JP4987288B2 - テトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステル類の製造方法 - Google Patents
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Description
さらに詳しくは、本発明は、テトラシクロドデセンカルボン酸を出発原料とし、液相中、シリカアルミナ系固体酸触媒の存在下でイソブチレンと反応させて、テトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステルを製造する方法に関する。
(式中、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、R1、R3は水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基を表し、R4、R5は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、n、mは0、1又は2を示し、n、mが2である場合、R4又はR5はそれぞれ同一であっても違っていても良い。)
で表されるテトラシクロドデセンカルボン酸類をシリカアルミナ系固体酸触媒の存在下でイソブチレンと反応させることを特徴とする、一般式(2)
(式中、R1、R3〜R5及びm、nは一般式1と同じであり、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はt−ブトキシカルボニル基を表す。)
で表されるテトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステル類の製造方法が提供される。
更に、硫酸などの酸と比べて腐食性の少ない固体酸触媒を使用するので、ステンレス製の反応容器も使用することができる。
(式中、R1、R3〜R5及びm、nは一般式1と同じであり、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はt−ブトキシカルボニル基を表す。)
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物A)、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−4−メチル−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物B)、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−4−n−プロピル−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物C)、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−メチル−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物D)、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−4−イソプロピル−3−メチル−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物E)、
4,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物F)、
5,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物G)、
2,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物H)、
11,12−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物I)、
4,8,10−トリメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物J)、
2,4,10−トリメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル(化合物K)、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3,4−ジカルボン酸t−ブチルジエステル(化合物L)、
(式中、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、R1、R3は水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基を表し、R4、R5は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、n、mは0、1又は2を示し、n、mが2である場合、R4又はR5はそれぞれ同一であっても違っていても良い。)
出発原料の上記一般式(1)で示されるテトラシクロドデセンカルボン酸類において、式中の、R1及びR3、並びにR4、R5、n、mは、前述した一般式(2)の具体的記載と同じで、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表す。
また、化合物の例示は、前述した一般式(2)の化合物に対応したカルボン酸化合物を例示することができ、具体的には、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−4−メチル−3−カルボン酸、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−4−n−プロピル−3−カルボン酸、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−メチル−3−カルボン酸、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−4−イソプロピル−3−メチル−3−カルボン酸、
4,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
5,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
2,10−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
11,12−ジメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
4,8,10−トリメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
2,4,10−トリメチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸、
テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3,4−ジカルボン酸、
等を挙げることが出来る。
本発明において用いられるシリカアルミナ系固体酸触媒としては、アルミニウム及びけい素の酸化物を主成分とする固体酸であればよく、特に限定はないが、具体的には、白土触媒、シリカアルミナ触媒、アルミノケイ酸塩触媒、ゼオライト触媒等を挙げることができる。白土触媒としては、酸性白土、活性白土、例えば、有機合成化学協会誌53(5)、392(1995)に記載のようなルイス酸性白土等が挙げられる。また、白土の種類は特に限定されないが、モンモリロナイト、カオリナイト、サポナイト、ハイデライト、ノントロナイトなどが挙げられる。
これらのうち、反応速度、反応選択率及び収率が良好な点で白土触媒、シリカアルミナ触媒が好ましく、より好ましくは白土触媒であり、白土触媒の内では、活性白土が好ましく、乾燥した活性白土がさらに好ましい。
