JP2007106757A

JP2007106757A - α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造法

Info

Publication number: JP2007106757A
Application number: JP2006249687A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nogami; 弘之野上; Keiichi Sakashita; 啓一坂下; Haruki Okada; 春樹岡田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】高純度のα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法を提供する。
【解決手段】式（I）と式（II）及び式（III）を作用させ、ホルムアルデヒドと、アミンおよび／又はアルカリ金属炭酸塩を添加して、式（V）を得る。

【選択図】なし

Description

本発明は、α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトン又はα−メチレン−β−アルキル−γ−アルキル−γ−ブチロラクトン（以下、これらを総称してα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンという）の製造方法に関する。α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンは、メタクリル酸エステル類やスチレンなどと共重合することによりガラス転移温度の高い成形材料を製造することができる。

α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトン、α−メチレン−γ−ブチロラクトン等のα−メチレン−γ−ブチロラクトン類の製造方法に関しては、これまで数々の報告がされている。例えば、非特許文献１や、非特許文献２、非特許文献３に総説が記載されているが、これらの製造方法を大きく分類すると、何らかの方法でγ−ブチロラクトン類を合成し、そのα位を活性化してメチレン基を導入する方法と、すでに存在するオレフィンを利用してα−メチレン−γ−ブチロラクトン類を製造する方法に分けられる。以降は低コストで製造可能な前者の方法について説明する。

ラクトン環のα位の活性化にはカルボキシル基を導入する方法がある。非特許文献４にはラクトン環のα位に炭酸ガスでカルボキシル基を導入し、３７％ホルムアルデヒド水溶液とジエチルアミンと酢酸／酢酸ナトリウムの存在下でメチレン基を導入する下記スキームで示される方法が記載されている。しかしながら、この方法は高価な試薬であるＬＤＡ（リチウムジイソプロピルアミド：ＬｉＮ（ｉＰｒ）₂）を使用するので工業的な製造法とは言いがたい。

また、ラクトン環のα位の活性化のためにアルキルオキサリル基を導入する方法が非特許文献５に記されている。ここでは金属ナトリウム、無水エタノールおよびシュウ酸ジエチルにより、ラクトン環のα位にエチルオキサリル化する。反応液中のオキサリル誘導体のナトリウム塩を中和後、オキサリル誘導体を抽出し、その濃縮残渣に水素化リチウムとガス状のホルムアルデヒドと反応させることによりα−メチレン−γ−ブチロラクトンを製造する方法が記載されている。

また、同様に非特許文献６には、ワンポット反応でラクトン環のα位にエチルオキサリル化後、次いでホルムアルデヒドガスで処理することによりスピロ誘導体を生成させる。そして、この反応液の濃縮残渣をエーテルにより繰返し洗浄することによりスピロ誘導体を抽出し、次いで、この抽出液と炭酸水素ナトリウム水溶液と反応させることによりα−メチレン−γ−ブチロラクトンへ誘導後、再蒸留することによりα−メチレン−γ−ブチロラクトンを高純度化させる製造する方法が記載されている。

しかし、これらの方法ではガス状のホルムアルデヒドを用いるので製造工程にホルムアルデヒドガス発生装置を設置したり、ホルムアルデヒドガスを発生している工場に隣接した場所で製造を行わなければならず、一般的な製造方法とは言い難い。また、オキサリル誘導体や中間体のスピロ誘導体は水にも溶けやすい中性化合物であるため、多量の溶媒により抽出して単離し、再度塩基性条件下での反応に付す必要があることから効率的な製造法とは言い難い。さらには、置換基のないα−メチレン−γ−ブチロラクトンについてしか記載されておらず、その収率も満足できるものではない。

一方、非特許文献７には、ワンポット反応でラクトン環のα位を活性化後、３７％ホルムアルデヒド水溶液でメチレン化する下記スキームで示される方法が記載されているが、活性化する際に高価な水素化ナトリウムを使用しているため、実用的な製造法とは言い難い。また、Ｒ₁やＲ₂が芳香族基である場合は比較的収率が良好だが、芳香族基ではなくアルキル基や水素原子である化合物においては低収率であるという課題がある。

