卤代丙烯酸或其盐的重氢化方法

专利名称：卤代丙烯酸或其盐的重氢化方法
技术领域：
本发明涉及使用催化剂进行的卤代丙烯酸或其盐的重氢化方法。
背景技术：
人们认为重氢化(氘化和氚化)后的化合物在各种用途中都很有用。例如，氘化后的化合物在解析反应机理和物质代谢方面是非常有用的，其作为标记化合物被广泛使用，并且，该化合物本身的稳定性和性质因其同位素效应而改变，因此认为该化合物作为药品、农药、有机EL材料等也是有用的。而且，人们认为氚化后的化合物作为在动物实验等中调查药品等的吸收、分布、血药浓度、排泄、代谢等时的标记化合物是有用的。因此，近年来在这些领域中积极地进行着使用被重氢化(氘化和氚化)后的化合物的研究。
最近，重氢化的卤代丙烯酸或其盐作为光纤用单体的中间体受到关注。
为了得到这样的重氢化的化合物，使用了各种各样的方法，其中，将结构中具有羰基或羟基的羧酸或其盐进行重氢化的技术还存在很多问题，并且高效地工业化生产重氢化后的化合物也曾经是困难的。
作为现有技术，例如可以举出，1)在碱性条件下，使用过氧化重氢将羧酸重氢化的方法(参照专利文献1)；2)使用铱络合物作为催化剂，使用重水作为重氢源，将醇或羧酸重氢化的方法(参照非专利文献1)；3)使用钯炭作为催化剂，仅使用重氢气作为重氢源，将脂肪酸重氢化的方法(参照非专利文献2)；4)使用由第8族金属中选出的金属作为催化剂，使用重水或重水与重氢气的组合作为重氢源，将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯重氢化的方法(参照专利文献2、专利文献3和专利文献4)；或者5)使用未被氢活化的催化剂，以重水为重氢源，将丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯等重氢化的方法(参照专利文献5)。
然而，这些方法中，关于以卤代丙烯酸或其盐作为基质而重氢化的方法没有任何记载，并且这些方法还存在如下问题。
1)在使用过氧化重氢在碱性条件下将羧酸重氢化的方法中，由于反应液不是中性的，因此，在分离由该方法重氢化后的化合物时需要复杂的精制操作。
2)在使用未进行活化处理的铱络合物作为催化剂，使用重水作为重氢源，将醇或羧酸重氢化的方法中，存在的问题是离与羧酸中的羟基结合的碳原子越远的氢原子，该氢原子的重氢化率越高，而离羟基越近的氢原子，该氢原子的重氢化率越低，而且，由于作为催化剂使用的铱络合物本身是不稳定的化合物，因此其难以制造且难以获得。
3)在使用未进行活化处理的钯炭作为催化剂，使用通过KOD+D2O的电解产生的重氢气作为重氢源，将脂肪酸重氢化的方法中，重氢气的制造需要特殊的装置，其操作非常复杂，并不实用。此外，在这种使用重氢气作为重氢源的方法中，将具有易被氢化还原的不饱和键的不饱和脂肪酸等化合物重氢化是困难的。
4)在使用未进行活化处理的由第8族金属中选出的金属作为催化剂，使用重水或重水与重氢气的组合作为重氢源，将丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯重氢化的方法中，仅使用重水作为重氢源时，存在重氢化率低的问题，另一方面，使用重水与重氢气的组合作为重氢源时，存在如下的问题重氢化的同时，作为反应基质的丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯的碳-碳双键部分容易被重氢气氢化(催化还原)，从而造成在保留着双键的状态下无法重氢化的问题。
5)在使用未进行活化处理的催化剂，使用重水作为重氢源，将丙烯酸或甲基丙烯酸甲酯重氢化的方法中，存在重氢化率低的问题。
由于上述情况，期望开发出以卤代丙烯酸或其盐作为基质、将其高效地以工业化规模重氢化的方法。
专利文献1美国专利第3849458号公报专利文献2特公平5-19536号公报专利文献3特开昭61-277648号公报专利文献4特开昭61-275241号公报专利文献5特开昭63-198638号公报非专利文献1J.Am.Chem.Soc.Vol.124，No.10，2092(2002)非专利文献2LIPIDS，Vol.9，No.11，913(1974)发明内容本发明是鉴于上述状况而完成的，本发明的课题是提供一种高效且适于工业规模的卤代丙烯酸或其盐的重氢化方法。
本发明是涉及下述通式[1]表示的化合物的重氢化方法以及下述通式[2]表示的重氢化合物的发明。所述重氢化方法的特征是，在未进行活化处理的选自钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂中的催化剂的共同存在下，使通式[1]表示的化合物与重氢源进行反应。
在所述通式[1]中，R1和R2各自独立地表示氕原子或重氢原子，且R1和R2中的至少一个表示氕原子，R3表示氕原子、重氢原子、碱金属原子或碱土金属原子，X表示卤原子，n表示1或2。
