JPH0324461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、アセトンジカルボン酸ジアルキルエ
ステルの新規な製法に関するものである。なお、
アセトンジカルボン酸ジアルキルエステルは、３
−オキソグルタル酸ジアルキルエステルとも呼ば
れている。 アセトンジカルボン酸ジアルキルエステルは、
医薬、農薬などのフアインケミカル合成中間体と
して有用な化合物である。 従来、アセトンジカルボン酸ジエステルの製法
につき、種々の提案がなされている。 その代表的製法としては、クエン酸を発煙硫酸
で酸化しアセトンジカルボン酸とし、次いでエス
テル化したアセトンジカルボン酸ジエステルを製
造する方法を挙げることができる。しかしこの方
法では、中間体であるアセトンジカルボン酸が不
安定な物質であり、熱水、酸、アルカリなどとの
接触により容易にアセトンと二酸化炭素に分解す
るため、そのエステル化が工業的に容易でなく、
目的物であるアセトンジカルボン酸エステルの収
率および選択率が悪い、という欠点がある。例え
ば、そのエステル化法として、アセトンジカルボ
ン酸のアルコール溶液に乾燥塩化水素ガスを吹込
む方法（Org.Synth.Coll.Vol.1，237）、あるいは
アセトンジカルボン酸の発煙硫酸酸化液にアルコ
ールを加える方法（J.Org.Chem.22 1385，
（1957））を挙げることができるが、これら方法に
おけるクエン酸からの目的物の収率は30〜60％と
低い。 また、アセトンジカルボン酸ジエステルの別法
として、クエン酸ジエステルを酸化クロムで酸化
する方法（米国特許 2848480号明細書）、該エス
テルを発煙硫酸で酸化する方法（J.Org.Chem.22
1385，（1957））、さらにはクエン酸を硫酸で分解、
エステル化する方法（特開昭56−63943号公報）
などを挙げることができる。しかしながら、これ
らの方法は、工業的に取扱いにくい発煙硫酸やク
ロム化合物を使用する必要があつたり、目的物の
収率や選択率が反応条件により大きく変動するた
め、反応条件を厳格に制御する必要があるなどい
ずれの方法も、必ずしも工業的に有利な方法でな
い。 本発明者らは、これらの実状に鑑み、アセトン
ジカルボン酸ジアルキルエステルの工業的に優れ
た製法を開発することを目的とし、種々の研究を
行つた。その結果、ハロゲン化パラジウムまたは
その錯体の存在下にジケテン、一酸化炭素および
亜硝酸アルキルエステルを反応させれば、その目
が達成され、極めて工業的有利にアセトンジカル
ボン酸ジアルキルエステルを製造できることを見
い出し、本発明を完成するに至つた。 なお、上記の反応は、ハロゲン化パラジウムま
たはその錯体に加えて、更に銅塩の存在下に実施
することが、更に高い収率で目的物を得るために
有利であるため、好ましい。 本発明における反応は、全く新規な反応であり
次式によつて進行する。 （ただし、式中、Ｒはアルキル基を示す。） 本発明の方法に使用する亜硝酸アルキルエステ
ルは、炭素数１〜８個を有する飽和の１価脂肪族
アルキルと亜硝酸とのエステルであつて、アルコ
ール成分としては、例えばメタノール、エタノー
ル、ｎ−（およびiso−）プロパノール、ｎ−（iso
−，sec−，tert−）ブタノール、ｎ−（およびiso
−）アミルアルコール、ヘキサノール、オクタノ
ールのような脂肪族アルコールなどを挙げること
ができ、これらのアルコールには、例えばアルコ
キシ基のような反応を阻害しない置換基を含んで
いてもよい。 本発明の反応に使用する亜硝酸アルキルエステ
