JP5074196B2

JP5074196B2 - シクロペンテノンの合成

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Publication number: JP5074196B2
Application number: JP2007540809A
Authority: JP
Inventors: ヤコビーデニス; ケラーファブリス
Original assignee: Firmenich SA
Current assignee: Firmenich SA
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: ES2309810T3; EP1812370A2; DE602005007770D1; WO2006051503A2; WO2006051503A3; EP1812370B1; JP2008519827A; ATE399149T1

Description

本発明は、有機合成の分野、かつより正確には更に以下で定義される式

のシクロペンテノン誘導体の合成のための単一段階法に関する。

J.Org.Chem., 1993, 58, 4497の中で、イシイ及びその他の者が、シクロペンテノン誘導体を、酸化物が最良の触媒として記されている塩化ジルコニウム誘導体例えばZrOCl₂またはZrCl₄によって触媒されるケトンと、２当量のアルデヒドとの反応から、またはエノンとアルデヒドとの反応によって合成することを報告している。

しかしながら、イシイによって報告された手順は、高温（１３０〜２００℃、高い方の部分が最良の結果をもたらす、表Iを参照）のような厳しい条件を必要とする。そのような厳しい条件は、わずかな収率をもたらすことがある（例えば、すべての環上の置換基がメチル基であり、200℃で反応が行われた場合１７％）。それらの条件は、環境に優しくないので高い産業上の関心はなく、並びに多くのエネルギーを必要としかつとても多くの廃棄物を生じる。

本発明は、前記の問題のすべてまたは一部を克服するために、穏やかな条件で実施でき、かつ補助的に高い収率をもたらしうるシクロペンテノン誘導体の製造方法に関する。

本発明の目的の1つは、式

[式中、Rは置換されていてよいC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基または置換されていてよいC_5-6の芳香族基を表し、かつR¹、R²、R³及びR⁴は、同時にまたは独立して、水素原子、置換されていてよいC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基または置換されていてよいC_5-6の芳香族基を表す]で示される化合物の製造方法において、式

[式中、R、R¹、R³及びR⁴は、式（I）と同一の意味を有する]で示されるエノンと、式

[式中、R2は、式（I）と同一の意味を有する]で示されるアルデヒドとを反応させるが、前記エノン（II）とアルデヒド（III）との反応を、
i）式

[式中、MがTi（IV）またはZr（IV）であり、R⁵がC_1-6の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基を表し、Xがハロゲン化物を表し、及びnが１〜３の整数を表す]で示される少なくとも１つの金属錯体、並びに
ii）少なくとも１つの補助成分であって、
a）2〜10個の炭素原子を有するアルキルまたは芳香族のカルボン酸無水物と、
b）Li⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、及びAl³⁺からなる群から選択される金属カチオンの無水硫酸塩、塩化物または臭化物と、
c）水と包接体を形成しうる不溶性の無機材料と、
d）C₄−C₁₅のオルトエステル、BF₃、N−メチル−N−トリメチルシリル−トリフルオロアセトアミド、1−トリメチルシリルイミダゾール並びにR⁶がC_1-5のアルキル基で表されるClSi(R⁶)₃と
からなる群から選択される補助成分
を含む触媒系の存在下で実施することを含む製造方法である。

前記のR、R¹、R²、R³及びR⁴の基の可能な任意の置換基は、エノン（II）またはアルデヒド（III）の反応性に作用しない基である。前記の任意の置換基の例は、前記のR、R¹、R²、R³及びR⁴の基がアルキル基またはアルケニル基を表す場合に、1または２つのメチル基、エチル基、メトキシ基またはエトキシ基を含む。前記の任意の置換基の例は、前記のR、R¹、R²、R³及びR⁴の基が芳香族基を表す場合に、1または2つのメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基またはニトロ基を含む。

本発明の特定の一実施態様によると、Rは、置換されていてよいC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基またはC_5-6の芳香族基を表す。選択的に、R¹、R²、R³またはR⁴は、同時にまたは独立して、水素原子、置換されていてよいC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基またはC_5-6の芳香族基を表す。

