JP6503228B2 - ４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法 - Google Patents

Description

本発明は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法に関する。

４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルは、水酸基と疎水基を有する構造を有し、その構造的特徴から、可塑剤、相溶化剤、界面活性剤などの用途が提案されている。

一般的に化合物のエステル化は、原料カルボン酸とアルコールとを、硫酸等のプロトン酸触媒の存在下で反応させ、得られた反応液から触媒と未反応のカルボン酸を除去し、必要により晶析や蒸留などの精製を行うことによって製造する方法が知られている（特許文献１）。

４−ヒドロキシ安息香酸のエステル化についても、同様に、酸触媒の存在下でアルコールと反応させることによって、４−ヒドロキシ安息香酸エステルを合成することが可能である。しかし、４−ヒドロキシ安息香酸を炭素原子数１６以上の長鎖脂肪族アルコールと反応させて、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを製造しようとした場合、原料である４−ヒドロキシ安息香酸や触媒などが残存するため、高純度の目的物を得るためには精製操作が必要であった。

精製は通常、目的物を含む粗結晶を溶融した後、あるいは非水溶性溶媒で希釈した後、水またはアルカリ水で抽出するのが一般的である。しかしながら、未反応のカルボン酸および触媒等の不純物を含む４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物について、水やアルカリ水を加えて抽出しようとしても、分液性が極めて悪いため抽出が困難であり、抽出した場合であっても収量や純度が低く、高純度の目的物が得られないという問題があった。

特開２０１４−１０８９２８号公報

本発明の目的は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物から触媒や反応原料などの残存物を容易に除去することができ、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを高収率で得られる精製方法を提供することにある。

本発明者らは、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法について鋭意検討した結果、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を溶融した後、水とアルコールとの混合溶液と混合して有機層と水層に分離し、有機層を抽出することによって、未反応のカルボン酸や触媒などを容易に除去し、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を溶融する工程（以下、溶融工程という）、溶融粗組成物を水およびアルコールの混合溶液と混合し、有機層と水層に分液する工程（以下、分液工程という）、および分液した有機層を抽出する工程（以下、抽出工程という）を含む、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法を提供する。

（式中、ｎは１５〜２３の整数を表す）

本発明によれば、原料カルボン酸等の酸成分を含む４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステル粗組成物の溶融物を水とアルコールとの混合溶液で洗浄し、次いで有機層と水層に分離し、有機層を抽出することにより効率よく酸成分を除去し、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを得ることができる。

本発明において、式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物とは、目的物である式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステル以外に、反応原料や触媒および反応副生物などの不純物を含む組成物を意味する。不純物の含有量は反応方法によっても異なるが、粗組成物中１〜２０重量％、好ましくは３〜１０重量％である。

本発明において、目的物である式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルは、４−ヒドロキシ安息香酸と炭素原子数１６〜２４の脂肪族アルコール（以下、長鎖アルコールと称する場合もある）から成るエステルであり、具体的には、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシル、４−ヒドロキシ安息香酸ヘプタデシル、４−ヒドロキシ安息香酸オクタデシル、４−ヒドロキシ安息香酸ノナデシル、４−ヒドロキシ安息香酸イコシル、４−ヒドロキシ安息香酸ヘンイコシル、４−ヒドロキシ安息香酸ドコシル、４−ヒドロキシ安息香酸トリコシルおよび４−ヒドロキシ安息香酸テトラコシルから選択される１種以上が挙げられる。これらの中でも、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシルが好ましい。

粗組成物中に含まれる具体的な不純物としては、原料である４−ヒドロキシ安息香酸、触媒などの残存物のほか、反応副生物である長鎖アルコールの２量化エーテル体や硫酸エステルなどが挙げられる。

４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を得る方法は特に限定されないが、触媒の存在下、４−ヒドロキシ安息香酸と炭素原子数１６〜２４の脂肪族アルコールとの反応によって得られたものを用いるのが良い。あるいは市販の低純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を用いるのも良い。

本発明の精製方法では、まず溶融工程において、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を溶融する。溶融工程は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を、融点以上に加熱することにより行われる。４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物の溶融物（以下、溶融粗組成物とも称する）の温度は、溶融状態を維持する限り特に限定されないが、９０〜１１０℃であるのが好ましい。