また、白土触媒を用いる場合は、白土に対して0.1〜30wt%程度のリン酸を併用しても良い。
シリカアルミナ系固体酸触媒の形状については、粉状、微粒子状、顆粒状など特に制限はなく、また、反応方法に応じて、流動床、固定床などに適した形状を、適宜選択することが出来る。また、反応はバッチ方式でも連続方式であってもよい。例えば、バッチ式の液相懸濁反応方法の場合は、反応活性の点で、触媒の形状は、通常、粉状又は微粒子状が好ましい。
反応は、原料のテトラシクロドデセンカルボン酸が固体状である理由で、通常、液相において行われる。
反応に際して、溶媒の添加は、加圧条件下でイソブチレン自体が液状であれば、それ自体溶媒となるので必ずしも必要ではない。しかしながら、一般式(1)で表される原料のテトラシクロドデセンカルボン酸は、高融点の結晶又は固体で得られるものが多く、原料の仕込みモル比が小さく、従って、イソブチレンが少ない場合は、原料カルボン酸がほとんど溶解せず、撹拌も困難であるので、溶媒が必要である。また、工業的に製造するには溶媒を使用する方が好ましい。
このような溶媒としては、本発明の製造方法における3級エステル化反応を阻害しないものであれば特に制限はないが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、n-ヘキサンなどの飽和脂肪族炭化水素などが挙げられる。これらのなかでも、反応性が低く、原料カルボン酸に対する溶解性が高く、また工業的に安価な点でトルエン、キシレン、エチルベンゼン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素が好ましい。
本発明の製造方法において、エステル化反応の温度は、通常、0〜100℃の範囲、選択率が高く、反応速度も比較的速い理由で、好ましくは10〜60℃の範囲、より好ましくは30〜50℃の範囲である。
反応圧力は、特に制限はないが、上記好適温度条件で反応を行えば、原料イソブチレンの圧で反応容器内は加圧になり、通常、その圧力は0.4MPa程度以下である。
本発明の製造方法において、反応は、バッチ方式でも、連続方式でもよく、また、固体酸触媒の供給方式も流動床でも固定床でもよい。バッチ方式の場合は、例えば、反応容器に、原料のテトラシクロドデセンカルボン酸、白土等の固体酸触媒及び溶媒を仕込み、反応容器内を不活性ガスで置換した後、温度を30℃程度以下に保ちながら、懸濁状態を維持しつつ、撹拌下に、イソブチレンを反応容器内に導入し、その後、40℃程度で反応を行う。
反応終了後の反応液を高速液体クロマトグラフィー(以下HPLC)で分析したところ、原料のカルボン酸反応率は89.8%、目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの存在収率は76.9%であった。さらにゲル浸透クロマトグラフィー(以下GPC)で分析したところ溶媒及びイソブチレンを除いた原料のカルボン酸及び目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの合計組成値は94.61%、副生物の高分子量体は4.17%であった。
反応終了後、得られた反応混合物を常温まで冷却した後、触媒を濾別した。得られたろ液に16%水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和し、未反応のカルボン酸を水層に抽出し、その後、水層を分液した。得られた油層に水を加えて撹拌し油層を水洗した後、水層を分液した。この操作を分液した水層が中性になるまで続けた。
その後、油層の溶媒を留去し、更に、得られた残留液を4〜5mmHg、内温131〜137℃の条件で単蒸留することによってHPLCによる純度が99.5%、ガスクロマトグラフィ−による純度が98.2%である透明液体のテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸−t−ブチルエステル77.6gを得た。
得られた透明液体は1H−NMRで構造分析し目的物であることを確認した。製品収率(対仕込みカルボン酸)は60.5%であった。
反応終了後の反応液をHPLCで分析したところ原料のカルボン酸反応率が34.6%、目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの存在収率が25.9%であった。
さらにGPCで分析したところ、溶媒及びイソブチレンを除いた原料のカルボン酸及び目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの合計組成値が99.59%、副生物の高分子量体が0.40%であった。
実施例1において触媒の白土を硫酸に替えた以外は実施例1と同様にして反応を行った。
反応終了後、得られた反応液をHPLCで分析したところ、原料のカルボン酸反応率は74.1%であり、目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの存在収率は61.8%であった。さらにGPCで分析したところ溶媒及びイソブチレンを除いた原料のカルボン酸及び目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの合計組成値は71.43%で、副生物の高分子量体は27.15%であった。
実施例1において触媒の白土をp−トルエンスルホン酸に替えた以外は実施例1と同様にして反応を行った。反応終了後、得られた反応液をHPLCで析したところ原料のカルボン酸反応率は30.8%で、目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの存在収率は21.3%であった。さらにGPCで分析したところ溶媒及びイソブチレンを除いた原料のカルボン酸及び目的物のテトラシクロドデセンカルボン酸−t−ブチルエステルの合計組成値は96.19%、副生物の高分子量体は3.80%であった。
Claims (4)
- 下記一般式(1)で表されるテトラシクロドデセンカルボン酸類をシリカアルミナ系固体酸触媒の存在下でイソブチレンと反応させることによる、下記一般式(2)で表されるテトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステル類の製造方法。
(式中、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はカルボキシル基を表し、R1、R3は水素原子又は炭素原子数1〜6のアルキル基を表し、R4、R5は炭素原子数1〜3のアルキル基を表し、n、mは0、1又は2を示し、n、mが2である場合、R4又はR5はそれぞれ同一であっても違っていても良い。)
(式中、R1、R3〜R5及びm、nは一般式1と同じであり、R2は水素原子、炭素原子数1〜6のアルキル基又はt−ブトキシカルボニル基を表す。) - シリカアルミナ系固体酸触媒が白土触媒であることを特徴とする請求項1記載のテトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステル類の製造方法。
- シリカアルミナ系固体酸触媒がシリカアルミナ触媒であることを特徴とする請求項1に記載のテトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステル類の製造方法。
- テトラシクロドデセンカルボン酸がテトラシクロ[4.4.0.1 2,5 .1 7,10 ]ドデカ−8−エン−3−カルボン酸であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のテトラシクロドデセンカルボン酸t−ブチルエステル類の製造方法。
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