JP2014133735A - ケト酸およびその誘導体の製造方法 - Google Patents

ケト酸およびその誘導体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】動物飼料添加物としてのメチオニンまたはMHAの代替物として、ケト酸、特にα−ケトメチオニン、およびその誘導体の製造のための、より環境に優しく、工業規模において実現可能な改良された方法の提供。
【解決手段】式(IV):
Figure 2014133735

の中間体。
【選択図】なし

Description

本発明は、α−ケト酸、特にα−ケトメチオニン、およびその誘導体を製造するための新規の方法に関する。
α−ケト酸は重要な生成物であり、とりわけ、慢性腎不全の治療においてアミノ酸の補充のために使用される(Jungers et al.,Blood Purification 1988,6,299−314およびClasen et al.,Med.Klin.1978,73,1403−1408)。
α−ケト酸の合成は、グリニャール試薬とシュウ酸ジアルキルとが反応し結果として得られるエステルが続いて加水分解により遊離酸を生じる反応(Rambaud et al.,Synthesis 1988,564およびMacritchie et al.,Tetrahedron:Asymmetry 1997,8,3895)など、様々な方法が文献に記載されている。同様に、アシルシアニドの酸触媒加水分解によってもα−ケト酸が得られる(Nozaki et al.,Tetrahedron:Asymmetry 1993,4,2179)。Billekは、一連のα−ケト酸の製造について報告している。この製造では、アルキリデンヒダントインが塩基性反応条件下で加水分解される(Billek,Monath.Chem.1961,92,343−352)。
α−ケト酸は、極性転換反応によって、対応するアルデヒドおよび二酸化炭素からも製造することができる。アルデヒドを極性転換する方法の1つは、環状ジチアンの形成であり、これにより、強塩基による脱プロトン反応によってカルボアニオンを形成され得る。続いて、このカルボアニオンは、二酸化炭素と反応し得る。当該環状ジチアンは、酸化条件下において、例えば水銀塩によって最終的に分離され、所望するα−ケト酸が得られる。
Figure 2014133735
CoreyおよびSeebachによる研究[Corey et al.,Angew.Chem.1965,77,1134−1136およびSeebach et al.,J.Org.Chem.1975,40,231−237]に従って、通常は、環状ジチオアセタール(ジチアニン)を合成するためにジチオールが使用される。形成される環状ジチアニンの5員環または6員環の高い熱力学的安定性のために、その形成が優先的に進行するため、この反応は、特に容易に首尾良く実施される。ジチオールによる環化は、さらに動力学的に好ましい。しかしながら、この高い安定性がジチアン環の分裂を極度に複雑にし、したがって、化学的に過酷な条件下でしか所望のα−ケト酸が放出されないため、まさにこの高い安定性が重大な欠点である。通常、ジチアンの分離は、酸化方法によって引き起こされる[Seebach,Synthesis 1969,17−36]。したがって、除去のために、硫黄が酸化されて水銀塩によって難可溶性の塩として沈殿するため、もはやジチオールを除去および再生することはできない。この方法のさらなる欠点は、好適なジチオール、例えば、1,2−エタンジチオールまたは1,3−プロパンジチオールなどが高コストであり、工業規模の使用に利用できるのが少量であるということである。これらの問題は、上に記載した極性転換の工業的使用の魅力を失わせている。
文献には、例えばメチルメルカプタンなどの短鎖チオールとアルデヒドとの反応により対応するチオアセタールを得る反応など、いくつかの例が記載されている[Trofimov et al.,J.Org.Chem.USSR 1972,8,2036およびRothstein et al.,J.Chem.Soc.1940,1563]。さらに、様々な求電子体による極性転換反応においてこれらのジチオアセタールの使用が公知である。しかしながら、芳香族チオアセタールが極性転換反応において首尾良くCO2と反応している文献例はただ一つしかない[Micetich et al.,Heterocycles 1985,23,585−592]。
α−ケトメチオニンは、D−メチオニンをL−メチオニンに変換する過程で中間体として生物内で形成されるため、特別なα−ケト酸である。α−ケトメチオニンは、多くの合成方法により得ることができ、それらは文献に記載されている。さらに、数種の塩および他の誘導体、例えばケトメチオニンエステルなどが、文献において公知である。α−ケトメチオニンを製造する方法は、原則として、化学的方法と生化学的方法とに分けることができる。
a)生化学的合成
Meisterは、L−アミノオキシダーゼによって触媒されるメチオニンの酸化により、収率77%にてα−ケトメチオニンのナトリウム塩を得ている(Meister,J.Biol.Chem.Soc.1952,197,309)。それ以前には、Waelschらが、肝臓に存在するアミノオキシダーゼが、メチオニンをα−ケトメチオニンに変換し得ることを示した(Waelsch et al.,J.Am.Chem.Soc.1938,61,2252)。
同様に、Mosbachらは、L−アミノオキシダーゼによって触媒されるメチオニンの酸化によるα−ケトメチオニンの製造について記載している。この製造では、固定されたプロビデンシア(Providencia)属のPCM1298細胞が使用されている(Mosbach et al.Enzyme Microb.Technol.1982,4,409)。
精製された酵素または完全細胞のいずれかを用いた生物システムによるα−ケトメチオニンまたはその誘導体の製造の欠点は、通常、比較的低い空時収率と技術的に複雑な単離および生成物精製である。高純度酵素の使用の場合におけるさらなる要因としては、酵素の開発、生産、および精製が非常に高価であり、かつ複雑であることなどが挙げられ、さらに、通常は、既に使用された酵素の再利用はできない。
b)化学的合成:
1957年、Sakuraiらは、α−ケトメチオニンを製造するための最初の化学的合成方法を発表した。主要な工程として、α−メトキサリル−γ−メチルメルカプト−プロピオン酸メチルを、希塩酸によりα−ケトメチオニンに加水分解した(Sakurai et al.,J.Biochem.1957,44,9,557)。
ほぼ同時期に、Yamadaらは、比較的低い収率しか得られなかった中間体として形成されたα−オキシモエステルを介してα−ケトメチオニンを製造する最初の試みの後に、同じ合成方法を発表した(Chibata et al.,Bull.Agr.Chem.Soc.Japan 1957,21,336)。