非特許文献５〜７では原料であるγ−ブチロラクトン類に対して１〜１．１当量のシュウ酸エステルおよび塩基を使用して反応させているが、β置換基を有するγ−ブチロラクトン類ではアルキルオキサリル化されて生成する塩が反応の進行と共に析出するので原料を完全に消費することは困難であり、原料が残存していると高純度なα−メチレン−γ−ブチロラクトン類を製造することは困難であった。

以上のように従来からα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトン等のα−メチレン−γ−ブチロラクトン類に関する製造法は種々開発されていたが、使用する試薬が高価なものであったり、収率が不満足であったり、ヒドロホルミル化のように特殊な反応器と毒性の強い一酸化炭素を使用せざるを得なかったり、あるいはホルムアルデヒドガスのように毒性も強く取り扱いにくい原料を使用する必要があった。したがって何れも工業的には大きな問題点があり、低コストで容易に製造できる実用的な工業製法としては必ずしも満足できるものではなかった。

また、特許文献１には、γ−ブチロラクトン誘導体とシュウ酸エステル、アルコラートを加温下にて反応させて、ラクトン環のα位をアルキルオキサリル化したオキサリル誘導体のナトリウム塩（エノール塩）を得、このエノール塩を濾過して単離後、ホルムアルデヒド水溶液と炭酸カリウムとを反応させることによりα−メチレン−γ−ブチロラクトン誘導体を製造する方法が記載されている。この方法では、安価な原料を使用し、又、ホルムアルデヒド水溶液等の取り扱い容易な試薬が使用でき、さらに、収率的にも有利な方法である。この方法で特許文献１に記載されている、β置換基を有しないα−メチレン−γ−ブチロラクトン類を製造する場合は、生成物のオキサリル誘導体のナトリウム塩（エノール塩）の溶解性が高く、析出しにくいので、アルキルオキサリル化反応を高効率で進めることができ、また、結晶が大きく成長しやすく反応後にろ過による精製が容易であった。

これに対し、この方法でα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造しようとすると、エノール塩の溶解性が低く析出しやすいので反応の転化率が不十分となり、原料のβ−アルキル−γ−ブチロラクトンおよびシュウ酸エステルが残存しやすい。そのため、反応後に精製を十分に行い原料およびシュウ酸エステルを除去する必要があるが、エノール塩は溶解性が低く、析出して微細な粉体となるため、濾過による精製が困難であった。さらにβ−アルキル−γ−ブチロラクトンを加温下にてアルキルオキサリル化させると不純物が副生するため、高純度なα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを高収率で製造することは困難であった。

米国特許６５３１６１６号明細書 Synthesis, 1975, 67−82 Synthesis, 1986, 157−183 Synth. Commun. 1975, 5, 245−268 Chem. Comm. 1973, 500−501 J. Org. Chem. 1977, 42, 1180−1185 Macromolecules, 1979, 12, 546−551 Agric. Biol. Chem. 1978, 42, 1585−1588

従って、本発明の課題は、高純度なα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを高収率で製造する方法を提供することにある。

本発明者は前記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、前記特許文献１の方法における中間生成物であるエノール塩を十分に精製し、かつ単離することなくその後の工程に供することのできる、高収率で高純度なα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを製造できる方法を見出して本発明に到達した。

すなわち、本発明は、
（１）下記一般式（Ｉ）

〔式（Ｉ）中、Ｒ¹は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｒ¹’は水素原子または直鎖もしくは分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕
で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトン又はβ−アルキル−γ−アルキル−γ−ブチロラクトン（以下、これらを総称してβ−アルキル−γ−ブチロラクトンという）と一般式（II）

〔式（II）中、Ｒ²は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
で表されるシュウ酸エステルと一般式（III）
Ｒ³−ＯＭ（III）
〔式（III）中、Ｒ³は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｍはアルカリ金属を示す。〕
で表されるアルコラートとを作用させ、一般式（IVa）および／または（IVb）

〔式（IVa）および／または（IVb）中、Ｒ¹、Ｒ²およびＲ³はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｒ¹’は水素原子または直鎖もしくは分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｍはアルカリ金属を表す。〕
で表されるα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトン又はα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−アルキル−γ−ブチロラクトン（以下、これらを総称してα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンという）のエノール塩を得る工程、
（２）前記一般式（IVa）および／または（IVb）で表されるエノール塩とホルムアルデヒド類とを反応させて下記一般式（Ｖ）