特に前記の一実施態様によると、Rは、C_1-8のアルキル基またはアルケニル基を表し並びにR¹、R²、R³及びR⁴は、同時にまたは独立して、水素原子、C_1-8のアルキル基またはアルケニル基を表す。

本発明のもう一つの実施態様においては、式（I）のエノンは、対応する化合物（II）及び（III）から得られ、その際Rは置換されていてよいメチル基、エチル基もしくはペンチル基またはフェニル基を表す。選択的に、または同時に、R¹、R²、R³及びR⁴は、同時にまたは独立して、水素原子、置換されていてよいメチル基、エチル基もしくはペンチル基またはフェニル基を表す。

特に前記の一実施態様によると、Rはメチル基、エチル基またはペンチル基を表し、並びにR¹、R²、R³及びR⁴は、同時にまたは独立して、水素原子、メチル基、エチル基またはペンチル基を表す。

前記の実施様態のいずれか一つによれば、R⁴は、水素原子を表す。特に、前記のR、R¹、R²またはR³は、同時にまたは独立して、置換されていてよいメチル基、エチル基またはフェニル基であるか、もしくはメチル基またはエチル基だけを表す一方で、R⁴が水素原子を表している。

本発明のさらなる一実施態様によれば、ケトン（II）はその場でケトン（V）とケトンまたはアルデヒド（VI）とを共に、本発明の方法と同じ触媒系の存在下で、反応式１

[式中、R、R¹、R³及びR⁴が上で示したのと同じ意味を有する]に従って反応させることによって得ることができる。

従って、本発明は、上で挙げた工程をさらに含む方法にも関係する。

好適なケトン（II）、（V）または（VI）の特定の例は、ジエチルケトン、ジベンジルケトン、メチルフェニルケトン、エチルフェニルケトンまたはⁿヘキシルメチルケトンである。

好適なアルデヒド（III）または（VI）の特定の例は、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、プロパンアルデヒドまたはベンジルアルデヒドである。

本発明のさらなる一実施態様によれば、本方法はジエチルケトンとアセトアルデヒドとを共に反応させて、式（II）のケトンを得る第一の工程を含み、該ケトンは、引き続きアセトアルデヒドと反応させる。

本発明の一実施態様によれば、エノン（II）とアルデヒド（III）のモル比は、1.1/1〜1/6、より有利には1/1〜1/5、よりさらに有利には1/1.1〜1/5で表される。さらに、ケトン（V）と化合物（VI）のモル比は、1/1〜1/8、より有利には1/2.5〜1/6、及びさらにより有利には1/3〜1/5で表される。

上記のように、本発明の方法は金属錯体と補助成分から成る触媒系の存在下に実施する。金属錯体は、出発アルデヒドまたはケトンに関して、化学量論的量より少なく、または触媒量で使用される。

金属錯体は、一般式

を有し、式中、M、n、R⁵及びXは、前記の意味を有する。本発明の特定の一実施態様によれば、MはTi(IV)を表し、R⁵は直鎖状または分枝鎖状のC_3-4のアルキル基を表し、Xは塩素原子を表し、並びに指数nは2または３を表す。

式（IV）の金属錯体の混合物の使用もまた適切であり、特に触媒がその場で、並びに精製なしに本方法でそれが使用される前に合成されるのであれば、適切である。

本発明の特定の一実施態様によれば、触媒系の補助成分は、４〜８個の炭素原子を有するアルキルまたは芳香族のカルボン酸無水物、BF₃、R⁶がC_1-5のアルキル基を表すClSi(R⁶)₃、及びNa⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺から成る群から選択される金属カチオンの無水硫酸塩、塩化物または臭化物を表す。

有利には、補助成分は、無水酢酸、無水プロピオン酸または無水酪酸、BF₃、R⁶がメチル基またはエチル基を表すClSi(R⁶)₃、無水のNa₂SO₄及びK₂SO₄、並びにMg²⁺、Fe³⁺、またはZn²⁺の無水の塩化物または臭化物からなる群から選択される。

