JP2009298771A

JP2009298771A - ２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法

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Publication number: JP2009298771A
Application number: JP2009089799A
Authority: JP
Inventors: Hakuko Nishimura; 博貢西村; Atsushi Nagasawa; 敦志永澤; Makiko Muroi; 麻紀子室井; Kunji Matsumoto; 薫司松本
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: JP5486210B2

Abstract

【課題】２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンを高収率、高純度で得ることができる製造方法を提供する。
【解決手段】下記一般式（１）で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）−シクロアルカン−１−オンを原料とし、酸及び白金族金属触媒の共存下で、水素ガス濃度５〜４５容量％の雰囲気下で脱水異性化させる工程（Ａ）の後に、水素ガス濃度１容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度の雰囲気下で脱水異性化させる工程（Ｂ）を含む、下記一般式（２）で表される２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法である。

（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ水素原子又は炭素数１〜８のアルキル基を示すか、又はＲ¹とＲ²とに隣接する炭素原子を介してシクロペンタン環又はシクロヘキサン環を形成してもよい。）
【選択図】なし

Description

本発明は、２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法に関する。

２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンは、生理活性物質や香料の合成中間体として有用である。従来、２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンは、２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの脱水反応によって、まず２−（アルキリデン）シクロアルカノンを合成し、次いでこれを異性化反応させることにより製造されている。
上記の脱水反応は、一般的に酸の存在下で行われることが知られており、例えば、特許文献１及び２には、シュウ酸やリン酸を用いた脱水反応が記載され、特許文献３には、固体酸を用いた脱水反応が記載されている。
上記の異性化反応は、金属触媒を用いる例が報告されており、例えば、特許文献４には、白金族金属触媒を用いた異性化反応が記載されている。

また、脱水反応及び異性化反応を一段階で行う方法も知られている。例えば、特許文献１には、還流ｎ−ブタノール中、塩化水素又は臭化水素を用いて、脱水と異性化とを一段階で行う方法、特許文献５には、不活性溶媒存在下、ハロゲン化水素やスルホン酸類を用いて、系外に水を除去しながら反応を行う方法、特許文献６には、高沸点溶媒存在下スルホン酸類を用いて生成する水及び２−アルキル−２−シクロペンテノンを系外に取り出しながら反応を行う方法が、それぞれ記載されている。

上記脱水反応と異性化反応を別々に行う場合は、特許文献１〜３のように酸で脱水反応が進行し、特許文献４のように金属触媒で異性化反応は進行する。しかし、これらの場合、工程が増えて生産性が低下するうえに、収率も満足いくものではない。
また、特許文献１、５及び６に開示される、脱水反応及び異性化反応を、酸を用いて一段階で行う方法では、使用できる酸は強酸に限られており、反応槽の腐食性が高いため、製造設備としては腐食しない設備を使用する必要があり、また、反応中間体である２−（アルキリデン）シクロアルカノンや生成物である２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンが重合したり、分解したりするので収率の低下が避けられない。さらに、反応終了後のアルカリ処理、水洗処理等により、大量の廃液が副生するという問題がある。

特開昭５６−１４７７４０号公報特開２００４−２１７６２０号公報特開２００４−２０３８４４号公報特公昭５８−４２１７５号公報特開平５−９２９３４号公報特開２００１−２６１６０８号公報

本発明は、２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンを高収率、高純度で得ることができる製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は、２−（１−ヒドロキシアルキル）−シクロアルカン−１−オンを、酸と白金族金属触媒の共存下、濃度を経時的に変化させた水素ガス雰囲気下で脱水異性化させることにより、高収率、高純度で目的化合物を合成し得ることを見出した。

すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）−シクロアルカン−１−オンを原料とし、酸及び白金族金属触媒の共存下で、工程（Ａ）の後に、工程（Ｂ）の工程を含む、下記一般式（２）で表される２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法を提供する。
工程（Ａ）：水素ガス濃度５〜４５容量％の雰囲気下で脱水異性化させる工程
工程（Ｂ）：水素ガス濃度１容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度の雰囲気下で脱水異性化させる工程

（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ水素原子又は炭素数１〜８のアルキル基を示すか、又はＲ¹とＲ²とに隣接する炭素原子を介してシクロペンタン環又はシクロヘキサン環を形成してもよい。）

（式中、ｎ、Ｒ¹及びＲ²は前記と同じである。）

本発明によれば、２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンを高収率、高純度で得ることができる製造方法を提供することができる。