在所述通式[2]中，R4和R5各自独立地表示氕原子或重氢原子，且R4和R5中的至少一个表示重氢原子，R3表示氕原子、重氢原子、碱金属原子或碱土金属原子，X表示卤原子，n表示1或2。
根据本发明的重氢化(氘化和氚化)方法，即，在未进行活化处理的催化剂的共同存在下使通式[1]表示的化合物与重氢源进行反应的方法，能够将现有方法中在碱性条件等苛刻的条件下进行的重氢化改为在中性条件下进行，因此明显改善了作业环境。而且，根据本发明的重氢化方法，可以有效地进行通式[1]表示的化合物的重氢化，而不将具有碳-碳双键的通式[1]表示的化合物中的双键进行氢化还原，且不将该化合物中存在的卤素还原消除。现有技术中，即使使用未进行活化处理的催化剂对丙烯酸或其酯进行重氢化，也只能得到重氢化率低的产物，因此推定，对结构相似的卤代丙烯酸即使使用同样的方法进行重氢化，其重氢化率也会较低，而且卤代丙烯酸中的卤原子也会在重氢化的过程中被还原消除，所以，本发明取得这样的结果完全是没有预料到的。
具体实施例方式
本发明中，重氢原子是指氘原子(D)或氚原子(T)，重氢化是指氘化和氚化。而且，本说明书中，将通式[1]表示的化合物所具有的氢原子中被重氢原子取代了的氢原子的比率作为重氢化率。另外，“未进行活化处理的催化剂”是指，以通常的方法制备之后没有进行例如与氢气或重氢气相接触等的活化处理的催化剂。
在本发明的重氢化方法中，作为通式[1]表示的化合物中以X表示的卤原子，可以举出例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等，其中，优选例如氟原子、氯原子、溴原子等，其中更优选氯原子。
作为以R3表示的碱金属原子，可以举出例如锂原子、钠原子、钾原子、铷原子、铯原子等，其中优选钠原子或钾原子，其中更优选钠原子。
作为以R3表示的碱土金属原子，可以举出例如镁原子、钙原子、锶原子、钡原子等，其中优选镁原子或钙原子。
作为通式[1]表示的化合物的优选具体例，可以举出例如2-氟丙烯酸、2-氯丙烯酸、2-溴丙烯酸、2-碘丙烯酸和这些酸的盐(例如钠盐、钾盐、铷盐等碱金属盐，例如镁盐、钙盐、锶盐、钡盐等碱土金属盐等)等。其中，优选例如2-氟丙烯酸盐(例如钠盐、钾盐等)、2-氯丙烯酸盐(例如钠盐、钾盐等)、或2-溴丙烯酸盐(例如钠盐、钾盐等)，其中更优选2-氯丙烯酸钠或2-氯丙烯酸钾。
关于通式[1]表示的化合物，既可以使用市售品，也可以使用以通常方法适当地合成的化合物。
在本发明的重氢化方法中，作为与上述通式[1]表示的化合物反应的重氢源，例如可以举出被重氢化的溶剂等。
对于作为重氢源的被重氢化的溶剂，当重氢为氘时，可以举出例如重水(D2O)；例如重氢甲醇、重氢乙醇、重氢异丙醇、重氢丁醇、重氢叔丁醇、重氢戊醇、重氢己醇、重氢庚醇、重氢辛醇、重氢壬醇、重氢癸醇、重氢十一烷基醇、重氢十二烷基醇等的重氢醇类；例如重氢甲酸、重氢乙酸、重氢丙酸、重氢丁酸、重氢异丁酸、重氢戊酸、重氢异戊酸、重氢三甲基乙酸等的重氢羧酸类；例如重氢丙酮、重氢丁酮、重氢甲基异丁基甲酮、重氢戊酮、重氢二丙基甲酮、重氢二异丙基甲酮、重氢壬酮等的重氢酮类；重氢二甲亚砜等的有机溶剂等。其中优选重水、重氢醇类，具体地说，作为特别优选的化合物可以举出重水、重氢甲醇。另外，考虑到环境和可操作性，优选重水。而且，当重氢为氚时，作为被重氢化的溶剂，例如可以举出重水(T2O)等。
所述被重氢化的溶剂只要是分子中一个以上的氢原子被重氢化了的溶剂即可，例如，重氢醇类中的羟基的氢原子、重氢羧酸类中的羧基的氢原子被重氢化后就可以在本发明的重氢化方法中使用，但特别优选分子中所有的氢原子被重氢化了的溶剂。
重氢源的用量越多本发明的重氢化越容易进行，但考虑到成本，相对于作为反应基质的通式[1]表示的化合物中能够被重氢化的氢原子，重氢源中所含有的重氢原子的量，其下限依次优选为等摩尔、10倍摩尔、20倍摩尔、30倍摩尔、40倍摩尔的量，其上限依次优选为250倍摩尔、150倍摩尔的量。
在本发明的重氢化方法中，可以根据需要使用反应溶剂，由于本发明的重氢化反应体系可以处于悬浮状态，所以作为该反应溶剂，可以使用难以溶解基质的溶剂，但更优选使用易于溶解基质的溶剂。
作为可以根据需要使用的反应溶剂的具体例，可以举出例如二甲醚、二乙醚、二异丙基醚、乙基甲基醚、叔丁基甲基醚、1，2-二甲氧基乙烷、环氧乙烷、1，4-二噁烷、二氢吡喃、四氢呋喃等的醚类；例如己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、环己烷等的脂肪族烃类；例如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一烷基醇、十二烷基醇等的醇类；例如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、三甲基乙酸等的羧酸类；例如丙酮、丁酮、甲基异丁基甲酮、戊酮、二丙基甲酮、二异丙基甲酮、壬酮等的酮类；二甲亚砜、轻水(水)等。
