JP2015510932A - ゲルベアルコール、並びにその調製方法及び使用 - Google Patents

ゲルベアルコール、並びにその調製方法及び使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、ゲルベアルコール前駆体及びゲルベアルコール、並びにそれらの合成方法に関する。

Description

関連出願
本願は、２０１２年５月２１日に出願された米国仮出願第61/613,867号、２０１２年５月２日に出願された米国仮出願第61/641,742号、及び２０１２年６月２１日に出願された米国仮出願61/662,639号に基づく優先権及び利益を主張する。それらの各々の内容全体は、本明細書に参照により組み込まれる。
ゲルベアルコール (Guerbet Alcohol)（ＧＡ）またはゲルベ型 (Guerbet-type)アルコールは、多数のパーソナルケア製品および洗浄剤のための合成試薬および配合成分として使用される。ゲルベアルコールは、類似の分子量の直鎖アルコールと比較して望ましい物理的性質、例えばきわめて低い融点および低い粘度を有することが知られている。例えば、O’Lenick, Journal of Surfactants and Detergents, vol. 4(3), 311-315, 2001を参照されたい。
現在のところ、ゲルベ型アルコールの製造の実行は、（１）α−オレフィンをヒドロホルミル化してアルデヒドを製造すること、ここで当該アルデヒドはその後、二量体化されかつ／または還元され得る（例えば、国際公開第2010082793号参照）、または（２）塩基性触媒上でアルキルアルコールを加熱（＞１３０℃）してイン・サイチュ (in situ)でアルキルアルデヒドを生み出すこと、ここで前記アルデヒドはその後二量体化され、そしてその後還元され得る（例えば、国際公開第2010082793号参照）、を含む。第一の方法の場合、α−オレフィンは一般に資源枯渇性の石油化学原料から得られ、また第二の方法の場合、そのアルコールを高温に加熱しなければならず、したがってかなりのエネルギーが必要になる。したがって、アルキルアルデヒドおよびゲルベアルコールを非枯渇資源から生産するためのエネルギー効率のよい方法が望まれる。本発明はこれらの必要性を対処する。
一態様において本発明は、式Ｉ：
Figure 2015510932
 のエナールまたはその塩の合成方法に関する。この式において、Ｒは、水素、あるいは無置換または置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルであり、当該アルキルは直鎖又は分岐鎖であり、そして場合によりそのアルキルの内部または末端にカルボニル部分（Ｃ＝Ｏ）を含有し、そして場合によりＯＲa、ＣＯＯＲa、ＮＲaＲb、Ｓ（Ｏ）pＲa、ＣＯＮＲaＲb、またはＮＲaＣＯＲbで置換され、ｐは０、１、または２であり、ＲaおよびＲbの各々は、独立してＨ、Ｃ1〜Ｃ10アルキル、Ｃ3〜Ｃ8シクロアルキル、アリール、またはヘテロアリールである。
当該方法は、（１）トリグリセリド、脂肪酸又は脂肪酸エステルをオゾン分解して、式Ｒ−ＣＨ2ＣＨＯで表されるモノ−アルデヒドを得ること、及び（２）前記モノ−アルデヒドを二量体化して、式Ｉの化合物を得ること、を含む。
トリグリセリド油から付加価値を付けた材料への転換は、油脂化学工業の第一次産業活動である。植物油をオゾンで処理してトリグリセリドアルキル鎖中の不飽和の部位を開裂することが、単一のおよび二つの官能基を有するアルカンなどの有用な生成物を生み出すために長く使用されてきた。例えば Throckmorton, et al., Journal of the American Oil Chemists’ Society, Vol. 49, 643-648, 1972.を参照されたい。当該方法はオゾン分解として知られ、今日でも注目され続けている。例えば Omonov, et al. Journal of the American Oil Chemists’ Society, Vol. 88, 689-705, 2011 を参照されたい。オゾン分解を使用して植物油からアルキルアルデヒドを生み出すことにもまた関心が持たれている。アルキルアルデヒドは、化学ビルディングブロック（chemical building blocks）、芳香剤、および食品添加物としての用途を有する。
本発明は、生物由来のトリグリセリド（ＴＧ）、脂肪酸（ＦＡ）、または脂肪酸エステル（ＦＡＥ）のオゾン分解によるアルキルアルデヒドを使用してゲルベアルコール前駆体（ＧＡＰ）、例えばエナール化合物を生み出すことに関する。次いでこれらのエナールを還元して、時にはゲルベアルコール（ＧＡ）と呼ばれる分岐アルコールを得ることができる。
本発明の幾つかの化合物において、Ｒは脂肪酸の脂肪族鎖である。本発明の幾つかの化合物において、ＲはＣ1〜Ｃ20アルキルであり、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０個の炭素原子を有し、例えば２、３、４、５、６、７、８、９、または１０個の炭素原子を有し、あるいは例えば６、７、８、９、または１０個の炭素原子を有し、あるいは例えば１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０個の炭素原子を有する。
一実施形態において、当該方法は、式Ｉのエナール化合物を還元して、式ＩＩ
Figure 2015510932
 の化合物またはその塩を製造することをさらに含む。
例えば当該還元は水素化触媒の存在下で行われる。
例えば当該方法は、（１）トリグリセリド、脂肪酸、または脂肪酸エステルをオゾン分解して、式Ｒ−ＣＨ2ＣＨＯを有するモノアルデヒドを得ること、（２）他のオゾン分解生成物から蒸留、例えば真空下での蒸留によってモノアルデヒドを単離すること、および（３）そのモノアルデヒドを二量体化して式Ｉの化合物を得ること、を含む。
例えば、本明細書中で述べる合成方法の二量体化反応は、酸または塩基、例えば酸性または塩基性固相イオン交換触媒の存在下で行われる。
例えば、本明細書中で述べる合成方法の二量体化反応は、アルコールを含有する水性溶液（例えば、アルコール水溶液）中で行われる。このアルコールは、第一または第二アルコールのいずれか一方、例えばエタノール、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、またはブタノールであり得る。
例えば、本明細書中で述べる合成方法の二量体化反応は、極性溶媒（例えば、極性プロトン性または極性非プロトン性溶媒）、例えば水性溶液中で行われる。例えば、モノアルデヒドＲ−ＣＨ2ＣＨＯにおけるＲが、そのアルキルの末端にカルボキシル部分（ＣＯＯＨ）を含有するＣ1〜Ｃ20アルキルである場合、二量体化は水性溶液中で行われる。その水性溶液はアルコールを含有してもよく、また含有しなくてもよい。
例えば、当該アルコール水溶液中のアルコールと水の体積比は、１０：１〜１：１０の範囲であり、例えば３：１〜１：３であり、又は２：１〜１：２であり、又は約１：１である。
例えば、本明細書中で述べる合成方法の二量体化反応は、アルコール水溶液中、１００℃未満の温度で、例えば５０℃〜９０℃の温度で、または６０℃〜８０℃の温度で行われる。
例えば、本明細書中で述べる合成方法のオゾン分解のステップで使用されるオゾンは、水を電気分解することによって発生させる。
例えば、水の電気分解によって発生する水素は、本明細書中で述べる合成方法の還元のステップにおいて式ＩＩの化合物を生み出すために使用される。
一実施形態において、Ｒは水素、無置換Ｃ1〜Ｃ20アルキル、またはアルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルである。例えば、この無置換Ｃ1〜Ｃ20アルキル、またはアルキル鎖の末端−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルは、直鎖アルキルである。例えば、この無置換Ｃ1〜Ｃ20アルキル、またはアルキル鎖の末端−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルは、分岐アルキルである。例えば、末端−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルは、場合によってはＯＲa、ＣＯＯＲa、ＮＲaＲb、Ｓ（Ｏ）pＲa、ＣＯＮＲaＲb、およびＮＲaＣＯＲbから選択される１種類または複数種類の基でさらに置換される。
