JP4786267B2 - ラクトンの製造方法及び製造されたラクトンの芳香物質としての用途 - Google Patents

Description

本発明は、ラクトンの製造方法およびラクトンの芳香物質としての用途、並びにラクトンを含む香料組成物に関する。

ある種のラクトン誘導体の製造方法及びそのようなラクトン誘導体を芳香物質又は香料として使用することは、文献に記載されており、既知である。既知ラクトン誘導体のいくつかは、良好な芳香特性を有するが、様々な性質の特徴的な香りプロフィールを有する化合物に対する要求がなお存在している。

種々のラクトンの製法に関しては、Bayer-Villiger 酸化が知られており、この方法では、環式ケトンをペルオキシ酸、例えばCH_３COOOHと反応させる。そのような過酸化物の酸素の付加は、ルイス酸の存在により改善される。

例えばビスマロネートから出発する不飽和アルキルエステル基を含むラクトンの製造も既知である（B. Trost ら、J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3687-3696 参照）。この反応は、テトラヒドロフラン（THF）中のフッ化ｔ−ブチルアンモニウム用い、還流条件下に行われる。この反応により、α−ラクトン類の混合物が生成し、還流条件下にヨウ化リチウムの更なるジアルキル化により、対応するラクトンメチルエステルが生成する。

また、クライゼン転位及びその後の誘導体化により、不飽和アルキル基を側鎖として有するラクトンが得られることも知られている。

しかしながら、ラクトンの既知の製法は、以下のような欠点を有する。
それら反応を行うには、特別な試薬、例えばフッ化水素酸、シアン化メチル又はカリウムヘキサメチルジシラザンなどが必要である。従って、特別な試薬又は還元剤を調製する必要がある。上記の反応により所望のラクトンが好収率で得られるのであるが、これら反応の大きい欠点は、実験室規模でしか実施できず、工業的規模では実施できないということである。さらに、既知の製法に使用される還元剤は、毒性であるか、可燃性であるか、又は製造が困難である。また、しばしば、−２０℃というような低温を採用しなければならない。
J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3687-3696

それ故に、大規模で実施でき、所望のラクトンを好収率で得ることができるラクトンの簡単な製造方法がなお強く求められている。
従って、本発明の目的は、非毒性で安全に取り扱うことができる還元剤を用いて、対応するアルデヒドからラクトンを製造する方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、式（Ｉ）：

（式中、基Ｒ _１とＲ _２ 又は基Ｒ_３とＲ_４が一緒になってシクロヘキセニレン基を形成し、残りの基はそれぞれ水素原子であり、前記シクロヘキセニレン基は、置換基として、Ｃ_１−６アルキル基又はＣ_２−６アルケニル基を含んでいてよい。）
で示されるラクトンを製造する方法であって、式（II）：

（式中、基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４は上記と同じ意味を有する。）
で示される無水物を、有機溶媒中で、還元剤と反応させることからなる製造方法を提供する。

本発明の製造方法によれば、危険な又は毒性のある試薬を用いずに簡単な方法でラクトンを製造することができる。

本発明の製造方法において使用される還元剤は、好ましくは水素化ホウ素リチウム又は水素化ホウ素ナトリウムであるが、これらに限定されない。

溶媒としては、還元剤とヒドリド錯体を形成できる溶媒であれば、いずれも使用することができる。とりわけ好ましい溶媒は、アルコール、例えば１価又は多価アルコールである。特に適しているアルコールは、１〜６個、好ましくは１〜４個の炭素原子を含む低級アルコール、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール（ｎ−プロパノール及びイソプロパノールを含む）、又はブタノール（ｎ−ブタノール、イソブタノール及びｔ−ブタノールを含む）である。更に、Ｃ_１−４アルキレングリコール、例えばエチレングリコール又はプロピレングリコールも適している。特に好ましいのはメタノールである。また、これら溶媒の混合物も使用できる。

反応は、好ましくは室温で行われるが、０〜４０℃の範囲の温度で行ってもよい。反応は、好ましくは大気圧下で行われるが、減圧下で行ってもよい。

アルデヒドと還元剤と溶媒との反応は、適当な反応時間、例えば約０．５〜約５時間、好ましくは１〜３時間、攪拌しながら行われる。反応中、温度は、発熱反応の故に上昇する。必要なら、反応混合物を、氷浴上で攪拌することにより冷却してよい。
成分を反応させた後、反応混合物は、室温で一晩攪拌してもよい。

反応後、異なる種類のラクトンの混合物が得られるが、これは、アルデヒドが、還元剤と反応できる部位を２つ含んでいるからである。次いで、ラクトン混合物を、抽出及び／又は洗浄、並びに乾燥又は濃縮などの方法により、更に処理することができる。加えて、蒸留を行ってもよい。このような処理方法は、当業者には知られている。