利用本发明中未进行活化的选自钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂中的催化剂(下文中有时省略表示为“本发明中涉及的催化剂”)进行重氢化时，重氢化反应容器的气相部分可以被例如氮气、氩气等惰性气体置换。
另外，在本发明的重氢化方法中，从结果上来看优选反应体系为加压状态，以使反应容器成为密封状态或近于密封的状态。所谓近于密封的状态包括如下这样的情况等，例如，像所谓连续反应那样，连续地将反应基质投入到反应容器中，并连续地将生成物从反应容器中取出。
另外，本发明的重氢化方法中，当反应容器为密封状态时，能够容易地提高反应体系的温度，因此，能够更加有效地进行重氢化。
当将本发明中涉及的催化剂用于密封状态的重氢化时，由于在重氢化的反应体系中不使用氢气或重氢气，因此，通式[1]表示的化合物中含有的碳-碳双键几乎不被还原而只进行重氢化。
作为本发明中涉及的催化剂，可以举出如上所述未进行活化处理的钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂，其中优选铑催化剂。这些催化剂，单独使用或进行适当组合使用都能够有效地用于本发明的重氢化方法。作为将这些催化剂组合使用的情况，优选例如铑催化剂和铂催化剂、铑催化剂和钯催化剂等的混合催化剂。
作为钯催化剂，可以举出，钯原子的原子价通常为0价～4价的钯催化剂，优选0价～2价的钯催化剂，更优选0价的钯催化剂。
作为铂催化剂，可以举出，铂原子的原子价通常为0价～4价的铂催化剂，优选0价～2价的铂催化剂，更优选0价的铂催化剂。
作为铑催化剂，可以举出，铑原子的原子价通常为0价或1价的铑催化剂，优选0价的铑催化剂。
作为钌催化剂，可以举出，钌原子的原子价通常为0价～2价的钌催化剂，优选0价的钌催化剂。
作为镍催化剂，可以举出，镍原子的原子价通常为0价～2价的镍催化剂，优选0价的镍催化剂。
作为钴催化剂，可以举出，钴原子的原子价通常为0价或1价的钴催化剂，优选1价的钴催化剂。
如上所述的催化剂，既可以是金属本身，也可以是这些金属的氧化物、卤化物、乙酸盐、或是配位有配体的化合物，而且还可以是这些金属、金属氧化物、卤化物、乙酸盐、金属络合物等担载在各种载体上而形成的产物。
下文中，有时将在载体上担载的催化剂省略表示为“载体担载的金属催化剂”，将未在载体上担载的催化剂省略表示为“金属催化剂”。
作为本发明的重氢化方法中涉及的催化剂中可以配位有配体的金属催化剂中的配体，可以举出例如1，5-环辛二烯(COD)、二亚苄基丙酮(DBA)、联二吡啶(BPY)、邻二氮杂菲(PHE)、苯甲腈(PhCN)、异腈(RNC)、三乙胂(As(Et)3)、乙酰丙酮配体(acac)；例如二甲基苯膦(P(CH3)2Ph)、二苯基膦基二茂铁(DPPF)、三甲基膦(P(CH3)3)、三乙基膦(PEt3)、三叔丁基膦(PtBu3)、三环己基膦(PCy3)、三甲氧基膦(P(OCH3)3)、三乙氧基膦(P(OEt)3)、三叔丁氧基膦(P(OtBu)3)、三苯基膦(PPh3)、1，2-双(二苯基膦基)乙烷(DPPE)、三苯氧基膦(P(OPh)3)、三邻甲苯基膦(P(o-tolyl)3)等有机膦配体等。
作为钯金属催化剂的具体例，可以举出例如Pd；例如Pd(OH)2等氢氧化钯催化剂；例如PdO等氧化钯催化剂；例如PdBr2、PdCl2、PdI2等卤化钯催化剂；例如乙酸钯(Pd(OAc)2)、三氟乙酸钯(Pd(OCOCF3)2)等乙酸钯盐催化剂；例如Pd(RNC)2Cl2、Pd(acac)2、二乙酸双(三苯基膦)钯[Pd(OAc)2(PPh3)2]、Pd(PPh3)4、Pd2(dba)3、Pd(NH3)2Cl2、Pd(CH3CN)2Cl2、二氯双(苯甲腈)钯[Pd(PhCN)2Cl2]、Pd(dppe)Cl2、Pd(dppf)Cl2、Pd[PCy3]2Cl2、Pd(PPh3)2Cl2、Pd[P(o-tolyl)3]2Cl2、Pd(cod)2Cl2、Pd(PPh3)(CH3CN)2Cl2等配位有配体的钯金属络合物催化剂等。
作为铂金属催化剂的具体例，可以举出例如Pt；例如PtO2、PtCl4、K2PtCl4等铂催化剂；例如PtCl2(cod)、PtCl2(dba)、PtCl2(PCy3)2、PtCl2(P(OEt)3)2、PtCl2(P(OtBu)3)2、PtCl2(bpy)、PtCl2(phe)、Pt(PPh3)4、Pt(cod)2、Pt(dba)2、Pt(bpy)2、Pt(phe)2等配位有配体的铂金属络合物催化剂等。
作为铑金属催化剂的具体例，可以举出例如Rh；例如RhCl(PPh3)3等的配位有配体的铑金属络合物催化剂等。
作为钌金属催化剂的具体例，可以举出例如Ru；例如RuCl2(PPh3)3等的配位有配体的钌金属络合物催化剂等。
