JPH0699360B2 - カルボン酸誘導体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はそのあるものは公知であり、プラスチック、芳
香剤及び殺菌・殺カビ（fungicidal）または除草活性を
有する物質の合成に対する中間体として作用し得るカル
ボン酸誘導体の新規な製造方法に関するものである。

２−フェニル−５−エチル−1,3−ジオキサン−５−カ
ルボン酸がアセトンの存在下で過マンガン酸カリウムを
用いる２−フェニル−５−エチル−５−ヒドロキシメチ
ル−1,3−ジオキサンの酸化により製造し得ることは既
知である［Chem.Ber.95（1962）、107参照］。しかしな
がら、この方法は極めて低い選択性でのみ進行し、そし
て所望の物質を極めて低い収率でのみ生成させる欠点を
有する。

更に、５−アルキル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジ
オキサンから出発して５−アルキル−1,3−ジオキサン
−５−カルボン酸を製造し得ることは既に開示されてい
る（ドイツ国特許第1,900,202号参照）。かくて、この
公知の方法において、５−アルキル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサンを液相中にて銅／クロム／バリ
ウム触媒上で200乃至350℃間の温度で脱水素する方法に
従う。かくて生成される、アルコール成分として出発物
質として用いられる５−アルキル−５−ヒドロキシメチ
ル−1,3−ジオキサンを含む５−アルキル−1,3−ジオキ
サン−５−カルボキシレートを更に反応工程においてけ
ん化して５−アルキル−1,3−ジオキサン−５−カルボ
ン酸を生成させる。この方法における好ましくない因子
はこのものが多段合成法であり、そして所望の５−アル
キル−1,3−ジオキサン−５−カルボン酸が低収率で、
且つ他の生成物との混合物としてのみ得ることができる
ことにある。加えて、２−位置においてアルキル基で一
または二置換される５−アルキル−５−ヒドロキシメチ
ル−1,3−ジオキサンはこの方法を用いては対応する酸
またはエステルに脱水素し得ない事がある。更に５−ア
ルキル−５−アセト−1,3−ジオキサンを過マンガン酸
カリウムまたは過塩素酸ナトリウムを用いてアルカリ性
媒質中で５−アルキル−1,3−ジオキサン−５−カルボ
ン酸に酸化し得ることは公知である（英国特許第1,167,
274号参照）。しかしながら、これらすべてのものは公
知であり、そしてこの方法で生成される塩は望ましくな
い環境汚染を生じさせる。最後に、アセト基のカルボキ
シル基への酸化の場合の分子量の増加（43→45）はヒド
ロキシメチル基のカルボキシル基への酸化におけるもの
（31→45）よりも顕著に少ない。かくてまたこの方法は
経済的理由からも不満足である。

更に、２−位置で未置換である従来公知である1,3−ジ
オキサン−５−カルボン酸は過激な条件下でさえも対応
する2,2−ビス−ヒドロキシメチルアルカンカルボン酸
に加水分解することは極めて困難である（英国特許第1,
167,274号参照）。かくて、５−メチル−1,3−ジオキサ
ン−５−カルボン酸及び５−エチル−1,3−ジオキサン
−５−カルボン酸の場合、触媒として硫酸を用い、そし
て対応するホルムアルデヒドをメチラールとして沸騰す
る反応混合物から常に除去するためにメタノールを加え
る場合にも理論値の40％以下のみの収率しか得られな
い。

式 式中、R¹は水素、アルキル、シクロアルキルまたは随時
置換されていてもよいフエニルを表わし、そして R²及びR³は水素を表わす、 のカルボン酸誘導体が、式 式中、R¹は上記の意味を有し、そして R⁴及びR⁵は相互に独立して水素、アルキル、シクロアル
キルまたは随時置換されていてもよいフエニルを表わす
か、または R⁴及びR⁵は一緒になってアルキレン鎖を表わす、 の５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンを水性のア
ルカリ性媒質中にて０℃乃至反応混合物の沸点間の温度
でパラジウム及び／または白金触媒上にて、活性剤の存
在下で酸素または酸素含有ガスと反応させ、そしてかく
て得られる塩を陽イオン交換体または酸で処理し、そし
てこの処理から生成される式 式中、R¹、R⁴及びR⁵は上記の意味を有する、 の1,3−ジオキサン−５−カルボン酸、またはその塩を
触媒の存在下にて、そして０℃乃至反応混合物の沸点間
の温度で続いて水と反応させて加水分解反応を行なわせ
ることにより得られることが見い出された。

本発明による方法の過程は極めて驚くべきものとして記
載することができ、その理由は従来公知の観点からは、
式（Ia）の1,3−ジオキサン−５−カルボン酸を５−ヒ
ドロキシメチル−1,3−ジオキサンの酸化により極めて
高収率に直接製造し得ることを予期することができたか
らである。また式（Ia）の1,3−ジオキサン−５−カル
ボン酸を穏やかに反応させて対応する2,2−ビス−ヒド
ロキシメチルアルカンカルボン酸を生成させ得ることは
驚くべきことである。このことは式（Ia）の1,3−ジオ
キサン−５−カルボン酸が２−位置で未置換である公知
の1,3−ジオキサン−５−カルボン酸と同様に過激な条
件下でのみ加水分解されることが予期されたからであ
る。

