JP6782632B2

JP6782632B2 - アセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法および脂肪族ジケトンの製造方法

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Publication number: JP6782632B2
Application number: JP2016256149A
Authority: JP
Inventors: 奈緒島
Original assignee: 株式会社東邦アーステック
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: JP2018108942A

Description

本発明は、アセト酢酸エステルアルカリ塩および脂肪族ジケトンを効率的に製造できるアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法および脂肪族ジケトンの製造方法に関する。

アセト酢酸エステルは、Ｃ２位の炭素上のＣ−Ｈ結合が、二つの隣接するカルボニル基の電子求引効果により活性化されるため、比較的高い酸性（例えばｐＫａ＝１１）を示す。

また、塩基を作用させて発生させたアセト酢酸エステルのエノラートアニオンは求核的であり、求電子的なハロゲン化アルキルとＳ_ｎ２反応して、アセト酢酸エステルのアルキル化となる。

そして、塩基により脱プロトン化してエノラートアニオンとなったアセト酢酸エステルは、アセト酢酸エステルのアルカリ塩となる。

例えば、非特許文献１および特許文献１等に示すように、作用させる塩基としては、水素化ナトリウムやナトリウムアルコキシドやカリウムアルコキシド等が用いられ、溶媒としては、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）やエタノール等が用いられてきた。

また、アセト酢酸エステルをアルキル化した後に、更にエステル加水分解および脱炭酸を経ることでケトン化合物を合成する方法が一般的に知られており、このような合成法は、医薬、農薬および香料等の種々の有用な化学品の合成中間体合成法として利用されている。

具体的には、例えば、特許文献２および特許文献３等に示すように、アルカリ存在下にアセト酢酸エステルと脂肪族ジハライドとを反応させて脂肪族ジケトンを得る場合には、予め溶媒とアルカリ化合物とを混合した後に、アセト酢酸エステルを添加する方法が知られている。

国際公開第９８／１４５０４号特開２０１０−３７２９８号公報中国特許出願公開第１０５９７０９号明細書

Ｒｅｎｆｒｏｗ他、ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ、１９４６年、第６８巻、ｐ．１８０１

しかしながら、上述の特許文献１や非特許文献１等では、水素化ナトリウムやアルカリアルコキシド等の比較的に高価な塩基を用いており、工業的にアセト酢酸エステルアルカリ塩を製造する場合には、より安価で高収率に製造できる方法が求められる。

また、上述の特許文献２では、アセト酢酸エステルアルカリ塩を用いて脂肪族ジケトンを合成するために、水素化ナトリウムをＴＨＦに溶解後、アセト酢酸エチルを滴下し反応させた後に１，１０−ジヨードデカンを除々に滴下して反応させているが、この方法では、得られた２，１５−ヘキサデカンジオンの純度が低くなり、精製工程が必須であった。

したがって、アセト酢酸エステルアルカリ塩を高収率に製造できる方法、および、そのアセト酢酸エステルアルカリ塩を用いて高純度の脂肪族ジケトンを製造できる方法が求められていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、アセト酢酸エステルアルカリ塩を高収率に製造できるアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法、および、高純度の脂肪族ジケトンを製造できる脂肪族ジケトンの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載されたアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法は、（ＣＨ_３ＣＯＣＨＣＯＯＲ）⁻Ｍ^＋の式で示され、式中のＲはメチル基またはエチル基で、Ｍはナトリウムまたはカリウムであるアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法において、水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒とアセト酢酸エステルとを予め混合し、前記非プロトン性有機溶媒と前記アセト酢酸エステルとを混合した状態で、水酸化アルカリ化合物を後から添加して反応させるものである。

請求項２に記載されたアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法は、請求項１記載のアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法において、水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒は、アセトン、テトラヒドロフランおよびアセトニトリルの少なくとも１種を用いるものである。

請求項３に記載された脂肪族ジケトンの製造方法は、ＣＨ_３ＣＯ（ＣＨ_２）_ｎ＋２ＣＯＣＨ_３の式で示され、式中のｎは４以上１２以下の整数である脂肪族ジケトンの製造方法において、請求項１または２記載のアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法でアセト酢酸エステルアルカリ塩を製造し、該アセト酢酸エステルアルカリ塩と、Ｉ（ＣＨ_２）_ｎＩの式で示され式中のｎは４以上１２以下の整数である脂肪族ジヨウ化物とを反応させるものである。

本発明によれば、水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒とアセト酢酸エステルとを予め混合した状態で、水酸化アルカリ化合物を後から添加して反応させるため、アセト酢酸エステルアルカリ塩を高収率に製造できる。

