Способ получения сложных эфиров α-гидроксикарбоновых кислот

Способ получения сложных эфиров α-гидроксикарбоновых кислот

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу получения сложных эфиров α-гидроксикарбоновых кислот из амида α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатических спиртов.

Уровень техники изобретения

Способ, при котором спирт взаимодействует с нитрилом в присутствии кислотного катализатора, давно известен как способ получения сложных эфиров α-гидроксикарбоновых кислот. Так, например, способ, при котором лактонитрил растворяют в спирте и воде, в которые добавляют серную кислоту, чтобы гидролизовать и этерифицировать его, и при котором в полученную реакционную смесь вводят газообразный спирт, раскрывается как способ получения сложных эфиров молочной кислоты (смотрите патентные документы 1 и 2). Кроме того, способ, при котором ацетонциангидрин взаимодействует со спиртом в присутствии кислотного катализатора, известен как способ получения сложных эфиров α-гидроксиизомасляной кислоты (смотрите патентные документы 3 и 4).

Более того, уже предлагались различные способы в качестве способа получения сложных эфиров α-гидроксикарбоновых кислот из амидов α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатических спиртов. В качестве, например, жидкофазных реакций, известны способы, при которых амид α-гидроксиизомасляной кислоты или лактамид взаимодействует со спиртами в присутствии алкоголята металла, нерастворимого твердого кислотного катализатора, растворимого металлокомплекса, содержащего титан и/или олово, и амида α-гидроксикарбоновой кислоты в качестве общих ингредиентов, или металлической соли трифторметансульфокислоты в качестве катализатора (смотрите патентные документы с 5 по 11).

Патентный документ 1: Японская патентная публикация № 8061/1955

Патентный документ 2: Японская патентная публикация № 2333/1965

Патентный документ 3: Патент США № 2041820

Патентный документ 4: Японская выложенная заявка на патент № 230241/1992

Патентный документ 5: Японская выложенная заявка на патент № 3015/1977

Патентный документ 6: Японский патент № 3222639

Патентный документ 7: Японская выложенная заявка на патент № 258154/1995

Патентный документ 8: Японская выложенная заявка на патент № 279120/1999

Патентный документ 9: Японская выложенная заявка на патент № 26370/2000

Патентный документ 10: Японская выложенная заявка на патент № 292824/1999

Патентный документ 11: Японская выложенная заявка на патент № 169432/2000

Сущность изобретения

Способы, раскрытые в патентных документах с 1 по 4, требуют больших производственных затрат, поскольку требуется большое количество кислотных катализаторов, требуется наличие реакционного оборудования с использованием коррозионостойких материалов, чтобы сделать возможным применение вышеуказанных кислотных катализаторов, необходимы большие количества энергии и финансовых затрат для того, чтобы переработать и повторно использовать непрореагировавшие исходные вещества и аммиак, а также возникает необходимость избавляться от ненужных соединений, таких как сульфат аммония и т.п., образующихся в больших количествах, и их надо дополнительно усовершенствовать, прежде чем осуществлять в промышленных масштабах.

К тому же реакции, раскрытые в патентных документах с 5 по 11, являются равновесными реакциями, и аммиак, полученный в реакциях, следует удалять из систем для того, чтобы увеличить степени превращения исходных веществ. Были сделаны различные предложения по вышеуказанному вопросу, но каждый из применяемых способов требует больших количеств энергии и финансовых затрат для переработки аммиака и спиртов, и они не обязательно являются способами, подходящими для промышленного производства с точки зрения экономики.

Данное изобретение создавалось под влиянием вышеописанных обстоятельств, и задачей данного изобретения является обеспечение способа получения сложных эфиров α-гидроксикарбоновых кислот из амида α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатических спиртов, отличающегося тем, что этот способ имеет сниженные производственные затраты и увеличенные степень превращения и селективность, и является выгодным с промышленной точки зрения.

