JPWO2020017135A1 - ケトンの製造方法 - Google Patents

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Abstract

雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンの成分であるケトンの製造方法を提供する。以下の３つの段階からなる、ケトンの製造方法とする。（１）アセトアルデヒドとブチルアルデヒドのアルドール縮合によりα，β−不飽和アルデヒドを得る第一段階；（２）第一段階で得られるα，β−不飽和アルデヒドの一つ以上とアルキル剤を反応させ、アリルアルコール類を得る第二段階；（３）第二段階で得られるアリルアルコール類をケトンへ異性化させる第三段階。

Description

本発明は、雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンの成分であるケトンの製造方法である。
雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンとして、２つのピペラジン類の他に、３−エチル−２−ペンタノン、３−エチル−２−ヘプタノン、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、２−オクタノン、４−ノナノン、および２−ウンデカノンの７つのケトンが報告されている（非特許文献１）。これらのケトンの合成法として、３−エチル−２−ヘプタノンは、３−エチル−２−ヘプタノールのクロム酸酸化（非特許文献２）、Ｎ−メトキシ−Ｎ−メチル−２−エチルヘキサン酸アミドとメチルグリニャール試薬との反応（非特許文献１、３）、２−エチルヘキサナールとメチルホウ素化合物との反応（非特許文献４）やトリメチルシリルジアゾメタンとの反応（非特許文献５）により合成されている。３−エチル−２−ペンタノンの合成法としては、Ｎ−メトキシ−Ｎ−メチル−２−エチルブタン酸アミドとメチルグリニャール試薬との反応（非特許文献１、６）、３−エチル−２−ペンタノールのＰＣＣ酸化（非特許文献７）、２−エチルブチロニトリルとメチルリチウムとの反応（非特許文献８）、３−エチル−２−ペンテンの硫酸鉄による水和反応（非特許文献９）などが報告されている。２−ヘプタノンの合成法としては、２−ヘプタノールの酸化反応（非特許文献１０、１１、１２、１３）、１−ヘプチンの水和反応（非特許文献１３、１４）、３−ヘプテン−２−オンの水添反応（非特許文献１５）、１−ヘプテンの酸化反応（非特許文献１６）、２−アミノヘプタンの酸化的脱アミノ化反応（非特許文献１７）、ヘキサン酸塩化物とメチルグリニャール試薬の鉄触媒反応（非特許文献１８）。４−ヒドロキシ−４−メチル−１−ノネンの熱分解反応（非特許文献１９）などの方法が報告されている。４−ノナノンは、２−ノネン−４−オールの鉄触媒による異性化反応（非特許文献２０）やロジウムやルテニウム触媒による異性化反応（非特許文献２０）による方法が報告されている。
Angew. Chem. Int. Ed., 55, 6062 (2016). Chemosphere, 80, 813 (2010). J. Natural Products, 69, 863 (2006). Tetrahedron Lett., 30 5643 (1989). Synthesis, 228 (1988). Angew. Chem. Int. Ed., 56, 6646 (2017). Organic Reactions, 53, No pp. given (1998). Tetrahedron Lett., 31, 353 (1990). Tetrahedron, 40, 1469 (1984). Organometallics, 37, 584 (2018) RSC Advances, 6, 63717 (2016). e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 1 (2001). e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 1 (2011). J. Mol. Catal. A: Chemical, 425, 283 (2016). Catalysis Science & Technology, 6, 1921 (2016). Chem. -Eur. J., 22, 4738 (2016). Rasayan J. of Chemistry, 3, 16 (2010). Synlett, 383 (2010). J. Mol. Catal. A: Chemical, 161, 239 (2000). J. Chem. Technol. Biotechnol., 48, 483 (1990). Tetrahedron, 57, 2379 (2001) Eur. J. Org. Chem., 3141 (2001)
従来技術を用いて、雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンの放散量の多いケトン５種（３−エチル−２−ペンタノン、３−エチル−２−ヘプタノン、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、４−ノナノン）を製造するためには、例えばカルボン酸からＮ−メトキシ−Ｎ−メチルカルボン酸アミドへ変換し、メチルあるいはプロピルグリニャール試薬と反応させる２段階の反応では、対応する４種類のカルボン酸が入手容易と仮定しても、合計９種類の反応が必要となる煩雑な方法となり、工業的に実施するには大きな問題となる。
そこで、ブチルアルデヒドとアセトアルデヒドとのアルドール縮合により生成する４種のα，β−不飽和アルデヒドにメチルグリニャール試薬を反応させ、得られる４種のアリルアルコール類を異性化させるだけで、雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンを構成する放散量の多いケトン５種の内、３種（３−エチル−２−ペンタノン、３−エチル−２−ヘプタノン、２−ヘプタノン）を含むケトンの混合物を得ることができる。また、同じ４種のアルデヒドに、メチルグリニャール試薬に代えてプロピルグリニャール試薬を反応させ、同様に異性化させるだけで、残りの性フェロモン２種（４−ヘプタノン、４−ノナノン）を含むケトンの混合物を得ることができ、すなわちブチルアルデヒドとアセトアルデヒドとのアルドール縮合により生成する４種のα，β−不飽和アルデヒドにメチルグリニャール試薬とプロピルグリニャール試薬の混合物を反応させ、得られるアリルアルコール類を異性化させるだけで、性フェロモンを構成する放散量の多いケトン５種をすべて含むケトンの混合物が得られることを見出し、本発明を完成した。
本発明によれば、ブチルアルデヒドとアセトアルデヒドとのアルドール縮合により生成する４種のα，β−不飽和アルデヒドにメチルグリニャール試薬およびプロピルグリニャール試薬を反応させ、得られるアリルアルコール類を異性化させるだけで、雄のドブネズミの性フェロモンを構成する放散量の多い主要ケトン５種を、安価で入手容易なアルデヒドから、わずか３段階で簡便に製造し、提供できる。副生物である３種のケトンは希釈剤として機能するため廃棄物が発生せず、環境にやさしい製造方法である。
本発明は、以下［１］〜［６］などで構成される。
［１］
以下の、３つの段階からなる、式（３）で表されるケトンンの製造方法。
（１）アセトアルデヒドとブチルアルデヒドのアルドール縮合により、式（１）で表されるα，β−不飽和アルデヒドを得る第一段階；
（２）第一段階で得られる式（１）で表されるα，β−不飽和アルデヒドの一つ以上と、アルキル剤を反応させ、式（２）で表されるアリルアルコール類を得る第二段階；
（３）第二段階で得られる式（２）で表されるアリルアルコール類を、式（３）で表されるケトンへ異性化させる第三段階。
第一段階；
Figure 2020017135