溶融粗組成物は次いで分液工程に供される。なお、４−ヒドロキシ安息香酸と長鎖アルコールとの反応では、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物が溶融状態で得られるため、反応終了後、溶融状態を維持する温度範囲に保温したものを、そのまま溶融粗組成物として用いて分液工程に供しても良い。

分液工程は、溶融粗組成物を水およびアルコールの混合溶液と混合することにより行われる。分液工程で使用されるアルコールは炭素原子数１〜６の１価のアルコールであるのが好ましく、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブチルアルコールおよび２−メチル−１−プロパノールからなる群から選択される１種以上が挙げられる。

これらの中でも、安全性および経済性の点で、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールおよび１−ブタノールが好ましく、入手容易性および分液後のアルコール除去が容易である点でメタノールがより好ましい。

混合溶液における水とアルコールの比率は、用いるアルコールの種類によって異なるため特に限定されないが、好ましくはアルコール比率で１０〜７０重量％、より好ましくは１５〜６０重量％、さらに好ましくは２０〜５０重量％である。

アルコールの比率が１０〜７０重量％の範囲を外れた場合、分液性が悪くなるため、目的物である４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの収量および純度が低下する傾向がある。

混合溶液の量は、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物に対し、好ましくは１〜１０倍重量部、より好ましくは１．２〜７重量部、さらに好ましくは１．５〜４．５倍重量部である。４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物に対する混合溶液の量が１倍重量部を下回る場合、分液性が悪くなり、未反応のカルボン酸や触媒が残存する傾向がある。混合溶液の量が１０倍重量部を上回る場合、収率が低下するとともに経済的にも不利になる傾向がある。

混合溶液には、触媒および未反応のカルボン酸を除去し易くするために、塩基を添加することが好ましい。添加する塩基としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、酸化カルシウム、アンモニアからなる群から選択される１種以上が挙げられる。これらの中でも、入手容易性、経済性および工業的生産性の観点から水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが好ましい。

溶融粗組成物と水およびアルコールの混合溶液との混合は、特に限定されないが、水およびアルコールの混合溶液を容器に仕込み、撹拌状態とし、ここに溶融工程で溶融した４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物を添加することにより行うことが好ましい。

分液工程を行う際の温度は、用いるアルコールの種類および水との混合比率によって異なるため特に限定されないが、好ましくは４５℃以上、より好ましくは５０℃以上、さらに好ましくは６０℃以上である。また、分液工程を行う際の温度は、好ましくは７５℃以下、より好ましくは７０℃以下、さらに好ましくは６５℃以下の温度である。

分液の温度が４５℃を下回る場合、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの結晶が過度に析出し操作性が悪くなる傾向があり、７５℃を上回る場合、アルコールの揮発によって混合液のアルコール比率が低下するため分液性が悪化する傾向がある。

分液工程において、溶融粗組成物を水およびアルコールの混合溶液と混合した後、十分な時間静置することにより、未反応のカルボン酸と触媒とを含む水層と、目的物である式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む有機層とに分離される。静置時間は特に限定されないが、好ましくは１分〜１０時間、好ましくは１０分〜５時間、より好ましくは３０分〜２時間である。

次いで、抽出工程において、分離した有機層を回収する。

回収された有機層は、有機溶媒を添加し、加熱して溶解させた後、冷却することによって目的物を晶析しても良い。析出した結晶を濾過等により固液分離し、洗浄、乾燥することによって、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを得ることができる。

晶析するために使用される有機溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ピリジン等のアミド系化合物、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の炭化水素系化合物、クロロホルム、ジクロロメタン等の有機ハロゲン、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等のエーテル類が挙げられる。これらの中で、入手容易性および乾燥効率などの工業的生産性に優れる点で、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、ヘキサン、ヘプタン、トルエンおよびキシレンが好ましく、収率に優れる点から、メタノールが特に好ましい。

晶析するために使用される有機溶媒の量は、用いる溶媒の種類によって変動するため特に限定されないが、原料の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルに対し１〜２０倍重量、好ましくは３〜１０倍重量、より好ましくは５〜７倍重量が良い。