2または３種の補助成分の混合物の使用もまた可能である。

金属錯体は、広い範囲の濃度で反応媒体に添加することが可能である。制限されない例として、出発ケトン（II）または（V）のモル量に対して、0.01 〜0.20モル当量の範囲の触媒の濃度を挙げることができる。有利には、金属錯体の濃度は、0.01 〜0.10 モル当量で表される。触媒の最適濃度が、後者の性質と所望の反応時間に依存することは言うまでもない。

補助成分は、広い範囲の濃度で反応媒体を添加することが可能である。制限されない例として、出発ケトン（II）または（V）のモル数に対して、0.05 〜1.2 モル当量の範囲の塩の濃度を挙げることができる。有利には、その塩濃度は、0.10 〜0.60 モル当量で表される。さらに、もう一つの好ましい実施態様では、塩濃度は、0.20〜0.50 モル当量で表される。付加的な作用剤の最適濃度は、後者の性質に依存することは言うまでもない。

本発明の方法は、溶剤の存在または不在で実施できるが、いかなる場合でも、無水条件で実施することが好ましく、その際ここでは"無水"とは、1質量％未満の、有利には0.1％未満の水分含有量を有する溶剤を意味する。溶剤が必要な場合には、純粋な溶剤または溶剤の混合物を使用することが可能である。前記の溶剤は、反応条件と化学的に適合性である、すなわち反応を妨げず、かつ触媒を失活させない溶剤であり、例えば弱い配位性または非配位性の溶剤である。本発明の方法のための好ましい溶剤は、60℃より高い沸点を有し、かつエーテル、エステル、芳香族溶剤、及び直鎖状もしくは分枝鎖状もしくは環状の炭化水素から成る群から選択される。より有利には、溶剤は、ブチルアセテートのようなエステルである。

さらに、溶剤は出発ケトン（II）もしくは（V）または出発アルデヒド（III）または（VI）であってよい。

本発明の方法を実施できる温度は、60℃〜140℃、有利には70℃〜100℃または110℃で表される。もちろん、当業者はまた、出発物と最終生成物及び／また可能な溶剤の融点並びに沸点の関数として、反応温度を選択することができる。

本発明を、以下の実施例によりさらに詳細に説明する。温度は、摂氏度（℃）で示し；NMRスペクトルのデータは、CDCl₃中で360MHzの装置で記録し、化学変位δは、標準としてのTMSに対するppmで示し、結合定数Jは、Hzで表し、すべての略語は当該技術分野での通常の意味を有する。

実施例１
2,3,4,5−テトラメチル−2−シクロペンテン−1−オンの合成
a）金属触媒溶液の製造
TiCl₃(OⁱPr)錯体を含有する触媒溶液は、E. V. Vedejs他著のJ. Org., (1988), 53. 1593によって記述された手順に従うが、出発材料としてTiCl₄及びTi(OⁱPr)₄錯体を使用して得られる。それらの量を変更して、触媒溶液1グラム当たり１．３ミリモルの金属の濃度を有する触媒溶液を得た。
すべての得られた溶液は、さらなる操作を行わずに使用した。

b）2,3,4,5−テトラメチル−2−シクロペンテン−1−オンの製造
機械的撹拌機、滴下漏斗及び還流冷却器を備えた丸底フラスコ中に、２０００g（２３．２モル）の出発ケトンと一緒に７５% w/wの溶剤としてのブチルアセテート、0.35モル当量の無水の塩化マグネシウム並びに０．０６モル当量のトリクロロプロポキシチタン錯体を含有する前記のチタン触媒溶液を入れた。得られた懸濁液を、激しく撹拌し、そして９０℃で加熱した。２モル当量のアセトアルデヒドを９０℃で3時間にわたり滴加した。その反応をさらに、1時間継続し、そして４０℃に冷却した。該反応混合物を、１０％の酢酸水溶液で加水分解し、そして２０％の炭酸カリウム水溶液で中和させた。