本発明の下記一般式（２）で表される２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オン（以下、化合物（２）ともいう）の製造方法は、下記一般式（１）で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）−シクロアルカン−１−オン（以下、化合物（１）ともいう）を原料とし、酸及び白金族金属触媒の共存下で、工程（Ａ）の後に、工程（Ｂ）の工程を含むことを特徴とする。
工程（Ａ）：水素ガス濃度５〜４５容量％の雰囲気下で脱水異性化させる工程
工程（Ｂ）：水素ガス濃度１容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度の雰囲気下で脱水異性化させる工程

［化合物（１）及び（２）］
本発明の化合物（２）の製造方法においては、原料として化合物（１）が用いられる。
前記一般式（１）及び（２）において、Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜８のアルキル基を示すか、又はＲ¹とＲ²とに隣接する炭素原子を介してシクロペンタン環又はシクロヘキサン環を形成してもよい。Ｒ¹及びＲ²は、水素原子又は直鎖又は分岐鎖のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は直鎖のアルキル基であることがより好ましい。
Ｒ¹及びＲ²であるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐鎖の各種プロピル基、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基が挙げられる。
ここで、「Ｒ¹とＲ²とに隣接する炭素原子を介してシクロペンタン環又はシクロヘキサン環を形成」するとは、Ｒ¹が炭素原子を介してＲ²と結合して、又は、Ｒ²が炭素原子を介してＲ¹と結合して、５員環又は６員環を形成」することを意味する。なお、炭素原子に結合した水素原子は、例えば炭素数１〜５のアルキル基、アルケニル基等の炭化水素基で置換していてもよい。

化合物（１）の具体例としては、２−（１−ヒドロキシプロピル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシブチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシヘキシル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシ−１−メチルブチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシ−２−メチルブチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシシクロペンチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシシクロヘキシル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシプロピル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシブチル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシヘキシル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシ−１−メチルブチル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシ−２−メチルブチル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシシクロペンチル）−シクロヘキサノン、２−（１−ヒドロキシシクロヘキシル）−シクロヘキサノン等が挙げられる。これらの中では、２−（１−ヒドロキシプロピル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシブチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノン、２−（１−ヒドロキシヘキシル）−シクロペンタノンが好ましく、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノンが特に好ましい。

化合物（２）の具体例としては、２−プロピル−２−シクロペンテン−１−オン、２−ブチル−２−シクロペンテン−１−オン、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オン、２−ヘキシル−２−シクロペンテン−１−オン、２−（１−メチルブチル）−２−シクロペンテン−１−オン、２−（２−メチルブチル）−２−シクロペンテン−１−オン、２−シクロペンチル−２−シクロペンテン−１−オン、２−シクロヘキシル−２−シクロペンテン−１−オン、２−プロピル−２−シクロヘキセン−１−オン、２−ブチル−２−シクロヘキセン−１−オン、２−ペンチル−２−シクロヘキセン−１−オン、２−ヘキシル−２−シクロヘキセン−１−オン、２−（１−メチルブチル）−２−シクロヘキセン−１−オン、２−（２−メチルブチル）−２−シクロヘキセン−１−オン、２−シクロペンチル−２−シクロヘキセン−１−オン、２−シクロヘキシル−２−シクロヘキセン−１−オン等が挙げられる。これらの中では、２−プロピル−２−シクロペンテン−１−オン、２−ブチル−２−シクロペンテン−１−オン、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オン、２−ヘキシル−２−シクロペンテン−１−オンが好ましく、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが特に好ましい。

［化合物（１）の製法］
化合物（１）は、公知の方法により製造することができる。例えば、炭素数５又は６のシクロアルカノンと、下記一般式（３）で表されるアルデヒド又はケトンを反応させることにより得ることができる。
本発明では、このような方法で得られる化合物（１）を精製せずに用いることもできるが、触媒の活性が低下する場合は蒸留等により精製して使用してもよい。

（式中、Ｒ¹及びＲ²は、前記と同じである。）

［化合物（２）の製法］
本発明において化合物（２）は、酸及び白金族金属触媒の共存下で、濃度を経時的に変化させた水素ガス雰囲気下に化合物（１）を脱水異性化反応させることにより製造される。より具体的には、化合物（２）は、酸及び白金族金属触媒の共存下で、工程（Ａ）水素ガス濃度５〜４５容量％の雰囲気下で脱水異性化させる工程を行った後、工程（Ｂ）水素ガス濃度１容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度の雰囲気下で脱水異性化させる工程を行うことにより製造される。