SakuraiおよびYamadaによって開示された方法には、工業規模での実施を不可能にする相当量の塩が形成されるという重大な欠点がある。さらに、いくつかの分子が合成工程において二酸化炭素として排除され失われるため、当該合成方法は、アトムエコノミー的ではない。したがって、この合成方法の工業規模での実施は、高コストであり非経済的である。
最近、国際特許出願第06−72711号において、ブタジエンから進行するα−ケトメチオニンの製造が公開された。この製造では、ブタジエンが、不飽和モノエポキシドへと選択的に酸化され、次いで、水による酸触媒開環により対応する1,2−ジオールに変換される。続いてα,β−不飽和α−ケト酸への1,2−ジオールの酸化とそれに続くMeSHの1,4付加により、α−ケトメチオニンが生成される。
この方法は、反応剤として高価なブタジエンが必要であるという欠点を有している。原油価格に応じて、ブタジエンの価格がここ何年かのうちに再び著しく上昇する可能性もある。国際公開第06−727211号に記載された当該方法のさらなる欠点は、メチオニンまたはMHA製造に既存のプラントのいずれも使用することができなくなるために、記載された個々の方法工程のすべてに新規の製造プラントを構築しなければならないということである。国際特許出願第06−727211号に記載された合成方法は、通常、遊離α−ケトメチオニンを生成し、これは、不安定で単離が非常に難しい。
α−ケトメチオニンおよびその誘導体、例えばその塩もしくはエステルなどは、動物飼料添加物としてのメチオニンおよびメチオニンヒドロキシ類似体(MHA)に対する代替物を構成するため、特に重要な化合物である。
1942年、Rudolphらは、α−ケトメチオニンのナトリウム塩が、D,L−メチオニンの代替物として使用することができ、並びに若年ラットの成長を促進することを報告した(Rudolph et al.,J.Biol.Chem.1942,145,210)。
α−ケトメチオニンが、L−メチオニンおよびL−システインの生合成に必要な硫黄を提供し得ることが何度か報告されている(Sizer et al.,Poultry Sci.1964,44,673;Baker et al.,Poultry Sci.1975,54,584およびBaker,J.Nutr.1976,106,1376)。
その上、BakerおよびHarterは、α−ケトメチオニンのカルシウム塩が、鶏の成長に関して、L−メチオニン(100%)およびMHA(53%)と比較した場合に、83%の相対的生物価を有することを示すことができた(Baker and Harter,Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine 1977,156,201)。α−ケトメチオニン(L−メチオニンとの比較で90%)などの様々なメチオニン誘導体の相対的生物価は、Bakerにより"Utilization of Precursors for L−Atnino Acids"の第39頁において公開されている。
動物飼料添加物としてのα−ケトメチオニン並びにその塩およびエステルおよびアミドの使用は、国際公開第06−72711号に記載されている。
国際公開第06−72711号
Jungers et al.,Blood Purification 1988,6,299−314 Clasen et al.,Med.Klin.1978,73,1403−1408 Rambaud et al.,Synthesis 1988,564 Macritchie et al.,Tetrahedron:Asymmetry 1997,8,3895 Nozaki et al.,Tetrahedron:Asymmetry 1993,4,2179 Billek,Monath.Chem.1961,92,343−352 Corey et al.,Angew.Chem.1965,77,1134−1136 Seebach et al.,J.Org.Chem.1975,40,231−237 Seebach,Synthesis 1969,17−36 Trofimov et al.,J.Org.Chem.USSR 1972,8,2036 Rothstein et al.,J.Chem.Soc.1940,1563 Micetich et al.,Heterocycles 1985,23,585−592 Meister,J.Biol.Chem.Soc.1952,197,309 Waelsch et al.,J.Am.Chem.Soc.1938,61,2252 Mosbach et al.Enzyme Microb.Technol.1982,4,409 Sakurai et al.,J.Biochem.1957,44,9,557 Chibata et al.,Bull.Agr.Chem.Soc.Japan 1957,21,336 Rudolph et al.,J.Biol.Chem.1942,145,210 Sizer et al.,Poultry Sci.1964,44,673 Baker et al.,Poultry Sci.1975,54,584 Baker,J.Nutr.1976,106,1376
本発明の目的は、従来技術の欠点を背景に、動物飼料添加物としてのメチオニンまたはMHAの代替物として、ケト酸、特にα−ケトメチオニン、およびその誘導体の製造のための、より環境に優しく、工業規模において実現可能な改良された方法を提供することにある。
本発明は、式(IV):
Figure 2014133735
[式中、
1は、分岐鎖状または直鎖状のC1〜C18−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、ビニル、アリル、C6〜C10−アリール−C1〜C4−アルキレン、またはC4〜C9−ヘテロアリール−C1〜C4−アルキレン基であり、ここで、R1は、場合により置換されていてもよく、
2は、−OR′′′または−NR′R′′であり、ここで、R′およびR′′は、同一または異なっており、それぞれが水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、並びにR′′′は、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、R′、R′′、および/またはR′′′のアルキルは、場合により置換されていてもよく、あるいはR′′′は、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、または一価もしくは二価の遷移金属イオンであり、
並びにR4は、同一または異なっており、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C6−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基である]の中間体である。