Интенсивные исследования, проведенные авторами изобретения для того, чтобы решить задачу, описанную выше, привели к обнаружению того, что высокая степень превращения по сравнению с жидкофазной реакцией достигается при подвергании амида α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатических спиртов газофазной реакции в присутствии катализатора на основе диоксида циркония, и было обнаружено, что это дает возможность успешно получать сложные эфиры α-гидроксикарбоновых кислот. В дальнейшем авторы обнаружили, что применение циркониевого катализатора, содержащего особый элемент, дает возможность в значительной степени увеличить срок службы катализатора. Данное изобретение было создано на основе вышеописанных сведений.

Т.е. данное изобретение относится к следующим пунктам с (1) по (7).

(1) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты, отличающийся тем, что амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт подвергают газофазной реакции в присутствии катализатора на основе диоксида циркония.

(2) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты по вышеописанному пункту (1), в котором катализатор на основе диоксида циркония содержит по меньшей мере один элемент, выбираемый из 2-4 групп, 7 группы и из 9-13 групп Периодической таблицы элементов, лантаноидов, сурьмы (Sb) и висмута (Bi).

(3) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты по вышеописанному пункту (1), в котором катализатор на основе диоксида циркония содержит по меньшей мере один элемент, выбираемый из бора (B), алюминия (Al), марганца (Mn), кобальта (Co), никеля (Ni), иттрия (Y), ланатана (La) и иттербия (Yb).

(4) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты по любому из вышеописанных пунктов с (1) по (3), в котором амид α-гидроксикарбоновой кислоты представлен следующей формулой (I):

(где R¹ и R², каждый независимо представляет собой атом водорода, алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, алкенильную группу, содержащую от 2 до 20 атомов углерода, или циклоалкильную группу, содержащую от 3 до 20 атомов углерода, образующих кольцо), и алифатический спирт представлен формулой R³OH (где R³ представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, алкенильную группу, содержащую от 2 до 20 атомов углерода, или циклоалкильную группу, содержащую от 3 до 20 атомов углерода, образующих кольцо).

(5) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты по любому из вышеописанных пунктов с (1) по (3), в котором амид α-гидроксикарбоновой кислоты является лактамидом, или амидом α-гидроксиизомасляной кислоты.

(6) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты по любому из вышеописанных пунктов с (1) по (5), в котором алифатический спирт является метанолом или этанолом.

(7) Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты по любому из вышеописанных пунктов с (1) по (6), в котором температура реакции составляет от 150 до 270°С, и давление реакции составляет от 1 до 300 кПа.

В соответствии со способом получения, относящимся к данному изобретению, отходы, такие как сульфат аммония, утилизация которых требует больших затрат, не образуются. Также, поскольку в данном изобретении достигнута высокая степень превращения по сравнению с жидкофазной реакцией, нет необходимости удалять из системы вместе с растворителем образующийся аммиак, и энергетические затраты на выпаривание растворителя во время реакции могут быть исключены. Более того, по утверждению авторов изобретения, сложные эфиры α-гидроксикарбоновых кислот можно получать с высокой селективностью.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты

Данное изобретение относится к способу получения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты, отличающемуся тем, что амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт подвергают газофазной реакции в присутствии катализатора на основе диоксида циркония.

Катализатор на основе диоксида циркония

Катализатор на основе диоксида циркония применяется в качестве катализатора в данном изобретении. С точки зрения увеличения срока службы катализатора, предпочтительно применяют катализатор на основе диоксида циркония, содержащий по меньшей мере один элемент (далее в данном документе именуемый как дополнительный элемент), выбираемый из 2-4 групп, 7 группы и из 9-13 групп Периодической таблицы элементов, лантаноидов, сурьмы (Sb) и висмута (Bi). Вышеуказанный дополнительный элемент более предпочтительно, с точки зрения увеличения срока службы катализатора, является одним из элементов 3 группы, 7 группы, 9 группы, 10 группы и 13 группы Периодической таблицы элементов, еще более предпочтительно бором (B), алюминием (Al), марганцем (Mn), кобальтом (Co), никелем (Ni), иттрием (Y), ланатаном (La) и иттербием (Yb). Помимо указанных выше дополнительных элементов, могут содержаться другие элементы, и их содержание с точки зрения степени превращения и селективности составляет предпочтительно 30% по массе или меньше, более предпочтительно 15% по массе или меньше и еще более предпочтительно 5% по массе или меньше, исходя из массы дополнительного элемента.

