JP4759177B2

JP4759177B2 - メバロラクトンの製造方法

Info

Publication number: JP4759177B2
Application number: JP2001227507A
Authority: JP
Inventors: 嘉久辻; 利道三谷; 秀治岩崎
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003040884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メバロラクトンの製造方法に関する。本発明で得られるメバロラクトンは天然イソプレノイドの前駆体として知られており、医薬、農薬の合成原料として、またエレクトロニクス関連分野におけるレジスト素材の合成原料として有用である（特開平１０−７８６５８号公報参照）。
【０００２】
【従来の技術】
メバロラクトンを３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを原料として製造する方法としては、（１）炭酸銀を用いて酸化する方法（テトラヘドロンレターズ（ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔ．）、第３１巻、１７１頁（１９７５年）参照）、（２）臭化ナトリウムの存在下に、過酢酸を用いて酸化する方法（ブリティンオブケミカルソサエティージャパン（Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．）、第６５巻、７０３頁（１９９２年）参照）、（３）亜臭素酸ナトリウムを用いて酸化する方法（シンセティックコミュニケーションズ（Ｓｙｎｔｈ．Ｃｏｍｍｕｎ．）、第２８巻、１２３−１３０頁（１９９８年）参照）、（４）臭化ナトリウムなどの臭化物の存在下に、水およびアセトニトリルの混合溶媒中で次亜塩素酸ナトリウムを用いて酸化する方法（特開２０００−３８３８３号公報参照）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法（１）は、高価な炭酸銀を多量に使用するため高コストになる。上記の方法（２）は、使用する過酢酸が不安定であり、かつ爆発などの危険性を有しているため、取り扱い難いという問題点を有する。上記の方法（３）は、使用する亜臭素酸ナトリウムが工業的に製造されておらず、大スケールでの製造には適用し難い。また、上記の方法（４）は、反応条件は温和であるものの、反応時間が比較的長いうえ、多量の溶媒を使用するため生産性が低いという問題点を有している。
【０００４】
しかして、本発明の目的は、安価に入手可能な原料を用いて、効率よく、工業的に有利にメバロラクトンを製造し得る方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の従来法がいずれも酸化反応条件下での製造方法であることに着目し、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを原料としてメバロラクトンを効率よく、工業的に有利に製造し得る方法について鋭意検討を重ねた。
【０００６】
アルコール類を、タングステン酸類および第４級アンモニウム硫酸水素塩の存在下に過酸化水素で酸化して、２級アルコールからケトンを、そして１級アルコールからアルデヒドまたはカルボン酸を得る方法は既に知られている。例えば、特開平１１−１５８１０７号公報には、分子内に２級アルコールと１級アルコールが共存する場合は、２級アルコールが選択的に酸化されたヒドロキシケトン類が得られることが開示されており、そのようなアルコールの具体例として２−メチル−１，３−ヘキサンジオール、２−メチル−１，４−ヘキサンジオール、２−メチル−１，５−ヘキサンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、２−エチル−１，４−ヘキサンジオール、２−エチル−１，５−ヘキサンジオールが示されており、その実施例８には、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールから２−エチル−１−ヒドロキシ−３−ヘキサノンが得られた例が記載されている。また、ブリティンオブケミカルソサエティージャパン（Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．）、第７２巻、２２８７−２３０６頁（１９９９年）の表５には、９，１１−ノナデカンジオールから１１−ヒドロキシノナデカン−９−オンが得られた例が示されている。しかしながら、上記のアルコール以外のジオール、トリオールのような１級アルコールを分子内に複数持つ多価アルコール化合物からの生成物については何ら記載されていない。
【０００７】
上記した反応において、原料としてジオール、トリオールのような１級アルコールを分子内に複数持つ多価アルコール化合物を用いた場合には、ジアルデヒド化合物、ジカルボン酸化合物などの多価アルデヒド化合物または多価カルボン酸化合物が得られることが予想される。しかしながら、本発明者らが３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを、水溶媒中で、タングステン酸類と第４級アンモニウム塩の存在下に、過酸化水素と反応させたところ、驚くべきことに、メバロラクトンが良好な収率で得られることを見出し、先に特許出願を行った（特願２０００−３０３０８１参照）。
