JP2016509991A - エキソ二重結合の異性化法 - Google Patents

Abstract

本発明はパラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）から選択される金属および分子状水素または水素源を含む触媒系の存在下で実施されるエンド二重結合へのエキソ二重結合の異性化法に関する。

Description

本発明は、有機合成の分野にするものであり、特に、分子状水素または水素原の存在下でパラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）触媒によって触媒される、式（Ｉ）の化合物のエキソ二重結合の異性化法に関する。

式（Ｉ）で定義されるようなα，β−不飽和カルボニル誘導体の数多くはそれ自体として有用な生成物であり、または他の重要な原料の調製に有用な中間体である。式（Ｉ）の化合物、特に、２，３−ジメチルブタ−２−エナール、２−メチルペンタジエナールまたは２−Ｅｔ−６，６−ジメチルシクロヘキサ−２−エノンは、香料産業において特に関心がもたれている。そして、２，３−ジメチルブタ−２−エナールは、３−メチルシトラール（３，６，７−トリメチル−２，６−オクタジエナール；Ｐｅｒｆｕｍｅ ａｎｄ Ｆｌａｖｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，１９６９，Ｍｏｎｔｃｌａｉｒ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ，ＵＳＡ，N°１９５６）のような産業に関連性のある化合物を製造するための重要な中間体である可能性がある。

しかしながら、文献で報告されている化合物（Ｉ）の製造は、非常に複雑であり、必ずしも優れた生産性（高産出性）を有しているわけではない。例えば、エチル２，３−ジメチルブタ−２−エノアートを２，３−ジメチルブタ−２−エノールに還元し、かつＤＭＳＯにより２，３−ジメチルブタ−２−エノールをアルデヒドに酸化することによる２，３−ジメチルブタ−２−エナールの製造は、ＵＳ２００８／０００９４８６に報告されている。このような手法は、非常に長い時間がかかり、かつ生産性が低いものである。

本発明の式（ＩＩ）の化合物の異性化による式（Ｉ）の化合物の製造は、出発物質がα−非分岐鎖アルデヒド／ケトンとのアルドール反応から入手し易すいため、論理上非常に好ましい。しかしながら、有効性のために、特に、工業的に使用するために、当該異性化においては、第一に有効な触媒系を必要とし、かつ第二に高い生産性および選択性を提供できる触媒系を必要とする。

つまり、最も高い生産性、選択性および収率性を有する異性化法が未だに必要とされている。

本発明の説明
本発明者らは、式（Ｉ）の誘導体を説明されるような接触異性化により有利な方法で生産することができ、かつ副生成物の形成を最小限にし、かつ高い生産性をもたらすことを見出した。

それゆえ、本発明の最初の目的は、式（ＩＩ）の対応する化合物の異性化による式（Ｉ）の化合物の製造方法にあり、
式（Ｉ）の化合物は、

［式中、Ｒ、Ｒ^１およびＲ^２は、同時にまたは独立して、水素原子または炭素数１〜５のアルキル基を表し、Ｒ^３は炭素数１〜５のアルキル基またはアルケニル基を表すか、またはＲ^１およびＲ^３は、一緒になって、炭素数３〜９のアルカンジイル基を表すか、もしくは１つ〜２つの炭素数１〜５のアルキル基で置換された炭素数３〜９のアルカンジイル基を表す］であり、
式（ＩＩ）の化合物は、

［式中、Ｒ、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、式（Ｉ）と同じ意味を表す］であり、
異性化は、触媒系の存在下で行われ、触媒系はｉ）パラジウム（Ｐｄ^０）または白金（Ｐｔ^０）から選択される金属およびｉｉ）分子状水素または水素源を含む。

明確性のために、“水素源”という表現は、当技術分野において通常の意味を示すものと理解される。つまり、反応媒体中で分子状水素（すなわち、Ｈ_２）、水素原子または等価物を生成できる化合物であると理解される。

