JP2009062303A

JP2009062303A - 光学活性δ−ラクトンの製造方法

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Publication number: JP2009062303A
Application number: JP2007230305A
Authority: JP
Inventors: Toru Tachihara; 徹立原
Original assignee: T Hasegawa Co Ltd
Current assignee: T Hasegawa Co Ltd
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: JP5030100B2

Abstract

【課題】
低コストで、かつ、環境への負荷もかからない方法による光学活性δ−ラクトンの製造方法を提供すること。
【解決手段】
光学活性２−アルキルシクロペンタノンを、酢酸ナトリウムなどの弱塩基性塩の存在下で、過酢酸を用いて酸化することにより、原料である光学活性２−アルキルシクロペンタノンの光学純度を保持したまま、光学活性δ−ラクトンに導くことができる。また、弱塩基性塩の存在下では弱塩基性塩非存在下での反応と比較して反応速度が飛躍的に加速する。
【選択図】なし

Description

本発明は、香料化合物として有用な光学活性δ−ラクトンの製造方法に関する。

δ−ラクトンは香料化合物として広く用いられている化合物である。例えば、δ−オクタラクトンは強いココナッツ、クマリン様香気、δ−ノナラクトンは強い脂肪様で甘いナッツ様香気、δ−デカラクトンは、強く甘いクリーム、ナッツ様の香気、δ−ウンデカラクトンは強いクリーミー、脂肪様でピーチ香も併せ持つ香気、δ−ドデカラクトンは強く新鮮なクリーミー、フルーティーな脂肪香、δ−トリデカラクトンはソフトでムスクノートのあるクリーミー、ココナッツ、バター様香気、δ−テトラデカラクトンはウッディー、ムスク調のあるソフトなクリーム、バター用の香気を有する香料化合物として知られており、従来から香料組成物の調合素材として利用されている（非特許文献１）。また、これらのδ−ラクトン類を合成的に製造する方法としては、例えば、２−アルキルシクロペンタノンを過酸で酸化する方法（非特許文献１）などが提案されている。
一方、δ−ラクトンはその構造上、環状部分と側鎖の境目に不斉炭素を有するため、光学異性体が存在する。最近の分析技術の発達に伴い、天然物中のδ−ラクトンの立体配置や光学純度が明らかになってきており、また両異性体間で香気が異なることが知られている（非特許文献２）。したがって、特定の原料素材について天然と同様の香気を調合香料により再現しようとする場合は、その原料素材の天然体と同じ光学異性体のδ−ラクトンを用いることにより、フレーバーに天然感を与え、嗜好性を高め、香料自体の付加価値が高まることは明らかである。
光学活性δ−ラクトンの製造方法に関する従来技術としては、例えば、光学活性２−アルキルシクロペンタノンをメタクロロ過安息香酸（ｍ−ＣＰＢＡ）を用いて酸化する方法（特許文献１）、メタホウ酸塩の存在下、有機酸と過酸化水素を作用させる方法（特許文献２）、５−ヒドロキシ−５−アルケン酸−δ−ラクトンを不斉触媒を用いて水素化する方法（特許文献３）、などが提案されている。

特公平７−８４４５６号公報特開２００４−３５２６３６号公報特許第３５６８５５８号公報「合成香料」４５１〜４５６頁、印藤元一著、化学工業日報社、平成８年発行香料，Ｎｏ．１７３，ｐ．９７，（１９９２）

しかしながら、メタクロロ過安息香酸は工業的に製造されておらず、工業的生産を鑑みた場合、コスト的な問題がある。また、不斉触媒を用いた還元方法は、高価な触媒を用いて高圧下で反応させる必要があるためコスト的な問題があり、また、環境への負荷が大きいなどの問題点があった。そこで、低コストで、かつ、環境への負荷も小さい光学活性δ−ラクトンの製造方法が求められていた。

本発明者は、この問題を解決すべく、鋭意研究を行ったところ、光学活性２−アルキルシクロペンタノンを、酢酸ナトリウムなどの弱塩基性塩の存在下で、過酢酸を用いて酸化することにより、原料である光学活性２−アルキルシクロペンタノンの光学純度を保持したまま、光学活性δ−ラクトンに導くことができることを見出し、さらに、弱塩基性塩の存在下では反応速度が弱塩基性塩非存在下での反応と比較して反応速度が飛躍的に加速することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記式（２）