〔式（Ｖ）中、Ｒ¹、Ｒ¹’は式（Ｉ）におけるＲ¹、Ｒ¹’と同義である。〕
で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを得る工程、
とを含むα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法であって、
前記工程（１）の反応液と水とを接触させて前記一般式（IVa）および／または（IVb）で表されるエノール塩を水に溶解し、次いで系内に残存するシュウ酸エステルと前記一般式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンを有機溶媒にて洗浄除去する精製工程を経た後、得られた前記一般式（IVa）および／または（IVb）で表されるエノール塩の水溶液を前記工程（２）に供するα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法に関する。

又、本発明の好ましい態様では、前記工程（２）において、前記式（IVa）および／または（IVb）のエノール塩とホルムアルデヒド類とをアミンおよび／またはアルカリ金属炭酸塩の存在下で反応させることを特徴とする。

前記残存するシュウ酸エステルと前記一般式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンを洗浄除去するための有機溶媒が、水と二液層をなす有機溶媒であることが好ましく、又、前記残存するシュウ酸エステルと前記一般式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの有機溶媒による洗浄除去に先立って、系内のアルコールを留去することは好ましい。

本発明によれば、純度の高いα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを安価な原料から効率よく製造することが可能である。また、反応系内で発生させたホルムアルデヒドを用いる反応が採用できるため、ホルムアルデヒドガスを反応系外で発生させて導入する方法に比べて安全性が高いという効果も有する。特に本発明では、中間生成物であるエノール塩を単離する必要がないため、工業的に有利な方法である。

以下、式（Ｉ）で表される化合物を化合物（Ｉ）と記す。他の式で表される化合物も同様に記す。

まず、工程（１）について説明する。
（１）前記化合物（Ｉ）のラクトンは、Michael B. Smith and Jerry March「MARCH’S ADVANCED ORGANIC CHEMISTRY FIFTH EDITION」 (WILEY-INTERSCIENCE)に記載された方法などによって製造することができる。

次に、前記化合物（I）と前記化合物（II）と前記化合物（III）とを接触させて、ラクトンのアルキルオキサリル化を行う。

前記化合物（Ｉ）〜（III）の接触の順序は任意であるが、前記化合物（III）に、化合物（II）を滴下し、次いで化合物（I）を滴下することが好ましい。

化合物（III）としては、例えば、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムエチラート、カリウムt−ブチラートなどのアルカリ金属アルコラート（アルカリ金属アルコキシド）が挙げられる。アルカリ金属アルコラートはナトリウムメチラートのメタノール溶液やナトリウムエチラートのエタノール溶液等を用いたほうが簡便であるが、粉体状のものを用いてもよい。

化合物（III）の使用量は、化合物（Ｉ）に対して０．９〜１０倍モルが望ましく、反応効率、製造コストなどを考慮すると、１〜５倍モルがより望ましく、１〜３倍モルがさらに望ましい。

化合物（II）としては、例えば、シュウ酸ジメチルエステル、シュウ酸ジエチルエステルが挙げられる。

化合物（II）の使用量は、化合物（Ｉ）に対して０．９〜１０倍モルが望ましく、反応効率、製造コストなどを考慮すると、１〜５倍モルがより望ましく、１〜３倍モルがさらに望ましい。

前記工程（１）において、反応溶媒を用いてもよく、例えば、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの極性溶媒が挙げられる。中でもエーテル類、芳香族化合物類およびアルコール類が好ましい。反応物を複雑にしないためにはアルコラートと溶媒とシュウ酸エステルの組み合わせは、例えば、ナトリウムメチラート／メタノール／シュウ酸ジメチルエステル、ナトリウムエチラート／エタノール／シュウ酸ジエチルエステルのように同一のアルコールからなる組み合わせが好ましい。

しかしながら、製造コストを勘案すると必ずしもこの組み合わせにこだわる必要はない。例えば、シュウ酸ジエチルエステルを使用する場合にナトリウムメチラートのメタノール溶液を使用しても、α−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエステルが一部エステル交換されるだけで、その後の反応には何ら差し支えるものではない。

