JPS5852976B2 - ２−ヒドロキシ−３−アルキル−２−シクロペンテノンの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２−ヒドロキシ−３−アルキル−２−シクロベ
ンテノンを製造する方法に関するものである。

特Ｏこ、α−アルキルグルタル酸ジアルキルエステルと
シュウ酸ジアルキルエステルとを原料とする方法に関す
るも０である。

２−ヒドロキシ−３−アルキル−２−シクロベンテノン
は甘い特性の香味を有する物質として一般に認められて
いる。

特に２−ヒドロキシ−３−メチル−２−シクロベンテノ
ンは焙焼したコーヒー豆の香気成分の一種で砂糖を焼い
たような独特の甘い芳香を有しており、パン、ケーキ、
飲料、インスタントコーヒー、タバコなどの食品あるい
は嗜好品のフレーバーとして広く用いられている。

従って、２−ヒドロキシ−３−メチル−２−シクロベン
テノンは２−ヒドロキシ−３−アルキル−２−シクロベ
ンテノンの中でも工業的（こ特に重要である。

従来、２−ヒドロキシ−３−アルキル−２−シクロベン
テノンの製造方法として種々の方法が提案されている。

例えば、（１）アジピン酸ジアルキルエステルを原料と
する方法、（２）グルクル酸ジアルキルエステルとシュ
ウ酸ジアルキルエステルヲ原料とする方法、（３）α−
アルキルグルタル酸ジアルキルエステルを原料とする方
法、（４）プロピオン酸アルキルエステル、シュウ酸ジ
アルキルエステル及びアクリル酸アルキルエステルを原
料とする方法、（５）３−アルキル−２−シクロベンテ
ノンヲ原料とする方法等が挙げられる。

α−アルキルグルタル酸ジアルキルエステルとシュウ酸
ジアルキルエステルとを原料とする方法に関しては、従
来、反応条件及び収率については全く記載がないが、金
属す） ＩＪウムの存在丁番こα−メチルグルタル酸ジ
アルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルとをＤ
ｉ ｅｋ ｍ ａｎｎ縮合させて５−メチル−３，５
−ジカルボアルコキシシクロペンクン−１，２−ジオン
を得、これを脱炭酸して２−ヒドロキシ−３−メチル−
２−シクロベンテノンを得たとの記述がある。

（Ｊ 、 Ｌｉｃｈｔｅｎｂｅｒｇｅｒ 、 Ｇ、Ｇａ
ｂｒｉｅＬ Ｂｕｌｌ、 Ｓｏｃ、 Ｃｈｉｍ、 Ｆｒ
ａｎｃｅ（５）４ １９７８（１９３７））しかしなが
らその後に、α一置換グルタル酸ジアルキルエステルで
はＤ ｉｅｋｍ ａｎｎ縮合が起らないという記述（Ａ
ｎｎ。

５６３．３７（１９４９））やＪ、 Ｌｉｃｈｔｅｎｂ
ｅｒ−ｇｅｒらが報告したα−メチルグルタル酸ジアル
キルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルとの縮合を
追試したが、目的の５−メチル−３，５−ジカルベトキ
シシクロペンクン−１，２−ジオンは得られなかったと
いう記述〔有機合成化学協会芯、第２５巻、第１号２頁
（１９６７））が明らか【こされており、α−アルキル
グルタル酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエ
ステルとの縮合は実質上器しいとされているのが通説で
ある。

更に、比較例にも示した通り本発明者らもほぼ同様の結
果を得ている。

一方、ナトリウムエトキシドの存在下Ｏこα−メチルグ
ルタル酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエス
テルとを反応させると５−メチル−３，５−ジカルベト
キシシクロペンクン−１，２−ジオンは得られずＧこα
−メチル−α−カルベトキシグルタル酸ジエナルが得ら
れたとの記述もある０ （Ｊ 、 Ａｍｅｒ、 Ｃｈｅ
ｍ、Ｓｏｃ、ｔ５６．１１７３（１９３４）） 本発明者らは、従来実質上困難であるとされていたα−
アルキルグルタル酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジア
ルキルエステルとを原料として２−ヒドロキシ−３−ア
ルキル−２−シクロベンテノンを製造する方法について
鋭意研究した結果、驚くべきことにα−アルキルグルタ
ル酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエステル
との縮合を極性非プロトン性溶媒中、強塩基性アルカリ
金属化合物の存在下で行なうこと（こより極めて高収率
で目的化合物を得ることができることを見出した。

