JPWO2010150548A1 - ケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、マロン酸ジエステルからケトマロン酸ジエステルの合成法としては、直接的方法及び間接的方法の報告がなされている。しかし、その何れも試薬の毒性や扱い難さなどから工業化が行われていない。ケトマロン酸ジエステルのマロン酸ジエステルからの合成法として、例えば、マロン酸ジエステルを、二酸化セレン(例えば、非特許文献3参照、収率は使用した二酸化セレンを基準とした理論収量の32.3%)、三酸化二窒素(例えば、非特許文献4参照、収率74−76%)、三酸化クロム(例えば、非特許文献6参照、収率70%)等の酸化剤で酸化してケトマロン酸ジエステルを生成する方法が知られている。しかし、これらの方法では試薬の毒性、試薬の安全性、操作性が悪い、収率が低い、特別な反応装置を用いる、又は遷移金属を用いるなどの問題点がある。
本発明の他の目的は、特殊な反応装置や反応剤を必要としない、穏やかな条件下での、工業化可能な新しい簡便な、ケトマロン酸ジエステル等のケトマロン酸化合物を製造する方法を提供することにある。
本発明の方法を化学式を用いて示せば、本発明は、次の一般式(1)
で表されるマロン酸化合物あるいはその混合物(以下、単に「原料化合物」と記載することがある)
を、亜塩素酸又は亜塩素酸塩から選択される1種又は2種以上の亜塩素酸化合物と、反応させることにより酸化することを特徴とする、次の一般式(2)、
で表されるケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法に関する。
また、本発明は、反応が、酸、特にカルボン酸化合物の存在下で行われる前記製造方法に関する。
本発明の方法は収率が高く、高収率で高選択性でケトマロン酸ジエステル等のケトマロン酸化合物を製造できる。
さらに、本発明の方法は、穏やかな反応条件を選択することができ、操作性がよく、工業化に適した簡便な条件で、ケトマロン酸ジエステル等のケトマロン酸化合物を製造できる。
また、本発明方法では触媒もしくは遷移金属に由来する有害な廃棄物も出ないので廃棄物処理が容易で環境にも優しく、工業的な利用価値が高い。
本発明をより詳細に説明すれば、本発明は下記の〔1〕から〔28〕のとおりである。
〔1〕次の一般式(1)
で表されるマロン酸化合物あるいはその混合物(以下、単に「原料化合物」と記載することがある)を、亜塩素酸又は亜塩素酸塩から選択される1種又は2種以上の亜塩素酸化合物と、反応させることにより、上記マロン酸化合物のメチレン基を酸化して、次の一般式(2)、
で表されるケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔2〕マロン酸化合物と亜塩素酸化合物との反応が、酸の存在下で行われる前記〔1〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔3〕酸が、カルボン酸化合物である前記〔2〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔4〕カルボン酸化合物が、カルボン酸、カルボン酸塩、及びカルボン酸無水物からなる群から選択される1種又は2種以上のカルボン酸化合物である前記〔3〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔5〕カルボン酸化合物が、カルボン酸又カルボン酸無水物である、前記〔3〕又は〔4〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔6〕カルボン酸化合物が、酢酸又は無水酢酸である、前記〔3〕から〔5〕のいずれかに記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔7〕カルボン酸化合物が酢酸である、前記〔6〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔8〕カルボン酸化合物が、カルボン酸及びカルボン酸塩を併用するものである前記〔3〕又は〔4〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔9〕カルボン酸塩が、カルボン酸アルカリ金属塩又はカルボン酸アルカリ土類金属塩である前記〔8〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔10〕カルボン酸塩が、カルボン酸アルカリ金属塩である前記〔8〕又は〔9〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔11〕カルボン酸化合物が、酢酸及び酢酸ナトリウムである前記〔8〕から〔10〕のいずれかに記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔12〕マロン酸化合物と亜塩素酸化合物との反応が、溶媒存在下で行われる前記〔1〕から〔11〕いずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔13〕溶媒が、極性溶媒である、前記〔12〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔14〕溶媒が、水、カルボン酸、ニトリル類、ケトン類、アルコール類、エステル類、酸無水物、アミド類、スルホキシド類、又はスルホン類である、前記〔12〕又は〔13〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔15〕溶媒が、水、カルボン酸、ニトリル類、アルコール類、エステル類、酸無水物、又はアミド類である、前記〔12〕から〔14〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔16〕溶媒が、水、酢酸、アセトニトリル、アセトン、イソブチルメチルケトン、メタノール又は酢酸エチルである、前記〔12〕から〔15〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔17〕溶媒が、水、酢酸、アセトニトリル、メタノール又は酢酸エチルである前記〔12〕から〔16〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔18〕溶媒が、水又は酢酸である、前記〔12〕から〔17〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔19〕溶媒が、水である、前記〔12〕から〔18〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔20〕マロン酸化合物と亜塩素酸化合物との反応を、含水溶媒の存在下に行うことによりケトマロン酸化合物の抱水体を製造する前記〔12〕から〔19〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔21〕ケトマロン酸化合物の抱水体を加熱処理や脱水処理することによりケトマロン酸化合物を製造する前記〔20〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔22〕マロン酸化合物と亜塩素酸化合物との反応が、pH2からpH7の範囲で行われる前記〔1〕から〔21〕のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔23〕pHの範囲が、pH4からpH7である前記〔22〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔24〕pHの範囲が、pH4からpH6である前記〔22〕又は〔23〕に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔26〕亜塩素酸化合物が、亜塩素酸アルカリ金属塩又は亜塩素酸アルカリ土類金属塩である、前記〔1〕から〔25〕のいずれかに記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔27〕亜塩素酸化合物が、亜塩素酸アルカリ金属塩である、前記〔1〕から〔26〕のいずれかに記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
〔28〕亜塩素酸化合物が、亜塩素酸ナトリウムである、前記〔1〕から〔27〕のいずれかに記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
本発明者らは、使用する酸についてさらに検討してきたところ、酸として酢酸などのカルボン酸が適していることを見出した。カルボン酸の作用の詳細は未だ充分には解明されていないが、後記する比較例5に示されるように塩酸のような鉱酸では、亜塩素酸の発生が早すぎて原料のマロン酸化合物との反応が充分ではないものと推測される。一方、本発明のカルボン酸を用いた場合には、反応が穏やかに進行し原料のマロン酸化合物との反応が穏やかに進行するために、目的の酸化反応が充分な収率で進行するものと推測される。
本発明の方法により生成するケトマロン酸化合物は、エステル基の間にケト基を有する化合物であり、ケト基に隣接する位置に電子吸引基を有するケト化合物であることから、クロラールと同様に、水の存在下においては次の一般式(3)、
で表されるケトマロン酸化合物の抱水体を形成する。この抱水体は、加熱処理や脱水処理することにより、ケト型のケトマロン酸化合物とすることができ、水の存在下では抱水体となる。このような可逆反応は、抱水クロラールのような抱水体の一般的な性質と同様である。
本発明のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法は、水の存在下、例えば含水溶媒を用いた反応での製造の場合には、ケトマロン酸化合物の抱水体として単離することができ、無水系ではケト型のケトマロン酸化合物として製造できる。また、前述したように、当該抱水体は必要に応じてケト型のケトマロン酸化合物とすることができる。
本発明の方法には、亜塩素酸又は亜塩素酸塩から選択される1種又は2種以上の亜塩素酸化合物が用いられる。
カチオンとしては、金属カチオン又はオニウムカチオンを例示することができるが、これらに限定されるものではない。
金属カチオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又はセシウムイオン等のアルカリ金属イオン;マグネシウムイオン、カルシウムイオン、又はバリウムイオン等のアルカリ土類金属イオン;アルミニウム等の土類金属イオン;亜鉛等の亜鉛族イオン;銅イオン、銀イオン、ニッケルイオン、マンガンイオン、又は鉄イオン等の遷移金属イオンを例示することができるが、これらに限定されるものではない。
オニウムカチオンとしては、アンモニウムイオン(NH4 +);テトラメチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラオクチルアンモニウムイオン、トリメチルブチルアンモニウムイオン、トリメチルオクチルアンモニウムイオン、トリブチルメチルアンモニウムイオン、トリオクチルメチルアンモニウムイオン等の直鎖若しくは分岐C1〜C8アルキル基又はフェニル基を有する4級アンモニウムイオン;テトラメチルホスホニウムイオン、テトラブチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン等の直鎖若しくは分岐C1〜C8アルキル基又はフェニル基を有する4級ホスホニウムイオンを例示することができるが、これらに限定されるものではない。
