JP4531610B2 - クロコン酸またはその塩の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、クロコン酸（すなわち、４，５−ジヒドロキシ−４−シクロペンテン−１，２，３−トリオン）またはその塩の製造方法に関するものである。

クロコン酸またはその塩は色素、医薬および農薬などとして、あるいはこれらの中間体として有用である（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの従来の合成法については、例えばイノシトールの発煙硝酸による酸化で生成する反応混合物の中にクロコン酸が存在すること（非特許文献１参照）や、クロラニルから２工程で得られるテトラヒドロキシベンゾキノンを酸化条件下にて脱炭酸反応を行なうことでクロコン酸の金属塩が得られること（非特許文献２参照）が知られていたが、さらに安価で簡便なクロコン酸またはその塩の製造方法の開発が望まれていた。
特開２００１−２９４７８５号公報 特開２００１−１１７２０１号公報 特開平５−１５５１４５号公報 ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサエティ，第５２巻，２４８３頁（１９３０年） 化学世界，第３巻，１３９頁（１９９９年）

本発明の目的は、クロコン酸およびその塩の安価で簡便な製造方法を提供することにある。

（１）５員環の炭化水素化合物、またはオキソ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる群から選択される少なくとも１種の基で置換された５員環の炭化水素化合物と、ハロゲン化剤とを、水の共存下で反応させることを特徴とするクロコン酸またはその塩の製造方法。
（２）前記アルコキシ基の炭素数が１〜４であり、前記アシルオキシ基の炭素数が１〜５であり、前記スルホニルオキシ基の炭素数が１〜７であることを特徴とする（１）に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
（３） 前記オキソ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる群から選択される少なくとも１種の基が、オキソ基であることを特徴とする（１）または（２）に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
（４）塩基存在下に反応させることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
（５）前記の５員環が炭素−炭素二重結合を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
（６）反応系で生成したクロコン酸の塩を酸で中和してクロコン酸とすることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。

本発明の製造方法によれば、色素、医薬および農薬などとして、あるいはこの中間体として有用であるクロコン酸およびその塩を安価で簡便に製造することができる。

以下において、本発明の製造方法について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

本発明で使用する５員環の炭化水素化合物、またはオキソ基および／または酸素原子で結合する１価の基が置換した５員環の炭化水素化合物における炭化水素環は、炭素−炭素単結合のみであっても、炭素−炭素二重結合を含んでもよい。これらの炭化水素化合物を構成する５員環としては、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン等が挙げられる。このうちシクロペンタンジエンは、反応系中または反応系外でジシクロペンタジエンを反応させて得られたものとして反応に供してもよい。好ましい環は、シクロペンテン、シクロペンタジエンであり、最も好ましくはシクロペンテンである。

これらの環には、オキソ基および／または酸素原子で結合する１価の基が置換してもよく、本発明においてはこのような置換をされた環からなる化合物を用いることが好ましい。酸素原子で結合する１価の基は、ヒドロキシル基、アルコキシ基（炭素数１〜４のアルコキシ基が好ましく、例えばメトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基が挙げられる）、アシルオキシ基（炭素数０〜５のアシルオキシ基が好ましく、例えばホルミルオキシ基、アセチルオキシ基、ブトタンカルボニルオキシ基が挙げられる）、スルホニルオキシ基（炭素数１〜７のスルホニルオキシ基が好ましく、例えば、メタンスルホニル基、ベンゼンスルホニル基、トルエンスルホニル基が挙げられる）である。このうち、ヒドロキシル基、アルコキシ基が好ましく、ヒドロキシル基がさらに好ましい。

オキソ基は１〜３個、酸素原子で結合する１価の基（特に好ましくはヒドロキシル基）は１〜３個置換してもよく、オキソ基と酸素原子で結合する１価の基が混在してもよい。これらが置換した環としては、シクロペンタノール、１，２−シクロペンタンジオール、１，３−シクロペンタンジオール、シクロペンタノン、１，３−シクロペンタンジオン、１，２−シクロペンタンジオン、１，２，４−シクロペンタントリオン、３−シクロペンテン−１，２−ジオン、２，４−シクロペンタジエン−１−オン、２−シクロペンテン−１−オン、４−シクロペンテン−１，３−ジオン、３−メトキシ−２−シクロペンテン−１−オン等が挙げられる。このうち、好ましくはシクロペンタノン、１，３−シクロペンタンジオン、１，２，４−シクロペンタントリオン、２−シクロペンテン−１−オン、４−シクロペンテン−１，３−ジオンであり、さらに好ましくは、１，３−シクロペンタンジオン、４−シクロペンテン−１，３−ジオンである。

