KR101078629B1 - 치환 시클로펜타논의 제조 방법 - Google Patents

치환 시클로펜타논의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

하기 식 (1)
[화학식 1]
Figure 112009080708680-pat00001
(식 중, R1, R2 는 탄소수 1 ∼ 8 의 치환기를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물의 5원자 고리 내 이중결합을, 전이 금속 촉매 존재하, 카르복실산 또는 특정 농도의 가르복실산 에스테르를 용매로서 수소 첨가함으로써, 하기 식 (2)
[화학식 2]
Figure 112009080708680-pat00002
(식 중, R3, R4 는 탄소수 1 ∼ 8 의 치환기를 나타내고, R1, R2 와 동일해도 되고, R3 과 R4 는 동일해도 된다.) 의 치환 시클로펜타논을 제조한다. 이 방법에 따라, 자스민계 향료나 그 중간체 등으로서 유용한 치환 시클로펜타논을, 간편하고 저렴한 방법, 또한 높은 시스체비로 얻을 수 있다.
시스-2,3-디치환 시클로펜타논

Description

치환 시클로펜타논의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF SUBSTITUTED CYCLOPENTANONE}
본 발명은 자스민계 향료나 그 중간체 등으로서 유용한 시스-2,3-디치환 시클로펜타논의 제조 방법, 그리고, 당해 치환 시클로펜타논 제조에 유용한 중간체 및 당해 중간체의 제조 방법에 관한 것이다.
2,3-디치환 시클로펜타논은 자스민계 향료나 프로스타글란딘류 등의 유용 화학 물질의 합성에 있어 중요한 화합물이다. 그 중에서도, 3-위치에 알콕시카르보닐메틸기를 갖는 것은 자스민계 향료의 합성에 있어 중요한 것으로서, 지금까지 다수의 제조 방법이 개시되어 있다.
예를 들어, 시클로펜타논을 원료로 하는 방법 (비특허 문헌 1) 이나 아디프산을 원료로 하는 방법 (비특허 문헌 2) 이 있다. 이들 방법에서는 열역학적으로 안정된 입체 이성체, 즉 2,3-위치의 치환기가 5 원자 고리에 관해서 서로 트랜스의 관계에 있는 트랜스-2,3-디치환 시클로펜타논을 얻을 수 있다. 시스체의 비율은 통상 10% 이하에 지나지 않는다. 그런데, 최근의 연구 결과, 자스민계 향료 중에서 중요한 위치를 차지하는 자스몬산 에스테르에 있어서는 시스-2,3-디치 환 시클로펜타논이 트랜스-2,3-디치환 시클로펜타논에 비해 훨씬 향이 강하다는 것이 판명되고 (비특허 문헌 3), 시스-2,3-디치환 시클로펜타논의 공업적 제조 방법의 개발이 크게 요망되고 있다. 그러나 상기 서술한 바와 같이, 종래 기술의 상당수는 트랜스-2,3-디치환 시클로펜타논을 주성분으로서 얻는 것이다.
그러한 난점을 보충하는 기술로서, 얻어진 트랜스-2,3-디치환 시클로펜타논을 촉매를 사용하여 이성화시켜, 시스-2,3-디치환 시클로펜타논을 제조하는 방법 (특허 문헌 1) 이 개시되어 있다. 그러나, 이 기술의 경우, 이성화를 위한 특별한 장치와 공정이 필요할 뿐만 아니라, 이성화를 위해서 160 ∼ 190℃ 라는 고온이 필요하기 때문에 열열화를 피할 수 없다. 그것에 기인하여 생성하는 고비등점 불순물을 제거하기 위해서 특별한 장치와 공정이 더욱 필요하다는 문제가 있다. 또한, 얻어지는 시스체 (에피체) 농도는 40% 정도에 지나지 않는다.
한편, 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜타논을 선택적으로 합성하는 방법으로서, 2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜테논의 이중결합에 수소 첨가를 실시하는 방법이 알려져 있다.
특허 문헌 2 에는 알루미늄알코올레이트의 존재하에 촉매적으로 수소 첨가하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 원하는 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜타논을 90% 이상의 선택률로 얻을 수 있다. 그러나, 3 내지 10kg/㎠ 의 가압이 필요하다는 반응 조작상 및 설비상의 제약이 있다는 점에 더하여 제 3 성분으로서 알루미늄 알콕사이드를 당량 사용할 필요가 있다. 또한, 첨가된 알루미늄알코올레이트는 반응 후에 아세트산 수용액 등에 의해 분해되기 때문 에, 다량의 알루미늄계 폐기물이 발생하여, 후처리를 곤란하게 한다. 또, 당해 폐기물에 의해 촉매가 오염되어 촉매의 재사용을 곤란하게 하는 난점도 갖는다.
