JPS5857415B2 - 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。

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ｍしたコーヒー豆の香気成分の一種で砂糖を焼い
たような独得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に特に重要である。

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
ウ酸シ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
ノンを原料とする方法等が挙げられる。

従来提案されている製造法のうち、例えばアジピン酸ジ
アルキルエステルを原料とする方法ＣＪ。

Ｏｒｇ、Ｃｈｅｍ、 、３５１ （１０）３２０３（１
９７０））や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を原料とする方法〔特開昭５Ｏ−９
３９４８）においては、アジピン酸ジアルキルエステル
の縮合反応の後に又は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後にシクロ
ベンテノン骨格の３位の位置をメチル化しており、両方
法典高価なアルキル化剤を用い、且つ反応工程が１段階
増える等の欠点がある。

又、他の方法においてもその改善のために種々の工夫が
なされている。

本発明者らは上記の様な欠点を改善するために鋭意検討
した結果、驚くべきことにα−アルキル−ゲルタロニト
リルとシュウ酸ジアルキルエステルとを非プロトン性溶
媒中、強塩基性アルカリ金属化合物の存在下に縮合させ
ることにより、縮合反応の後にアルキル化反応を行なう
ことなく一気に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に基ついてなされたものであり、工
業的に入手が容易なα−アルキルゲルタロニトリルとシ
ュウ酸ジアルキルエステルとを原料とした新しい２−ヒ
ドロキシ−３−７／１／ キル−シクロベンテノンの製
造法を提供することを目的とするものである。

即ち、本発明は、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−アルキルグルクロニトリ
ルとシュウ酸ジアルキルエステルとの縮合反応を、少な
くとも反応の後期において、非プロトン性溶媒が極性溶
媒の場合には８０℃以上の温度で、又非プロトン性溶媒
が非極性溶媒の場合には１３０℃以上の温度で行ない、
該縮合反応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−アルキルゲルタロニトリルとシュウ酸ジア
ルキルエステルとの縮合反応は、α−アルキルゲルタロ
ニトリルの２種類のニトリル基のα位の炭素原子におい
て起る。

即ち、α−アルキルゲルタロニトリルのニトリル基のα
炭素原子には、側鎖アルキル基が存在しておらずα−水
素を２個持っているものと側鎖アルキル基が存在してお
りα−水素を１個しか持たないものとの２種類がある。

α−水素を２個持つα炭素原子において縮合反応が起る
場合、得られるケトニトリルはα−水素を更に１個持っ
ており、塩基によって容易にその陰イオンに変換され得
るため縮合反応が容易に進行し、これに対して、α−水
素を１個しか持たないα水素原子において縮合反応が起
る場合、得られるケトニトリルはα−水素を持たず、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
が容易には進行しないものと思われる。

この様に、本発明のα−アルキルゲルタロニトリルとシ
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
階反応と思われる。

即ち、最初α−アルキルゲルタロニトリルの側鎖アルキ
ル基を持たないα炭素原子での縮合反応が容易に起り、
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。

本発明のα−アルキルゲルタロニトリルに対して、ゲル
タロニトリルの場合はニドＩＪル基のα位に側鎖アルキ
ル基が存在しないためα炭素原子は両方共２個のα−水
素を持っており、シュウ酸ジアルキルエステルとの縮合
反応は極めて容易に起るものと思われる。

しかしながら、先に述べた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の
場合と同じ欠点を持っている。

即ち、縮合反応の後にアルキル化工程が必要なのである
。

本発明で用いられるα−アルキルゲルタロニトリルの側
鎖アルキル基としては一般に炭素数が１〜３のものであ
るが、工業的にはα−メチルゲルタロニトリルが重要で
ある。

即ち、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または亜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
ことに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のである
。

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に限定されるも
のではない。

本発明で用いられる強塩基性アルカリ土属化合物ハ、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、ナトリウムエトキシド、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、水素化リチウム等である
。

工業的にはアルカリ金属アルコキシドまたはアルカリ金
属水素化物が好ましい。

本発明の縮合反応において、α−アルキルゲルタロニト
リ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−アルキルゲルタロニトリルに対して２
倍モル以上の量があれば良いが、はぼ２倍モル量で良い
。

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
んだ非プロトン性溶液中にシュウ酸ジアルキルエステル
とα−アルキルゲルタロニトリルとを別々にまたは同時
に加え強力に攪拌しながら、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。

本発明において用いられる非プロトン性溶媒は極性また
は非極性のいずれであっても良い。

しかし、収率の面からは極性非プロトン性溶媒の方が有
利である。

用いられる極性非プロトン性溶媒は、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またはこれら
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。

用いられる非極性非プロトン性溶媒は特に限定されない
が、後述する様に、少なくとも縮合反応の後期を１３０
℃以上の温度で行なうことが必要なため、加圧下に行な
ってもよいが、沸点が１３０℃以上の溶媒を用いて常圧
下に行なうことが好ましい。