本発明は以上の知見（こ基づいてなされたものであり、
工業的に入手が容易なα−アルキルグルタル酸ジアルキ
ルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルとを原料とし
て工業的Ｇこ有利な２−ヒドロキシ−３−アルキル−２
−シクロベンテノンの製造方法を提供することを目的と
するものである。

すなわち、本発明は、極性非プロトン性溶媒中、強塩基
性アルカリ金属化合物の存在下にα−アルキルグルタル
酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルと
の縮合を、少なくとも反応の後期（こおいては８０℃以
上の温度で行ない、該縮合反応液から溶媒を除去した後
、無機酸水溶液により加水分解脱炭酸することを特徴と
するものである。

本発明のα−アルキルグルタル酸ジアルキルエステルと
シュウ酸ジアルキルエステルとの縮合反応は、従来から
比較的好収率で反応が進むとされているグルタル酸ジア
ルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルとの縮合
反応とはその反応機構が少し違っていると考えられる。

即ち、α−アルキルグルタル酸ジアルキルエステルの場
合、エステル基のα炭素原子に側鎖アルキル基が存在し
ていないものと存在しているものとの２種類があり、そ
れぞれα−水素を２個及び１個持つこと（こなる。

α−水素を２個持つα炭素原子【こおいて縮合が起る場
合、得られたケトエステルはα−水素を更に１個持って
いるので、とのケトエステルが塩基によって容易にその
陰イオンに変換されるため縮合反応がうまく進行し、こ
れに対してα−水素を１個しか持たないα炭素原子番こ
おいて縮合反応が起る場合、得られたケトエステルはα
−水素を持たないので、このケトエステルが塩基によっ
てその陰イオンに変換され得ないため縮合反応は普通う
まく進まないと言われている。

（Ｊ、Ｐ。５ｃｈａｅｆｅｒ ａｎｄ Ｊ、 Ｊ、 Ｂ
ｌｏｏｍｆｉｅｌｄ、 Ｏｒｇ。

Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ、 １５．４〜５（１９６７）〕こ
の様に、本発明のα−アルキルグルタル酸ジアルキルエ
ステルとシュウ酸ジアルキルエステルとの縮合反応は、
実質的に２段階反応であると思われる。

卯ち、文献（Ｊ、 Ａｍｅｒ、 Ｃｈｅｍ、 Ｓｏｃ、
、 ５６ 、１１７３（１９３４））？こもあるよう（
こ、最初側鎖アルキル基を持たないα炭素原子での縮合
反応が容易（こ起り、次いで側鎖アルキル基を持つα炭
素原子での縮合反応が起るものと思われる。

本発明で用いられるα−アルキルグルタル酸ジアルキル
エステルの側鎖アルキル基としては炭素数が１〜３のも
のであるが、工業的にはα−メチルグルクル酸ジアルキ
ルエステルが重要である。

即ち、α−メチルグルクル酸ジアルキルエステルは、通
常アルキル基としてメチル、エチル、プロピル、イソプ
ロピルなどの低級アルキル基が用いられるが特（ここれ
らに限定されるものではない。

このエステル類はメタクリル酸アルキルエステルとマロ
ン酸ジアルキルエステルとをアルカリ金属アルコラード
の存在下に縮合させ脱炭酸の後エステル化することによ
っても得られるが、工業的にはα−メチルゲルタロニト
リルを加水分解後エステル化することによって極めて容
易に得ることができる。

α−メチルゲルタロニトリルはアクリロニトリルをホス
フィン系触媒又は曲鉛系触媒等によって２量化しα−メ
チレンゲルタロニトリルを得、これを水添することＧＣ
より容易に得ることもできるが、アクリロニトリルを電
解還元２量化してアジポニトリルを製造する際の副生物
としても極めて容易に得ることができる。

本発明で用いられるシュウ酸ジアルキルエステルは、通
常シュウ酸ジメチル、シュウ酸ジエチル等の低級ジアル
キルエステルが用いられるが特にこれら（こ限定される
ものではない。

本発明で用いられる極性非プロトン性溶媒とは、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラメチル
ホスホルトリアミド、ジメチルスルホキシド等の溶媒又
はこれらの混合物で、双極子モーメント１５以上の溶媒
であるが、工業的にはジメチルホルムアミドを用いるこ
とが好ましい。

