JP4316499B2 - α−メチル−β−ケトエステルの製造法 - Google Patents

Description

［発明の背景］
発明の分野
本発明は、医薬、農薬などの製造原料として有用な、α−メチル−β−ケトエステルの製造法に関する。
背景の技術
アセト酢酸エチルに代表されるβ−ケトエステルは、ピリン系解熱剤やスルホンアミド系の農薬などを製造する原料として有用な化合物であり、広く使用されている。
これらの中でα位にメチル基を導入したα−メチル−β−ケトエステルを製造する方法は数多く知られている。例えばアセト酢酸エチルを塩基存在下、臭化メチルまたはヨウ化メチルと反応させることにより製造する方法、あるいは２−ブロモプロピオン酸エチルと亜鉛存在下、無水酢酸と反応させる方法が知られている。しかし、前者の方法は臭化物またはヨウ化物の毒性およびコストの点で利用が限定され、また、後者の方法は金属亜鉛を化学量論的に使用するため、その産業廃棄物としての処理に配慮が必要となる。
また、特公昭４９−３４６６１号公報には、アセト酢酸エチルなどのβ−ケトエステルをホルムアルデヒドと縮合させ、生成するアルキリデン化合物をパラジウム触媒存在下、水素添加して目的のα−メチル−β−ケトエステルとする製造法が開示されている。しかしながら、この製造法では、目的化合物の収率は通常４０％程度であり、しかも触媒として塩化亜鉛を使用するため産業廃棄物の問題があり、工業的製造法としては改良の余地がある。また、スイス特許ＣＨ５６０１７６にはアセト酢酸エチルを無水酢酸存在下にホルムアルデヒドと縮合させ、生成する２−アセトキシメチル−アセト酢酸エチルをパラジウム触媒存在下、加水素分解して目的の２−メチル−アセト酢酸エチルとする製造法が開示されている。この方法では５０気圧の圧力を加える上、固形のパラホルムアルデヒドを一旦８０℃以上に加熱して熱分解し、ガス状のホルムアルデヒドとし、反応液中にガス状態で導入する方法が採用されている。このように、発ガン性が強く刺激性を有する化合物を気体状態で扱うことは、工業的スケールの製造法としては避けるべきである。
従って、α−メチル−β−ケトエステルを収率良くかつ安全に得ることができる製造法が依然として希求されている。
［発明の概要］
本発明者らは、今般、安価なβ−ケトエステルを出発原料とし、パラホルムアルデヒドを熱分解することなく、固体のパラホルムアルデヒドをβ−ケトエステルと無水酢酸に溶解させ、低級アルコールの存在下反応させ、続いて加水素分解することでα−メチル−β−ケトエステルを良好な収率で得ることが出来るとの知見を得た。
従って、本発明は、α−メチル−β−ケトエステルを収率よくかつ安全に得ることができる製造方法の提供をその目的としている。
そして、本発明による製造法は、下記一般式（Ｉ）α−メチル−β−ケトエステルの製造法であって：

［式中、
Ｒ^１は、置換基を有していてもよい、直鎖または分岐鎖Ｃ_１−６アルキル基、またはシクロアルキル基を表し、
Ｒ^２は、直鎖または分岐鎖Ｃ_１−４アルキル基を表す。］、
下記の一般式（ＩＩ）：

［式中、Ｒ^１およびＲ^２は上記と同義である。］
で表されるβ−ケトエステルと無水酢酸の混合物にパラホルムアルデヒドを溶解させた後、含水低級アルコールの存在下反応させて、下記の一般式（ＩＩＩ）：