一実施形態において、当該方法は、式Ｉの化合物を誘導体化して、式ＩＩＩ：
Figure 2015510932
 [式中、
Figure 2015510932
 は単結合又は二重結合であり、
Figure 2015510932
 の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
Figure 2015510932
 が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
Figure 2015510932
 が存在しないとき、Ｚは存在せず、
Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｎは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
の化合物又はその塩を製造することをさらに含む。
例えば、式Ｉ中のＲは、アルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含有するＣ1〜Ｃ20アルキルである。
例えば、式Ｉの化合物の誘導体化には、還元、酸化、アミド化、ＳおよびＳ原子を交換してチオケトンを形成すること、および／または塩を形成することが含まれる。
例えば、式ＩＩＩの化合物は、Ｚ基を含有しない。
例えば、式ＩＩＩの化合物は、２個のＺ基を含有する。
例えば、式ＩＩＩの化合物は、３個の基を含有する。
本発明はまた、本明細書中で述べる合成方法によって生み出される式Ｉのエナール化合物、式ＩＩまたはＩＩＩの化合物、あるいはそれらの塩に関する。
本発明はまた、以下の式ＩＶ：
Figure 2015510932
 [式中、
Figure 2015510932
 は単結合又は二重結合であり、
Figure 2015510932
 の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
Figure 2015510932
 が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
Figure 2015510932
 が存在しないとき、Ｚは存在せず、
Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｍ及びｎの各々は、独立して、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
の化合物又はその塩に関する。
上記式（ＩＶ）の化合物の合成方法もまた考慮される。当該方法は、Ｒx−ＣＨ2ＣＨＯをＲy−ＣＨ2ＣＨＯと反応させることを含む（ここで、各ＲxおよびＲyは独立して、そのアルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルである）。ＲxおよびＲyは同一でも、異なってもよい。当該方法にはさらに、還元、酸化、アミド化、ＳおよびＳ原子を交換してチオケトンを形成すること、および／または塩を形成することが含まれる。
例えば、式Ｉ〜ＩＶのいずれかの化合物の塩は、その化合物の−ＣＯＯＨ基を塩基と反応させて、Ｎａ+、Ｋ+、Ｌｉ+などのアルカリ金属塩、Ｍｇ2+またはＣａ2+などのアルカリ土類金属塩、有機アミン塩、あるいは有機ホスホニウム塩を形成することによって形成される。
本明細書中で述べる化合物は、多機能性化合物が望まれる様々な用途に有用性を見出すことができる。それらの用途にはナイロン、ポリエステル、およびポリウレタンなどのポリマーと、潤滑剤が挙げられる。
別段の定義がない限り、本明細書中で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業界の普通の熟練者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書において単数形は、文脈による明白な別段の指示がない限り複数もまた含む。本明細書中で述べたものと類似または等効の方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、好適な方法および材料を下記に述べる。さらに、これら材料、方法、および例は、単に例示にすぎず、限定するものではない。
本発明の他の特徴および利点は、下記の詳細な説明および別添の特許請求の範囲から明らかになるはずである。
ノナナールの二量体化から得られる生成物の1Ｈ ＮＭＲスペクトルである。 ノナナールの二量体化後のガスクロマトグラフィー（ＧＣ）炎イオン化検出（ＦＩＤ）分析を示す線図である。 ノナナール二量体を還元して所望のアルコールにした後のＧＣ ＦＩＤを示す線図である。
本発明は、ゲルベアルコール前駆体およびゲルベアルコールを合成するための新規な方法、ならびにその方法による生成物に関する。一態様において本発明は、式Ｉ
Figure 2015510932
 のエナールまたはその塩の合成方法に関する。この式において、Ｒは、水素又は、無置換の若しくは置換されたＣ1−Ｃ20アルキルであり、ここで前記アルキルは直鎖又は分岐鎖であり、そして場合によりアルキル鎖の内部又は末端にカルボニル部位（Ｃ＝Ｏ）を含み、そして場合により、ＯＲa、ＣＯＯＲa、ＮＲaＲb、Ｓ（Ｏ）pＲa、ＣＯＮＲaＲb又はＮＲaＣＯＲbで置換され、ｐは０、１又は２であり、そしてＲa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールである。
本明細書中で述べる合成方法は、トリグリセリド、脂肪酸、または脂肪酸エステルをオゾン分解して式Ｒ−ＣＨ2ＣＨＯを有するモノアルデヒドを得ること、およびそのモノアルデヒドを二量体化して式Ｉの化合物を得ること、を含む。
一実施形態において、本明細書中で述べる合成方法は、式Ｉのエナール化合物を還元して、式ＩＩ：
Figure 2015510932
 の化合物、又はその塩を製造することをさらに含む。
一実施形態において、Ｒは水素、無置換Ｃ1〜Ｃ20アルキル、またはアルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルである。
一実施形態において、Ｒはアルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルである。当該方法は、式Ｉの化合物を誘導体化して、式ＩＩＩ：
Figure 2015510932
 [式中、
Figure 2015510932
 は単結合又は二重結合であり、
Figure 2015510932
 の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
Figure 2015510932
 が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
Figure 2015510932
 が存在しないとき、Ｚは存在せず、
Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｎは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
の化合物又はその塩を製造することをさらに含む。
例えば、式Ｉの化合物の誘導体化には、還元、酸化、アミド化、ＳおよびＳ原子を交換してチオケトンを形成すること、および／または塩を形成することが含まれる。
例えば、式ＩＩＩの化合物は、以下の式ＩＩＩａ、ＩＩＩｂ又はＩＩＩｃ：
Figure 2015510932
 の化合物である。
例えば、式Ｉの化合物の還元は、適切な水素化触媒の存在下で行われる。水素化触媒は、均一触媒であることも、また不均一触媒であることもできる。それら触媒の例には、これらに限定されないが白金、パラジウム（例えば、米国特許第 3,979,466 号）、と、ロジウム、ルテニウム、ニッケル、鉛の塩（例えば、米国特許第 3,119,880 号）と、銅、鉛、亜鉛、クロム、モリブデン、タングステン、マンガンの酸化物（例えば米国特許第 3,558,716 号）と、銀化合物（例えば米国特許第 3,864,407 号）とが挙げられる。