反応温度は任意に設定できるが、−２０℃から溶媒の沸点温度の間が好ましく、０℃〜５０℃の間がより好ましい。

反応時間は任意に設定できるが、反応収率、作業効率を考慮すると０．５〜２４時間が望ましく、１〜５時間がより望ましい。

使用する溶媒量が少ないと、反応終了時に化合物（IVa）および／または（IVb）が析出し、反応系全体が固化することがあるので、溶媒量は、化合物（Ｉ）の重量に対して０．５〜５０倍が望ましく、製造コスト、反応収率、攪拌機の破損の回避などを考えると、１〜１０倍がより望ましく、１〜５倍がさらに望ましい。

反応終了後、生成した化合物（IVa）および／または（IVb）は、反応液を水に溶解させた後、有機溶媒で不純物を洗浄する精製工程を経てから、化合物（Ｖ）に誘導することができる。

前記一般式（Ｖ）におけるＲ¹としては、重合体のガラス転移温度（耐熱性）を向上させる効果からは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などの低級アルキル基が好ましい。このようにβ位にアルキル基を有することで重合体のガラス転移温度は特異的に高くなる。また、前記式（Ｖ）におけるＲ¹’としては水素原子が好ましい。

精製工程について詳細に説明する。

化合物（IVa）および／または（IVb）を含む反応液は、水と接触させてエノール塩を溶解し、残存したシュウ酸エステルと原料γ−ブチロラクトンを有機溶媒により洗浄除去することで精製できる。前記反応液と水とは、前記反応液に水を投入して接触させてもよいし、前記反応液を水に投入して接触させても良い。引き続きホルムアルデヒド類を反応させ、化合物（Ｖ）を製造することができる。化合物（IVa）および／または（IVb）を溶解させる水の量は特に限定されないが、エノール塩の溶解度や釜効率を考慮するとエノール塩の重量に対して１〜５０倍が望ましく、３〜３０倍がより望ましい。

このようにして得られた化合物（IVa）および／または（IVb）の水溶液を洗浄する有機溶媒（洗浄溶媒）は、化合物（Ｉ）をアルキルオキサリル化した際の溶媒をそのまま用いても構わない。しかしながら、アルキルオキサリル化の結果、反応液中にシュウ酸エステル由来のアルコールが副生するため、エノール塩を洗浄溶媒へ溶出させることを防止し、且つ洗浄効率を向上できることから、このアルコールを洗浄前に留去させることが好ましい。また、アルキルオキサリル化をした際の溶媒がアルコールなどの水溶性である場合についても、同様の理由により、洗浄前に留去させることが好ましい。

また、化合物（IVa）および／または（IVb）の水溶液中に含まれるアルコール等の水溶性溶媒を留去後、エノール塩の一部が有機溶媒へ溶出することを防止することを目的に、必要に応じて塩基性化合物を添加してから溶媒によって洗浄することができる。

化合物（IVa）および／または（IVb）の水溶液中に添加する塩基性化合物としては、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムエチラート、カリウムt−ブチラートなどのアルカリ金属アルコラートなどが挙げられるが、製造コストや塩基性化合物の水への溶解度などを考慮すると、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カリウムが好ましい。添加する塩基性化合物の量としては、エノール塩に対して０．０１〜５倍モルが好ましく、０．１〜２倍モルがさらに好ましい。

洗浄溶媒としては、シュウ酸エステルおよびβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの溶解度が高く、化合物（IVa）および／または（IVb）の溶解度が低く、水と分離（二液相をなす）できるものが好ましい。

例えば、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物類、クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化物類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は単一で用いても混合して用いても良い。

洗浄溶媒の量としては、化合物（IVa）および／または（IVb）の重量に対して０．１〜３０倍が望ましく、エノール塩の溶解度や釜効率を考慮すると１〜１０倍がより望ましい。

化合物（IVa）および／または（IVb）の水溶液を洗浄する温度としては０℃〜洗浄溶媒の沸点温度の間が望ましく、０〜５０℃の間がさらに望ましい。

上記の化合物（IVa）および／または（IVb）の水溶液を溶媒によって洗浄することにより精製したエノール塩水溶液をそのままホルムアルデヒド類と反応させる工程（２）を経ることによって、化合物（Ｖ）を製造できる。また必要に応じて、アミンまたはアルカリ金属炭酸塩を添加することができる。

次に工程（２）について説明する。

ホルムアルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒドおよびその水溶液並びに、パラホルムアルデヒド、ホルマールなどの系内でホルムアルデヒドを発生するものおよびその水溶液などが好ましく、ホルムアルデヒドやパラホルムアルデヒドの水溶液を用いるのが好ましい。

