JP2008050318A - δ−バレロラクトン誘導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高純度で入手容易な原料から、簡便な操作で、工業的に製造可能な方法で高純度のメバロラクトン等のδ−バレロラクトン誘導体を製造する方法の提供。
【解決手段】特定のエポキシアルコールを、コバルト化合物の存在下、一酸化炭素と反応させることを特徴とする式（２）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^７は前記と同義である）で表されるδ−バレロラクトン誘導体の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、δ−バレロラクトン誘導体の製造方法、特にメバロラクトンの製造方法に関する。
本発明で得られるメバロラクトンは、天然イソプレノイドの前駆体として知られており、医薬、農薬、化粧品あるいは食品添加物の中間体として有用であり、またエレクトロニクス関連におけるレジスト素材原料としても有用である（特開平１０−７８６５８号公報参照）。

メバロラクトンの製造方法に関しては、従来からさまざまな製法が提案されている。例えば、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを原料として製造する方法としては、（１）タングステン化合物の存在下、過酸化水素で酸化する方法（特許文献１）、（２）臭化水素酸などのハロゲン酸又はその塩と、亜硫酸水素ナトリウムなどの還元性無機化合物から構成された酸化剤により酸化する方法（特許文献２）、（３）臭化ナトリウムの存在下、過酢酸で酸化する方法（非特許文献１）が知られている。また、４−ヒドロキシ−２−ブタノンとブロモアセチルブロマイドから合成した３−オキソブチルブロモアセテートを原料として遷移金属を用いて環化する方法（特許文献３）も知られている。
特開２００４−１２３５８８号公報 特開２００２−１７３４９１号公報 Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，６５，７０３（１９９２） 特開２０００−８００９０号公報

上記（１）〜（３）の方法では、反応終了後における生成物の単離の際、各酸化剤の分解除去や洗浄操作が必要であり、且つ洗浄操作ならびに抽出操作が水が混在する系で行われるが、この際メバロラクトンの水への溶解性が高いことからメバロラクトンのロスが多くなることが予想され、これを回避するために抽出操作の回数や使用する溶媒量を多くすることが必要となるなど、操作が煩雑になる問題点も有する。更に、これらの方法には、該原料を工業的に高純度品として入手することが困難であるため、原料中の不純物或いはそれに由来する副生成物のため製品純度が低くなる、又は副生成物の除去が必要となり煩雑な精製操作が必要となる等の問題がある。また、上記（４）の方法は、原料に対して等モル以上の金属試薬を必要とし、多量の金属を含む廃液が発生するという問題を有しており、工業的な製造方法としては改良の余地を有する。
しかして本発明の目的は、上記した背景技術の問題点を解決するため、高純度で入手容易な原料から、簡便な操作で、工業的に製造可能な方法で高純度のメバロラクトン等のδ−バレロラクトン誘導体を製造する方法を提供することにある。

本発明によれば、上記目的は式（１）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^７はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜６の分岐していてもよいアルキル基、炭素数２〜６の分岐していてもよいアルケニル基、又は炭素数６〜１２のアリール基を表す）
で表されるエポキシアルコールを、コバルト化合物の存在下、一酸化炭素と反応させることを特徴とする式（２）

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^７は前記と同義である）
で表されるδ−バレロラクトン誘導体の製造方法によって達成される。

上記反応はアゾール化合物の存在下に行うのが好ましく、アゾール化合物は置換若しくは無置換のイミダゾールであるのが好ましく、エポキシアルコールは３，４−エポキシ−３−メチルブタノールであるのが好ましく、上記反応はエーテル溶媒中で行うのが好ましく、エーテルは環状エーテル、特にテトラヒドロフランであるのが好ましい。

本発明によれば、高純度で入手容易な原料から、簡便な操作で、工業的に製造可能な方法で高純度のメバロラクトン等のδ−バレロラクトン誘導体を製造することができる。

本発明の製造方法はコバルト化合物の存在下、式（１）で表されるエポキシアルコールと一酸化炭素とを反応させることによって実施することができる。

上記式（１）及び（２）において、炭素数１〜６の分岐していてもよいアルキル基としては炭素数１〜４の分岐していてもよいアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。炭素数１〜６の分岐していてもよいアルキル基として具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などが挙げられる。上記式（１）及び（２）において、炭素数２〜６の分岐していてもよいアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、１−プロペニル基などが挙げられ、炭素数６〜１２のアリール基としてはフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基などが挙げられる。