一般に極性非プロトン性溶媒は反応促進溶媒として知ら
れており、グルタル酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジ
アルキルエステルとの縮合反応の場合は反応が促進され
たとの報告がある。

（特開昭５Ｏ−９３９４８）Ｌかしながら、従来実質的
（こ困難とされていたα−アルキルグルタル酸ジアルキ
ルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルとの縮合反応
の場合においても、極性非プロトン性溶媒中、強塩基性
アルカリ金属化合物の存在下に６行なうことにより、高
収率で進むようになったのは驚くべきことである。

本発明で用いられる強塩基性アルカリ金属化合物は、ア
ルカリ金属アルコキシド、アルカリ金属アミド、アルカ
リ金属水素化物等である。

具体的にはナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシ
ド、ナトリウムプロポキシド、カリウムエトキシド、カ
リウムｔｅｒｔ−ブトキシド、ナトリウムアミド、カリ
ウムアミド、水素化ナトリウム、水素化ノチウム等であ
る。

工業的にはアルカリ金属アルコキシドが好ましい。

本発明の縮合反応においては、α−アルキルグルタル酸
ジアルキルエステルとシュウ酸ジアルキルエステルとの
モル比は特に限定されないが、はぼ等モル量で良い。

強塩基性アルカリ金属化合物はα−アルキルグルタル酸
ジアルキルエステルに対して２倍モル以上の量あれば良
いが、はぼ２倍モル量で良い。

極性非プロトン性溶媒の使用量については特に制限はな
く攪拌できる量以上の量があれば良い。

本発明の縮合反応は、強塩基性アルカリ金属化合物を含
んだ極性非プロトン性溶液中Ｏこシュウ酸ジアルキルエ
ステルとα−アルキルグルタル酸ジアルキルエステルと
を別々にまたは同時に加え強力（こ攪拌しながら、実質
上無水の条件下で、より好ましくは窒素ガス等の不活性
気体の雰囲気下で行なわれる。

本発明の縮合反応を８０℃以下の温度ｌこ維持して行な
った場合、長時間反応を継続しても実質上はとんど反応
は進行しない。

又、縮合反応を８０°Ｃ〜１５０’Ｃの温度範囲にこ維
持して行なった場合、反応時間は短くて良いが反応収率
が悪くなる。

また反応温度が高過ぎると溶媒の分解量が多くなる。

従って、縮合反応は２段階に分けて行なうことが好まし
い。

即ち、第１段目の反応は０〜８０℃の温度で、更に望ま
しくは００Ｃ〜４０℃で行なうことが好ましい。

第２段目の反応は８０〜１５０℃の温度で、更に望まし
くは１００〜１５０℃の温度で行なうことが好ましい。

第１段目の反応においては、前述したよう（こ、α−ア
ルキルグルタル酸ジアルキルエステルの側鎖アルキル基
を持たないα炭素原子での縮合反応が主として起ってい
ると思われ、第２段目の反応においては側釦アルキル基
を持つα炭素原子での縮合反応が主として起っているも
のと思われる。

本発明においては、縮合反応の終了後に無機酸による加
水分解脱炭酸反応が行なわれる。

縮合反応の終了後に中間生成物を単離することは通常の
方法によって可能であり、中間生成物を単離して加水分
解脱炭酸反応を行なってもよい。

しかし、中間生成物を単離することにより全収率は悪く
なり、且つ操作も増えるため経済的には不利（こなる。

従って、中間生成物を単離することなく加水分解脱炭酸
反応を行なうことが好ましい。

本発明において、縮合反応の終了後、常圧又は減圧下に
溶媒を除去する。

溶媒の除去後結晶が析出するが、そのままの状態で５〜
５０重量％の無機酸水溶液を加え、還流加熱して加水分
解、脱炭酸を行なう。

用いる無機酸としては硫酸、塩酸、ｊン酸等があるが、
硫酸、塩酸でよく、縮合反応において用いた塩基の量以
上の過剰量を用いることが必要である。

加水分解反応は２〜１０時間行なえばよく、反応終了後
反応液を冷却し、酢酸エチル、クロロホルム、塩化メチ
レン等の溶剤に可溶な生成物を抽出し、目的の最終生成
物を得ることができる。