反応の手順は、特に限定されず、例えば、精製したα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の水溶液を必要に応じて冷却しながら、ホルムアルデヒド類中に滴下する方法、これらの物質を一度に仕込んで反応させる方法等が挙げられる。工程（２）では、前記反応は、収率を高くする目的でアミンおよび／またはアルカリ金属炭酸塩の存在下で行うことが好ましい。その場合アミンおよび／またはアルカリ金属炭酸塩は、例えばホルムアルデヒド類に滴下してもよいし、一度に仕込んでもよい。

ここで用いるアルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどがあげられる。

工程（２）においてアルカリ金属炭酸塩を使用する場合、その量は、化合物（IVa）および／または（IVb）に対して任意に設定できるが、反応収率とコストを考えると、０．０１〜５倍モルが望ましく、０．１〜２倍モルがさらに望ましい。

反応に用いるアミンは第一級、第二級、第三級アミンの何れを用いてもよい。そのアミンが有する置換基は、特に限定はなく、それぞれ独立して炭素数１〜１３のアルキル基（このような置換基を有するアミンとしては、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、メチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミンが挙げられる。以下同様に括弧内はアミンの一例を示す。）、シクロペンチル、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基（例えばシクロペンチルアミン、ジシクロヘキシルアミン）、フェニル基、ナフチル基等のアリール基（例えばトリフェニルアミン、１−ナフチルアミン）、ヒドロキシアルキル基（例えばトリエタノールアミン、エタノールアミン、イソプロパノールアミン）、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基（例えばベンジルアミン、フェネチルアミン）、トリル基、キシリル基等のアルキルアリール基（例えばトルイジン、キシリルアミン）、あるいは、シクロペンテニル基（例えばシクロペンテニルアミン、ジシクロペンテニルアミン）、シクロペンタジエニル基（例えばシクロペンタジエニルアミン、トリシクロペンタジエニルアミン）、シクロヘキセニル基（例えばシクロヘキセニルアミン、トリシクロヘキセニルアミン）、ピローリル基（例えばピロール、１−メチルピロリジン）、ピリジル基（例えばピリジン、１−メチルピリジン）、ピラゾリル基（例えばピラジン、１−メチル−１Ｈ−ピラゾール）、イミダゾリル基（イミダゾール、１-メチル-1Ｈ-イミダゾール）、フラニル基（例えばフラン−３−イルアミン、フラン−２−イルアミン）、ピラニル基（例えば６Ｈ-ピラン−３−イルアミン、６Ｈ−ピラン−２−イルアミン）、チオフェン基（例えばチオフェン−３−イルアミン、チオフェン−２−イルアミン）、イソチアゾリル基（例えば３−アミノイソチアゾール、３−アミノ−５−メチルイソチアゾール）、イソオキサゾリル基（例えば３−アミノ−５−メチルイソオキサゾール）、ピリミジニル基等の窒素原子、酸素原子、硫黄原子をヘテロ原子として０〜２個有する５又は６員環基（例えば２−メチルピリミジン、４−エチルピリミジン）が挙げられる。又、置換基間で結合して環を形成してもよい（例えばキヌクリジン、ジアザビシクロオクタン、２−ベンゾフラニルアミン）。

反応収率や選択率の観点から、反応に用いるアミンとしては三級のアミンが特に望ましい。具体的には、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロピルエチルアミン、キヌクリジン、ピロール、ピリジンなどを挙げることができる。コストや反応収率から考えるとトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミンが特に好ましい。

工程（２）においてアミンを使用する場合、その量は、化合物（IVa）および／または（IVb）に対して任意に設定できるが、反応収率とコストを考えると、０．０１〜１０当量が望ましく、０．１〜５当量がさらに望ましい。

ホルムアルデヒド類の使用量は特に限定されないが、化合物（IVa）および／または（IVb）に対して０．９〜１０倍モル（ホルムアルデヒド換算）が望ましく、コストと反応収率を考えると、１〜３倍モルがより望ましい。

なお、化合物（IVa）および／または（IVb）の水溶液とアミンもしくはアルカリ金属炭酸塩またはその水溶液と、ホルムアルデヒド類との反応は、必要に応じて溶媒を使用して反応させてもよい。