【０００８】
さらに、本発明者らは、上記の反応が水溶媒中で実施できることに着目して検討を重ねた結果、第４級アンモニウム塩を添加することなく、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを、水溶媒中で、タングステン酸類の存在下に過酸化水素と反応させた場合でも、良好な収率でメバロラクトンが得られること、および該反応において、反応熱を溶媒である水の蒸発潜熱により除去することにより、効率よく除熱することができ、反応時間の短縮が可能であることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを、水溶媒中で、タングステン酸類の存在下に過酸化水素と反応させることを特徴とするメバロラクトンの製造方法である。
【００１０】
好ましい実施態様において、過酸化水素の使用量が３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１モルに対して１．５〜２．５モルの範囲である。
【００１１】
また、好ましい実施態様において、反応熱を溶媒である水の蒸発潜熱により除去する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明で使用されるタングステン酸類としては、例えばタングステン酸、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸リチウム、タングステン酸アンモニウム、リンタングステン酸、ケイタングステン酸などが挙げられる。これらの中でも、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウムを使用するのが好ましい。これらのタングステン酸類は、無水物の形態であっても水和物の形態であっても差し支えない。タングステン酸類の使用量は、反応の収率および生産性を考慮すると、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールに対して０．００１〜１００モル％の範囲であるのが好ましく、０．０１〜１０モル％の範囲であるのがより好ましく、０．０１〜５モル％の範囲であるのが特に好ましい。
【００１３】
過酸化水素は、一般に市販されている１０〜６０％の範囲の濃度の過酸化水素水溶液をそのまま使用することができる。過酸化水素の使用量は、反応の収率および生産性を考慮すると、含有される過酸化水素に換算して、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１モルに対して１．５〜２．５モルの範囲であるのが好ましく、１．７〜２．３モルの範囲であるのがより好ましく、１．８〜２．２モルの範囲であるのが特に好ましい。過酸化水素の使用量が３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１モルに対して１．５モルより少ない場合には、その使用量が減少するのに伴いメバロラクトンの収率が低くなり、また２．５モルよりも多い場合には、生成したメバロラクトンのラクトン環の酸化分解などの副反応が進行し、メバロラクトンの収率が低下する傾向がある。
【００１４】
反応は、水を溶媒として行う。水の使用量は特に制限されないが、通常３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールに対して０．１〜５０倍重量の範囲であるのが好ましく、経済性および容積効率の観点からは０．５〜１０倍重量の範囲であるのがより好ましい。
【００１５】
反応温度は−１０℃〜１１０℃の範囲であるのが好ましく、過酸化水素の反応系内での反応性、安定性を考慮すると、３０℃〜１００℃の範囲であるのがより好ましい。反応は、生成物の安定性を考慮して、上記の温度範囲を成し得る圧力下、すなわち２００〜７６０Ｔｏｒｒの範囲で実施するのが好ましい。
【００１６】
本発明は、大気下で実施することもできるが、安全性の観点からは、窒素、アルゴンなどの反応に不活性なガスの雰囲気下で実施するのが好ましい。
【００１７】
反応は、反応熱を溶媒である水の蒸発潜熱により除去しながら行うことが、反応時間を短縮する観点から好ましく、例えば、水を反応系外に留去しながら反応を行う方法、水を還流させながら反応を行う方法などが適用できる。
【００１８】
原料の仕込み方法に特に制限はなく、例えば、窒素、アルゴンなどの反応に不活性なガスの雰囲気下に、所定量の３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールおよびタングステン酸類を水に溶解して所定温度、所定圧力とし、得られた混合溶液に過酸化水素水溶液を少量ずつ添加し、水を反応系外に留去しながら、または水を還流させながら反応を行う。
【００１９】