時にはキシレン、エチルベンゼン、メシチレン、クメン
、ｔｅｒ ｔ−ブチルベンゼン、テトラリン等の芳香族
系の溶剤が好ましい。

本発明において、極性または非極性の非プロトン性溶媒
を用いたいずれの場合においても、縮合反応の反応温度
を低く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。

即ち、極性非プロトン性溶媒の場合８０℃以下であり、
非極性非プロトン性溶媒の場合１３０℃以下である。

逆に、縮合反応を極性または非極性非プロトン性溶媒で
それぞれ８０℃以上、１３０℃以上に維持して行なった
場合、反応は進行するが収率が悪くなる。

また、極性非プロトン性溶媒の場合、反応温度が高過ぎ
ると溶媒自身の分解量が多くなるため１５０℃以下の温
度で行なうことが好ましい。

従づて、極性または非極性いずれの非プロトン性溶媒を
用いた場合においても縮合反応は２段階に分けて行なう
ことが好ましい。

即ち、第１段目の反応は極性、非極性いずれの非プロト
ン性溶媒の場合においても、０〜８０℃の温度で、更に
望ましくは０〜４０°Ｃの温度で行なうことが好ましい
。

第２段目の反応は、極性非プロトン性溶媒の場合、８０
〜１５０°Ｃ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く、非極憔非プロトン性
溶媒の場合１３０℃以上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、前述した様に、α−アルキ
ルグルクロニトリ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鎖アルキル基を持つ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になる。

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

本発明において、縮合反応の後に溶媒を常圧下または減
圧下に蒸留除去する。

溶媒の除去により塩が析出してくるか、さらに溶媒の除
去を終了させる。

次いで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、塩酸等でよく、縮合反応において用いた塩基の量及
びニトリル基を加水分解するに足る量以上の過剰量を用
いることが必要である。

加水分解脱炭酸反応は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で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、本発明方法は高価なアルキル化剤を
用いたアルキル化工程を必要としないα−アルキルゲル
タロニトリルとシュウ酸ジアルキルエステルとを原料と
した新規な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ものである。

また、工業的にも特に重要であるα−メチルグルメロニ
ｌ−ＩＪルは、アクリロニトリルを電解還元２量化して
アジポニトリルを製造する際の副生物として容易に得る
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に説明する。

実施例 １ ］、 ００ ｒｎｌの４つロフラスコに温度計、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すｌ・リ
ウム１．００ ｇｒ （０，０４３モル）と無水エチル
アルコール３０ ｇｒ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げた。

次に、室温まで冷却し、無水ジメチルホルムアミド２０
０ｍ１を加え、更に氷冷した。

水冷下にシュウ酸ジエチル３．２０ｇｒ（０，０２２モ
ル）を１０ｒｒＬｌ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−メチルグルクロニトリル２、１６ ｇｒ（０
，０２モル）を１０ｒｒＬｌ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。次に、反応混合液を１３
０〜１４０℃で２．５時間攪拌した。

この間４つ目フラスコから液体が少し留出し、反応は茶
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つロフラスコ中には褐色の結晶が析出した。

次に、４つロフラスコ中に３０重量％の硫酸水溶液６０
ｇｒを加え３時間還流加熱した。

次に、反応液を室温まで冷却した後、反応液を４０ｒｒ
Ｌｌのクロロホルムで抽出した。

クロロホルム層に含まれる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によ
り定量した。

２−ヒドロキシ−３−メチル−２−シクロベンテノンの
収率は２６％であった。

（α−メチルグルクロニトリル基準であり、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（５０重量％純度）２．２ ｇｒ（０
，０４５モル）と無水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。

次に、室温下で激しく攪拌しなからシュウ酸ジエチル３
．２０ ｇｒ（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。

次に、α−メチルゲルタロニトリル２．１６ ｇｒ（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つ目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、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。

２−ヒドロキシ−３−メチル−２−シクロベンテノンの
収率は３８％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 ｇｒ（０，０４２モル）と無水
ｔｅｒｔ 、−ブチルアルコール３０ ｇｒ を加えて
十分に攪拌してカリウム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、シュウ酸ジメチル２．６ ｇｒ（０，０２２モル
）とα−メチルグルクロニトリル２．１６ ｇｒ（０，
０２モル）との２０ｒｕｌ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１３０〜１４０℃で２時間攪拌した
。

次に窒素の流通を止め、減圧下で溶媒を留去した。

次に、４つロフラスコ中に３０重量％の塩酸水溶液５０
ｇｒ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、１５ｒｎｌ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２８％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−メチルゲルタロニトリル
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（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２０ｒＩｌｌの
ジメチルホルムアミドを加えた液を１３０〜１４０℃の
温度にし、激しく攪拌しなからシュウ酸ジエチル３．２
０ ｇｒ（０，０２モル）とα−メチルゲルタロニトリ
ル２．１６ ｇｒ（０，０２モル）とを２０ｍ１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１２％であった。