このとき用いる溶媒は、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノールなどのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサンなどのアルカン類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、水、アセトニトリル、プロピオニトリルなどの極性溶媒、クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン化物類などが挙げられる。これらの溶媒は単一で用いても混合して用いても良い。

溶媒量は、エノール塩の質量に対して０．０１〜３０倍が望ましく、釜効率を考慮すると０．１〜１０倍がより望ましい。

反応温度は特に限定されないが、０℃から溶媒の沸点の間が望ましく、合成されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンが重合しやすい化合物であることを考えると、０〜５０℃の間で設定するのがより望ましい。

反応時間は、反応温度にも因るが特に限定されず、０．１〜２４時間が望ましく、製品の安定性などを考慮すると、０．５〜５時間がより望ましい。

反応後は、反応液中に塩が析出してくる。この塩を必要に応じてろ過等により除去しても良いし、ろ過せずにそのまま回収工程に移っても構わない。ろ液から、生成したα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを回収する方法としては、溶媒によって抽出し、抽出液を濃縮する方法が好ましい。用いる溶媒は、前記洗浄溶媒が好ましい。

その後、濃縮残渣に対し、減圧蒸留、薄膜蒸留などの操作を行い、製品を取得することができる。その際、α−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの重合防止のために、系内に重合防止剤を存在させることが好ましい。重合防止剤の種類は特に限定されないし、単独で用いても２種以上を併用しても良い。

重合防止剤は、例えば反応前の原料仕込み時に添加しても良いし、工程（２）の反応液に添加しても良いし、抽出液に添加しても良いし、蒸留前に入れても良い。

重合防止剤としては、ハイドロキノン、ｐ−メトキシフェノール、２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ｔｅｒｔ−ブチル−カテコール、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール、ペンタエリスリトール、テトラキス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナメイト）、２−ｓｅｃ−ブチル−４，６−ジニトロフェノールなどのフェノール系化合物、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジ−２−ナフチルパラフェニレンジアミン、Ｎ−フェニレン−Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）パラフェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（１，４−ジメチルフェニル）−パラフェニレンジアミン、Ｎ−（１，４−ジメチルフェニル）−Ｎ’−フェニル−パラフェニレンジアミンなどのアミン系化合物、４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−ベンゾイルオキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、ビス（１−オキシル−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−イル）セバケイトなどのＮ−オキシル系化合物、銅、塩化銅（II）、塩化鉄（III）などの金属化合物などが挙げられる。

重合防止剤の使用量は、適宜決めれば良いが、化合物（Ｖ）に対して１００ｐｐｍ以上が好ましく、効果を十分発揮させるには５００ｐｐｍ以上がより好ましい。一方、コスト面から考えると重合防止剤の使用量は、１００００ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。

また、反応液中に空気などの酸素含有ガスをバブリングすることによって重合防止をすることもできる。導入する空気などの酸素含有ガスの量は、所望の重合防止効果が得られるように適宜設定できる。例えば、酸素含有ガスとして空気を用いる場合、使用する原料１モルに対して０．５〜３．０ｍｌ／ｍｉｎでバブリングすることが好ましい。化合物（Ｖ）を含む反応液に重合防止剤を存在させ、併せて反応液中に空気などの酸素含有ガスを導入しながら反応を行うことは重合防止効果の増幅という観点から特に好ましい。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

生成物の同定は核磁気共鳴装置（¹Ｈ−ＮＭＲ）で行い、純度分析はガスクロマトグラフィー（ＧＣ）により実施した。

＜実施例１＞
α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の合成
２１％ナトリウムエトキシド／エタノール溶液４２．１ｇ（０．１３モル）を、スリーワンモーターに連動した攪拌羽を付けて窒素置換した三口フラスコに仕込み、氷水で冷却した。シュウ酸ジエチルエステル２６．３ｇ（０．１８モル）を滴下ロートより滴下し、次いでβ−メチル−γ−ブチロラクトン１０．０ｇ（０．１０モル）を約３０分かけて滴下した。滴下終了後、氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って１時間攪拌を続けた。その後、室温で３時間攪拌を続け、スラリー状のα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液を得た。

α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製
次に、α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液に、氷冷しながら水１２０ｇを加えてエノール塩を溶解後、エタノールをエバポレーターにより留去した。ここに塩基性化合物として炭酸カリウム６．９ｇ（０．０５モル）、洗浄溶媒としてｔ−ブチルメチルエーテル５０ｇを投入して分液操作を実施し、シュウ酸ジエチルエステルと原料γ−ブチロラクトンを洗浄除去した後、水相を分離してエノール塩水溶液を得た。

