JP4074341B2 - Method for producing carbonyl group-containing compound - Google Patents
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- C07C67/32—Decarboxylation
Description
技術分野
本発明は、カルボニル基含有化合物の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、医薬、農薬、香料などのような各種ファインケミカル製品およびそれらの中間体として有用な２−置換エステル化合物及び２−置換ケトン化合物などのようなカルボニル基含有化合物の製造方法に関する。
背景技術
従来、α−置換マロン酸ジエステルやα−置換−β−ケトエステルなどのようなα−位が置換され且つβ−位にカルボニル基を含有するエステル化合物を脱炭酸して医薬、農薬及び香料等に有用な各種のエステル化合物やケトン化合物が製造されている。
α−モノ置換マロン酸ジエステル誘導体の脱炭酸反応としては、例えば、該基質（出発原料）と水とを２００〜２６０℃の高温で反応させる方法（特開昭５３−１２８４２号公報）、該基質（出発原料）とｎ−カプロン酸や氷酢酸などのような酸とを１９５℃で反応させる方法（特開昭５６−１６４４２号公報）などが報告されている。
α，α−ジ置換マロン酸ジエステルやα，α−ジ置換−β−ケトエステルの脱炭酸反応は、反応しにくいことから報告が少なく、僅かに、α，α−ジ置換マロン酸ジエステルをステアリン酸などのような長鎖カルボン酸と４級ホスホニウム塩の存在下で２００℃で１６時間反応させる方法（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，３２０，１９８５）、α，α−ジ置換−β−ケトエステルに臭化水素などのような酸を加えて反応させる方法（特開昭６２−１６１７４０号公報）などが報告されているに過ぎない。
しかしながら、これらの方法は、反応性がいまだ十分でなく、しかも、長鎖のカルボン酸を用いるために反応液が固まり生成物の分離が困難であったり、また、２００℃以上の高温で長時間反応させたり酸を加えるために炭素−炭素不飽和結合やその他不安定性基を有する化合物には適用出来ない、等の欠点を有していた。
発明の開示
本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、基質を相間移動触媒の存在下に水と反応させた場合には、低温で反応が進行し、しかも、温和な反応条件なので、副反応を殆ど起こさずに、高収率且つ高選択的に、目的化合物が得られることを見出した。
かくして、本発明によれば、α−置換マロン酸ジエステル及びα−置換−β−ケトエステルから選択されるβ−カルボニル基含有エステル化合物を相間移動触媒の存在下に水と反応させて脱炭酸することを特徴とするカルボニル基含有化合物の製造方法が提供される。
基質
本発明における基質としては、α−置換マロン酸ジエステル及びα−置換−β−ケトエステルから選択されるβ−位にカルボニル基を有するエステル化合物が用いられる。本発明においては、α，α−ジ置換マロン酸ジエステルやα，α−ジ置換−β−ケトエステル、より好ましくはα，α−ジ置換−β−ケトエステルを用いると、本発明の効果がより顕著に認められる。
α−置換マロン酸ジエステルとしては、例えば、一般式（１）
R4-OC(=O)-C(R1R2)-C(=O)O-R3 (1)
（式中、Ｒ1は水素原子または有機残基を示し、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は有機残基を示し、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4のいずれかが結合して環を形成してもよい。）
で表わされる化合物が挙げられる。
α−置換−β−ケトエステルとしては、例えば、一般式（２）
R8-OC(=O)-C(R5R6)-C(=O)-R7 (2)
（式中、Ｒ5は水素原子または有機残基を示し、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8は有機残基を示し、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8のいずれかが結合して環を形成してもよい。）
で表わされる化合物が挙げられる。
上記一般式（１）中のＲ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4または一般式（２）中のＲ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8の有機残基の炭素数は、特に限定はないが、通常１〜２０、好ましくは１〜１５、より好ましくは１〜１０の範囲である。Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8の有機残基としては、例えば、置換基を有していてもよい炭化水素基が挙げられる。これらの有機基が置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアラルキル基及び置換基を有していてもよりアルキリデン基である場合、なかでも、置換基を有していてもよいアルケニル基及び置換基を有していてもよいアルキニル基である場合には、特に良好な結果が与えられる。
上記置換基を有していてもよいアルキル基の具体例としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、メタリル、ｓｅｃ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−アミル、イソアミル、ｎ−ヘキシル、イソヘキシル、３−メチルペンチル、２−メチルペンチル、１−メチルペンチル、ｎ−ヘプチル、イソヘプチル、ｎ−オクチル、２−エチルヘキシル、ｎ−ノニル、ｎ−デシル、ｎ−ドデシル、ｎ−テトラデシル、ｎ−ペンタデシル、ｎ−オクタデシル、ｎ−エイコシルなどが挙げられる。これらの中でも、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｎ−ブチル、ｎ−アミル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチルなどが好ましい。これらのアルキル基は、脱炭酸反応に悪影響を及ぼさない置換基、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ホルミル基、アミノ基、Ｎ−置換アミノ基、Ｎ−置換アミド基、アシル基、アシルオキシ基、アルキルチオ基などのような置換基、を有していてもよい。これらのアルキル基のうちでも、置換基をもたない炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、置換基をもたない炭素数１〜６のアルキル基が特に好ましい。
上記置換基を有していてもよいアルケニル基の具体例としては、例えば、アリル、２−ブテニル、３−ブテニル、メタリル、４−ペンテニル、３−ペンテニル、ｔｒａｎｓ−２−ペンテニル、ｃｉｓ−２−ペンテニル、１−ペンテニル、３−メチル−２−ペンテニル、５−ヘキセニル、２−ヘキセニル、ｔｒａｎｓ−３−ヘキセニル、ｃｉｓ−３−ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ドデセニル、テトラデセニル、オクタデセニル、エイコセニルなどが挙げられる。これらの中でも、アリル、２−ブテニル、ｔｒａｎｓ−２−ペンテニル、ｃｉｓ−２−ペンテニルなどが好ましい。これらのアルケニル基は、脱炭酸反応に悪影響を及ぼさない置換基、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ホルミル基、アミノ基、Ｎ−置換アミノ基、Ｎ−置換アミド基、アシル基、アシルオキシ基、アルキルチオ基などのような置換基、を有していてもよい。これらのアルケニル基のうちでも、置換基をもたない炭素数２〜１０のアルケニル基が好ましく、置換基をもたない炭素数３〜８のアルケニル基が特に好ましい。
上記置換基を有していてもよいアルキニル基の具体例としては、例えば、プロパギル、２−ブチニル、３−ブチニル、４−ペンチニル、３−ペンチニル、２−ペンチニル、５−ヘキシニル、３−ヘキシニル、ヘプチニル、オクチニル、デシニル、ドデシニル、オクタデシニル、エイコシニルなどが挙げられる。これらの中でも、２−ブチニル、３−ブチニル、３−ペンチニル、２−ペンチニル、３−ヘキシニルなどが好ましい。これらのアルキニル基は、脱炭酸反応に悪影響を及ぼさない置換基、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子、ホルミル基、アミノ基、Ｎ−置換アミノ基、Ｎ−置換アミド基、アシル基、アシルオキシ基、アルキルチオ基などのような置換基、を有していてもよい。これらのアルキニル基のうちでも、置換基をもたない炭素数２〜１０のアルキニル基が好ましく、置換基をもたない炭素数３〜８のアルキニル基が特に好ましい。
上記アリール基、アラルキル基及びアルキリデン基は、脱炭酸反応に悪影響を及ぼさない置換基、例えば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ホルミル基、アミノ基、Ｎ−置換アミノ基、Ｎ−置換アミド基、アシル基、アシルオキシ基、アルキルチオ基などのような置換基、を有していてもよい。置換基を有していてもよいアリール基、アラルキル基及びアルキリデン基の具体例としては、例えば、フェニル基、４−メチルフェニル基、ベンジル基、２−メチルベンジル基、３−メチルベンジル基、４−メチルベンジル基、４−（１−エトキシカルボニルエチル）ベンジル基、４−フルオロベンジル基、４−ブロモベンジル基、４−クロロベンジル基、４−フルオロベンジリデン基、４−クロロベンジリデン基などが挙げられる。なかでも、ベンジル基、４−クロロベンジル基、４−フルオロベンジル基、４−クロロベンジリデン基などが好ましい。