本発明で使用するハロゲン化剤としては、無機または有機のハロゲン化剤を用いることができ、これらを単独または併用することができる。
無機ハロゲン化剤としては、例えば、塩素、臭素、沃素、三塩化リン、五塩化リン、三臭化リン、酸化スルフリル、塩素酸ナトリウムなどが挙げられる。
有機ハロゲン化剤としては、例えば、トリクロロイソシアヌル酸、Ｎ−クロロコハク酸イミド、１，３−ジクロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、１，３−ジブロモ−５，５−ジメチルヒダントインなどが挙げられる。
これらのうち、塩素、臭素、沃素、酸化スルフリル、塩素酸ナトリウム、トリクロロイソシアヌル酸、１，３−ジクロロ−５，５−ジメチルヒダントイン、１，３−ジブロモ−５，５−ジメチルヒダントインであり、より好ましくは、塩素、臭素、酸化スルフリル、塩素酸ナトリウム、トリクロロイソシアヌル酸、１，３−ジクロロ−５，５−ジメチルヒダントインであり、さらに好ましくは塩素、臭素、トリクロロイソシアヌル酸であり、最も好ましくは塩素または臭素である。

次に、本発明の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、前記の５員環の炭化水素化合物、またはオキソ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる群から選択される少なくとも１種の基で置換された５員環の炭化水素化合物と、ハロゲン化剤とを、水の共存下で反応させるものである。
ハロゲン化剤は上記５員環化合物の種類、特に酸化段階に応じて使用する理論量が決まるが、その理論量に対して１〜３当量が好ましく、１〜２当量がより好ましく、１〜１．５当量がさらに好ましい。

本発明においては、塩基を使用することが好ましい。
塩基としては、無機、有機の塩基を用いることができ、無機塩基としては、金属の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等が好ましく、具体的には水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどが挙げられる。有機塩基としては、芳香族、脂肪族もしくはヘテロ環のアミン類が挙げられ、具体的には、ピリジン、α−ピコリン、γ−ピコリン、ピペリジン、トリエチルアミン、１，４−アザビシクロ［２．２．２］オクタン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセンなどが挙げられる。

これらの塩基の使用量は、ハロゲン化剤に対して０〜４当量が好ましく、１〜３当量がより好ましく、１〜２当量がさらに好ましい。

反応溶媒としては、水、アミド系溶媒（例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリジノン、１，３−イミダゾリジノン）、スルホン系溶媒（例えばスルホラン）、スルホキシド系溶媒（例えばジメチルスルホキシド）、エーテル系溶媒（例えばジオキサン）、ケトン系溶媒（例えば、アセトン、シクロヘキサノン）、炭化水素系溶媒（例えば、トルエン、キシレン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン）、ハロゲン系溶媒（例えば、テトラクロロエタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン）、アルコール系溶媒（例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセロール、フェノール）、二トリル系溶媒（例えばアセトニトリル）、アミン系溶媒（例えばトリエチルアミン、ピロリジン、ピリジン、ピコリン）を単独あるいは混合して用いることができる。

これらのうち、水、炭化水素系溶媒、ハロゲン系溶媒、ニトリル系溶媒およびアミン系溶媒が好ましく、水、炭化水素系溶媒、ハロゲン系溶媒およびアミン系溶媒がより好ましく、水およびハロゲン系溶媒がさらに好ましい。
本発明においては、原料または反応副生成物の無機物を溶解して製造時の流動性を確保するために水の存在下で反応させる。このとき上記の溶媒を併用することも好ましい。

上記の反応溶媒の使用量は、撹拌が困難になる等の工程上の問題を引き起こさなければ、工業スケールによって変わりうるものであり、特に制限されるものではないが、経済性、反応性向上の観点から、原料である５員環化合物１質量当たり０．１〜１０００質量が好ましく、０．５〜３００質量がより好ましく、５〜５０質量がさらに好ましい。

反応温度は、好ましくは−３０〜２００℃、より好ましくは０〜１５０℃、さらに好ましくは２０〜１００℃の温度範囲である。反応時間は、好ましくは５分〜１０時間、より好ましくは３０分〜３時間の範囲である。また、０〜２０℃の温度範囲で３０分〜５時間反応を行なった後、反応温度を上げて４０〜１００℃で３０分〜５時間反応を行なうのも好ましい。

反応は、原料の５員環化合物と塩基が存在するところへハロゲン化剤を添加する方法が好ましく、また、原料の５員環化合物にハロゲン化剤を添加した後に塩基を添加する方法も好ましい。

反応により、クロコン酸の塩が得られた場合は、有機または無機の酸で中和し、クロコン酸として得ることが好ましい。使用する酸としては、無機の酸が好ましく、塩酸、硫酸がさらに好ましい。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

（実施例１）
下記の反応式に基づき、クロコン酸を合成した。

３ツ口フラスコに水酸化ナトリウム１０８ｇと水３００ｍｌからなる溶液を加え、氷冷下にて撹拌しながら、この中に２−シクロペンテン−１，４−ジオン１４．４ｇを添加した。続けて臭素１４４ｇを４０分かけて滴下した。滴下中の内温は１０〜２０℃であった。滴下終了後、氷浴を外し、そのまま１時間撹拌した後、再び氷冷下にて塩化水素１１０ｇを吹き込み、析出した結晶を濾別した。濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物にメタノール５００ｍｌを添加して撹拌し、得られた溶液を濾過した。このようにして得られた濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物を水で再結晶して、目的のクロコン酸１８．８ｇを得た。
収率：８８％
¹Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ₂Ｏ）： δ＝ １１．６２１（ｂｒｓ， ２Ｈ）