化合物（Ｉ）および（ＩＩ）は、異なる立体構造を有することが可能な（すなわち、ＥまたはＺ配置が可能な）少なくとも１つの炭素間二重結合を有する。当該化合物の炭素間二重結合は、ＺまたはＥ配置、あるいはそれらの混合であることが可能であり、言い換えれば、炭素間二重結合は、本質的に純粋な異性体の形であるか（すなわち、（２Ｅ）または（２Ｚ））、あるいは、異性体の混合物の形（例えば、さまざまなｗ／ｗ比率で異性体（２Ｅ）および（２Ｚ）を含む混合物）であることができる。

明確性のために、アルキル基は、直鎖基または分岐鎖基、あるいは（少なくとも３つの炭素を有するアルキル基の）環状基であり得る。

本発明のいずれか１つの上記態様において、Ｒは水素原子または直鎖の炭素数１〜５のアルキル基を表す。

本発明のいずれか１つの上記態様において、Ｒ^１は水素原子を表す。

本発明のいずれか１つの上記態様において、Ｒ^２は水素原子または炭素数１〜５のアルキル基を表す。

本発明のいずれか１つの上記態様において、Ｒ^３は直鎖または分岐鎖の炭素数１〜５のアルキル基またはアルケニル基を表す。

本発明のいずれか１つの上記態様において、Ｒ^１およびＲ^３は一緒になって、１つ〜２つの直鎖または分岐鎖の炭素数１〜３のアルキル基によって置換された炭素数３〜５のアルカンジイル基を表す。

本発明のいずれか１つの上記態様において、Ｒ^２は炭素数１〜５のアルキル基およびＲは水素原子を表す。

本発明のいずれか１つの上記態様において、式（Ｉ）の化合物は２−エチル−６，６−ジメチルシクロヘキサ−２−エノンであり、かつこれに対応する式（ＩＩ）の化合物は６−エチリデン−２，２−ジメチルシクロヘキサノンであるか、式（Ｉ）の化合物は２，３−ジメチルブタ−２−エナールであり、かつこれに対応する式（ＩＩ）の化合物は３−メチル−２−メチレンブタナールであるか、あるいは、式（Ｉ）の化合物は２−メチルペンタ−２，４−ジエナールであり、かつこれに対応する式（ＩＩ）の化合物は２−メチレンペンタ−４−エナールである。

式（ＩＩ）の化合物は、公知の化合物であり、例えば、文献に基づき（ＳＭＩＴＨ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｂ., ＭＡＲＣＨ Ｊｅｒｒｙ，Ｍａｒｃｈ’ｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｍｉｓｔｒｙ 第５版．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，２００１，第１２１８頁〜第１２２３頁）、式（ＩＩＩ）のアルデヒドと式（ＩＶ）の化合物との反応によって得られる。

本発明の方法は、元素金属形態のパラジウム（Ｐｄ^０）または白金（Ｐｔ^０）の触媒量の存在下で実施される。化学反応を引き起こすための適切な金属形態は、当業者に良く知られている。

本発明のいずれか１つの上記態様において、パラジウム（Ｐｄ^０）または白金（Ｐｔ^０）は担持材料に担持される。

明確性のために、担持材料は当該金属を付着することができ、かつ水素源および基質に対しては不活性化であるものを意図する。

本発明のいずれか１つの上記態様において、特定の担持材料は炭素または酸化アルミニウムであるが、担持材料の例は、これらに限定されず、そのような担持体は当業者に良く知られている。

担持されたパラジウム（Ｐｄ^０）または白金（Ｐｔ^０）は公知の化合物であり、商業的に利用可能である。当業者であれば、担持体に金属を付着させる方法、担持材料上の金属の比率、担持体の形状（粒子、顆粒、ペレット、押出し物、ムースなど）および担持体の表面積に基づき、好ましい種類の金属を選択可能である。