一般式（１）におけるＲ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4のいずれか、または、一般式（２）におけるＲ5、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8のいずれか、が結合して環を形成した化合物としては、例えば、一般式（３）
で表わされる環状エステルや環状ケトンが挙げられる。好適には環状ケトンである。式中のＲ9およびＲ10の有機残基の具体例は、前記一般式（１）中のＲ1の有機残基の具体例と同様である。Ｚは、カルボニルオキシ基またはカルボニル基であるが、好適にはカルボニル基である。ｎは、好ましくは３、４または５、より好ましくは３または４である。
かかる環状化合物の好ましい例としては、例えば、１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−エチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−ブチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸プロピル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸イソプロピル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸ブチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−ヘキシル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−フェニル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−ベンジル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸プロピル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸ブチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸プロピル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸イソプロピル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸２−ブテニル、１−（２−ヘキセニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ヘキセニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ヘキセニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ヘキセニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−（２−ヘプテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−オクテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−（２−ブチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ブチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸プロピル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸イソプロピル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸ブチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アミル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸ヘキシル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸２−ペンテニル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸２−エチル−２−ブテニル、１−（２−ヘキシニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ヘキシニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸クロチル、１−（２−ヘキシニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸２−ペンテニル、１−（２−ヘキシニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸２−エチル−２−ブテニル、１−（２−ヘプチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−オクチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（４−クロロベンジル）−３，３−ジメチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（４−クロロベンジル）−３−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（４−クロロベンジル）−３−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（４−クロロベンジリデン）−１−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（４−クロロベンジリデン）−１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルなどが挙げられる。
これらの中でも、１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−エチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−ヘキシル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ヘキセニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸エチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ヘキシニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸アリル、１−（２−ヘプチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−オクチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルなどが好ましく、１−エチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−ヘキシル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ヘキセニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ブチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−ヘプチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（２−オクチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（４−クロロベンジル）−３，３−ジメチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（４−クロロベンジル）−３−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、１−（４−クロロベンジル）−３−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（４−クロロベンジリデン）−１−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル、３−（４−クロロベンジリデン）−１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルなどが特に好ましい。
これらの基質から脱炭酸反応によって生成されるカルボニル基含有化合物としては、その例は次のとおりである：
前記一般式（１）で表されるのα−置換マロン酸ジエステルからは一般式（４）
H-C(R1R2)-C(=O)O-R3 (4)
（式中、Ｒ1は水素原子または有機残基を示し、Ｒ2及びＲ3は有機残基を示し、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3のいずれかが結合して環を形成してもよい。）
で表わされるエステル化合物が生成される。
前記一般式（２）で表されるα−置換−β−ケトエステルからは一般式（５）