＜酸＞
本発明に用いられる酸としては、無機酸、有機酸、及び固体酸等を用いることができる。
（無機酸及び有機酸）
無機酸及び有機酸としては、一般的な酸を用いることができる。具体的には、塩酸、硫酸、リン酸、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸等の縮合リン酸等の無機酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、マレイン酸、フマル酸、リンゴ酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、沸点の点から、リン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸等の縮合リン酸、シュウ酸、クエン酸、マレイン酸、フマル酸、及びリンゴ酸等の有機酸がより好ましく、リン酸、シュウ酸が特に好ましい。これらの酸は１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

（固体酸）
固体酸としては、公知の固体酸を用いることができる。具体的には、活性アルミナ、硫酸ジルコニア、金属リン酸塩、トリポリリン酸二水素アルミニウム、酸化チタン等の無機金属固体や、カチオン交換樹脂、シリカ−チタニア複合酸化物、シリカ−酸化カルシウム複合酸化物、シリカ−マグネシア複合酸化物、ゼオライト等が挙げられる。
固体酸は、アンモニア昇温脱離（ＴＰＤ；Temperature Programmed Desorption）法において、１００〜２５０℃の温度範囲でアンモニア（ＮＨ₃）の脱離を起こす酸点の量（ｍｍｏｌ／ｇ）が、２５０℃より高い温度でＮＨ₃の脱離を起こす酸点の量（ｍｍｏｌ／ｇ）より多いものがより好ましい。１００〜２５０℃の範囲でＮＨ₃の脱離を起こす酸点の量は、０．３ｍｍｏｌ／ｇ以上であり、かつ２５０℃より高い温度でＮＨ₃の脱離を起こす酸点の量は、０．３ｍｍｏｌ／ｇ未満であることがより好ましい。

上記の酸点の量は、触媒学会参照触媒であるゼオライト；ＪＲＣ−Ｚ５−２５Ｈのｈｉｇｈピーク（観測される２種のピークのうち、高温側のピーク）を０．９９ｍｍｏｌ／ｇとしてこれに対する相対的な量として測定する。ピークの検出は、質量スペクトルにおけるアンモニアのｍ／ｅ＝１６のフラグメントでアンモニアを定量することにより行う。
ＴＰＤ（アンモニア昇温脱離）の測定法としては、一般的に行われる測定法を用いることができる。例えば、以下のような条件で前処理、ＮＨ₃吸着処理、真空処理を順に行った後、ＴＰＤ測定を行う。
前処理：ヘリウムガス中２００℃まで２０分で昇温、１時間保持
ＮＨ₃吸着処理：５０℃、２．７ｋＰａで１０分間ＮＨ₃を吸着
真空処理：５０℃、４時間処理
ＴＰＤ測定：ヘリウムガスを５０ｍｌ／ｍｉｎで流通、昇温速度５℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温

このような酸点の分布をもつ固体酸としては、例えば、下記構造（Ａ）、構造（Ｂ）及び金属原子（Ｃ）の少なくとも１つを有するものが好ましく挙げられ、なかでも構造（Ａ）と金属原子（Ｃ）、構造（Ｂ）と金属原子（Ｃ）、及び構造（Ａ）と構造（Ｂ）と金属原子（Ｃ）を含む固体酸が好ましい。
・構造（Ａ）：無機リン酸が有するＯＨ基の少なくとも一つから水素原子が除かれた構造
・構造（Ｂ）：下記一般式（４）又は（５）で表される有機リン酸が有するＯＨ基の少なくとも一つから水素原子が除かれた構造
・金属原子（Ｃ）：アルミニウム、ガリウム及び鉄から選ばれる１種以上の金属原子

（式中、Ｒ⁴及びＲ⁵は、それぞれＲ⁶、ＯＲ⁶、ＯＨ、Ｈから選ばれ、Ｒ⁴及びＲ⁵の少なくとも一方は、Ｒ⁶又はＯＲ⁶である。ただし、Ｒ⁶は炭素数１〜２２の有機基であり、炭素数１〜１５の有機基が好ましく、炭素数１〜６の有機基がより好ましい。）

構造（Ａ）としては、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリン酸等の縮合リン酸等が挙げられる。これらの中では、性能の点から、オルトリン酸から誘導されるが構造（Ａ）好ましい。
また構造（Ｂ）において、一般式（４）又は（５）で表される有機リン酸としては、ホスホン酸、ホスホン酸モノエステル、ホスフィン酸、リン酸モノエステル、リン酸ジエステル、亜リン酸モノエステル、亜リン酸ジエステル等が挙げられ、これらの混合物でもよい。これらの中では、ホスホン酸から誘導される構造（Ｂ）が好ましい。
また、有機基Ｒ⁶としては、好ましくは炭素数１〜１５、より好ましくは炭素数１〜８の有機基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種オクチル基等のアルキル基、フェニル基、３−メチルフェニル基等のアリール基等が挙げられる。