Когда катализатор на основе диоксида циркония содержит описанный выше дополнительный элемент, содержание дополнительного элемента с точки зрения увеличения срока службы катализатора составляет от 0,1 до 30% по количеству моль, более предпочтительно от 0,5 до 10% по количеству моль, еще более предпочтительно от 1 до 8% по количеству моль и особенно предпочтительно от 1 до 7% по количеству моль, исходя из суммарного количества моль циркония и дополнительного элемента.

Для катализатора на основе диоксида циркония можно использовать коммерчески доступные ингредиенты, или можно использовать заранее полученные ингредиенты. Также для катализатора на основе диоксида циркония с тем же успехом можно использовать диоксид циркония или гидрат диоксида циркония, полученный путем надлежащей промывки катализатора из гидроксида циркония водой, его сушки и последующего его прокаливания. Более того, диоксид циркония, содержащий гидроксид циркония, можно также использовать в качестве катализатора на основе диоксида циркония.

Коммерчески доступные ингредиенты катализатора на основе диоксида циркония, или катализатора на основе гидроксида циркония, который является его предшественником, включают в себя, например, серию “XZO1501”, серию “XZO632” и серию “XZO882”, изготавливаемые MEL Chemicals Inc., и “NN zirconium hydroxide”, “R zirconium hydroxide”, “RS zirconium hydroxide” и “RSC-HP” (все торговые названия), изготавливаемые закрытой акционерной компанией Daiichi Kigennso Kagaku Kogyo Co.

С точек зрения степени превращения и селективности, а также с точки зрения получения устойчивых результатов реакции предпочтительно используют катализатор на основе диоксида циркония, размер частиц которого контролируют таким образом, чтобы он предпочтительно составлял от 3,5 до 40 меш, более предпочтительно от 5 до 30 меш.

Способ приготовления катализатора на основе диоксида циркония

Способ приготовления катализатора на основе диоксида циркония не должен быть особым образом ограничен, и можно применять способы по выбору. Исходное вещество можно выбрать из, например, элементарного циркония и оксида, гидроксида, хлорида, неорганических и органических солей циркония. Более того, в качестве исходного вещества можно применять все вещества, которые могут стать диоксидом циркония или гидратом диоксида циркония при их химической обработке, прокаливании и т.п. Если быть точнее, вышеупомянутое исходное вещество включает в себя, например, диоксид циркония, ацетилацетонат циркония, хлорид циркония, оксихлорид циркония, оксинитрат циркония, изопропилат циркония, сульфат циркония и т.п.

Способ осаждения также используется в качестве способа получения. Если быть точнее, это способ, при котором вышеописанные исходные вещества, такие как оксихлорид циркония, оксинитрат циркония и т.п. подвергают реакции со щелочами, такими как аммиак, амин, гидроксид натрия, карбонат натрия, бикарбонат натрия, карбонат аммония, бикарбонат аммония и т.п., чтобы получить таким образом белый осадок гидроксида циркония, и при котором полученный таким образом гидроксид циркония промывают достаточным количеством воды, затем сушат и прокаливают с получением гидрата диоксида циркония или диоксида циркония.

Способ добавления дополнительных элементов, описанных выше, в катализатор на основе диоксида циркония не должен быть особым образом ограничен, и можно применять общеизвестные способы. Удобным для применения является, например, способ пропитки, при котором диоксид циркония, гидрат диоксида циркония или гидроксид циркония, которые являются коммерчески доступными или приготовленными, пропитывают солью, содержащей дополнительный элемент, которая переведена в состояние раствора. Кроме того, также удобным для применения является способ, при котором диоксид циркония, гидрат диоксида циркония или гидроксид циркония, которые являются коммерчески доступными или приготовленными, растирают с оксидом металла, гидроксидом металла или солью, содержащей дополнительный элемент. При этом с тем же успехом можно применять способ совместного осаждения, способ совместного гелеобразования, способ ионообмена и т.п.

Катализатор на основе диоксида циркония, содержащий вышеописанный дополнительный элемент, можно получить путем прокаливания смесей, полученных вышеописанными способами.