［式中、Ｒ^１およびＲ_２は上記と同義である。］
で表されるα−アセトキシメチル−β−ケトエステルを生成させ、これを加水素分解することを少なくとも含んでなるものである。
［発明の具体的説明］
式（Ｉ）の化合物
本発明による製造方法の目的物は、上記式（Ｉ）で表されるα−メチル−β−ケトエステルである。この式（Ｉ）において、Ｒ^１は、Ｃ_１−６アルキル基またはシクロアルキル基を表し、このアルキル基は直鎖であっても分岐鎖であってもよい。また、このアルキル基は一または二以上の置換基で置換されていてもよく、置換基としてはハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、水酸基、および直鎖または分岐鎖状のＣ_１−４アルキル基が挙げられる。また、Ｒ^１が表すシクロアルキル基は好ましくはＣ₋ シクロアルキル基である。また、式（Ｉ）において、Ｒ^２は、直鎖または分岐鎖状のＣ_１−４アルキル基を表す。
式（Ｉ）で表される化合物は、種々の有用化合物の合成中間体として有用である。例えば、ＷＯ０１／９２２３１公報に開示される６−ｔ−ブチル−８−フルオロキノリン誘導体は農園芸用病害に対して優れた防除活性を有する化合物であり、この化合物の合成に式（Ｉ）の化合物は用いられる。すなわち、４−ｔ−ブチル−２−フルオロアニリンまたはその塩を、ＷＯ０１／９２２３１公報、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，（Ｃ）．２４２６（１９７０）またはＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，４９４５（１９６８）に記載の方法に準じて、α−メチル−β−ケトエステルと脱水縮合反応させ、ついでフェニルエーテル中２５０℃に加熱して６−ｔ−ブチル−３，４−ジメチル−８−フルオロキノロンを得て、これをアセチル体に変換して、４−アセトキシ−６−ｔ−ブチル−３，４−ジメチル−８−フルオロキノリンを得ることができる。
式（Ｉ）の化合物の製造法
本発明による方法にあっては、まず、式（ＩＩ）：

［式中、Ｒ^１およびＲ^２は上記と同義である］
で表されるβ−ケトエステルと無水酢酸との混合物を用意する。式（ＩＩ）の化合物と無水酢酸の比は、次に添加されるパラホルムアルデヒドを溶解できる限り限定されないが、１：１０〜１０：１程度（重量比）が好ましく、より好ましくは１：５〜５：１程度（重量比）である。
次に、この式（ＩＩ）の化合物と無水酢酸の混合液にパラホルムアルデヒドを加え、溶解させる。前述の通り、ホルムアルデヒドを気体として反応に利用することは工業的製造法においては不利または避けることが望まれる。本発明にあっては、パラホルムアルデヒドを式（ＩＩ）の化合物と無水酢酸の混合液に溶解させるため、その取扱いが極めて容易となる点で有利である。本発明の好ましい態様によれば、パラホルムアルデヒドは式（ＩＩ）に対して１〜１０当量が好ましく、より好ましくは１〜３当量程度である。また、その取扱いの容易さから、パラホルムアルデヒドは、ペレット状のものの利用が好ましい。
本発明による方法にあっては、式（ＩＩ）の化合物と、無水酢酸と、パラホルムアルデヒドとの反応を、含水低級アルコールの存在下において行う。
本発明において、低級アルコールは好ましくはＣ_１−６一価アルコールであり、より好ましくはエチルアルコールである。本発明にあっては、この低級アルコールは水を含む。その量は、アルコールに対して０．１〜１．５重量％程度でよく、好ましくは０．３〜０．８重量％であり、最も好ましくは０．５重量％である。このような微量の水を含む低級アルコールの存在により、副生成物が極めて抑制され、かつ大幅な収率の改善を図ることができる。本発明者らは、脱水低級アルコールによってはこのような利点が得られないことを、実験的に確認している。この含水低級アルコールの存在下に反応を進めることによって得られるこれら利点は、従来知られたα−メチル−β−ケトエステルの製造方法に比較して、極めて有利な点であるといえる。含水低級アルコールの反応系における存在量は適宜決定されてよいが、式（ＩＩ）の化合物と、無水酢酸と、パラホルムアルデヒドの合計量に対して、２〜５０重量％程度が好ましく、より好ましくは３〜３０重量％程度である。
含水低級アルコールの存在下における、式（ＩＩ）の化合物と、無水酢酸と、パラホルムアルデヒドとの反応は、加熱下行われる。その温度および反応時間は、副生成物の生成、収率等を勘業しながら適宜決定されていよいが、室温〜１００℃程度が一般的であり、好ましくは３５〜５０℃の範囲であり、最も好ましくは４０℃程度であり、反応時間は５〜１００時間程度が一般的であり、好ましくは７〜８０時間である。
上記反応により、式（ＩＩＩ）：