金属原子（Ｃ）としては、性能及び／又はコストの点から、アルミニウムが好ましい。なお、選択性その他性能を改良する目的で、アルミニウム、ガリウム、鉄以外の金属原子を少量有してもよい。また触媒中に含まれる金属原子（Ｃ）の全てが、必ずしも、構造（Ａ）又は構造（Ｂ）と結合している必要はなく、金属原子（Ｃ）の一部分が金属酸化物又は金属水酸化物等の形で存在していてもよい。

固体酸の調製法として、沈殿法や金属酸化物又は水酸化物に無機リン酸及び有機リン酸を含浸する方法、無機リン酸アルミニウムゲル中の無機リン酸基を有機リン酸基へ置換する方法等が用いられ、これらの中では沈殿法が好ましい。
また、固体酸を調製する際に、高表面積の担体を共存させ、担持触媒を得ることも可能である。担体として、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、ケイソウ土、活性炭等を用いることができる。担体を過剰に用いると、活性成分の含有量が低下し、活性を低下させるため、触媒中の担体の占める割合は、９０重量％以下が好ましい。
固体酸の形状は、粉末でも成型したものでもよい。また、固体酸は、全て同一組成であってもよく、異なる組成の固体酸を組み合わせて用いてもよい。

上記の無機酸、有機酸、及び固体酸は、それぞれ単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。固体酸のみを用いる場合は、中和工程を省略することもできる。
酸の使用量は、反応性の観点から、原料に対し０．０００１質量％以上が好ましい。一方、生成する二重結合を含む化合物間の重合を抑え、収率を向上させるという観点から、酸の使用量は２５質量％以下が好ましい。上記観点から、酸の使用量は、０．００１〜１２質量％がより好ましく、０．０１〜６質量％が特に好ましい。

＜白金族金属触媒＞
本発明に用いられる白金族金属触媒は、周期律表第５〜６周期の第８〜１０族元素に含まれる、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選ばれる１種以上の金属成分を主成分として含む触媒である。これらの金属成分の中では、触媒活性等の観点から、Ｐｔ及びＰｄが好ましく、Ｐｄがより好ましい。またこれらの金属成分は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。ここで、「主成分として含む」とは、触媒金属成分中に、当該成分を好ましくは５０モル％以上、より好ましくは７０モル％以上、より好ましくは９０モル％以上、更に好ましくは９５モル％以上含むことを意味する。
これらの白金族金属触媒は、他の金属成分又は副次量の助触媒を含有していてもよい。このような他の金属成分の例としては、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の周期律表第４周期の第４〜１１族元素や、Ｗ、Ａｇ及びＡｕ等が挙げられる。

触媒は、担持型、ラネー型、可溶型、粉末状、顆粒状等の形態に適宜調製して使用することができる。
担持型触媒は、触媒の耐久性等の物理的特性を改善するために金属成分を担体に担持した触媒である。担持型触媒の調製は、沈殿法、イオン交換法、蒸発乾固法、噴霧乾燥法、混練法等の公知の方法により行うことができる。担体としては、炭素（活性炭）、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、硫酸バリウム及び炭酸カルシウム等が挙げられる。これらの中では、炭素（活性炭）、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナが好ましい。
触媒としてパラジウム触媒を用いる場合の具体例としては、パラジウムカーボン、パラジウム担持アルミナ、パラジウム担持硫酸バリウム、パラジウム担持炭酸カルシウム等が挙げられる。これらの中では、反応性が高く、反応後にパラジウム触媒を容易に回収可能なパラジウムカーボン、パラジウム担持アルミナが好ましく、入手性や取り扱いの簡便さ、反応性等の観点から、パラジウムカーボンが特に好ましい。
担持型触媒における金属成分の担持量は、触媒活性の点から、担体と担持された金属成分との合計量に基づき、通常０．１〜７０質量％程度が好ましい。
ラネー型触媒は多孔質のスポンジ状金属触媒であり、例えば、久保松照夫、小松信一郎著、「ラネー触媒」、共立出版（１９７１））等により調製することができる。
可溶型触媒を用いる場合は、例えば、硝酸、塩酸などの無機酸などの金属塩水溶液、又は各種金属塩の混合水溶液を反応系に滴下すればよい。
なお、上記の触媒として市販品を使用することもできる。