本発明のいずれか１つの上記態様において、使用される担持体の質量に対して、当該担持体に対する金属の量は０．５質量％〜１０％質量％の範囲、あるいは１質量％〜６質量％の範囲に定めることができる。

担持された形態またはそれ自体で、パラジウム（Ｐｄ^０）または白金（Ｐｔ^０）を本発明の方法の反応媒体に広範囲の濃度で添加することができる。金属濃度としては、基質の全量に対して、１ｐｐｍ〜２００００ｐｐｍの範囲を挙げることができるが、これに限定されない。好ましくは、金属濃度は５ｐｐｍ〜７０００ｐｐｍの範囲であるか、５ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であるか、あるいは５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲である。言うまでもないことだが、当業者に知られているように、最適な金属濃度は、所望の反応時間はもちろん、金属の特性、基質の特性にも依存し、仮に、本発明の方法がバッチでまたは連続的に行われる場合は、温度および本発明の方法中に採用されるＨ_２の圧力にも依存する。

本発明の方法は、分子状水素または水素源の存在下で行われる。

本発明のいずれか１つの上記態様において、水素源は水素移動剤であり得る。特定の接触水素移動剤はテトラリン、ギ酸、リモネン、シクロヘキサノールであるが、接触水素移動剤の例は、これらに限定されない。

水素移動剤を本発明の方法の反応媒体に広範囲の濃度で添加することができる。水素源の濃度としては、式（ＩＩ）の化合物の量に対して、０．５質量％〜１００質量％の範囲、あるいは４０質量％〜７０質量％の範囲を挙げることができるが、これに限定されない。大量の水素移動剤が使用されるが、そのうちのごく一部が分子状水素を生成する。例えば、約１０％程度のテトラリンが分子状水素に変換される。言うまでもないことだが、当業者に知られているように、最適な水素源の濃度は、所望の反応時間はもちろん、水素源の特性、基質の特性、温度および本発明の方法中に採用される触媒にも依存する。

本発明のいずれか１つの上記態様において、水素移動剤の代替品としては、純粋な分子状水素、あるいは不活性ガスと共に混合したものを使用することができる。特定の不活性ガスは窒素またはアルゴンであるが、不活性ガスの例は、これらに限定されない。Ｈ_２／不活性ガスの体積比は１／１〜０．０１／１であり、さらに好ましくは０．０５／１である。

分子状水素を本発明の方法の反応媒体に広範囲の濃度で添加することができる。分子状水素の濃度としては、式（ＩＩ）の化合物の量に対して、１ｍｏｌ％〜１００ｍｏｌ％の範囲を挙げることができるが、これに限定されず、好ましくは、式（ＩＩ）の化合物の量に対して、３ｍｏｌ％〜７５ｍｏｌ％の範囲である。当業者であれば、本発明の方法がバッチまたは連続的であるかに応じて、上記の濃度範囲を得るために、分子状水素の圧力または流量（例えば、連続法においての）を適宜調整することができる。また、当業者であれば、触媒充填および溶媒中の基質の希釈に基づいて分子状水素の濃度を適宜調整することができる。

本発明の方法は、バッチまたは連続的な条件下で実施することができる。本発明の特定の実施形態において、本発明の方法は連続法であり、より高い生産性をもたらす。

本発明の反応は、溶媒の存在下または非存在下で実施することができる。溶媒が実用的な理由から必要とされまたは採用される場合において、当該反応タイプに通常採用される任意の溶媒が本発明の目的のために使用できる。炭素数６〜１２の芳香族溶媒、例えば、トルエン、１，３−ジイソプロピルベンゼン、クメン、ブソイドクメン、酢酸ベンジルまたはキシレン、炭素数３〜１６のアルカン、例えば、ヘキサデカン、あるいは、それらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。溶媒は、基質の特性および錯体の特性に基づき選択され、かつ当業者であれば、反応を最適化するための最も都合の良い溶媒をその都度適宜選択することができる。