α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
得られたエノール塩水溶液を氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って、炭酸カリウム６．９ｇ（０．０５モル）、ｔ−ブチルメチルエーテル６０ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液１２．２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１５モル）を加え、室温で２時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加えて目的物を抽出した。抽出液に４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン７．８ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。

＜実施例２＞
α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
実施例１で得られたエノール塩水溶液に３７％ホルムアルデヒド水溶液９．８ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１２モル）を加え、１５℃に冷却して４時間攪拌した後にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加え１時間攪拌した。析出した塩類を吸引ろ過で分離後、有機相にｐ−メトキシフェノール（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮した。得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン６．２ｇを得た（ＧＣ純度：９７％）。

＜実施例３＞
α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製
洗浄溶媒としてｔ−ブチルメチルエーテルの代わりにトルエンを用いた以外は実施例１と同様に実施して、エノール塩の水溶液を製造した。

α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
得られたエノール塩水溶液を氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って、炭酸カリウム１０．４ｇ（０．０７５モル）、アセトニトリル５０ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液９．８ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１２モル）を加え、１５℃で４時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加えて目的物を抽出した。抽出液に２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン８．０ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。

＜実施例４＞
α−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の合成
β−メチル−γ−ブチロラクトンの替わりにβ−エチル−γ−ブチロラクトン１１．４ｇ（０．１０モル）を用いた以外は実施例１と同様にして、α−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を合成した。

α−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製
次にα−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液に、氷冷しながら水１２０ｇを加えてエノール塩を溶解後、エタノールをエバポレーターにより留去した。ここにｔ−ブチルメチルエーテル５０ｇを投入して分液操作を実施し、シュウ酸ジエチルエステルと原料γ−ブチロラクトンを洗浄除去した後、水相を分離してエノール塩水溶液を得た。

α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトンの合成
得られたエノール塩水溶液を氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って、炭酸ナトリウム１０．６ｇ（０．１モル）、アセトニトリル６０ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液９．８ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１２モル）を加え、３０℃にて４時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加えて目的物を抽出した。抽出液に２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルフェノール（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン７．７ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。

＜実施例５＞
α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトンの合成
実施例４で得られたエノール塩水溶液に３７％ホルムアルデヒド水溶液１２．２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１５モル）を加え、室温にて３時間攪拌した後にt−ブチルメチルエーテル１００ｍｌを加え３０分攪拌した。析出した塩類を吸引ろ過で分離後、有機相にＮ，Ｎ−ジイソプロピルパラフェニレンジアミン（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮して得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン６．３ｇを得た（ＧＣ純度：９６％）。

＜実施例６＞
α−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製
実施例４で得られたα−エチルオキサリル−β−エチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液に、氷冷しながら水１２０ｇを加えてエノール塩を溶解後、エタノールをエバポレーターにより留去した。ここに炭酸ナトリウム５．３ｇ（０．０５モル）、ｔ−ブチルメチルエーテル５０ｇを投入して分液操作を実施し、シュウ酸ジエチルエステルと原料γ-ブチロラクトンを洗浄した後、水相を分離してエノール塩水溶液を得た。

α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトンの合成
得られたエノール塩水溶液を氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って、炭酸ナトリウム８ｇ（０．０７５モル）、アセトニトリル６０ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液９．８ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１２モル）を加え、３０℃にて２時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加えて目的物を抽出した。抽出液に４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン７．７ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。

＜実施例７＞
α−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトンの合成
実施例６で得られたエノール塩水溶液に３７％ホルムアルデヒド水溶液１２．２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１５モル）を加え、室温にて５時間攪拌した後にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加え３０分攪拌した。析出した塩類を吸引ろ過で分離後、有機相に４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮して得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−エチル−γ−ブチロラクトン７．０ｇを得た（ＧＣ純度：９６％）。