특허 문헌 3 에는 특정된 배위자를 갖는 루테늄 착물의 존재하에 수소 첨가하는 방법이 개시되어 있다. 당해 공보에는 원하는 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜타논이 99% 라는 높은 선택률로 얻어진다고 기재되어 있다. 그러나, 루테늄이라는 매우 고가의 촉매를 사용할 필요가 있는 점에 더하여 배위자에도 특수하고 고가의 화합물을 사용할 필요가 있다. 또한, 촉매에는 미리 번잡한 전처리가 필요하다. 또, 이 방법은 10 ∼ 90kg/㎠ 라는 매우 높은 수소 압력을 필요로 하고, 반응 조작상 및 설비상의 제약이 매우 크다. 또한, 당해 기술에서는 균일계 촉매 (용매에 용해한다) 를 사용하기 때문에, 반응 후의 촉매와 생성물의 분리에 특수한 조작을 필요로 한다는 공업적 실시에 있어서의 중대한 난점도 갖는다. 또, 당해 기술에서는 제 3 성분으로서 특정된 배위자를 첨가하는데, 당해 배위자는 해리 평형에 기초하여 루테늄 착물로부터 해리되어 있으므로, 생성물측에 당해 배위자가 일부 이행되어 버린다. 그 결과, 반응 후의 촉매 분리 조작에 있어서, 촉매 조성물의 조성이 변화되어, 촉매 성능의 재현성을 얻을 수 없다는 중대한 결점이 있었다.
특허 문헌 4 에는 인산염 등의 공존하, 로듐-카본 촉매의 존재하에 수소 첨가하는 방법이 개시되어 있다. 당해 공보에는 상압에서 원하는 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜타논이 90% 이상의 높은 선택률로 얻어지는 것으로 기재되어 있지만, 본 발명자들의 실험에서는 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클 로펜타논의 선택률은 30% 이하라는 매우 낮은 것이었다. 또, 당해 기술에서는 제 3 성분으로서 인산염 등의 염을 첨가할 필요가 있다. 그러나, 당해 염은 메탄올 등의 유기 용매에 일정한 용해도를 가지고 있으므로, 반응 후의 촉매 분리 조작 (촉매 여과 분별) 에 있어서, 생성물측에 당해 염이 일부 이행된다. 그 결과, 촉매 조성물의 조성이 변화되어, 촉매 성능의 재현성을 얻을 수 없는 것으로 중대한 결점이 있었다. 이상과 같이, 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜타논을 선택적으로 합성할 수 있고, 또한 공업적 실시의 견지로부터 만족할 수 있는 기술은 아직 보고되어 있지 않다.
한편, 1,3-시클로펜탄디온류는 유기 합성상 매우 유용한 화합물로서, 본 발명의 치환 시클로펜타논 제조의 전구체로서도 유용한 화합물이다. 그러나, 그 일견 단순한 분자 구조로부터 예상되는 것보다 훨씬 합성이 곤란한 물질이다 (비특허 문헌 4).
그 중에서도, 기본 구조인 것과 동시에 유용성이 높은 1,3-시클로펜탄디온은 합성이 특히 곤란하다. 이하에 지금까지 보고되어 있는 1,3-시클로펜탄디온류의 대표적인 합성법을 예시한다. 그 제 1 은 숙신산과 염화 아실을 염화 알루미늄 존재하에 반응시키는 방법이다 (비특허 문헌 5). 당해 방법에 따르면, 1,3-시클로펜탄디온류가 1단계에서 합성 가능하지만, 수율이 50% 로 매우 낮다. 게다가, 당해 방법에서는 원료인 숙신산에 대해, 염화 알루미늄 및 염화 아실을 각각 2.4배몰 및 4배몰로 대과잉으로 사용할 필요가 있고, 다량의 부생물이 생성된다. 덧붙여, 용매로서 니트로메탄 등의 폭발성의 용매를 사용할 필요가 있어, 공업적 실시 의 견지로부터는 만족할 수 있는 방법이라고는 말할 수 없다. 또한 당해 방법에서는 기본 구조인 것과 동시에 유용성이 높은 1,3-시클로펜탄디온은 합성할 수 없다는 것이 알려져 있고 (비특허 문헌 4), 1,3-시클로펜탄디온류의 보편적 합성법은 될 수 없다. 제 2 의 방법은 4-옥소알카노에이트를 염기에 의해 고리화하는 방법이다. 당해 방법도 1,3-시클로펜탄디온류를 1단계에서 합성할 수 있는 방법이지만, 기본 구조인 것과 동시에 유용성이 높은 1,3-시클로펜탄디온의 수율은 낮고, 일반적인 염기에서는 전혀 생성하지 않고 (비특허 문헌 6), 특수한 염기 (칼륨트리페닐메톡사이드) 를 사용한 경우에만, 간신히 60% 의 수율로 1,3-시클로펜탄디온을 얻을 수 있다 (비특허 문헌 7). 또, 비교적 고리화가 용이한 것으로 전해지고 있는 장사슬의 4-옥소알카노에이트로서도, 수율은 35 ∼ 80% 정도로 낮고 (비특허 문헌 4), 공업적 실시에 견딜 수 있는 기술이라고는 말할 수 없다. 이상과 같이, 1,3-시클로펜탄디온류는 그 합성의 곤란함 때문에, 공업적 실시의 견지로부터 만족할 수 있는 제조 기술은 아직 보고되어 있지 않다.