作为镍金属催化剂的具体例，可以举出例如Ni；例如NiCl2、NiO等镍催化剂；例如NiCl2(dppe)、NiCl2(PPh3)2、Ni(PPh3)4、Ni(P(OPh)3)4、Ni(cod)2等的配位有配体的镍金属络合物催化剂等。
作为钴金属催化剂的具体例，可以举出例如Co(C3H5){P(OCH3)3}3等的配位有配体的钴金属络合物催化剂等。
作为上述催化剂为担载在载体上的催化剂时的载体，可以举出例如炭、氧化铝、二氧化硅凝胶、沸石、分子筛、离子交换树脂、聚合物等，其中优选炭。
作为用作载体的离子交换树脂，只要是不对本发明的重氢化带来恶劣影响的物质即可，可以举出例如阳离子交换树脂、阴离子交换树脂。
作为阳离子交换树脂，可以举出例如弱酸性阳离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂；作为阴离子交换树脂，可以举出例如弱碱性阴离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂等。
离子交换树脂一般包含作为骨架聚合物的以双官能性单体交联的聚合物，在该交联的聚合物上结合有酸性基团或碱性基团，分别被各种阳离子或阴离子(反离子)交换。
作为弱酸性阳离子交换树脂的具体例，可以举出例如将以二乙烯基苯交联的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的聚合物水解得到的产物等。
作为强酸性阳离子交换树脂的具体例，可以举出例如将苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物磺化的产物。
作为强碱性阴离子交换树脂，可以举出例如在苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物的芳环上结合有氨基的化合物。
碱性阴离子交换树脂的碱性强度按照所结合的氨基为伯氨基、仲氨基、叔氨基、季铵盐的顺序依次增强。
另外，与上述离子交换树脂相同，市售的离子交换树脂也能够作为本发明的重氢化中所涉及的催化剂的载体使用。
而且，对用作载体的聚合物，没有特别限定，只要是对本发明的重氢化不带来恶劣影响的物质即可，作为这种聚合物的例子，可以举出例如下述通式[3]表示的单体经过聚合或共聚而得到的产物等。
通式[3] 在所述通式[3]中，R6表示氢原子、低级烷基、羧基、羧基烷基、烷氧基羰基、羟基烷氧基羰基、氰基或甲酰基；R7表示氢原子、低级烷基、羧基、烷氧基羰基、羟基烷氧基羰基、氰基或卤原子；R8表示氢原子、低级烷基、卤代烷基、羟基、具有取代基或不具有取代基的芳基、脂肪族杂环基、芳香族杂环基、卤原子、烷氧基羰基、羟基烷氧基羰基、磺基、氰基、含氰基烷基、酰氧基、羧基、羰基烷基、醛基、氨基、氨基烷基、氨基甲酰基、N-烷基氨基甲酰基或羟基烷基；并且，R6和R7也可以结合，与相邻的-C＝C-共同成为脂肪族环。
在所述通式[3]中，作为以R6～R8表示的低级烷基，可以是直链状、分支状和环状中的任意一种，可以举出例如碳原子数为1～6的烷基，具体地可以举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、叔戊基、新戊基、1-甲基戊基、正己基、异己基、仲己基、叔己基、新己基、环丙基、环戊基、环己基等。
作为以R6和R8表示的羧基烷基，可以举出例如上述R6～R8中表示的低级烷基的部分氢原子被取代为羧基的化合物等，具体地可以举出羧甲基、羧乙基、羧丙基、羧丁基、羧戊基、羧己基等。
作为以R6～R8表示的烷氧基羰基，优选例如碳原子数为2～11的烷氧基羰基，具体地可以举出甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、丁氧基羰基、戊氧基羰基、己氧基羰基、庚氧基羰基、2-乙基己氧基羰基、辛氧基羰基、壬氧基羰基、癸氧基羰基等。
作为R6～R8中表示的羟基烷氧基羰基，可以举出上述碳原子数为2～11的烷氧基羰基的部分氢原子被取代为羟基的化合物，具体地可以举出例如羟基甲氧基羰基、羟基乙氧基羰基、羟基丙氧基羰基、羟基丁氧基羰基、羟基戊氧基羰基、羟基己氧基羰基、羟基庚氧基羰基、羟基辛氧基羰基、羟基壬氧基羰基、羟基癸氧基羰基等。
作为以R7和R8表示的卤原子，可以举出例如氟、氯、溴、碘等。
作为以R8表示的卤代烷基，可以举出例如以R6～R8表示的上述低级烷基被卤化(例如氟化、氯化、溴化、碘化等)了的碳原子数为1～6的卤代烷基，具体地可以举出氟甲基、氯甲基、溴甲基、碘甲基、三氟甲基、三氯甲基、三溴甲基、三碘甲基、2-氟乙基、2-氯乙基、2-溴乙基、2-碘乙基、3-氟丙基、3-氯丙基、3-溴丙基、3，3，3-三氟丙基、3，3，3-三氯丙基、3，3，3-三溴丙基、4-氟丁基、4-氯丁基、4-溴丁基、5-氟戊基、5-氯戊基、5-溴戊基、6-氟己基、6-氯己基、6-溴己基等。