［式中、Ｒ^１およびＲ^２は上記と同義である。］
で表されるα−アセトキシメチル−β−ケトエステルが生成される。本発明にあっては、式（ＩＩＩ）の化合物を加水素分解に付し、式（Ｉ）で表されるα−メチル−β−ケトエステルを得る。この加水素分解は式（Ｉ）の化合物が得られる限り適宜決定されてよいが、本発明の好ましい態様によれば、パラジウム−炭素触媒下での水素との接触（例えば、水素を反応混合物に直接通すか、反応混合物を水素雰囲気に置く）が好ましい、反応条件も適宜決定されてよいが、水素圧力は１〜５０気圧程度が好ましく、より好ましくは１〜２０気圧程度であり、温度は室温〜１００℃程度が好ましく、より好ましくは３５〜５０℃程度であり、反応時間は５〜１００時間程度が好ましく、より好ましくは７〜８０時間程度である。パラジウム−炭素の存在量も適宜決定されていよいが、式（ＩＩＩ）の化合物に対して、０．０１〜０．２重量％程度が好ましく、より好ましくは０．０２〜０．１重量％程度である。
本発明の好ましい態様によれば、上記した式（ＩＩ）の化合物と無水酢酸とパラホルムアルデヒドとの反応による式（ＩＩＩ）の化合物を生成する工程と、式（ＩＩＩ）の化合物の加水素分解反応とを、一つの反応系で連続して行うことが出来る。この際の反応条件は、水素圧力１〜５０気圧程度が好ましく、より好ましくは１〜２０気圧程度であり、温度は室温〜１００℃程度が好ましく、より好ましくは３５〜５０℃程度であり、反応時間は５〜１００時間程度が好ましく、より好ましくは７〜８０時間程度である。
得られた式（Ｉ）の化合物は、その後反応系から単離され、例えばのような工程に付して、精製されるのが好ましい。