本発明による方法は一種の利点に特徴がある。かくて、
必要とされる出発物質は簡単に、且つまは大量に入手で
きる。更にまた必要とされる酸化剤及び他の反応成分は
安価で、且つ取扱いが容易である。所望の生成物が極め
て高収率で、且つ優れた純度で生成されることは殊に有
利である。加えて、本発明による方法は広く応用でき、
そして他の方法では極めて不経済な方法でのみ入手でき
るか、全く入手できない2,2−ビス−ヒドロキシメチル
−アルカンカルボン酸を製造し得る。更にまた、反応後
に存在する反応混合物を比較的容易に処理することがで
きる。出発物質として2,2,5−トリメチル−５−ヒドロ
キシメチル−1,3−ジオキサンを用い、酸化剤として酸
素を用い、触媒として活性炭上のパラジウムを用い、活
性剤として硝酸ビスマスを用い、反応媒質として水酸化
ナトリウム水溶液を用い、そして酸性にするために水性
希硫酸を用いた場合、本発明による方法の過程は次式に
より表わし得る； 2,2,5−トリメチル−1,3−ジオキサン−５−カルボン酸
を水と共に95〜102℃に加熱した場合、加水分解の過程
は次式で表わし得る； 本発明による方法における出発物質として必要とされる
５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンは一般に式（I
I）により定義される。この式において、R¹、R⁴及びR⁵
は相互に独立して好ましくは水素、炭素原子１〜12個を
有する直鎖状もしくは分枝鎖状アルキル、炭素原子３〜
８個を有するシクロアルキル、または随時ハロゲン及び
／もしくは炭素原子１〜６個で置換されていてもよいフ
ェニルを表わす。加えてまた、R⁴及びR⁵は好ましくは炭
素原子４〜６個を有するアルキレン鎖を表わす。

殊に好適な式（II）の物質はR¹、R⁴及びR⁵が相互に独立
して水素、炭素原子１〜８個を有し、殊に炭素原子１〜
６個を有する直鎖状もしくは分枝鎖状アルキル、炭素原
子３〜６個を有するシクロアルキル、または随時フッ
素、塩素、臭素及び／もしくは炭素原子１〜４個を有す
るアルキルで置換されていてもよいフェニルを表わすも
のである。

R¹、R⁴及びR⁵に対する特定の基として次のものを挙げ得
る：水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、
ブチル、イソブチル、sec−ブチル、ｔ−ブチル、ペン
チル、イソペンチル、ｔ−アミル、ネオペンチル、シク
ロプロピル、イソヘキシル、シクロヘキシル、ヘプチ
ル、イソヘプチル、ｔ−オクチル、イソオクチル、ノニ
ル、イソノニル、デシル、イソデシル、ウンデシル、イ
ソウンデシル、ドデシル、イソドデシル、フェニル及び
４−メチル−フェニル。また置換基R⁴及びR⁵は相互に結
合することができ、そして炭素原子４または５個を有す
るアルキレン鎖を表わす。

式（II）の５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンの
例として次のものを挙げ得る:5−ヒドロキシメチル−1,
3−ジオキサン、２−メチル−５−ヒドロキシメチルメ
−1,3−ジオキサン、2,2−ジメチル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサン、５−メチル−５−ヒドロキシ
メチル−1,3−ジオキサン、2,5−ジメチル−５−ヒドロ
キシメチル−1,3−ジオキサン、２−エチル−５−メチ
ル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、２−プ
ロピル−５−メチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジ
オキサン、２−イソプロピル−５−メチル−５−ヒドロ
キシメチル−1,3−ジオキサン、２−ブチル−５−メチ
ル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、2,2,5−
トリメチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサ
ン、2,5−ジメチル−２−エチル−５−エチル−５−ヒ
ドロキシメチル−1,3−ジオキサン、2,2−ジエチル−５
−メチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、
2,5−ジメチル−２−イソプロピル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサン、2,5−ジメチル−２−イソブチ
ル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、５−エ
チル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、２−
メチル−５−エチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジ
オキサン、2,5−ジエチル−５−ヒドロキシメチル−1,3
−ジオキサン、２−プロピル−５−エチル−５−ヒドロ
キシメチル−1,3−ジオキサン、２−ブチル−５−エチ
ル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、2,2−ジ
メチル−５−エチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジ
オキサン、２−メチル−2,5−ジエチル−５−ヒドロキ
シメチル−1,3−ジオキサン、2,2,5−トリエチル−５−
ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、２−メチル−２
−イソプロピル−５−エチル−５−ヒドロキシメチル−
1,3−ジオキサン、２−メチル−２−イソブチル−５−
エチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン、５
−プロピル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサ
ン、2,2−ジメチル−５−プロピル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサン、５−イソプロピル−５−ヒド
ロキシメチル−1,3−ジオキサン、2,2−ジメチル−５−
イソプロピル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサ
ン、５−ｎ−ブチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジ
オキサン、５−イソブチル−５−ヒドロキシメチル−1,
3−ジオキサン及び2,2−ジメチル−５−イソブチル−５
−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン。

式（II）の５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンは
公知であるか、あたは公知の方法により簡単に調製し得
る［J.prakt.Chem.第４シリーズ、第６巻（1967）170〜
179及びジャーナル・オブ・オーガニック・ケミストリ
ー（J.Org.Chem.）26（1961）、3571〜3574参照］。か
くて、式（II）の５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキ
サンは例えば1,1,1−トリスヒドロキシメチルアルカン
とアルデヒドまたはケトンとの反応により得ることがで
きる。

本発明による方法を行う場合、適当な触媒はすべての通
常のパラジウム及び白金、並びにまたその混合物であ
る。触媒は更に活性剤または異なった活性剤の混合物と
組合せ得る。ここに適当な活性剤は好ましくは鉛、ビス
マス、鉛化合物及びビスマス化合物、並びにまたその混
合物である。

本発明による方法を行う場合、触媒として用いる白金も
しくはパラジウムまたはこれらの金属を含む混合物を常
法で使用し得る。かくて、このものは適当ならば他の白
金族金属と組合せて元素状、例えばいわゆる白金もしく
はパラジウム黒でか、または化合物例えば酸化物の状態
でも加え得る。