実施例 ５ ３００ＴＬｌの４つロフラスコに温度計、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］、、００ ｇｒ （０，０４３モル）と無水エチル
アルコール３０ ｇｒ 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。

以後反応の間窒素の流通を継続した。

次にｐ−キシレンを１００ｍ１加えて氷冷した。

水冷下にシュウ酸ジエチル３．２０ ｇｒ（０，０２２
モル）を５０ｍ１のｐ−キシレン１０ｍ１に混合した液
を加え、添加後室源にもどした。

次に、α−メチルゲルタロニトリル２．１６ ｇｒ（０
，０２モル）を５０ｍ１のｐ−キシレンに混合した液を
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２時間攪拌した。

反応液は黄色く着色してきた。

次に、反応混合液を１４０°Ｃに加熱し、ｐ−キシレン
を含む液を一部流出させながら、同時に流出した量と同
量のｐ−キシレンを添加しながら１５時間攪拌した。

流出した液量は５０ｍ１であった。

反応液は茶褐色に変色した。

次に、バス温を１８０℃にまで上げ溶媒のｐ−キシレン
を蒸留除去した。

１時間程度で溶媒の留出が終了し、黒褐色の粘性スラリ
ーが析出した。

次に、窒素の流通を止め４つ目フラスコ中に３０重量％
の硫酸水溶液６０ ｇｒを加え３時間還流加熱した。

反応液を室温まで冷却した後、反応液を４０ｍ１のクロ
ロホルムで抽出した。

クロロホルム層に含まれる２−ヒドロキシ−３−メチル
−２−シクロベンテノンの収率は７％であった。

実施例 ６ 実施例５において、塩基をナトリウムエトキシドから水
素化ナトリウムに変える以外は全く同様の操作を行なっ
た。

即ち、実施例５においてすトリウムエトキシドを調製す
る操作を止め、４つロフラスコに水素化ナトリウム（５
０重量％純度）２．２ ｇｒ（０，０４５モル）とｐ−
キシレン１００ｒＩｌｌを加え反応を開始した。

以後、シュウ酸ジエチル及びα−メチルゲルタロニトリ
ルを加える操作、加熱操作、加水分解操作を実施例５と
同様にして行なった。

２−ヒドロキシ−３−メチル−２−シクロベンテノンの
収率は１３％であった。

実施例 ７ 実施例５と同様の４つ目フラスコ中に窒素を流通しなが
ら金属カリウム１．６ ｇｒ（０，０４，２モル）と無
水ｔｅｒｔ−ブチルアルコール３０ ｇｒを加えてカリ
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ｔｅｒ ｔ −ブチルベンゼンを１００ｗ１ｌ加え
て室温まで冷却した。

室温下にシュウ酸ジメチル２．６ ｇｒ（０，０２２モ
ル）トα−メチルグルクロニトリル３．４．８ｇｒ（０
，０２モル）と５０７７１１のｔｅｒｔ−ブチルベンゼ
ンとの混合液を２時間で加えた。

添加後更に２時間攪拌した。

次に反応混合液を１７０℃に加熱し、ｔｅｒｔ−ブチル
ベンゼンを含む液を一部流出させ、同時に同量のｔｅｒ
ｔ−ブチルベンゼンを添加しながら１０時間攪拌した。

流出した液量は５０ｍ、ｌであった。

次に常圧下で溶媒のｔｅｒｔ−ブチルベンゼンを蒸留除
去した。

５０分程度で溶媒の留出が終了し、黒褐色の粘性スラリ
ーが析出した。

次に、窒素の流通を止め、４つ目フラスコ中に４０重量
％の硫酸水溶液５０ｇｒ を加え５時間還流加熱した。

反応液を室温まで冷却した後、１５ｍ１の酢酸エチルで
３回抽出した。

酢酸エチル層に含まれる２−ヒドロキシ−３−メチル−
２−シクロベンテノンの収率は８％であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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−アルキルグルクロニ） ＩＪルとシュ
   ウ酸ジアルキルエステルとの縮合反応を、少なくとも反
   応の後期において、非プロトン性溶媒が極性溶媒の場合
   には８０℃以上の温度で、又非プロトン性溶媒が非極性
   溶媒の場合には１３０℃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 α−アルキルゲルタロニトリルがα−メチルグルク
   ロニトリルである特許請求の範囲第１項記載の製造方法
   。 ３ 非プロトン性溶媒が極性非プロトン性溶媒であり、
   縮合反応を少なくとも反応の後期において８０℃〜１５
   ０℃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。 ４ 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３項記載の製造方法。 ５ 非極性非プロトン性溶媒が沸点１３０℃以上の芳香
   族系溶媒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 強塩基性アルカリ金属化合物が、アルカリ金属アル
   コキシドまたはアルカリ金属水素化物である特許請求の
   範囲第１項記載の製造方法。 ８ 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（行なわれる特許請
   求の範囲第１項記載の製造方法。