例えば、本明細書中で述べる合成方法はさらに、（１）トリグリセリド、脂肪酸、または脂肪酸エステルをオゾン分解して、式Ｒ−ＣＨ2ＣＨＯを有するモノアルデヒドを得ること、（２）他のオゾン分解生成物から蒸留、例えば真空下での蒸留によってモノアルデヒドを単離すること、および（３）そのモノアルデヒドを二量体化して式Ｉの化合物を得ることを含む。
例えば、本明細書中で述べる合成方法の二量体化反応は、酸性または塩基性固相イオン交換触媒などの酸または塩基の存在下で行われる。触媒の例には、これらに限定されないが三フッ化ホウ素と、ピロリジン、モルホリン、またはピペリジンなどのアミン触媒が挙げられる。上記触媒のそれぞれは、遊離型でも、樹脂結合型でもどちらでもよい。遷移金属触媒およびゼオライトも同様に使用することができる。
例えば、本明細書中で述べる合成方法のオゾン分解のステップに使用されるオゾンは、水を電気分解することによって発生させる。
例えば、水の電気分解によって発生する水素は、本明細書中で述べる合成方法の還元のステップにおいて式ＩＩの化合物を生み出すために使用される。
本発明の方法の例を、下記のスキーム１に示す。
Figure 2015510932
脂肪族アルデヒドを二量体化してエナールを生み出すことは、ゲルベアルコール（ＧＡ）の生産経路において重要な工業的転換である。現在のところ、アルキルアルデヒドは、塩基性脱水素触媒上でイン・サイチュでアルコールから生み出し、続いて高温で二量体化するか、あるいはハイドロホルミル化したオレフィンから直接に二量体化するかのどちらかである。後者の場合、一般には短鎖（炭素３〜５個）脂肪族アルデヒドを、１〜５％の塩基（例えばＮａＯＨ）の存在下で、塩基性溶液：アルデヒドの体積比９：１〜２０：１の範囲の希釈度の希釈塩基性水溶液中で反応させる（Bahrmann, H., et al., 2-Ethyl Hexanol: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol. 13, 579-584, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim）。当該方法の利点は、出発アルデヒドが塩基性溶液に可溶であり、したがって容易に反応させることができるが、二量体化時に形成されるエナール生成物は可溶でなく、したがって所望の生成物の反応はより緩慢であり、単純な相分離による単離が可能なことである。
ヘキサナールおよびノナナールなどの植物油のオゾン分解から得られるアルデヒドにこれらの条件を適用することが望ましい場合もあるが、長鎖脂肪族アルデヒドは水性媒体に不溶性であるために、上記で述べた方法にしたがっての同様の望ましい転換および分離は達成されなかった。したがって長鎖アルデヒドの二量体化にとっては新しい溶媒系および条件が必要である。本発明はこのことを対処する。
本発明はまた、反応媒体としてアルコール水溶液を使用してアルデヒド（例えば、油脂化学由来のアルデヒド、具体的には炭素５個より長い鎖長を有するもの）を二量体化して、高収率（例えば９０％以上の転換率）でエナール生成物を得る方法に関する。具体的には、まず出発アルデヒドを塩基性反応媒体に溶解し、次いで首尾よく高収率で目標とする二量体に転換する。転換後、所望の生成物を素早く反応媒体から相分離させ、容易に単離することができる。
上記スキーム１において、この開示した方法の二量体化反応は、アルコールを含有する水性溶液、例えばアルコール水溶液中で行うことができ、そのアルコールは、例えばエタノール、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、またはブタノールである。アルコールと水の体積比は、１０：１〜１：１０の範囲、例えば３：１〜１：３の範囲、又は２：１〜１：２の範囲、または約１：１であり得る。この二量体化反応は、１００℃未満の温度、例えば５０℃〜９０℃の温度、または６０℃〜８０℃の温度で行うことができる。
一実施形態においてアルデヒド（例えば、Ｃ6-12アルデヒド）を、塩基（例えばＮａＯＨ）を添加した溶媒（例えばエタノール水溶液）に１００℃未満の温度（例えば７０℃）で加える。溶媒とアルデヒドの体積比は、０．５：１〜１０：１の範囲（例えば、１：１〜９：１の範囲、又は１：１〜４：１の範囲、又は１：１〜２：１の範囲）であり得る。この混合物を、７０℃で少なくとも１５分間激しく撹拌する（例えば、６６０ＲＰＭでのオーバーヘッド撹拌による）。反応の完了を判断するためには、その反応混合物の分割量を取り出し、例えば１．０Ｍ塩酸中で反応を止める。この分割量を水で希釈し、有機物を重水素化クロロホルムで抽出し、それからプロトンＮＭＲを撮る。出発材料の大部分（例えば、９０％以上、８０％以上、または７０％以上）が、ＮＭＲによって判断される所望のエナール生成物に転換されていた場合、続いて残りの反応混合物をメスシリンダーに注ぎ込み、反応混合物の相分離の観察結果を記録する。
一実施形態において、次いでその二量体生成物のアナールを、ラネーニッケルなどの適切な触媒の存在下での水素化により還元して所望のアルコールにする。例えば、ノナナールを前述の方法に従って二量体化し、得られた二量体を還元反応の前にアルコール及び水の層から分離することができる。この二量体生成物にラネーニッケルを加える（例えば、１０〜３０％、１５〜２５％、または２０％（ｗ／ｗ））ことができ、得られた混合物を高圧反応器中に置き、高圧のＨ2および高温下（例えば、約３００〜５００ｐｓｉのＨ2下および約１２０〜２００℃で）において約３〜２４時間激しく撹拌して所望のアルコール生成物を得ることができる。この還元反応からのアルコール生成物は、＞８０％純粋（例えば、＞９０％、＞９５％＞、９８％。または＞９９％純粋）で、＞７０％の収率（例えば、＞７５％、＞８０％、＞８５％、＞９０％、＞９５％、＞９８％、または９９％の収率）であることができる。1Ｈ ＮＭＲおよびガスクロマトグラフィーを使用して、この所望のアルコール生成物の特徴を明らかにすることができる。例えば、1Ｈ ＮＭＲにおいてエナールプロトンの消滅と、〜３．３乃至３．５ｐｐｍでの２個のメチレンプロトンの出現は、二量体出発材料の所望のアルコール生成物への転換を示すことができる。例えば、そのアルコール生成物は、望まれていない副生物または出発材料を含まない。例えば、アルコール生成物中の不純物（例えば、アルデヒド二量体などの望まれていない副生物または出発材料）は、２０％未満（例えば、＜１０％、＜５％、＜２％、または＜１％）である。
本発明はまた、当該方法を、より大きなオゾン分解方法のスキーム（ＴＧ／ＦＡ／ＦＡＥ材料の全部ではなく一部をＧＡＰ／ＧＡの生成に使用する）に組み込むことに関する。組み込まれた方法の代表的なスキームを下記のスキーム２に示す。
Figure 2015510932
一実施形態において、二量体化による式Ｉのエナール化合物の製造に消費されないモノアルデヒドを、既知の油脂化学的変換を用いた酸、アルコール、アミン、エステル、および／またはアミドの合成に使用することができる。例えば、上記スキーム２を参照されたい。
一実施形態において、ＴＧ／ＦＡ／ＦＡＥのオゾン分解の副生物を処理して、二官能基化アルキル鎖、グリセロール、および／またはグリセロール生成物を生み出すことができる。例えば、上記スキーム２を参照されたい。
一実施形態において、オゾン分解に使用されるオゾンは、水を電気分解することによって生み出される。さらに、水を電気分解することにより生み出される水素を二量体化生成物の還元のステップにおいて使用して目標とするゲルベアルコールを生成することができる。例えば、上記スキーム２を参照されたい。
本発明はさらに、以下の式ＩＶ：
Figure 2015510932
 [式中、
Figure 2015510932
 は単結合又は二重結合であり、
Figure 2015510932
 の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
Figure 2015510932
 が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
Figure 2015510932
 が存在しないとき、Ｚは存在せず、
Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｍ及びｎの各々は、独立して、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
