JP4156462B2 - 酢酸エステル誘導体の製造法 - Google Patents

Description

本発明は、香料素材や生理活性物質として有用な酢酸エステル誘導体を、高収率、高選択率で得るための製造法に関する。

従来、２−アルキル−３−オキソ−シクロアルキルマロン酸ジエステルに水を供給し、脱モノカルボキシル化して酢酸エステル誘導体を製造する方法として、例えば、特許文献１には、大気圧下、２−アルキル−３−オキソ−シクロアルキルマロン酸ジエステルを、該ジエステルに対し１〜１．５モル倍の水と、２００〜２６０℃の温度で反応させる方法が開示されている。特許文献２には、２−アルキル−３−オキソ−シクロアルキルマロン酸ジエステルを、該ジエステルに対し１〜３モル倍の水と、１５０〜２５０℃の温度で反応させる方法が開示されている。特許文献３には、２−アルキル−３−オキソ−シクロアルキルマロン酸ジエステルを水と、１〜１０気圧下、１８０〜２１０℃の温度で反応させる方法が開示されている。

しかしながら、反応温度が低いと反応速度が小さく、供給した水が過剰に系内に残存し、その水が生成した酢酸エステル誘導体と反応して、収率や選択率の低下を招き、また、反応温度が高いと、２−アルキル−３−オキソ−シクロアルキルマロン酸ジエステルが分解して収率や生産性の低下が避けられないという問題がある。
特開昭５３−１２８４２号公報 特開平９−１８３７５４号公報 特開昭５６−１４７７４０号公報

本発明の課題は、２−アルキル−３−オキソ−シクロアルキルマロン酸ジエステルから、高収率、高選択率で酢酸エステル誘導体を製造する方法を提供することにある。

本発明は、式（Ｉ）で表されるマロン酸ジエステル（以下マロン酸ジエステル（Ｉ）という）を脱モノカルボキシル化して式（II）で表される酢酸エステル誘導体（以下酢酸エステル誘導体（II）という）を製造する方法であって、脱モノカルボキシル化反応液中の水分濃度を０．４重量％以下に制御しながら水を供給して脱モノカルボキシル化を行う、酢酸エステル誘導体の製造法を提供する。

（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ、水素原子又は炭素数１〜８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示すか、あるいはＲ¹とＲ²が一緒になって隣接する炭素原子と共にシクロペンタン環もしくはシクロヘキサン環を形成してもよい。またＲ³は炭素数１〜３の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示し、２個のＲ³は同一でも異なっていてもよい。）

本発明の方法により、マロン酸ジエステル（Ｉ）から、高収率、高選択率で、酢酸エステル誘導体（II）を製造することができる。本発明の方法で得られた酢酸エステル誘導体（II）は、不純物が少なく、高純度であるため、精留負荷が低減でき、香料素材として好適に用いることができる。

本発明の原料として用いられるマロン酸ジエステル（Ｉ）において、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ上記の意味を示すが、水素原子又は炭素数１〜８のアルキル基が好ましく、香料素材として用いる観点からは、Ｒ¹が水素原子で、Ｒ²が炭素数３〜５のアルキル基であるものが更に好ましく、Ｒ¹が水素原子で、Ｒ²が炭素数４の直鎖アルキル基であるものが特に好ましい。ｎは１又は２の整数を示すが、１が好ましい。Ｒ³は炭素数１〜３の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示すが、メチル基が好ましい。

マロン酸ジエステル（Ｉ）は、一般的に公知の方法により製造できる。例えば炭素数５又は６のシクロアルカノンと、式（III）で表されるアルデヒド又はケトンを反応させ、式（IV）で表される化合物を得、得られた化合物（IV）を脱水反応及び異性化反応させて、式（Ｖ）で表される化合物とし、次いで式（VI）で表される化合物と反応させることにより得ることができる。

（式中、ｎ，Ｒ¹，Ｒ²及びＲ³は前記の意味を示す。）
本発明においては、酢酸エステル誘導体（II）を高収率、高選択率で得る観点から、マロン酸ジエステル（Ｉ）の脱モノカルボキシル化反応液中の水分濃度を０．４重量％以下、好ましくは０．２５重量％以下に制御しながら水を供給して脱モノカルボキシル化を行う。