有機溶媒の量が１倍重量を下回る場合、晶析の際に撹拌不良が生じる傾向があり、２０倍重量を超える場合、収率が低下する傾向があるとともに、経済的にも不利となる。

晶析は、分離した有機層に有機溶媒を添加した後、加熱して有機層中の有機物を完全に溶解させた後、撹拌を継続しながら、ゆっくりと冷却して晶析させることにより行われる。

晶析の際に過飽和現象が生じた場合は、種結晶を適宜添加して結晶化を促進させても良い。

析出した結晶は濾過等の常套手段により固液分離し、目的物である４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを回収する。固液分離に際し、適宜有機溶媒を注いで結晶を洗浄するのが好ましい。固液分離の際に用いる有機溶媒としては、晶析で使用される有機溶媒と同様のものが使用される。

固液分離によって回収された結晶は、減圧下、５０℃未満の温度下で結晶状態のまま乾燥するか、あるいは５０℃以上に加熱して結晶を溶融させた後、溶媒を留去することによって、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを得ることができる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）］
装置： Ｗａｔｅｒｓ アライアンス ２４８７／２９９６
カラム型番： Ｌ−Ｃｏｌｕｍｎ
流量： １．０ｍＬ／分
溶媒比： Ｈ_２Ｏ（ｐＨ２．３）／ＣＨ_３ＯＨ＝５８／４２（３０分）→５分→１０／９０（５５分）、グラジエント分析
波長： ２２９ｎｍ／２５４ｎｍ
カラム温度： ４０℃

［ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）］
装置： 株式会社島津製作所製ＧＣ−２０１４／ＧＣ−１４Ａ
カラム型番: Ｇ−１００
注入量: １．０μＬ
オーブン温度: ３１０℃
キャリアガス: ヘリウム
検出器: ＦＩＤ

参考例１（４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシル粗組成物の調製）
攪拌機、温度センサーおよびディーンスターク装置を備えた５００ｍＬの４つ口フラスコに、ヘキサデカノール（ＣｅＯＨ）１２０．４gを投入し、窒素気流下、７０℃まで昇温した。次いで、４−ヒドロキシ安息香酸（ＰＯＢ）７０．０ｇ、ｐ−トルエンスルホン酸一水和物２．３ｇおよび３０重量％次亜リン酸水溶液１．１ｇを加えて、１時間かけて１３０℃まで昇温し、同温度で８時間反応させた。得られた反応液（粗組成物）について、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）およびガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて成分分析を行った。結果を表１に示す。

実施例１
攪拌機、温度センサーおよび冷却管を備えた１Ｌの４つ口フラスコに、水とアルコールの混合溶液（水２１０ｇ、メタノール４９０ｇ）に水酸化ナトリウム１．０ｇを投入した。そこに、１１０℃に冷却した参考例１の粗組成物１８０．７ｇを加えた後、５０℃まで昇温し、同温度で３０分撹拌した後、撹拌を停止して３０分静置して水層と有機層に分液した。分液状態は良好であった。次いで、下層にある有機層を抽出し、９０℃、１０ｍｍＨｇで乾燥させて結晶１６５．０ｇを得た。得られた結晶について、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）およびガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて成分分析を行った。結果を表１に示す。

実施例２
水とアルコールの混合溶液を水１０５ｇおよびメタノール２４５ｇに変更し、静置時間を４０分としたこと以外は実施例１と同様にして、結晶１７０．９ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

実施例３
水とアルコールの混合溶液を水１１０ｇおよびメタノール５６０ｇに変更し、静置時間を５０分としたこと以外は実施例１と同様にして、結晶１６２．３ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

実施例４
水とアルコールの混合溶液を水３５０ｇおよびメタノール３５０ｇに変更し、静置時間を７０分としたこと以外は実施例１と同様にして、結晶１６４．６ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

実施例５
水とアルコールの混合溶液を水２１０ｇおよびエタノール４９０ｇに変更し、静置時間を４０分としたこと以外は実施例１と同様にして、結晶１６０．５ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

実施例６
水とアルコールの混合溶液を水２１０ｇおよび２−プロパノール４９０ｇに変更し、静置時間を４０分としたこと以外は実施例１と同様にして、結晶１５７．０ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