更には、亜塩素酸塩としては、亜塩素酸とアミン類の塩(アミン塩)も例示することができる。
塩を形成するアミン類としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ピリジン、2−メチルピリジン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2,4−ジメチルピリジン、キノリン、アニリン、又はN,N−ジエチルアニリン等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
これらの亜塩素酸塩は無水物であっても水和物であっても良い。
これらの亜塩素酸塩は単塩であっても複塩であっても良い。
これらの亜塩素酸化合物は公知化合物である。
これらの亜塩素酸化合物は、単独で、又は2種以上を任意の割合で混用しても良い。
入手性や取り扱いの簡便さ、及び反応性等の観点からは、亜塩素酸化合物としては、亜塩素酸塩が好ましく、亜塩素酸アルカリ金属塩又は亜塩素酸アルカリ土類金属塩がより好ましく、亜塩素酸アルカリ金属塩が更に好ましく、亜塩素酸ナトリウム又は亜塩素酸カリウムが更に好ましく、亜塩素酸ナトリウムの使用が更に好ましい。
また、反応中のpHの変動が大きくならないように、酢酸ナトリウム緩衝液などの緩衝液中で反応を行うことも本発明の好ましい態様のひとつである。
本発明の方法は、酸として、カルボン酸、カルボン酸塩、及びカルボン酸無水物からなる群から選択される1種又は2種以上のカルボン酸化合物の存在下で行われるのが好ましい。
本発明の方法におけるカルボン酸化合物としては、脂肪族カルボン酸、脂環式カルボン酸、芳香脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、複素環式カルボン酸などの有機カルボン酸が挙げられる。好ましいカルボン酸としては、次の一般式(4)、
で表されるカルボン酸化合物が挙げられる。
カルボン酸塩を形成するアミン類としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン、キノリン、イソキノリン、アニリン、又はN,N−ジエチルアニリン等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
当該カルボン酸化合物を単独で使用するときは、好ましいものとしてはカルボン酸又はカルボン酸無水物を挙げることができ、より好ましくはカルボン酸を挙げることができ、更に好ましくは酢酸などの脂肪族カルボン酸又は無水酢酸などの脂肪族カルボン酸無水物を挙げることができ、特に好ましくは酢酸などの脂肪族カルボン酸を挙げることができるが、これらによって限定されるものではない。
当該カルボン酸化合物の異なる2種以上を組み合わせて使用するときは、好ましいカルボン酸化合物の組み合わせとして、カルボン酸とカルボン酸塩の組み合わせを挙げることができ、より好ましい組み合わせとして、カルボン酸とカルボン酸アルカリ金属塩の組み合わせを挙げることができ、さらに好ましくは酢酸と酢酸ナトリウムの組み合わせなどの脂肪族カルボン酸とその塩との組み合わせを挙げることができるが、これらによって限定されるものではない。
溶媒の極性を余り低くしすぎることは反応系を二層系となし、原料化合物が含まれる油相と亜塩素酸化合物が含まれる水相との親和性が減少することにより反応が進みにくくなる場合があるので望ましくないが、これに限定されるものではなく、如何なる溶媒の存在下においても実施することができる。
溶媒量としては、反応系の攪拌が充分にできる量であれば良いが、一般式(1)で表される原料化合物1モルに対して通常0.05〜100モル、好ましくは0.5〜35モルの範囲であれば良い。
各実施例におけるpHは、ガラス電極式水素イオン濃度指示計、東亜ディーケーケー株式会社製、形式:HM−20Pにより測定した。
ケトマロン酸ジエチルの製造
メカニカルスターラー、滴下ロート、温度計を備えた1000mlの四つ口フラスコに、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液496.8g(1.37mol)、次いで酢酸26ml(0.46mol)をゆっくりと加えた。反応系内のpHはpH4.4であった。更に室温下、マロン酸ジエチル100g(0.62mol)をゆっくりと加えた後、室温下で3時間攪拌した後、系に酢酸エチル490mlを加えて分液し、有機層を分離し、減圧下で酢酸エチルを留去した。そこに、トルエンを加えて共沸脱水を行い、減圧下にトルエンを留去し、105gのケトマロン酸ジエチルを油状物として得た(収率97%)。
4.41(q,J=7.2Hz,2H), 1.40(t,J=7.2Hz,3H)ppm.
13C−NMR(300MHz,CDCl3) δ:
178.2, 160.3, 63.6, 14.1ppm.
GC−MS M+=174.
ケトマロン酸ジエチル抱水体の製造
メカニカルスターラー、滴下ロート、温度計を備えた100mlの四つ口フラスコに、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液49.6g(0.137mol)、次いで酢酸2.6ml(0.046mol)をゆっくりと加えた。反応系内のpHはpH4.4であった。更に室温下、マロン酸ジエチル10g(0.062mol)をゆっくりと加えた後、室温下で3時間攪拌した後、系に酢酸エチル49mlを加え分液し、有機層を分離し、減圧下に酢酸エチルを留去し、11.6gのケトマロン酸ジエチル抱水体(融点:54.6−56.9℃)を得た(収率97%)。
4.31(q,J=7.2Hz,2H), 1.30(t,J=7.2Hz,3H)ppm.
13C−NMR(300MHz,CDCl3) δ:
168.6, 90.4, 63.7, 14.1ppm.