また、このように合成したアセト酢酸エステルアルカリ塩と脂肪族ジヨウ化物とを反応させるため、高純度の脂肪族ジケトンを製造できる。

以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。

アセト酢酸エステルアルカリ塩を製造する際には、水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒とアセト酢酸エステルとの混合下で、水酸化アルカリ化合物を添加して反応させる。

アセト酢酸エステルアルカリ塩は、（ＣＨ_３ＣＯＣＨＣＯＯＲ）⁻Ｍ^＋の式で示される。また、この式では、Ｒはメチル基またはエチル基で、Ｍはナトリウムまたはカリウムである。

仕込方法は、水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒とアセト酢酸エステルとを予め混合する。

また、その非プロトン性有機溶媒とアセト酢酸エステルとの混合した状態で、塩基である水酸化アルカリ化合物を撹拌しながら添加して所定時間反応させる。

反応させる際には、常にアセト酢酸エステルが水酸化アルカリ化合物と比べ過剰に存在することが好ましい。

そして、混合した状態の非プロトン性有機溶媒およびアセト酢酸エステルに対して、水酸化アルカリ化合物を後から添加することで、反応系内において、アセト酢酸エステルを過剰状態にしやすい。

アセト酢酸エステルに対する水酸化アルカリ化合物の混合モル比が１．０より高いと、未反応塩基の影響で副反応が起こり、収率が低下する可能性がある。一方、アセト酢酸エステルに対する水酸化アルカリ化合物の混合モル比が０．５より低いと、未反応のアセト酢酸エステルの回収が多くなり、経済的に不利となる。

したがって、アセト酢酸エステルに対する水酸化アルカリ化合物の混合モル比は０．５以上１．０以下が好ましい。

また、水酸化アルカリ化合物を添加する際には、所定量の水酸化アルカリ化合物を一括に加えても良いし、分割して加えても良い。

なお、水酸化アルカリ化合物を反応させる際の反応温度は、室温でも良いが、発熱反応であるため水浴等を用いた冷却下で行っても良い。

使用する塩基は、安価な水酸化アルカリ化合物であり、例えば、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウム等が好適に用いられる。

使用する有機溶媒は、水への溶解度が高く、水と任意に混和する非プロトン性溶媒である。なお、水に任意に混和するとは、無限に（自由に）水に溶解することを意味する。

この種の水に任意に混和する非プロトン性溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ピリジン、および、１，４−ジオキサン等が挙げられるが、比較的に沸点が低いアセトン、ＴＨＦおよびアセトニトリルの少なくとも１種を用いることが好ましく、特にアセトンが安価であるためより好ましい。

一方、プロトン性溶媒であるエタノールや非プロトン性極性溶媒で水への溶解度が小さい酢酸エチル等を用いると、アセト酢酸エステルアルカリ塩の収率が低下する。

溶媒使用量は、アセト酢酸エステルに対して１００ｍｌ／ｍｏｌより少なくいと、十分な親和性（溶媒和）が得られない可能性があり、アセト酢酸エステルに対して１０００ｍｌ／ｍｏｌより多いと、溶媒回収負荷が多くなり経済的に不利になる可能性がある。

したがって、溶媒の使用量は、アセト酢酸エステルに対して１００ｍｌ／ｍｏｌ以上１０００ｍｌ／ｍｏｌ以下の範囲が好ましい。

次に反応後の工程について説明する。

上述の反応で生成したアセト酢酸エステルアルカリ塩は、反応後に溶媒を３０℃以下、好ましくは２０℃以下まで冷却する。

このように冷却することで、アセト酢酸エステルアルカリ塩を完全に析出させ、有機溶媒とアセト酢酸エステルアルカリ塩とを、ろ別、洗浄および乾燥を経て高純度のアセト酢酸エステルアルカリ塩を得ることができる。

ろ別方法は、いずれのろ別方法等で適宜行うことができる。

また、洗浄に用いられる液体は、例えばヘキサン等のように、アセト酢酸エステルアルカリ塩が溶解しない液体を適宜用いることができる。

次に、このように製造されたアセト酢酸エステルアルカリ塩を原料として用いて、脂肪族ジケトンを製造する方法を説明する。

脂肪族ジケトンは、ＣＨ_３ＣＯ（ＣＨ_２）_ｎ＋２ＣＯＣＨ_３の式で示される。また、この式中では、ｎは４以上１２以下の整数である。

このような脂肪族ジケトンを製造する際には、上述のように製造されたアセト酢酸エステルアルカリ塩と、脂肪族ジヨウ化物とを反応させる。

原料として用いる脂肪族ジヨウ化物は、Ｉ（ＣＨ_２）_ｎＩの式で示される。また、この式中のｎは４以上１２以下の整数である。

そして、例えば脂肪族ジケトンとしての２，１５−ヘキサデカンジオンを合成する場合には、水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒であるアセトンとアセト酢酸エチルとを混合した後に、水酸化ナトリウムを添加して所定時間反応させアセト酢酸エチルナトリウム塩を合成する。