한편, γ-케토에스테르는 유기 합성상 유용한 화합물로서, 본 발명의 치환 시클로펜타논 제조의 전구체로도 유용하다. 그러나, 동일 분자내에 케톤과 에스테르라는 반응성이 높은 2종의 관능기를 갖기 때문에, 짧은 공정에서 합성하는 것은 곤란한 화합물이다. 소수의 효율적 합성법의 일례로서, 푸르푸릴알코올을, 알코올 중, 염화 수소로 처리하면, 일거에 합성할 수 있다는 점이 이미 알려져 있다. 예를 들어, 비특허 문헌 8 에는 푸르푸릴알코올을 메탄올 또는 에탄올 중에서 반응시키는 예가 개시되어 있다. 그러나, 당해 기술에서는 γ-케토에스테르 는 29 내지 36% 라는 매우 낮은 수율로밖에 얻을 수 없다. 즉, 종래 기술에서는 γ-케토에스테르를 고효율로 합성하는 것은 아직 달성되어 있지 않다.
또, 하기 식 (15) 로 표시되는 치환 시클로펜테논은 본 발명의 치환 시클로펜타논을 제조하기 위한 전구체로서 유용한 화합물이다. 당해 화합물의 제조법으로서 비특허 문헌 5 가 알려져 있다.
[화학식 1]
Figure 112009080708680-pat00003
당해 제조 방법에서는 염화 알루미늄을 촉매로 하고, 숙신산과 산염화물을 니트로메탄을 용매로서 반응시키는 공정을 갖는다. 그러나 당해 공정에는 공업적 실시상 중대한 문제가 존재한다. 먼저, 수율이 50% 로 낮다. 또한, 원료인 숙신산에 대해, 발연성이나 부식성이기 때문에 취급하기 곤란한 염화 알루미늄과 산염화물을 각각 2.4배몰과 4배몰로 다량으로 필요로 한다. 이것은 투입시의 조작의 곤란성이나 반응기 재질의 부식 등, 제조상의 문제는 물론, 반응 후에 알루미늄계 및 염소계의 폐기물이 다량으로 배출된다는 환경 보전상의 문제도 있다. 게다가, 용매로서 사용하는 니트로메탄은 폭발성의 물질이며, 공업적 규모로 사용할 때에는 각별한 안전 대책을 필요로 한다는 문제도 있다. 이와 같이, 종래 기술에서는 상기 식 (15) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을 공업적 규모로 안전하게 또한 효율적으로 제조하는 방법은 없다.
하기 식 (17) 로 표시되는 트랜스 이중결합을 측사슬에 갖는 구조의 1,3-시클로펜탄디온류는 본 발명의 치환 시클로펜타논 제조의 중간체로서 유용한 화합물이다.
[화학식 2]
Figure 112009080708680-pat00004
종래 기술에 의해 당해 화합물을 합성하기 위해서는, 예를 들어, 이중결합이 트랜스 배치의 알릴기를 갖는 하기 식 (40)
[화학식 3]
Figure 112009080708680-pat00005
(식 중, R25 는 상기 의미를 나타내고, X 는 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 할로겐화물과 1,3-시클로펜탄디온을 염기 존재하에 반응시키는 방법을 들 수 있다. 그러나, 이 방법에서는 미리 상기 식 (40) 으로 표시되는 할로겐화물을 입체 선택적으로 합성할 필요가 있고, 그것에는 예를 들어, 하기 식 (41)
[화학식 4]
Figure 112009080708680-pat00006
(식 중, R25 는 상기 의미를 나타낸다.)
로 표시되는 화합물의 3중 결합을 액체 암모니아 중 나트륨으로 수소화한 후, 알코올을 할로겐으로 변환하는 번잡한 프로세스를 필요로 한다는 문제가 있었다. 즉, 종래 기술에서는 상기 식 (17) 로 표시되는 트랜스 이중결합을 측사슬에 갖는 구조의 1,3-시클로펜탄디온류를 간편하게 제조하는 것은 아직 달성되어 있지 않다.
상기 식 (18) 로 표시되는 화합물의 측사슬의 트랜스형 이중결합을 선택적으로 옥시란화 (에폭시화) 하고, 상기 식 (19) 로 표시되는 화합물을 합성할 수 있으면, 측사슬의 이중결합의 보호가 되는 것과 동시에, 옥시란 고리를 안티형으로 개열하여 디올로 변환하면, 시스 이중결합 도입의 계기도 되어, 자스민계 향료 등의 치환 시클로펜타논의 합성에 있어 매우 유용하다. 그러나, 그러한 기술은 아직 개시되어 있지 않다.