白金族金属触媒の使用量は、反応形式により適宜最適化することができる。
回分式の場合は、反応性及び経済性の観点から、原料である化合物（１）に対して、金属量として０．０００２〜３質量％が好ましく、０．００２〜２質量％がより好ましく、０．００５〜１質量％がさらに好ましい。
酸と白金族金属触媒は、別々の形態で用いることもでき、また一つの形態を有する触媒として使用することもできる。例えば、酸性の担体に白金族金属を担持する形態とすれば、酸を別途添加する必要がない。
酸及び白金族金属触媒を用いる場合は、懸濁床でも固定床でもよい。
担体に担持させた酸、又は固体酸を用いた固定床反応の場合には、触媒等と反応終了物との分離工程が要らないことから、大量生産する際には有効である。
懸濁床反応でも固体触媒を使用すれば、濾過等により触媒等と反応液とを容易に分離することができ、触媒をリサイクルすることも可能である。また、反応形式は、液相でも気相でも、また回分式でも連続式でも行うことができる。

＜脱水異性化の反応条件＞
（水素ガス濃度）
本発明における脱水異性化において、反応前半の工程（Ａ）での水素ガス濃度は、白金族触媒を活性化する観点から５〜４５容量％であり、５〜４０容量％が好ましい。また、場合により、反応前半の工程（Ａ）での水素ガス濃度は、１５〜４５容量％が好ましく、１５〜４０容量％がより好ましい。
また、反応後半の工程（Ｂ）での水素ガス濃度は、後述する化合物（６）の副生を抑える観点から、１容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度あり、１．５容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度が好ましく、２容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも３容量％以上低い濃度が特に好ましい。
また、場合により、反応後半の工程（Ｂ）での水素ガス濃度は、５容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度が好ましく、５容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも５容量％以上低い濃度がより好ましく、５容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも８容量％以上低い濃度が更に好ましい。
また、水素ガス濃度は、工程（Ａ）又は工程（Ｂ）の工程中で一定でもよく、上記の濃度範囲内にあれば、変動させてもよい。

水素ガスは不活性ガスとの混合ガスとして用いることが好ましく、脱水異性化は、当該混合ガス雰囲気下又は流通下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が好ましく挙げられ、なかでも窒素ガスが好ましい。

本発明において、脱水異性化における中間体及び／又は生成物の一部は、水素ガスにより二重結合が還元され、下記一般式（６）で表される２−アルキルシクロアルカン−１−オン（以下、化合物（６）ともいう）が生成する。

（式中、ｎ、Ｒ¹及びＲ²は前記と同じである。）

なお、化合物（６）は、例えば特開平９−１０４６８１号公報に記載されているように、過酢酸等を酸化剤として用い、バイヤービリガー（Ｂａｅｙｅｒ−Ｖｉｌｌｉｇｅｒ）酸化反応（ケトンと過カルボン酸を反応させて、ケトンのカルボニル基の隣りに酸素原子が挿入されたカルボン酸エステルを得る酸化反応）を行わせることにより、香料素材として有用な、下記一般式（７）で表される５−アルキル−５−アルカノリドを製造することができる。

（式中、ｎ、Ｒ¹及びＲ²は前記と同じである。）

（反応条件）
本発明における脱水異性化の反応温度は、７０〜３００℃が好ましい。反応を短時間で終了させ、化合物（２）の重合及び分解を防いで収率を高めるという観点から、９０〜２００℃がより好ましく、１００〜１７０℃がさらに好ましく、１３０〜１６０℃が特に好ましい。
脱水異性化は、常圧でも進行するが、減圧下で反応させることにより、生成する水を効率的に系外へ留去させ、原料及び反応生成物を留出させないで効率的に反応させることができる。反応圧力としては、反応温度に応じ、２０〜２００ｋＰａの範囲とすることが好ましく、５０〜１５０ｋＰａの範囲とすることがより好ましい。本発明の方法においては、生成する水を留去しながら反応を行うことが好ましい。
脱水異性化の反応時間については化合物（２）を高収率、高純度で得る観点から、工程（Ａ）の反応時間を工程（Ａ）及び（Ｂ）の合計反応時間の５％〜５０％とすることが好ましく、１０％〜４０％とすることがより好ましく、１０％〜３５％とすることが更に好ましい。

