JP3568558B2 - 新規δ−ラクトンおよびその製法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は香料、各種合成原料ないし中間体として有用であり、特に種々の昆虫フェロモンならびに香料工業分野において重要な光学活性δ−ラクトンの合成中間体ラクトンとして有用な新規ラクトンおよびその製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光学活性δ−ラクトンの製造に関しては多くの方法が知られている。その合成方法としては1)光学活性なN,N−ジブチルノレフェドリンを出発原料とする方法[Chem.Letters,843(1988)]、2)δ−ケト酸の酵母による還元で合成する方法[有機合成化学協会誌,49,37,(1991)]、3)酵素を使い、ラセミ体を光学分割する方法[Tetra.Letters,28,5367,(1987)]等が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学活性な化合物を出発物質とする方法では高価な試薬を用いなくてはならず、また工程数が多く、操作も繁雑である。また酵母還元による方法では基質濃度を低くして反応を行わなくてはならず効率が悪く、精製も繁雑である。さらに酵素による光学分割による方法では当量の光学活性物質を必要とする他、分割効率が悪い等の問題点があった。
本発明の目的は、上記の如き従来法の欠点を解消できるような光学活性δ−ラクトンの製造における出発原料等として有用な新規ラクトンおよびその製法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は一般式
【0005】
【化5】
【0006】
(式中、Rは炭素数1から10の直鎖飽和脂肪族炭化水素基を表す)で示される新規δ−ラクトン化合物、および一般式
【0007】
【化6】
【0008】
(式中、Rは炭素数1から10の直鎖飽和脂肪族炭化水素基を表す)で示される化合物と有機過酸または過酸化水素を有機酸中一般式
【0009】
【化7】
【0010】
(式中、Rは炭素数1から4の炭化水素基を表し、Mはアルカリ金属を表す)で示される有機酸塩の存在下に反応させることよりなる上記一般式[I]で示されるδ−ラクトン化合物の製法である。
【0011】
本発明の化合物である上記一般式[I]で示されるラクトン(以下5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトンと称する)は新規化合物であり、後記するように不斉水素化により容易に高収率で光学活性δ−ラクトンに変換させうる。
【0012】
上記一般式[I]のRは炭素数1から10の直鎖飽和脂肪族炭化水素基であれば本質的にはいづれでもよい。5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトン[I]の具体例としては5−ヒドロキシ−5−ヘプテン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−オクテン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−ノネン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−デセン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−ウンデセン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−ドデセン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−トリデセン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−テトラデセン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−ペンタデセン酸−δ−ラクトン、5−ヒドロキシ−5−ヘキサデセン酸−δ−ラクトン等を挙げることができる。
【0013】
本発明の上記した製法で用いる一般式[II]で表わされる化合物(以下2−アルキリデンシクロペンタノンと称する)の具体例としては、2−エチリデンシクロペンタノン、2−プロピリデンシクロペンタノン、2−ブチリデンシクロペンタノン、2−ペンチリデンシクロペンタノン、2−ヘキシリデンシクロペンタノン、2−ヘプチリデンシクロペンタノン、2−オクチリデンシクロペンタノン、2−ノニリデンシクロペンタノン、2−デシリデンシクロペンタノン、2−ウンデシリデンシクロペンタノン等を挙げることができる。これらは、例えば既知の方法[Chem.Pharm.Bull.21(1),215(1973)]などによりシクロペンタノンと各種アルデヒドを縮合させることにより一般にシス体、トランス体の異性体混合物として合成することができる。これらの異性体は分別蒸留またはカラムクロマトグラフィーなどの手段により容易に分離することができるが、反応にはシス体、トランス体またはこれらの任意混合物を用いることができる。