[화학식 5]
Figure 112009080708680-pat00007
[화학식 6]
Figure 112009080708680-pat00008
시스-자스몬이나 디히드로자스몬 등의 메틸시클로펜테논류는 자스민계 향료로서 중요한 위치를 차지하고, 제조 방법이 많이 보고되어 있는데, 이의 다수는 1,4-디케톤의 분자내 알돌 반응에 따른 것이다. 예를 들어, 특허 문헌 5, 6 이나 비특허 문헌 9 등 수 많은 예가 알려져 있다. 당해 방법에 따르면, 특정된 메틸시클로펜테논류를 제조하는 것은 가능하지만, 오로지 당해 특정된 메틸시클로펜테논류를 제조하는 것에 특화되어 있기 때문에, 그 이외의 유용 향료를 제조하는 것은 곤란하다. 향료 업계에 있어서는 다품종의 향료를 기동적으로 제조할 수 있는 것이 불가결하고, 당해 방법과 같이 단일 향료 소재에 특화된 제법은 매우 비효율적이다. 예를 들어, 당해 방법에서는 자스민계 향료 중에서 특히 유용하고 수요가 큰 자스몬산 에스테르류를 파생적으로 얻는 것은 사실상 불가능하고, 당해 에스테르를 제조하기 위해서는 전혀 다른 제조 방법을 채용하지 않으면 안된다. 따라서, 제조 설비나 원재료의 조달 등에 있어서 불합리나 불이익이 발생한다는 난점이 있었다. 즉, 종래 기술에서는 함께 자스민계 향료에 있어서 중요한 위치를 차지하는 자스몬산 에스테르와 메틸시클로펜테논류를, 동일 합성 루트로 파생적으로 제조하는 것은 아직 달성되어 있지 않다.
γ-락톤류의 제조 방법은 다수 보고되어 있지만, 그 대부분은 알코올과 아크릴산 유도체에서, 유기 과산화물 등에 의한 라디칼 부가로 제조하는 것이다. 예를 들어, 디-t-부틸퍼옥사이드와 할로겐화 아연의 존재하에 아크릴산 유도체와 알코올을 반응시키는 방법이 알려져 있다 (특허 문헌 7). 그러나, 당해 방법으로 제조된 γ-락톤류는 일반적으로 플라스틱형의 향미나 산미를 가지고 있고, 본래의 플루티 혹은 후로랄의 양호한 향기가 손상된다는 중대한 결점이 있었다. 그러한 결점을 개선하기 위한 정제 방법이 여러 가지 개시되어 있으나, 모두 완전한 것은 아니었다. 또, 디-t-부틸퍼옥사이드 등의 유기 과산화물은 폭발성을 갖는 위험한 물질로서, 그 취급에는 특별한 대책을 필요로 한다는 난점도 있었다. 그 때문에, 근본적으로 상이한 γ-락톤류의 제조 방법의 개발이 크게 요망되고 있었다.
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2002-69477호
[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 소54-90155호
[특허 문헌 3] 일본 특허공표공보 평10-513402호
[특허 문헌 4] 일본 공개특허공보 소62-87555호
[특허 문헌 5] 일본 특허공고공보 소45-24771호
[특허 문헌 6] 일본 공개특허공보 소49-75555호
[특허 문헌 7] 일본 공개특허공보 평4-54177호
[비특허 문헌 1] 인도 모토이치 저자 「합성 향료」화학 공업 일보사 출판, 2005년 3월 22일, 증보 개정판, p.677
[비특허 문헌 2] 인도 모토이치 저자 「합성 향료」화학 공업 일보사 출판, 2005년 3월 22일, 증보 개정판, p.676
[비특허 문헌 3] 일본 화학회편 「맛과 냄새의 분자 인식」학회 출판 센터 출판, 2000년 4월 10일, p168
[비특허 문헌 4] Synthesis, 479 (1989)
[비특허 문헌 5] Zhou Jingyao, Lin Guomei Sun Wei Sun Jing 「Youji Huaxue」1985년, No.6, p491
[비특허 문헌 6] Chem.Pharm.Bull.13, 1359 (1965)
[비특허 문헌 7] Collect.Czech.Chem.Commun.42, 998 (1977)
[비특허 문헌 8] Studia Universitatis Babes-Bolyai, Chemia, 19 (2), 26(1974).
[비특허 문헌 9] J. Org.Chem., 31, 977 (1966)
본 발명은 자스민계 향료나 그 중간체 등으로서 유용한 시스-2,3-디치환 시클로펜타논을, 고입체 선택적으로 또한 공업적으로 유리하게 제조하는 방법, 그리고, 당해 치환 시클로펜타논 제조를 위한 유용 중간체 및 당해 중간체를 공업적으로 유리한 방법으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 본 발명을 완성했다. 즉, 본 발명은 이하와 같다.