H-C(R5R6)-C(=O)-R7 (5)
（式中、Ｒ5は水素原子または有機残基を示し、Ｒ6及びＲ7は有機残基を示し、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7のいずれかが結合して環を形成してもよい。）
で表わされるケトン化合物が生成される。
前記一般式（３）で表される環状エステルあるいは環状ケトンからは一般式（６）
で表わされる環状エステルまたは環状ケトンが生成される。
相間移動触媒
相間移動触媒としては、合成反応で一般に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、第４級アンモニウムハライド類、第４級ホスホニウムハライド類などのような第４級塩類；クラウンエーテル類、ポリオキシアルキレングリコール類などのようなポリエーテル類；アミノアルコール類；などが挙げられ、特に第４級塩類が好ましい。
第４級塩類は、窒素原子及びリン原子等のようなヘテロ原子に４個の炭素含有置換基が結合して生じるカチオン（陽性イオン）と、対アニオン（陰性イオン）からなる。
ヘテロ原子としては、元素周期表の５Ｂ族の原子であれば特に限定されないが、窒素原子及びリン原子が好ましい。
該ヘテロ原子の４つの炭素含有置換基の炭素数は、特に限定されないが、通常１〜３０、より好ましくは１〜２０である。かかる置換基としてはヘテロ原子に直接結合した炭素を含んでいれば特に制限はないが、例えば、アルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基などが挙げられる。これらの炭素含有置換基には、アルコキシ基、ハロゲン原子、アルキルチオ基、等の反応に影響を及ぼさない置換基；その炭素含有置換基構造内に、カルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基等の反応に影響しない２価の置換基；等を含んでも良い。また、該炭素含有置換基がお互いに結合して環状をなしてもよい。該炭素含有置換基は、好ましくは、アルキル基、アリール基、アラルキル基等である。４つの置換基は、１種類でも、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
上記炭素含有置換基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、ウラリル、ヘキサデシル、等のアルキル基；フェニル基、２−メチルフェニル基、４−メチルフェニル基、４−エチルフェニル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル、２−メチルベンジル基、４−メチルベンジル基、２−メトキシベンジル基、４−メトキシベンジル基等のアラルキル基；置換基が環状で窒素原子と結合した場合のピリジニウムやピコリニウム等；等が挙げられる。これらの置換基は反応に影響を及ぼさない置換基を有していても良い。
対アニオン（陰性イオン）としては、例えば、ハライド、ヒドロキシド、ハイドロキシスルフェート等が例示できるが、好ましくはハライドである。ハライドは、特に限定されないが、具体的に、フルオライド、ブロマイド、クロライド、アイオダイドが挙げられ、好ましくはブロマイド及びクロライドである。
第４級塩類の具体例としては、例えば、第４級アンモニウムハライド類、第４級ホスホニウムハライド類、第４級アンモニウムヒドロキシド類、第４級ホスホニウムヒドロキシド類、第４級アンモニウムハイドロゲンスルフェート類、第４級ホスホニウムハイドロゲンスルフェート類、等が挙げられ、４級アンモニウムハライド類、第４級ホスホニウムハライド類が好ましく、第４級ホスホニウムハライド類がより好ましい。
相間移動触媒の好ましい例としては、例えば、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラプロピルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、トリオクチルメチルアンモニウムクロライドなどのような第４級アンモニウムハライド類；テトラブチルホスホニウムブロマイド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、ブチルトリフェニルホスホニウムブロマイドなどのような第４級ホスホニウムハライド類；１５−クラウン−５、１８−クラウン−６、ジベンゾ−１８−クラウン−６、ジベンゾ−２４−クラウン−８、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６などのようなクラウンエーテル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルなどのようなポリオキシアルキレングリコール類；トリス［２−（２−メトキシエトキシ）エチル］アミン、クリプテートなどのようなアミノアルコール類；などが挙げられる。これらの中でも、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラプロピルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、トリメチルベンジルアンモニウムブロマイド、トリオクチルメチルアンモニウムクロライドがより好ましい。特にテトラブチルホスホニウムブロマイド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、ブチルトリフェニルホスホニウムブロマイドなどが好ましい。
これらの相間移動触媒は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。相聞移動触媒の使用量は、反応条件により適宜選択され、α−置換マロン酸ジエステルまたはα−置換−β−ケトエステルに対して、通常０．００１〜２０重量％、好ましくは０．０１〜１０重量％、より好ましくは０．１〜５重量％の範囲である。
水
水の使用量は、α−置換マロン酸ジエステルまたはα−置換−β−ケトエステル１モル当り、通常１モル以上、好ましくは１〜１００モル、より好ましくは１〜５０モル、さらに好ましくは１．５〜５モルの範囲である。水を反応器に導入する方法としては、液滴の形態で加える方法でも水蒸気の形態で加える方法でもよいが、反応器内の温度低下を防ぐことを考慮すると、反応温度に近い温度の水蒸気の形態で導入する方法が推奨される。
溶媒
本発明の脱炭酸反応においては、必要に応じて、溶媒を用いることができる。溶媒としては、安定で且つ揮発しにくいものであれば格別限定はされないが、通常は、無極性炭化水素類、非プロトン性極性溶媒などが用いられる。これらの中では、基質および水との相溶性の点で、非プロトン性の極性溶媒が最も好ましい。
無極性溶媒としては、例えば、ｎ−デカン、ｎ−トリデカン、ｎ−テトラデカン、ｎ−オクタデカンなどのような脂肪族炭化水素類；ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキサン、ビシクロヘキシルなどのような脂環式炭化水素類；キシレン、１，３，４，５−テトラメチルベンゼン、クメン、ナフタレン、テトラリン、ブチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ペンチルベンゼン、ジペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、ビフェニルなどのような芳香族炭化水素類；などが挙げられる。
非プロトン性極性溶媒としては、例えば、ジエチルスルホン、ジフェニルスルホンなどのようなスルホン類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジフェニルスルホキシドなどのようなスルホキシド類；トリメチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリンなどのような第３級アミン類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−フェニル−ε−カプロラクタムなどのようなＮ−置換アミド類；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル尿素、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンなどのようなＮ−置換尿素類；１−ニトロデカン、ニトロベンゼン、２−メチルニトロベンゼン、４−メチルニトロベンゼン、１，３−ジニトロベンゼン、１，２−ジニトロベンゼン、２，４，６−トリニトロトルエンなどのようなニトロ化合物；ピリジン、２，６−ルチジン、２，４，６−トリメチルピリジンなどのような複素環アミン類；などが挙げられる。
これらの溶媒は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いられる。溶媒の使用量は、特に制限はないが、α−置換マロン酸ジエステルまたはα−置換−β−ケトエステル１００ｇ当り、通常、０〜３リットル、好ましくは０〜２リットル、より好ましくは０〜１リットルの範囲である。
脱炭酸反応
脱炭酸反応は、常法に従い、例えば、基質または基質を溶媒に溶かした溶液に水蒸気を吹き込んで行うことができる。反応温度は、通常１２０〜２５０℃、好ましくは１５０〜２００℃、より好ましくは１５０〜１９０℃で、反応時間は、通常１〜２０時間、好ましくは１〜１０時間、より好ましくは２〜８時間の範囲である。この反応は、バッチ式で高圧下に行うこともできるが、通常は開放系で常圧下に水を徐々に供給しながら反応する方法が採用される。反応終了後は、常法に従って、目的物を分離できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