【0014】
有機過酸の具体例は過ギ酸、過酢酸、過プロピオン酸、過ブタン酸、過ペンタン酸、m−クロロ過安息香酸、過安息香酸、トリフルオロ過酢酸などがあげられる。有機過酸または過酸化水素の使用量は5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトン[I]に対して0.5〜3モル、好ましくは0.6〜1.5モルの範囲で用いられる。
【0015】
有機酸の具体例は酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸などが挙げられる。有機酸塩[III]の具体例としては酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、プロピオン酸ナトリウム、ブタン酸ナトリウム、ブタン酸カリウムなどが挙げられる。有機酸塩の使用に際しては有機酸の飽和溶液の状態で使用する方が操作性ならびに反応面で有利である。有機酸塩[III]の使用量は有機過酸に対して通常0.5〜4モル、特に1.0から2.0モルの範囲が好ましい。
【0016】
反応温度は通常10〜80℃、特に20〜55℃の範囲が好ましい。反応時間は、反応温度、仕込み原料等によって適宜選択されるが、一般に0.5から5時間程度である。反応生成物の単離、精製は中和、抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィー等のそれ自体公知の単位操作により行うことができる。
【0017】
本発明によって得られる5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトン[I]は下記に示す不斉錯体触媒による不斉水素化により、光学活性δ−ラクトン[IV]に容易に誘導される。
【0018】
【化8】
【0019】
(式中*は不斉炭素を示しRは上記の意味を表す)
不斉水素化に用いられる不斉錯体触媒は、よく知られているように一般にルテニウムまたはロジウム等の金属のまわりを不斉リン配位子が配位することにより形成されている。ルテニウムを金属中心とする不斉錯体触媒の具体例としてはHRuCl(TBPC)2、H2Ru(TBPC)2[TBPC=トランス−1,2−ビス(トリフェニルフォスフィノメチル)シクロブタン]、Ru2X4(DIOP)3、RuHCl(DIOP)2[X=Cl,Br;DIOP=2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4,5−ビス(メチレン)ビス(ジフェニルフォスフィン)]、RuCl2(BPPM)、RuH2(BPPM)2[BPPM=N−(ブトキシカルボニル)−4−[(ジフェニルフォスフィノ)メチル]ピロリジン、RuCl2(BPPFA)[BPPFA=N,N−ジメチル[1−(2−(ジフェニルフォスフィノ)フェロセニル]エチル]アミン、Ru2Cl2(Chiraphos)2[chiraphos=ビス(ジフェニルフォスフィノ)ブタン]、Ru2Cl4(BINAP)2NEt3、RuHCl(BINAP)2,[BINAP=2,2−ビス(ジフェニルフォスフィノ)−1,1′−ビナフチル]等を挙げることができる。
【0020】
またロジウムを中心金属とする不斉錯体触媒は中性あるいはカチオン性の2種に分けられる。中性のものは一般に空気に対して不安定なため、単離することなく不斉水素化反応に用いる容器中で調製される。その具体例としては[RhCl(DIOP)](Benzen)、[RhCl(BPPM)](THF)等を挙げることができる。カチオン性のものは比較的空気に対して安定なため、単離することができるが単離することなく不斉水素化反応に用いることも可能である。その具体例としては[Rh(COD)(DIOP)]ClO4[COD=1,5−シクロオクタジエン]、[Rh(COD)(DPPM)]ClO4、[Rh(COD)(chiraphos)]ClO4、[Rh(NBD)(DIOP)]ClO4[NBD=ノルボルナジエン]、[Rh(NBD)(BINAP)]BF4等を挙げることができる。
【0021】