＜溶媒＞
本発明は、溶媒の存在下でも不存在下でも行うことができる。溶媒を使用しない場合は生産性、経済性の観点から有利である。溶媒としては、特に制限されないが、不活性有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルプロピルケトン等のケトン類、イソプロピルエーテル、ｎ−ブチルエーテル、１，４−ジオキサン、イソアミルエーテル、ｎ−ヘキシルエーテル等のエーテル類、ギ酸ｎ−メチル、ギ酸ｎ−プロピル、ギ酸ｎ−ブチル、酢酸メチル、酢酸イソプロピル、酢酸ｎ-ブチル等のエステル類、ｎ−へキサン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、リグロイン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の炭化水素類等が挙げられる。これらの溶媒は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
溶媒の使用量は、原料の化合物（１）に対して、０．１〜５質量倍とすることが好ましく、０．３〜２質量倍とすることがより好ましい。

本発明の化合物（２）の製造方法によれば、反応中間体である２−（アルキリデン）シクロアルカノン、生成物である２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの重合を防ぐことが可能となり、化合物（２）を高収率、高純度で得ることができる。また、腐食性、毒性の低い酸及び白金族金属触媒を用いて目的化合物を製造すること、酸及び白金族金属触媒の再利用、及び溶媒を使用しなくても目的化合物を製造することが可能である。

以下の例において、「％」は特記しない限り「質量％」である。また、反応圧力は、すべて１０１ｋＰａ（大気圧）である。
生成物の定量は、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析（ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、６８９０Ｎ、カラム：ＤＢ−１（３０ｍ×０．２５ｍｍ×０．２５μｍ）、オーブン：１００℃→５℃／ｍｉｎ．→２１０℃→２０℃／ｍｉｎ．→２８０℃（４．５ｍｉｎ．ｈｏｌｄ）（計３０ｍｉｎ．）、キャリア：Ｈｅ、流量：１．６ｍＬ／ｍｉｎ．、注入口：２００℃、検出器（ＦＩＤ）：２８０℃、注入量:１μＬ，スプリット：１００:１）による内部標準法（内部標準：ウンデカン（ナカライテスク株式会社製、純度９９％））によって行った。

合成例１（２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オンの合成）
滴下槽を備えた６ｍ³の反応槽に、シクロペンタノン２２４１ｋｇ（２６．６ｋｍｏｌ）、水１００７ｋｇ、４８％ＮａＯＨ１１ｋｇを仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド９８５ｋｇ（１１．４ｋｍｏｌ）を５時間かけて滴下した後、１時間撹拌した。反応終了後、中和し、過剰のシクロペンタノンを蒸留回収した。有機層の反応終了品１８６８ｋｇ中には２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン１７０６ｋｇが含まれていた。

製造例１（固体酸：ＥｔＰ−ＡｌＰＯ₄の製造）
エチルホスホン酸（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、純度９８％）９．９ｇと、８５％オルトリン酸（キシダ化学株式会社製）２７．７ｇ、硝酸アルミニウム（９水和物）（Ａｌｄｒｉｃｈ社製、純度９８％）１１２．５ｇを、水１０００ｇに溶解させた。室温にて、この混合溶液にアンモニア水溶液（キシダ化学株式会社製）を滴下し、ｐＨを５まで上昇させた。途中、ゲル状の白色沈殿が生成した。沈殿をろ過し、水洗後、１１０℃で１５時間乾燥した後、６０メッシュ以下に粉砕し、２５０℃で３時間焼成することにより、固体酸：ＥｔＰ−ＡｌＰＯ₄を得た。
得られた固体酸について、ＩＣＰ発光分析装置（島津製作所製、ＩＣＰＳ１０００ＩＩＩ）、及びＣＨＮ元素分析装置（パーキンエルマー社製、２４００−２）を用いて、固体酸中の金属、リン及び炭素を測定した結果、金属１６％、リン１９％、炭素２．５％を含み、有機リン酸モル比ｘは０．１７であった。

また、得られた固体酸の酸点をアンモニア昇温脱離法（ＴＰＤ）によって測定〔測定装置；日本ベル株式会社製、マルチタスクＴＰＤ，測定条件；（前処理）ヘリウム中２００℃まで２０分で昇温、１時間保持、（ＮＨ₃吸着処理）５０℃、２．７ｋＰａで１０分間ＮＨ₃を吸着、（真空処理）５０℃、４時間処理、（ＴＰＤ測定）ヘリウムガスを５０ｍｌ／ｍｉｎで流通、昇温速度５℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温。酸点の量は、触媒学会参照触媒であるゼオライト；ＪＲＣ−Ｚ５−２５Ｈのｈｉｇｈピーク（観測される２種のピークのうち、高温側のピーク）を０．９９ｍｍｏｌ／ｇとして、これに対する相対的な量として決定〕した結果、１００〜２５０℃においてアンモニアの脱離を起こす酸点の量は０．７４ｍｍｏｌ／ｇ、２５０℃より高い温度範囲でアンモニアの脱離を起こす酸点の量は０．０６ｍｍｏｌ／ｇであった。