実施例１
撹拌機、滴下ロート、水蒸気導入管、温度計及び蒸留塔を設備した０．５リットルの４つ口フラスコに、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル２１０ｇ（１．０モル）及びテトラブチルホスホニウムブロマイド２ｇを仕込み、撹拌下に１８０℃に昇温した。その中へ、１８０℃に加熱した水蒸気を導入管より６ｇ／ｈｒの速度で６時間導入した。反応進行と共に蒸留塔から二酸化炭素ガス、メタノール及び過剰の水が流出した。水の導入終了後、１８０℃で３０分間撹拌し、反応を完結させた。反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的の２−（２−ペンチニル）シクロペンタノンが収率９２％で得られていた。転化率は９８％であった。分子内の三重結合の分解や異性化は見られなかった。
実施例２
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを１−（２−ペンテニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、２−（２−ペンテニル）シクロペンタノンが収率９３％で得られた。転化率は９９％で、二重結合の異性化は見られなかった。
実施例３
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを１−ペンチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、２−ペンチルシクロペンタノンが収率９２％で得られた、転化率は９８％であった。
実施例４
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを３−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、２−（２−ペンチニル）シクロペンタノンが収率９３％で得られた。転化率は９８％で、三重結合の分解や異性化は見られなかった。
実施例５
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを２−（２−ペンチニル）マロン酸ジメチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、４−ヘプチン酸メチルが収率８９％で得られた。転化率は９６％で、三重結合の分解や異性化は見られなかった。
実施例６
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを１−（４−クロロベンジル）−３，３−ジメチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、５−（４−クロロベンジル）−２，２−ジメチル−１−シクロペンタノンが収率９５％で得られた。
実施例７
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを１−（４−クロロベンジル）−３−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、５−（４−クロロベンジル）−２−メチル−１−シクロペンタノンが収率９２％で得られた。
実施例８
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを１−（４−クロロベンジル）−３−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、２−イソプロピル−５−（４−クロロベンジル）−１−シクロペンタノンが収率９０％で得られた。
実施例９
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを３−（４−クロロベンジリデン）−１−イソプロピル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、２−（４−クロロベンジリデン）−５−イソプロピル−１−シクロペンタノンが収率７９％で得られた。
実施例１０
１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルを３−（４−クロロベンジリデン）−１−メチル−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチルに代える以外は実施例１と同様に反応を行ったところ、２−（４−クロロベンジリデン）−５−メチル−１−シクロペンタノンが収率８５％で得られた。
比較例１
撹拌機、滴下ロート、温度計及び蒸留塔を設備した０．５リットルの４つ口フラスコに、１−（２−ペンチニル）−２−オキソシクロペンタンカルボン酸メチル２１０ｇ（１．０モル）、ステアリン酸３７０ｇ（１．３モル）およびテトラブチルホスホニウムブロマイド２ｇを仕込み、撹拌下に２００℃に昇温して６時間反応させた。反応液をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、目的の２−（２−ペンチニル）シクロペンタノンの収率は７２％であった。（転化率９５％）。反応終了後において、反応液は黒く且つ固化していた。
比較例２
テトラブチルホスホニウムブロマイドを用いない以外は実施例１と同様にして反応を行った。目的物の収率は５％、原料の転化率は１０％以下であった。
産業上の利用可能性
本発明に従えば、α−置換マロン酸ジエステルまたはα−置換−β−ケトエステルを温和な条件下で脱炭酸することによって目的のエステルあるいはケトン化合物を選択性よく且つ収率よく得ることができる。したがって、本発明の方法は、このような特徴を活かして、香気成分、医薬、農薬、工業薬品およびそれらの中間体の工業的規模での製造に有利に利用することができる。 Technical field
The present invention relates to a method for producing a carbonyl group-containing compound. More specifically, the present invention relates to a method for producing various fine chemical products such as pharmaceuticals, agricultural chemicals and fragrances, and carbonyl group-containing compounds such as 2-substituted ester compounds and 2-substituted ketone compounds useful as intermediates thereof. About.
Background art
Conventionally, ester compounds substituted at the α-position and containing a carbonyl group at the β-position, such as α-substituted malonic acid diesters and α-substituted-β-ketoesters, are decarboxylated into pharmaceuticals, agricultural chemicals, and perfumes. Various useful ester compounds and ketone compounds have been produced.
Examples of the decarboxylation reaction of the α-monosubstituted malonic acid diester derivative include a method of reacting the substrate (starting material) with water at a high temperature of 200 to 260 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 53-12842), the substrate A method of reacting (starting material) with an acid such as n-caproic acid or glacial acetic acid at 195 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 56-16442) has been reported.
The decarboxylation reaction of α, α-disubstituted malonic acid diesters and α, α-disubstituted-β-ketoesters is difficult to react, and there are few reports. A method of reacting a long-chain carboxylic acid such as quaternary phosphonium salt at 200 ° C. for 16 hours (Synthesis, 320, 1985), α, α-disubstituted β-ketoester, such as hydrogen bromide Only a method of reacting by adding a simple acid (Japanese Patent Laid-Open No. 62-161740) has been reported.