本発明の製造方法で原料として使用する式（１）で表されるエポキシアルコールとして具体的には、３、４−エポキシ−１−ブタノール、３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノール、４，５−エポキシ−２−ペンタノール、３，４−エポキシ−１−ペンタノール、３，４−エポキシ−２，２−ジメチル−１−ブタノール、３，４−エポキシ−１−フェニル−１−ブタノール、３，４−エポキシ−３−メチル−１−フェニル−１−ブタノール、５，６−エポキシ−４−フェニル−３−ヘキサノール、５，６−エポキシ−５−メチル−３−ヘキサノール、３，４−エポキシ−３−メチル−１−ペンタノール、３，４−エポキシ−１，２−ジフェニル−１−ブタノールなどが挙げられ、本発明の製造方法で得られる式（２）で表されるδ−バレロラクトン誘導体として具体的には、上記原料に対応する、３−ヒドロキシ−δ−バレロラクトン、メバロラクトン、３−ヒドロキシ−５−メチル−δ−バレロラクトン、３−ヒドロキシ−２−メチル−δ−バレロラクトン、３−ヒドロキシ−４，４−ジメチル−δ−バレロラクトン、３−ヒドロキシ−５−フェニル−δ−バレロラクトン、３−ヒドロキシ−３−メチル−５−フェニル−δ−バレロラクトン、５−エチル−３−ヒドロキシ−４−フェニル−δ−バレロラクトン、５−エチル−３−ヒドロキシ−３−メチル−δ−バレロラクトン、３−ヒドロキシ−２，３−ジメチル−δ−バレロラクトン、３−ヒドロキシ−４，５−ジフェニル−δ−バレロラクトンなどが挙げられる。

なお、本発明の製造方法で原料として使用する式（１）で表されるエポキシアルコールは、そのものを市場で購入できる場合があり、また対応するオレフィンアルコールのエポキシ化により製造することができる。例えば、３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールは３−メチル−３−ブテン−１−オールの過酸化水素によるエポキシ化により製造することができる（特開２００４−２０９４４９号公報参照）。

本発明の製造方法で使用するコバルト化合物としては、ヒドロエステル化反応で用いられる従来公知のコバルトカルボニル化合物が挙げられる。例えば、ジコバルトオクタカルボニル、テトラコバルトドデカカルボニル、テトラカルボニルコバルト酸ナトリウム、コバルトヒドロカルボニル、ヘキサカルボニルビス（トリ−ｎ−ブチルホスフィン）二コバルトなどが挙げられ、好ましくはジコバルトオクタカルボニルが用いられる。
また、ジコバルトオクタカルボニルとしては、公知の方法で製造されたもの、或いは炭酸コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルト又はこれらの混合物などの無機コバルト化合物、その他有機酸のコバルト化合物などの有機コバルト化合物を原料として、反応系内でジコバルトオクタカルボニルを発生させた溶液も用いることができる（特公昭５５−２２４１８号公報参照）。
コバルト化合物の使用量は、式（１）で表されるエポキシアルコール１モルに対して０．００１〜０．５モルであるのが好ましく、０．０１〜０．２モルであるのがより好ましい。

本発明の製造方法における反応はアゾール化合物の存在下に行うことが好ましい。アゾールの存在下では、反応を低一酸化炭素圧力で行うことができる。
本発明で使用するアゾール類としては、イミダゾール、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、４−フェニルイミダゾール、１−アセチルイミダゾールなどの無置換或いは置換イミダゾール；ピラゾール、１−メチルピラゾール、３−メチルピラゾールなどの無置換又は置換ピラゾール；トリアゾール、テトラゾールなどの窒素原子を３個以上含む複素５員環化合物；オキサゾール、チアゾールなどの窒素以外に酸素や硫黄原子を含む複素５員環化合物；ベンゾイミダゾール、インダゾールなどのベンゼン環などがアゾール環に縮合した縮合環などが挙げられる。これらの中でも、無置換若しくは置換イミダゾールが好ましい。
アゾール化合物の使用量は、コバルト金属原子１モルに対して０．５〜１０モル、好ましくは１〜５モルである。