異性化を実施できる温度は１２０℃〜３００℃の範囲である。連続法においては、１７０℃〜２５０℃の範囲であるのが好ましく、バッチ処理においては、１７０℃〜１８５℃の範囲であることが好ましい。当業者であれば、反応または転化における所望の時間はもちろん、出発物質および最終生成物の融点および沸点に基づき、好ましい温度を適宜選択することができる。

全ての本発明の実施態様において、本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明する。なお、実施例における略号は当技術分野で一般に使用される意味を示し、温度は、摂氏（℃）を意味する。ＮＭＲスペクトルデータをＣＤＣｌ_３中で、３６０ＭＨｚまたは１００ＭＨｚ装置により^１Ｈまたは^１３Ｃのそれぞれに関して記録した。ＴＭＳを標準として化学的置換δをｐｐｍで表し、結合定数ＪはＨｚで表す。

基本手順
例１
Ｐｄ／Ｃを使用した３−メチル−２−メチレンブタナールの接触異性化
炭素（４ｇ）に担持した４％のパラジウムを管型反応装置に入れ、Ｎ_２気流下で１７０℃に加熱した。当該装置を４時間Ｎ_２ガスでパージし、次いで、３−メチル−２−メチレンブタナール（３８００ｇ）を０．２３ｇ／ｍｉｎの割合で、かつＨ_２／Ｎ_２ガス（０．０５：１ｖｏｌ／ｖｏｌ）を２００ｍＬ／ｍｉｎの割合（基質に対して４２ｍｏｌ％のＨ_２ガス）で添加した。上記条件は４．２８ｈ^−１のＬＨＳＶ（液空間速度＝［反応液体の流速］／［反応装置容積−触媒容積］）を許容した。生成物をＮ_２下で収集し、減圧下で再蒸留し、２，３−ジメチルブタ−２−エナールを得た（２０６５ｇ、収率：５４％）。

例２
Ｐｄ／Ｃを使用した２−メチレンペンタ−４−エナールの接触異性化
炭素（４ｇ）に担持した４％のパラジウムを管型反応装置に入れ、Ｎ_２気流下で１７０℃に加熱した。当該装置を４時間Ｎ_２ガスでパージし、次いで、ジイソプロピルベンゼン（１００ｇ）中の２−メチレンペンタ−４−エナール（１００ｇ）を０．２ｇ／ｍｉｎの割合で、かつＨ_２／Ｎ_２ガス（０．０５：１ｖｏｌ／ｖｏｌ）を２００ｍＬ／ｍｉｎの割合（基質に対して７５ｍｏｌ％のＨ_２ガス）で添加した。２−メチルペンタ−２，４−ジエナールをＮ_２下で収集し、その収率をＧＣ内部標準法で測定した（２５ｇ、収率：２５％）。

例３
Ｐｄ／Ｃおよび種々の水素源を使用した３−メチル−２−メチレンブタナールの接触異性化
炭素（１０ｇ）に担持した４％のパラジウムを管型反応装置に入れ、穏やかなＮ_２気流下で１８０℃に加熱した。当該反応装置を１８時間Ｎ_２ガスでパージし、次いで、３−メチル−２−メチレンブタナールおよび水素源（表１、ｗｔ／ｗｔ％）を０．２５ｇ／ｍｉｎの割合で、かつＮ_２ガスを２０ｍＬ／ｍｉｎの割合で添加した。生成物をＮ_２下で収集し、その収率をＧＣ内部標準法で測定した。これらの条件下で数種の水素移動剤が試験され、表１に示された。

表１：Ｐｄ／Ｃ錯体および種々の水素移動剤による３−メチル−２−メチレンブタナールの異性化

例４
Ｐｄ／Ｃおよび水素源を使用した６−エチリデン−２，２−ジメチルシクロヘキサン−１−オンの接触異性化
炭素（１１ｇ）に担持した５％のパラジウム、６−エチリデン−２，２−ジメチルシクロヘキサン−１−オン（４１５ｇ）およびブソイドクメン（３９０ｇ）を反応装置に入れた。当該反応装置をＮ_２ガスでパージした。反応混合物を１７０℃で加熱し、かつギ酸（３ｇ）を１５時間にわたって添加した。当該反応装置を冷却した。減圧条件下で、当該反応混合物をろ過し、かつ蒸留し、２−エチル−６，６−ジメチルシクロヘキサ−２−エン−１−オンを得た（３９４ｇ、収率：９３％）。