However, these methods are not yet sufficiently reactive, and since a long-chain carboxylic acid is used, the reaction solution is hardened and it is difficult to separate the products, and at a high temperature of 200 ° C. or higher for a long time. It has disadvantages that it cannot be applied to a compound having a carbon-carbon unsaturated bond or other labile group due to reaction or addition of an acid.
Disclosure of the invention
As a result of intensive studies in view of the above circumstances, the present inventors have conducted a reaction at a low temperature when the substrate is reacted with water in the presence of a phase transfer catalyst, and since the reaction conditions are mild, It has been found that the target compound can be obtained with high yield and high selectivity with little side reaction.
Thus, according to the present invention, a β-carbonyl group-containing ester compound selected from α-substituted malonic diesters and α-substituted-β-ketoesters is reacted with water in the presence of a phase transfer catalyst to decarboxylate. A process for producing a carbonyl group-containing compound is provided.
Substrate
As the substrate in the present invention, an ester compound having a carbonyl group at the β-position selected from α-substituted malonic acid diesters and α-substituted-β-ketoesters is used. In the present invention, when α, α-disubstituted malonic acid diester or α, α-disubstituted-β-ketoester, more preferably α, α-disubstituted-β-ketoester is used, the effect of the present invention is more remarkable. Recognized.
Examples of the α-substituted malonic acid diester include, for example, the general formula (1)
RFour-OC (= O) -C (R1R2) -C (= O) O-RThree (1)
(Wherein R1Represents a hydrogen atom or an organic residue, R2, RThreeAnd RFourRepresents an organic residue, R1, R2, RThreeAnd RFourAny of these may combine to form a ring. )
The compound represented by these is mentioned.
Examples of the α-substituted-β-ketoester include those represented by the general formula (2)
R8-OC (= O) -C (RFiveR6) -C (= O) -R7 (2)
(Wherein RFiveRepresents a hydrogen atom or an organic residue, R6, R7And R8Represents an organic residue, RFive, R6, R7And R8Any of these may combine to form a ring. )
The compound represented by these is mentioned.
R in the general formula (1)1, R2, RThreeAnd RFourOr R in the general formula (2)Five, R6, R7And R8The number of carbon atoms in the organic residue is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 20, preferably 1 to 15, and more preferably 1 to 10. R1, R2, RThree, RFour, RFive, R6, R7And R8Examples of the organic residue include a hydrocarbon group which may have a substituent. These organic groups may have an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, an alkynyl group which may have a substituent, or a substituent. An aryl group, an aralkyl group which may have a substituent, and an alkylidene group which may have a substituent, in particular, an alkenyl group and a substituent which may have a substituent Particularly good results are given in the case of alkynyl groups which may be present.
Specific examples of the alkyl group that may have a substituent include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, methallyl, sec-butyl, t-butyl, n-amyl, isoamyl, n- Hexyl, isohexyl, 3-methylpentyl, 2-methylpentyl, 1-methylpentyl, n-heptyl, isoheptyl, n-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, n-decyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, n -Pentadecyl, n-octadecyl, n-eicosyl, etc. are mentioned. Among these, methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-amyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl and the like are preferable. These alkyl groups are substituents that do not adversely affect the decarboxylation reaction, such as alkoxy groups, halogen atoms, formyl groups, amino groups, N-substituted amino groups, N-substituted amide groups, acyl groups, acyloxy groups, alkylthio groups. It may have a substituent such as a group. Among these alkyl groups, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having no substituent is preferable, and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms having no substituent is particularly preferable.
Specific examples of the alkenyl group that may have a substituent include, for example, allyl, 2-butenyl, 3-butenyl, methallyl, 4-pentenyl, 3-pentenyl, trans-2-pentenyl, cis-2- Pentenyl, 1-pentenyl, 3-methyl-2-pentenyl, 5-hexenyl, 2-hexenyl, trans-3-hexenyl, cis-3-hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, dodecenyl, tetradecenyl, octadecenyl, eicosenyl, etc. Is mentioned. Among these, allyl, 2-butenyl, trans-2-pentenyl, cis-2-pentenyl and the like are preferable. These alkenyl groups are substituents that do not adversely affect the decarboxylation reaction, such as alkoxy groups, halogen atoms, formyl groups, amino groups, N-substituted amino groups, N-substituted amide groups, acyl groups, acyloxy groups, alkylthio groups. It may have a substituent such as a group. Among these alkenyl groups, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms having no substituent is preferable, and an alkenyl group having 3 to 8 carbon atoms having no substituent is particularly preferable.
Specific examples of the alkynyl group which may have a substituent include, for example, propargyl, 2-butynyl, 3-butynyl, 4-pentynyl, 3-pentynyl, 2-pentynyl, 5-hexynyl, 3-hexynyl, Examples include heptynyl, octynyl, decynyl, dodecynyl, octadecynyl, eicosinyl and the like. Among these, 2-butynyl, 3-butynyl, 3-pentynyl, 2-pentynyl, 3-hexynyl and the like are preferable. These alkynyl groups are substituents that do not adversely affect the decarboxylation reaction, such as alkoxy groups, halogen atoms, formyl groups, amino groups, N-substituted amino groups, N-substituted amide groups, acyl groups, acyloxy groups, alkylthio groups. It may have a substituent such as a group. Among these alkynyl groups, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms having no substituent is preferable, and an alkynyl group having 3 to 8 carbon atoms having no substituent is particularly preferable.