これらの不斉錯体触媒、たとえば、J.Chem.Sco.,Chem.Commun.,922(1985)、J.Organomet.Chem.,370 319(1989)等に記載の方法によりルテニウムまたはロジウムハロゲン化物誘導体と各種不斉リン配位子との反応で容易に調製される。なお使用の際はどちらか1種の鏡像体を使用する。触媒の使用量は5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトン[I]にたいして1/10〜1/5000倍モルで、反応溶媒としては塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン等のハロゲン系炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン等のエーテル系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素ならびにこれらの任意混合溶媒を挙げることができる。反応は通常1〜150Kg/cm2の水素雰囲気下、10〜150℃の条件下で行うことができる。反応生成物の単離、精製は蒸留、カラムクロマトグラフィー等のそれ自体公知の単位操作により行うことができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明者らが見いだした5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトン[I]を利用すれば従来法に比べて安価かつ入手容易な原料から簡単な操作で光学活性δ−ラクトン[IV]を収率よく製造できることになる。その他5−ヒドロキシ−5−アルケン酸−δ−ラクトン[I]は広く合成原料として有用である。
【0023】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【0024】
実施例1
飽和酢酸カリウム酢酸溶液13.9ml、トランス−2−エチリデンシクロペンタノン1.50g(13.6mmol)を仕込み、攪拌下40%過酢酸2.39g(12.6mmol)を5分間で30℃で滴下した。同温で1時間反応した後、14mlの水を加えトルエン50mlで2回抽出した。トルエン溶液を10%食塩溶液10ml、5%亜硫酸ナトリウム水溶液10ml、10%食塩溶液10mlの順で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをへキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し0.88g(収率51%)の無色の油状物質を得た。
この油状物質の分析結果は以下の通りであった。
【0025】
【表1】
【0026】
上記の分析値から生成物が5−ヒドロキシ−トランス−5−ヘプテン酸−δ−ラクトンであることを確認した。
【0027】
実施例2
飽和酢酸カリウム酢酸溶液5.0ml、トランス−2−ペンチリデンシクロペンタノン1.01g(6.64mmol)を仕込み、攪拌下40%過酢酸1.16g(6.10mmol)を10分間で32℃で滴下した。同温で1時間反応した後、3.8mlの水を加えトルエン25mlで2回抽出した。トルエン溶液を10%食塩溶液5ml、5%亜硫酸ナトリウム水溶液5ml、10%食塩溶液5mlの順で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{3/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し0.64g(収率57%)の無色の油状物質を得た。
この油状物質の分析結果は以下の通りであった。
【0028】
【表2】
【0029】
上記の分析値から生成物が5−ヒドロキシートランス−5−デセン酸−δ−ラクトンであることを確認した。
【0030】
実施例3
飽和酢酸カリウム酢酸溶液7.7ml、シス−2−ペンチリデンシクロペンタノン1.55g(10.2mmol)を仕込み、攪拌下40%過酢酸1.78g(9.36mmol)を12分間で28℃で滴下した。同温で1時間反応した後、4.1mlの水を加えトルエン25mlで2回抽出した。トルエン溶液を10%食塩溶液5ml、5%亜硫酸ナトリウム水溶液5ml、10%食塩溶液5m1の順で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{4/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し0.93g(収率54%)の無色の油状物質を得た。
この油状物質の分析結果は以下の通りであった。
【0031】
【表3】
【0032】
上記の分析値から生成物が5−ヒドロキシ−シス−5−デセン酸−δ−ラクトンであることを確認した。
【0033】
実施例4
飽和酢酸カリウム酢酸溶液7.2ml、トランス−2−ヘプチリデンシクロペンタノン1.50g(8.33mmol)を仕込み、攪拌下40%過酢酸1.42g(7.49mmol)を10分間で28℃で滴下した。同温で1時間反応した後、8mlの水を加えトルエン50mlで2回抽出した。トルエン溶液を10%食塩溶液10ml、5%亜硫酸ナトリウム水溶液10ml、10%食塩溶液10mlの順で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し0.95g(収率58%)の無色の油状物質を得た。
この油状物質の分析結果は以下の通りであった。
【0034】
【表4】
【0035】
上記の分析値から生成物が5−ヒドロキシ−トランス−5−ドデセン酸−δ−ラクトンであることを確認した。
【0036】
実施例5