作为具有取代基或不具有取代基的芳基的芳基，可以举出例如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等；而且，作为该取代基，可以举出例如氨基；羟基；例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基等碳原子数为1～4的烷氧基；羧基等。作为带有取代基的芳基的具体例，可以举出例如氨基苯基、甲苯氨基、羟基苯基、甲氧基苯基、叔丁氧基苯基、羧基苯基等。
作为脂肪族杂环基，可以举出例如含有1～3个杂原子的五员环或六员环的杂环基等，所述杂原子为如氮原子、氧原子、硫原子等杂原子，具体地可以举出例如2-氧代吡咯烷基、哌啶基(2-，3-，或4-)、1-哌啶基、哌嗪基、吗啉代基等。
作为芳香族杂环基，优选例如含有1～3个杂原子的五员环或六员环的芳香族杂环基等，所述杂原子为如氮原子、氧原子、硫原子等杂原子，具体地可以举出例如吡啶基、咪唑基、噻唑基、呋喃基、吡喃基等。
作为含氰基烷基，可以举出例如以上述R6～R8表示的低级烷基的部分氢原子被氰基取代了的产物，具体地可以举出例如氰基甲基、2-氰基乙基、2-氰基丙基、3-氰基丙基、2-氰基丁基、4-氰基丁基、5-氰基戊基、6-氰基己基等。
作为酰氧基，可以举出例如源于碳原子数为2～20的羧酸的酰氧基，具体地可以举出例如乙酰氧基、丙酰氧基、丁酰氧基、异丁酰氧基、戊酰氧基、异戊酰氧基、新戊酰氧基、己酰氧基、庚酰氧基、辛酰氧基、壬酰氧基、癸酰氧基、十一酰氧基、十二酰氧基、十三酰氧基、十四酰氧基、十五酰氧基、十六酰氧基、十七酰氧基、十八酰氧基、十九酰氧基、二十酰氧基、苯甲酰氧基等。
作为氨基烷基，可以举出上述R6～R8表示的低级烷基的部分氢原子被氨基取代了的产物，具体地可以举出例如氨基甲基、氨基乙基、氨基丙基、氨基丁基、氨基戊基、氨基己基等。
作为N-烷基氨基甲酰基，可以举出氨基甲酰基的部分氢原子被碳原子数为1～6的烷基取代了的产物，具体地可以举出例如N-甲基氨基甲酰基、N-乙基氨基甲酰基、N-正丙基氨基甲酰基、N-异丙基氨基甲酰基、N-正丁基氨基甲酰基、N-叔丁基氨基甲酰基等。
作为羟基烷基，可以举出上述R6～R8表示的低级烷基的部分氢原子被羟基取代了的产物，具体地可以举出例如羟基甲基、羟基乙基、羟基丙基、羟基丁基、羟基戊基、羟基己基等。
此外，作为R6和R7结合并与相邻的-C＝C-共同成为脂肪族环的情况下的脂肪族环，可以举出例如碳原子数为5～10的不饱和脂肪族环，所述脂肪族环既可以是单环也可以是多环。作为这些脂肪族环的具体例，可以举出例如降冰片烯环、环戊烯环、环己烯环、环辛烯环、环癸烯环等。
作为通式[3]表示的单体的具体例，可以举出例如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯等碳原子数为2～20的乙烯性不饱和脂肪族烃类；例如苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-乙基苯乙烯、二乙烯基苯等碳原子数为8～20的乙烯性不饱和芳香族烃类；例如甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、乙酸异丙烯酯等碳原子数为3～20的烯基酯类；例如氯乙烯、偏二氯乙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯等碳原子数为2～20的含卤乙烯性不饱和化合物类；例如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸、巴豆酸、乙烯基醋酸、烯丙基醋酸、乙烯基安息香酸等碳原子数为3～20的乙烯性不饱和羧酸类(这些酸类也可以成为例如钠盐、钾盐等碱金属盐或铵盐等盐的形式。)；例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸硬脂酯、衣康酸甲酯、衣康酸乙酯、马来酸甲酯、马来酸乙酯、富马酸甲酯、富马酸乙酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、3-丁烯酸甲酯等乙烯性不饱和羧酸酯类；例如丙烯腈、甲基丙烯腈、烯丙基氰等碳原子数为3～20的含氰基乙烯性不饱和化合物类；例如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺等碳原子数为3～20的乙烯性不饱和酰胺化合物类；例如丙烯醛、巴豆醛等为3～20的乙烯性不饱和醛类；例如乙烯基磺酸、4-乙烯基苯磺酸等碳原子数为2～20的乙烯性不饱和磺酸类(这些酸类也可以成为例如钠盐、钾盐等碱金属盐等盐的形式。)；例如乙烯胺、烯丙胺等碳原子数为2～20的乙烯性不饱和脂肪族胺类；例如乙烯基苯胺等碳原子数为8～20的乙烯性不饱和芳香族胺类；例如N-乙烯吡咯烷酮、乙烯哌啶等碳原子数为5～20的乙烯性不饱和脂肪族杂环胺类；例如烯丙醇、巴豆醇等碳原子数为3～20的乙烯性不饱和醇类；例如4-乙烯基苯酚等碳原子数为8～20的乙烯性不饱和苯酚类等。