The aryl group, aralkyl group and alkylidene group are substituents that do not adversely affect the decarboxylation reaction, such as alkyl groups, alkoxy groups, halogen atoms, formyl groups, amino groups, N-substituted amino groups, and N-substituted amide groups. And a substituent such as an acyl group, an acyloxy group, and an alkylthio group. Specific examples of the aryl group, aralkyl group and alkylidene group which may have a substituent include, for example, phenyl group, 4-methylphenyl group, benzyl group, 2-methylbenzyl group, 3-methylbenzyl group, 4 -Methylbenzyl group, 4- (1-ethoxycarbonylethyl) benzyl group, 4-fluorobenzyl group, 4-bromobenzyl group, 4-chlorobenzyl group, 4-fluorobenzylidene group, 4-chlorobenzylidene group, etc. . Of these, a benzyl group, a 4-chlorobenzyl group, a 4-fluorobenzyl group, a 4-chlorobenzylidene group, and the like are preferable.
R in the general formula (1)1, R2, RThreeAnd RFourOr R in the general formula (2)Five, R6, R7And R8Examples of the compound in which any of the above are bonded to form a ring include, for example, the general formula (3)
The cyclic ester and cyclic ketone which are represented by these are mentioned. A cyclic ketone is preferred. R in the formula9And RTenSpecific examples of the organic residue are R in the general formula (1)1This is the same as the specific example of the organic residue. Z is a carbonyloxy group or a carbonyl group, preferably a carbonyl group. n is preferably 3, 4 or 5, more preferably 3 or 4.
Preferred examples of such cyclic compounds include, for example, methyl 1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, allyl 1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, Methyl 1-ethyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1-butyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylic acid Methyl, ethyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, propyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, isopropyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 1-pentyl-2-oxocyclopentane Butyl carboxylate, 1 Allyl pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, crotyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1-hexyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1-phenyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, Methyl 1-benzyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1- (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- ( Propyl 2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, butyl 1- (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, allyl 1- (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- Crotyl (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate Methyl 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, propyl 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid isopropyl, 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid allyl, 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid Crotyl, 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate 2-butenyl, methyl 1- (2-hexenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2-hexenyl) -2-oxocyclo Ethyl pentanecarboxylate, 1- (2-hexenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid Acid allyl, 1- (2-hexenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid crotyl, 1- (2-heptenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid allyl, 1- (2-octenyl) -2-oxocyclopentane Crotyl carboxylate, methyl 1- (2-butynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1- (2-butynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2-butynyl) -2-oxocyclo Allyl pentanecarboxylate, methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 3- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2-pentynyl) -2-oxo Ethyl cyclopentanecarboxylate, propylene 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid isopropyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid butyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid Amyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid hexyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid allyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid Acid crotyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid 2-pentenyl, 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid 2-ethyl-2-butenyl, 1- (2- Hexynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate allyl, 1- (2-hexynyl) -2-oxy Crotyl cyclopentanecarboxylate, 2-pentenyl 1- (2-hexynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 2-ethyl-2-butenyl 1- (2-hexynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2-Heptynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate methyl, 1- (2-octynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate methyl, 1- (4-chlorobenzyl) -3,3-dimethyl-2-oxo Methyl cyclopentanecarboxylate, methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 3- (4-Chlorobenzylidene) -1-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylic acid Examples include methyl and methyl 3- (4-chlorobenzylidene) -1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate.
Among these, methyl 1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1-ethyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 1-isopropyl-2-oxo Methyl cyclopentanecarboxylate, methyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1-hexyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2- Methyl butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, allyl 1- (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2 -Pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate ethyl; Allyl-(2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-hexenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-butynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, Methyl 3- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, ethyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid allyl, 1- (2-hexynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid allyl, 1- (2-heptynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylic acid Preferred are methyl, methyl 1- (2-octynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, etc. 1-ethyl-2-oxocyclopentanecarboxylate methyl, 1-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate methyl, 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate methyl, 1-hexyl-2-oxocyclopentane Methyl carboxylate, methyl 1- (2-butenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (2-hexenyl) -2-oxocyclo Methyl pentanecarboxylate, methyl 1- (2-butynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, 3- (2-pentynyl) -2-oxo Methyl cyclopentanecarboxylate, 1- (2-heptynyl) -2-oxocyclopent Methyl tancarboxylate, methyl 1- (2-octynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3,3-dimethyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 1- (4 -Chlorobenzyl) methyl 3-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate, 3- (4-chlorobenzylidene) -1 Particularly preferred are methyl -isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate and methyl 3- (4-chlorobenzylidene) -1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate.
Examples of carbonyl group-containing compounds produced from these substrates by decarboxylation are as follows:
From the α-substituted malonic diester represented by the general formula (1), the general formula (4)
H-C (R1R2) -C (= O) O-RThree (Four)
(Wherein R1Represents a hydrogen atom or an organic residue, R2And RThreeRepresents an organic residue, R1, R2And RThreeAny of these may combine to form a ring. )
An ester compound represented by is produced.
From the α-substituted β-ketoester represented by the general formula (2), the general formula (5)
H-C (RFiveR6) -C (= O) -R7 (Five)
(Wherein RFiveRepresents a hydrogen atom or an organic residue, R6And R7Represents an organic residue, RFive, R6And R7Any of these may combine to form a ring. )
A ketone compound represented by
From the cyclic ester or cyclic ketone represented by the general formula (3), the general formula (6)
A cyclic ester or a cyclic ketone represented by is produced.
Phase transfer catalyst
The phase transfer catalyst is not particularly limited as long as it is generally used in a synthesis reaction. For example, quaternary salts such as quaternary ammonium halides and quaternary phosphonium halides; crown ethers, poly Examples include polyethers such as oxyalkylene glycols; amino alcohols; and the like, and quaternary salts are particularly preferable.
The quaternary salt is composed of a cation (positive ion) generated by bonding four carbon-containing substituents to a hetero atom such as a nitrogen atom and a phosphorus atom, and a counter anion (negative ion).
