JP2009155280A - γ−ブチロラクトン化合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロパノール化合物(例えば2−メチル−3−クロロプロパノール)又はその環状亜硫酸エステル化合物誘導体の溶液にシアン化物(例えばシアン化ソーダ)を添加して、シアノプロパノール化合物(例えば2−メチル−3−シアノプロパノール)を含む反応液(1)を得、反応液(1)に、金属水酸化物(例えば水酸化ナトリウム)を添加して、ヒドロキシカルボン酸塩を含む反応液(2)を得、反応液(2)に次亜塩素酸塩を添加して、反応液(2)中に残存するシアン化物が分解された反応液(3)を得、反応液(3)に酸を添加して、γ−ブチロラクトン化合物を含む反応液(4)を得るγ−ブチロラクトン化合物(例えば4−メチル−γ−ブチロラクトン)の製造方法。
【選択図】なし
Description
かかるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンやその関連物質の製造方法に関して、これまで数々の報告がされている。
例えば、特許文献1、及び非特許文献2,3には、下記に示すように、式(A)で示されるγ−ブチロラクトン化合物のα位をオキサリル化して式(B)で示される化合物を得た後、塩基の存在下、ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド前駆物質を反応させて、式(C)で示されるα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを得る方法が開示されている。
この方法によれば、安価な出発原料、汎用の反応装置を使用して、目的とするα−メチレン−β−アルキル−γ−ブチロラクトンを容易に製造することができる。
かくして本発明によれば、式(1)
で示されるプロパノール化合物、又は、式(2)
で示される環状亜硫酸エステル化合物の溶液に、シアン化物を添加して、式(3)
で示されるシアノプロパノール化合物を含む反応液(1)を得る工程(I)、得られた反応液(1)に、式(4):M(OH)n(Mは、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、又は遷移金属原子を表し、nは金属Mの原子価を表す。)で示される金属水酸化物を添加して、式(5)
で示されるヒドロキシカルボン酸塩を含む反応液(2)を得る工程(II)、得られた反応液(2)に次亜塩素酸塩を添加して、反応液(2)中に残存するシアン化物が分解された反応液(3)を得る工程(III)、及び、反応液(3)に酸を添加して、式(6)
で示されるγ−ブチロラクトン化合物を含む反応液(4)を得る工程(IV)を有するγ−ブチロラクトン化合物の製造方法が提供される。
本発明の製造方法は、毒性の高いシアン化水素に対する特別な安全対策が不要であり、工業的生産規模でγ−ブチロラクトン化合物を製造する場合において、従来技術で必要としたシアン化水素対策のための高価な設備が不要になることから、設備面及び製造コスト面で有利である。
本発明は、下記工程(I)〜(IV)を有するγ−ブチロラクトン化合物の製造方法である。
(I)前記式(1)で示されるプロパノール化合物、又は、式(2)で示される環状亜硫酸エステル化合物の溶液に、シアン化物を添加して、式(3)で示されるシアノプロパノール化合物を含む反応液(1)を得る工程(I)
(II)得られた反応液(1)に、式(4):M(OH)n(nは、金属Mの原子価を表す。)で示される金属水酸化物を添加してシアノ基の加水分解反応を行って、式(5)で示されるヒドロキシカルボン酸塩を含む反応液(2)を得る工程(II)
(III)得られた反応液(2)に次亜塩素酸塩を添加して、反応液(2)中に残存するシアン化物を分解して反応液(3)を得る工程(III)
(IV)反応液(3)に酸を添加して、式(6)で示されるγ−ブチロラクトン化合物を含む反応液(4)を得る工程(IV)
工程(I)は、前記式(1)で示されるプロパノール化合物(以下、「プロパノール化合物(1)」ということがある。)、又は、式(2)で示される環状亜硫酸エステル化合物(以下、「環状亜硫酸エステル化合物(2)」ということがある。)の溶液に、シアン化物を添加して、式(3)で示されるシアノプロパノール化合物を含む反応液(1)を得るものである。
R1、R2及びR3の炭素数3〜10のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が挙げられる。
R1、R2及びR3の置換基を有していてもよいアリール基のアリール基としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。
これらの置換基は、アリール基の任意の位置に結合していてもよく、同一又は相異なって複数個が結合していてもよい。
(製造方法1)
すなわち、ジオール化合物(7)に、塩化水素、臭素化水素等のハロゲン化剤を反応させることにより、式(1)中、Lがハロゲン原子である化合物(1a)を得ることができる。
(製造方法2)
すなわち、ジオール化合物(7)に、チオニルクロライド、チオニルブロマイド等の式:SOX”2で示されるチオニルハライドを反応させることにより、目的とする環状亜硫酸エステル化合物(2)を得ることができる(特開2006−312616号公報参照)。
反応時間は、反応規模にもよるが、通常、数分から数時間である。
工程(II)は、工程(I)で得られた反応液(1)に、式(4):M(OH)n(nは、金属Mの原子価を表す。)で示される金属水酸化物(以下、「金属水酸化物(4)」ということがある。)を添加して、式(5)