（式中、＊はＲ配置またはＳ配置のいずれか一方の不斉炭素原子を示し、Ｒは炭素数３〜９の直鎖のアルキル基を示す）
で表されるアルキルシクロペンタノンを過酢酸を用いて酸化する際に、弱塩基性塩の存在下で行うことを特徴とする、下記式（１）

（式中、＊はＲ配置またはＳ配置のいずれか一方の不斉炭素原子を示し、Ｒは炭素数３〜９の直鎖のアルキル基を示す）
で表される光学活性δ−ラクトンの製造方法を提供するものである。

また、本発明は弱塩基性塩が酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする、前記の光学活性δ−ラクトンの製造方法を提供するものである。

なお、弱塩基性塩の存在下で、光学活性２−アルキルシクロペンタノンを過酢酸を用いて酸化することにより、原料である光学活性２−アルキルシクロペンタノンの光学純度を保持したまま、光学活性δ−ラクトンに導くことができるという報告例はこれまでに全くなく、本発明者がはじめて見出したものである。

本発明の方法によれば、低コストで、環境への負荷も小さく、かつ、迅速に、光学活性２−アルキルシクロペンタノンから、その光学純度を保持したまま光学活性δ−ラクトンを製造することができる。

以下、本発明の製造方法について、さらに詳細に説明する。
本発明で原料として使用する光学活性２−アルキルシクロペンタノンのアルキル基は特に限定されるものではないが、２−プロピルシクロペンタノン、２−ブチルシクロペンタノン、２−ペンチルシクロペンタノン、２−ヘキシルシクロペンタノン、２−へプチルシクロペンタノン、２−オクチルシクロペンタノン、２−ノニルシクロペンタノン、２−イソブチルシクロペンタノンなどを挙げることができる。これらのうち、２−ペンチルシクロペンタノンおよび２−へプチルシクロペンタノンを特に好ましく例示することができる。

本発明で原料として使用する光学活性２−アルキルシクロペンタノンはいかなる方法により得たものでも使用することができるが、例えば、不斉触媒であるＲｕ−ＢＩＮＡＰ錯体を用いた水素化により（Ｓ）−および（Ｒ）−体をそれぞれ得る方法（第３７回ＴＥＡＣ要旨集（１９９３）、依頼講演−１およびＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔ．４３（２００２），ｐ．９０８１−９０８４参照）、ラセミ体の２−アルキルシクロペンタノンをエノールエステル化した後、カンディダ・アンタークティカ（Ｃａｎｄｉｄａａｎｔａｒｃｔｉｃａ）由来のリパーゼを用いて不斉加水分解する方法（本出願人による特願２００７−２２２５７７）、２−アルキリデンシクロペンタノンを基質として、ブレビバクテリウム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属に属する微生物を作用させることにより、基質中の二重結合を立体選択的に還元し、光学活性な（Ｒ）−２−アルキルシクロペンタノンを得る方法（本出願人による特願２００７−１９９５１９）などにより得ることができる。

本発明の製造法は、この光学活性な２−アルキルシクロペンタノンを酢酸ナトリウムなどの弱塩基性塩の存在下で、過酢酸を用いて酸化することを特徴とするものである。
本発明において使用し得る溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ペンタン、ヘキサン、塩化メチレンなどの水非混和性有機溶媒を挙げることができる。これらの水非混和性有機溶媒の使用量は特に制限されず任意に選択することができるが、通常、式（２）の光学活性な２−アルキルシクロペンタノン１重量部に対して約０．５〜約２０重量部の範囲内がしばしば採用される。

本発明の方法において用いることのできる過酢酸は市販の約４０％程度の濃度のものを使用することができる。過酢酸は高濃度のものについては爆発性、助燃作用を有しており、工業的製造方法には向かないとされるが（例えば、特開２００４−３５２６３６号公報参照）、本発明で用いる約４０％程度の濃度の過酢酸は比較的安定性が高いものであり、工業的にも広く使用されている。過酢酸の使用量は、厳密に制限されるものではなく広い範囲で変えることができるが、一般的には例えば、光学活性な２−アルキルシクロペンタノン１モルに対して約０．５モル〜約３モル、好ましくは約０．８モル〜約１．５モルの範囲内の使用量を挙げることができる。