また白金またパラジウムを担体に塗布し得る。適当な担
体には例えば活性炭、グラファイト、ケイソウ土、シリ
カゲル、スピネル、酸化アルミニウム、石綿、炭酸カル
シウム、硫酸バリウムまたは有機担体物質もある。

しばしば脱色の目的に用いる活性炭、例えばいわゆる薬
用炭または木材から生成される活性炭を担体物質として
好適に用いる。

担持された触媒の白金及び／またはパラジウム含有量は
比較的広範囲に変え得る。一般に、担持触媒はこれらの
金属の含有量が0.01乃至20重量％間、好ましくは0.1乃
至15重量％間になるように用いる。

また白金及び／またはパラジウム触媒を用いる量は比較
的広範囲に変え得る。その量は殊に所望の酸化速度に依
存する。一般に、触媒の量は反応混合物中の式（II）の
５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン１モル当り0,0
1乃至20g間、好ましくは0.05乃至10g間の白金及び／ま
たはパラジウムが存在するように選ぶ。

本発明による方法を行う場合、触媒として白金及びパラ
ジウムの組合せを用いることもできる。

本発明の方法における白金触媒の活性及び／または選択
性は活性剤として鉛及び／もしくはビスマス並びに／ま
たはその化合物の存在により増大する。

上記の活性剤の添加なしでもパラジウム触媒はこのもの
を用いる場合に上記活性剤の添加をしばしば省略し得る
程度に驚くべき高い活性及び選択性を有する。

また上記活性剤の添加は触媒の再使用に有効である。

本発明による方法を行う場合、適当ならば用いる活性剤
の量は比較的広範囲に変え得る。活性剤の作用は５−ヒ
ドロキシメチル−1,3−ジオキサン１モル当たり５×10
^-6モル程度より少ない金属または金属化合物の添加量で
顕著である。また５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキ
サン１モル当り0.1モルまたはそれ以上の活性剤を使用
し得るが、これらの大量の添加量は一般に利点を与えな
い。活性剤は酸化される５−ヒドロキシメチル−1,3−
ジオキサン１モル当り通常約１×10^-5〜１×10^-1モル、
好ましくは２×10^-5〜２×10^-2モルの量で加える。

本発明による方法を行う場合、適当ならば活性剤として
用いる金属は元素状及び／またはその化合物の状態、例
えば酸化物、水酸化物、水和した酸化物もしくはオキソ
酸として、塩酸の塩として、例えば塩化物、臭化物、ヨ
ウ化物、硫化物、セレン化物及びテルル化物として、無
機オキソ酸、例えば硝酸塩、亜硝酸塩、亜リン酸塩、リ
ン酸塩、亜ヒ酸塩、ヒ酸塩、亜アンチモン酸塩、アンチ
モン酸塩、ビスマス酸塩、スズ酸塩、鉛酸塩、亜セレン
酸塩、セレン酸塩、亜テルル酸塩、テルル酸塩もしくは
ホウ酸塩として、遷移金属から生じるオキソ酸の塩、例
えばバナジウム酸塩、ニオブ酸塩、タンタル酸塩、クロ
ム酸塩、モリブデン酸塩、ウオルフラム酸塩もしくは過
マンガン酸塩として、有機脂肪族または芳香族酸の塩、
例えばギ酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、安息香酸塩、
サリチル酸塩、乳酸塩、マンデル酸塩、グリオキシル酸
塩、アルコキシ酢酸塩、クエン酸塩もしくは石炭酸塩と
して、或いは錯体化合物または有機金属化合物として使
用し得る。

活性剤は各々の場合に反応混合物中に可溶性であるか、
部分的に可溶性であるか、または不溶性であり得る。

また本発明による方法において活性剤を活性剤として示
されていない他の元素または化合物と組合せて用いるこ
とができる。

適当ならば本発明による方法を行う場合に用いる活性剤
は異なっているか、または混合した価数の状態で存在し
得る。また反応中に価数の変化も生じ得る。酸化物及び
／または水酸化物として活性剤を未だ加えていない場
合、このものをアルカリ性媒質中で全体的にか、または
部分的にこれらのものに転化することができる。反応後
に、白金及び／またはパラジウム触媒を活性剤と共に
（このものが未溶解で残留する場合）別し、そして酸
化反応に更に使用し得る。白金もしくはパラジウム触媒
及び／または活性剤の損失は必要に応じて補うべきであ
る。

活性剤は固体として、好ましくは細かく分割された状態
としてか、または溶解した状態で反応成分に加え得る。
また活性剤は白金もしくはパラジウム触媒の調製中の初
期に加え得るか、または白金もしくはパラジウム触媒に
活性剤を含浸させ得る。または活性剤は白金金属に対す
る担持物質としても作用し得る。

本発明の方法による酸化は水性アルカリ媒質中にてpH＞
７で行われる。適当なpHはアルカリの添加により設定さ
れる。適当なアルカリはアルカリ金属及び／またはアル
カリ土金属、例えば水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、リ
ン酸塩及びホウ酸塩である。アルカリとしてナトリウム
及び／またはカリウムの水酸化物及び／または炭酸塩を
好適に用いる。

本発明による工程中に生成される酸１モル当り１モルの
アルカリ（OH ）が消費されるため、用いるアルカリの
量は５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン１モル当
り約１モルである。

より高い比率を使用し得るが、通常何ら利益を伴なわな
い。用いる５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンの
一部のみを1,3−ジオキサン−５−カルボン酸に酸化す
ることを望む場合、これに従って少量のアルカリも使用
し得る。