飽和酢酸カリウム酢酸溶液11.3ml、トランス−2−ウンデシリデンシクロペンタノン3.00g(12.7mmol)を仕込み、攪拌下40%過酢酸2.24g(11.78mmol)を5分間で30℃で滴下した。同温で1時間反応した後、14mlの水を加えトルエン50mlで2回抽出した。トルエン溶液を10%食塩溶液10ml、5%亜硫酸ナトリウム水溶液10ml、10%食塩溶液10mlの順で洗浄した。硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し1.86g(収率58%)の無色の油状物質を得た。
この油状物質の分析結果は以下の通りであった。
【0037】
【表5】
【0038】
上記の分析値から生成物が5−ヒドロキシ−トランス−5−ヘキサデセン酸−δ−ラクトンであることを確認した。
【0039】
参考例1
5(R)−ペンチル−δ−バレロラクトンの製造例
50mlのオートクレーブに5−ヒドロキシ−トランス−5−デセン酸−δ−ラクトン130mg(0.773mmol)、Ru2Cl4[(+)−DIOP]3 14.3mg(0.007733mmol)、テトラヒドロフラン10mlを窒素気流下加え、水素圧50kg/cm2、50℃で45時間水素化を行った。溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し108mg{[α]D=+37.93°(c=1.25,MeOH)(収率82%)}の油状物質を得た。この物質のIR、MS、1H−NMRを分析したところ標品の5−ペンチル−δ−バレロラクトンと一致した。
光学純度は既知の純粋な5(R)−ペンチル−δ−バレロラクトンの比旋光度{Tetra.Letters,29,1915,(1988)}を比較することにより63%eeと決定した。
【0040】
参考例2
5(S)−ペンチル−δ−バレロラクトンの製造例
50mlのオートクレーブに5−ヒドロキシ−トランス−5−デセン酸−δ−ラクトン350mg(2.08mmol)、Ru2Cl4[(+)−BINAP]2NEt3 16.8mg(0.01mmol)、テトラヒドロフラン6mlを窒素気流下加え、水素圧100kg/cm2、50℃で60時間水素化を行った。溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し333mg{[α]D=−54.69°(c=1.15,MeOH)(収率94%)}の油状物質を得た。この物質のIR、MS、1H−NMRを分析したところ標品の5−ペンチル−δ−バレロラクトンと一致した。
光学純度は既知の純粋な5(S)−ペンチル−δ−バレロラクトンの比旋光度{Tetra.Letters,29,1915,(1988)}を比較することにより91%eeと決定した。
【0041】
参考例3
5(S)−ペンチル−δ−バレロラクトンの製造例
50mlのオートクレーブに5−ヒドロキシ−シス−5−デセン酸−δ−ラクトン347mg(2.07mmol)、Ru2Cl4[(+)−BINAP]2NEt3 16.8mg(0.01mmol)、テトラヒドロフラン6mlを窒素気流下加え、水素圧100kg/cm2、50℃で60時間水素化を行った。溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し327mg{[α]D=−55.14°(c=1.19,MeOH)(収率93%)}の油状物質を得た。この物質のIR、MS、1H−NMRを分析したところ標品の5−ペンチル−δ−バレロラクトンと一致した。
光学純度は既知の純粋な5(S)−ペンチル−δ−バレロラクトンの比旋光度{Tetra.Letters,29,1915,(1988)}を比較することにより92%eeと決定した。
【0042】
参考例4
5(S)−ヘプチル−δ−バレロラクトンの製造例
50mlのオートクレーブにテトラヒドロフラン10mg、[RhCl(COD)]2 3.8mg(0.00765mmol)、(−)−BPPM 9.3mg(0.0169mol)を窒素気流下加え、1時間室温で攪拌し[RhCl(−)BPPM)](THF)を調製した。5−ヒドロキシ−トランス−5−ドデセン酸−δ−ラクトン298mg(1.52mmol)を窒素気流下加え、水素圧50kg/cm2、50℃で45時間水素化を行った。溶媒を回収することにより油状物質を得た。これをヘキサン/酢酸エチルで{2/1(容量比)}を展開溶媒とし、シリカゲルカラムを用いて精製し218mg{[α]D=−26.19°(c=1.29,MeOH)(収率73%)}の油状物質を得た。この物質のIR、MS、1H−NMRを分析したところ標品の5−ヘプチル−δ−バレロラクトンと一致した。
光学純度は既知の純粋な5(S)−ヘプチル−δ−バレロラクトンの比旋光度{Tetra.Letters,29,1915,(1988)}を比較することにより54%eeと決定した。
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