第二段階；
Figure 2020017135

第三段階；
Figure 2020017135

式（１）〜（３）において、Ｒ１はメチルまたはプロピルであり、Ｒ２は水素またはエチルであり、Ｒ３は、メチル、プロピル、またはペンチルである。
［２］
第三段階で用いる金属触媒の金属が、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、および鉄のいずれか一つ以上である項［１］に記載のケトンの製造方法。
［３］
第二段階で用いるアルキル化剤が、Ｒ３ＭｇＸで表されるグリニャール試薬である項［１］または［２］に記載のケトンの製造方法。
ここで、Ｒ３は、メチル、プロピル、またはペンチルであり、Ｘがハロゲンである。
［４］
グリニャール試薬であるＲ３ＭｇＸのＲ３が、メチルまたはプロピルである項［３］に記載のケトンの製造方法。
［５］
第三段階で用いる金属触媒の金属が、ルテニウムまたはロジウムである項［１］〜［４］のいずれか１項に記載のケトンの製造方法。
［６］
２−ペンタノン、３−エチル−４−ヘプタノン、および５−エチル−４−ノナノンのいずれか一つ以上を分離除去しない項［１］〜［５］のいずれか１項に記載のケトンの製造方法
［７］
２−ペンタノン、３−エチル−４−ヘプタノン、および５−エチル−４−ノナノンのいずれか一つ以上を含有する項［１］〜［６］のいずれか１項に記載のケトンの製造方法で製造されたドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンを含有する誘引剤組成物。
［８］
項［７］に記載されたドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモン含有する誘引剤組成物を利用するトラップ。
本発明の雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンの成分であるケトン製造方法となる、３つの段階を説明する。
＜第一段階＞
第一段階のアセトアルデヒドとブチルアルデヒドから、アルドール縮合により４種のα，β−不飽和アルデヒド（２−ブテナール、２−エチル−２−ブテナール、２−ヘキセナール、および２−エチル−２−ヘキセナール）が得られる。例えば、既知の方法（特開平９−５９２０１、特開平９−５７１０８、国際公開２０１２２／１１６７７５号、特開２０１１−２１９３９５、など）に従って得ることができる。
Figure 2020017135

Ｒ１はメチルまたはプロピルであり、Ｒ２は水素またはエチルである。
第一段階は、塩基触媒アルドール反応である第一工程と、アルドール反応生成物のβ−ヒドロキシアルデヒドの酸触媒脱水反応である第二工程とからなる。
［第一工程］
Figure 2020017135