アルカリは反応の最初にすべて一度にか、また反応中に
バッチ的にか、もしくは連続的に反応混合物に加え得
る。

５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンは好ましくは
水溶液中で酸化する。しかしながら、他の不活性の有機
物質、例えばｔ−ブタノール、アセトン、ジオキサン及
び／もしくはトルエンの如き溶媒、並びに／または５−
ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンの製造から副生物
も存在し得る。５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサ
ンは一般に２〜40％溶液の状態で用いる。どの濃度が有
利であるかは殊に所望の反応速度に依存する。比較的高
い５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン濃度で後者
のものは徐々に減少する。また異なった５−ヒドロキシ
メチル−1,3−ジオキサンの混合物を酸化することもで
きる。

本発明による方法を行う際に反応温度は比較的広い範囲
内で変え得る。かくて、反応温度は反応混合物の固化点
及び沸点間であり得る。個々の場合に用いる反応温度は
殊に触媒系、触媒の量、アルカリ濃度、抽出物及び生成
物の物質特性、及び技術条件例えは所望の反応速度また
は熱の分散性に依存する。一般に、工程は０℃乃至反応
混合物の沸点間、好ましくは40乃至100℃間の温度で行
う。

白金及び／またはパラジウム触媒、並びに適当ならば活
性剤、水性アルカリ及び５−ヒドロキシメチル−1,3−
ジオキサンを一緒に混合するためにいずれかの順序を使
用し得る。かくて、白金及び／またはパラジウム触媒、
並びに適当ならば活性剤を水性アルカリ及び５−ヒドロ
キシメチル−1,3−ジオキサンの混合物または溶液に加
え得る。また、水性アルカリ及び５−ヒドロキシメチル
−1,3−ジオキサンの混合物を白金及び／またはパラジ
ウム触媒、並びに適当ならば活性剤に加え得る。最後に
また５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンを残りの
アルカリと一緒に白金及び／またはパラジウム触媒、水
性アルカリの一部、並びに適当ならば活性剤に加えるこ
とができる。更に、活性剤を他の成分の混合物に加える
ことができる。

一般に、本発明による方法は酸素または酸素含有ガス、
例えば空気を水性アルカリ、白金及び／またはパラジウ
ム触媒、適当ならば活性剤、並びに５−ヒドロキシメチ
ル−1,3−ジオキサンを含む反応混合物と十分に接触さ
せる。触媒は粉末として懸濁された反応混合物中に存在
させる必要はないが、その代りこのものを通して他の成
分が流れる固定床として粒状で調製することもできる。

本発明による方法を行う際に、圧力は比較的広い範囲内
で変え得る。一般に、工程は0.5乃至10バール間の圧力
で行う。酸化は好ましくは大気圧で行う。

反応の過程は取り込まれた酸素を測定することにより追
跡し得る。適当な1,3−ジオキサン−５−カルボン酸の
製造に理論的に必要とされる酸素の量が取り込まれた場
合、反応を停止させる。一般に、酸素の取込はこの段階
で調和して停止するか、または顕著に減速する。

本発明による酸化を行った後、反応混合物を常法により
更に処理する。一般に、触媒及び適当ならば存在する未
溶解の活性剤を例えば過により分別する工程に従う。
得られる1,3−ジオキサン−５−カルボン酸のアルカリ
金属塩溶液を更に適当ならば蒸発による予備濃縮後にそ
のままで使用し得る。また1,3−ジオキサン−５−カル
ボン酸のアルカリ金属塩溶液を完全に、即ち乾固するま
で蒸発させることができ、そして残留する塩基残渣を更
に使用し得る。遊離の1,3−ジオキサン−５−カルボン
酸を調製する場合、一般に適当ならば減圧下での予備濃
縮後に残留する反応混合物を希釈鉱酸を用いて酸性に
し、次に水に殆んど溶解しない有機溶媒で抽出し、そし
て有機相を適当ならば予備乾燥後に濃縮する方法に従
う。ここに鉱酸として好ましくは塩酸、硫酸またはリン
酸を使用し得る。抽出に適する有機溶媒は好ましくはエ
ーテル例えばジエチルエーテル及びジイソプロピルエー
テル、更にケトン例えばメチルイソブチルケトン並びに
加えて随時ハロゲン化されていてもよい脂肪族または芳
香族炭化水素例えば塩化メチレン、クロロホルム、テト
ラクロロメタンもしくはトルエンである。次に抽出液を
蒸発させて遊離酸を得、その際に溶媒の除去を場合によ
っては減圧下で行う。

また陽イオン交換体上でそれぞれの1,3−ジオキサン−
５−カルボン酸を最初に生成されたアルカリ金属水溶液
から遊離させ、そしてこのものを塩を含まぬ水溶液の温
和な蒸発により単離することができる。用いる５−ヒド
ロキシメチル−1,3−ジオキサンの転化が不完全である
場合、このものを水に殆んど溶解しない有機溶媒を用い
てアルカリ金属水溶液の抽出により酸性にする前に除去
し、回収し、そして適当ならば出発物質として再使用し
得る。

本発明による方法において最初に生成される式（Ia）の
1,3−ジオキサン−５−カルボン酸は必要に応じて対応
する2,2−ビス−ヒドロキシメチル−アルカンカルボン
酸に加水分解し得る。またこの加水分解に式（Ia）の1,
3−ジオキサン−５−カルボン酸またはその塩を使用し
得る。ここに塩としてアルカリ金属またはアルカリ土金
属塩、例えばナトリウム、カリウム、マグネシウムもし
くはカルシウム塩を好適に使用し得る。式（Ia）の1,3
−ジオキサン−５−カルボン酸の塩を通常の塩生成反応
により調製し得る。このものは本発明の方法により式
（Ia）の1,3−ジオキサン−５−カルボン酸の合成にお
いて生成され、そして適当ならば予備単離後に更に反応
に使用し得る。