本発明の製造方法における反応は溶媒中で又は溶媒の非存在下で行うことができるが、溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としてはエーテル化合物、アルコール、芳香族炭化水素などを用いることができるが、エーテル化合物が好ましい。エーテル化合物中で反応を行うことにより選択率が向上する。
エーテル化合物としては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサンなどの環状エーテル；ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）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、シクロペンチルメチルエーテルなどが挙げられる。中でも、反応速度及び選択性の観点から、環状エーテルが好ましく、テトラヒドロフランが特に好ましい。アルコールとしてはメタノール、エタノールなど、芳香族炭化水素としてはベンゼン、トルエンなどを用いることができる。

本発明で使用する一酸化炭素は、それ単独で供することもできるし、窒素、アルゴン等の不活性ガスと混合して反応に供することもできる。一酸化炭素の圧力は、前述したアゾール化合物を用いない場合、１０〜３０ＭＰａが好ましく、前述したアゾール化合物を用いる場合、０．５〜１０ＭＰａが好ましく、２〜８ＭＰａがより好ましい。

本発明の反応温度は、前述したアゾール化合物を添加しない場合５０〜１５０℃、前述したアゾール化合物を添加する場合２０〜１３０℃が好ましく、４０〜１００℃がより好ましい。

本反応の目的生成物であるδ−バレロラクトン誘導体の単離は触媒の分離及び反応液の濃縮によって行うことができる。触媒の分離方法としては特に制限されないが、酸素や空気によりコバルト化合物を酸化させて生じた固形物をろ別する方法、多価カルボン酸を加えて生じるコバルト原子を含む固形物をろ別する方法、キレート樹脂、活性炭等に吸着させる方法、カラムクロマトグラフィーなどを使用することができ、また蒸留など通常用いられる金属触媒の分離方法も使用できる。

本反応で得られる単離生成物は、通常充分な純度を有しているので特に精製の必要は無いが、更に高純度の物を得るために精製を行う場合は、蒸留、カラムクロマトグラフィー、再結晶等の通常用いられる有機化合物の精製方法を用いることができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより制限されるものではない。

<実施例１>
窒素置換した内容積５０ｍLの三つ口フラスコに、イミダゾール０．３３ｇ（４．８０ｍｍｏｌ）、脱気したＴＨＦ２０ｍＬを順次入れ、マグネチックスターラーにて攪拌し、イミダゾールが完全に溶解したことを確認後、ジコバルトオクタカルボニル０．８２ｇ（２．４０ｍｍｏｌ）を入れた。気体の発生が終了し、液が均一になるまで攪拌した（以後、調製液Ａと呼ぶ）。
内容積１００ｍLのオートクレーブに、窒素気流下で、３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノール１７．９２ｇ（１７５．５ｍｍｏｌ）と脱気したＴＨＦ２０．０ｍＬの混合溶液、調製液Ａを順次入れ、脱気したＴＨＦを更に１２．５ｍＬ（ＴＨＦ全量５２．５ｍL）入れた。一酸化炭素１．０ＭＰａでオートクレーブを３回置換し、最後に一酸化炭素を４．０ＭＰａに加圧し、８０℃にて１．１時間反応させた。反応容器の温度を室温に、圧力を常圧に戻してから、反応容器を窒素１．０ＭＰａで２回置換した後、反応液を２００ｍLの三つ口フラスコに移した。反応液を分析すると、３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールの変換率は９９．７％、メバロラクトンの選択率は９５．９％（反応収率９５．６％）であった。
該反応液に、攪拌下、２０ｍＬ／ｍｉｎで空気を３時間バブリングし、生成した固体をろ別し、ろ液を減圧濃縮することで、メバロラクトンを２１．７９ｇ（純度９６．１％、１６０．９ｍｍｏｌ、収率９１．７％）得た。

<実施例２>
実施例１において、溶媒としてＴＨＦの代わりに１，２−ジメトキシエタンを使用し、反応時間を４．２時間とした以外は、実施例１と同様に操作した。３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールの変換率は８８．３％、メバロラクトンの選択率は９５．５％（反応収率８４．３％）であった。