Способ пропитки, описанный выше, можно осуществить, более конкретно, путем погружения диоксида циркония, гидрата диоксида циркония или гидроксида циркония в раствор, предварительно полученный путем растворения источника дополнительного элемента в растворителе. Вышеуказанным растворителем предпочтительно является вода. При этом любые соединения дополнительного элемента можно применять в качестве источника дополнительного элемента при условии, что они являются растворимыми в применяемом растворителе, и можно применять, например, хлориды, нитраты, сульфаты, соли органических кислот и т.п. Однако, когда хлориды и сульфаты применяют в качестве источника обеспечения элементом, ионы галогена и сульфата, каждые из которых остаются в катализаторе, необходимо удалять путем достаточной промывки для того, чтобы препятствовать ухудшению селективности ионами галогена и сульфата, которые увеличивают кислотность катализатора, и по этой причине применение нитратов и солей органических кислот в качестве источника элемента является особенно предпочтительным. После пропитки растворитель удаляют, и твердое вещество прокаливают или сушат, в результате чего можно получить целевой катализатор на основе диоксида циркония.

Также можно осуществить описанный выше способ совместного осаждения таким образом, чтобы источник элемента присутствовал в системе реакции при проведении операции получения белого осадка гидроксида циркония в описанном выше способе осаждения. Источником элемента являются предпочтительно соли, которые растворимы в воде, и применяют, например, хлориды, нитраты, сульфаты, соли органических кислот и т.п. Нитраты и соли органических кислот являются предпочтительными по той же причине, как и в случае описанного выше способа пропитки.

«Прокаливание», описанное выше, обычно во всех случаях проводят в атмосфере воздуха, но его можно проводить в атмосфере инертного газа. Температура прокаливания обычно во всех случаях составляет от 300 до 700°С, предпочтительно от 400 до 500°С. Обычно время прокаливания составляет предпочтительно от 1 до 6 часов.

Процесс формования катализатора на основе диоксида циркония можно осуществить с помощью способа, известного обычному специалисту в данной области, и, например, можно применять экструзионное формование, формование прессованием и т.п. При формовании можно применять вспомогательные средства для формования, или компоненты катализатора могут наноситься на носитель.

Амид α-гидроксикарбоновой кислоты

Амид α-гидроксикарбоновой кислоты, применяемый в данном изобретении, не должен быть особым образом ограничен при условии, что он является амидным соединением карбоновой кислоты, содержащим гидроксильную группу в α-положении, и с точки зрения его практической ценности в качестве исходного вещества для лекарственных средств и сельскохозяйственных химикатов, он предпочтительно является соединением, представленным в виде следующей формулы (I):

(где R¹ и R², каждый независимо представляет собой атом водорода, алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, алкенильную группу, содержащую от 2 до 20 атомов углерода, или циклоалкильную группу, содержащую от 3 до 20 атомов углерода, образующих кольцо).

Алкильная группа, содержащая от 1 до 20 атомов углерода, отображенная независимо при помощи R¹ и R² соответственно, может являться линейной или разветвленной и включает в себя, например, метил, этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, трет-бутил, различные пентилы («различные» включает в себя линейную и все разветвленные структуры; то же самое относится к нижеописанному в данном документе), различные гексилы, различные октилы, различные децилы, различные додецилы, различные тетрадецилы, различные гексадецилы и т.п. С точек зрения простоты получения исходных веществ и их практической ценности в качестве исходных веществ для лекарственных средств и сельскохозяйственных химикатов, вышеуказанная алкильная группа предпочтительно является алкильной группой, содержащей от 1 до 10 атомов углерода, более предпочтительно алкильной группой, содержащей от 1 до 5 атомов углерода, а еще более предпочтительно метилом.

Алкенильная группа, содержащая от 2 до 20 атомов углерода, отображенная независимо с помощью R¹ и R² соответственно, может являться линейной или разветвленной и включает в себя, например, винил, различные пропенилы, различные бутенилы, различные гексенилы, различные октенилы, различные деценилы, различные додеценилы, различные тетрадеценилы, различные гексадеценилы, различные октадеценилы и т.п. Вышеуказанная алкенильная группа предпочтительно является алкенильной группой, содержащей от 2 до 10 атомов углерода, более предпочтительно алкенильной группой, содержащей от 2 до 5 атомов углерода.