以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
実施例１ ２−メチルアセト酢酸エチルの合成（水素圧１気圧）
アセト酢酸エチル（１００ｇ，０．７６８ｍｏｌ）と無水酢酸（８６．０ｇ，０．８４５ｍｏｌ）との混合液にペレット状のパラホルムアルデヒド（４６．０ｇ，１．５４ｍｏｌ）を溶解させた。この溶液と９９．５％エタノール（含水率０．５重量％）４５０ｍＬを加え、基質重量に対し５％にあたる５．００ｇの１０％パラジウム−炭素触媒（川研ファインケミカル製ＡＤ１０％Ｐｄ／Ｃ）とを反応器に加え、脱気を行った。その後、水素を導入し、反応器内を１気圧の水素雰囲気に保ちながら、４０℃に加温し、反応液を激しく撹拌しながら２２時間反応を行った。反応液を冷却した後、固形物を濾過して除き、ろ液を減圧濃縮して残渣を得た。これをヘリパックカラムを用いて蒸留して、２−メチルアセト酢酸エチル１１１ｇを無色油状物として得た。収率７４．８％。
実施例２ ２−メチルアセト酢酸エチルの合成（水素圧１０気圧）
アセト酢酸エチル（１００ｇ，０．７６８ｍｏｌ）と無水酢酸（８６．０ｇ，０．８４５ｍｏｌ）との混合液にペレット状のパラホルムアルデヒド（４６．０ｇ，１．５４ｍｏｌ）を溶解させた。この溶液に９９．５％エタノール（含水率０．５重量％）４５０ｍＬを加え、基質重量に対し０．５％にあたる５００ｍｇの１０％パラジウム−炭素触媒（川研ファインケミカル製ＡＤ１０％Ｐｄ／Ｃ）とをオートクレーブに加えた。オートクレーブ中を水素雰囲気下に置換した後、水素圧力を１０気圧まで加圧し、４０℃に加温して撹拌した。時々水素を補充して１０気圧を保ちながら４８時間反応を行った。反応液を冷却した後、固形物を濾過して除き、ろ液を減圧濃縮して残渣を得た。これをヘリパックカラムを用いて蒸留して、２−メチルアセト酢酸エチル８４．６ｇを無色油状物として得た。収率５７．０％。
実施例３ ２−メチルアセト酢酸エチルの合成（水素圧１０気圧）
アセト酢酸エチル（１００ｇ，０．７６８ｍｏｌ）と無水酢酸（８６．０ｇ，０．８４５ｍｏｌ）との混合液にペレット状のパラホルムアルデヒド（４６．０ｇ，１．５４ｍｏｌ）を溶解させた。この溶液に９９．５％エタノール（含水量０．５重量％）４５０ｍＬを加え、基質重量に対し０．５％にあたる５００ｍｇの５％パラジウム−炭素触媒（川研ファインケミカル製ＡＤ５％Ｐｄ／Ｃ）とをオートクレーブに加えた。オートクレーブ中を水素雰囲気下に置換した後、水素圧力を１０気圧まで加圧し、４０℃に加温して撹拌した。時々水素を補充して１０気圧を保ちながら７２時間反応を行った。反応液を冷却した後、固形物を濾過して除き、ろ液を減圧濃縮して残渣を得た。これをヘリパックカラムを用いて蒸留して、２−メチルアセト酢酸エチル９２．０ｇを無色油状物として得た。収率６５．０％。
比較例１ ２−メチルアセト酢酸エチルの合成（水素圧１気圧）
アセト酢酸エチル（１００ｇ，０．７６８ｍｏｌ）と無水酢酸（８６．０ｇ，０．８４５ｍｏｌ）との混合液の中に、ペレット状のパラホルムアルデヒド（４６．０ｇ，１．５４ｍｏｌ）を溶解させた。この溶液と、塩基性触媒としての酢酸ナトリウム（６３．０ｇ，０．７６８ｍｏｌ）と、５．００ｇのパラジウム−炭素触媒（川研ファインケミカル製ＡＤ１０％Ｐｄ／Ｃ）とを反応器に加え、脱気を行った。その後、水素を導入し、反応器内を１気圧の水素雰囲気に保ちながら、４０℃に加温し、反応液を激しく撹拌しながら６時間反応を行った。反応液を冷却した後、固形物を濾過して除き、ろ液を減圧濃縮して残渣を得た。これを２０ｃｍのヘリパックカラムを用いて蒸留して、２−メチルアセト酢酸エチル２３．７ｇを無色油状物として得た。収率１６．０％
ＥＩ−ＭＳ；ｍ／ｚ１４５（Ｍ＋Ｈ）^＋；^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）δ１．２８（３Ｈ，ｔ，Ｊ＝７．１Ｈｚ），１．３５（３Ｈ，ｄ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），２．２５（３Ｈ，ｓ），３．５１（１Ｈ，ｑ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），４．２０（１Ｈ，ｑｄ，Ｊ＝７．３，１．０Ｈｚ）．

Claims (4)

1. 下記の一般式（Ｉ）で表されるα−メチル−β−ケトエステルの製造法であって：
   

   

   ［式中、
   Ｒ^１は、置換基を有していてもよい、直鎖または分岐鎖Ｃ_１−６アルキル基、またはシクロアルキル基を表し、
   Ｒ^２は、直鎖または分岐鎖Ｃ_１−４アルキル基を表す。］、
   下記の一般式（II）：
   

   

   ［式中、Ｒ^１およびＲ^２は上記と同義である。］
   で表されるβ−ケトエステルと無水酢酸の混合物にパラホルムアルデヒドを溶解させた後、０．１〜１．５重量％の水を含むＣ_１−６一価アルコールの存在下反応させて、下記の一般式（III）：
   

   

   ［式中、Ｒ^１およびＲ_２は上記と同義である。］
   で表されるα−アセトキシメチル−β−ケトエステルを生成させ、これを加水素分解することを少なくとも含んでなる、製造方法。
2. 前記式（II）で表されるβ−ケトエステルがアセト酢酸メチルまたはアセト酢酸エチルである、請求項１記載の製造法。
3. Ｃ_１−６一価アルコールがエチルアルコールである、請求項１または２に記載の製造法。
4. 加水素分解が、パラジウム−炭素触媒の存在下、前記式（III）の化合物を水素と接触させることにより行なわれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。