった。
反応終了後、反応液をＨＰＬＣにて定量分析したところ、β-メルカプトプロピオン酸ナトリウム塩が０．１７５ｍｏｌ、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．０１２ｍｏｌ、ジチオジプロピオン酸ナトリウム塩が０．００１１ｍｏｌ生成していた。
反応１の操作と同様に中和、抽出、蒸留操作を行い、主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．８ｇ（０．１６８ｍｏｌ）を得た。反応１と反応２で使用したアクリル酸（０．２００ｍｏｌ＋０．１７２ｍｏｌ）に対する、反応１と反応２のβ−メルカプトプロピオン酸（０．１６７ｍｏｌ＋０．１６８ｍｏｌ）の累積収率は９０．１％であった（リサイクル１回）。
蒸留残渣（Ｂ）２．７ｇの性状は９０℃でも流動性があり、その組成はβ-メルカプトプロピオン酸１６．２ｗｔ％（０．００４ｍｏｌ）、チオジプロピオン酸８０．５ｗｔ％（０．０１２ｍｏｌ）、ジチオジプロピオン酸３．０ｗｔ％（０．０００４ｍｏｌ）であった。

（反応３〜６）
以降、反応２と同様にして、蒸留で得られた蒸留残渣を次反応の反応工程に戻して反応を行ない、反応３〜６（リサイクル４回）を実施した。
上記のように、リサイクルを合計５回実施した。反応１〜６における原料の使用量やβ-メルカプトプロピオン酸の累積収率等を表３に記載した。

［比較例１］
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコを準備し、９７％水酸化ナトリウム３６．３ｇ（０．８８ｍｏｌ）と水４３．３ｇを装入後、均一になるまで攪拌を行なった。フラスコをオイルバスで加熱し内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１４．４ｇ（０．２０ｍｏｌ）を０．５時間かけて滴下した。
滴下終了後、同温度で液化硫化水素ボンベ（住友精化株式会社製）よりフロー流量計を経由し、反応液中に硫化水素ガス１２．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）を８８分間かけて吹き込んだ。吹込み終了後、１００℃まで昇温し同温度で８時間反応を行なった。
反応終了後、反応液をＨＰＬＣにて定量分析したところ、β-メルカプトプロピオン酸ナトリウムが８６ｍｏｌ％、副生物としてチオジプロピオン酸ナトリウムが１３ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸ナトリウムが０．４ｍｏｌ％生成していた。
反応系内にＦｅ粉０．０４ｇ（０．０００７ｍｏｌ）装入後、窒素をバブリングさせながら、３５％硫酸水１２９．５ｇ（０．４６２ｍｏｌ）を２．５時間かけて滴下し反応液を中和した。このとき発生した硫化水素は冷却管上部より系外に除外した。また中和後の反応マス組成はβ-メルカプトプロピオン酸は８６.２ｍｏｌ％、副生物であるチオジプロピオン酸が１３ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸は検出されなかった。
脱ガス終了後、酢酸ブチル１８．０ｇを装入し抽出操作を行った。分液して得られた水層はさらに酢酸ブチル１８．０ｇを装入し同様の抽出操作を計３回実施した。
３回の抽出で得られた酢酸ブチル層は一つにあわせた後エバポレーターを用いて酢酸ブチルを留去した。得られた濃縮液は単管付帯の蒸留装置の釜に装入し１．２ＫＰａの真空下で蒸留を行なった。蒸留は釜温が１５０℃にまで上がったところで終了した。主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．６ｇ（０．１６５ｍｏｌ）を得た。アクリル酸に対する収率は８２．５％であった。