Циклоалкильная группа, содержащая от 3 до 20 атомов углерода, образующих кольцо, отображенная независимо с помощью R¹ и R² соответственно, включает в себя, например, циклопентил, циклооктил, циклогептил, циклодецил и т.п. Вышеуказанная циклоалкильная группа предпочтительно является циклоалкильной группой, содержащей от 3 до 10 атомов углерода, образующих кольцо, более предпочтительно циклоалкильной группой, содержащей от 3 до 8 атомов углерода, образующих кольцо.

Среди них оба из R¹ и R², с точек зрения простоты получения исходных веществ и их практической ценности в качестве исходных веществ для лекарственных средств и сельскохозяйственных химикатов, предпочтительно являются атомом водорода или алкильной группой, содержащей от 1 до 20 атомов углерода, более предпочтительно атомом водорода или алкильной группой, содержащей от 1 до 10 атомов углерода, еще более предпочтительно атомом водорода или алкильной группой, содержащей от 1 до 5 атомов углерода, и особенно предпочтительно атомом водорода или метилом. Т.е. амид α-гидроксикарбоновой кислоты особенно предпочтительно является лактамидом или амидом α-гидроксиизомасляной кислоты, исходя из тех же соображений.

Алифатический спирт

Алифатический спирт, применяемый в данном изобретении, не должен быть особым образом ограничен, и с точки зрения его практической ценности в качестве исходного вещества для лекарственных средств и сельскохозяйственных химикатов, он предпочтительно является соединением, представленным формулой R³OH (где R³ представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 20 атомов углерода, алкенильную группу, содержащую от 2 до 20 атомов углерода, или циклоалкильную группу, содержащую от 3 до 20 атомов углерода, образующих кольцо).

Аналогичные группы, как и в случае R¹ и R², могут быть указаны в качестве примеров алкильной группы, содержащей от 1 до 20 атомов углерода, алкенильной группы, содержащей от 2 до 20 атомов углерода, и циклоалкильной группы, содержащей от 3 до 20 атомов углерода, образующих кольцо, каждая из которых отображается с помощью R³. Среди них, R³ с точки зрения практической ценности алифатического спирта в качестве исходного вещества для лекарственных средств и сельскохозяйственных химикатов предпочтительно является алкильной группой, содержащей от 1 до 20 атомов углерода, более предпочтительно алкильной группой, содержащей от 1 до 5 атомов углерода, и еще более предпочтительно метилом или этилом.

Конкретные примеры алифатического спирта, применяемого в данном изобретении, включают в себя метанол, этанол, н-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, изобутиловый спирт, н-бутиловый спирт и т.д., и его специально выбирают в соответствии с типом целевого продукта. Метанол или этанол предпочитителен с точки зрения его практической ценности в качестве исходного вещества для лекарственных средств и сельскохозяйственных химикатов.

Используемое количество алифатического спирта составляет предпочтительно от 1 до 50 мольных эквивалентов, более предпочтительно от 2 до 30 мольных эквивалентов и еще более предпочтительно от 5 до 30 мольных эквивалентов в расчете на количество моль амида α-гидроксикарбоновой кислоты.

Газофазная реакция

Данное изобретение - это газофазная реакция, при которой твердый катализатор применяют в неподвижном слое или псевдоожиженном слое. В данном изобретении получена более высокая степень превращения при сравнении со степенью превращения в случае жидкофазной реакции, и было установлено, что это объясняется тем, что в данном изобретении, которое является газофазной реакцией, равновесие между исходными веществами и продуктом в значительной степени смещается в сторону продукта.

В данном изобретении «газофазная реакция» обозначает реакцию, преимущественно проводимую в газовой фазе, доля жидкой фазы в которой составляет 10% по массе или меньше, предпочтительно 5% по массе или меньше, более предпочтительно 2% по массе или меньше и еще более предпочтительно практически 0% по массе, исходя из суммарного количества исходных веществ. Амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт, которые являются исходными веществами, можно превратить в пар до подачи в реактор или можно превратить в пар в реакторе. При этом амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт можно подавать в реактор каждый по отдельности или можно подавать в реактор после смешивания.