本発明による方法における加水分解は水を用いて適当な
らば触媒の存在下で行う。ここに適当な触媒にはかかる
反応に通常であるすべての反応加速剤がある。酸、例え
ば硫酸または塩酸を好適に使用し得る。

加水分解を行う際に反応温度は比較的広い範囲内で変え
得る。一般に、加水分解は０℃乃至反応混合物の沸点間
の温度で行う。

加水分解を行う際に追加の希釈剤としてすべての通常の
不活性有機溶媒及びまたアルコールを使用し得る。

加水分解を行う際に、式（Ia）の1,3−ジオキサン−５
−カルボン酸またはその塩を水と共に、適当ならば触媒
量の酸を加えて過熱する方法に一般に従って行う。

本発明による方法を行う際に2,2−ビス−ヒドロキシメ
チル−アルカンカルボン酸のみの合成が望ましい場合、
対応する1,3−ジオキサン−５−カルボン酸の予備単離
は必要としない。この場合、酸化において得られるそれ
ぞれの1,3−ジオキサン−５−カルボン酸のアルカリ金
属塩溶液を酸性にし、そして加熱することで十分であ
る。脱離されるカルボニル化合物はある条件下で蒸留に
より水と共に除去することができるか、または水溶性が
低い場合には代ってデカンテーションで除去し得る。2,
2−ジメチル−1,3−ジオキサン−５−カルボン酸は2,2
−ビス−ヒドロキシメチル−アルカンカルボン酸の生成
に殊に適しており、その理由はこのものを容易に脱離で
き、そして遊離されるアセトンを蒸留により容易に除去
し、そして回収し得るからである。

上記のように得られる塩を含む2,2−ビス−ヒドロキシ
メチル−アルカンカルボン酸の水溶液のそのままで用い
ない場合、2,2−ビス−ヒドロキシメチル−アルカンカ
ルボン酸を例えば極性溶媒例えばｎ−ブタノール、シク
ロヘキサノール、シクロヘキサノン、酢酸エチル、オク
タノール、メチルイソブチルケトンなどで抽出すること
により単離し得る。また抽出剤として、1,3−ジオキサ
ン−５−カルボン酸の脱離中に遊離されるカルボニル化
合物を使用するか、または共使用し得る。また溶液を乾
固するまで蒸留させ、そして2,2−ビス−ヒドロキシメ
チル−アルカンカルボン酸を極性有機溶媒を用いて塩含
有残渣から抽出し得る。多くの場合に、2,2−ビス−ヒ
ドロキシメチル−アルカンカルボン酸の精製は必要な
く；その代りに塩含有蒸発残渣も使用し得る。塩を含ま
ぬ2,2−ビス−ヒドロキシメチル−アルカンカルボン酸
を得るために、それぞれの1,3−ジオキサン−５−カル
ボン酸のアルカリ金属塩水溶液を酸化後に陽イオン交換
体上で転化し、遂に蒸留により水及び脱離したカルボニ
ル化合物を除去して蒸発させることもできる。

本発明の方法により製造し得る1,3−ジオキサン−５−
カルボン酸及び2,2−ビス−ヒドロキシメチル−アルカ
ンカルボン酸はプラスチック、芳香剤及び殺菌・殺カビ
または除草作用を有する物質の製造に対する価値ある中
間体である。

2,2−ビス−ヒドロキシメチル−アルカンカルボン酸は
例えば無機性酸塩化物を用いて酸化2,2−ビス−クロロ
メチル−アルカノイルに転化させることができ、このも
のは除草的に活性なトリアジノンの合成または殺菌・殺
カビ的に活性なトリアゾリル誘導体の製造に対する出発
物質として使用し得る。

適当ならばフッ素原子による塩素原子の予備交換後に、
例えば塩化2,2′−ビス−クロロビバロイルをトリメチ
ルシリルシアナイドと反応させて対応するハロゲノピバ
ロイルシアナイドに転化させることができ、このものを
公知の方法により1,2,4−トリアジン−５−オン誘導体
に転化させ得る［ドイツ国特許出願公開（DE−OS）第3,
037,300号参照］。

更に、例えば塩化2,2′−ビス−クロロビバロイルをフ
ッ化カリウムで処理してフッ化2,2′−ビス−フルオロ
ピバロイルに転化させ、このものをモノエチルマロン酸
マグネシウムと反応させて2,2−ビス−フルオロメチル
ブタン−３−オンを生成させ得る。後者の化合物を臭素
と反応させて2,2−ビス−フルオロメチル−４−ブロモ
−ブタン−３−オンを生成させ、このものは1,2,4−ト
リアゾールと反応する際に2,2−ビス−フルオロメチル
−４−（1,2,4−トリアゾル−１−イル）−ブタン−３
−オンを生じさせる。このものは臭化シクロヘキシルメ
チルとの反応及び水素化ホウ素ナトリウムを用いる最初
に生じる生成物の還元により2,2−ビス−フメオロメチ
ル−５−シクロヘキシル−４−（1,2,4−トリアゾル−
１−イル）−ペンタン−３−オールに転化し得る［ドイ
ツ国特許出願第3,326,875号、同第2,951,163号及び特許
出願公開（JP−OS）第61,572号（1985）参照］。挙げら
れる反応は次式により表わし得る： 本発明による方法の実施を次の実施例により説明する。

実施例１ 1.2M水酸化ナトリウム水溶液100ml（0.12モル）中の５
−メチル−５−ヒドロキシメチル−1,3ジオキサン13.2g
（0.1モル）の溶液、パラジウム５重量％を含む活性炭
粉末1g及びBi（NO₃）_３・5H₂O 0.030gを攪拌機、内部
温度計及びガス導入口を備え、そして加熱したマンテル
（mantel）を用いてサーモスタットで制御した反応容器
中に置いた。