その後、単離したアセト酢酸エチルナトリウム塩と脂肪族ジヨウ化物である１，１０−ジヨードデカンとを反応させることで、２，１５−ヘキサデカンジオンを高純度で得ることができる。

なお、アセト酢酸エチルナトリウム塩の合成後にアセト酢酸エチルナトリウム塩を単離せずスラリー或いは溶液状態に、直接１，１０−ジヨードデカンを添加して、２，１５−ヘキサデカンジオンを合成しても良く、このような方法で得られた２，１５−ヘキサデカンジオンの純度も９０％以上と高純度である。

次に、上記一実施の形態の効果を説明する。

上記アセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法によれば、アセト酢酸エステルと、非プロトン性でかつ水への溶解度が高い有機溶媒との混合下に、比較的に安価な水酸化アルカリ化合物を添加することにより、高収率でアセト酢酸エステルアルカリ塩を合成できるため、例えばアルカリアルコキシド等の比較的に高価な塩基を用いずに、高収率にアセト酢酸エステルアルカリ塩を製造できる。

有機溶媒としてアセトン、ＴＨＦおよびアセトニトリルを用いることにより、これらの有機溶媒は比較的に沸点が低いため、より効率的にアセト酢酸エステルアルカリ塩を製造できる。

このように合成したアセト酢酸エステルアルカリ塩と脂肪族ジヨウ化物とを反応させて脂肪族ジケトンを製造するため、例えば精製工程等を行わなくても、高純度の脂肪族ジケトンを製造できる。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。

[実施例１]
まず、実施例１としてアセト酢酸エチルナトリウム塩を合成した。

還流冷却器を付した１００ｍｌフラスコにアセト酢酸エチル１３．０３ｇ（０．１モル）とアセトン２５ｍｌとを供給し撹拌して混合させた後に、９７％水酸化ナトリウム４．１３ｇ（０．１モル）を添加して反応させた。

また反応後、アセトン溶媒を除去し、ろ過、ヘキサン洗浄および減圧乾燥して、白色結晶物１５．１４ｇを得た。

得られた結晶の一部をガスクロマトグラフ測定用に少量取り分けて、その取り分けた結晶をアセトンと酢酸との混合溶媒で溶解した後、ガスクロマトグラフ法にて分析した結果、アセト酢酸エチルナトリウム塩の収率が９９％であった。

[実施例２]
次に、実施例２としてアセト酢酸エチルカリウム塩を合成した。

還流冷却器を付した１００ｍｌフラスコにアセト酢酸エチル１３．０３ｇ（０．１モル）とアセトン２５ｍｌとを供給し撹拌して混合させた後に、８５％水酸化カリウム６．６１ｇ（０．１モル）を添加して反応させた。

また反応後、アセトン溶媒を除去し、ろ過、ヘキサン洗浄および減圧乾燥して、白色結晶物１６．９８ｇを得た。

得られた結晶の一部をガスクロマトグラフ測定用に少量取り分けて、その取り分けた結晶をアセトンと酢酸との混合溶媒で溶解した後、ガスクロマトグラフ法にて分析した結果、アセト酢酸エチルカリウム塩の収率が９８％であった。

[実施例３、実施例４、比較例１、比較例２および比較例３]
次に、実施例３、実施例４、比較例１、比較例２および比較例３として、アセトン以外の溶媒を用いてアセト酢酸エチルナトリウム塩を合成した。

すなわち、これら実施例３、実施例４、比較例１、比較例２および比較例３では、溶媒を変えて実施例１と同様にアセト酢酸エチルナトリウム塩の合成を行った。

上記各実施例および各比較例における使用溶媒、条件および収率を表１に示す。

表１に示すように、実施例１ないし実施例４はいずれも収率が良好であるのに対し、プロトン性溶媒または水への溶解度が小さい溶媒を用いた比較例１ないし比較例３は収率が悪化した。

[比較例４]
次に、比較例４として、仕込順序を変えてアセト酢酸エチルナトリウム塩を合成した。

還流冷却器を付した１００ｍｌ三口フラスコに、ＴＨＦ１２．５ｍｌと水酸化ナトリウム４．１２ｇ（０．１モル）とを加え、室温の撹拌下にてＴＨＦ１２．５ｍｌとアセト酢酸エチル１３．０３ｇ（０．１モル）との混合物を１時間かけて滴下した。