＜1＞ 식 (1)
[화학식 7]
Figure 112009080708680-pat00009
(식 중, R1, R2 는 탄소수 1 ∼ 8 의 치환기를 나타낸다. R1 과 R2 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물의 5원자 고리 내 이중결합을, 전이 금속 촉매 존재하, 카르복실산을 용매로서 수소 첨가하는 것을 특징으로 하는 식 (2)
[화학식 8]
Figure 112009080708680-pat00010
(식 중, R3, R4 는 탄소수 1 ∼ 8 의 치환기를 나타내고, R1, R2 와 동일해도 되고, R3 과 R4 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜2＞ 카르복실산이 락트산인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜3＞ 용매에 가용이고 또한 촉매 활성에 영향을 주는 제 3 성분을 첨가하지 않는 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 의 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜4＞ 수소 첨가 개시시의 반응 용액 중의 카르복실산의 농도가, 상기 식 (1) 로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해, 0.05 중량부 이상 1000 중량부인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜5＞ 전이 금속이, 팔라듐인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜6＞ 전이 금속 촉매가, 바라듐 탄소인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜7＞ 식 (1)
[화학식 9]
Figure 112009080708680-pat00011
(식 중, R1, R2 는 탄소수 1 ∼ 8 의 치환기를 나타낸다. R1 과 R2 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물의 5원자 고리 내 이중결합을, 전이 금속 촉매 존재하, 카르복실산 에스테르를 용매로서 수소 첨가할 때, 수소 첨가 개시시의 반응 용액 중의 그 카르복실산 에스테르 농도를, 상기 식 (1) 로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해 0.05 중량부 이상 1000 중량부로 하는 것을 특징으로 하는 식 (2)
[화학식 10]
Figure 112009080708680-pat00012
(식 중, R3, R4 는 탄소수 1 ∼ 8 의 치환기를 나타내고, R1, R2 와 동일해도 되고, R3 과 R4 는 동일해도 된다.) 로 표시되는 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜8＞ 용매에 가용이고 또한 촉매 활성에 영향을 주는 제 3 성분을 첨가하지 않는 것을 특징으로 하는 상기 7 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜9＞ 전이 금속이, 팔라듐인 것을 특징으로 하고, 상기 7 또는 8 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜10＞ 전이 금속 촉매가, 바라듐 탄소인 것을 특징으로 하고, 상기 7 또는 8 에 기재된 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
＜11＞ 하기 식 (3)
[화학식 11]
Figure 112009080708680-pat00013
(식 중, R5 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R6 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R5 와 R6 은 동일해도 된다.) 으로 표시되는 화합물에 염기를 첨가하고, 비프로톤성 극성 용매를 10wt% 이상 100wt% 이하 함유하는 용매 중에서 가열하여, 고리화시키는 것을 특징으로 하는 하기 식 (4)
[화학식 12]
Figure 112009080708680-pat00014
(식 중, R7 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R5 와 동일해도 된다.) 로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온류의 제조 방법.
＜12＞ 비프로톤성 극성 용매가 디메틸술폭사이드인 것을 특징으로 하는 상기 11 에 기재된 1,3-시클로펜탄디온류의 제조 방법.
＜13＞ 감압하에 용매를 증류 제거하면서 고리화시키는 것을 특징으로 하는 상기 11 또는 12 에 기재된 1,3-시클로펜탄디온류의 제조 방법.
＜14＞ 하기 식 (5)
[화학식 13]
Figure 112009080708680-pat00015
(식 중, R8 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타낸다.) 로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 하기 식 (6)
[화학식 14]
Figure 112009080708680-pat00016
(식 중, R9 는 탄소수 3 이상의 탄화수소기를 나타낸다.) 로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하는 것을 특징으로 하는 하기 식 (7)
[화학식 15]
Figure 112009080708680-pat00017
(식 중, R10 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R11 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R10 은 R8 과 동일해도 되고, R11 은 R9 와 동일해도 되고, R10 과 R11 은 동일해도 된다.) 로 표시되는 γ-케토에스테르의 제조 방법.
＜15＞ 하기의 6 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 치환 시클로펜테논의 제조법.
(제 1 공정) 하기 식 (8)
[화학식 16]
Figure 112009080708680-pat00018
(식 중, R12 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타낸다.) 로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 하기 식 (9)
[화학식 17]
Figure 112009080708680-pat00019
(식 중, R13 은 탄소수 1 이상의 탄화수소기를 나타낸다.) 로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하고, 하기 식 (10)
*[화학식 18]
Figure 112009080708680-pat00020
(식 중, R14 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R15 는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R14 는 R12 와 동일해도 되고, R15 는 R13 과 동일해도 되고, R14 와 R15 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조하는 공정.
(제 2 공정) 상기 식 (10) 으로 표시되는 γ-케토에스테르의 에스테르를 가수 분해하고, 하기 식 (11)
[화학식 19]
Figure 112009080708680-pat00021
(식 중, R16 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R14 와 동일해도 된다.)