<実施例３>
実施例１において、イミダゾールを使用せず、温度を１００℃、一酸化炭素圧力を２０．０ＭＰａ、反応時間を５．３時間とした以外は、実施例１と同様に操作した。３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールの変換率は６７．２％、メバロラクトンの選択率は９８．９％（反応収率６６．５％）であった。

<比較例１＞
メカニカルスターラー、温度計、滴下漏斗、冷却管を付した１Ｌの５つ口フラスコを窒素置換し、純度８８．０％の３−メチルペンタン−１、３、５−トリオール１３４．２ｇ（０．８８０ｍｏｌ）、水７５ｍLを入れ、１５分攪拌した後、攪拌下にタングステン酸ナトリウム・２水和物３．３０ｇ（０．０１０ｍｏｌ）、水２０ｍLを入れ、オイルバスで８０℃に昇温した。３５％過酸化水素水２３７．７ｇ（２．４５ｍｏｌ）を、温度が８０〜１００℃に保たれるように２３時間かけてフィードした。フィード終了後、温度を９０℃に保ったまま更に７．５時間攪拌した。ガスクロマトグラフィーによる分析にて反応終了を確認後、水浴につけて２５℃まで下げた後、亜硫酸ナトリウムを過酸化物定量試験紙（商品名：ＱＵＡＮＴＯＦＩＸ パーオキシド２５（シグマ−アルドリッチ））で過酸化物を検出できなくなるまで少しずつ加えた。４００ｍＬの酢酸エチルで８回抽出した後、全有機層を合わせて、減圧濃縮し、メバロラクトンを９４．２ｇ（純度７９．４％、０．７２３ｍｏｌ、収率８２．２％）得た。
上記の粗メバロラクトンを、回転薄膜式蒸留装置（ＳＨＩＢＡＴＡ ＭＳ−３００特型、受器部（低沸側、高沸側））に圧力９２〜１０７Ｐａ、バス温度１４０℃にて１５分でフィードし、高沸側の受器に得られた物を再度、同装置に圧力９２〜１２７Ｐａ、バス温度１６７℃にて１２分でフィードして低沸側の受器に５０．８ｇのメバロラクトン（純度９６．３％、０．３７６ｍｏｌ）を得た（反応からの総収率４２．７％）。
上記の通り、本比較例の反応で得られたメバロラクトンの純度は低く、精製のために、蒸留操作が必要であった。

<実施例４＞
実施例１において、溶媒としてテトラヒドロフランの代わりにエタノールを使用し、反応時間を１．３時間とした以外は、実施例１と同じ方法で行った。３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールの変換率は９７．０％、メバロラクトンの選択率は６０．９％（反応収率５９．１％）であった。

<実施例５＞
実施例１において、溶媒としてテトラヒドロフランの代わりにメタノールを使用し、反応時間を４時間とした以外は、実施例１と同様に操作した。３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールの変換率は７３．０％、メバロラクトンの選択率は７４．０％（反応収率５４．０％）であった。

<実施例６>
実施例１において、溶媒としてテトラヒドロフランの代わりにトルエンを使用し、反応時間を４．４時間とした以外は、実施例１と同様に操作した。３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールの変換率は５９．２％、メバロラクトンの選択率は９３．３％（反応収率５５．２％）であった。

Claims (6)

1. 式（１）
   

   

   
   （式中、Ｒ^１〜Ｒ^７はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜６の分岐していてもよいアルキル基、炭素数２〜６の分岐していてもよいアルケニル基、又は炭素数６〜１２のアリール基を表す）
   で表されるエポキシアルコールを、コバルト化合物の存在下、一酸化炭素と反応させることを特徴とする式（２）
   

   

   （式中、Ｒ^１〜Ｒ^７は前記と同義である）
   で表されるδ−バレロラクトン誘導体の製造方法。
2. 反応をアゾール化合物の存在下に行う請求項１記載の方法。
3. アゾール化合物が置換若しくは無置換イミダゾールである請求項２記載の方法。
4. エポキシアルコールが３，４−エポキシ−３−メチル−１−ブタノールである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 反応をエーテル溶媒中で行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. エーテルが環状エーテルである請求項５記載の方法。