また反応後、ＴＨＦ溶媒を除去し、ろ過、ヘキサン洗浄および減圧乾燥して、白色結晶物１４．８９ｇを得た。

得られた結晶の一部をガスクロマトグラフ測定用に少量取り分けて、その取り分けた結晶をアセトンと酢酸との混合溶媒で溶解した後、ガスクロマトグラフ法にて分析した結果、アセト酢酸エチルナトリウム塩の収率が９３％となり、実施例４の収率より低い結果であった。

[実施例５]
次に、実施例５として、脂肪族ジケトンである２，１５−ヘキサデカンジオンを合成した。

撹拌機、温度計および還流冷却器を付した２Ｌ四つ口フラスコに、アセト酢酸エチル２６０．３ｇ（２．０モル）とアセトン５００ｍｌとを供給し撹拌して混合させた後に、９７％水酸化ナトリウム６１．９ｇ（１．５モル）を添加して１５分反応させた。

次いで、１，１０−ジヨードデカン１９７．０ｇ（０．５モル）を添加した後、還流下にて６時間反応させた。

反応終了後、減圧蒸留によりアセトンを留去し、２規定塩酸を加えて中和した後に分液を行った。

また分液後、上層の有機層と１０％水酸化ナトリウム水溶液８００ｇ（２．０モル）とを室温下にて８時間撹拌してけん化反応を行った後に、５０％硫酸２０５．８ｇ（１．１モル）を添加して３時間全還流して脱炭酸反応を行った。

脱炭酸反応終了後、分液にて上層の有機層を分離し、室温まで冷却させて微黄色結晶物１３０．８ｇを得た。

得られた結晶物の一部をガスクロマトグラフ測定用に少量取り分けて、その取り分けた結晶物の組成をガスクロマトグラフにて分析した結果、１，１０−ジヨードデカンの転化率は１００％で、２，１５−ヘキサデカンジオンの純度が９２％で、１，１０−ジヨードデカンに対する２，１５−ヘキサデカンジオンの収率は９５％であった。

[比較例５]
比較例５として、仕込順序を変えて脂肪族ジケトンである２，１５−ヘキサデカンジオンを合成した。

撹拌機、滴下ロート、温度計および還流冷却器を付した３００ｍｌ四つ口フラスコに、９７％水酸化ナトリウム１２．４ｇ（０．３モル）とＴＨＦ１００ｍｌとを秤量し、室温の撹拌下にてアセト酢酸エチル５２．１ｇ（０．４モル）を１時間かけて滴下した。

次いで、温度を上げて１，１０−ジヨードデカンを３９．４ｇ（０．１モル）を添加した後、還流下で６時間反応させた。

また分液後、上層の有機層と１０％水酸化ナトリウム水溶液１６０ｇ（０．４モル）とを室温下にて８時間撹拌してけん化反応を行った後に、５０％硫酸４１．８ｇ（０．２モル）を添加して３時間全還流して脱炭酸反応を行った。

脱炭酸反応終了後、分液にて上層の有機層を分離し、室温まで冷却させて微黄色結晶物２６．４ｇを得た。

得られた結晶物の一部をガスクロマトグラフ測定用に少量取り分けて、その取り分けた結晶物の組成をガスクロマトグラフにて分析した結果、２，１５−ヘキサデカンジオンの純度が８４％で、１，１０−ジヨードデカンに対する２，１５−ヘキサデカンジオンの収率は８７％であり、実施例５の純度および収率より低い結果であった。

Claims

（ＣＨ_３ＣＯＣＨＣＯＯＲ）⁻Ｍ^＋の式で示され、式中のＲはメチル基またはエチル基で、Ｍはナトリウムまたはカリウムであるアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法において、
水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒とアセト酢酸エステルとを予め混合し、
前記非プロトン性有機溶媒と前記アセト酢酸エステルとを混合した状態で、水酸化アルカリ化合物を後から添加して反応させる
ことを特徴とするアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法。
水に任意に混和する非プロトン性有機溶媒は、アセトン、テトラヒドロフランおよびアセトニトリルの少なくとも１種を用いる
ことを特徴とする請求項１記載のアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法。
ＣＨ_３ＣＯ（ＣＨ_２）_ｎ＋２ＣＯＣＨ_３の式で示され、式中のｎは４以上１２以下の整数である脂肪族ジケトンの製造方法において、
請求項１または２記載のアセト酢酸エステルアルカリ塩の製造方法でアセト酢酸エステルアルカリ塩を製造し、
該アセト酢酸エステルアルカリ塩と、Ｉ（ＣＨ_２）_ｎＩの式で示され式中のｎは４以上１２以下の整数である脂肪族ジヨウ化物とを反応させる
ことを特徴とする脂肪族ジケトンの製造方法。