尚、水分濃度は反応液を分取し乾燥条件下で、例えばデシケーター内で常温まで冷却後、カールフィッシャー電量滴定法によって求める。

反応液中の水分濃度を０．４重量％以下に制御する方法は特に限定されず、反応液中の水分濃度を測定しながら、水分濃度が０．４重量％を超えないように、反応初期より水の供給速度を変化させることにより制御することが好ましい。供給する水は水蒸気であることが、効率的に加熱を行う観点から好ましい。

特に、高収率及び高選択率を得る観点から、マロン酸ジエステル（Ｉ）の転化率が５０％を超えた時点より、供給した水の積算モル数Ｘ（但し、留出した水分を除く）と、マロン酸ジエステル（Ｉ）と反応した水のモル数Ｙの差（Ｘ−Ｙ）が、仕込んだマロン酸ジエステル（Ｉ）のモル数に対して２０％以下、好ましくは１５％以下となるように維持して脱モノカルボキシル化を行うことが望ましい。

水の供給方法は特に限定されないが、反応効率を考慮すると、配管やスパージャー等によって反応器底部から供給する方が好ましい。

尚、本発明のマロン酸ジエステル（Ｉ）の転化率は、下記条件のガスクロマトグラフィー（ＧＣ）分析でのクロマトグラム面積より、以下の式により求める。
ＧＣ分析条件
カラム：ＤＢ−１（Agilent社製）
昇温：８０℃より２００℃まで、４℃／ｍｉｎ

本発明における脱モノカルボキシル化反応の温度は、低温から高温までの広い範囲での適用が可能であるが、生産性を考慮すると１５０℃以上が好ましく、１７０℃以上が更に好ましい。またマロン酸ジエステルの分解を防止し、収率の低下を抑制する観点から、２５０℃以下が好ましく、２３０℃以下が更に好ましい。反応圧力は特に限定されないが、特別な装置を必要としないため、常圧で行うのが好ましい。

本実施例における原料及び反応終了品の分析はガスクロマトグラフィー内標標準法（カラム：ＤＢ−１（Agilent社製）、昇温：８０℃より２００℃まで、４℃／ｍｉｎ）によって行った。

製造例１
滴下槽を備えた６ｍ³の反応槽に、シクロペンタノン２２４１ｋｇ（２６．６ｋｍｏｌ）、水１００７ｋｇ、４８％ＮａＯＨ１１ｋｇを仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド９８５ｋｇ（１１．４ｋｍｏｌ）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で１時間撹拌した。反応終了後、中和し、過剰のシクロペンタノンを蒸留回収した後、有機層を分析した結果、反応終了品１８６８ｋｇ中には、２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノンが１７０６ｋｇ含まれていることがわかった。

２−（１−ヒドロキシペンチル）−シクロペンタノン１．０１モルを含む上記反応終了品にシュウ酸を０．０２０６モル添加して１２０℃にて反応した。この中に含まれる２−ペンチリデンシクロペンタノンは１４１ｇ（０．９３ｍｏｌ）であった。この濾過終了物をｎ−ブタノール１５３ｇに溶かし、１３０℃に昇温した後、同温度で３−ピコリン１４．５ｇ（０．１５ｍｏｌ）と３５％塩酸１０．５ｇ（０．１ｍｏｌ）の混合液を３０分で滴下した。滴下終了後、同温度で３．５時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、有機層を分析した結果、反応終了品中には、２−ペンチル−２−シクロペンテノンが１１８ｇ含まれていることがわかった。

この反応終了品から、２−ペンチル−２−シクロペンテノンを９５ｇ（０．６ｍｏｌ）精製した。さらに、窒素雰囲気下にてマロン酸ジメチル１１８ｇ（０．９ｍｏｌ）を無水メタノール３８ｇに溶解し、０℃に冷却して、ナトリウムメトキシド（３０％メタノール溶液）６．５ｇ（０．０３６ｍｏｌ）を添加したものに、上記で得られた２−ペンチル−２−シクロペンテノン９５ｇ（０．６ｍｏｌ）を０℃で、２時間かけて滴下した。滴下終了後、未反応のマロン酸ジメチルを減圧留去し、１６０ｇの２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチルを得た。