この目的は、本発明による方法によって達成される。
本発明は、一般式(I)もしくは(II):
Figure 2014133735
[式中、
1は、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C18−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、ビニル、アリル、C6〜C10−アリール−C1〜C4−アルキレン、好ましくはベンジル、またはC4〜C9−ヘテロアリール−C1〜C4−アルキレン基、好ましくは4−イミダゾリルメチレンまたは3−インドリルメチレンであり、ここで、R1は、場合により置換されていてもよく、
2は、−OR’’’または−NR’R’’であり、ここで、R’およびR’’は、同一または異なっていてもよく、それぞれが水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、並びにR’’’は、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、R’、R’’、および/またはR’’’のアルキルは、場合により置換されていてもよく、あるいはR’’’は、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、または一価もしくは二価の遷移金属イオンであり、
3は、同一または異なっており、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、アルキルおよび/またはベンジルは、場合により置換されていてもよく、あるいは2つのR3基が共にC2〜C8−アルカンジイルであって共に環を形成しているか、あるいは2つのR3基およびR’’’基が共に、一般式−R3(CH−)R’’’のC3〜C8−アルカントリイル基の一部であって共に二環式基を形成し、
この場合、
a)アルデヒドR1CHOは、式R4−SHの2つの同一のチオールもしくは異なるチオールと反応して、対応するジチオアセタールを生成し、ここで、R4は、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C6−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、
b)形成されたジチオアセタールは、強塩基の存在下で、カルボニルを有する求電子体、例えば、二酸化炭素、ホスゲン、クロロギ酸エステル、オルトギ酸エステル、または炭酸ジアルキルと反応して、加水分解の後に式(III):
Figure 2014133735
のα,α−(ジチオ)カルボン酸もしくはその誘導体を生成し、ここで、R5は、水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であってもよく、並びにR4基およびR1基は、それぞれ上において定義された通りであり、
c)式(III)のα,α−(ジチオ)カルボン酸もしくはその誘導体は、少なくとも1モル当量の水の存在下で、酸触媒加溶媒分解によって変換され、式R4SHのチオールを放出して、一般式(I)もしくは(II)のα−ケト酸およびその誘導体を生成する]のα−ケト酸およびその誘導体を製造するための方法を提供する。
1において言及した基は、場合により−SH、−SCH3、−COOH、−CONH2、−CHO、グアニジル、−OH、−NR’R’’、または−SS−CH2−C(H)NH2−CO2Hで置換されていてもよく、ここで、R’およびR’’は、それぞれ上で定義された通りである。
1は、好ましくはビニルまたは分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C8−アルキル、好ましくはビニルであるか、あるいは分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C4−アルキル、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、sec−ブチル、およびtert−ブチルである。
1は、最も好ましくはビニル、n−プロピル、または2−(メチルチオ)エチルであり、特に2−(メチルチオ)エチルである。
2は、好ましくは−OR’’’であり、ここで、R’’’は、水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C4−アルキル基である。
3は、独立して、好ましくは水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C4−アルキル基、特にi−プロピルまたはi−ブチルであるか、あるいは2つのR3基が共にC2〜C4−アルカンジイルであって共に環を形成するか、あるいは2つのR3基およびR′′′基が共に、一般式−R3(CH−)R′′′のC3〜C6−アルカントリイル基の一部であって共に二環式基を形成する。
4は、好ましくはメチルまたはエチルであり、特にメチルである。
本発明による方法では、非環状ジチオアセタールが最初に形成される(工程a))。
a)において得られるジチオアセタールは、次に、塩基の存在下で、カルボニルを有する求電子体、例えば、二酸化炭素、ホスゲン、クロロギ酸エステル、オルトギ酸エステル、または炭酸ジアルキル(工程b))などによる極性転換反応によって、α,α−(ジチオ)カルボン酸またはその誘導体に変換される。使用される求電子体は、好ましくは二酸化炭素であり、これは、気体、固体(例えばドライアイス)、または液体(超臨界形態において、または溶媒として)の形態において使用することができる。
b)において最初に実施される脱プロトン反応のためには、対応する酸が>20のpKa値を有するような塩基が特に好適である。ここで、好ましい塩基は、アルキルリチウム化合物(特に、n−ブチルリチウムおよびtert−ブチルリチウム)、および金属アミドおよび金属水素化物(特にナトリウムアミドおよび水素化ナトリウム)、並びに単独もしくはキレート化配位子、(例えば、クラウンエーテル)との組み合わせにおける金属水酸化物または金属炭酸塩(好ましくは、水酸化カリウムまたは18−クラウン−6を伴う炭酸カリウム)である。
前述の塩基によるb)における脱プロトン反応は、好ましくは、非プロトン有機溶媒中、または液体超臨界二酸化炭素中、または液体アンモニア中で実施される。特に好ましいのは、テトラヒドロフランなどのエーテル、DMSOなどのアルキルスルホキシド、トルエンなどの芳香族化合物、n−ヘキサンおよびシクロヘキサンなどの脂肪族アルカンおよび環状アルカン、並びにDMFなどのアルキルアミドである。
−80℃〜100℃の温度、好ましくは−30℃〜25℃の温度が、当該反応に有利である。