ルは、必ずしも亜硝酸アルキルエステルの形でな
くてもよく、反応系内で亜硝酸アルキルエステル
を形成する原料を使用してもよい。すなわち、亜
硝酸エステルの代りに、アルコールと一酸化窒
素、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素か
ら選ばれる窒素酸化合物、またはこれらの水和物
とを、非要に応じて分子状酸素含有ガスを導入
し、使用することも有用である。窒素酸化物の水
和物としては、硝酸、亜硝酸などが有効である。
これらの場合、使用に供されるアルコールは、前
記亜硝酸アルキルエステルの構成成分である。ア
ルコール成分の中から選ばれる。 亜硝酸アルキルエステルは通常は、常温で気体
のものは気体で、液体のものは液体で、反応系に
直接もしくは、一酸化炭素ガスに同伴させるか、
または反応を妨害しない溶媒に溶解させて供給す
ることができ、場合によつてはその全量を反応前
に系内にいれておくこともできる。亜硝酸アルキ
ルエステルは、ジケテンに対し２倍モル以上必要
であるが、通常ジケテン１モルの対して２〜50倍
モル、低沸点亜硝酸アルキルエステルの場合に
は、ジケテン１モルに対して２〜100倍モル用い
ることが好ましい。ジケテンは、純粋なもので
も、また不純物を含むものも使用できるが、反応
に悪影響を与える不純物を含む場合には精製して
用いるのがよい。ジケテンは、反応前に系内に一
度に入れておくこともできるが、副反応を抑える
ためには、反応中に系内に注入して供給するのが
望ましい。ジケテンの反応系中における濃度は、
あまり高い濃度では副反応が起こりやすく、あま
り低いと反応の進行が遅くなるため、0.1〜30重
量％の範囲に保つことが好ましい。 本発明にて用いるハロゲン化パラジウムとして
は、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パ
ラジウムのごときハロゲン化パラジウム化合物を
挙げることができる。そのパラジウム錯体として
は、例えば一般式PdX₂（Ｌ−CN）₂（ただし、式中
Ｘはハロゲン原子を示し、Ｌは炭素数１〜20を有
するアルキル基またはフエニル基を示す。）で表
される錯体、一般式M₂PdX₄（ただし、式中Ｍは
アルカリ金属を示し、Ｘはハロゲン原子を示す。）
で表される錯体、あるいは一般式［PdCl₂（オレ
フイン）］ｎ（ただし、オレフインとしては炭素数
２〜20のものが有用で、ｎは１または２を示す。）
を挙げることができる。ハロゲン化パラジウムま
たはその錯体は、反応系中におけるその濃度がパ
ラジウム金属換算で、通常1ppm〜５重量％、好
ましくは10ppm〜0.5重量％になるように用いる
ことができる。 本発明において使用することのできる銅塩とし
ては、塩化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅ある
いは臭化第二銅などのハロゲン化銅が特に好まし
く、その他、硫酸銅、硝酸銅などの鉱酸の銅塩も
使用に供することができる。これらの銅塩は、結
晶水を含むことができるが、通常、無水塩である
ことが好ましい。銅塩を用いる場合は、これをハ
ロゲン化パラジウムまたはその錯体１モルに対し
て0.05〜５モル、好ましくは0.1〜１モル使用す
ることにより、反応速度と目的物の収率を一層向
上させることができる。 パラジウム触媒は、例えば活性炭、炭化ケイ
素、アルミナ、シリカ、硅藻土、軽石、ゼオライ
ト、酸化マグネシウム、酸化チタン、モレキユラ
ーシーブなど不活性な担体に担持させて使用する
ことができる。触媒として用いる銅塩についても
同様である。 本発明の反応において、反応系中に適量のアル