例５
Ｐｄ／Ｃおよび分子状水素を使用したＥ／Ｚ６−エチリデン−２，２−ジメチル−１−シクロヘキサノンの接触異性化
炭素（４ｇ）に担持した４％のパラジウムを管型反応装置に入れ、Ｎ_２気流下で１５０℃に加熱した。当該反応装置を２４時間Ｎ_２ガスでパージし、１９０℃で加熱し、次いで、Ｅ／Ｚ６−エチリデン−２，２−ジメチル−１−シクロヘキサノン（８８ｇ）を０．２６ｇ／ｍｉｎの割合で、かつＨ_２／Ｎ_２ガス（０．０５：１ｖｏｌ／ｖｏｌ）を１００ｍＬ／ｍｉｎの割合（Ｈ_２ガス：基質のモル比＝１３％ｍｏｌ／ｍｏｌ）で添加した。上記条件は４．７ｈ^−１のＬＨＳＶ（液空間速度＝［反応液体の流速］／［反応装置容積−触媒容積］）を許容した。生成物をＮ_２下で収集し、減圧下で再蒸留し、２−エチル−６，６−ジメチルシクロヘキサ−２−エノンが得られた（７１ｇ、収率：８１％）。

Claims (8)

1. 式（ＩＩ）の対応する化合物の異性化による式（Ｉ）の化合物の製造方法であって、
   前記式（Ｉ）の化合物は、
   

   

   ［式中、Ｒ、Ｒ^１およびＲ^２は、同時にまたは独立して、水素原子または直鎖または分岐鎖の炭素数１〜５のアルキル基を表し、Ｒ^３は直鎖または分岐鎖の炭素数１〜５のアルキル基またはアルケニル基を表すか、Ｒ^１およびＲ^３は、一緒になって、炭素数２〜９のアルカンジイル基を表すか、もしくは１つ〜２つの直鎖または分岐鎖の炭素数１〜５のアルキル基で置換された炭素数２〜９のアルカンジイル基を表すか、またはＲ^１およびＲ^３は、一緒になって、炭素数２〜９のアルケンジイル基を表すか、もしくは１つ〜２つの直鎖または分岐鎖の炭素数１〜５のアルキル基で置換された炭素数２〜９のアルケンジイル基を表す］であり、
   前記式（ＩＩ）の化合物は、
   

   

   ［式中、Ｒ、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、式（Ｉ）と同じ意味を表す］であり、
   前記異性化は、触媒系の存在下で行われ、
   前記触媒系は、ｉ）パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）から選択される金属およびｉｉ）分子状水素または水素源を含む、
   前記製造方法。
2. Ｒ^１が水素原子である、請求項１に記載の方法。
3. Ｒ^２が炭素数１〜５のアルキル基であり、かつＲが水素原子である、請求項１に記載の方法。
4. 前記式（Ｉ）の化合物が２−エチル−６，６−ジメチルシクロヘキサ−２−エノン、２，３−ジメチレンブタ−２−エナールまたは２−メチルペンタ−２，４−ジエナールである、請求項１に記載の方法。
5. 前記金属が炭素または酸化アルミニウムに担持されている、請求項１に記載の方法。
6. 前記水素源がテトラリン、ギ酸、リモネンまたはシクロヘキサノールである、請求項１に記載の方法。
7. 前記分子状水素が１／１〜０．０１／１の体積比で窒素またはアルゴンと混合される、請求項１に記載の方法。
8. 連続法である、請求項１に記載の方法。