得られた有機相を、研究室用のSulzer社製充填カラムで直接分別させることで、表題化合物が、トランス：シス異性体混合物＝８５：１５で、収率２７％（圧力８ミリバールで沸点７０〜８０℃）で得られ、かつエノン（II）（すなわち、４−メチル−４−ヘキセン−３−オン）は、収率３１％（圧力８ミリバールで沸点４５〜６５℃）で得られた。

実施例２
3,4−ジエチル−2,5−ジメチル−2−シクロペンテン−1−オンの合成
機械的撹拌機、滴下漏斗及び還流冷却器を備えた丸底フラスコ中に、２６５ｇ（３．０８モル）のジエチルケトンと一緒に２５２ｇの溶剤としてのブチルアセテート、０．３６モル当量の無水の塩化マグネシウム並びに０．０５３モル当量のトリクロロプロポキシチタン錯体を含有する前記のチタン触媒溶液を入れた。得られた懸濁液を、激しく撹拌し、そして８５℃で加熱した。２．１モル当量のプロピオンアルデヒドを８５℃で2時間にわたり滴加した。その反応を、さらに1時間継続し、そして４０℃に冷却した。該反応混合物を、１０％の酢酸水溶液（５００ｇ）で加水分解し、デカンテーションし、そして１０％の酢酸水溶液（２００ｇ）及び５０ｇのNaClで洗浄した。次いで有機相を２０％の炭酸カリウム水溶液で2回洗浄した。

Na₂SO4上で乾燥させた後、溶剤を蒸発させた。粗生成物（４１９．６ｇ）を、Vigreuxカラムを通して蒸留させ、及びさらにFischer社製カラムを通して分別させることで、表題化合物が、収率１７％（圧力3ミルバールで沸点５８℃）で得られ、かつエノン（II）（すなわち４−メチル−４−ヘプテン−３−オン）は、収率３２％（圧力４３ミリバールで沸点８４℃）で得られた。

実施例３
化学式（I）の様々な化合物の合成
シクロペンテノン法についての一般的な手順
機械的撹拌機、滴下漏斗及び還流冷却器を備えた丸底フラスコ中に、１モル当量の出発ケトン（さらに下方を参照）をストレートでもしくは７５％ w/wの溶剤としてのブチルアセテートと一緒で、０．３５モル当量の無水の塩化マグネシウム並びに０．０５モル当量のトリクロロプロポキシチタン錯体を含有する前記のチタン触媒溶液を入れた。得られた懸濁液を、激しく撹拌し、そして９０〜１００℃で加熱した。式（III）のアルデヒド（さらに下方を参照）を９０〜１００℃で3時間にわたり滴加した。その反応をさらに９０〜１００℃で1時間継続し、そして４０℃に冷却した。該反応混合物を、１０％の塩化水素酸溶液で加水分解し、そして２０％の炭酸カリウム溶液で中和した。

得られた有機相を、研究室用のSulzer社製充填カラム中で直接分別させた。その結果を、以下に要約する。

実験A）
出発ケトン：4−メチル−4−ヘキセン−3−オン
出発アルデヒド：ベンズアルデヒド（１．２モル当量）
生成物：
4−フェニル−2,3,5−トリメチル−2−シクロペンテン−1−オンと3−フェニル−2,4,5−トリメチル−2−シクロペンテン−1−オン（20/80）
収率：25%（使用された出発ケトンに対して）
収率：45%（転化された出発ケトンに対して）
主な生成物（3-フェニル-2,4,5-トリメチル-2-シクロペンテン-1-オン）の分析：

実験B）
出発ケトン：4−メチル−4−ヘキセン−3−オン
出発アルデヒド：10−ウンデセナール（０．９モル当量）
生成物：
4−(9−デセニル)−2,3,5−トリメチル−2−シクロペンテン−1−オンと3−(9−デセニル)−2,4,5−トリメチル−2−シクロペンテン−1−オン（33/66）
収率：36％（使用された出発ケトンに対して）
収率：72％（転化された出発ケトンに対して）
得られた混合物の分析：