以上詳述した様に、従来実質上能しいとされていたα−
アルキルグルタル酸ジアルキルエステルとシュウ酸ジエ
ステルとの縮合反応が本発明方法によって極めて容易に
進むようになり、目的の２ヒドロキシ−３−アルキル−
２−シクロベンテノンを極めて高収率で得ることが可能
となった。

本発明方法は２−ヒドロキシ−３−アルキル−２シクロ
ベンテノンの新しい有利な工業的製造法であり、従来か
ら提案されている他の方法に比べても有利なものと言え
る。

又、本発明方法に用いる原料であり工業的にも特に重要
であるα−メチルグルタル酸ジアルキルエステルは、ア
クリロニトリルを電解還元２量化してアジポニトＩＪル
を製造する際の副生成であるα−メチルグルクロニドノ
ルから容易に得ることができ、本発明方法は副生物の有
効利用という面からも意味が太きいと言える。

次に実施例により本発明を具体的（こ説明する。

実施例 １ １００ＴＩｌｌの４つロフラスコ（こ温度計、窒素流入
管、滴下ロート、攪拌装置、分留管及び凝縮器を装備し
た。

この４つロフラスコに窒素を流通しながら金属ナトリウ
ム１．ＯＯｇｒ（０，０４３モル）と無水エチルアルコ
ール３０ｇｒを加えて攪拌しナトリウムエトキシドを調
製した後、温度を上げて過剰のエチルアルコールを除去
した。

以後は反応の間窒素の流通を続けた。

エチルアルコールを蒸留除去した後室温まで冷却し、無
水ジメチルホルムアミド２０Ｔｔｌを加え、更に氷冷し
た。

水冷下（こシュウ酸ジエチル３．２０ｇｒ（０，０２２
モル）を１０ｍ１のジメチルホルムアミドに混合した液
を加え、添加後水冷を止め室温にもどした。

次に、α−メチルグルクル酸フジメチル３．４８ ｇｒ
（０，０２モル）を１０ｍ１のジメチルホルムアミドに
混合した液を室温下に強力に攪拌しながら２時間で添加
し、添加終了後更に３０分間攪拌した。

反応液が黄色く着色してきた。

次（こ、反応混合液を１３０〜１４０℃で２．５時間攪
拌した。

この間４つロフラスコから液体が少し留出し、反応液は
淡褐色に変色した。

次に、窒素の流通を止め、温度を１３０〜１４０℃に保
ったまま減圧にしてジメチルホルムアミドを蒸留除去し
た。

４つ目フラスコ中Ｏこは褐色の結晶が析出した。

次（こ、４つロフラスコ中に３０重量％の硫酸水溶液４
０ｇｒを加え３時間還流加熱した。

次Ｏこ、反応液を室温まで冷却した後、反応液を４０ｒ
Ｉｌｌのクロロホルムで抽出した。

クロロホルム層ｔこ含まれる２−ヒドロキシ−３−メチ
ル−２−シクロベンテノンをガスクロマトグラフィー（
こより定量した。

収率は６１％であった。（α−メチルグルタル酸ジメチ
ル基準であり、以降も同様である。

）実施例 ２ 実施例１と同様の４つロフラスコに窒素を流通しながら
水素化ナトリウム（５０ｗｔ％純度）２．２ｇｒ（０，
０４５モル）とジメチルホルムアミド２０ｍ１を加えた
。

以後反応の間窒素の流通を継続した。

次（こ、室温下で激しく攪拌しながらシュウ酸ジエチル
３．２０ｇｒ（０，０２２モル）と１０ｍ１のジメチル
ホルムアミドとの混合液を加えた。

次（こ、α−メチルグルクル酸ジメチル３．４８ｇｒ（
０，０２モル）と１０ｍ１のジメチルホルムアミドとの
混合液を室温下に２時間でゆっくりと滴下した。

反応液は少し発熱し黄色く着色した。次に、反応混合液
を１２０〜１３０℃で２時間攪拌した。

この間４つロフラスコから液体が少し留出し、反重液は
淡褐色に変色した。

次に、実施例１と同様にして溶媒を留去し、硫酸水溶液
で加水分解し、クロロホルムで抽出した。

収率は６９％であった。実施例 ３ 実施例１と同様の４つロフラスコ中に窒素を流通しなが
ら金属カリウム１．６ ｇ ｒ（０，０４２モル）と無
水ｔｅｒｔ−ブチルアルコール３０ｇｒを加えて十分（
こ攪拌してカリウムｔｅｒｔ−ブトキシドを調製した後
、温度を上げて過剰のｔｅｒｔ−ブチルアルコールを留
去した。