上記の方法により得られたメバロラクトンは、有機合成反応において行われる通常の単離・精製操作により単離・精製することができる。例えば、反応混合液に亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウムなどを加えて過酸化物を分解した後、酢酸エチルなどの有機溶媒で抽出し、この抽出液を合わせて濃縮し、得られる粗生成物を蒸留またはカラムクロマトグラフィーなどによって精製する。
【００２０】
なお、本発明で用いる３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールは安価に市販されており、容易に入手することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものはでない。
【００２２】
実施例１
メカニカルスターラ、温度計および滴下ロートを装着した容量２００ｍｌの３ツ口フラスコに、タングステン酸ナトリウム二水和物０．８２５ｇ（２．５ｍｍｏｌ）、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール３３．５ｇ（０．２５ｍｏｌ）および水２５ｇを入れた後、系内を窒素置換して混合液を調製した。続いて、この混合液を攪拌しながら９０℃に昇温し、３５％過酸化水素水溶液５９．５４ｇ（０．６１３ｍｏｌ）を２時間かけて滴下した後、同温度でさらに１０時間攪拌した。得られた反応混合液を冷却した後、亜硫酸ナトリウム１．０ｇを添加し、次いで、酢酸エチル１００ｍｌで６回抽出した。抽出液を合わせて濃縮し、得られた粗メバロラクトン３７．６ｇをシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝７／３（容量比））を用いて精製することにより、メバロラクトン２９．０ｇ（０．２２ｍｏｌ、収率８９％）を得た。
【００２３】
実施例２
実施例１において、タングステン酸ナトリウム二水和物０．８２５ｇ（２．５ｍｍｏｌ）に代えて、タングステン酸カリウム０．８１５ｇ（２．５ｍｍｏｌ）を使用した以外は同様の操作を行い、メバロラクトン２７．０ｇ（０．２１ｍｏｌ、収率８３％）を得た。
【００２４】
実施例３
メカニカルスターラ、温度計および滴下ロートを装着した容量１Ｌの５ツ口フラスコに、タングステン酸ナトリウム二水和物３．３０ｇ（０．０１ｍｏｌ）、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１３４．２ｇ（１．０ｍｏｌ）および水１００ｇを入れた後、系内を窒素置換して混合液を調製した。続いて、この混合液を攪拌しながら９０℃に昇温し、３５％過酸化水素水溶液２３８．１ｇ（２．５ｍｏｌ）を４時間かけて滴下した後、同温度でさらに８時間攪拌した。得られた反応混合液を冷却した後、亜硫酸ナトリウム３７．２ｇを添加し、次いで、酢酸エチル４００ｍｌで６回抽出した。抽出液を合わせて濃縮し、得られた粗メバロラクトン１４２．２ｇをシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝７／３（容量比））を用いて精製することにより、メバロラクトン１１０．６ｇ（０．８５ｍｏｌ、収率８５％）を得た。
【００２５】
実施例４
メカニカルスターラ、温度計、滴下ロートおよび還流装置を装着した容量１Ｌの５ツ口フラスコに、タングステン酸ナトリウム二水和物３．３０ｇ（１０ｍｍｏｌ）、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１３４．２ｇ（１．０ｍｏｌ）および水１００ｇを入れた後、系内を窒素置換して混合液を調製した。続いて、この混合液を攪拌しながら９０℃に昇温した後、３５％過酸化水素水溶液２３８．１ｇ（２．４５ｍｏｌ）を２時間かけて滴下し、滴下終了後、１００℃でさらに２時間攪拌した。該過酸化水素水溶液の滴下中および反応中に水１５０ｍｌを留出させるとともに、留出した水を反応器内に戻した。得られた反応混合液を冷却した後、亜硫酸ナトリウム１９．１５ｇを添加し、次いで、酢酸エチル１００ｍｌで６回抽出した。抽出液を合わせて濃縮し、得られた粗メバロラクトン１５０．４ｇをシリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝７／３（容量比））を用いて精製することにより、メバロラクトン１１７．２ｇ（０．９０ｍｏｌ、収率９０％）を得た。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、メバロラクトンを、安価に入手できる原料を用いて、効率的に、工業的に有利に製造することができる。

Claims

３−メチルペンタン−１，３，５−トリオールを、水溶媒中で、タングステン酸類の存在下に過酸化水素と反応させることを特徴とするメバロラクトンの製造方法。
過酸化水素の使用量が３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール１モルに対して１．５〜２．５モルの範囲である請求項１に記載の製造方法。
反応熱を溶媒である水の蒸発潜熱により除去することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の製造方法。