コールを存在させることにより、目的物の生成速
度および選択率を、さらに一層高めることができ
る。 アルコールとしては、前記亜硝酸アルキルエス
テルの構成成分であるアルコール成分の中から選
ばれ、その量はジケテン１モルに対して20モル以
下、好ましくは0.1〜10モル量用いるのがよい。 本発明の反応は、気相で行うこともできるが、
通常液相にて実施される。液相反応の場合に用い
られる溶媒としては、例えばアセトニトリル、プ
ロピオニトリル、ベンゾニトリル、ジオキサン、
テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジブチ
ルエーテル、クロルベンゼン、ニトロベンゼン、
ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、
ニトロメタン、アセトンなどのごとき非プロトン
性溶媒を用いるのが好ましい。 一酸化炭素の使用量としては、その分圧は特に
制限がないが多く使用すれば使用するほど反応に
有利である。その分圧は、通常0.01〜100気圧、
好ましくは0.1〜５気圧の範囲が工業的に有利で
ある。反応は−10〜250℃の温度、好ましくは15
〜150℃の温度で行なわれる。また反応は、オー
トクレーブなどを用いて密系で行なうことも可能
であるが、前記反応式にみられるように一酸化窒
素が生成するので、工業的には流通系により該生
成する一酸化窒素を除去しながら実施するのが望
ましい。 次に、本発明における実施例を挙げる。なお、
各実施例において、反応応生成物の同定は、赤外
線吸収スペクトル、核磁気共鳴スペクトル（プロ
トン炭素−13）および質量ススペクトルを測定
し、標品と比較することにより行なつた。 実施例 １ ジオキサン50mlに、塩化パラジウム0.355ｇ
（2.0ミリモル）、ジケテン5.75ｇ（64.8ミリモル）
を加え、室温下に撹拌しながら亜硝酸メチル、一
酸化炭素およびメタノールの混合ガスを、亜硝酸
メチル0.1モル／時、一酸化炭素190ml／分および
メタノール10ml／分の通気量で2.5時間吹き込ん
だ。反応生成物をガスクロマトグラフで定量した
ところ3.51ｇ（20.2ミリモル）のアセトジカルボ
ン酸ジメチルが生成していることが確認された。 実施例 ２ 触媒として塩化パラジウムに代え、PdCl₂
（C₆H₅CN）₂383mg（１ミリモル）を用いたほか
は、実施例１と同じ操作で実験を行なかつた。そ
の結果、3.17ｇ（18.2ミリモル）のアセトンジカ
ルボン酸ジメチルの生成が認められた。 実施例 ３ ２気圧（ゲージ圧）の一酸化炭素加圧下で反応
を行なつたほかは、実施例２と同じ操作で実験を
行なつた。その結果、1.26ｇ（7.24ミリモル）の
アセトンジカルボン酸ジメチルの生成が認められ
た。 実施例 ４ ジケテンを初めに仕込まず、20％のジオキサン
溶液として２時間を要して反応系に滴下したほか
は、実施例２と同じ操作で実験を行なつた。その
結果、3.25ｇ（18.7ミリモル）のアセトジカルボ
ン酸ジメチルの生成が認められた。 実施例 ５ アセトニトリル35mlに、塩化パラジウム1.0ミ
リモルを入れ、70℃に加熱し溶液を均一にした
後、20重量％ジケテンのアセトニトリル溶液５ml
を加えた。次いで、反応液を70℃に保持し、亜硝
酸メチル、一酸化炭素及びメタノールの混合ガス
を、亜硝酸メチル40ml／分、一酸化炭素360ml／
分およびメタノール20ml／分の通気量で吹き込み
ながら、20重量％ジケテンのアセトニトリル溶液
58mlを２時間を要して滴下した後、さらに前記混