로 표시되는 γ-케토카르복실산을 제조함과 함께, 부생물을 제거하는 공정.
(제 3 공정) 상기 식 (11) 로 표시되는 카르복실산을 에스테르화하고, 하기 식 (12)
[화학식 20]
Figure 112009080708680-pat00022
(식 중, R17 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R16 과 동일해도 되고, R18 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R15 와 동일해도 되고, R17 과 R18 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조하는 공정.
(제 4 공정) 상기 식 (12) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 고리화시키고, 하기 식 (13)
[화학식 21]
Figure 112009080708680-pat00023
(식 중, R19 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R17 과 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 ５ 공정) 상기 식 (13) 으로 표시되는 화합물을 에테르화하고, 하기 식 (14)
[화학식 22]
Figure 112009080708680-pat00024
(식 중, R20 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R19 와 동일해도 되고, R21 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R20 과 R21 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 6 공정) 상기 식 (14) 로 표시되는 화합물에 말론산 에스테르를 부가시키는 것과 함께 탈탄산시키고, 하기 식 (15)
[화학식 23]
Figure 112009080708680-pat00025
(식 중, R22 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R20 과 동일해도 되고, R23 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R22 와 R23 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 치환 시클로펜테논을 제조하는 공정.
＜16＞ 하기 식 (16)
[화학식 24]
Figure 112009080708680-pat00026
(식 중, R24 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 전위시키는 것을 특징으로 하는 하기 식 (17)
[화학식 25]
Figure 112009080708680-pat00027
(식 중, R25 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R24 와 동일해도 된다.)
로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온류의 제조 방법.
＜17＞ 하기 식 (18)
[화학식 26]
Figure 112009080708680-pat00028
(식 중, R26 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R25 와 동일해도 되고, R27 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R26 과 R27 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 치환 시클로펜테논의 측사슬의 이중결합을 선택적으로 산화하는 것을 특징으로 하는 하기 식 (19)
[화학식 27]
Figure 112009080708680-pat00029
(식 중, R28 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R26 과 동일해도 되고, R29 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R27 과 동일해도 되고, R28 과 R29 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 치환 시클로펜테논의 제조 방법.
＜18＞ 상기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 옥시란 고리를 가수 분해하는 것을 특징으로 하는 하기 식 (20)
[화학식 28]
Figure 112009080708680-pat00030
(식 중, R30 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R28 과 동일해도 되고, R31 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R29 와 동일해도 되고, R30 과 R31 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 디올의 제조 방법.
＜19＞ 하기의 9 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
(제 1 공정) 1,3-시클로펜탄디온을 에테르화하고, 하기 식 (21)
[화학식 29]
Figure 112009080708680-pat00031
(식 중, R32 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 2 공정) 상기 식 (21) 로 표시되는 화합물을 전위시키고, 하기 식 (22)
[화학식 30]
Figure 112009080708680-pat00032
(식 중, R33 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R32 와 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 3 공정) 상기 식 (22) 로 표시되는 화합물을 에테르화하고, 하기 식 (23)
[화학식 31]
Figure 112009080708680-pat00033
(식 중, R34 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R33 과 동일해도 되고, R35 는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R34 와 R35 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 4 공정) 상기 식 (23) 으로 표시되는 화합물에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시키고, 하기 식 (24)
[화학식 32]
Figure 112009080708680-pat00034
(식 중, R36 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R34 와 동일해도 되고, R37 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R36 과 R37 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 치환 시클로펜테논을 제조하는 공정.
(제 ５ 공정)
상기 식 (24) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 측사슬의 이중결합을 선택적으로 산화하고, 하기 식 (25)
[화학식 33]
Figure 112009080708680-pat00035
(식 중, R38 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R36 과 동일해도 되고, R39 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R37 과 동일해도 되고, R38 과 R39 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 6 공정)
상기 식 (25) 로 표시되는 화합물의 옥시란 고리를 가수 분해하고, 하기 식 (26)
[화학식 34]
Figure 112009080708680-pat00036
(식 중, R40 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R38 과 동일해도 되고, R41 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R39 와 동일해도 되고, R40 과 R41 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 디올을 제조하는 공정.
(제 7 공정) 상기 식 (26) 의 5원자 고리 내 이중결합에 수소 첨가하고, 하기 식 (27)
[화학식 35]
Figure 112009080708680-pat00037
(식 중, R42 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R40 과 동일해도 되고, R43 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R41 과 동일해도 되고, R42 와 R43 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 8 공정)
상기 식 (27) 로 표시되는 화합물의 디올을 디옥소란화하고, 하기 식 (28)
[화학식 36]
Figure 112009080708680-pat00038
(식 중, R44 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R42 와 동일해도 되고, R45 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R43 과 동일해도 되고, R44 와 R45 는 동일해도 된다. Z 는 탄소수 1 내지 6 의 알콕시기 혹은 아미노기를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 9 공정)
상기 식 (28) 로 표시되는 화합물을 카르복실산 무수물의 존재하에 분해하고, 하기 식 (29)
[화학식 37]
Figure 112009080708680-pat00039
(식 중, R46 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R44 와 동일해도 되고, R47 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R45 와 동일해도 되고, R46 과 R47 은 동일해도 된다.)