Если реакция проводится в атмосфере инертного газа, такого как газообразный азот, то понижается парциальное давление исходных веществ за счет присутствия инертного газа, и они легко испаряются, и потому это является предпочтительным.

Когда амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт, которые являются исходными веществами, испаряются в реакторе, то вышеуказанные исходные вещества можно подавать в реактор совместно с растворителем. Вышеупомянутый растворитель включает в себя, например, эфирный основный растворитель, такой как тетрагидрофуран и т.п.; амидный основный растворитель, такой как N-метилпирролидон и т.п.; и сложноэфирный основный растворитель, такой как метиллактат и т.п. В данном изобретении реакция протекает эффективно без применения вышеупомянутых растворителей.

Температура реакции устанавливается таким образом, чтобы амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт, которые являются исходными веществами, испарялись в реакционной системе. Устанавливаемая температура изменяется в соответствии с различными условиями, такими как типы исходных веществ, применяемое мольное соотношение амида α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатического спирта, присутствие или отсутствие инертного газа, присутствие или отсутствие растворителя, давление реакции и т.п. Обычно она предпочтительно составляет от 150 до 270°С, более предпочтительно от 170 до 250°С, еще более предпочтительно от 180 до 240°С и особенно предпочтительно от 180 до 210°С.

Когда амид α-гидроксикарбоновой кислоты является, например, амидом α-гидроксиизомасляной кислоты, то удовлетворительная скорость реакции достигается при установке температуры реакции равной 150°С или выше, но для того, чтобы достаточно испарить амид α-гидроксиизомасляной кислоты при атмосферном давлении, эффективным является проведение реакции при 180°С или выше. Кроме того, установка температуры реакции равной 240°С или ниже делает возможным уменьшение разложения амида α-гидроксиизомасляной кислоты на ацетон и некоторые количества таких побочных продуктов, как сложные эфиры α-алкоксиизомасляной кислоты и олефиновые производные, которые являются продуктами дегидрирования.

Обычно реакция проводится при атмосферном давлении или пониженном давлении. При этом реакцию можно проводить под давлением, если это является условием, при котором амид α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатический спирт, являющиеся исходными веществами, испаряются.

Амид α-гидроксикарбоновой кислоты имеет высокую температуру кипения, например, амид α-гидроксиизомасляной кислоты имеет температуру кипения, равную 260°С, и по этой причине проще испарять исходные вещества при атмосферном давлении или пониженном давлении. Соответственно, давление реакции предпочтительно составляет от 1 до 300 кПа, более предпочтительно от 10 до 150 кПа, еще более предпочтительно от 30 до 120 кПа и особенно предпочтительно от 30 кПа до атмосферного давления.

Скорость подачи исходных веществ предпочтительно составляет, с точки зрения сохранения высокой степени превращения в течение длительного времени, от 0,01 до 5 ч^-1, более предпочтительно от 0,02 до 2 ч^-1, еще более предпочтительно от 0,03 до 1 ч^-1 и особенно предпочтительно от 0,05 до 0,5 ч^-1, исходя из массы амида α-гидроксикарбоновой кислоты на единицу массы катализатора, т.е. объемная скорость (WHSV), исходя из массы амида α-гидроксикарбоновой кислоты.

Аналогичным образом из соотношения используемых количеств амида α-гидроксикарбоновой кислоты и алифатического спирта можно посчитать объемную скорость (WHSV), исходя из массы алифатического спирта, и она составляет предпочтительно приблизительно от 0,01 до 100 ч^-1, более предпочтительно от 0,04 до 40 ч^-1 и еще более предпочтительно от 0,10 до 2 ч^-1.

Способ отделения сложного эфира α-гидроксикарбоновой кислоты от продуктов, полученных при применении способа, описанного выше, не должен особым образом ограничиваться. Например, аммиак удаляется вместе с алифатическим спиртом путем проведения стандартной ректификации, чтобы получить сложный эфир α-гидроксикарбоновой кислоты, а также непрореагировавшие алифатический спирт и амид α-гидроксикарбоновой кислоты из нижней части ректификационной колонны, и эфир α-гидроксикарбоновой кислоты можно отделить путем проведения стандартной ректификации.