第一工程に用いられる塩基触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化バリウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物、酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属の酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩、メトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、カリウムｔ−ブトキシドなどのアルコキシド、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセン、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］−５−ノネンなどの縮合複素環式化合物、ピリジン、プロリン、ピペリジン、ピロリジン、モルホリン、Ｎ−メチルピペラジン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジシクロヘキシルアミンなどの有機塩基、およびこれらの有機塩基と酢酸、フェノール、カテコールなどのブレンステッド酸との混合物などが好ましく用いられる。好ましくは−３０℃〜１００℃、より好ましくは０〜５０℃である。原料の添加形態に特に制限はない。第一工程で選択する反応の種類や反応条件によって生成する４種のα，β−不飽和アルデヒドの生成比は異なり、最終的な雄のドブネズミの性フェロモンの構成ケトンの比を選択することができる。
［第二工程］
Figure 2020017135

第二工程は、β−ヒドロキシアルデヒドの酸触媒脱水反応であり、酸触媒としては、塩酸、硫酸、過塩素酸、リン酸などの鉱酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、オクタン酸、安息香酸、シュウ酸、トリクロロ酢酸などのカルボン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸などのスルホン酸などが用いられる。好ましくは飽和脂肪族カルボン酸である。反応は加熱により促進され、好ましくは１００℃に加熱し、目的物のα，β−不飽和アルデヒドを水との共沸により、反応液から分離し、蒸留により精製される。
後に続く第二段階において、グリニャール試薬としてメチルグリニャール試薬のみを使用し、α，β−不飽和アルデヒドの中に、２−ブテナールを含める必要がない場合は、第一段階の第二工程において、もっとも沸点の低い２−ブテナールのみを蒸留により分離除去しておいてもよい。また、この第二段階において、グリニャール試薬としてプロピルグリニャール試薬のみを使用し、α，β−不飽和アルデヒドの中に、２−エチル−２−ヘキセナールを含める必要がない場合は、第一段階の第二工程において、もっとも沸点の高い２−エチル−２−ヘキセナールのみを蒸留により分離除去しておいてもよい。またグリニャール試薬としてメチルグリニャール試薬とプロピルグリニャール試薬の両方を用いる場合は、４種のα，β−不飽和アルデヒドのすべてが必要であるため、第一段階の第二工程において水分除去を行うための蒸留だけでよい、あるいは第三段階の最終目的物のケトンの構成比を調整するために、α，β−不飽和アルデヒドの構成比を調整するための精留を行うこともできる。また必要に応じ、４種のα，β−不飽和アルデヒドをすべて分留し、第二段階以降の反応を個別に行い、最終目的物のケトンの段階でフェロモン用に構成比を調整することもできる。
下記表１に、α，β−不飽和アルデヒドとグリニャール試薬から生成するケトンを示した。Ａ−１、Ｂ−２、Ｄ−２の枠に示したそれぞれ２−ペンタノン、３−エチル−３−ヘプタノン、５−エチル−４−ノナノンであるケトンは、ドブネズミ（Rattus norvegicus）のフェロモンとしての報告はこれまでにはない。２−ペンタノン（Ａ−１）は、当該性フェロモンの他のケトンと構造は似ているが、分子がより小さく、３−エチル−４−ヘプタノン（Ｂ−２）および５−エチル−４−ノナノン（Ｄ−２）も、当該フェロモンのケトンと構造は似てはいるが、分子がより大きい。弱い活性を有したり、活性を阻害するためには、少なくとも炭素数が同じで置換基や官能基の分子内配置が似ている必要があり、ジアステレオマーや鏡像体の関係にあることが通常であることは、フェロモンの構造活性相関に関する研究（化学と教育,５０,１９４−１９７（２００２）、Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１０，１０２３−１０４７（２００５））などで明らかにされている。従って、２−ペンタノン、３−エチル−４−ヘプタノン、５−エチル−４−ノナノンを蒸留などによって分離するために必要なエネルギーを使う必要はないだけでなく、これらのケトンは構造的に当該フェロモンのケトンとの相溶性が高く、希釈剤としての機能を持つため、新たに別途希釈剤を添加する必要はない。
表１．生成するケトン
Figure 2020017135
＜第二段階＞
第二段階の目的物であるアリルアルコール類は、既知の方法（Tetrahedron, 57, 2379 (2001)など）に準じて、第一段階で得られるα，β−不飽和アルデヒドにアルキル化試剤を反応させて得ることができる。アルキル化試剤としては、グリニャール試薬、アルキルリチウムなどの求核性が強く、１，２−付加を起こしやすいものが好ましく、経済的にはグリニャール試薬が更に好ましく、メチルグリニャール試薬あるいはプロピルグリニャール試薬を反応させて得ることができる。
メチルグリニャール試薬あるいはプロピルグリニャール試薬のハロゲンは、塩素、臭素、ヨウ素のいずれでもよく、グリニャール試薬の溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、２−メチルテトラヒドロフラン、シクロプロピルメチルエーテル、メチルｔ−ブチルエーテルなどのいずれでもよく、その濃度は、好ましくは１〜３ｍｏｌ／Ｌである。グリニャール試薬の溶液に用いられる溶媒以外に反応溶媒を用いる必要はないが、温度制御や攪拌制御の点で有機溶媒を使用してもよく、グリニャール試薬に用いられる溶媒以外にもトルエンなどのグリニャール試薬と反応しない溶媒を使用することもできる。原料の添加順序に制限はない。
反応温度は、通常は−８０℃から溶媒沸点までであり、グリニャール試薬あるいはα，β−不飽和アルデヒドの滴下時は、好ましくは−３０℃〜１０℃であり、滴下後の熟成のために室温から溶媒沸点まで加熱してもよい。
転化率、選択率はともにほぼ１００％であるため、反応終了後、常法により単離し、精製することなくそのまま第三段階の反応に使用できる。