로 표시되는 치환 시클로펜타논을 제조하는 공정.
＜20＞ 상기 식 (17) 로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온류.
＜21＞ 상기 식 (18) 로 표시되는 치환 시클로펜테논.
＜22＞ 상기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논.
＜23＞ 상기 식 (20) 으로 표시되는 디올.
＜24＞ 상기 식 (23) 으로 표시되는 화합물.
＜25＞ 하기의 3 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 치환 시클로펜테논의 제조법.
(제 1 공정) 1,3-시클로펜탄디온과 하기 식 (30)
[화학식 38]
Figure 112009080708680-pat00040
(식 중, R48 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, X 는 이탈기를 나타내고, 점선은 결합이 있어도 되고 없어도 되는 것을 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 염기 존재하에 반응시키고, 하기 식 (31)
[화학식 39]
Figure 112009080708680-pat00041
(식 중, R49 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R48 과 동일해도 되고, 점선은 상기 의미를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 2 공정) 상기 식 (31) 로 표시되는 화합물을 에테르화하고, 하기 식 (32)
[화학식 40]
Figure 112009080708680-pat00042
(식 중, R50 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R49 와 동일해도 되고, R51 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R50 과 R51 은 동일해도 된다. 점선은 상기 의미를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
(제 3 공정) 상기 식 (32) 로 표시되는 화합물에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시키고, 하기 식 (33)
[화학식 41]
Figure 112009080708680-pat00043
(식 중, R52 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R50 과 동일해도 되고, R53 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R52 와 R53 은 동일해도 된다. 점선은 상기 의미를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
＜26＞ 하기 식 (34)
[화학식 42]
*
Figure 112009080708680-pat00044
(식 중, R54, R55 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R54 와 R55 는 동일해도 된다.)
로 표시되는 화합물을 탈탄산하는 것을 특징으로 하는 하기 식 (35)
[화학식 43]
Figure 112009080708680-pat00045
(식 중, R56 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R54 와 동일해도 된다.)
로 표시되는 메틸시클로펜테논류의 제조 방법.
＜27＞ 하기의 2 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 γ-락톤류의 제조 방법.
(제 1 공정) 하기 식 (36)
[화학식 44]
Figure 112009080708680-pat00046
(식 중, R57 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 12 의 치환기를 나타낸다.) 로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 하기 식 (37)
[화학식 45]
Figure 112009080708680-pat00047
(식 중, R58 은 탄소수 1 이상의 탄화수소기를 나타낸다.)
로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하고, 하기 식 (38)
[화학식 46]
Figure 112009080708680-pat00048
(식 중, R59 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 12 의 치환기를 나타내고, R57 과 동일해도 되고, R60 은 탄소수 1 내지 8 의 치환기를 나타내고, R58 과 동일해도 되고, R59 와 R60 은 동일해도 된다.) 으로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조하는 공정.
(제 2 공정) 상기 식 (38) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 환원하고, 하기 식 (39)
[화학식 47]
Figure 112009080708680-pat00049
(식 중, R61 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 12 의 치환기를 나타내고, R59 와 동일해도 된다.)
로 표시되는 γ-락톤류를 제조하는 공정.
본 발명에 의해, 자스민계 향료나 그 중간체 등으로서 유용한 시스-2,3-디치환 시클로펜타논을, 고입체 선택적으로 또한 공업적으로 유리하게 제조하는 방법을 제공하는 것이 가능해진다. 또, 당해 치환 시클로펜타논 제조를 위한 유용 중간체를 공업적으로 유리하게 제공하는 것이 가능해진다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명에 대해, 이하에 구체적으로 설명한다.
＜제 1 발명＞
본 발명의 제 1 은 상기 식 (1) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 5원자 고리 내 이중결합을, 전이 금속 촉매 존재하, 카르복실산 또는 특정 농도의 카르복실산 에스테르를 용매로서 수소 첨가하여 식 (2) 로 표시되는 치환 시클로펜타논을 제조 방법이다.
상기 식 (1) 로 표시되는 화합물의 수소 첨가에 있어서는 카르복실산 및/또는 카르복실산 에스테르를 용매로서 수소 첨가하는 것이 필수 요건이다. 이 요건을 만족함으로써, 원하는 시스-2-치환-3-알콕시카르보닐메틸시클로펜타논을 높은 선택률로 얻을 수 있다.