ПРИМЕРЫ

Данное изобретение должно быть конкретно изложено ниже со ссылкой на примеры, но данное изобретение никаким образом не должно ограничиваться примерами, показанными ниже.

Результаты реакции в соответствующих примерах были определены с помощью газового хроматографического анализа согласно следующим условиям.

Аналитические условия газовой хроматографии

Оборудование: 6850A (изготовленный Agilent Technologies Inc.)

Применяемая колонка: DB-WAX (изготовленная Agilent Technologies Inc.)

Аналитические условия: температура входного канала хроматографа 200°С, температура детектора 250°С.

Температура колонки: после выдерживания на уровне 50°С в течение 3 минут, температуру поднимали до 250°С со скоростью 15°С/минуту.

Детектор: детектор по теплопроводности (TCD)

Пример 1

Приготовление катализатора

Гидроксид циркония «XZO 1501/03», изготовленный MEL Chemicals Inc., отформовывали прессованием, и отформованное вещество измельчали и контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш. Чтобы приготовить катализатор на основе диоксида циркония, данное вещество сушили при 150°С в течение 3 часов, затем прокаливали при 400°С в течение 3 часов, и снова контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш.

Предварительная обработка

В реакционную трубку из нержавеющей стали марки SUS316, с внутренним диаметром 18 ммφ загружали 14 г приготовленного вышеописанным способом катализатора из диоксида циркония. Реакционную пробирку нагревали в электрической печи, обеспечивая в то же время, чтобы азот протекал при величине расхода 40 мл/минуту, и загруженный катализатор на основе диоксида циркония нагревали при 250°С в течение 3 часов и подвергали предварительной обработке.

Реакция

После доведения температуры каталитического слоя до 220°С подачу азота останавливали и обеспечивали, чтобы через реакционную трубку протекали исходные вещества в виде жидкости, приготовленной путем смешивания амида α-гидроксиизомасляной кислоты и метанола в соотношении 30 частей по массе к 70 частям по массе, при величине расхода потока, равной 4,67 г/час (WHSV, исходя из количества амида α-гидроксиизомасляной кислоты, =0,1 ч^-1). Реакция практически 100% исходных веществ по массе проходила в реакционной трубке в газовой фазе.

Когда реакция достигала состояния равновесия по истечении приблизительно 24 часов, образцы продуктов брали с помощью ловушки, охлаждаемой льдом, и анализировали с помощью газовой хроматографии, обнаруживая, что степень превращения амида α-гидроксиизомасляной кислоты составляла 95%, и что селективность по метил α-гидроксиизобутирату составляла 88%. Реакцию продолжали, чтобы обнаружить, что степень превращения амида α-гидроксиизомасляной кислоты может сохраняться на уровне 90% или больше в течение 992 часов от начала реакции. Степень превращения и селективность по истечении приблизительно 24 часов, а также время, в течение которого степень превращения может сохраняться на уровне 90% или больше при продолжении реакции (далее в данном документе называемые просто результатами реакции) показаны в таблице 1.

Примеры 2-5

Приготовление катализатора

Катализаторы, указанные в таблице 1, каждый из которых изготовлен MEL Chemicals Inc., формовали прессованием, и отформованные вещества измельчали и контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш. «XZO 1501/10», «XZO 1501/07» и «XZO 882/03» (примеры 2, 3 и 5), которые представляют собой прокаленные катализаторы из диоксида циркония, сушили при 150°С в течение 12 часов или дольше, и непрокаленный катализатор «XZO 632/03» (пример 4) сушили, как и в случае примера 1, при 150°С в течение 3 часов, и снова контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш.

Катализаторы, описанные выше, были предоставлены MEL Chemicals Inc. в качестве образцов; «XZO 1501/10» является диоксидом циркония; «XZO 1501/07» является диоксидом циркония, полученным путем прокаливания «XZO 1501/03»; «XZO 882/03» является диоксидом циркония, полученным путем прокаливания гидроксида циркония; «XZO 632/03» является диоксидом циркония, полученным путем прокаливания гидроксида циркония, который отличается от серии «XZO 1501» и серии «XZO 632»; и при этом вышеуказанные катализаторы отличаются соответственно удельной площадью поверхности по методу BET, диаметром частиц, следами примесей, включающих в себя преимущественно металлы, и т.п.