実施例１
攪拌機、供給装置、温度計、精留塔を備えた１Ｌ４つ口フラスコに、製造例１と同様に製造した、２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチルを５４５ｇ（１．９２モル）含有する原料６００ｇを仕込み、常圧下で撹拌しながら１８０℃まで加熱した後、反応器底部より水の供給を開始した。供給中、反応液中の水分をカールフィッシャー電量滴定法（機器：平沼産業（株）製 微量水分測定装置ＡＱ−７）によって測定しながら、水分濃度が０．４重量％以下となるように、供給速度を、供給開始から２時間目までは６ｇ／ｈに、２時間目から８時間目までは３ｇ／ｈに、８時間目以降は１．２ｇ／ｈに調節した。そして、供給開始から１６時間で反応を終了した。反応液中の水分濃度は最大で０．２１重量％であった。また反応中、供給した水の積算モル数Ｘ（留出したものを除く）及び２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチルと反応した水Ｙのモル数の差（Ｘ−Ｙ）は、仕込んだ２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチルのモル数に対して最大で１４．８％であった。反応終了品には２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチル酢酸メチル４２３ｇ（１．８７モル、収率９７．３％）及び２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチル酢酸１０．８ｇ（０．０５１モル）が含まれることがわかった。

比較例１
実施例１と同様の１Ｌ４つ口フラスコに、製造例１と同様に製造した２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチル５５７ｇ（１．９６モル）を含有する原料６００ｇを仕込み、常圧下で撹拌しながら１８０℃まで加熱した後、反応器底部より水の供給を開始した。供給中、供給速度は６ｇ／ｈ一定で行った。そして、供給開始から９時間で反応を終了した。供給中、反応液中の水分をカールフィッシャー電量滴定法（機器：平沼産業（株）製 微量水分測定装置ＡＱ−７）によって測定したところ、反応液中の水分濃度は最大で０．４４重量％であった。反応終了品には２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチル酢酸メチル４０２ｇ（１．７８モル、収率９０．７％）及び２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチル酢酸３３．５ｇ（０．１５８モル）が含まれることがわかった。

実施例２
実施例１と同様の１Ｌ４つ口フラスコに、製造例１と同様に製造した２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチル５５０ｇ（１．９４モル）を含有する原料６００ｇを仕込み、常圧下で撹拌しながら２１５℃まで加熱した後、反応器底部より水蒸気の供給を開始した。供給中、反応液中の水分をカールフィッシャー電量滴定法（機器：平沼産業（株）製 微量水分測定装置ＡＱ−７）によって測定しながら、水分濃度が０．４重量％以下となるように、供給速度を、供給開始から１時間目までは１８ｇ／ｈに、１時間目から２時間目までは１２ｇ／ｈに、２時間目から３時間目までは６ｇ／ｈに、３時間目以降は３ｇ／ｈに調節した。そして、供給開始から４時間で反応を終了した。反応液中の水分濃度は最大で０．１４重量％であった。また反応中、供給した水の積算モル数Ｘ（留出したものを除く）及び２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチルと反応した水のモル数Ｙの差（Ｘ−Ｙ）は、仕込んだ２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチルマロン酸ジメチルのモル数に対して最大で１０．３％であった。反応終了品には２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチル酢酸メチル４２０ｇ（１．８６モル、収率９６．０％）及び２−ペンチル−３−オキソ−シクロペンチル酢酸５．８ｇ（０．０２７モル）が含まれることがわかった。

実施例１〜２及び比較例１の反応条件及び結果をまとめて表１に示す。

Claims (4)

1. 式（Ｉ）で表されるマロン酸ジエステル（以下マロン酸ジエステル（Ｉ）という）を脱モノカルボキシル化して式（II）で表される酢酸エステル誘導体（以下酢酸エステル誘導体（II）という）を製造する方法であって、脱モノカルボキシル化反応液中の水分濃度を０．４重量％以下に制御しながら水を供給して脱モノカルボキシル化を行う、酢酸エステル誘導体の製造法。
   

   

   （式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ、水素原子又は炭素数１〜８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示すか、あるいはＲ¹とＲ²が一緒になって隣接する炭素原子と共にシクロペンタン環もしくはシクロヘキサン環を形成してもよい。またＲ³は炭素数１〜３の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示し、２個のＲ³は同一でも異なっていてもよい。）
2. マロン酸ジエステル（Ｉ）の転化率が５０％を超えた時点より、供給した水の積算モル数Ｘ（但し、留出した水分を除く）と、マロン酸ジエステル（Ｉ）と反応した水のモル数Ｙの差（Ｘ−Ｙ）が、仕込んだマロン酸ジエステル（Ｉ）のモル数に対して２０％以下となるように維持する、請求項１記載の製造法。
3. 反応初期から水の供給速度を変化させる、請求項１又は２記載の製造法。
4. 供給する水が水蒸気である、請求項１〜３いずれかに記載の製造法。