使用上述聚合物等作为载体时，优选载体本身难以被本发明的重氢化方法重氢化的载体，不过担载在本身能够被重氢化的载体上的催化剂也可以用于本发明的重氢化。
在本发明的重氢化方法中，在担载在载体上的催化剂中，也优选使用载体担载的铑催化剂，具体地说，特别优选铑炭。
在担载在载体上的催化剂中，作为金属催化剂的钯、铂、铑、钌、镍和钴的比例通常为全部催化剂的1重量％～99重量％，优选1重量％～50重量％，更优选1重量％～30重量％，进一步优选1重量％～20重量％，尤其优选5重量％～10重量％。
在本发明的重氢化方法中，关于本发明中涉及的催化剂的用量，不管该催化剂是否担载在载体等上，相对于作为反应基质使用的通式[1]表示的化合物，通常所谓催化剂量依次优选为0.01重量％～200重量％、0.01重量％～100重量％、0.01重量％～50重量％、0.01重量％～20重量％、0.1重量％～20重量％、1重量％～20重量％、10重量％～20重量％；此外，该全部催化剂中含有的催化剂金属的量的上限依次优选含量为20重量％、10重量％、5重量％、2重量％的量，下限依次优选含量为0.0005重量％、0.005重量％、0.05重量％、0.5重量％的量。
另外，将上述通式[1]表示的化合物重氢化时，作为催化剂可以适当组合使用两种以上上述各种催化剂，通过使用这种催化剂的组合有时也能够提高重氢化率。例如，作为将通式[1]表示的化合物重氢化时的催化剂组合，可以举出例如钯催化剂和铑催化剂的组合、铂催化剂和铑催化剂的组合、钌催化剂和铑催化剂的组合等铑催化剂和适宜的催化剂的组合，其中更优选铂催化剂和铑催化剂的组合，也可以是其中的一种或两种担载在载体上的催化剂组合。作为优选的具体例，可以举出例如铂炭和铑炭的组合等。
关于组合使用两种以上催化剂时的催化剂用量，只要设定该用量使催化剂的合计量达到上述的催化剂用量即可。另外，各催化剂的用量的比例不受特别限定，例如，组合使用上述铂炭和铑炭催化剂时，只要对催化剂的用量进行如下设定即可催化剂中铂的重量相对于铑的重量通常为0.01倍～100倍，优选0.1倍～10倍，更优选0.2倍～5倍。
本发明的重氢化方法的反应温度的下限通常为10℃，依次更优选20℃、40℃、60℃、80℃、110℃、140℃、160℃，上限通常为300℃、依次更优选200℃、180℃。
本发明的重氢化方法的反应时间通常为30分钟～72小时，优选1小时～48小时，更优选3小时～30小时，进一步优选6小时～24小时。
另外，由于通式[1]表示的化合物具有碳-碳双键，当该双键在本发明的重氢化反应中易于聚合时，为了抑制聚合反应，可以在重氢化反应的反应体系内添加例如阻聚剂等。
下面详细说明本发明的重氢化方法。
以使用重水作重氢源、使用铑炭(Rh/C)(Rh含量为5％)作催化剂的情况为例，对使用了本发明涉及的催化剂的本发明的重氢化方法进行具体说明。
即，例如，将1摩尔通式[1]表示的化合物(基质)和基于该基质的0.01重量％～200重量％的Rh/C(按照通常方法制备且调整后未进行活化处理的物质)添加入重水中，相对于该基质中能够重氢化的氢原子，所述重水中含有10倍摩尔～150倍摩尔的重氢原子，将密封的反应容器的气相部分以惰性气体置换后，在油浴中以大约110℃～200℃的温度搅拌反应1小时～48小时，从而得到被重氢化的以通式[1]表示的重氢化合物。
反应结束后，所得到的生成物可溶于重氢化的溶剂的情况下，过滤反应液除去催化剂，浓缩滤液之后分离生成物，并测定该生成物的1H-NMR、2H-NMR和质谱以进行结构解析。此外，在生成物难以溶解于重氢化的溶剂的情况下，从反应液中分离出生成物后，测定该生成物的1H-NMR、2H-NMR和质谱以进行结构解析。
另外，在生成物难以从反应液中分离出来的情况下，可以使用适当的内标物质，直接测定滤液的1H-NMR以进行结构解析。在生成物难以溶解于重氢化的溶剂的情况下，从反应液中分离生成物时，例如可以按照如下公知的精制方法进行精制利用能够溶解生成物的溶剂从反应液中萃取生成物，再通过过滤除去催化剂。
本发明的重氢化方法中，当通式[1]表示的化合物(基质)中的X为氯原子，本发明中涉及的催化剂是含有未进行例如与氢气或重氢气相接触等活化处理的铑催化剂时，几乎不会产生例如基质中的碳-碳双键被氢化还原的产物和氯被还原消除的产物等副产物杂质，从而能够以更高的重氢化率生成目标产物。另一方面，使用经过上述活化处理的催化剂的情况下，由于产生了上述副产物，无法以较高的重氢化率得到目标产物。
另外，被重氢化的通式[1]表示的化合物中，通式[1]中R3为氕原子或重氢原子的化合物在进行了上述重氢化反应之后，例如以轻水(水)处理该化合物，就容易得到R3为氕原子的产物，例如以重水(D2O)处理该化合物，就容易得到R3为重氢原子的产物。