（実施例２）
３ツ口フラスコに水酸化ナトリウム１０８ｇと水３００ｍｌからなる溶液を加え、氷冷下にて撹拌しながら、この中に２−シクロペンテン−１，４−ジオン１４．４ｇを添加した。続けて臭素１４４ｇを４０分かけて滴下した。滴下中の内温は１０〜２０℃であった。滴下終了後、氷浴を外し、そのまま１時間撹拌した後、析出した結晶を濾別した。濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物にメタノール５００ｍｌを添加して撹拌し、得られた溶液を濾過した。このようにして得られた濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物を水で再結晶して、目的のクロコン酸ナトリウム２１．２ｇを得た。
収率：７６％

（実施例３）
下記の反応式に基づき、クロコン酸を合成した。

３ツ口フラスコに炭酸カリウム１６５．９ｇと水３００ｍｌを加え、氷冷下にて撹拌しながら、この中にシクロペンタン−１，３−ジオン９．８１ｇを添加した。続けて塩素５６．８ｇを内温１５℃以下に保ちながら吹き込み、そのまま３時間撹拌した後、湯浴中、内温５０℃にて３時間撹拌した。この後、氷冷にて内温１０℃とし、ここへ塩化水素９１．３ｇを吹き込み、析出した結晶を濾別し、濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物にメタノールを添加して溶解した。この溶液を濾過し、この濾液をロータリーエバポレーターで濃縮した。得られた残留物を水で再結晶して、目的のクロコン酸９．３９ｇを得た。
収率：６６％

（実施例４）
下記の反応式に基づき、クロコン酸を合成した。

３ツ口フラスコに水酸化カリウム１４０ｇと水３００ｍｌを加え、撹拌して溶解し、ここへベンゼン１００ｍｌを添加した。氷冷下にて撹拌しながら、この中にシクロペンテン６．８１ｇを加え、内温を２０℃以下に保ちながら臭素１９２ｇを滴下した。滴下終了後そのまま１時間撹拌し、氷浴を外してさらに２時間撹拌した後、内温６０℃にて２時間加熱撹拌し、氷冷にて内温５℃まで冷却し、ここへ塩化水素１１０ｇを吹き込んだ。析出した結晶を濾別し、得られた濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物にメタノール１００ｍｌを添加して溶解した。この溶液を濾過し、濾液をロータリーエバポレーターで濃縮した。得られた残留物を水で再結晶して、目的のクロコン酸１１．８ｇを得た。
収率：８３％

（実施例５）
下記の反応式に基づき、クロコン酸を合成した。

３ツ口フラスコにシクロペンタン−１，２，４−トリオン１１．２ｇと１，２−ジクロロエタン４００ｍｌを加え、氷冷下にて撹拌しながら２，４−ジクロロ−５，５−ジメチルヒダントイン９８．５ｇを６０分かけて添加した。氷浴を外してそのまま１時間撹拌した後、氷冷下にて水酸化ナトリウム４８ｇと水１００ｍｌからなる溶液を３０分かけて滴下した。氷浴を外してそのまま１時間撹拌した後、内温５０℃にて３時間加熱撹拌した。氷冷下にてここへ塩化水素４４ｇを吹き込み、析出した結晶を濾別した。得られた濾液をロータリーエバポレーターで濃縮し、残留物にメタノールを添加して溶解した。この溶液を濾過し、濾液をロータリーエバポレーターで濃縮した。得られた残留物を水で再結晶して、目的のクロコン酸８．９７ｇを得た。
収率：６３％

本発明の製造方法によれば、クロコン酸およびその塩を簡便で安価に製造することができる。クロコン酸およびその塩は、色素、医薬および農薬などとして有用であり、またこれらの合成中間体としても活用しうるものであるため、本発明は産業上の利用可能性が高い。

Claims (6)

1. ５員環の炭化水素化合物、またはオキソ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる群から選択される少なくとも１種の基で置換された５員環の炭化水素化合物と、
   ハロゲン化剤とを、水の共存下で反応させることを特徴とするクロコン酸またはその塩の製造方法。
2. 前記アルコキシ基の炭素数が１〜４であり、前記アシルオキシ基の炭素数が１〜５であり、前記スルホニルオキシ基の炭素数が１〜７であることを特徴とする請求項１に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
3. 前記オキソ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アシルオキシ基およびスルホニルオキシ基からなる群から選択される少なくとも１種の基が、オキソ基であることを特徴とする請求項１または２に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
4. 塩基存在下に反応させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
5. 前記の５員環が炭素−炭素二重結合を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。
6. 反応系で生成したクロコン酸の塩を酸で中和してクロコン酸とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロコン酸またはその塩の製造方法。