The hetero atom is not particularly limited as long as it is a group 5B atom in the periodic table of elements, but a nitrogen atom and a phosphorus atom are preferable.
The carbon number of the four carbon-containing substituents of the heteroatom is not particularly limited, but is usually 1-30, more preferably 1-20. Such a substituent is not particularly limited as long as it contains carbon directly bonded to a heteroatom, and examples thereof include an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group. These carbon-containing substituents include alkoxy groups, halogen atoms, alkylthio groups, and the like that do not affect the reaction; in the carbon-containing substituent structure, carbonyl groups, sulfonyl groups, sulfinyl groups, etc. Divalent substituents that do not affect the structure may be included. The carbon-containing substituents may be bonded to each other to form a ring. The carbon-containing substituent is preferably an alkyl group, an aryl group, an aralkyl group or the like. The four substituents may be used alone or in combination of two or more.
Specific examples of the carbon-containing substituent include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, octyl, uraryl, hexadecyl; phenyl group, 2-methylphenyl group, 4-methylphenyl group, 4-ethylphenyl group Aryl groups such as naphthyl group; aralkyl groups such as benzyl, 2-methylbenzyl group, 4-methylbenzyl group, 2-methoxybenzyl group, 4-methoxybenzyl group; the substituent is cyclic and bonded to a nitrogen atom And pyridinium, picolinium, and the like. These substituents may have a substituent that does not affect the reaction.
Examples of the counter anion (negative ion) include halide, hydroxide, hydroxysulfate and the like, and halide is preferred. The halide is not particularly limited, and specific examples include fluoride, bromide, chloride, and iodide, preferably bromide and chloride.
Specific examples of the quaternary salts include, for example, quaternary ammonium halides, quaternary phosphonium halides, quaternary ammonium hydroxides, quaternary phosphonium hydroxides, and quaternary ammonium hydrogen sulfates. Quaternary phosphonium hydrogen sulfates, and the like, and quaternary ammonium halides and quaternary phosphonium halides are preferable, and quaternary phosphonium halides are more preferable.
Preferred examples of the phase transfer catalyst include, for example, tetramethylammonium bromide, tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetrapropylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium chloride, cetyltrimethylammonium bromide, benzyltriethylammonium chloride, Quaternary ammonium halides such as trioctylmethylammonium chloride; quaternary phosphonium halides such as tetrabutylphosphonium bromide, benzyltriphenylphosphonium chloride, butyltriphenylphosphonium bromide; 15-crown-5, 18 -Crown-6, dibenzo-18-crown-6, dibenzo- Crown ethers such as 4-crown-8, dicyclohexyl-18-crown-6, and the like; polyoxyalkylene glycols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol monomethyl ether, and the like; tris [2- (2-methoxyethoxy ) Ethyl alcohol, amino alcohols such as amine, cryptate, and the like. Among these, tetramethylammonium bromide, tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetrapropylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium chloride, cetyltrimethylammonium bromide, benzyltriethylammonium chloride, trimethylbenzylammonium bromide, trioctyl More preferred is methylammonium chloride. In particular, tetrabutylphosphonium bromide, benzyltriphenylphosphonium chloride, butyltriphenylphosphonium bromide and the like are preferable.
These phase transfer catalysts can be used alone or in combination of two or more. The amount of the phase transfer catalyst used is appropriately selected depending on the reaction conditions, and is usually 0.001 to 20% by weight, preferably 0.01 to 10% by weight based on the α-substituted malonic diester or α-substituted-β-ketoester. %, More preferably in the range of 0.1 to 5% by weight.
water
The amount of water used is usually 1 mol or more, preferably 1 to 100 mol, more preferably 1 to 50 mol, still more preferably 1.5 mol per mol of α-substituted malonic acid diester or α-substituted β-ketoester. The range is ˜5 mol. As a method for introducing water into the reactor, a method of adding in the form of droplets or a method of adding in the form of water vapor may be used, but considering the prevention of temperature drop in the reactor, water vapor having a temperature close to the reaction temperature may be used. The method of introduction in the form is recommended.
solvent
In the decarboxylation reaction of the present invention, a solvent can be used as necessary. The solvent is not particularly limited as long as it is stable and does not easily volatilize. Usually, nonpolar hydrocarbons, aprotic polar solvents, and the like are used. Among these, an aprotic polar solvent is most preferable in terms of compatibility with the substrate and water.
Nonpolar solvents include, for example, aliphatic hydrocarbons such as n-decane, n-tridecane, n-tetradecane, n-octadecane, and the like; alicyclic hydrocarbons such as tert-butylcyclohexane and bicyclohexyl Aromatic hydrocarbons such as xylene, 1,3,4,5-tetramethylbenzene, cumene, naphthalene, tetralin, butylbenzene, cyclohexylbenzene, pentylbenzene, dipentylbenzene, dodecylbenzene, biphenyl, etc. It is done.
Examples of the aprotic polar solvent include sulfones such as diethyl sulfone and diphenyl sulfone; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide and diphenyl sulfoxide; trimethylamine, N, N, N ′, N′-tetra Tertiary amines such as methylethylenediamine, N, N-dimethylaniline, N, N-diethylaniline and the like; N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl N-substituted amides such as pyrrolidone, N-phenyl-ε-caprolactam; N- such as N, N, N ′, N′-tetramethylurea, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone Substituted ureas: 1-nitrodecane, nitrobenzene, 2-methylnitro Nitro compounds such as benzene, 2,6-lutidine, 2,4-6-nitronitrobenzene, 1,3-dinitrobenzene, 1,2-dinitrobenzene, 2,4,6-trinitrotoluene and the like; Heterocyclic amines such as trimethylpyridine; and the like.
These solvents are used alone or in combination of two or more. The amount of solvent used is not particularly limited, but is usually 0 to 3 liters, preferably 0 to 2 liters, more preferably 0 to 1 liter per 100 g of α-substituted malonic diester or α-substituted β-ketoester. Range.