以後反応の間窒素の流通は継続した。

次に、室温まで冷却し、無水ジメチルアセトアミド２０
ｍ１を加えた。

次に、シュウ酸ジメチ／Ｉ／２．６ ｇ ｒ （０，０
２２モル）とα−メチルグルタル酸ジメチル３．４８
ｇ ｒ （０，０２モル）との２０ｍ１ジメチルアセト
アミド溶液を室温下で２時間でゆっくりと加えた。

次に、反応混合液を１２０〜１３０℃で２時間攪拌した
。

次【こ窒素の流通を止め、減圧下で溶媒を留去した。

次（こ、４つ目フラスコ中（こ１５重量％の塩酸水溶液
５０ｇｒを加え５時間還流加熱した。

次に、反応液を室温まで冷却し、１５ｍ１の酢酸エチル
で３回抽出した。

２ヒドロキシ−３−メチル−２−シクロベンテノンの収
率は４５％であった。

実施例 ４ ナトリウムエトキシドの無水ジメチルホルムアミド溶液
へのシュウ酸ジエチル及びα−メチルグルタル酸ジメチ
ルのジメチルホルムアミド溶液の添加方法及び温度を次
のように変える以外は実施例１と全く同様の方法で行な
った。

ナトリウムエトキシド０．０４３モルに２０ｍ１のジメ
チルホルムアミドを加えた液を１３０〜１４０°Ｃの温
度にし、激しく攪拌しなからシュウ酸ジエチル３．２０
ｇｒ（０，０２モル）とα−メチルグルタル酸ジメチル
３．４８ ｇ ｒ （０，０２モル）とを２０ｒＩｌｌ
のジメチルホルムアミドに溶解した混合液を２．５時間
で加え、更に同じ温度で１時間攪拌した。

次に溶媒を除去し、３０重量％硫酸水溶液で加水分解し
、クロロホルムで抽出した。

収率は２８％であった。

比較例 実施例１と同様にしてナトリウムエトキシドを調製し、
ついで実施例１と同様Ｇこしてシュウ酸ジエチル及びα
−メチルグルタル酸ジメチルを添加し、更に３０分間攪
拌した後、反応液を１３０〜１４０’Ｃに加熱すること
なく６０℃で２．５時間攪拌し、次いで窒素の流通を止
め、温度を６０℃に保ったまま減圧下でジメチルホルム
アミドを留去した。

次に実施例１と同様の処理を行なった。２ヒドロキシニ
３−メチル−２−シクロベンテノンの収率は１％以下で
あった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 極性非プロトン性溶媒中、強塩基性アルカリ金属化
   合物の存在下Ｇこα−アルキルグルタル酸ジアルキルエ
   ステルとシュウ酸ジアルキルエステルとの縮合を、少な
   くとも反応の後期においては８０℃以上の温度で行ない
   、該縮合反応液から溶媒を除去した後、無機酸水溶液に
   より加水分解脱炭酸することを特徴とする２−ヒドロキ
   シ−３アルキル−２−シクロベンテノンの製造方法。 ２ 極性非プロトン性溶媒がジメチルホルムアミドであ
   る特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３ 強塩基性アルカリ金属化合物がアルカリ金属アルコ
   キシドである特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ４ アルカリ金属アルコキシドがナトリウムアルコキシ
   ドである特許請求の範囲第３項記載の製造方法。 ５ α−アルキルグルタル酸ジアルキルエステルがα−
   メチルグルタル酸ジアルキルエステルである特許請求の
   範囲第１項記載の製造方法。 ６ 縮合反応を２段階で行ない、第１段目の反応を０℃
   〜８０℃で行ない、第２段目の反応を８０℃〜１５０℃
   で行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   製造方法。 ７ 第１段目の反応をＯ℃〜４０℃で行なう特許請求の
   範囲第６項記載の製造方法。 ８ 第２段目の反応を１００°Ｃ〜１５０°Ｃで行なう
   特許請求の範囲第６項記載の製造方法。 ９ 加水分解脱炭酸反応が縮合反応液から溶媒を除去し
   た後、縮合生成物を単離することなく行なわれる特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法。