＜第三段階＞
第三段階のアリルアルコール類からケトンへの異性化反応は、既知の方法（Eur. J. Org. Chem., 3141 (2001)、Tetrahedron, 57, 2379 (2001)、J. Am. Chem. Soc., 128, 1360 (2006)、Chem. Commun., 232 (2004)、Organometallics, 18, 4230 (1999)、J. Organomet. Chem., 650, 1 (2002)、Organometallics, 29, 2166 (2010)、Chem. Rev., 103, 27 (2003)など）に準じて行うことができる。
触媒としては、第６族元素から第１０属元素までの金属または金属化合物が使用でき、具体的には、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pdなどの金属または金属化合物が挙げられる。更に好ましくは、Fe、Ru、Rh、Ir、Pdの金属または金属化合物が好ましく、以下のものが具体的に挙げられるが、これらに限定されない。
Ru触媒としては、RuCl3、Ru(acetylacetonato)3、Ru(η5-C5H5)2Cl、RuCl2(PPh3)2、RuClH(PPh3)3、RuClMe(PPh3)3、RuClPh(PPh3)3、RuH2(PPh3)3、RuMe2(PPh3)3、RuPh2(PPh3)3、RuH2(Pn-Bu3)4、[RuCl(PPh3)3]PF6、RuH2(PPh3)4、RuH4(PPh3)3、[HRu3(CO)11]K、Pr4NRuO4、およびこれらとBis(diphenylphosphino)methane、1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane、1,2-Bis(dicyclohexylphosphino)ethane、1,3-Bis(diphenylphosphino)propane、1,4-Bis(diphenylphosphino)butane、1,4-Bis(diisopropylphosphino)butane、2,2’-Bis(diphenylphosphino)-1,1’-binaphthyl、1,2-Bis(diphenylphosphino)benzene、cis-1,2-Bis(diphenylphosphino)ethene、Ph3P、1,10-phenanthrolineなどの配位子との錯体、およびこれらとp-toluenesulfonic acidなどのブレンステッド酸との組み合わせ、Ru3O(OCOCH3)7、Ru(H2O)6(O3SCF3)2、Ru(H2O)6(O3STolyl)2、Ru(η5-C5H5)(PPh3)2Cl、Ru(indenyl)(PPh3)2Cl、[Ru(η5-C5H5)(p-cymene)]PF6、[{Ru(η3:η3-2,7-dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)(μ-Cl)Cl}2]、[{Ru(η6-p-cymene)(μ-Cl)Cl}2]、[Ru(η5-C9H7)Cl(PPh3)2]2、[Ru(η5-C5H5)Cl(PPh3)2]2、[Ru(η3:η3-2,7-dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(CO)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(PPh3)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(Pi-Pr3)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(P(OMe)3)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(CNt-Bu)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(NH2Ph)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl2(NCMe)]、[Ru(η3:η3-2,7- dimethylocta-2,6-diene-1,8-diyl)Cl(NCMe)2]SbF6、RuCl(PPh3)3 +PF6 -、Ru(CO)3(PPh3)2などが挙げられる。
Rh触媒としては、RhCl3、Rh2(SO4)3、[Rh(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)2]Cl、[Rh(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)2]ClO4、[Rh(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)2]BF4、およびこれらとTris(m-sulfophenyl)phosphane、Di(sulfophenylphosphanyl)butane、Sulfonated (2S,4S)-(-)-2,4-bis(diphenylphosphanyl)pentane、Sulfonated (S,S)-1,2-bis(diphenylphosphanylmethyl)cyclobutane、1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane、1,2-Bis(dicyclohexylphosphino)ethane、1,3-Bis(diphenylphosphino)propane、1,4-Bis(diphenylphosphino)butane、1,4-Bis(diisopropylphosphino)butane、2,2’-Bis(diphenylphosphino)-1,1’-binaphthylなどの配位子との錯体、Rh(CO)Cl2、RhH[P(OPh)3]4、[Rh[P(OPh)3]4]ClO4、Rh[P(OPh)3]3[P(OPh)2(OC6H4))、Rh(acetylacetonato)(CO)(tris(2-cyanoethyl)phosphine、RhH(PPh3)3、RhMe(PPh3)3、RhPh(PPh3)3、RhPhCO(PPh3)2、RhHCO(PPh3)2、RhHCO(PPh3)3、Rh(PPh3)3 +PF6 -、Rh(-O3S(C6H4)CH2C(CH2PPh2)3)(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)、RhH(PPh3)4、[Rh(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)2]BF4、RhCl(PPh3)3、RhClCO(PPh3)2、Rh(2,2,6,6-tetramethylpiperidine)などが挙げられる。