さらに、本発明の方法において用いられる弱塩基性塩としては、例えば、酢酸、炭酸のごとき有機酸のナトリウム塩、カリウム塩などを挙げることができ、特に酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸水素ナトリウムを好適に例示することができる。これらの弱塩基性塩の使用量も厳密に制限されるものではないが、一般的には、光学活性な２−アルキルシクロペンタノン１モルに対して約０．１〜約３モル、好ましくは約０．２〜約１．０モルの範囲内で添加することができる。

次に本発明による光学活性なδ−ラクトンの合成方法についてさらに具体的に説明する。まず反応容器に原料となる光学活性な２−アルキルシクロペンタノン、水非混和性有機溶媒、弱塩基性塩を前記したごとき範囲内の比率で仕込み、攪拌及び冷却によって発熱を抑えながら、約０〜約５０℃、好ましくは約２０〜約３０℃に保ちつつ約０．８〜約１．５倍モル量の過酢酸を約２分〜約１０時間、好ましくは約５分〜約４時間かけて滴下する。その後同温で約１〜約２４時間攪拌反応を続けた後、反応混合物の総量に対して約０．５〜約２倍重量の水を加えて反応を終了する。

次いで溶媒層を分離採取し、常法により水、硫酸鉄水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液などで洗浄後、溶媒を回収することにより目的とする粗生成物を得ることができる。このようにして得られる粗生成物を所望によりカラムクロマトグラフィーや精密蒸留を行うことにより、先に例示した光学活性な２−アルキルシクロペンタノンに対応する光学活性なδ−ラクトンを高純度で得ることができる。

本発明の方法により得ることのできる光学活性なδ−ラクトンは各種フルーツやその他の調合香料に、その原料素材の天然体と同じ光学異性体を用いることにより、フレーバーに天然感と同様の香気を再現し、嗜好性を高め、香料自体の付加価値を高めることができる。また、本発明によれば、光学活性なδ−ラクトンを有効成分として含有する香料組成物を利用して、光学活性なδ−ラクトンを香気香味成分として含有する飲食品類、香粧品類、保健・衛生・医薬品類などを提供することができる。

例えば、炭酸飲料、果汁飲料、果実酒飲料類、乳飲料などの飲料類；アイスクリーム類、シャーベット類、アイスキャンディー類などの冷菓類；和・洋菓子、チューインガム類、パン類、コーヒー、紅茶、お茶、タバコなどの嗜好品類；和風スープ類、洋風スープ類などのスープ類；ハム、ソーセージなどの畜肉加工品；風味調味料、各種インスタント飲料乃至食品類、各種のスナック類などに、光学活性なδ−ラクトンを有効成分として含有する香料組成物の適当量を添加することにより、そのユニークな香気香味が賦与された飲食品類を提供することができる。また、例えば、シャンプー類、ヘアクリーム類、その他の毛髪化粧料基剤；オシロイ、口紅、その他の化粧用基剤や化粧用洗剤類基剤などに、光学活性なδ−ラクトンを有効成分として含有する香料組成物の適当量を添加することにより、そのユニークな香気が賦与された化粧品類を提供することができる。さらにまた、光学活性なδ−ラクトンを有効成分として含有する香料組成物の適当量が配合を洗濯用洗剤類、消毒用洗剤類、防臭洗剤類、その他各種の保健・衛生用洗剤類；歯磨き、ティッシュ、トイレットペーパーなどに配合することにより、そのユニークな香気が賦与された各種保健・衛生材料類；医薬品類などを提供することができる。
以下、実施例により本発明の態様をさらに具体的に説明する。

参考例１
（Ｒ）−２−ペンチルシクロペンタノンの合成
特願２００７−１９９５１９に記載の方法にしたがって光学純度７４．０％ｅｅの（Ｒ）−２−ペンチルシクロペンタノンを調製した。