の化合物又はその塩の合成方法に関する。
当該方法は、Ｒx−ＣＨ2ＣＨＯをＲy−ＣＨ2ＣＨＯと反応させることを含む（ただし、各ＲxおよびＲyは独立して、そのアルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含有する置換Ｃ1〜Ｃ20アルキルである）。ＲxおよびＲyは同一でも、異なってもよい。当該方法はさらに、還元、酸化、アミド化、ＳおよびＳ原子を交換してチオケトンを形成すること、および／または塩を形成することを含むことができる。
下記スキーム３に示すように当該方法を使用して、植物由来のアルデヒドから新規な化合物を合成することができる。植物油の還元的オゾン分解の後に、アゼルアルデヒド（すなわち９−オキソノナン酸）などの酸アルデヒドを生み出すことができる。次いでこれらの酸アルデヒドを（下記スキーム３に示すように）二量体化することもでき、また様々な他のアルデヒド、例えばグリオキシル酸およびその誘導体と縮合させることもできる。縮合後、次いでこれらの化合物を、下記スキーム３に示すように誘導体化して三酸、ジアシドール（ｄｉａｃｉｄｏｌ）、トリオール、およびそれらの任意のアミン変異形を生み出すことができる（スキーム３においてＲは、Ｈ、あるいはＬｉ+、Ｎａ+、または任意の他の適切な金属などの陽イオン、アンモニウム、またはホスホニウムの化学種であり、------は単結合または二重結合を表す）。
Figure 2015510932
スキーム１〜３中に示すアルキル鎖は、出発材料、例えば生物由来のトリグリセリド（ＴＧ）、脂肪酸（ＦＡ）、または脂肪酸エステル（ＦＡＥ）により異なる長さを有する他のアルキル鎖に置き換えることができることを理解されたい。
一実施形態において二量体化のためのモノアルデヒドは、ＴＧ／ＦＡ／ＦＡＥをオゾンで処理し、続いて所望のアルデヒド材料を蒸留または低圧で取り出すことによって生み出される。次いでこれらのアルデヒド材料を、性質上均質または不均質のいずれかの、また性質上有機または無機のいずれかの適切な酸または塩基触媒上を通過させて所望の二量体化の事象を促進させることができる。
一実施形態においてまた、上記で述べたものと似た条件を使用して三官能性誘導体を得ることもできる。例えば、上記スキーム３を参照されたい。例えば、植物油のオゾン分解による開裂から得られる９−オキソノナン酸（すなわち、アゼルアルデヒド）を、純粋な形で、またはペラルゴン酸、パルミチン酸、およびステアリン酸などの脂肪酸と組み合わせて出発材料として使用する。アゼルアルデヒドの二量体化は、単独溶媒としての水中で行われる。例えば、アゼルアルデヒド（例えば、〜４１．９重量％）と脂肪酸を含有する混合物を、ＮａＯＨ（例えば、アゼルアルデヒドの２８％（ｗ／ｗ））の存在下で水（例えば２５ｍＬ）中に溶解し、得られた混合物を、例えば７０℃で１時間撹拌する。反応の完了を判断するために、分析用分割量を採取し、１Ｎ ＨＣｌで中和する。中和すると有機相が分離し、次いでこれを分割し、1Ｈ ＮＭＲ分析に使用することができる。一実施形態において、望ましい反応完了レベルで、そのままで、または希釈水溶液としてその二量体の塩基性水溶液を直接に水素化にかける。例えば、二量体生成物を水（例えば３００ｍＬ）で希釈し、ラネーニッケル（例えば、１０〜３０％、１５〜２５％、または２０％（ｗ／ｗ））を加え、得られた混合物を高圧反応器中に置き、高圧のＨ2および高温下（例えば、約３００〜５００ｐｓｉのＨ2下および約１２０〜２００℃で）において約３〜２４時間激しく撹拌して所望のアルコール生成物を得ることができる。
この還元反応からのアルコール生成物（例えば、上記スキーム３中のトリオールまたはジアシドール）は、＞８０％純粋（例えば、＞９０％、＞９５％＞、９８％。または＞９９％純粋）であり得、そして＞７０％の収率（例えば、＞７５％、＞８０％、＞８５％、＞９０％、＞９５％、＞９８％、または９９％の収率）であり得る。1Ｈ ＮＭＲおよびガスクロマトグラフィーを使用して、この所望のアルコール生成物の特徴を明らかにすることができる。例えば、1Ｈ ＮＭＲの〜３．３乃至３．５ｐｐｍにおけるエナールプロトンの消滅および２個のメチレンプロトンの出現が、二量体出発材料の所望のアルコール生成物への転換を示すことができる。例えば、そのアルコール生成物は、望まれていない副生物または出発材料を含まない。例えば、アルコール生成物中の不純物（例えば、望まれていない副生物または出発材料）は、２０％未満（例えば、＜１０％、＜５％、＜２％、または＜１％）である。
本発明の一形態において、オゾン発生用の空気の代わりに酸素源として水を使用し、また分子水素共生成物を下流材料の還元に使用することができる。
幾つかの実施形態において本発明の方法の生成物は、６０％以上の、例えば７０％以上、８０％以上、または９０％以上の総収率を有する。
本発明はまた、本明細書中で述べた方法により合成されるゲルベアルコール前駆体（例えば、式Ｉの化合物）およびゲルベアルコール（例えば、式ＩＩの化合物）に関する。
幾つかの実施形態において本発明の方法の生成物は、８５％超、９０％超、９２％超、９５％超、９７％超、または９９％超の式Ｉの化合物を含有する。例えばこの生成物は、望まれていない副生物または出発材料を含まない。例えば、アルコール生成物中の不純物（例えば、モノアルデヒドなどの望まれていない副生物または出発材料）は、２０％未満（例えば、＜１５％、＜１０％、＜８％、＜５％、＜３％、＜２％、または＜１％）である。
幾つかの実施形態において本発明の方法の生成物は、８０％超の式ＩＩの化合物を含有する。幾つかの実施形態において本発明の方法の生成物は、８５％超、９０％超、９２％超、９５％超、９７％超、または９９％超の式ＩＩの化合物を含有する。例えばこの生成物は、望まれていない副生物または出発材料を含まない。例えば、生成物中の不純物（例えば、アルデヒド二量体などの望まれていない副生物または出発材料）は、２０％未満（例えば、＜１５％、＜１０％、＜８％、＜５％、＜３％、＜２％、または＜１％）である。
本明細書中で開示する方法は、所望の化合物の大規模および小規模調製の両方に適していることが分かるはずである。本明細書中で述べた方法の好ましい実施形態において、式Ｉのエナール化合物または式ＩＩの化合物を、大規模に、例えば実験的／実験室規模ではなく工業生産規模で調製することができる。例えば、開示の方法によるバッチ式プロセスは、生成物の少なくとも１ｇ、または少なくとも５ｇ、または少なくとも１０ｇ、または少なくとも１００ｇ、または少なくとも１ｋｇ、または少なくとも１０ｋｇ、または少なくとも１００ｋｇのバッチの調製を可能にする。さらに、当該方法は、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９８％、または少なくとも９８．５％の純度を有する生成物の調製を可能にする。例えば生成物は、望まれていない副生物または出発材料を含まない。例えば生成物中の不純物（モノアルデヒドまたはアルデヒド二量体などの望まれていない副生物または出発材料）は、２０％未満（例えば、＜１５％、＜１０％、＜８％、＜５％、＜３％、＜２％、＜１．５％、または＜１％）である。