Предварительная обработка и реакция

Предварительная обработка и реакция были проведены аналогичным образом, как в примере 1, за исключением того, что были использованы различные катализаторы на основе диоксида циркония, приготовленные вышеописанными способами. Результаты реакции показаны в таблице 1.

Пример 6

Приготовление катализатора

Гидроксид циркония «NN zirconium hydroxide», изготовленный закрытой акционерной компанией Daiichi Kigennso Kagaku Kogyo Co., формовали прессованием, и отформованное вещество измельчали и контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш. Данное вещество сушили, как и в случае примера 1, при 150°С в течение 3 часов, затем прокаливали при 400°С в течение 3 часов, и снова контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш.

Предварительная обработка и реакция

Предварительную обработку и реакцию проводили аналогичным образом, как в примере 1, за исключением того, что был использован катализатор на основе диоксида циркония, приготовленный вышеописанным способом. Результаты реакции показаны в таблице 1.

Пример 7

Приготовление катализатора

Гидроксид циркония «RSC-HP», изготовленный закрытой акционерной компанией Daiichi Kigennso Kagaku Kogyo Co., измельчали, контролировали, чтобы размер частиц составлял от 10 до 20 меш, и сушили при 150°С в течение 3 часов.

Предварительная обработка и реакция

Предварительную обработку и реакцию проводили аналогичным образом, как в примере 1, за исключением того, что был использован катализатор на основе диоксида циркония, приготовленный вышеописанным способом. Результаты реакции показаны в таблице 1.

Таблица 1
	Температура реакции (°С)	Давление реакции (кПа)	Катализатор	WHSV, исходя из количества амида α-гидроксикарбоновой кислоты (ч-1)	Результаты реакции
Через 24 часа	Время, в течение которого может сохраняться степень превращения на уровне 90% или более (ч)
Степень превращения (%)	Селективность (%)
Пример	1	220	101,3	XZO 1501/03	0,1	95	88	992
2	220	101,3	XZO 1501/10	0,1	95	92	624
3	220	101,3	XZO 1501/07	0,1	95	88	315
4	220	101,3	XZO 632/03	0,1	95	90	288
5	220	101,3	XZO 882/03	0,1	91	62	30
6	220	101,3	NN zirconium hydroxide	0,1	95	86	980
7	220	101,3	RSC-HP	0,1	62	82	0

Справочный пример 1

Предварительную обработку и реакцию проводили при аналогичных условиях, как в примере 3, за исключением того, что температуру (температуру реакции) слоя катализатора изменяли на равную 190°С.

Степень превращения амида α-гидроксиизомасляной кислоты по истечении приблизительно 24 часов составляла 37%, и селективность по метил α-гидроксиизобутирату составляла 94%. Поскольку в условиях вышеупомянутой реакции не было достигнуто достаточного давления паров исходных веществ, часть газообразных исходных веществ превратилась в жидкость в реакционной системе, и предполагалось, что это привело к снижению степени превращения. Результаты реакции по истечении приблизительно 24 часов показаны в таблице 2.

Пример 8

Предварительную обработку и реакцию провели при аналогичных условиях, как в случае справочного примера 1, за исключением того, что вместе с исходными веществами вводили азот при расходе 54 мл/минуту, для того, чтобы исходные вещества в достаточном объеме превратились в пар. Результаты реакции по истечении приблизительно 24 часов показаны в таблице 2. Из результатов, полученных в справочном примере 1 и примере 8, можно обнаружить, что для того, чтобы получить высокую степень превращения, важно довести долю присутствия жидкой фазы практически до 0% по массе.

Примеры 9-12

Предварительную обработку и реакцию проводили при аналогичных условиях, как в примере 3, за исключением того, что температуру (температуру реакции) слоя катализатора изменяли на равную 200°С, 230°С, 240°С и 250°С соответственно. Результаты реакции по истечении приблизительно 24 часов показаны в таблице 2.

Таблица 2
	Температура реакции (°С)	Давление реакции (к