実施例１
下記の反応式にしたがって（Ｒ）−δ−デカラクトンを合成した。

１００ｍｌフラスコに（Ｒ）−２−ペンチルシクロペンタノン（７４．０％ｅｅ）１．５４ｇ（１０ｍｍｏｌ）、酢酸ナトリウム３００ｍｇ（３．７ｍｍｏｌ）およびトルエン７．５ｍｌを仕込み、氷冷下攪拌を行った。０〜５℃で１０分をかけて４０％過酢酸２．１ｇ（１１．１ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温下で３時間攪拌を行った。この時点での転換率は９５％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（１０２〜１０３℃／０．１３ｋＰａ）し、（Ｒ）−δ−デカラクトン１．２ｇ（７．１ｍｍｏｌ、収率７１％、光学純度７４．１％ｅｅ）を得た。
（Ｒ）−δ−デカラクトンの光学純度はキラル液相を用いたガスクロマトグラフィー法により決定した。
（測定条件）
ガスクロ装置：６８９０Ｎ−Ａｕｔｏｓａｍｐｌｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）
カラム：ＣＨＩＲＡＭＩＸ（登録商標）（ＧＬサイエンス社製）（０．２５ｍｍ×３０ｍ）
温度：６０℃〜１８０℃まで（毎分１℃昇温）。

比較例１（添加剤を使用しない例）
３００ｍｌフラスコに（Ｒ）−２−ペンチルシクロペンタノン（７４．０％ｅｅ）９．２４ｇ（６０ｍｍｏｌ）およびトルエン４５ｍｌを仕込み、氷冷下攪拌を行った。０〜５℃で１５分をかけて４０％過酢酸２．１ｇ（１１．１ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温下で攪拌反応を行った。３時間反応後の転換率は１２．８％であったので、さらに反応を続け９６時間反応を行った。この時点での転換率は９６％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（１０２〜１０３℃／０．１３ｋＰａ）し、（Ｒ）−δ−デカラクトン６．３ｇ（３７．５ｍｍｏｌ、収率６２％、光学純度７４．０％ｅｅ）を得た。
以上の通り、添加剤を使用しない比較例１では、実施例１と比べて光学純度は変わらないものの、反応速度が遅く、反応終了までに長時間を要した。

比較例２（添加剤として硫酸の存在下で反応を行った例）
１００ｍｌフラスコに（Ｒ）−２−ペンチルシクロペンタノン（７４．０％ｅｅ）６．０ｇ（３９ｍｍｏｌ）を仕込み、加熱攪拌し温度を５０℃とした。５０℃で３０分かけて４０％過酢酸（８．８ｇ，４６．７ｍｍｏｌ）に濃硫酸０．１ｇを加えたものを滴下した。滴下終了後、室温下で６時間攪拌反応を行った。この時点での転換率は９８％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（１０２〜１０３℃／０．１３ｋＰａ）し、（Ｒ）−δ−デカラクトン３．７ｇ（２２．０ｍｍｏｌ、収率５６％、光学純度４５．２％ｅｅ）を得た。
以上の通り、添加剤として硫酸を使用した比較例２では、実施例１と比べて反応速度はそれほど変わらないものの、光学純度が大きく低下した。

参考例２
（Ｒ）−２−ヘプチルシクロペンタノンの合成
特願２００７−２２２５７７に記載の不斉加水分解法にしたがって光学純度７２．６％ｅｅの（Ｒ）−２−ヘプチルシクロペンタノンを調製した。

実施例２
下記の反応式にしたがって（Ｒ）−δ−ドデカラクトンを合成した。

３００ｍｌフラスコに（Ｒ）−２−ヘプチルシクロペンタノン（７２．６％ｅｅ）１５ｇ（８２ｍｍｏｌ）、酢酸カリウム２．９ｇ（３０ｍｍｏｌ）およびトルエン１００ｍｌを仕込み、氷冷下攪拌を行った。９〜１０℃で１０分をかけて４０％過酢酸１７．６ｇ（９３ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温下で３時間攪拌を行った。この時点での転換率は９９％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（１２３〜１２６℃／０．１３ｋＰａ）し、（Ｒ）−δ−ドデカラクトン１３．０ｇ（６６ｍｍｏｌ、収率８０％、光学純度７３．２％ｅｅ）を得た。