本発明の製造方法により得られるラクトンは、芳香物質として、又は香料組成物で使用するのに、特に適している。本発明のラクトンは、はっきりと異なる質の微妙に変化する強さの香りプロフィールを有する香料である。本発明のラクトンは、非常に強い香り強度及び拡散性に特徴がある。本発明に従って製造したラクトンの残香（２４時間後に評価）は、非常に強い。

本発明の方法により製造したラクトンは、新しい香料組成物の成分として有利に使用することができる。香料組成物は、例えば、天然、合成又は部分合成香料、芳香油及び植物抽出物を含む。香料組成物中の本発明の方法により製造したラクトン又はラクトン混合物の割合は、組成物全量に対し、１〜５０重量％である。

この組成物は、化粧品、例えばクリーム、ローション、化粧水、エアロゾル、化粧石鹸に、及びアルコール系香水に香りを付けるために使用することができる。この組成物は、洗剤、繊維柔軟剤及び繊維処理製剤などの産業製品、ステアリン蝋燭などの蝋燭に香りを付けるためにも使用することができる。このような様々な製品に香りを付けるために、組成物は、製品全量に対し、０．０５〜２重量％の濃度で添加する。

特に好ましいラクトンは、本発明の方法により製造された、基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４の１つがＣ_１−１０分岐アルキル基又は分岐していてもよいＣ_２−１０アルケニル基であり、残りの基がそれぞれ水素原子である式（Ｉ）で示されるラクトンである。

環式置換基を有するラクトンも、本発明の方法により製造することができる。その例は、好ましくは置換基として１個又は２個のＣ_１−４アルキル基を有するシクロヘキセニレン基を含むラクトンである。

それぞれの無水物は、既知の方法、例えばアルケンと無水マレイン酸とのエン反応により、又は無水イタコン酸と適当なジエン（例えば、ピペリレン、２−メチル−１,３−ペンタジエン又はイソプレン）とのディールス−アルダー反応（１,４−付加）により、製造することができる。次いで、得られた無水物は、溶媒中で適当な還元剤と反応させて、所望のラクトンを得る。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。

（参考例）
２−ブテン−１−イル−γ−ブチロラクトンの調製

出発物質：
（１）水素化ホウ素ナトリウム７．６ｇ（０．２モル）
（２）２−ブテニル−１−無水コハク酸（ＴＣＩ）
装置：０．５Ｌ３ツ口フラスコ、攪拌機、温度計

水素化ホウ素ナトリウムをイソプロパノール１００mlに懸濁させ、懸濁液に、ブテニル無水コハク酸を、強く攪拌しながら、室温で２時間かけて連続的に滴下した。２つの成分の反応は発熱反応であり、反応混合物の温度は３３℃に上昇した。乳白色溶液を得た。この溶液を、室温で一晩攪拌した。ガスクロマトグラフィにより、無水コハク酸混合物（７５：２５、おそらくシス−トランス異性体）からの２種の主生成物と２種の副生物の生成が確認された。

次いで、反応混合物を１０％塩酸２００mlに注ぎ、シクロヘキサン１００mlで抽出した。有機相を合わせ、中性になるまで洗浄し、乾燥し、回転蒸発器を用いて蒸発させた。祖生成物２２ｇを得た。

２０cm Vigreux カラムを用いて蒸留し、ラクトン約１２ｇを得た（ガスクロマトグラフィ：平均４０：１０：４０：１の含有量）。沸点は６３〜６５℃／０．０６mbarであった。ＮＭＲは、４つの異なるラクトン（位置異性体及び二重結合異性体）のピークを示す。

分析：ＩＲスペクトル（DAT法）は、波数９６９、１０２１、１１６３、１３７６、１４２０、１４３９、１７７１（ラクトン−Ｃ＝Ｏ−振動）及び２９１８cm^−１に特性ピークを示す。

１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（CDCl_３中、４００MHz）は、１．６ppmに４ダブレットの形で１−メチル基を示す（強度は４種の生成物ピークのＧＣ含量に対応）。環酸素に隣接するＣＨ_２基は、３．９〜４．４ppmの間に４シグナル基を示す（強度は、ＧＣにおける分布に対応）。Ｃ＝Ｏ−基に隣接するメチレン基は、２．５５ppm（強度：２Ｈ）にシグナル基を示す。１．９５及び２．３ppmの２シグナル基は、不斉炭素原子上のシングルプロトンに相当する（強度：１Ｈ）。側鎖中のメチレン基は、２．１５ppmに２つの隣接シグナル基を示す（強度：２Ｈ）。