当該加水分解は、好ましくは、1〜14のpH範囲において、好ましくはpH1〜4またはpH9〜13の範囲において、水溶液中で実施される。
一般的に、当該加水分解は、−20℃〜100℃の温度、好ましくは0℃〜30℃の温度で行われる。
その後、工程c)において、b)で形成されたα,α−(ジチオ)カルボン酸もしくはその誘導体の酸触媒加溶媒分解が実施されてチオールもしくはその塩が放出され、その際の生成物は、各場合において使用される溶媒に応じて、例えば、遊離α−ケト酸およびその塩、α−ケトエステル、α−ケトアミド、α−ケト酸のケタール誘導体、あるいはα−ケトエステルのケタール誘導体であり得る(スキームも参照)。
加溶媒分解とは、α,α−(ジチオ)カルボン酸と溶媒との反応、例えば(水による)加水分解などを意味すると理解される。
加溶媒分解は、一般的に、20℃〜200℃の温度、好ましくは50〜150℃の温度において、酸性の触媒作用下で実施される。好ましい触媒は、例えば、パラ−トルエンスルホン酸、CF3SO3H、およびHClもしくはH2SO4などの鉱酸、または非求核性である強有機酸である。
形成された式R4SHのチオールは、減圧、不活性ガスの導入、または他の好適な分離方法、例えば相分離、結晶化、錯体形成、または沈殿などによって反応混合物から除去し、再生してもよく、したがって、続いて極性転換反応に再利用してもよい。
Figure 2014133735
一実施形態において、c)における酸触媒加溶媒分解において溶媒として水が使用され、その場合、式(I)(式中、R2=OR’’’であり、R’’’は水素原子であり、R1は上で定義された通りである)の遊離α−ケト酸が形成される。
別の実施形態では、c)における酸触媒加溶媒分解において、アルコールR’’’OH(式中、R’’’は、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、アルキルは場合により置換されていてもよい)が、溶媒として使用され、その場合、式(I)(式中、R2=OR’’’であり、R’’’は前述において定義された通りであり、R1は上で指定された通りである)のα−ケトエステルが形成される。
さらなる別の実施形態では、c)における酸触媒加溶媒分解において、ジオールHO−R3−OH(式中、R3は分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC2〜C8−アルカンジイル基である)が溶媒として使用され、この場合、式(II)(式中、R2=OR’’’であり、R’’’=Hであり、R3は前述において定義された通りであり、R1は上で指定された通りである)の環状ケタールが形成される。
さらなる別の実施形態では、c)における酸触媒加溶媒分解において、式HOR(CHOH)R′′′OH(式中、R3およびR’’’基は共に、式−R3(CH−)R′′′の、分岐鎖状もしくは直鎖状の場合により置換されていてもよいC3〜C8−アルカントリイル基の一部である)のトリオールが溶媒として使用され、この場合、式(II)(式中、R2=OR’’’であり、R’’’およびR3は、それぞれ前述において定義された通りであり、R1は上で指定された通りである)の二環式ケタールエステルが形成される。
さらなる別の実施形態では、c)における酸触媒加溶媒分解において、アミンHNR’R’’(式中、R’およびR’’は、同一または異なっていてもよく、それぞれ水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、ここで、R’およびR’’は、両方とも水素原子ではあり得ない)が溶媒として使用される。この場合、式(I)(式中、R2=NR’R’’であり、R’およびR’’はそれぞれ前述において定義された通りである)のアミドが形成される。
α−ケト酸およびその誘導体を製造するための本発明による方法において、a)において形成されたジチオアセタールも、保護基として機能し、当該保護基は、二酸化炭素の添加(b))の後に、酸の存在下において、減圧下での加溶媒分解(c))により、または不活性ガス、例えば窒素などを導入することにより、再び除去することができる。次いで、放出されたチオールは、循環方法により再生し再利用することができるということは有利である。
α−ケトメチオニンの場合、a)においてジチオアセタールを、3−(メチルチオ)プロパナール(=3−メチルメルカプトプロピオンアルデヒド(MMP))とメチルチオール(MeSH)との反応によって製造するか、またはメチルチオールの三重付加によりアクロレインから直接製造することは有利であり得る。
Figure 2014133735
Me=メチル−
従来技術と比べて、本発明による方法では、α−ケト酸またはその誘導体を高い収率において製造することが可能であり、このことは経済的に相当な利点である。
さらに、本発明による方法では、国際公開第06−72711号で開示されている方法とは対照的に、3−(メチルチオ)プロパナールを製造するために、既存のプラント、すなわち、アクロレインおよびメチルチオールを製造するためのプラントを継続して使用することが可能である。
さらに、本発明による方法は、C−1ユニットとして二酸化炭素を使用することが好ましため、環境に優しく、したがって、気候保護に貢献する(京都議定書)。
国際公開第06−72711号に記載されている、ブタジエンから出発してα−ケトメチオニンを製造する方法とは対照的に、本発明による方法は、α−ケト酸自身も、すべての誘導体、例えばエステル、ケタールなども、どちらも直接製造することができるため、高い柔軟性を有している。
本発明はさらに、式(IV):
Figure 2014133735
[式中、
1は、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C18−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、ビニル、アリル、C6〜C10−アリール−C1〜C4−アルキレン、好ましくはベンジル、またはC4〜C9−ヘテロアリール−C1〜C4−アルキレン基、好ましくは4−イミダゾリルメチレンまたは3−インドリルメチレンであり、ここで、R1は、場合により置換されていてもよく、
2は、−OR′′′または−NR′R′′であり、ここで、R′およびR′′は、同一または異なっていてもよく、それぞれが水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、並びにR′′′は、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、R′、R′′および/またはR′′′のアルキルは、場合により置換されていてもよく、あるいはR′′′は、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、または一価もしくは二価の遷移金属イオンであり、