本明細書中で述べた化合物は、本発明の方法によって調製することができる。別法において、またこれに加えて、本明細書中で述べた化合物は、例えば２０１２年７月６日出願の共有の米国仮特許出願第61/668,863号明細書（代理人整理番号44019-502P01US）、２０１２年７月１９日出願の米国仮特許出願第61/673,411号明細書（代理人整理番号44019-502P02US）、米国仮特許出願第61/XXX,XXX号明細書（発明の名称「Ozonolysis Operations for Generation of Reduced and/or Oxidized Product Streams」）（代理人整理番号44019-502P03US）、米国特許第6,093,856号明細書、米国特許第6,060,443号明細書、米国特許第6,013,813号明細書、米国特許第6,008,181号明細書、米国特許第5,929,263号明細書、米国特許第5,919,959号明細書、米国特許第5,919,743号明細書、米国特許第5,786,389号明細書、米国特許第5,756,785号明細書、米国特許第5,744,626号明細書、米国特許第5,717,119号明細書、米国特許第5,646,321号明細書、米国特許第5,488,121号明細書、米国特許第5,387,374号明細書、米国特許第5,312,968号明細書、米国特許第5,264,006号明細書、米国特許第5,094,667号明細書、米国特許第4,830,769号明細書、米国特許第4,800,077号明細書、米国特許第4,767,815号明細書、米国特許第4,731,190号明細書、および米国特許第４，４２５，４５８号明細書に記載の方法によって調製することができる。本明細書中で述べた化合物の調製のための好適な方法はまた、例えば M.Guerbet,C.R. Acad, Sci. Paris, 128, 511; 1002(1899)、 Veibel, S. and Nielsen, J., Tetrahedron, 23, 1723-1733 (1967)、 S. Cannizzaro, Liebigs Ann. Chem.88. 129 (1853)、 Geissman, T.A., Organic Reactions, Vol II, p.94 Wiley, New York(1944)、 O’Lenik, Jr. Anthony J. and Bilbo, Raymond E.,Guerbet Alcohols, Versatile Hydrophobes, SCCS, April, 1987、 Henkel ,K., Fatty Alcohols, Raw Materials, Process and Applications, Henkel KGaA, 1982, p.163、 Stein, W. in: Method Chim, 5 (1975) p.563-573、ドイツ特許第538,388号明細書（１９３１年１０月)、 Morrison, Robert and Boyd,Robert,Organic Chemistry,3rd Edition (1973) p.582、 O’Lenik, Anthony J. Surfactants Chemistry and Properties, Allured Publishing, 1999, p.28-30、および Sunwoo, Chunkee, and Wade, William H., J. Dispersion Sci. and Tech, 13, 491, 1992 中に見出すことができる。
本発明の１または複数の実施形態の詳細を下記の付随の説明において述べる。別段の定義がない限り、本明細書中で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業界の普通の熟練者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。不一致の場合は、本明細書が支配することにする。
別段の指示がない限り本明細書中で使用される用語法は、単に特定の実施形態を記述する目的のものに過ぎず、限定するものではないことを理解されたい。本明細書中において、また別添の特許請求の範囲において複数の用語に言及されるはずであり、それらは下記に述べる定義を有するものと定義されるものとする。
本明細書中で使用される単数形「ある（“ａ”および“ａｎ”）」および「その（“ｔｈｅ”）」は、脈絡上で別段の明白な指示がない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば「ある反応物」についての言及は、単一の反応物だけでなく２種類以上の異なる反応物の組合せまたは混合物も含み、「ある置換基」についての言及は、単一の置換基だけでなく２種類以上の置換基も含む、など。
本明細書中で使用される語句「例えば（“for example”、“for instance”）」、「など（“such as”）」、または「含めた（“including”）」は、より概括的な主題をさらに明確にする例を導入することを意味する。これらの例は、開示内容を理解する助けとしてのみ提供され、いかなるやり方でも限定することを意味しない。さらに、本明細書中で使用される用語「してもよい（“may”）」、「任意選択の（“optional”）」、「場合によっては（“optionally”）」、または「場合によっては〜することができる（“may optionally”）」は、その後に述べる状況が生じても、生じなくてもよいことを意味し、したがってその記述は、その状況が生ずる例および生じない例を含む。例えば、語句「場合によっては存在する」は、その目的物が存在してもしなくてもよいことを意味し、したがってその記述は、目的物が存在する例および目的物が存在しない例を含む。
本明細書中で使用される語句「式を有する」または「構造を有する」は、限定するものではなく、用語「含む（“comprising”）」が一般に使用されているのと同じように使用される。
「異性 (Isomerism)」とは、同一の分子式を有するが、それらの原子の結合順位またはそれらの原子の空間における配置が異なる化合物を意味する。それらの原子の空間配置が異なる異性体を「立体異性体」と呼ぶ。互いの鏡像でない立体異性体を「ジアステレオ異性体」と呼び、また互いの重ね合せることができない鏡像である立体異性体を「鏡像異性体」または時には光学異性体と呼ぶ。逆のキラリティの個々の鏡像異性型を等量で含有する混合物を「ラセミ混合物」と呼ぶ。
４個の同一でない置換基に結合している炭素原子を「キラル中心」と呼ぶ。
「キラル異性体」とは、少なくとも１個のキラル中心を有する化合物を意味する。２個以上のキラル中心を有する化合物は、個々のジアステレオ異性体として存在するか、または「ジアステレオ混合物」とも呼ばれるジアステレオ異性体の混合物として存在するかのどちらかであることができる。１個のキラル中心が存在する場合、立体異性体をそのキラル中心の絶対配置（ＲまたはＳ）によって特徴づけることができる。絶対配置とは、キラル中心に結合している置換基の空間配置を指す。検討されているキラル中心に結合している置換基は、Cahn、 Ingold、およびPrelogの順位規則（Cahn et al.,Angew. Chem. Inter. Edit. 1966, 5, 385; errata 511、 Cahn et al., Angew. Chem. 1966, 78, 413、 Cahn and Ingold, J. Chem. Soc. 1951 (London), 612、 Cahn et al., Experientia 1956,12,81、 およびCahn, J. Chem. Educ. 1964, 41, 116）に従って順位付けされる。本願の幾つかの式においては、１個または複数個のキラル中心をキラル炭素の隣に置かれる星印によって識別する。他の式においてキラル中心は識別されないが、それにもかかわらずキラル異性体はこれらの式に包含される。
「幾何異性体」とは、二重結合の周りの回転が束縛されることにより存在する、ジアステレオ異性体を意味する。それらの立体配置は、それらの名称において接頭辞 cis（シス）および trans（トランス）、またはＺおよびＥによって区別される。これらは、基がCahn-Ingold-Prelog規則による分子中の二重結合の同じ側または反対側にあることを表す。
本発明の幾つかの化合物は互変異性型で存在することができ、これらもまた本発明の範囲内に包含されることを意図している。「互変異性体」とは、その構造が原子配置の点で顕著に異なるが、容易かつ迅速な平衡状態で存在する化合物を指す。本発明の化合物は様々な互変異性体として描くことができることを理解されたい。それら化合物が互変異性型を有する場合、すべての互変異性型が本発明の範囲内にあることを意図しており、かつそれら化合物のネーミングがいずれの互変異性型も排除しないこともまた理解されたい。さらに、たとえ１種類の互変異性体が記述される場合でも、本発明は本発明の化合物のすべての互変異性体を含む。
本明細書中で使用される用語「塩」は、塩酸塩、臭化水素酸塩、リン酸塩、硫酸塩、重硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アリールスルホン酸塩、酢酸塩、安息香酸塩、クエン酸塩、マレイン酸塩、フマル酸塩、コハク酸塩、乳酸塩、および酒石酸塩と、Ｎａ+、Ｋ+、Ｌｉ+などのアルカリ金属陽イオンと、Ｍｇ2+またはＣａ2+などのアルカリ土類金属塩とを含めた酸付加塩、あるいは有機アミン塩、あるいは有機ホスホニウム塩を含むことができる。