実施例１
（１）工程（Ａ）
脱水管を備えた２００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコ（ガラス製）に、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン５０ｇ（純度８４％、０．２４７ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）０．２０ｇ、５％Ｐｄ／Ｃ（Ｎ．Ｅ．ＣｈｅｍＣａｔ社製、Ｐｄカーボン粉末、４９％含水品、ｐＨ＝５．８）５．１ｇ（乾燥重量２．６ｇ）を加え、水素濃度２５容量％、窒素濃度７５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０℃になるように加熱し混合し、温度が１４０℃に達した後３Ｈｒの反応を行なった。
（２）工程（Ｂ）
工程（Ａ）に続いて水素濃度１２．５容量％、窒素濃度８７．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０〜１４７℃（平均温度１４６℃）で１２Ｈｒの反応を行なった。
工程（Ｂ）終了後、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが０．２１９ｍｏｌ生成し、２−ペンチルシクロペンタン−１−オンが０．０１２ｍｏｌ副生していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は８８．６％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

実施例２
（１）工程（Ａ）
脱水管を備えた２００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコ（ガラス製）に、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン５０ｇ（純度８３％、０．２４４ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）０．２０ｇ、前記５％Ｐｄ／Ｃ（Ｎ．Ｅ．ＣｈｅｍＣａｔ社製）５．１ｇ（乾燥重量２．６ｇ）を加え、水素濃度４０容量％、窒素濃度６０容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０℃になるように加熱し混合し、温度が１４０℃に達した後３Ｈｒの反応を行なった。
（２）工程（Ｂ）
工程（Ａ）に続いて水素濃度１２．５容量％、窒素濃度８７．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０〜１４７℃（平均温度１４６℃）で１０Ｈｒの反応を行なった。
工程（Ｂ）終了後、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが０．２０９ｍｏｌ生成し、２−ペンチルシクロペンタン−１−オンが０．０１８ｍｏｌ副生していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は８５．６％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

比較例１
（１）工程（Ａ）
脱水管を備えた２００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコ（ガラス製）に、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン５０ｇ（純度８２％、０．２４２ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）０．２０ｇ、前記５％Ｐｄ／Ｃ（Ｎ．Ｅ．ＣｈｅｍＣａｔ社製）５．１ｇ（乾燥重量２．６ｇ）を加え、水素濃度１００容量％のガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０℃になるように加熱し混合し、温度が１４０℃に達した後２Ｈｒの反応を行なった。
（２）工程（Ｂ）
工程（Ａ）に続いて水素濃度５０容量％、窒素濃度５０容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら１４０℃で３Ｈｒの反応を行ない、更に水素濃度２０容量％、窒素濃度８０容量％の混合ガスを反応液に吹き込みながら、１４７℃で３Ｈｒの反応を行なった。
工程（Ｂ）終了後、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが０．２００ｍｏｌ生成し、２−ペンチルシクロペンタン−１−オンが０．０３１ｍｏｌ副生していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は８２．８％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

比較例２
（１）工程（Ａ）
脱水管を備えた２００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコ（ガラス製）に、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン５０ｇ（純度８３％、０．２４４ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）０．２０ｇ、前記５％Ｐｄ／Ｃ（Ｎ．Ｅ．ＣｈｅｍＣａｔ社製）５．１ｇ（乾燥重量２．６ｇ）を加え、水素濃度５０容量％、窒素濃度５０容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０℃になるように加熱し混合し、温度が１４０℃に達した後３Ｈｒの反応を行なった。
（２）工程（Ｂ）
工程（Ａ）に続いて水素濃度１２．５容量％、窒素濃度８７．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら１４０℃〜１４７℃（平均温度１４５℃）で９Ｈｒの反応を行なった。
工程（Ｂ）終了後、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが０．２０５ｍｏｌ生成し、２−ペンチルシクロペンタン−１−オンが０．０２２ｍｏｌ副生していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は８４．３％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