Pd触媒としては、PdCl2、Pd/C、Pd/polymer、Pd2(dba)3、Pd(dba)2、およびこれらとBis(diphenylphosphino)methane、1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane、1,2-Bis(dicyclohexylphosphino)ethane、1,3-Bis(diphenylphosphino)propane、1,4-Bis(diphenylphosphino)butane、1,4-Bis(diisopropylphosphino)butane、2,2’-Bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl、1,2-Bis(diphenylphosphino)benzene、cis-1,2-Bis(diphenylphosphino)ethene、Ph3P、n-Bu3P、t-Bu3P、Tricyclohexylphosphine、1,10-phenanthrolineなどの配位子との錯体などが挙げられる。
Fe触媒としては、Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12、Fe2(CO)9などが挙げられる。
Ni触媒としては、Ni(C2H4)(POTolyl3)2、Ni(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)2などが挙げられる。
Ir触媒としては、IrCl3、[(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)Ir(PMePh2)2]PF6、[Ir(CO)(PPh3)2]ClO4、[Ir(η2:η2-1,5-cyclooctadiene)(PhCN)(PPh3)]ClO4などが挙げられる。
Co触媒としては、HCo(CO)4などが挙げられる。
Os触媒としては、H2Os3(CO)12、[P(CH2CH2PPh2)3OsH(N2)][BPh4]、[P(CH2CH2PPh2)3OsH(η-OCMe2)][BPh4]などが挙げられる。
Pt触媒としては、trans-[PtH(PR3)2(Me2CO)]Xなどが挙げられる。
Mo触媒としては、trans-[Mo(N2)2(1,2-bis(diphenylphosphino)ethane)2]、MoH4(1,2-bis(diphenylphosphino)ethane)2などが挙げられる。
Cr触媒としては、Cr(CO)3(naphthalene)などが挙げられる。
これらの触媒に添加して、系内で活性な触媒を生成させるための添加物として、ｎ−ブチルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド、メチルマグネシウムブロミド、フェニルマグネシウムブロミド、メチルリチウム、フェニルリチウム、リチウムテトラメチルピペリジド、カリウムｔ−ブトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、炭酸カリウム、炭酸セシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ヘキサフルオロリン酸アンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリエチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸銀、トリエチルアミン、トリイソプロピルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、１，１０−フェナントロリン、ｐ−トルエンスルホン酸などを挙げることができる。
反応溶媒は、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、１，４−ジオキサン、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、メシチレン、水、ジクロロエタン、ジクロロメタン、アセトン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどを用いることができるほか、無溶媒でも行える。反応温度は、好ましくは室温から反応溶媒還流温度までである。反応時間は、通常数十分間〜数十時間であり、原料のアリルアルコール類の嵩高さに大きく依存し、嵩高いほど時間が長くなる。具体的には、カルボニルの位置の比較では２−ヘプタノンは４−ヘプタノンより、炭素数の比較では４−ヘプタノンは４−ノナノンより、置換基の有無の比較では２−ヘプタノンは３−エチル−２−ヘプタノンより、また同じ炭素数で構造の違いの比較では２−ヘプタノンは３−エチル−２−ペンタノンより、それぞれ生成速度が速い。また触媒の活性が高いほど反応時間は短くなる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって、なんら限定されるものではない。
生成物は、ガスクロマトグラフィーで分析を行い、組成比を面積百分率にて算出した。測定条件は以下の通りである。
ＧＣ装置：島津製作所ＧＣ−２０１４
カラム：Agilent J&W GCカラム DB-1ms（L60m×φ0.250mm、D:0.25μm）
カラム温度：５０℃（５分保持）→１０℃／ｍｉｎ→２５０℃（５分保持）
インジェクション温度：２８０℃
キャリヤーガス：純ヘリウム Ｇ１
検出器：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）
ＧＣ−ＭＳ装置：島津製作所ＧＣ−２０１０、ＧＣＭＳ−ＴＱ８０４０
カラム：Agilent J&W GCカラム DB-5ms（L30m×φ0.250mm、D:0.25μm）
カラム温度：５０℃→１０℃／ｍｉｎ→２５０℃（１０分保持）
インジェクション温度：２５０℃
キャリヤーガス：純ヘリウム Ｇ１
ＧＣ検出器：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）
ＧＣ検出器温度：３２０℃
イオン源：ＥＩ
イオン源温度：２００℃
インターフェース温度：２３０℃
測定モード：Ｑ３スキャン
ｍ／ｅ＝３０〜５００
＜実施例１＞（第一段階）