本明細書中で使用される用語「アルキル」とは、必ずしもこれに限らないが、一般には１個〜約２８個の炭素原子を含有する分岐または非分岐の飽和または不飽和炭化水素基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、オクチル、デシルなどを指す。必ずしもこれに限らないが本明細書中で述べる脂質中のアルキル基は、一般には４個〜約２８個の炭素原子を含有することができ、またそのような基は１０個〜約２８個の炭素原子を含有することができる。「置換アルキル」とは、１種類または複数種類の置換基で置換されたアルキルを指し、また用語「ヘテロ原子含有アルキル」および「ヘテロアルキル」とは、少なくとも１個の炭素原子が、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｎ、またはＰなどのヘテロ原子で置き換えられたアルキル基を指す。
本明細書中で使用される用語「シクロアルキル」は、３〜３０個の炭素原子を有する置換または無置換の非芳香族炭化水素環を含むことを意図している。したがって用語「Ｃ3〜Ｃ8シクロアルキル」とは、その環構造中に３、４、５、６、７、または８個の炭素原子を有するシクロアルキルを指す。一実施形態においてシクロアルキル基、例えばシクロペンチル、シクロペンテニル、シクロヘキシルは、環構造中に５個または６個の炭素を有する。「置換シクロアルキル」とは、１種類または複数種類の置換基で置換されたシクロアルキルを指し、また用語「ヘテロ原子含有シクロアルキル」および「ヘテロシクロアルキル」とは、少なくとも１個の炭素原子がヘテロ原子で置き換えられたシクロアルキル環を指す。
「アリール」には、芳香族性を有する基が挙げられ、これには少なくとも１個の芳香環を有する「共役」系または多環系が含まれる。例には、フェニル、ベンジルなどが挙げられる。
「ヘテロアリール」基は、環構造中に１個〜４個のヘテロ原子を有する上記で定義されたアリール基であり、「アリールヘテロ環」または「ヘテロ芳香族炭化水素」とも呼ぶことができる。本明細書中で使用される用語「ヘテロアリール」は、複数個の炭素原子と、窒素、酸素、および硫黄からなる群から独立して選択される１個または複数個のヘテロ原子、例えば１個または１〜２個または１〜３個または１〜４個または１〜５個または１〜６個のヘテロ原子とからなる安定な５員、６員、または７員単環式芳香族ヘテロ環、または７員、８員、９員、１０員、１１員、または１２員二環式芳香族ヘテロ環を含むことを意図している。その窒素原子は、置換されても無置換でもよい（すなわち、ＮまたはＮＲ、ただしＲはＨまたは定義したような他の置換基である）。窒素および硫黄ヘテロ原子は、場合によっては酸化されてもよい（すなわち、Ｎ→ＯおよびＳ（Ｏ）p、ただしｐ＝１または２）。芳香族ヘテロ環中のＳおよびＯ原子の総数は１以下であることに留意されたい。
ヘテロアリール基の例には、ピロール、フラン、チオフェン、チアゾール、イソチアゾール、イミダゾール、トリアゾール、テトラゾール、ピラゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、ピリジン、ピラジン、ピリダジン、ピリミジンなどが挙げられる。
さらに、用語「アリール」および「ヘテロアリール」は、多環式アリールおよびヘテロアリール基、例えば三環式、二環式アリールおよびヘテロアリール基、例えばナフタレン、ベンゾオキサゾール、ベンゾジオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチオフェン、メチレンジオキシフェニル、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、インドール、ベンゾフラン、プリン、ベンゾフラン、デアザプリン、インドリジンを含む。
多環式芳香環の場合、ただそれら環の１個が芳香族であることが必要である（例えば、２，３−ジヒドロインドール）が、環のすべてが芳香族であってもよい（例えば、キノリン）。第二の環を縮合または架橋させることもまた可能である。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、およびヘテロアリールを互いに縮合させることもまた可能である。架橋環は、１個または複数個の炭素原子が２個の非隣接炭素原子と連結する場合に生じる。一実施形態において架橋環は、１個または２個の炭素原子である。架橋は、常に単環式環を三環式環に変えることに留意されたい。環が架橋される場合、その環の列挙されている置換基もまたその架橋上に存在することができる。縮合環（例えば、ナフチル、テトラヒドロナフチル）およびスピロ環もまた含まれる。
「置換アルキル」などの場合の「置換された」とは、そのアルキルまたは他の部分において、炭素原子に結合した少なくとも１個の水素原子が、１個または複数個の非水素置換基、例えば官能基によって置き換えられることを意味する。
官能基の例には、制限なしに、ハロ、ヒドロキシル、スルフヒドリル、Ｃ1〜Ｃ24アルコキシ、Ｃ2〜Ｃ24アルケニルオキシ、Ｃ2〜Ｃ24アルキニルオキシ、Ｃ5〜Ｃ20アリールオキシ、アシル（これにはＣ2〜Ｃ24アルキルカルボニル（−ＣＯ−アルキル）およびＣ6〜Ｃ20アリールカルボニル（−ＣＯ−アリール）が含まれる）、アシルオキシ（−Ｏ−アシル）、Ｃ2〜Ｃ24アルコキシカルボニル（−（ＣＯ）−Ｏ−アルキル）、Ｃ6〜Ｃ20アリールオキシカルボニル（−（ＣＯ）−Ｏ−アリール）、ハロカルボニル（−（ＣＯ）−Ｘ、ただしＸはハロ）、Ｃ2〜Ｃ24アルキルカルボナト（−Ｏ（ＣＯ）−Ｏ−アルキル）、Ｃ6〜Ｃ20アリールカルボナト（−Ｏ−（ＣＯ）−Ｏ−アリール）、カルボキシ（−ＣＯＯＨ）、カルボキシラト（−ＣＯＯ-）、カルバモイル（−（ＣＯ）−ＮＨ2）、一置換Ｃ1〜Ｃ24アルキルカルバモイル（−（ＣＯ）−ＮＨ（Ｃ1〜Ｃ24アルキル））、二置換アルキルカルバモイル（−（ＣＯ）−Ｎ（Ｃ1〜Ｃ24アルキル）2）、一置換アリールカルバモイル（−（ＣＯ）−ＮＨ−アリール）、トリカルバモイル（−（ＣＳ）−ＮＨ2）、カルバミド（−ＮＨ−（ＣＯ）−ＮＨ2）、シアノ（−Ｃ≡Ｎ）、イソシアノ（−Ｎ+≡Ｃ-）、シアナト（−Ｏ−Ｃ≡Ｎ）、イソシアナト（−Ｏ−Ｎ+≡Ｃ-）、イソチオシアナト（−Ｓ−Ｃ≡Ｎ）、アジド（−Ｎ＝Ｎ+＝Ｎ-）、ホルミル（−（ＣＯ）−Ｈ）、チオホルミル（−（ＣＳ）−Ｈ）、アミノ（−ＮＨ2）、モノ−およびジ−（Ｃ1〜Ｃ24アルキル）置換アミノ、モノ−およびジ−（Ｃ5〜Ｃ20アリール）置換アミノ、Ｃ2〜Ｃ24アルキルアミド（−ＮＨ−（ＣＯ）−アルキル）、Ｃ5〜Ｃ20アリールアミド（−ＮＨ−（ＣＯ）−アリール）、イミノ（−ＣＲ＝ＮＨ、ただしＲ＝水素、Ｃ1〜Ｃ24アルキル、Ｃ5〜Ｃ20アリール、Ｃ6〜Ｃ20アルキルアリール、Ｃ6〜Ｃ20アラルキルなど）、アルキルイミノ（−ＣＲ＝Ｎ（アルキル）、ただしＲ＝水素、アルキル、アリール、アルキルアリールなど）、アリールイミノ（−ＣＲ＝Ｎ（アリール）、ただしＲ＝水素、アルキル、アリール、アルキルアリールなど）、ニトロ（−ＮＯ2）、ニトロソ（−ＮＯ）、スルホ（−ＳＯ2−ＯＨ）、スルホナト（（−ＳＯ2−Ｏ-）、Ｃ1〜Ｃ24アルキルスルファニル（−Ｓ−アルキル、「アルキルチオ」とも呼ばれる）、アリールスルファニル（−Ｓ−アリール、「アリールチオ」とも呼ばれる）、Ｃ1〜Ｃ24アルキルスルフィニル（−（ＳＯ）−アルキル）、Ｃ5〜Ｃ20アリールスルフィニル（−（ＳＯ）−アリール）、Ｃ1〜Ｃ24アルキルスルホニル（−ＳＯ2−アルキル）、Ｃ5〜Ｃ20アリールスルホニル（−ＳＯ2−アリール）、ホスホノ（−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）2）、ホスホナト（−Ｐ（Ｏ）（Ｏ-）2）、ホスフィナト（−Ｐ（Ｏ）（Ｏ-））、ホスホ（−ＰＯ2）、ホスフィノ（−ＰＨ2）、モノ−およびジ−（Ｃ1〜Ｃ24アルキル）置換ホスフィノ、モノ−およびジ−（Ｃ5〜Ｃ20アリール）置換ホスフィノ、Ｃ1〜Ｃ24アルキルなどのヒドロカルビル部分（これにはＣ1〜Ｃ18アルキルが含まれ、さらにＣ1〜Ｃ12アルキルが含まれ、またさらにＣ1〜Ｃ6アルキルが含まれる）、Ｃ2〜Ｃ24アルケニル（これにはＣ2〜Ｃ18アルケニルが含まれ、さらにＣ2〜Ｃ12アルケニルが含まれ、またさらにＣ2〜Ｃ6アルケニルが含まれる）、Ｃ2〜Ｃ24アルキニル（これにはＣ2〜Ｃ18アルキニルが含まれ、さらにＣ2〜Ｃ12アルキニルが含まれ、またさらにＣ2〜Ｃ6アルキニルが含まれる）、Ｃ5〜Ｃ30アリール（これにはＣ5〜Ｃ20アリールが含まれ、またさらにＣ5〜Ｃ12アリールが含まれる）、およびＣ6〜Ｃ30アラルキル（これにはＣ6〜Ｃ20アラルキルが含まれ、またさらにＣ6〜Ｃ12アラルキルが含まれる）が挙げられる。これに加えて特定の基がこれを容認する場合、前述の官能基をさらに１種類または複数種類の追加の官能基で、あるいは１種類または複数種類のヒドロカルビル部分、例えば上記で具体的に列挙したもので置換することができる。