合ガスの吹き込みを２時間続けた。反応生成物を
ガスクロマトグラフで分析し、目的物の定量を行
なつた。その結果を第１表に示す。 実施例 ６ 触媒として塩化パラジウムに代え、PdCl₂
（CH₃CN）₂1ミリモルを用いたほかは、実施例５
と同じ操作で実験を行なつた。その結果を、第１
表に示す。 実施例 ７ 塩化パラジウムの使用量を0.50ミリモルに変
え、反応中に２時間を要して滴下したジケテンの
アセトニトリル溶液の濃度を31重量％、およびそ
の量を50mlに変え、さらにその溶液滴下後の亜硝
酸メチル、一酸化炭素及びメタノールとの混合ガ
スの吹き込み時間を３時間に変えたほかは、実施
例５と同じ操作で実験を行なつた。その結果を第
１表に示す。 実施例 ８ 塩化パラジウムの使用量を、0.31ミリモルに変
えたほかは、実施例７と同じ操作で実験を行なつ
た。その結果を第１表に示す。

【表】
＊：ジケテン基準
実施例 ９ 触媒として塩化パラジウムに代え、臭化パラジ
ウム0.50ミリモルを用いたほかは、実施例５と同
じ操作で実験を行なつた。その結果、アセトンジ
カルボン酸ジメチル25.1ミリモルが得られた。 実施例 10 アセトニトリル35mlに、塩化パラジウム1.0ミ
リモルを入れ、70℃に加熱し溶液を均一にした
後、20重量％ジケテンのアセトニトリル溶液５ml
を加えた。次いで、反応液を70℃に保持し、亜硝
酸エチル、一酸化炭素及びエタノールの混合ガス
を、亜硝酸エチル40ml／分、一酸化炭素374ml／
分およびエタノール６ml／分の通気量で吹き込み
ながら、27.5重量％ジケテンのアセトニトリル溶
液50mlを２時間を要して滴下した後、さらに前記
の混合ガスの吹き込みを２時間続けた。反応生成
物をガスクロマトグラフで分析し、目的物を定量
を行なつた。その結果を、第２表に示す。 実施例 11 触媒として塩化パラジウムに代え、PdCl₂
（CH₃CN）₂1ミリモルを用いたほかは、実施例10
と同様の操作で実験を行なつた。その結果を、第
２表に示す。

【表】
＊：ジケテン基準
実施例 12 アセトニトリル35mlに、PdCl₂（CH₃CN）₂260mg
（1.0ミリモル）を入れ、これを70℃に加熱保持し
た。次いで一酸化炭素を380ml／分の速度で吹き
込みながら、亜硝酸ｎ−ブチル26.6ｇ（258ミリ
モル）とジケテン10.84ｇ（129ミリモル）および
アセトニトリル20mlの混合物を、２時間を要して
滴下した後、さらに一酸化炭素の吹き込みを1.5
時間続けた。反応生成物を蒸留単離して定量した
結果、アセトンジカルボン酸ジ−ｎ−ブチル0.62
ｇ（2.40ミリモル）の生成が確認された。 実施例 13 実施例７において、メタノールを含まない、亜
硝酸メチルと一酸化炭素の混合ガスを通気した以
外は、実施例７と同様の操作で実験を行なつた。
その結果、69％のジケテン反応率で25.7ミリモル
のアセトンジカルボン酸ジメチルが生成してお
り、その選択率は25％であつた。 実施例 14 ガス注入口、ガス出口、液体注入口を備えたガ
ラスオートクレーブ中に、アセトニトリル100ml、
塩化パラジウム0.10ｇ（0.56ミリモル）および塩
化第二銅0.038ｇ（0.28ミリモル）を仕込み、撹
拌下60℃に加熱して均一な溶液とした。この系内
に一酸化炭素16体積％、亜硝酸メチル19体積％お
よび窒素60体積％を含む混合ガスを、５Kg／cm²Ｇ
になるまで圧入した。次いで、前記ガスの注入及
び680ml／分の流量でガスの抜き出しを続けなが
ら、系内の圧力を３Kg／cm²Ｇ、系内の温度を60℃
に保持し、ジケテン21.67ｇ（258ミリモル）およ