並びにR4は、同一または異なっており、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C6−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であってよい]の中間体を提供する。
好ましいのは、式(IV)(式中、R1は、場合により置換されていてもよいC1〜C4−アルキル、特にCH3SCH2CH2である)の本発明の中間体である。
本発明はさらに、脂肪族アルデヒドおよび/または芳香族アルデヒドの極性転換に対して、式R4−S−H(式中、R4は、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C6−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基である)のチオールの使用を提供する。
実施例
実施例1:
3−(メチルチオ)プロパナール(1)からの1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)の製造
Figure 2014133735
Me=メチル
3−(メチルチオ)プロパナール(1)(1.44mol、150g)を0℃でHCl(g)により飽和させ、次いで、MeSH(6.25mol、300g)に0℃で30分間かけて直接滴下して加えた。当該反応混合物を20℃に加熱し、20℃で24時間撹拌した。減圧下で過剰なMeSHを除去した後、GC分析は、次の生成物分布:91%のチオアセタール(2)および8%の3−(メチルチオ)プロパナール(1)を示した。さらなる精製のために、この混合物をジエチルエーテルに溶解させ、30%のピロ亜硫酸ナトリウム(Na225)水溶液で洗浄した。相分離後、有機相をMgSO4で乾燥させた。溶媒を除去した後、淡黄色のオイルとしてチオアセタール(2)を得た(168g、収率=64%、GC純度=98%)。
1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)の13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
実施例2:
アクロレイン(3)からの1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)の製造
Figure 2014133735
0℃でHClガスにより飽和させたMeSH(358mmol、17.2g)に、−78℃で撹拌しながらアクロレイン(3)(89mmol、5.0g)を15分間かけて滴下して加えた。この混合物をゆっくりと20℃まで加熱し、次いで、20℃でさらに24時間撹拌した。減圧下で過剰なMeSHを除去した後、この混合物をジエチルエーテルに溶解させ、30%のピロ亜硫酸ナトリウム水溶液で洗浄した。相分離後、有機相をMgSO4で乾燥させた。蒸留後(88℃、1.2mbarにて)、淡黄色のオイルとして純粋なチオアセタール(2)を得た(11.4g、収率=70%、GC純度=98%)。NMR特性解析は、実施例1と同じデータを得た。
実施例3:
ドライアイス(CO2)と1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)との極性転換反応による2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)の製造
Figure 2014133735
保護ガス雰囲気下の三ツ口フラスコにおいて、1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)(3.65g、20mmol)を50mlの無水THFに溶解させた。続いて、−20℃でn−ヘキサン中のブチルリチウム溶液(14ml、1.6M)を、撹拌しながらゆっくりと滴下して加えた。この間に、当該溶液は明黄色に変わった。この温度でさらに2時間撹拌した後、あらかじめ、無水THF中で洗浄した無水ドライアイス(CO2、10g)を、−70℃で一度に加えた。当該反応溶液をゆっくりと20℃まで暖め、10%のKOH水溶液(80ml)を加えた。相分離後、有機相を10%のKOH水溶液で洗浄した(50mlで2回)。収集したKOH相をジエチルエーテルで洗浄し(30mlで3回)、次いで、冷却しながら濃HClにより注意深くpH1に調整した。当該生成物をジエチルエーテルで抽出した(50mlで3回)。続いて、収集したエーテル相をNa2SO4で乾燥させ、濾過した後に、ロータリーエバポレーターで濃縮した。黄色みを帯びたオイルとして2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)を得た(4.3g、収率=95%)。これは静置しておくとゆっくりと結晶化した。
2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)の13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
実施例4:
対応するα,α−(ジアルキルチオ)カルボン酸(4)からの2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸カルシウム(5)の製造
Figure 2014133735
16.6gの2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)(73.3mmol)を、140mlのH2Oおよび35mlのアセトンの混合物に溶解させた。続いて、6.2gの酢酸カルシウム(93%)および22mlのH2Oの溶液を、20℃で激しく撹拌しながら、ゆっくりと滴下して加えた。短時間の後、白色固体が沈殿し、これを30分後に濾別した。結果として得られる白色固体を、毎回200mlのH2Oで2回洗浄し、次いで、200mlのアセトンおよび200mlのジエチルエーテルで洗浄し、乾燥キャビネットで乾燥させた。合計17.7gの2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸カルシウム(5)(M=490.8g/mol、収率=98%)を単離した。
2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸カルシウム(5)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
実施例5:
ガス状CO2と1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)との極性転換反応による2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)の製造
Figure 2014133735