本明細書において化合物の構造式は、幾つかのケースにおいて便宜上、ある特定の異性体を表すが、本発明には、幾何異性体、不斉炭素に基づく光学異性体、立体異性体、互変異性体などのすべての異性体が含まれる。これに加えて、その式によって表される化合物に関して結晶多形が存在することができる。任意の結晶形、結晶形の混合物、あるいはその無水物または水和物が本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
本明細書中で使用されるすべての百分率および比率は、別段の指定がない限り、重量単位である。
実施例１：長鎖脂肪族アルデヒドの二量体化
反応媒体としてエタノール：水の溶液を使用する油脂化学由来のアルデヒドの二量体化の方法を発展させ、出発原料および生成物の両方の特有の可溶化必要条件を得た。具体的にはまず出発アルデヒドを塩基性反応媒体中に可溶化し、それを高収率で成功裡に二量体に転換させた。転換後、所望の生成物は反応媒体から相分離して容易に単離された。
実験
表１および２中で提供されるデータを得るための代表的手順
溶媒、すなわち７０℃で１．３５ｇのＮａＯＨを添加したエタノール水溶液にヘキサナールまたはノナナールを加えて５０ｍＬの総体積とした。下記表１に示す通り、溶媒中のエタノール対水の体積比は、９９：１から０：１００の範囲であり、溶媒対アルデヒドの体積比は９：１に維持された。相対的には下記表２に示す通り、溶媒中のエタノール対水の体積比は５０：５０に維持され、また溶媒対アルデヒドの体積比は、９：１から１：１の範囲であった。この混合物を、６６０ＲＰＭでのオーバーヘッド撹拌により７０℃で１５分間激しく撹拌した。１５分後、反応混合物の分割量を採取し、１．０Ｍ塩酸中で反応を止めた。この分割量を水で希釈し、有機物を重水素化クロロホルムで抽出し、それからプロトンＮＭＲを撮った。続いて残りの反応混合物をメスシリンダーに注ぎ込み、反応混合物の相分離の観察結果を記録した。
下記表１は、選択されたエタノール：水系中でのエナール生成物の転換と、それに続く分離の要点をまとめる（注記：好ましい溶媒系は「＋／＋」の記号表示を有する）。
Figure 2015510932
* 反応条件は、２．７％（ｗｔ／ｖｏｌ）ＮａＯＨ、７０℃および６６０ｒｐｍでの１５分間の撹拌を含む。
**スラッシュの左側の「＋」が1Ｈ ＮＭＲに基づく所望の化合物への＞９０％転換を表すのに対し、＜９０％転換は「−」で表される。さらに相分離のことを言う場合は、「＋」は迅速な相分離が観察されたことを表し、「−」は相分離が観察されなかったことを表す。例えば、「＋／＋」の記号表示は、＞９０％転換および迅速な相分離が観察されたことを表す。
これに加えて表２に示す通り、好ましいエタノール：水の溶媒系を、望ましい転換率および相分離を維持しながら様々な溶媒：基質の体積比で使用した。驚くべきことに望ましい転換率および相分離は、塩基性溶液：アルデヒドの体積比を９：１から１：１へ増大させた場合にも維持された。
Figure 2015510932
* 反応条件は、２．７％（ｗｔ／ｖｏｌ）ＮａＯＨ、７０℃および６６０ｒｐｍでの１５分間の撹拌を含む。
**スラッシュの左側の「＋」は1Ｈ ＮＭＲに基づく所望の化合物への＞９０％転換を表し、スラッシュの右側の「＋」は迅速な相分離が観察されたことを表す。例えば、「＋／＋」の記号表示は、＞９０％転換および迅速な相分離が観察されたことを表す。
反応が起こらないように溶媒系から塩基を除いた対照実験を設定することによって、相分離における転換の役割をさらに調べた。結果を表３に示す。表中、「＋」は迅速な相分離が観察されたことを表し、「−」は相分離が観察されなかったことを表す。例えば、「＋／＋」の記号表示は、転換生成物（すなわち、エナール二量体）が容易に相分離したのに対し、出発材料（すなわち、ヘキサナールおよび／またはノナナール）が反応媒体から相分離しなかったことを表す。
Figure 2015510932
* 塩基性反応条件は、二量体化実験については２．７％（ｗｔ／ｖｏｌ）ＮａＯＨ、７０℃および６６０ｒｐｍでの１５分間の撹拌を含む。非塩基性反応は、ＮａＯＨを除外したこと以外は同一であった。
二量体の代表的1Ｈ ＮＭＲを図１に見ることができる。エナール官能基の特性ピーク、すなわち〜９．３４ｐｐｍ（一重線）および〜６．５７ｐｐｍ（三重線）が観察された。
実施例２：二量体化による生成物の還元
２５０ｍＬのノナナール（２０６ｇ、１．４５モル）を前述の実施例１の条件に従って二量体化し、得られた二量体をエタノールおよび水の層から分離した。次いでその二量体に２０％（ｗｔ／ｗｔ）のラネーニッケルを加えた。得られた混合物を高圧反応器中に置き、３００ｐｓｉのＨ2下で１２５℃において２４時間激しく撹拌した。次いで得られた物質を濾過して触媒を除去し、＞９０％純粋な所望の生成物を収率＞８０％で得た。生成物の1Ｈ ＮＭＲは、エナールプロトンの消滅と、〜３．３乃至３．５ｐｐｍにおける２個のメチレンプロトンの出現によって特徴付けられた。
実施例３：ノナナールの二量体化および二量体の還元
脂肪酸のオゾン分解による開裂から得られるノナナール（７ｍＬ、５．７８９ｇ）を、水酸化ナトリウム（３．４重量％）を添加した１：１のエタノール：水の溶液１０ｍＬで希釈した。次いで反応物を７０℃で１５分間撹拌し、次いで熱および撹拌を止め、分液漏斗中で相分離させた。
次いで還元のために一番上の有機相を還元に直接かけた（５．５２９ｇ）。この物質の分析用分割量がＧＣ ＦＩＤ分析のために採取され、その結果を図２に示す。二量体ピークが、１０．６７８分の所にあった。出発材料ノナナールの痕跡を表すピークが、〜４．７分の所に観察された。この痕跡は、所望の生成物への＞９５％転換を示唆した。
次いで有機相をエタノール（３００ｍＬ）で希釈し、Ｐａｒｒ水素化装置中でラネーニッケル（２０％（ｗｔ／ｗｔ））を加えた。この反応器を密閉し、４２０ｐｓｉの水素ガスを１６０℃で３時間投入した。次いで反応物を冷却し、触媒を濾過して取り除き、溶媒を蒸発させた。５．４ｇの有機物質が回収された。その有機物質の分析用分割量を、ＧＣ ＦＩＤを使用して分析した。所望のアルコールのピークが、ＧＣ ＦＩＤトレースの１３．４０６分の所にあった。図３に示す結果は、所望のアルコールが＞９０％純粋であったことを示唆する。
実施例４：三官能性誘導体
脂肪酸との混合物中の〜４１．９重量％としての５ｇのアゼルアルデヒドを、１．３９ｇのＮａＯＨの存在下で２５ｍの水に溶解した。得られた溶液を７０℃で１時間撹拌した。分析用分割量を採取し、１Ｎ ＨＣｌで中和した。中和すると有機相が分離し、次いでこれを分割し、1Ｈ ＮＭＲ分析に使用した。1Ｈ ＮＭＲデータは、特徴のあるエナール官能基の形成および他の脂肪族アルデヒドの消滅を示した。
次いでその塩基性水溶液を、水溶液を形成するための希釈有無のいずれかで水素化に直接かけた。一実験において、反応した物質５ｇを３００ｍＬの水中で希釈し、それにラネーニッケル（２０％（ｗｔ／ｗｔ））を加えた。次いで得られた混合物を高圧反応器中に置き、４００ｐｓｉのＨ2下で１６０℃において３時間激しく撹拌した。濾過および中和の後、分析試料を1Ｈ ＮＭＲに使用し、それは特徴のあるエナールプロトンの消滅と、〜３．３乃至３．５ｐｐｍにおける特徴のあるメチレンプロトンの出現とを示し、これは所望の８−（ヒドロキシメチル）ヘプタデカン二酸の形成と一致した。
参照による援用
本明細書中で言及される特許文書および科学論文のそれぞれの全開示内容は、あらゆる目的に対して参照により援用される。
等価物