びメタノール8.26ｇ（258ミリモル）の混合物を
３時間を要して注入し反応を行なつた。反応生成
物を分析した結果、ジケテンの反応率は68％、ア
セトンジカルボン酸ジメチルの生成量は27.2ｇ
（156ミリモル）であり、そのジケテン基準の選択
率は89％であつた。 実施例 15 塩化第二銅を使用しなかつたほかは、実施例14
と同様の操作で実験を行なつた結果、ジケテンの
反応率は40％、アセトンジカルボン酸ジメチルの
生成量は15.5ｇ（89ミリモル）であり、そしてそ
のジケテン基準の選択率は86％であつた。 実施例 16 触媒として臭化パラジウム0.15ｇおよび臭化第
二銅0.063ｇを用いたほかは、実施例14と同様の
操作で実験を行なつた。その結果を第３表に示
す。 実施例 17 臭化第二銅を使用しなかつたほかは、実施例16
と同様の操作で実験を行なつた。その結果を第３
表に示す。 実施例 18 塩化パラジウムに代えて、PdCl₂
（CH₃CN）₂0.146ｇを用いたほかは、実施例14と
同様の操作で実験を行なつた。その結果を第３表
に示す。 実施例 19 塩化第二銅に代えて、塩化第一銅0.028ｇを用
いたほかは、実施例14と同様の操作で実験を行な
つた。その結果を第３表に示す。

【表】
＊：ジケテン基準
実施例 20 ガス注入口、撹拌棒、滴下ロート、ガス出口の
ついた還流器のついた四ツ口フラスコに、塩化パ
ラジウム0.50ｇ（2.82ミリモル）、塩化第二銅0.19
ｇ（1.41ミリモル）およびアセトニトリル300ml
を仕込み、撹拌下50℃に加熱して均一な溶液とし
た。この系内に、一酸化炭素45体積％、亜硝酸メ
チル15体積％および窒素40体積％からなる混合ガ
スを300ml／分の流量で吹き込みながら、同時に
ジケテン21.4ｇ（255ミリモル）およびメタノー
ル8.16ｇ（255ミリモル）の混合物を２時間要し
て滴下し反応を行なつた。反応生成物を分析した
結果、ジケテンの添加率は87％、アセトンジカル
ボン酸ジメチルの生成量は33.9ｇ（195ミリモル）
であり、そのジケテン基準の選択率は88％であつ
た。 実施例 21 実施例20と同じ四ツ口フラスコに、アセトニト
リル35ml、塩化パラジウム0.17ｇ（1.0ミリモル）
および塩化第二銅68mg（0.5ミリモル）を仕込み、
撹拌下70℃に加熱し均一な溶液にした後、20重量
％ジケテンのアセトニトリル溶液５mlを加えた。
次いで、反応液を70℃に保持し、亜硝酸エチル、
一酸化炭素およびエタノールの混合ガスを、亜硝
酸エチル40ml／分、一酸化炭素374ml／分および
エタノール６ml／分の通気量で吹き込みながら、
27.5重量％ジケテンのアセトニトリル溶液50mlを
２時間を要して滴下した後、さらに前記混合ガス
の吹き込みを２時間続けた。反応生成物をガスク
ロマトグラフで分析し、目的物の定量を行なつた
結果、ジケテンの反応率は73％、アセトンジカル
ボン酸ジエチルの生成量は12.4ｇ（61.2ミリモ
ル）であり、そのジケテン基準の選択率は64％で
あつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジケテン、一酸化炭素および亜硝酸アルキル
   を、ハロゲン化パラジウムまたはその錯体の存在
   下に反応させることを特徴とする、アセトンジカ
   ルボン酸ジアルキルエステルの製法。 ２ ジケテン、一酸化炭素および亜硝酸アルキル
   を、ハロゲン化パラジウムまたはその錯体、およ
   び銅塩の存在下に反応させることを特徴とする、
   アセトンジカルボン酸ジアルキルエステルの製
   法。