＜実施例８＞
α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩の合成
ｔ−ブチルメチルエーテル５０ｇとナトリウムエトキシド８．８４ｇ（０．１３モル）を、スリーワンモーターに連動した攪拌羽を付けて窒素置換した三口フラスコに仕込み、氷水で冷却した。シュウ酸ジエチルエステル２６．３ｇ（０．１８モル）を滴下ロートより滴下し、次いでβ−メチル−γ−ブチロラクトン１０．０ｇ（０．１０モル）を約３０分かけて滴下した。滴下終了後、氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って１時間攪拌を続けた。その後、室温で３時間攪拌を続け、スラリー状のα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を得た。

α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製
次に、α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液に、氷冷しながら水１２０ｇを加えてエノール塩を溶解させた。分液操作を実施し、シュウ酸ジエチルエステルと原料γ-ブチロラクトンを洗浄した後に、水相を分離してエノール塩水溶液を得た。

α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
得られたエノール塩水溶液を氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って、炭酸カリウム１６．６ｇ（０．１２モル）、ｔ−ブチルメチルエーテル６０ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液１２．２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１５モル）を加え、室温で２時間攪拌した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加えて目的物を抽出した。抽出液に４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン８．２ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。

＜実施例９＞
α−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩水溶液の調製
実施例１で得られたα−エチルオキサリル−β−メチル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を含む反応液に、氷冷しながら水１２０ｇを加えてエノール塩を溶解後、エタノールをエバポレーターにより留去した。ここに塩基性化合物としてトリエチルアミン５．１ｇ（０．０５モル）、洗浄溶媒としてｔ−ブチルメチルエーテル５０ｇを投入して分液操作を実施し、シュウ酸ジエチルエステルと原料γ−ブチロラクトンを洗浄除去した後、水相を分離してエノール塩水溶液を得た。

α−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトンの合成
得られたエノール塩水溶液を氷水で冷却しながら内温を０〜５℃に保って、トリエチルアミン５．１ｇ（０．０５モル）、ｔ−ブチルメチルエーテル６０ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液１２．２ｇ（ホルムアルデヒドとして０．１５モル）を加え、室温で２時間攪拌した後に析出した塩類を吸引ろ過で分離した。分離したろ液にt−ブチルメチルエーテル７４ｇを加えて目的物を抽出した。抽出液に４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（１０ｍｇ）を添加して、エバポレーターにより濃縮後、得られた濃縮残渣を減圧蒸留してα−メチレン−β−メチル−γ−ブチロラクトン７．８ｇを得た（ＧＣ純度：９９％）。

Claims

（１）下記一般式（Ｉ）

〔式（Ｉ）中、Ｒ¹は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｒ¹’は水素原子または直鎖もしくは分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表す。〕
で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンと一般式（II）

〔式（II）中、Ｒ²は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示す。〕
で表されるシュウ酸エステルと一般式（III）
Ｒ³−ＯＭ（III）
〔式（III）中、Ｒ³は直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｍはアルカリ金属を示す。〕
で表されるアルコラートとを作用させ、一般式（IVa）および／または(IVb)

〔式（IVa）および／または(IVb)中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞれ独立して、直鎖または分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｒ¹’は水素原子または直鎖もしくは分岐状の炭素数１〜１０のアルキル基を表し、Ｍはアルカリ金属を表す。〕
で表されるα−アルキルオキサリル−β−アルキル−γ−ブチロラクトンのエノール塩を得る工程、
（２）前記一般式（IVa）および／または（IVb)で表されるエノール塩とホルムアルデヒド類とを反応させて下記一般式（Ｖ）

〔式（Ｖ）中、Ｒ¹、Ｒ¹’は式（I）におけるＲ¹、Ｒ¹’と同義である。〕
で表されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを得る工程、
とを含むα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法であって、
前記工程（１）の反応液と水とを接触させて前記一般式（IVa）および／または(IVb)で表されるエノール塩を水に溶解し、次いで系内に残存するシュウ酸エステルと前記一般式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンを有機溶媒にて洗浄除去する精製工程を経た後、得られた前記一般式（IVa）および／または（IVb）で表されるエノール塩の水溶液を前記工程（２）に供するα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンの製造方法。
前記工程（２）において、前記式（IVa）および／または（IVb）のエノール塩とホルムアルデヒド類とをアミンおよび／またはアルカリ金属炭酸塩の存在下で反応させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記残存するシュウ酸エステルと前記一般式（Ｉ）で表されるβ−アルキル−γ−ブチロラクトンの有機溶媒による洗浄除去に先立って、系内のアルコールを留去することを特徴とする請求項１または２記載の方法。