JP2008162973A - ポリエン類の環化反応 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超臨界状態に近い高温高圧水環境において、触媒無添加で、ポリエン類の環化反応を行なうことで課題が解決できる。
【選択図】 なし
Description
トリテルペンは、in vitroでは、酵素による生合成により、ステロイド骨格の中間体であるスクワレンを原料として、2,3-オキシドスクワレンを経由する求電子的環化反応で得られてきた。このスクワレン環化酵素は、真核・原核生物由来であり、その活性部位などが比較的解析されており、主に最適なバクテリアは、アリサイクロバシラス アシドカルダリウス(Alicyclobacillus acidocaldarius)である。しかし、他のイソプレノイド環化酵素の反応機構等は一般化するには至っていない。その理由として、真核生物を用いた場合、遺伝子取得が難しいことや、酵素調製が難しいことなどが挙げられる。
また、in vitroでは、化学合成によりスクワレンから5員環トリテルペンが生成するが、この典型的な有機化学反応で鍵となる求電子反応の促進には、有機溶剤や酸触媒の使用が不可欠である。したがって、生成物を取り出す際には、塩基を加えて中和を行い、さらに溶媒を留去するか水蒸気蒸留する必要があり、分離工程でのコスト増加につながっている。また、炭化水素系、エーテル系、含塩素系有機溶媒には揮発性のものが多く、大部分は大気中に放出され、エネルギー・資源の浪費となっているばかりでなく、対流圏オゾンの発生及びスモッグの原因という環境負荷を与えてきた。
また、このような超臨界水中での有機合成に関して、ピコナール転位反応によるピコナリン生成反応という特殊な環化反応が報告されている(特許文献1)が、その他の汎用性を有する環化反応については何ら報告がない。
K.Chandler等 AIChE J., 1998,44,2080
すなわち、本発明者らは、ポリエン類の環化が、高温高圧水環境において、自発的に進行することを見出したものである。この手法は、有機溶媒や酸・塩基触媒を用いることがないので、低環境負荷のプロセスであることに加え、生成物が水相と分離して取得できるため、分離取得工程の簡略化が達成できるメリットもある。
本発明者らは、スクワレンからトリテルペンへの環化反応のようなポリエン類の環化反応のモデルとして1,6-へプタジエンを選択して検討をしたが、その結果、環化反応が進行することが明らかとなった。1,6-へプタジエンの環化反応は、上述のような多環式化合物を合成する上で基本となる反応であるので、各種単環式及び多環式化合物へ応用しうる可能性を発見した。
(1)高温高圧水中、触媒無添加において、ポリエン類を環化することを特徴とする環状化合物の製造方法。
(2)ポリエン類の炭素数が6〜30である上記(1)に記載の製造方法。
(3)ポリエン類の炭素数が6〜8である上記(1)に記載の製造方法。
(4)ポリエン類が1,5-ジエンあるいは1,6-ジエンである上記(1)記載の製造方法。
(5)1,6-へプタジエンからメチルシクロヘキセンを製造する上記(1)記載の方法。
(6)温度350 ℃以上、圧力17 MPa以上で反応させることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
本発明において原料となるポリエン類は、2重結合を2個以上有する炭化水素である。ポリエン類の炭素数は6〜30であり、特に炭素数6〜8である1,5-ジエンあるいは1,6-ジエンを原料とするのが好ましい。
炭素数7である1,6-へプタジエンを原料として環化する場合、メチルシクロヘキセンが生成する。
本発明で高温高圧水中、無触媒において、1,6-へプタジエンからメチルシクロヘキセンの生成を確認できたことにより、高温高圧水中で1,6-へプタジエンが自発的に環化されることが明らかになった。このことは、原料の炭素数を増加させることにより、各種単環式及び多環式化合物、例えば5員環トリテルペン合成が可能であることを示唆している。
実験に用いた回分式反応管は、SUS316製、内容積10 cm3、最高使用条件は、温度537 ℃、圧力35 MPaである。