実験C）
出発ケトン：5−エチル−4−メチル−4−ヘプテン−3−オン
出発アルデヒド：アセトアルデヒド（１．２モル当量）
生成物：
4,4−ジエチル−2,3,5−トリメチル−2−シクロペンテン−1−オン
収率：40％（使用された出発ケトンに対して）
収率：58％（転化された出発ケトンに対して）
生成物の分析：

実験D）
出発ケトン：ジエチルケトン
出発アルデヒド：ベンズアルデヒド（３．０モル当量）
生成物：
3,4−ジフェニル−2,5−ジメチル−2−シクロペンテン−1−オンシス/トランス：15/85
収率：32％（使用された出発ケトンに対して）
ケトン（II）の収率：24％（使用された出発ケトンに対して）
生成物の分析：

実験E）
出発ケトン：1−3ジフェニルアセトン
出発アルデヒド：アセトアルデヒド（３．０モル当量）
生成物：
3,4−ジメチル−2,5−ジフェニル−2−シクロペンテン−1−オンシス/トランス：15/85
収率：48％（使用された出発ケトンに対して）
ケトン（II）の収率：36％（使用された出発ケトンに対して）
生成物の分析：

Claims

式

[式中、Rは置換されていてよいC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基または置換されていてよいC_5-6の芳香族基を表し、かつR¹、R²、R³及びR⁴は、同時にまたは独立して、水素原子、置換されていてよいC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基または置換されていてよいC_5-6の芳香族基を表す]で示される化合物の製造方法において、式

[式中、R、R¹、R³及びR⁴は、式（I）と同一の意味を有する]で示されるエノンと、式

[式中、R²は、式（I）と同一の意味を有する]で示されるアルデヒドとを反応させるが、前記エノン（II）とアルデヒド（III）との反応を、
i）式

[式中、MがTi（IV）またはZr（IV）であり、R⁵がC_1-6の直鎖状または分枝鎖状のアルキル基を表し、Xがハロゲン化物を表し、かつnが１〜３の整数を表す]で示される少なくとも１つの金属錯体、並びに
ii）a）2〜10個の炭素原子を有するアルキルまたは芳香族のカルボン酸無水物と、
b）Li⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、及びAl³⁺からなる群から選択される金属カチオンの無水硫酸塩、塩化物または臭化物と、
c）水と包接体を形成しうる不溶性の無機材料と、
d）C₄−C₁₅のオルトエステル、BF₃、N-メチル-N-トリメチルシリル-トリフルオロアセトアミド、1-トリメチルシリルイミダゾール並びにR⁶がC_1-5のアルキル基で表されるClSi(R⁶)₃と
からなる群から選択される少なくとも１つの補助成分
を含む触媒系の存在下で実施することを含む製造方法。
RがC_1-8のアルキル基もしくはアルケニル基を表し、かつR¹、R²、R³及びR⁴が、同時にまたは独立して、水素原子、C_1-8アルキル基もしくはアルケニル基を表すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
Rが、置換されていてよいメチル基、エチル基もしくはペンチル基またはフェニル基を表すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
R¹、R²、R³及びR⁴が、同時にまたは独立して、水素原子、置換されていてよいメチル基、エチル基もしくはペンチル基またはフェニル基を表すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
R、R¹、R²またはR³が、同時にまたは独立して、置換されていてよいメチル基、エチル基もしくはフェニル基を表し、かつR⁴が水素原子を表すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
エノン（II）は、その場で式

のケトンと、式

のケトンまたはアルデヒド[式中、R、R¹、R³及びR⁴が請求項１と同じ意味を有する]とを共に、請求項１で定義された触媒系の存在下で反応させることによって得られることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
MがTi(IV)を表し、R⁵が直鎖状または分枝鎖状のC_3-4のアルキル基を表し、XがCl原子を表し、かつ指数ｎが2もしくは３を表すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
触媒系の補助成分が、４〜８個の炭素原子を含有するアルキルまたは芳香族のカルボン酸無水物、BF₃、R⁶がC_1-5のアルキル基を表すClSi(R⁶)₃、並びに、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、およびFe³⁺からなる群から選択された金属カチオンの無水硫酸塩、塩化物または臭化物、からなる群から選択されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。