実施例７
水酸化ナトリウム１．０ｇを水酸化カリウム１．０ｇに変更し、静置時間を３０分としたこと以外は実施例６と同様にして、結晶１５７．０ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

比較例１
混合溶液を水９００ｇのみとしたこと以外は実施例１と同様にして、反応液を加えて攪拌した後１００分静置したが、２層に分液しなかったため、有機層を抽出することはできなかった。

比較例２
攪拌機、温度センサーおよび冷却管を備えた１Ｌの４つ口フラスコに、トルエン７００ｇおよび１１０℃に冷却した参考例１の粗組成物１８０．７ｇを加えた後５０℃まで昇温した。さらに水１７５ｇおよび水酸化ナトリウム１．０ｇを加えて、再度５０℃まで昇温させて同温度で３０分撹拌した後、撹拌を停止し１００分間静置して水層と有機層に分液した。分液状態は、水層と有機層の界面が判別できない状態であった。次いで、上層にある有機層を抽出し、９０℃、１０ｍｍＨｇの条件で乾燥させて結晶１２５．０ｇを得た。得られた結晶について高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）およびガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて成分分析を行った。結果を表１に示す。

比較例３
トルエン７００ｇをヘプタン７００ｇに変更し、静置時間を７０分とした以外は比較例２と同様にして、結晶１５０．０ｇを得た。分液状態は水層と有機層の界面が不明瞭であるものの、２層に分液しているのが確認できる状態であった。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表１に示す。

参考例２（４−ヒドロキシ安息香酸テトラコシル粗組成物の調製）
ヘキサデカノールをテトラコサノール（ＴｃＯＨ）１７６．１ｇに変更したこと以外は参考例１と同様にして、反応液（粗組成物）を得た。得られた反応液について、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）およびガスクロマトグラフィー（ＧＣ）を用いて成分分析を行った。結果を表２に示す。

実施例８
参考例２の粗組成物を用いたこと以外は実施例１と同様にして、結晶１６４．１ｇを得た。分液状態および得られた結晶の成分分析結果を表２に示す。

比較例４
参考例２の粗組成物を用いたこと以外は比較例１と同様の操作を行ったが、１００分間静置しても２層に分液しなかったため、有機層を抽出することはできなかった。

上記の通り、本発明によれば、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの粗組成物から反応原料などの残存物が除去され、高純度の４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが高収率で得られることがわかる。
本発明の好ましい態様は以下を包含する。
〔１〕式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を溶融する工程、
溶融した粗組成物を水およびアルコールの混合溶液と混合し、次いで有機層と水層に分液する工程、および
分液した有機層を抽出する工程
を含む、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法。

（式中、ｎは１５〜２３の整数を表す）
〔２〕式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシルである、〔１〕に記載の精製方法。
〔３〕アルコールが炭素原子数１〜６の１価アルコールである、〔１〕または〔２〕に記載の精製方法。
〔４〕アルコールがメタノールである、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の精製方法。
〔５〕混合溶液中におけるアルコールの比率が１０〜７０％である、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の精製方法。
〔６〕混合溶液の量が、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物に対し１〜５倍重量部である、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の精製方法。

Claims (6)

1. 式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物を溶融する工程、
   溶融した粗組成物を水およびアルコールの混合溶液と混合し、次いで有機層と水層に分液する工程、および
   分液した有機層を抽出する工程
   を含む、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルの精製方法。
   

   

   （式中、ｎは１５〜２３の整数を表す）
2. 式（１）で表される４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルが、４−ヒドロキシ安息香酸ヘキサデシルである、請求項１に記載の精製方法。
3. アルコールが炭素原子数１〜６の１価アルコールである、請求項１または２に記載の精製方法。
4. アルコールがメタノールである、請求項１〜３のいずれかに記載の精製方法。
5. 混合溶液中におけるアルコールの比率が１０〜７０重量％である、請求項１〜４のいずれかに記載の精製方法。
6. 混合溶液の量が、４−ヒドロキシ安息香酸長鎖エステルを含む粗組成物に対し１〜１０倍重量部である、請求項１〜５のいずれかに記載の精製方法。