参考例３
（Ｓ）−２−ヘプチルシクロペンタノンの合成
ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，４３（２００２），ｐ．９０８１−４に記載の方法にしたがい光学純度９５．０％ｅｅの（Ｓ）−２−ヘプチルシクロペンタノンを調製した。

実施例３
下記の反応式にしたがって（Ｓ）−δ−ドデカラクトンを合成した。

３０ｍｌフラスコに（Ｓ）−２−ヘプチルシクロペンタノン（９５．０％ｅｅ）１．５ｇ（８．２ｍｍｏｌ）、酢酸カリウム０．２９ｇ（３．０ｍｍｏｌ）およびトルエン１０ｍｌを仕込み、氷水冷下攪拌を行った。９〜１０℃で１０分をかけて４０％過酢酸１．７６ｇ（９．３ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温下で３時間攪拌を行った。この時点での転換率は９９％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（１２３〜１２６℃／０．１３ｋＰａ）し、（Ｓ）−δ−ドデカラクトン１．０ｇ（５．１ｍｍｏｌ、収率６２％、光学純度９４．８％ｅｅ）を得た。

参考例４
（Ｒ）−２−プロピルシクロペンタノンの合成
特願２００７−２２２５７７に記載の不斉加水分解法にしたがって光学純度７１．９％ｅｅの（Ｒ）−２−プロピルシクロペンタノンを調製した。

実施例４
下記の反応式にしたがって（Ｒ）−δ−オクタラクトンを合成した。

１００ｍｌフラスコに（Ｒ）−２−プロピルシクロペンタノン（７１．９％ｅｅ）１．２６ｇ（１０ｍｍｏｌ）、炭酸水素ナトリウム２５２ｍｇ（３．７ｍｍｏｌ）およびトルエン７．５ｍｌを仕込み、氷冷下攪拌を行った。０〜５℃で１０分をかけて４０％過酢酸２．１ｇ（１１．１ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温下で３時間攪拌を行った。この時点での転換率は９６％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（９０〜９２℃／０．１３ｋＰａ）し、（Ｒ）−δ−オクタラクトン１．１３ｇ（８ｍｍｏｌ、収率８０％、光学純度７１．８％ｅｅ）を得た。

参考例５
（Ｒ）−２−ノニルシクロペンタノンの合成
特願２００７−２２２５７７に記載の不斉加水分解法にしたがって光学純度７３．２％ｅｅの（Ｒ）−２−ノニルシクロペンタノンを調製した。

実施例５
下記の反応式にしたがって（Ｒ）−δ−テトラデカラクトンを合成した。

１００ｍｌフラスコに（Ｒ）−２−ノニルシクロペンタノン（７３．２％ｅｅ）２．１４ｇ（１０ｍｍｏｌ）、酢酸カリウム３６３ｍｇ（３．７ｍｍｏｌ）およびトルエン７．５ｍｌを仕込み、氷冷下攪拌を行った。０〜５℃で１０分かけて４０％過酢酸２．１ｇ（１１．１ｍｍｏｌ）を滴下した。滴下終了後、室温下で３時間攪拌を行った。この時点での転換率は９８％であった。反応液を水洗し、硫酸鉄水溶液、水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて順次洗浄後、硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、減圧下溶媒を留去した。得られた残渣を精密蒸留（１３５〜１３８℃／０．０８ｋＰａ）し、（Ｒ）−δ−テトラデカラクトン１．５８ｇ（７ｍｍｏｌ、収率７０％、光学純度７３．０％ｅｅ）を得た。

Claims

下記式（２）

（式中、＊はＲ配置またはＳ配置のいずれか一方の不斉炭素原子を示し、Ｒは炭素数３〜９の直鎖のアルキル基を示す）
で表されるアルキルシクロペンタノンを過酢酸を用いて酸化する際に、弱塩基性塩の存在下で行うことを特徴とする、下記式（１）

（式中、＊はＲ配置またはＳ配置のいずれか一方の不斉炭素原子を示し、Ｒは炭素数３〜９の直鎖のアルキル基を示す）
で表される光学活性δ−ラクトンの製造方法。
弱塩基性塩が酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムからなる群より選ばれる１種または２種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光学活性δ−ラクトンの製造方法。