保護ガス雰囲気下の三ツ口フラスコにおいて、1,1,3−トリス(メチルチオ)プロパン(2)(3.65g、20mmol)を50mlの無水THFに溶解させた。続いて、−20℃でn−ヘキサン中のブチルリチウム溶液(14ml、1.6M)を、撹拌しながらゆっくりと滴下して加えた。この間に、当該溶液は明黄色に変わった。この温度で2時間撹拌を継続した後、ガス状の乾燥CO2を、−70℃で30分間かけてフリットを介して通した。当該反応溶液を、20℃の温度に達するまでゆっくり暖め、10%のKOH水溶液(80ml)を加えた。相分離後、有機相を10%のKOH水溶液で洗浄した(50mlで2回)。収集したKOH相をジエチルエーテルで洗浄し(30mlで3回)、次いで、冷却しながら濃HClにより注意深くpH1に調整した。当該生成物をジエチルエーテルで抽出した(50mlで3回)。続いて、収集したエーテル相をNa2SO4で乾燥させ、濾過した後に、ロータリーエバポレーターで濃縮した。黄色みを帯びたオイルとして2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)を得た(4.1g、収率=90%)。これは静置しておくとゆっくりと結晶化した。NMR特性解析は、実施例3と同じデータを得た。
実施例6:
イソプロパノールの存在下において2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)からチオールを除去することによるケトメチオニンイソプロピルエステル(6)の製造
Figure 2014133735
0.1molの2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)(22.6g)を、200mlのトルエンおよび200mlのイソプロパノールの混合物に溶解させた。続いて、2.0当量のH2O(3.6ml)およびスパチュラ先端量のp−トルエンスルホン酸一水和物を加えた。次いで、混合物全体を沸点温度に加熱し、還流下で3時間撹拌した。冷却後、150mlの水を加え、当該混合物を、毎回100mlのジエチルエーテルで3回抽出した。続いて、収集したエーテル相を中性になるまで薄炭酸水素ナトリウム溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。濾過後、溶媒全てをロータリーエバポレーターで除去した。淡黄色を帯びたオイルとしてケトメチオニンイソプロピルエステル(6)を得た(14.5g、収率=76%)。
ケトメチオニンイソプロピルエステル(6)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
8143S(6)の元素分析(M=190.26g/mol):C50.50;H7.43;S16.85 実測値:C50.66;H7.57;S16.52
実施例7:
エチレングリコールの存在下において2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)からチオールを除去することによるケトメチオニンエチレングリコールケタール(7)の直接的製造
Figure 2014133735
0.1molの2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)(22.6g)を、200mlのエチレングリコール(1,2−エタンジオール)に溶解させた。続いて、1.1当量のH2O(1.8ml)およびスパチュラ先端量のp−トルエンスルホン酸一水和物を加えた。次いで、当該混合物全体を50℃に加熱し、フリットを介して一定の窒素流を溶液に通した。4時間後、当該反応混合物を、300mlの水に加え、毎回100mlのジエチルエーテルで3回抽出した。収集したエーテル相をMgSO4で乾燥させた。濾過後、エーテルをロータリーエバポレーターで除去した。続いて、100mlのメタノールおよび100mlの2MのNaOH溶液を、ケタールとして保護された当該エステルに加え、当該混合物を20℃で2時間撹拌した。その後、当該溶液を濃HClによってpH=1まで酸性化し、毎回100mlのジエチルエーテルで3回抽出した。続いて,収集したエーテル相をMg2SO4で乾燥させた。濾過後、エーテルを除去し、塩化メチレンおよびn−ヘキサンの混合物から粗生成物を結晶化させた。13.0gの白色結晶固体(7)を得た(収率=68%、M=192.23g/mol、融点:74℃(塩化メチレン/n−ヘキサンから結晶化))。
2−(2−(メチルチオ)エチル)−1,3−ジオキソラン−2−カルボン酸(7)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
2−(2−(メチルチオ)エチル)−1,3−ジオキソラン−2−カルボン酸(7)の13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
7124S(7)の元素分析(M=192.24g/mol):C43.74;H6.29;S16.68 実測値:C43.80;H6.25;S16.61
実施例8:
グリセロールの存在下においてα,α−(ジアルキルチオ)カルボン酸(4)からチオールを除去することによるケトメチオニンケタールエステル(8a)/(8b)の直接製造
Figure 2014133735
0.1molの2,2,4−トリス(メチルチオ)ブタン酸(4)(22.6g)を、100mlのグリセロール(1,2,3−プロパントリオール)に溶解させた。続いて、1.1当量のH2O(1.8ml)およびスパチュラ先端量のp−トルエンスルホン酸一水和物を加えた。次いで、混合物全体を70℃に加熱し、750mbarに減圧した。5.5時間後、当該反応混合物を、300mlの水に加え、毎回100mlのジエチルエーテルで3回抽出した。収集したエーテル相をMgSO4で乾燥させた。濾過後、ロータリーエバポレーターでエーテルを除去し、塩化メチレン/n−ヘキサンの混合物からオイル状の粗生成物((8a):(8b)比=70:30)を結晶化させた。主要生成物(8a)は無色の針状形態で結晶化した(9.2g、収率=45%、M=204.25g/mol、融点=39.5℃(塩化メチレン/n−ヘキサンから再結晶化))。
4−(2−(メチルチオ)エチル)−2,5,8−トリオクサビシクロ[2.2.2]オクタン−3−オン(8a)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
4−(2−(メチルチオ)エチル)−2,5、8−トリオクサビシクロ[2.2.2]オクタン−3−オン(8a)の13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
8124S(8a)の元素分析(M=204.25g/mol):C47.04;H5.92;S15.70 実測値:C47.21;H5.93;S15.69
実施例9:
1,1−ビス(メチルチオ)ブタン(10)の製造
Figure 2014133735
10.0gのブタナール(9)(139mmol)を0℃でHCl(g)により飽和させ、次いで、MeSH(624mmol、30.0g)に0℃で25分間かけて直接滴下して加えた。当該反応混合物を20℃に加熱し、20℃で17時間撹拌した。さらなる精製のために、この混合物をジエチルエーテルに溶解させ、30%のピロ亜硫酸ナトリウム水溶液で洗浄した。相分離後、有機相をNa2SO4で乾燥させた。溶媒を除去した後、透明無色のオイルとしてチオアセタール(10)を得た(17.3g、収率=83%;GC純度98%)。当該NMRデータは、文献の値と一致する。
実施例10
ドライアイス(CO2)と1,1−ビス(メチルチオ)ブタン(10)との極性転換反応による1,1−ビス(メチルチオ)ペンタン酸(11)の製造
Figure 2014133735
最初に10mmolの1,1−ビス(メチルチオ)ブタン(10)(1.26g)を窒素雰囲気下で25mlの乾燥THFに入れ、−20℃に冷却した。続いて、n−ヘキサン(7.0ml)中における1.6Mのn−BuLi溶液11mmolを−20℃で5分間かけて滴下して加え、当該混合物を2時間撹拌した。透明な淡黄色の当該反応溶液を、15gのドライアイスに−78℃で滴下して加え、36時間撹拌し、その間、終夜に温度が20℃まで上昇した。続いて、当該反応溶液を、40mlの10%KOH溶液と混合し、相を分離した。有機相を、毎回25mlの10%KOH溶液で2回洗浄し、収集したKOH相を、毎回25mlのメチルtert−ブチルエーテル(MTBE)で3回洗浄した。次いで、当該KOH相を濃HCl(水溶液)で酸性化し(pH1)、毎回25mlのMTBEで4回抽出した。収集した有機相をMgSO4で乾燥し、ロータリーエバポレーターで濃縮した。白色固体として2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)を得た(1.0g、収率=51.5%、融点=85℃(クロロホルム、メタノール、および酢酸の混合物から再結晶化))。
2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)の13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
実施例11:
水およびエタノールの存在下において2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)からチオールを除去することによる2−オキソ吉草酸塩エチル(12)の製造
Figure 2014133735
0.1molの2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)(19.4g)を、150mlのトルエンに溶解させ、2.0当量のH2O(3.6ml)と混合し、スパチュラ先端量のp−トルエンスルホン酸一水和物を加えた。続いて、当該混合物を沸点まで加熱し、フリットを介して窒素流を溶液に通した。3時間の還流後、当該反応混合物を80℃まで冷却し、200mlのエタノールと混合し、さらにスパチュラ先端量のp−トルエンスルホン酸一水和物を加えた。さらに還流下で3時間後、当該混合物を20℃まで冷却し、200mlの水を加え、当該混合物を、毎回100mlのジエチルエーテルで3回抽出した。続いて、収集したエーテル相を中性になるまで薄炭酸水素ナトリウム溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。濾過後、全ての溶媒をロータリーエバポレーターで除去した。淡黄色を帯びたオイルとして2−オキソ吉草酸エチル(12)(10.2g、収率=71%)を得た。
2−オキソ吉草酸エチル(12)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
2−オキソ吉草酸エチルの(12)13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
実施例12:
水の存在下において2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)からチオールを除去することによる2−オキソ吉草酸(13)の製造
Figure 2014133735
10.0mmolの2,2−(ジメチルチオ)ペンタン酸(11)(1.94g)を30mlの発煙塩酸(37%)に懸濁させ、スパチュラ先端量のp−トルエンスルホン酸一水和物と混合した。続いて、当該混合物を沸点温度まで加熱し、5時間撹拌した。750mbarに減圧した。反応後、当該混合物を100mlの水で希釈し、毎回80mlのジエチルエーテルで3回抽出した。収集した有機相を、毎回100mlの炭酸水素ナトリウム溶液で3回洗浄した。続いて、収集した水相を、濃塩酸によりpH=1に酸性化し、毎回100mlのジエチルエーテルで3回抽出した。収集したエーテル相をMgSO4で乾燥し、濾過し、室温で減圧下において乾固するまで濾液を濃縮した。無色のオイルとして2−オキソ吉草酸(13)(0.72g、収率=62%)を得た。
2−オキソ吉草酸(13)の1HNMR(500MHz、CDCl3):
Figure 2014133735
2−オキソ吉草酸(13)の13CNMR(125.8MHz、CDCl3):
Figure 2014133735

Claims (11)

  1. 一般式(I)もしくは(II):
    Figure 2014133735
    [式中、
    1は、分岐鎖状または直鎖状のC1〜C18−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、ビニル、アリル、C6〜C10−アリール−C1〜C4−アルキレン、またはC4〜C9−ヘテロアリール−C1〜C4−アルキレン基であり、ここで、R1は、場合により置換されていてもよく、
    2は、−OR′′′または−NR′R′′であり、ここで、R′およびR′′は、同一または異なっており、それぞれが水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、並びにR′′′は、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、R′、R′′および/またはR′′′のアルキルは、場合により置換されていてもよく、あるいはR′′′は、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、または一価もしくは二価の遷移金属イオンであり、