窒素雰囲気下、特開平９−５９２０１の実施例１に従ってブチルアルデヒドとアセトアルデヒドのアルドール縮合を行い、生成した４種のα，β−不飽和アルデヒド（２−ブテナール、２−エチル−２−ブテナール、２−ヘキセナール、２−エチル−２−ヘキセナール）の混合物を得、２−ブテナールだけを蒸留で除去し、２−エチル−２−ブテナール、２−ヘキセナール、２−エチル−２−ヘキセナールの混合物を、３５．５：４４．７：１９．７の比率で得た。
＜実施例２＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのメチルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（６０ｍｌ）を入れ、−１５℃に冷却した。その中へ０℃を超えないように、実施例１で得た２−エチル−２−ブテナール、２−ヘキセナール、２−エチル−２−ヘキセナールの混合物（５．９５ｇ、３５：４５：２０）を２０分かけて滴下した後、室温まで昇温させながら１時間攪拌した。氷浴で冷却し、飽和塩化アンモニウム水溶液で反応を停止させた。ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥、ろ過し、ろ液を２５℃で減圧下にエバポレーターで濃縮し、３−エチル−３−ペンテン−２−オール、３−ヘプテン−２−オール、３−エチル−３−ヘプテン−２−オールの混合物（６．１１ｇ）を、４５：３７：１８の比率で得た。
＜実施例３＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに実施例２で得た３−エチル−３−ペンテン−２−オール、３−ヘプテン−２−オール、３−エチル−３−ヘプテン−２−オールの混合物（１．０ｇ、４５：３７：１８）を入れ、テトラヒドロフラン（８．７ｍｌ）、炭酸セシウム（５７ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（８４ｍｇ）を入れ、２１時間加熱還流させ、３−エチル−３−ペンテン−２−オールから３−エチル−２−ペンタノンが５２％、３−ヘプテン−２−オールから２−ヘプタノンが９５％、３−エチル−３−ヘプテン−２−オールから３−エチル−２−ヘプタノンが４１％、それぞれ生成したことを確認した。
＜実施例４＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのメチルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（５３ｍｌ）を入れ、−１５℃に冷却した。その中へ０℃を超えないように、２−エチル−２−ブテナール（５．０ｇ）を２０分間かけて滴下した。氷冷下で３０分間攪拌した後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて、ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、濾液を減圧下、２５℃で濃縮し、３−エチル−３−ペンテン−２−オール（５．７ｇ）を得た。
＜実施例５＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、実施例４で得た、３−エチル−３−ペンテン−２−オール（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（８．８ｍｌ）、炭酸カリウム（１２ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（８４ｍｇ）を入れ、加熱還流３２時間行った。転化率８２％、選択率７０％で３−エチル−２−ペンタノンが生成したことを確認した。
＜実施例６＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのメチルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（６４ｍｌ）を入れ、−１５℃に冷却した。その中へ０℃を超えないように、２−ヘキセナール（６．０ｇ）を２０分間かけて滴下した。冷却バスを外し、室温まで昇温しながら１時間攪拌した。再度氷冷した後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて、ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、濾液を減圧下、２５℃で濃縮し、３−ヘプテン−２−オール（７．０ｇ）を得た。
＜実施例７＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、実施例６で得た、３−ヘプテン−２−オール（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（８．８ｍｌ）、炭酸カリウム（４８ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（１６８ｍｇ）を入れ、加熱還流１１時間行った。転化率１００％、選択率１００％で２−ヘプタノンが生成したことを確認した。
＜実施例８＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのメチルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（５０ｍｌ）を入れ、−１５℃に冷却した。その中へ０℃を超えないように、２−エチル−２−ヘキセナール（６．０ｇ）を２０分間かけて滴下した。冷却バスを外し、室温まで昇温させながら１時間攪拌した。再度氷冷した後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて、ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、濾液を減圧下、２５℃で濃縮し、３−エチル−３−ヘプテン−２−オール（６．８ｇ）を得た。
＜実施例９＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、３−エチル−３−ヘプテン−２−オール（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（３．５ｍｌ）、水（３．５ｍｌ）、炭酸カリウム（１９ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（６７ｍｇ）を入れ、加熱還流２３時間行った。転化率９９％、選択率９６％で３−エチル−２−ヘプタノンが生成したことを確認した。