反応容器中の空気を酸素で置換した後、混合物を80℃に
加熱し、そして90分後に反応が停止し、そして0.1モル
の酸素が取り込まれるまで酸素をこの温度で大気圧で激
しく攪拌しながら導入した。

触媒を別し、水20mlで洗浄し、そして50％硫酸を用い
て液をpH2の酸性にした後、液をメチルイソブチル
ケトンで抽出した。抽出剤を減圧下で除去した後、ガス
クロマトグラムにより５−メチル−1,3−ジオキサン−
５−カルボン酸99.1％からなる生成物が残留した。従っ
て収率は97.7％と計算された。

融点86℃（リグロインから再結晶後）。

別した触媒は更に続いてのバッチに使用できた。

実施例２ ５−エチル−５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン2
1.9g（0.15モル）、1.7M水酸化ナトリウム水溶液100ml
（0.17モル）、パラジウム５重量％を含む活性炭粉末1g
及びBi（NO₃）_３・5H₂O 0.030gを実施例１に記載の装
置中に導入した。実施例１に記載する通り、混合物を酸
素を用いて80℃で大気圧で酸化した。３時間後、酸素0.
15モルが取り込まれ、そして反応は実質的に停止した。

触媒を別し、少量の水で洗浄し、そして濃塩酸を用い
て液をpH2.5の酸性にした後、液をエーテルでくり
返して抽出した、エーテルを除去後、融点73〜76℃を有
する残渣23.2gが残留した。残渣は５−エチル−1,3−ジ
オキサン−５−カルボン酸22.15g及び５−エチル−５−
ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサン0.85gを含んでい
た。従って転化率は96.1％であった。従って理論値の9
2.3％の収率が計算され；選択率は96％であった。

融点77〜78℃（リグロインから再結晶後）。

実施例３ 1N水酸化ナトリウム水溶液100ml、パラジウム５重量％
を含む活性炭粉末1g及びBi（NO₃）_３・5H₂O 0.15gを２
−プロピル−５−エチル−５−ヒドロキシメチル−1,3
−ジオキサンの75:25異性体混合物9.2g（0.0489モル）
に加えた。次に酸素を実施例１に記載の通りに十分に混
合しながら90℃で導入した。75分後、酸素の取込は実質
的に停止し、そして酸素0.046モルが取り込まれた。

触媒を別し、そして少量の水で洗浄した後、アルカリ
性液を塩化メチレン４×50mlで抽出した。塩化メチレ
ンを蒸留により一緒にした抽出液から除去した後、出発
物質0.6gが残留した。次に水相を20％塩酸を用いてpH1.
5の酸性にし、そして塩化メチレン４×5mlで再抽出し
た。塩化メチレンを蒸留により一緒にした有機相から除
去した後、２−プロピル−５−エチル−1,3−ジオキサ
ン−５−カルボン酸9.0gが残留した。ガスクロマトグラ
フィー分析により、このものは２つの異性体が78:22の
比で存在する異性体混合物であった。

実施例４ パラジウム５重量％を含む活性炭粉末1g及びBi（NO₃）
_３・5H₂O 0.030gを1N水酸化ナトリウム水溶液100ml
（0.12モル）中の2,2,5−トリメチル−５−ヒドロキシ
メチル−1,3−ジオキサン16g（0.1モル）の溶液に加え
た。

酸素を用いて空気を反応容器から追い出した後、酸素の
取込が100分後に停止し、そして酸素0.1モルが取り込ま
れるまで混合物を80℃に加熱し、そしてこの温度で激し
く攪拌しながら酸素を導入した。

触媒を別し、水20mlで洗浄し、そして50％硫酸を用い
て20℃でpH3.25の酸性にした後、混合物をメチルイソブ
チルケトン４×50mlで抽出した。次に溶媒を60℃の温
度で除去し、その際に圧力を５ミリバールに減じた。ガ
スクロマトグラムにより2,2,5−トリメチル−1,3−ジオ
キサン−５−カルボン酸97.0％からなる残渣14.1gが残
留した。従って収率は理論値の78.5％として計算され
た。融点119〜121℃。リグロインから再結晶後：融点12
1〜123℃。

不純物としてメチルイソブチルケトン0.8％、出発物質
1.7％及び他の化合物0.5％が存在した。

実施例５ 2,2,5−トリメチル−1,3−ジオキサン−カルボン酸34.8
g（0.2モル）及び水100gを大気圧下で95〜102℃に加熱
した。この間に生じたアセトンを4mmVAステンレス・ス
チール製ワイヤー・ウエブ（Web）を有する30cm×1.5cm
の銀製カラム上で一定速度で10:1の還流比で蒸留により
除去した。ヘッド温度を約30分間56℃で一定にし、次に
10分以内に約100℃に上昇させた。この時間（40分間）
に得られた留出液の量は11.5gであり、そしてガスクロ
マトグラフィー分析によりアセトン10.2g及び水1.3gが
含まれていた。底相として残った無色水溶液を60℃で乾
固するまで蒸発させ、その際に圧力を２ミリバールに減
じた。この間に生じた留出液の水は更にアセトン0.7gを
含んでいた。ガスクロマトグラムによりジヒドロキシピ
バル酸99.5％からなる生成物25.8gが残渣として残留し
た。融点189〜191℃。