臭い特性：新鮮な、グリーン、ラクトン、ココナツ、バウンティ様、臭いストリップ上で２４時間後、臭いは弱いグリーン、ココナツ。

イソプレンと無水イタコン酸の反応

使用物質：イソプレン３４ｇ（０．５モル）、無水イタコン酸５６ｇ（０．６モル）、シクロヘキサン２５０ml
化合物を一緒にオートクレーブに導入し、窒素雰囲気中、５０barの圧力下、１５０℃で３時間加熱した。ガスクロマトグラフィにより分析して、２．４％の反応体、９．３％と８６．１％の生成物（複数）が確認された。

反応混合物を濃縮し、粗生成物６０ｇを、球管蒸留器により蒸留した。４０ｇの留出物を得た。留出物は白色結晶となった。

分析：ＩＲスペクトル（DAT法）は、波数８９４、９４３、９８９、１０５４、１１２０、１１６４、１２３０、１７７８、１８４０及び２８９８cm^−１に特性ピークを示す。

１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（CDCl_３中、４００MHz）は、１．７ppm（３Ｈ）にブロードシングレットとして１つのメチル基を示す。５員環中の３つのＣＨ_２基は、１．８ppm（マルチプレット、１Ｈ）、２．１ppm（シグナル重畳、４Ｈ）及び２．６ppm（ブロードダブレット、１Ｈ）の３シグナル基を示す。無水物のＣＨ_２基は、２．８ppm（ダブレットのダブレット、２Ｈ）にシグナル基を示す。オレフィンプロトンは、５．４ppm（ブロードマルチプレット、１Ｈ）に１つのブロードシグナルを示す。
臭い：非常に弱い

８−メチル−１−オキサスピロ[４.５]デカ−７−エン−２−オンの調製
使用物質：イソプレンと無水イタコン酸の付加生成物（実施例２参照）３８ｇ（０．１７モル）；水素化ホウ素ナトリウム７．６ｇ（０．２モル）、及びイソプロパノール１００ml

水素化ホウ素ナトリウムをイソプロパノール１００mlに懸濁させ、懸濁液に、無水物混合物を、強く攪拌しながら、室温で２時間かけて少量ずつ加えた。２つの成分の間に強い発熱反応が起こり、反応混合物の温度は３３℃に上昇した。乳白色溶液を得た。この溶液を、室温で一晩攪拌した。ガスクロマトグラフィにより、２種の主生成物と２種の副生物の生成が確認された。

次いで、反応混合物を氷／塩酸混合物５００mlに注ぎ、エーテルで抽出した。有機相を、中性になるまで洗浄し、乾燥し、蒸発させ、球管蒸留器により蒸留した。
１７．２ｇの８−メチル−１−オキサスピロ[４.５]デカ−７−エン−２−オン（４種の異性体の混合物）を得た。

分析：ＩＲスペクトル（DAT法）は、９６１、１０１１、１１７７、１１９９、１３７６、１４４０、１４３９、１７７１（ラクトン−Ｃ＝Ｏ−振動）及び２９１５cm^−１に特性ピークを示す。

１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（CDCl_３中、４００MHz）は、１．６ppmに２ブロードシングレットの形で１メチル基を示す。環酸素に隣接するＣＨ_２基は、４．０ppm（シングレット）及び４．２５ppm（トリプレットのダブレット）に２シグナル基を示す。ＣＨ_２基に隣接するＣ＝Ｏ−基は、２．３ppm（ダブレットのダブレット、強度１．８Ｈ）にシグナル基を示す。２．０及び２．１ppmの２シグナル基は、シクロヘキサン環の３ＣＨ_２基に相当する。オレフィンプロトンは、５．３ppm（ブロードダブレット、０．８Ｈ）及び５．４ppm（ブロードダブレット、０．２Ｈ）に２シグナルを示す。

臭い特性：最初は、乾燥した、グリーン、ラクトン、枯れ草臭、臭いストリップ上で２４時間後、臭いは暖かい、グリーン、ココナツ。

６,８−ジメチル−１−オキサスピロ[４.５]デカ−７−エン−２,４−ジオンの調製
使用物質：トランス−２−メチル−１,３−ペンタジエン４１ｇ（０．５モル）、無水イタコン酸５６ｇ（０．６モル）、及びシクロヘキサン２００ml

化合物を一緒にオートクレーブに導入し、窒素雰囲気中、５０barの圧力下、１５０℃で３時間加熱した。ガスクロマトグラフィにより、８％の出発物質、更に８７％の生成物が確認された。反応生成物を球管蒸留器により蒸留して、４１ｇの白色結晶を得た。

分析：ＩＲスペクトル（DAT法）は、８８８、９１２、９３６、９６４、１０７８、１１１９、１２２８、１４１４、１４５１、１７７０、１８３０及び２９６７cm^−１に特性ピークを示す。