将如此得到的被重氢化的通式[1]表示的化合物用通式[2]表示。
通式[2]中，R4和R5各自独立地表示氕原子或重氢原子，且R4和R5中的至少一个表示重氢原子，n表示1或2，R3及X与上述描述相同。
通式[2]中R4和R5中的至少一个表示重氢原子即可，优选都是重氢原子。
作为通式[2]表示的重氢化合物的具体例，可以举出通式[1]表示的化合物中一个以上的能够重氢化的氢原子被重氢化的化合物，具体地可以举出例如2-氯丙烯酸-d(DHC＝C(Cl)COOH)、2-氯丙烯酸-d2(D2C＝C(Cl)COOH，DHC＝C(Cl)COOD)、2-氯丙烯酸-d3(D2C＝C(Cl)COOD)、2-氟丙烯酸-d(DHC＝CFCOOH)、2-氟丙烯酸-d2(D2C＝CFCOOH，DHC＝CFCOOD)、2-氟丙烯酸-d3(D2C＝CFCOOD)、2-溴丙烯酸-d(DHC＝C(Br)COOH)、2-溴丙烯酸-d2(D2C＝C(Br)COOH，DHC＝C(Br)COOD)、2-溴丙烯酸-d3(D2C＝C(Br)COOD)、2-碘丙烯酸-d(DHC＝CICOOH)、2-碘丙烯酸-d2(D2C＝CICOOH，DHC＝CICOOD)、2-碘丙烯酸-d3(D2C＝CICOOD)等重氢卤代丙烯酸类及其盐类(例如钠盐、钾盐、铷盐、铯盐等碱金属盐；例如镁盐、钙盐、锶盐、钡盐等碱土金属盐等。)等；其中优选例如2-氯丙烯酸-d2(D2C＝C(Cl)COOH)、2-氯丙烯酸-d3、2-氯丙烯酸钠-d2、2-氟丙烯酸钠-d2、2-溴丙烯酸钠-d2等；其中更优选例如2-氯丙烯酸钠-d2、2-氯丙烯酸-d2(D2C＝C(Cl)COOH)、2-氯丙烯酸-d3等。
为了得到上述通式[2]表示的重氢化合物(下文中有时省略表示为“本发明涉及的重氢化合物”)，既可以对通式[1]表示的化合物以现有方法进行重氢化，也可以利用本发明的重氢化方法进行重氢化，但利用本发明的重氢化方法进行重氢化能够更有效地得到具有较高重氢化率的该重氢化合物。
本发明的重氢化方法中，由于作为催化剂使用了按照通常方法制备后未经过例如与氢气或重氢气相接触等活化处理的催化剂(下文中有时省略表示为“本发明涉及的未活化催化剂”)，能够有效地生成重氢化率较高的重氢化合物而不会出现以下的问题产生例如通式[1]表示的化合物中的碳-碳双键被氢化还原的产物和通式[1]表示的化合物中的卤素被还原消除的产物等副产物杂质，而这些杂质是在使用与氢气或重氢气相接触而活化的催化剂时产生的杂质。
另外，使用现有方法进行通式[1]表示的化合物的重氢化时，例如生成了副产物杂质，并且该杂质有时难以与作为目标产物的重氢化合物分离。在这种情况下，若使用本发明的重氢化方法进行重氢化，则由于几乎不会产生副产物杂质，而不必分离杂质和重氢化合物，因此能够以较高的重氢化率有效地生成作为目标产物的重氢化合物。
进一步来说，本发明的重氢化方法中，通过使用例如铑炭催化剂、铑炭和铂炭的混合催化剂、铑炭和钯炭的混合催化剂等，或是通过使用没有经过例如与氢气或重氢气相接触等的活化处理的这些催化剂，从而能够容易地以高收率得到如下的以通式[2]表示的重氢化合物重氢化率通常为50％以上，依次优选60％以上、70％以上、75％以上、80％以上、85％以上、90％以上。
如此得到的该重氢化合物是作为例如光纤用单体的中间体非常有用的化合物。
如上所述，使用本发明涉及的催化剂且使用被重氢化的溶剂作为重氢源来实施本发明的重氢化方法，就能够得到具有高重氢化率的重氢化合物，而几乎不会出现通式[1]表示的化合物中的碳-碳双键被氢化还原的情况，而且卤原子也不会被还原消除。
如上所述，利用本发明的重氢化方法，即在未经过活化处理的催化剂的共存下使通式[1]表示的化合物与重氢源反应的方法，能够有效地进行重氢化(氘化和氚化)，而几乎不会出现该化合物中的碳-碳双键被还原的情况，而且该化合物中的卤原子也不会被还原消除。
此外，利用本发明的重氢化方法，尤其是因为该方法不需要酸性或碱性条件就能够进行重氢化反应，所以不仅能够改善作业环境，还能够应用于在高温和酸性或碱性条件下容易分解的基质的重氢化。
下面举出实施例和比较例进一步详细说明本发明，但本发明不受这些例子的任何限制。
实施例另外，实施例中使用的催化剂是按照通常方法调整后未进行活化处理的物质，其中，钯炭(Pd/C)的Pd含量为10％，铂炭(Pt/C)的Pt含量为5％，铑炭(Rh/C)的Rh含量为5％。
此外，实施例中，“非活性”是指未进行活化处理。
实施例12-氯丙烯酸钠的重氢化(催化剂Rh/C)将500mg 2-氯丙烯酸钠、100mg铑炭(Rh 5％)悬浮于17mL重水中，以氮气置换反应体系之后，在油浴中于160℃反应24小时。反应结束后，过滤反应液除去催化剂，进行减压蒸发后，测定所得化合物的1H-NMR和2H-NMR并进行结构解析，2-氯丙烯酸钠的分离收率为76％，重氢化率为95％。于表1示出该结果。