収率は理論値の95.6％として計算された。

アセトン収率：理論値の93.8％。

実施例６ パラジウム５％を含む活性炭1gの添加後、（BiNO₃）_３
・5H₂O 0.030gを1.1N水酸化ナトリウム水溶液100ml
（0.12モル）中の2,2,5−トリメチル−５−ヒドロキシ
メチル−1,3−ジオキサン16g（0.1モル）の溶液に加え
た。次にこの混合物を実施例４に記載するように酸素0.
1モルを用いて80℃で酸化した。

吸引で触媒を別し、水で洗浄し、そして20％塩酸を用
いてpH1.5の酸性にした後、アセトン及び水を蒸留によ
り除去した。乾燥した、塩を含む残渣を温エタノールで
抽出した。エタノールを抽出液から蒸発させた後、ガス
クロマトグラムにより2,2−ビス−ヒドロキシメチルプ
ロピオン酸（ジヒドロキシピバル酸）13.2g（理論値98.
5％）を含む固体の白色残渣14.3gが残留した。

実施例７ ビスマス化合物を加えずに実施例６による方法を行っ
た。

120分後、酸素0.1モルが取り込まれ、そして酸化が完了
した。実施例６に記載のように処理して残渣10.2gが生
成され、このものはガスクロマトグラムにより2,2−ビ
スヒドロキシメチル−プロピオン酸9.5g（理論値の70.9
％）を含んでいた。

実施例８〜10 活性剤としてBi（NO₃）_３・5H₂O 30mgを存在させない
（比較例８）か、もしくは存在させる（実施例９）が、
または0.5M Pb（NO₃）_２溶液0.5mlを存在させて（実施
例10）、パラジウム／活性炭触媒の代りに白金１重量％
を含む活性炭1gを用いる以外は実施例６の方法を行っ
た。次の第１表に示される結果が得られた： 実施例９〜10は本発明により使用し得る活性剤の強力な
作用を示す。

実施例11 水酸化ナトリウム水溶液100ml（0.22モル）及びパラジ
ウム５重量％を含む活性炭1g、並びにまたBi（NO₃）_３
・5H₂O 30mgを2,2,5−トリメチル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサン32g（0.2モル）に加えた。

空気を反応容器から酸素で追い出し、そして80℃に加熱
した後、酸素の取込が約５時間後に停止し、そして酸素
の0.2モルが取り込まれるまで酸素を激しく攪拌しなが
ら大気圧で導入した。

触媒を別後（このものは再使用し得る）、液を20％
塩酸を用いてpH2の酸性にし、そして乾固するまで蒸発
させた。留出液としてアセトン／水混合物が得られた。
固体残渣としてジヒドロキシピバル酸／塩化ナトリウム
混合物39.7gが残留し、このものをHCl/SO₂の発生に従っ
て塩化チオニル119g（１モル）及びジメチルホルムアミ
ド0.5gと共に２時間にわたって還流温度に徐々に加熱
し、次にこの温度で６時間攪拌した。最終の底部温度は
約100℃であった。

蒸留ブリッジ（bridge）を介して最初に過剰の塩化チオ
ニルを、次に18〜２ミリバール/84〜108℃のベッド温度
で塩化β、β′−ジクロロピバリルを留去した。後者の
もの35gが用いた2,2,5−トリメチル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサンを基準として純度96％（＝理論
値の88.7％）で得られた。

ガスクロマトグラムにより更に塩化β、β′−ジクロロ
ピバリル1g（理論値の2.6％）を含む有機物質3.2gを塩
化メチレンを用いて底相から抽出できた。塩化メチレン
に不溶性である成分は塩化ナトリウムに12.3g及び水に
不溶性の樹脂0.2gからなっていた。

実施例12 2,2−ジメチル−５−イソプロピル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサン（油、沸点106〜107℃/5ミリバ
ール）9.4g（0.05モル）、1N水酸化ナトリウム水溶液10
0ml,パラジウム５重量％を含む活性炭1g及びBi（NO₃）
_３・5H₂O 0.030gを実施例１に記載の装置中に導入し
た。混合物を実施例１に記載のように90℃で酸化した。
最初は不完全でのみ水酸化ナトリウム溶液に溶解した2,
2−ジメチル−５−イソプロピル−５−ヒドロキシメチ
ル−1,3−ジオキサンは酸化の過程で溶解して本発明の
カルボン酸のナトリウム塩を生成させた。酸素約0.048
モルが４時間にわたって取り込まれ、そして酸素の取込
が実質的に停止した場合に酸化を終了させた。

触媒を別し、そして少量の水で洗浄した後、未反応の
出発物質0.3gをエーテルを用いて水性のアルカリ性液
から抽出した。次に水性アルカリ相を20％塩酸を用いて
pH1の酸性にし、そして乾固にし、そして乾固するまで
蒸発させた。ガスクロマトグラフィー分析により、アセ
トン約2.5gが留去された水中に含まれていた。熱エタノ
ールを用いて固体の蒸発残渣をくり返し抽出することに
より、一緒にした抽出液からエタノールを除去した後に
ガスクロマトグラフィー分析により2,2−ビス−ヒドロ
キシメチル−イソピバル酸7.8g（理論値の96.3％）を含
む固体残渣8.0gが生じた。酢酸ブチルから再結晶後の融
点146〜147℃。NMRスペクトルにより構造が確認され
た。

実施例13 2,2−ジメチル−５−イソプロピル−５−ヒドロキシメ
チル−1,3−ジオキサン9.4g（0.05モル）をパラジウム
５％を含む活性炭1g及びBi（NO₃）_３・5H₂O 0.030gの
存在下にて90℃で3.5時間大気圧下で酸素を用いて1N水
酸化ナトリウム水溶液100ml中にて実施例12に記載の通
りに酸化した。この時間後に酸素約0.048モルが取り込
まれた。