１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（CDCl_３中、４００MHz）は、０．９５ppm（１．１Ｈ）及び１．１ppm（１．９Ｈ）に２ダブレットの形で１メチル基を示す。２重結合にあるメチル基は、１．７ppm（３Ｈ）に２ブロードシングレットを示す。５員環中のＣＨ_２基は、２．８ppm（シングレット、１．４Ｈ）及び２．６５ppm（ダブレットのダブレット、０．６Ｈ）に２シグナル基を示す。シクロヘキサン環中のＣＨ_２基は、１．９及び２．３ppmの間に６シグナル基を示す。１．８ppmにある１シグナル基は、メチル基を有するシクロヘキサン環中のＣＨに相当する（２クオドラプレット）。オレフィンプロトンは、５．１ppm（ブロードシングレット、０．３Ｈ）及び５．４ppm（ブロードシングレット、０．７Ｈ）に２シグナルを示す。
臭い特性：無臭

６,８−ジメチル−１−オキサスピロ[４.５]デカ−７−エン−２−オンの調製
使用物質：６,８−ジメチル−１−オキサスピロ[４.５]デカ−７−エン−２,４−ジオン３１．４ｇ（０．１４モル）（実施例４参照）、水素化ホウ素ナトリウム６．３ｇ（０．１６モル）、イソプロパノール１８０ml
６,８−ジメチル−１−オキサスピロ[４.５]デカ−７−エン−２,４−ジオンをイソプロパノール１８０mlに溶解し、この溶液に、水素化ホウ素ナトリウムを、強く攪拌しながら３０分かけて、室温で少量ずつ添加した。２つの成分の間で発熱反応が生じ、反応混合物の温度が５５℃に上昇した。乳白色溶液を得、これを室温で一晩攪拌した。ガスクロマトグラフィにより、４種の主生成物と２種の副生物の生成が確認された。

次いで、反応混合物を氷／塩酸混合物２００mlに注ぎ、エーテルで抽出した。有機相を、中性になるまで洗浄し、乾燥し、蒸発させ、粗生成物３９ｇを球管蒸留器により蒸留した。

分析：ＩＲスペクトル（DAT法）は、９８７、１０３１、１１５１、１１７１、１４５１、１７７１（ラクトン−Ｃ＝Ｏ−振動）及び２９１７cm^−１に特性ピークを示す。

１Ｈ−ＮＭＲスペクトル（CDCl_３中、４００MHz）は、シクロヘキサン環中の１つのメチル基について１ppmに４ダブレット（３Ｈ）を、他のメチル基について１．６ppmに少なくとも２ブロードシングレットを示す。環酸素に隣接するＣＨ_２基は、３．９及び４．３ppm（マルチプレット及びダブレット）の間にシグナル基を示す。Ｃ＝Ｏ−基に隣接するＣＨ_２基は、２．１ppm（マルチプレット）及び２．４ppm（ダブレットのダブレット）の間にシグナル基を示す。１．５及び１．７ppm並びに２ppm（強マルチプレット）の２シグナル基は、シクロヘキサン環の３ＣＨ_２基に相当する。オレフィンプロトンは、５．１及び５．４ppm（ブロードシングレット、１Ｈ）の間に４シグナルを示す。

臭い特性：最初は、甘い果実臭、クマリン様、臭いストリップ上で２４時間後、臭いは暖かい、枯れ草様。

Claims (8)

1. 式（Ｉ）：
   

   

   （式中、基Ｒ _１とＲ _２ 又は基Ｒ_３とＲ_４が一緒になってシクロヘキセニレン基を形成し、残りの基はそれぞれ水素原子であり、前記シクロヘキセニレン基は、置換基として、Ｃ_１−６アルキル基又はＣ_２−６アルケニル基を含んでいてよい。）
   で示されるラクトンを製造する方法であって、式（II）：
   

   

   （式中、基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３及びＲ_４は上記と同じ意味を有する。）
   で示される無水物を、有機溶媒中で、還元剤と反応させることからなる製造方法。
2. 還元剤は、水素化ホウ素リチウム又は水素化ホウ素ナトリウムである請求項１に記載の製造方法。
3. 溶媒は、１価又は多価アルコールである請求項１又は２に記載の製造方法。
4. アルコールは、Ｃ_１−６アルコール又はＣ_１−４アルキレングリコールである請求項３に記載の製造方法。
5. 反応を、０〜４０℃の温度で行う請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法により製造されたラクトンを含む芳香剤組成物。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法により製造されたラクトンを含む、芳香化粧品及び工業製品、又はアルコール系香水。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法により製造されたラクトンの少なくとも１種を組成物全量に対して１〜５０重量％の量で含むことを特徴とする香料組成物。