＜実施例１０＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのプロピルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（７８ｍｌ）を入れ、−１０℃に冷却した。その中へ５℃を超えないように、２−ブテナール（５．０ｇ）を２０分間かけて滴下した。冷却バスを外し、室温まで昇温させながら１時間攪拌した。再度氷冷した後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて、ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、濾液を減圧下、２５℃で濃縮し、２−ヘプテン−４−オール（８．１ｇ）を得た。
＜実施例１１＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、２−ヘプテン−４−オール（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（８ｍｌ）、炭酸カリウム（２５ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（８４ｍｇ）を入れ、加熱還流４０時間行った。転化率７７％、選択率８０％で４−ヘプタノンが生成したことを確認した。
＜実施例１２＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのプロピルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（５６ｍｌ）を入れ、−１０℃に冷却した。その中へ５℃を超えないように、２−ヘキセナール（５．０ｇ）を２０分間かけて滴下した。冷却バスを外し、室温まで昇温させながら１時間攪拌した。再度氷冷した後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて、ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、濾過し、濾液を減圧下、２５℃で濃縮し、５−ノネン−４−オール（７．１ｇ）を得た。
＜実施例１３＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、５−ノネン−４−オール（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（７ｍｌ）、炭酸カリウム（１９ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（６７ｍｇ）を入れ、加熱還流４０時間行った。転化率８０％、選択率６４％で４−ノナノンが生成したことを確認した。
＜実施例１４＞（第二段階）
窒素雰囲気下、フラスコに１ｍｏｌ／Ｌのメチルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（２５ｍｌ）および１ｍｏｌ／Ｌのプロピルマグネシウムブロミドのテトラヒドロフラン溶液（２５ｍｌ）を入れ、−１５℃に冷却した。その中へ特開平９−５９２０１の実施例１に従ってブチルアルデヒドとアセトアルデヒドのアルドール縮合から得た４種のα，β−不飽和アルデヒド（２−ブテナール、２−エチル−２−ブテナール、２−ヘキセナール、２−エチル−２−ヘキセナール）の混合物（３２：２２：３０：１５）を、５℃を超えないように、２０分間かけて滴下した。冷却バスを外し、室温まで昇温させながら１時間攪拌した。再度氷冷した後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて、ｔ−ブチルメチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、ろ過し、濾液を減圧下、２５℃で濃縮し、３−ペンテン−２−オール、３−ヘプテン−２−オール、２−ヘプテン−４−オール、３−エチル−３−ペンテン−２−オール、３−エチル−３−ヘプテン−２−オール、３−エチル−２−ヘプテン−４−オール、５−ノネン−４−オール、５−エチル−５−ノネン−４−オールの混合物（ＧＣ保持時間順、１２：１３：２４：６．５：５．５：１３：１７：９、但し、２−ヘプテン−４−オールと３−エチル−３−ペンテン−２−オールのピークは完全分離しなかったため、計算値を用いた）を得たことを、ＧＣ−ＭＳにより確認した。
＜実施例１５＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、実施例１４で得た、３−ペンテン−２−オール、３−ヘプテン−２−オール、２−ヘプテン−４−オール、３−エチル−３−ペンテン−２−オール、３−エチル−３−ヘプテン−２−オール、３−エチル−２−ヘプテン−４−オール、５−ノネン−４−オール、５−エチル−５−ノネン−４−オールの混合物（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（８ｍｌ）、炭酸セシウム（１０４ｍｇ）、 (２，６，１０−ドデカトリエン−１，１２−ジイル)ルテニウム（ＩＩ）ジクロリド（５３ｍｇ）を入れ、加熱還流２０時間行った。転化率８４％、選択率９４％で目的のケトンが生成したことをＧＣ−ＭＳにより確認した。それぞれの転化率を括弧内に示した。
２−ペンタノン（転化率９３％）、３−エチル−２−ペンタノン（転化率９７％）、４−ヘプタノン(転化率９９％)、２−ヘプタノン（転化率９１％）、３−エチル−４−ヘプタノン（転化率５８％）、３−エチル−２−ヘプタノン（転化率８９％）、４−ノナノン（転化率９７％）、５−エチル−４−ノナノン（転化率４６％）。
＜実施例１６＞（第三段階）
窒素雰囲気下、フラスコに、実施例１４で得た、３−ペンテン−２−オール、３−ヘプテン−２−オール、２−ヘプテン−４−オール、３−エチル−３−ペンテン−２−オール、３−エチル−３−ヘプテン−２−オール、３−エチル−２−ヘプテン−４−オール、５−ノネン−４−オール、５−エチル−５−ノネン−４−オールの混合物（１．０ｇ）、テトラヒドロフラン（８ｍｌ）、炭酸カリウム（７３ｍｇ）、トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム（Ｉ)クロリド（２４３ｍｇ）を入れ、加熱還流３時間行った。
転化率１００％、選択率９４％で２−ペンタノン、３−エチル−２−ペンタノン、４−ヘプタノン、２−ヘプタノン、３−エチル−４−ヘプタノン、３−エチル−２−ヘプタノン、４−ノナノン、５−エチル−４−ノナノンの混合物（ＧＣ保持時間順、１０：９：２２：１２：１４：６：１８：９）が生成したことをＧＣ−ＭＳにより確認した。
本発明の製造方法によれば、雄のドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンを構成する主要５成分のケトンを、ブチルアルデヒドとアセトアルデヒドのアルドール縮合に続けてアルキル化と異性化を行わせることにより簡便に製造でき、誘引剤組成物として提供できる。