触媒を別し、そして水で洗浄した後、未反応の出発物
質0.4gをエーテルを用いて水性のアルカリ性液から抽
出した。次に水性アルカリ相を20％塩酸を用いてpH3.5
の酸性にし、そしてエーテルで再抽出した。一緒にした
抽出液からエーテルを除去した後、ガスクロマトグラフ
ィー分析により2,2−ジメチル−５−イソプロピル−1,3
−ジオキサン−５−カルボン酸6.9g（理論値の68.3％）
及び2,2−ビス−ヒドロキシメチルイソ吉草酸0.25g（理
論値の3.1％）を含む固体（融点78〜81℃）7.2gが残留
した。更に粗製生成物が水相中に存在した。

リグロインから再結晶後に2,2−ジメチル−５−イソプ
ロピル−1,3−ジオキサン−５−カルボン酸の融点は81
〜83℃であった。構造をNMRスペリトルにより確認し
た。

実施例14 ３−ヒドロキシメチル−３−メチル−1,5−ジオキサス
ピロ−［5,5］−ウンデカン10.0g（0.05モル）を実施例
12のように1N水酸化ナトリウム水溶液に懸濁させ、そし
てパラジウム５％を含む活性炭1g及びBi（NO₃）_３・5H₂
O 0.030gの存在下にて酸素を用いて大気圧下にて90℃
で４時間酸化した。この時間後に酸素約0.05モルが取り
込まれた。

触媒を別し、そして水で洗浄した後、未反応の出発物
質1.3gをエーテルを用いて水性のアルカリ性液から抽
出した。次に水性アルカリ相を20％塩酸を用いてpH3.5
の酸性にし、そしてエーテルで再抽出した。エーテルの
除去後、ガスクロマトグラムにより３−カルボキシ−３
−メチル−1,5−ジオキサスピロ−［5,5］−ウンデカン
96％からなる生成物9.1gが得られた。融点108〜110℃
（リグロインから再結晶後：融点111℃） 実施例15 1N水酸化ナトリウム水溶液100ml、パラジウム５重量％
を含む活性炭粉末1g及びBi（NO₃）_３・5H₂O 30mgを２
−フェニル−５−メチル−５−ヒドロキシメチル−1,3
−ジオキサン（0.047モル）の異性体混合物95％からな
る生成物10.4gに加えた。次に実施例１に記載される方
法により酸素を十分に攪拌しながら90℃で反応混合物中
に通した。180分後、酸素0.045モルが取り込まれ、そし
て酸素の取込は停止した。吸引で触媒を別した後、ア
ルカリ性液をエーテルで抽出した。出発物質0.3gを有
機相の蒸発により回収した。水相を20％塩酸を用いてpH
3.5の酸性にした。この間に沈澱した白色の結晶をエー
テル中に取り込み、そして生じた溶液をエーテルと共に
くり返し振盪した。硫酸ナトリウム上で乾燥した後、一
緒にした有機相を溶媒を除去することにより濃縮した。
ガスクロマトグラムにより２−フェニル−５−メチル−
1,3−ジオキサン−５−カルボン酸の異性体混合物95％
からなる生成物9.5gが得られ、その際に異性体は73:27
の比で存在した。収率は理論値の85.6％として計算され
た。

融点180〜183℃。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ０１Ｊ 23/42 23/44

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】式 式中、R¹は水素、アルキル、シクロアルキルまたは随時
   置換されていてもよいフエニルを表わし、そして R²及びR³は水素を表わす、 のカルボン酸誘導体を製造する際に、式 式中、R¹は上記の意味を有し、そして R⁴及びR⁵は相互に独立して水素、アルキル、シクロアル
   キルまたは随時置換されていてもよいフエニルを表わす
   か、または R⁴及びR⁵は一緒になってアルキレン鎖を表わす、 の５−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキサンを水性のア
   ルカリ性媒質中にて０℃乃至反応混合物の沸点間の温度
   でパラジウム及び／または白金触媒上にて、活性剤の存
   在下で酸素または酸素含有ガスと反応させ、そしてかく
   て得られる塩を陽イオン交換体または酸で処理し、そし
   てこの処理から生成される式 式中、R¹、R⁴及びR⁵は上記の意味を有する、 の1,3−ジオキサン−５−カルボン酸、またはその塩を
   触媒の存在下にて、そして０℃乃至反応混合物の沸点間
   の温度で続いて水と反応させて加水分解反応を行なわせ
   ることを特徴とする、式（Ｉ）のカルボン酸誘導体の製
   造方法。
2. 【請求項２】R¹、R⁴及びR⁵が相互に独立して水素、炭素
   原子１〜12個を有する直鎖状もしくは分枝鎖状アルキ
   ル、炭素原子３〜８個を有するシクロアルキル、または
   随時ハロゲン及び／もしくは炭素原子１〜６個を有する
   アルキルで置換されていてもよいフエニルを表わすか、
   或いはR⁴及びR⁵が一緒になって炭素原子４〜６個を有す
   るアルキレン鎖を表わす式（II）の５−ヒドロキシメチ
   ル−1,3−ジオキサンを用いることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】担持触媒の状態を白金及び／またはパラジ
   ウム触媒を用いることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項記載の方法。
4. 【請求項４】触媒担体として活性炭を用いることを特徴
   とする、特許請求の範囲第３項記載の方法。
5. 【請求項５】活性剤として鉛、ビスマス、鉛化合物、ビ
   スマス化合物及び／またはその混合物を用いることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方法。
6. 【請求項６】反応をアルカリ金属及び／またはアルカリ
   土金属化合物の水溶液の存在下で行うことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。
7. 【請求項７】酸素含有ガスとして空気を用いることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方法。
8. 【請求項８】工程を40乃至100℃間の温度で行うことを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方法。