で示されるヒドロキシカルボン酸塩を含む反応液(2)を得る工程である。
nはMの原子価を表す。
反応時間は反応規模にもよるが、通常30分から10時間である。
工程(III)は、工程(II)で得られた反応液(2)に、次亜塩素酸塩を添加して、反応液(2)中に残存するシアン化物が分解された反応液(3)を得る工程である。
次亜塩素酸塩は、反応を安全に行う観点、及び収率よく目的物が得られる観点から水溶液で用いるのが好ましい。
シアン化物の一次分解反応においては、以下のような反応が主に進行すると考えられる。
反応時間は反応規模にもよるが、通常10分から5時間である。
還元剤の添加量は、残存する次亜塩素酸塩を分解するのに必要な量であればよいが、添加した次亜塩素酸塩1モルに対して、通常0.01〜0.5モル程度である。
工程(IV)は、反応液(3)に酸を添加して、式(6)で示されるγ−ブチロラクトン化合物を含む反応液(4)を得る工程である。
酸の使用量は、反応液(3)のpHが2以下、好ましくは1以下となる量である。
反応時間は反応規模にもよるが、通常10分から5時間である。
γ−ブチロラクトン化合物(6)を得ることができる。
また、目的物の構造は、NMRスペクトル、IRスペクトル、マススペクトルなどを測定することにより、確認し、同定することができる。
なお、分析に用いたガスクロマトグラフィーは、以下のものを使用した。
カラム:30m×0.32mm、φ0.25μm;Agilent HP−5(ヒューレット・パッカード社製)
キャリアーガス:ヘリウムガス
測定条件:
・INIT.TEMP:50℃
・INIT.TIME:5分
・昇温速度:10℃/分
・FINAL TEMP:270℃
・検出器:FID
ジメチルスルホキシド(DMSO)100ml、及びシアン化ナトリウム56.75g(純度95%、1.10mol)を反応容器に仕込み、反応容器内の温度を95℃に昇温した。そこへ、3−クロロ−2−メチルプロパノール(CLP)110.79g(純度98%、1.00mol)を、攪拌下、同温度でゆっくりと滴下し、滴下終了後、95〜99℃でさらに5時間全容を攪拌した。ガスクロマトグラフィーにより、原料のCLPの消失を確認した後、反応液を室温に戻した。
次いで、反応液に水を272ml添加し、反応混合物から、3−シアノ−2−メチルプロパノール(CMP)を含む有機層を分取した。
工程I−1で得たCMPを含む有機層に、30%水酸化ナトリウム水溶液146.67g(NaOHとして1.10mol)を添加し、全容を攪拌しながら100℃まで昇温し、同温度でさらに2時間攪拌した。この間、反応液からアンモニアガスが17.00g発生した。ガスクロマトグラフィーにより、CMPの消失を確認した後、反応液を室温に戻した。反応液のpHが11以上であることを確認した後、12%次亜塩素酸ナトリウム水溶液310.7g(NaClOとして、0.50mol)を反応液に添加し、全容を、20〜30℃で90分間攪拌することにより、過剰のシアン化ナトリウムの一次分解反応を行った。この間、反応混合物から窒素ガスの発生が認められた。
次いで、シアン化ナトリウムの一次分解反応を行って得られた反応混合物に、35%塩酸の31.26g(HClとして0.30mol)を20〜30℃で添加し、反応混合物のpHを7〜8に調整した後、同温度でさらに90分間攪拌して二次分解反応を行った。この間、反応混合物から窒素ガスの発生が認められた。
次に、二次分解反応を行って得られた反応混合物に、亜硫酸ナトリウム6.40g(0.05mol)を添加して、全容を20〜30℃で10分間攪拌して、過剰の次亜塩素酸を分解した。この際、KIでんぷん紙を用いて、次亜塩素酸が完全に分解されたことを確認した。
上記で得られた反応混合物に、35%塩酸130.25gを、20〜30℃で滴下し、滴下終了後、さらに1時間攪拌することにより、目的とする4−メチル−γ−ブチロラクトン(6−1)を含む溶液を得た。
工程IV−1で得られた溶液にクロロホルムを添加して、溶媒抽出を3回(クロロホルム170ml×3)行った。有機層を集め、飽和食塩水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別した後、ろ液を濃縮して、目的とする4−メチル−γ−ブチロラクトン(6−1)の粗生成物135.20gを得た。この粗生成物をガスクロマトグラフィーにより分析した結果、4−メチル−γ−ブチロラクトン(6−1)が収率87.4%で得られたことがわかった。
さらに、得られた4−メチル−γ−ブチロラクトン(6−1)の粗生成物を減圧蒸留することにより、4−メチル−γ−ブチロラクトン(6−1)の高純度品を89.03g得た(蒸留収率95%)。
Claims (1)
- 式(1)
で示されるプロパノール化合物、または、式(2)
で示される環状亜硫酸エステル化合物の溶液に、シアン化物を添加して、式(3)
で示されるシアノプロパノール化合物を含む反応液(1)を得る工程(I)、得られた反応液(1)に、式(4):M(OH)n(Mは、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子または遷移金属原子を表し、nはMの原子価を表す。)で示される金属水酸化物を添加して、式(5)
で示されるヒドロキシカルボン酸塩を含む反応液(2)を得る工程(II)、得られた反応液(2)に次亜塩素酸塩を添加して、反応液(2)中に残存するシアン化物が分解された反応液(3)を得る工程(III)、および、反応液(3)に酸を添加して、式(6)
で示されるγ−ブチロラクトン化合物を含む反応液(4)を得る工程(IV)
を有するγ−ブチロラクトン化合物の製造方法。
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