Claims (8)

  1. 以下の３つの段階からなる、式（３）で表されるケトンの製造方法。
    （１）アセトアルデヒドとブチルアルデヒドのアルドール縮合により、式（１）で表されるα，β−不飽和アルデヒドを得る第一段階；
    （２）第一段階で得られる式（１）で表されるα，β−不飽和アルデヒドの一つ以上と、アルキル剤を反応させ、式（２）で表されるアリルアルコール類を得る第二段階；
    （３）第二段階で得られる式（２）で表されるアリルアルコール類を、式（３）で表されるケトンへ異性化させる第三段階。
    第一段階；
    Figure 2020017135

    第二段階；
    Figure 2020017135

    第三段階；
    Figure 2020017135

    式（１）〜（３）において、Ｒ１はメチルまたはプロピルであり、Ｒ２は水素またはエチルであり、Ｒ３は、メチル、プロピル、またはペンチルである。
  2. 第三段階で用いる金属触媒の金属が、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、および鉄のいずれか一つ以上である請求項１に記載のケトンの製造方法。
  3. 第二段階で用いるアルキル化剤が、Ｒ３ＭｇＸで表されるグリニャール試薬である請求項１または２に記載のケトンの製造方法。
    ここで、Ｒ３は、メチル、プロピル、またはペンチルであり、Ｘがハロゲンである。
  4. グリニャール試薬であるＲ３ＭｇＸのＲ３が、メチルまたはプロピルである請求項３に記載のケトンの製造方法。
  5. 第三段階で用いる金属触媒の金属が、ルテニウムまたはロジウムである請求項１〜４のいずれか１項に記載のケトンの製造方法。
  6. ２−ペンタノン、３−エチル−４−ヘプタノン、および５−エチル−４−ノナノンのいずれか一つ以上を分離除去しない請求項１〜５のいずれか１項に記載のケトンの製造方法
  7. ２−ペンタノン、３−エチル−４−ヘプタノン、および５−エチル−４−ノナノンのいずれか一つ以上を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載のケトンの製造方法で製造されたドブネズミ（Rattus norvegicus）の性フェロモンを含有する誘引剤組成物。
  8. 請求項７に記載されたドブネズミの性フェロモン含有する誘引剤組成物を利用するトラップ。
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