［比較例２］
攪拌装置、温度計、冷却管、滴下ロート、吹込み管を備えた５口フラスコを準備し、９７％苛性ソーダ２１．０ｇ（０．５１ｍｏｌ）と水４１．６ｇを装入後、７０％水硫化ソーダ（和光純薬製）を２９．６ｇ（０．３７ｍｏｌ）装入し均一になるまで攪拌を行なった。
フラスコをオイルバスで加熱し内温を４５〜５０℃に保持しながら滴下ロートからアクリル酸１４．４ｇ（０．２０ｍｏｌ）を約０．５時間かけて滴下した。滴下終了後、１００℃まで昇温し同温度で８時間反応を行なった。
反応終了後、反応マスをＨＰＬＣにて分析したところ、β-メルカプトプロピオンナトリウム塩の収率は８７．３ｍｏｌ％、副生物としてチオジプロピオンナトリウム塩が１２．０ｍｏｌ％、ジチオジプロピオンナトリウム塩が０．７ｍｏｌ％生成していた。
反応系内にＦｅ粉０．８３ｇ（０．０１５ｍｏｌ）装入後、窒素をバブリングさせながら、３５％硫酸水１２９．５ｇ（０．４６２ｍｏｌ）を２．５時間かけて滴下し反応液を中和した。このとき発生した硫化水素は冷却管上部より系外に除外した。また中和後の反応マス組成はβ-メルカプトプロピオン酸は８７．６ｍｏｌ％、副生物であるチオジプロピオン酸が１２．０ｍｏｌ％、ジチオジプロピオン酸は０．４ｍｏｌ％であった。
脱ガス終了後、酢酸ブチル１８．０ｇを装入し抽出操作を行った。分液して得られた水層はさらに酢酸ブチル１８．０ｇを装入し同様の抽出操作を計３回実施した。
３回の抽出で得られた酢酸ブチル層は一つにあわせた後エバポレーターを用いて酢酸ブチルを留去した。得られた濃縮液は単管付帯の蒸留装置の釜に装入し１．２ＫＰａの真空下で蒸留を行なった。蒸留は釜温が１５０℃にまで上がったところで終了した。本釜残の性状は１００℃でも流動性があるものであった。主留分として純度９９．９％のβ−メルカプトプロピオン酸１７．８ｇ（０．１６７ｍｏｌ）を得た。アクリル酸に対する収率は８３．７％であった。

この出願は、２０１１年１１月２１日に出願された日本出願特願２０１１−２５３４５５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (6)

1. 式：Ｘ^１ _２Ｓ（Ｘ^１は水素、Ｎａ、Ｋを示す。）で表される化合物、または式：Ｘ^２ＳＨ（Ｘ^２はＮａ、Ｋを示す。）で表される化合物と、
   式：Ｘ^３ＯＨ（Ｘ^３はＮａ、Ｋを示す。）で表される水酸化アルカリと、
   下記一般式（１）：
   

   

   （式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２はそれぞれ、水素またはＣ１〜Ｃ４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。）で表される不飽和カルボン酸と、
   を反応させ、下記一般式（２）で表される化合物と下記一般式（３）で表される化合物を含む反応液を得る工程ａと、
   

   

   （式（２）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義であり、Ｘ^４はＮａまたはＫを示す。２つ存在するＸ^４は同一でも異なっていてもよい。）
   

   

   （式（３）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義であり、Ｘ^４はＮａまたはＫを示す。２つ存在するＲ^１、Ｒ^２またはＸ^４は各々同一でも異なっていてもよい。）、
   前記工程ａで得られた反応液を酸で中和し、下記一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸と下記一般式（５）で表される化合物を含む反応液を得る工程ｂと、
   

   

   （式（４）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義である。）
   

   

   （式（５）中、Ｒ^１、Ｒ^２は式（１）と同義である。２つ存在するＲ^１またはＲ^２は各々同一でも異なっていてもよい。）、
   工程ｂで得られた反応液を蒸留精製し、一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸を得るとともに、一般式（５）で表される化合物を含む蒸留残渣１００重量％中に、β−メルカプトカルボン酸が５〜５０重量％含まれる状態で蒸留を終了する工程ｃと、
   前記蒸留残渣を工程ａに戻す工程ｄと、を備える、β−メルカプトカルボン酸の製造方法。
2. 前記工程a〜工程ｄを繰り返し行うことを特徴とする、請求項1に記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。
3. 式：Ｘ^２ＳＨで表される化合物はＮａＳＨであることを特徴とする請求項１または２に記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。
4. 式：Ｘ^１ _２Ｓで表される化合物はＨ_２Ｓであることを特徴とする請求項１または２に記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。
5. 前記工程ａは、硫黄存在下で行われることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。
6. 前記工程ｂは、前記工程ａで得られた反応液を酸で中和し、一般式（４）で表されるβ−メルカプトカルボン酸と一般式（５）で表される化合物とジチオジカルボン酸とを含む反応液を得る工程であって、
   前記工程ｂの後に、該工程ｂで生成するジチオジカルボン酸を金属で還元する工程ｂ１を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のβ−メルカプトカルボン酸の製造方法。