Decarboxylation reaction
The decarboxylation reaction can be performed according to a conventional method, for example, by blowing water vapor into a substrate or a solution obtained by dissolving the substrate in a solvent. The reaction temperature is usually 120 to 250 ° C., preferably 150 to 200 ° C., more preferably 150 to 190 ° C., and the reaction time is usually 1 to 20 hours, preferably 1 to 10 hours, more preferably 2 to 8 hours. Range. This reaction can be performed batchwise and under high pressure, but usually a method of reacting while gradually supplying water under normal pressure in an open system is employed. After completion of the reaction, the target product can be separated according to a conventional method.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by an Example.
Example 1
To a 0.5 liter four-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a water vapor inlet tube, a thermometer, and a distillation column, 210 g (1.0 mg of methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was added. Mol) and 2 g of tetrabutylphosphonium bromide were added, and the temperature was raised to 180 ° C. with stirring. Into this, water vapor heated to 180 ° C. was introduced from the introduction tube at a rate of 6 g / hr for 6 hours. As the reaction progressed, carbon dioxide gas, methanol and excess water flowed out of the distillation column. After the introduction of water, the mixture was stirred at 180 ° C. for 30 minutes to complete the reaction. When the reaction solution was analyzed by gas chromatography, the target 2- (2-pentynyl) cyclopentanone was obtained in a yield of 92%. The conversion rate was 98%. Intramolecular triple bonds were not decomposed or isomerized.
Example 2
A reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 1- (2-pentenyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate. -(2-Pentenyl) cyclopentanone was obtained with a yield of 93%. Conversion was 99% and no isomerization of double bonds was observed.
Example 3
A reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 1-pentyl-2-oxocyclopentanecarboxylate. Non was obtained in a yield of 92%, and the conversion was 98%.
Example 4
A reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 3- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate. -(2-Pentynyl) cyclopentanone was obtained in 93% yield. The conversion was 98%, and no triple bond decomposition or isomerization was observed.
Example 5
When the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with dimethyl 2- (2-pentynyl) malonate, methyl 4-heptinate was recovered. The rate was 89%. The conversion was 96%, and no triple bond decomposition or isomerization was observed.
Example 6
Similar to Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate is replaced with methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3,3-dimethyl-2-oxocyclopentanecarboxylate. As a result of the reaction, 5- (4-chlorobenzyl) -2,2-dimethyl-1-cyclopentanone was obtained with a yield of 95%.
Example 7
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate. As a result, 5- (4-chlorobenzyl) -2-methyl-1-cyclopentanone was obtained in a yield of 92%.
Example 8
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 1- (4-chlorobenzyl) -3-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate. As a result, 2-isopropyl-5- (4-chlorobenzyl) -1-cyclopentanone was obtained in a yield of 90%.
Example 9
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 3- (4-chlorobenzylidene) -1-isopropyl-2-oxocyclopentanecarboxylate. As a result, 2- (4-chlorobenzylidene) -5-isopropyl-1-cyclopentanone was obtained with a yield of 79%.
Example 10
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate was replaced with methyl 3- (4-chlorobenzylidene) -1-methyl-2-oxocyclopentanecarboxylate. As a result, 2- (4-chlorobenzylidene) -5-methyl-1-cyclopentanone was obtained in a yield of 85%.
Comparative Example 1
In a 0.5 liter four-necked flask equipped with a stirrer, dropping funnel, thermometer and distillation tower, 210 g (1.0 mol) of methyl 1- (2-pentynyl) -2-oxocyclopentanecarboxylate, stearin 370 g (1.3 mol) of acid and 2 g of tetrabutylphosphonium bromide were charged, and the mixture was heated to 200 ° C. with stirring and reacted for 6 hours. When the reaction solution was analyzed by gas chromatography, the yield of the desired 2- (2-pentynyl) cyclopentanone was 72%. (Conversion 95%). After completion of the reaction, the reaction solution was black and solidified.
Comparative Example 2
The reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that tetrabutylphosphonium bromide was not used. The yield of the target product was 5%, and the conversion rate of the raw material was 10% or less.
Industrial applicability
According to the present invention, the desired ester or ketone compound can be obtained with good selectivity and high yield by decarboxylating the α-substituted malonic acid diester or α-substituted-β-ketoester under mild conditions. Therefore, the method of the present invention can be advantageously used for the production of aroma components, pharmaceuticals, agricultural chemicals, industrial chemicals, and intermediates thereof on an industrial scale by utilizing such characteristics.
Claims (15)
Ｒ4−ＯＣ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ1Ｒ2）−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−Ｒ3 （１）
（式中、Ｒ1は水素原子または有機残基を示し、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は有機残基を示す。）
で表わされるものである請求の範囲１に記載の方法。The α-substituted malonic acid diester has the general formula (1)
R 4 —OC (═O) —C (R 1 R 2 ) —C (═O) O—R 3 (1)
(Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or an organic residue, R 2, R 3 and R 4 represents an organic residue.)
The method according to claim 1, which is represented by:
Ｒ8−ＯＣ（＝Ｏ）−Ｃ（Ｒ5Ｒ6）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒ7 （２）
（式中、Ｒ5は水素原子または有機残基を示し、Ｒ6、Ｒ7及びＲ8は有機残基を示す。）
で表わされるものである請求の範囲１に記載の方法。α-Substituted β-ketoester has the general formula (2)
R 8 -OC (= O) -C (R 5 R 6) -C (= O) -R 7 (2)
(Wherein, R 5 represents a hydrogen atom or an organic residue, R 6, R 7 and R 8 represents an organic residue.)
The method according to claim 1, which is represented by:
で表わされる環状エステルまたは環状ケトンである請求の範囲１に記載の方法。The β-carbonyl group-containing ester compound has the general formula (3)
The method according to claim 1 , which is a cyclic ester or a cyclic ketone represented by the formula:
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