    3は、同一または異なっており、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、アルキルおよび/またはベンジルは、場合により置換されていてもよく、あるいは2つのR3基が共にC2〜C8−アルカンジイルであって共に環を形成するか、または2つのR3基およびR′′′基が共に、一般式−R3(CH−)R′′′のC3〜C8−アルカントリイル基の一部であって共に二環式基を形成する。]のα−ケト酸もしくはその誘導体を製造するための方法であって、
    a)アルデヒドR1CHOは、式R4−S−Hの同一のチオールもしくは異なるチオールと反応して、対応するジチオアセタールを生成し、ここで、R4は、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C6−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、
    b)形成されたジチオアセタールを、強塩基の存在下で、カルボニルを有する求電子体と反応させて、加水分解の後に式(III):
    Figure 2014133735
    のα、α−(ジチオ)カルボン酸もしくはその誘導体を生成し、ここで、R5は、水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、並びにR4基およびR1基は、それぞれ上において定義された通りであり、
    c)式(III)のα、α−(ジチオ)カルボン酸もしくはその誘導体を、少なくとも1モル当量の水の存在下で、酸触媒加溶媒分解によって変換させて、式R4SHのチオールを放出して、一般式(I)もしくは(II)のα−ケト酸およびその誘導体を生成し、かつ、
    c)における前記酸触媒加溶媒分解が、前記溶媒として水により実施されるか、
    c)における前記酸触媒加溶媒分解が、前記溶媒としてアルコールR’’’OH(この場合、R’’’が、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、アルキルは場合により置換されていてもよい)により実施されるか、
    c)における前記酸触媒加溶媒分解が、前記溶媒としてジオールHO−R3−OH(この場合、R3は、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC2〜C8−アルカンジイル基である)により実施されるか、
    c)における前記酸触媒加溶媒分解が、前記溶媒としてトリオールHOR3(CHOH)R’’’OH(この場合、R3およびR’’’基は、共に一般式−R3(CH−)R’’’の、分岐鎖状もしくは直鎖状の場合により置換されていてもよいC3〜C8−アルカントリイル基の一部である)により実施されるか、又は、
    c)の前記酸触媒加溶媒分解が、前記溶媒としてアミンHNR′R′′(この場合、R′およびR′′は、同一または異なっていてもよく、それぞれ水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、しかしR′およびR′′は、両方とも水素原子ではあり得ない)により実施される、ことを特徴とする、α−ケト酸もしくはその誘導体を製造するための方法。
  2. b)において脱プロトン反応に使用される前記強塩基が、その対応する酸について測定した場合に、>20のpKa値を有する、請求項1に記載の方法。
  3. b)における前記脱プロトン反応が、非プロトン有機溶媒中または液体超臨界二酸化炭素中または液体アンモニア中において実施される、請求項1または2に記載の方法。
  4. 方法工程b)が、−80℃〜100℃の温度で実施される、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
  5. c)において放出された式R4SHの前記チオールが、前記反応混合物から除去され、次いで再生され、a)において再利用される、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 式R4SHの前記チオールが、C1〜C6−アルキルチオールであり、真空または不活性ガスを通すことによって前記反応混合物から除去される、請求項5に記載の方法。
  7. a)において使用される前記チオールが、メチルチオールである、請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
  8. a)においてアルデヒドR1CHO(この場合、R1は、ビニルまたはCH3SCH2CH2−である)が使用される、請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 一般式(I)(この場合、R1は、CH3SCH2CH2である)の前記α−ケト酸が、α−ケトメチオニンまたはその誘導体であり、並びにアルデヒドR1CHO(この場合、R1は、CH3SCH2CH2−である)が工程a)においてメチルチオールと反応する、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 一般式(I)(この場合、R1はビニルである)の前記α−ケト酸が、α−ケトメチオニンおよびその誘導体であり、工程a)においてアクロレインへのメチルチオールの三重付加が生じる、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
  11. 式(IV):
    Figure 2014133735
    [式中、
    1は、分岐鎖状または直鎖状のC1〜C18−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、ビニル、アリル、C6〜C10−アリール−C1〜C4−アルキレン、またはC4〜C9−ヘテロアリール−C1〜C4−アルキレン基であり、ここで、R1は、場合により置換されていてもよく、
    2は、−OR′′′または−NR′R′′であり、ここで、R′およびR′′は、同一または異なっており、それぞれが水素原子または分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C6−アルキル基であり、並びにR′′′は、水素原子、分岐鎖状もしくは直鎖状のC1〜C8−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基であり、ここで、R′、R′′、および/またはR′′′のアルキルは、場合により置換されていてもよく、あるいはR′′′は、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、または一価もしくは二価の遷移金属イオンであり、
    並びにR4は、同一または異なっており、分岐鎖状もしくは直鎖状の、場合により置換されていてもよいC1〜C6−アルキル、C5〜C8−シクロアルキル、アリル、またはベンジル基である]の中間体。
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