实施例2～3除了使用下述表1所示的非活性催化剂(混合催化剂)外，其它与实施例1相同，对2-氯丙烯酸钠进行重氢化反应。于表1同时示出所得生成物的分离收率和重氢化率。


比较例1丙烯酸钠的重氢化(催化剂Rh/C)除了以丙烯酸钠作基质以外，其它与实施例1相同，进行重氢化反应，丙烯酸钠的分离收率为99％，重水化率为46％。
由实施例1～3的结果可知，利用本发明的重氢化方法能够有效地将2-卤代丙烯酸及其盐重氢化。
由实施例2和3的结果可知，将催化剂组合使用也可以有效地将卤代丙烯酸钠重氢化。
由实施例1～3的结果可知，以2-氯丙烯酸钠为基质时(即，通式[1]中X为氯原子时)，优选使用铑催化剂(尤其是铑炭)作为催化剂。
由实施例1和比较例1的结果可知，使用丙烯酸钠作为基质时(比较例1)重氢化率低，使用卤代丙烯酸钠、特别是2-氯丙烯酸钠作为基质时(实施例1)，能够得到具有高重氢化率的重氢化合物。
而且，在通过与例如氢气、重氢气等相接触而进行了活化处理的催化剂的共同存在下，对卤代丙烯酸钠(基质)重氢化时，大概由于该化合物中的卤原子被还原分离，或是碳-碳双键被氢化还原，所得到的目标产物重氢化合物的重氢化率很低。
权利要求
1.通式[1]表示的化合物的重氢化方法，其特征是，在未进行活化处理的选自钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂中的催化剂的共同存在下，使通式[1]表示的化合物与重氢源进行反应； 在所述通式[1]中，R1和R2各自独立地表示氕原子或重氢原子，且R1和R2中的至少一个表示氕原子，R3表示氕原子、重氢原子、碱金属原子或碱土金属原子，X表示卤原子，n表示1或2。
2.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述通式[1]中，R3为烷基金属原子。
3.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述通式[1]中，R3为钠原子。
4.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述通式[1]中，X为氯原子。
5.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述通式[1]中，R1和R2都是氕原子。
6.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述重氢源为被重氢化了的溶剂。
7.如权利要求6所述的重氢化方法，其中，所述被重氢化了的溶剂为重水(D2O)。
8.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述选自钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂中的催化剂是含有铑催化剂的催化剂。
9.如权利要求8所述的重氢化方法，其中，所述含有铑催化剂的催化剂是铑催化剂、铑催化剂和钯催化剂的混合催化剂、以及铑催化剂和铂催化剂的混合催化剂。
10.如权利要求8所述的重氢化方法，其中，所述铑催化剂为铑炭。
11.如权利要求1所述的重氢化方法，其中，所述通式[1]表示的化合物为2-氯丙烯酸钠，所述选自钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂中的催化剂为铑炭。
12.通式[2]表示的重氢化合物， 在所述通式[2]中，R4和R5各自独立地表示氕原子或重氢原子，且R4和R5中的至少一个表示重氢原子，R3表示氕原子、重氢原子、碱金属原子或碱土金属原子，X表示卤原子，n表示1或2。
13.如权利要求12所述的重氢化合物，其中，所述化合物的重氢化率为50％以上。
14.如权利要求12所述的重氢化合物，其中，所述通式[2]表示的化合物为2-氯丙烯酸钠-d2。
全文摘要
本发明涉及一种卤代丙烯酸或其盐的重氢化方法。本发明的目的是提供一种高效且适于工业规模的卤代丙烯酸或其盐的重氢化方法。本发明涉及下述通式[1]表示的化合物的重氢化方法及下述通式[2]表示的重氢化合物的发明，所述重氢化方法的特征是，在未进行活化处理的选自钯催化剂、铂催化剂、铑催化剂、钌催化剂、镍催化剂和钴催化剂中的催化剂的共同存在下，使通式[1]表示的化合物与重氢源进行反应。所述通式[1]中，R
文档编号C07C57/54GK1972890SQ200580020609
公开日2007年5月30日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年6月25日
发明者前沢典明, 伊藤伸浩, 广田耕作, 佐治木弘尚 申请人:和光纯药工业株式会社