本発明を、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。したがって前述の実施形態は、本明細書中で述べた本発明に関してあらゆる点で限定するものではなく例示的なものと見なされるべきである。したがって本発明の範囲は、前述の説明によってではなく添付の特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味および等価の範囲内に入るすべての変更はこの中に包含されることを意図している。

Claims (20)

  1. 式Ｉ：
    Figure 2015510932
     ［式中、
    Ｒは、水素又は、無置換の若しくは置換されたＣ1−Ｃ20アルキルであり、ここで前記アルキルは直鎖又は分岐鎖であり、そして場合によりアルキル鎖の内部又は末端にカルボニル部位（Ｃ＝Ｏ）を含む］
    の化合物、又はその塩の製造方法であって、以下のステップ：
    トリグリセリド、脂肪酸又は脂肪酸エステルをオゾン分解して、式Ｒ−ＣＨ2ＣＨＯで表されるモノ−アルデヒドを得；そして
    前記モノ−アルデヒドを二量体化して、式Ｉの化合物を得ること
    を含む、前記方法。
  2. 式Ｉの化合物を還元して、式ＩＩ：
    Figure 2015510932
     の化合物、又はその塩を製造すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記還元が、水素化触媒の存在下で行われる、請求項２に記載の方法。
  4. オゾン分解ステップと二量体化ステップとの間に、蒸留によって、他のオゾン分解産物から前記モノ−アルデヒドを単離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記蒸留が真空下で行われる、請求項１に記載の方法。
  6. Ｒが、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、１１個、１２個、１３個、１４個、１５個又は１６個の炭素原子を有するアルキルである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. Ｒが、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個又は１０個の炭素原子を有するアルキルである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記二量体化反応は、酸又は塩基の存在下で行われる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記二量体化反応は、アルコール水溶液中で行われる、請求項８に記載の方法。
  10. 前記アルコール水溶液中のアルコールと水との体積比が１０：１〜１：１０である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記アルコールがエタノールである、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記オゾン分解ステップにおいて使用されるオゾンは、水を電解することによって生じる、請求項１に記載の方法。
  13. 水を電解することによって生じる水素が、請求項２の還元ステップにおいて使用される、請求項１２に記載の方法。
  14. Ｒが、水素、無置換のＣ1−Ｃ20アルキル又は、アルキル鎖の末端に−ＣＯＯＨを含む置換されたＣ1−Ｃ20アルキルである、請求項１に記載の方法。
  15. 式Ｉの化合物を誘導体化して、式ＩＩＩ：
    Figure 2015510932
     [式中、
    Figure 2015510932
     は単結合又は二重結合であり、
    Figure 2015510932
     の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
    Figure 2015510932
     が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
    Figure 2015510932
     が存在しないとき、Ｚは存在せず、
    Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｎは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
    の化合物又はその塩を製造することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 請求項１に記載の方法によって製造された、式Ｉ：
    Figure 2015510932
     ［式中、
    Ｒは、水素又は、無置換の若しくは置換されたＣ1−Ｃ20アルキルであり、ここで前記アルキルは直鎖又は分岐鎖であり、そして場合によりアルキル鎖の内部又は末端にカルボニル部位（Ｃ＝Ｏ）を含み、そして場合により、ＯＲa、ＣＯＯＲa、ＮＲaＲb、Ｓ（Ｏ）pＲa、ＣＯＮＲaＲb又はＮＲaＣＯＲbで置換され、ｐは０、１又は２であり、そしてＲa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールである］
    の化合物又はその塩。
  17. 請求項２に記載の方法によって製造された、式ＩＩ：
    Figure 2015510932
     ［式中、
    Ｒは、水素又は、無置換の若しくは置換されたＣ1−Ｃ20アルキルであり、ここで前記アルキルは直鎖又は分岐鎖であり、そして場合によりアルキル鎖の内部又は末端にカルボニル部位（Ｃ＝Ｏ）を含み、そして場合により、ＯＲa、ＣＯＯＲa、ＮＲaＲb、Ｓ（Ｏ）pＲa、ＣＯＮＲaＲb又はＮＲaＣＯＲbで置換され、ｐは０、１又は２であり、そしてＲa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールである］
    の化合物又はその塩。
  18. 請求項１５に記載の方法によって製造された、式ＩＩＩ：
    Figure 2015510932
     [式中、
    Figure 2015510932
     は単結合又は二重結合であり、
    Figure 2015510932
     の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
    Figure 2015510932
     が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
    Figure 2015510932
     が存在しないとき、Ｚは存在せず、
    Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｎは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
    の化合物又はその塩。
  19. 請求項１５に記載の方法によって製造された、式ＩＩＩの化合物であって、前記化合物が、以下の式ＩＩＩａ、ＩＩＩｂ又はＩＩＩｃ：
    Figure 2015510932
     の化合物である、前記化合物。
  20. 式ＩＶ：
    Figure 2015510932
     [式中、
    Figure 2015510932
     は単結合又は二重結合であり、
    Figure 2015510932
     の各々は、二重結合であるか、又は存在せず、
    Figure 2015510932
     が二重結合であるとき、Ｚの各々は、独立して、Ｏ又はＳであり、あるいは、
    Figure 2015510932
     が存在しないとき、Ｚは存在せず、
    Ｒ’の各々は、独立して、ＯＲa又はＮＲaＲbであり、Ｒa及びＲbの各々は、独立して、Ｈ、Ｃ1−Ｃ10アルキル、Ｃ3−Ｃ8シクロアルキル、アリール又はヘテロアリールであり、そしてｍ及びｎの各々は、独立して、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２である］
    の化合物又はその塩。
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