反応管に超純水約3〜6 gと1,6−へプタジエン約0.2〜2 gを仕込み、密閉した後、所定温度に設定した金属溶融塩浴に投入することで反応を開始させた。温度は350〜400 ℃、圧力は17〜35 MPa、反応時間は30〜120分(昇温時間約1分を含む)に設定した。
所定時間経過後、金属溶融塩浴から反応管を引き上げ、冷水浴で急冷し、反応を停止させた。有機相と水相に液液分離した回収液に塩を添加することで、塩析効果により水相中の有機化合物を有機相中に移動させた。その後有機相のみを採取して、生成物について下記分析手段により分析した。
(1)ガスクロマトグラフィー(GC)
島津製作所製ガスクロマトグラフGC-2010、水素炎イオン検出器(FID)により生成物の定性、定量分析を行なった。GC分析において、注入量は、島津製作所製オートインジェクターAOC-20iを使用し、0.5 μLの一定量に制御した。気化室と検出器の温度はそれぞれ230 ℃、250 ℃に設定した。カラム恒温槽内は35〜80 ℃の温度範囲で1.0 ℃/minの速度で昇温させた。また、線速度を10 cm/sec、スプリット比を200:1として分析を行なった。カラムにはAgilent Technologies社製HP-1を用いた。
(2)GC/MS
日本電子製GC(HP-6890)/MS(JMS-600H)により生成物の定性を行った。注入量は0.5〜2.0μL、気化室の温度を200 ℃に設定し、カラム恒温槽内は35〜60 ℃の温度範囲で2.0 ℃/min、60〜200℃の温度範囲で15 ℃/minの速度で昇温させた。また、線速度を20 cm/sec、スプリット比を100:1として分析を行った。カラムにはAgilent Technologies社製HP-FFAPを使用した。
反応生成物をGC分析した結果を図1に示す。この結果からメチルシクロヘキセンの生成を確認できた。
図2は、標準物質としての純物質3-メチルシクロヘキセン及び4-メチルシクロへキセンについてのGC/MS結果である。図2−aは、3-メチルシクロヘキセン及び4-メチルシクロへキセン混合物のTIC(トータルイオンクロマトグラフ)、図2−bは、保持時間5.63 minの3-メチルシクロヘキセンピークのMSスペクトル、図2−cは、保持時間5.77 minの4-メチルシクロヘキセンピークのMSスペクトルである。
図3は、反応生成物についてのGC/MS結果である。図3−aは、反応生成物(混合物)のTIC 、図3−bは、保持時間5.77 minのピークのMSスペクトル、図3−cは、保持時間5.75 minのピークのMSスペクトル、図3−dは、保持時間5.83 minのピークのMSスペクトルである。
図2の純物質のフラグメントと比較して保持時間5.7 min(図3−bと図3−c)のピークが3-メチルシクロヘキセン、保持時間5.8 min(図3−d)のピークが4-メチルシクロヘキセンであることが確認された。
表1において、×は、GC分析を行なったが目的生成物が確認できなかったもの、○と●はGC分析を行なった結果、目的生成物が確認されたもので、そのうち●について収率を算出した(収率の結果は実施例4で示す)。
この結果から、温度350 ℃以上、圧力17 MPa以上、反応時間60分以上の高温高圧水中での反応により環化が進行することが分かった。
Claims (6)
- 高温高圧水中、触媒無添加において、ポリエン類を環化することを特徴とする環状化合物の製造方法。
- ポリエン類の炭素数が6〜30である請求項1に記載の製造方法。
- ポリエン類の炭素数が6〜8である請求項1に記載の製造方法。
- ポリエン類が1,5-ジエンあるいは1,6-ジエンである請求項1記載の製造方法。
- 1,6-へプタジエンからメチルシクロヘキセンを製造する請求項1記載の方法。
- 温度350 ℃以上、圧力17 MPa以上で反応させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
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