マグネティックスターラーを備えた50mlのなす型フラスコに、次の表1に示した反応スケール及びモル比のマロン酸ジエチル(DEM)、亜塩素酸ナトリウム(亜塩素酸Na)、酢酸、酢酸ナトリウム(酢酸Na)、及び水を仕込んだ。ここで反応系内のpHを測定した結果を表1に示す。更に表1に示した時間で室温下攪拌した後、ガスクロマトグラフィー(GC)により分析して収率を求めた。結果を表1に示す。
マロン酸ジエチル0.25g(0.0016mol)、酢酸0.95ml(0.0166モル)、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液1.71g(0.0047mol)を用いて実施例1と同様に反応させ、GC分析でケトマロン酸ジエチルはGC全面積値88.1%で得られた。
マロン酸ジエチル0.25g(0.0016mol)、酢酸0.94ml(0.0164モル)を用いて、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液の代わりに、5%次亜塩素酸ナトリウム水溶液8.14g(0.0056mol)を用いた以外は実施例1と同様に反応させたが、GC分析でケトマロン酸ジエチルは検出されなかった。
マロン酸ジエチル0.25g(0.0016mol)、酢酸0.94ml(0.0164モル)を用いて、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液の代わりに、塩素酸ナトリウム0.58g(0.0056mol)、水1.49mlを用いた以外は実施例1と同様に反応させたが、GC分析でケトマロン酸ジエチルは検出されなかった。
マロン酸ジエチル0.25g(0.0016mol)、酢酸0.94ml(0.0164モル)を用いて、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液の代わりに、過塩素酸ナトリウム0.67g(0.0056mol)、水1.49mlを用いた以外は実施例1と同様に反応させたが、GC分析でケトマロン酸ジエチルは検出されなかった。
マロン酸ジエチル0.25g(0.0016mol)、酢酸0.94ml(0.0164モル)を用いて、25%亜塩素酸ナトリウム水溶液の代わりに、亜臭素酸ナトリウム0.74g(0.0056mol)、水1.49mlを用いた以外は実施例1と同様に反応させたが、GC分析で目的のケトマロン酸ジエチルは検出されず、ジブロム化物が19.5%生成した。
マロン酸ジエチル0.25g(0.0016mol)、亜塩素酸ナトリウム0.49g(0.0056mol)を用いて、酢酸の代わりに、35%塩酸0.48ml(0.0056mol)を用い、反応開始時にpH0.8である以外は実施例1と同様に反応させたが、GC分析でケトマロン酸ジエチルは検出されなかった。
更に、本発明方法によれば、マロン酸ジエステルの活性メチレン部分をあらかじめ修飾する必要がなく、経済的、操作的に問題点がなく、一般式(2)で表されるケトマロン酸ジエステル又はその抱水体を製造することができる。
更に、本発明方法によれば、収率が高く、一般式(2)で表されるケトマロン酸ジエステル又はその抱水体を製造することができる。
更に、本発明方法によれば、操作性がよく、穏やかな条件下で、工業化可能に、簡便に、一般式(2)で表されるケトマロン酸ジエステル又はその抱水体を製造することができる。
本発明方法により得られる一般式(2)で表されるケトマロン酸ジエステル又はその抱水体は、医農薬等の中間原料として有用な化合物である。
Claims (12)
- 亜塩素酸化合物が、亜塩素酸塩である、請求項1に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- 亜塩素酸化合物が、亜塩素酸アルカリ金属塩又は亜塩素酸アルカリ土類金属塩である、請求項1又は2に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- 亜塩素酸化合物が、亜塩素酸ナトリウムである、請求項1から3のいずれかに記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- マロン酸化合物又はその混合物と亜塩素酸化合物との反応が、pH2からpH7の範囲で行われる、請求項1から4のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- マロン酸化合物又はその混合物と亜塩素酸化合物との反応が、カルボン酸、カルボン酸塩、及びカルボン酸無水物からなる群から選択される1種又は2種以上のカルボン酸化合物の存在下で行われる請求項1から5のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- カルボン酸化合物が、カルボン酸である、請求項6に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- カルボン酸化合物が、酢酸である、請求項6に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- カルボン酸化合物が、カルボン酸及びカルボン酸塩を、併用するものである、請求項6に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- カルボン酸化合物が、カルボン酸及びカルボン酸アルカリ金属塩を、併用するものである、請求項6又は9に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- マロン酸化合物又はその混合物と亜塩素酸化合物との反応が、溶媒の存在下で行われる、請求項1から10のいずれか1項に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
- 溶媒が、極性溶媒である、請求項11に記載のケトマロン酸化合物又はその抱水体の製造方法。
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