比較例３
脱水管を備えた２００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコに、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン５０．８ｇ（純度８１％、０．２４３ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）０．１３ｇ、前記５％Ｐｄ／Ｃ（Ｎ．Ｅ．ＣｈｅｍＣａｔ社製）５．０ｇ（乾燥重量２．６ｇ）を加え、水素濃度１２．５容量％、窒素濃度８７．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら１５０℃になるように加熱し混合した。
温度が１５０℃に達した反応開始から１５．５時間後には、留分が７．８１ｇ得られ、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オン３１．４ｇ（０．２０６ｍｏｌ）、２−ペンチルシクロペンタン−１−オン１．５ｇ（０．０１０ｍｏｌ）が生成していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は８５．０％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

実施例３
（１）工程（Ａ）
脱水管を備えた２０００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコ（ガラス製）に、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン１３９５ｇ（純度８５％、６．９５ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）３．６ｇ、５％Ｐｄ／Ｃ(エボニックデグサジャパン社製、粉末、６８．６％含水品）１３３．３ｇ（乾燥重量４１．９ｇ）を加え、水素濃度１２．５容量％、窒素濃度８７．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０℃になるように加熱し混合し、温度が１４０℃に達した後７Ｈｒの反応を行なった。
（２）工程（Ｂ）
工程（Ａ）に続いて水素濃度７．５容量％、窒素濃度９２．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹込みながら、１５０℃で７Ｈｒの反応を行なった。
工程（Ｂ）終了後、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが６．１３ｍｏｌ生成し、２−ペンチルシクロペンタン−１−オンが０．３０ｍｏｌ副生していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は８８．１％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

比較例４
（１）工程（Ａ）
脱水管を備えた２０００ｍｌの４つ口セパラブルフラスコ（ガラス製）に、合成例１に記載の製造方法で得られた２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン１３９５ｇ（純度８５％、６．９５ｍｏｌ）、製造例１で調製した固体酸（形態：粉末）３．６ｇ、５％Ｐｄ／Ｃ（エボニックデグサジャパン社製、粉末、４９％含水品）１３３．３ｇ（乾燥重量４１．９ｇ）を加え、水素濃度１２．５容量％、窒素濃度８７．５容量％の混合ガスを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１４０℃になるように加熱し混合し、温度が１４０℃に達した後７Ｈｒの反応を行なった。
（２）工程（Ｂ）
工程（Ａ）に続いて窒素ガスのみを、原料の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オン純分１ｇあたり０．２Ｎ−ｍＬ／分の流量で反応液に吹き込みながら、１５０℃で１５Ｈｒの反応を行なった。
工程（Ｂ）終了後、反応終了物をＧＣにより定量した結果、２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンが３．４３ｍｏｌ生成し、２−ペンチルシクロペンタン−１−オンが０．１４ｍｏｌ副生していた。２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンの収率は４９．３％であった。その他の副生成物についての結果も纏めて表１に示す。

表１の脚注を以下に示す。
１）触媒量＝（乾燥状態の触媒質量）／（原料質量）×１００
２）収率＝（反応物中の２−ペンチル−２−シクロペンテン−１−オンのモル数）／（原料中の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オンのモル数）×１００
３）飽和体量＝（反応物中の２−ペンチルシクロペンタン−１−オンのモル数）／（原料中の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オンのモル数）×１００
４）その他副生物量＝（反応物中の２−ペンチルシクロペンタン−１−オン以外の副反応物モル数）／（原料中の２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタン−１−オンのモル数）×１００

Claims

下記一般式（１）で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）−シクロアルカン−１−オンを原料とし、酸及び白金族金属触媒の共存下に、工程（Ａ）の後に、工程（Ｂ）の工程を含む、下記一般式（２）で表される２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法。
工程（Ａ）：水素ガス濃度５〜４５容量％の雰囲気下で脱水異性化させる工程
工程（Ｂ）：水素ガス濃度１容量％以上、かつ工程（Ａ）における水素濃度よりも２容量％以上低い濃度の雰囲気下で脱水異性化させる工程

（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ水素原子又は炭素数１〜８のアルキル基を示すか、又はＲ¹とＲ²とに隣接する炭素原子を介してシクロペンタン環又はシクロヘキサン環を形成してもよい。）

（式中、ｎ、Ｒ¹及びＲ²は前記と同じである。）
白金族金属触媒が、Ｐｄを含む触媒である、請求項１に記載の２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法。
工程（Ａ）及び（Ｂ）の反応温度が、０〜３００℃である、請求項１又は２に記載の２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法。
工程（Ａ）の反応時間が、工程（Ａ）及び（Ｂ）の合計反応時間の５〜５０％である、請求項１〜３のいずれかに記載の２−アルキル−２−シクロアルケン−１−オンの製造方法。