케톤류는 산성 조건하에서 에놀화하는 것이 알려져 있다 (예를 들어, 모리슨ㆍ보이드 「유기 화학」(중) 제 5 판, p.1139). 2,3-디치환 시클로펜타논에 관해서도, 산성 조건하에 있어서 에놀화가 진행되는 것으로 예상되고, 간혹 시스체가 생성되어도, 카르보닐기에 인접하는 탄소상의 입체 배치가 반전되고, 열역학적으로 안정된 시스체로 이성화되어 버리는 것으로 예상되었다 (도 1). 그런데, 본 발명자들의 실험 결과, 카르복실산을 용매로 한 수소 첨가가, 메탄올 등의 중성 물질을 용매로 한 경우보다 시스체의 선택률이 높다는 놀랄 만한 사실이 판명되었다. 이 사실은 유기 화학의 상식에 반한 것으로 당업자가 용이하게 예측할 수 있는 것은 아니다.
상기 식 (1) 에 있어서, R1, R2 는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R1, R2 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R1 과 R2 는 동일해도 된다.
상기 식 (2) 에 있어서, R3, R4 는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R3, R4 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R3, R4 는 각각 R1, R2 와 동일해도 된다. R3 과 R4 는 동일해도 된다.
상기 카르복실산에는 범용의 것을 사용하면 된다. 예를 들어, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 말론산 등의 상온에서 액체의 카르복실산 외에, 숙신산, 시트르산, 말산, 락트산, 글루콘산 등, 상온에서 고체의 카르복실산에 물 등의 액체를 혼합하여 액체로 한 것 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 식 (2) 화합물의 수율이 높고, 시스체를 보다 많이 제조할 수 있다는 점에서, 락트산이 바람직하다.
상기 카르복실산 에스테르에는 범용의 것을 사용하면 된다. 예를 들어, 상기 카르복실산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 식 (2) 화합물의 수율이 높고, 시스체를 보다 많이 제조할 수 있다는 점에서, 아세트산 에스테르가 바람직하다. 또, 카르복실산 과 카르복실산 에스테르를 비교하면, 카르복실산의 것이 식 (2) 화합물의 수율이 높아진다는 점에서 바람직하다.
상기 식 (1) 화합물의 수소 첨가의 용매에는 카르복실산 및/또는 카르복실산 에스테르만을 사용해도 되고, 그들과 그 외의 용매 (알코올류, 에테르류, 탄화수소류 등) 의 혼합 용매를 사용해도 된다.
*상기 식 (1) 화합물의 수소 첨가의 용매로서 사용하는 카르복실산 및/또는 카르복실산 에스테르의 사용량은 수소 첨가 개시시의 반응 용액에 있어서, 상기 식 (1) 로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해, 0.05 중량부 이상 1000 중량부 미만으로 하면, 반응 속도와 시스체 비를 유지할 수 있다는 점에서 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1 중량부 이상 500 중량부 미만, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 200 중량부 미만이다.
상기 전이 금속 촉매로는 범용의 것을 사용할 수 있다. 불균일계 촉매의 예로는 팔라듐, 로듐, 루테늄, 라니, 백금, 니켈 등이 있고, 그 중에는 탄소 담지계 촉매로서, Pd-탄소, Rh-탄소, Ru-탄소, 무기물 담지계 촉매로서 Pd-Al2O3, Rh-Al2O3, Ru-Al2O3, 산화물계 촉매로는 PtO2, 금속계 촉매로서 Pt, 합금계 촉매로서 라니 Ni, 단백질 담지계 촉매로는 비단-Pd 등을 들 수 있다. 또, 균일계 촉매의 예로는 Wilkinson 착물 (RhCl(PPh3)3) 등을 들 수 있다. 반응 후의 분리의 용이함에 있어서 불균일계 촉매가 바람직하고, 그 중 팔라듐이 효과적이다. 그 중에 서도 탄소 담지계 촉매가 바람직하고, 가장 바람직하게는 Pd-탄소이다. 또한, 탄소 담지계 촉매의 탄소에는 활성탄도 포함된다. 촉매의 사용량은 예를 들어, 식 (1) 화합물 1 중량부에 대해, 0.01 ∼ 100 중량부가 바람직하다. 불균일계 촉매의 탄소 담지계 촉매나 무기물 담지계 촉매에 있어서, 전이 금속의 담지량에 제한은 없지만, 바람직하게는 0.1 ∼ 50wt% 이며, 가장 바람직하게는 1 ∼ 20wt% 이다.
상기 수소 첨가는 상압하에서 반응 용기에 수소 도입함으로써 용이하게 진행하지만, 반응 속도가 더욱 향상되는 것 등을 목적으로 하여, 예를 들어 1 ∼ 10kg/㎠ 정도의 가압하에서 실시하는 것도 가능하다.
상기 수소 첨가시의 반응 온도에 제한은 없지만, 실용적 관점에서, -30℃ ∼ 100℃ 가 바람직하고, 보다 바람직하게는 -10 ∼ 50℃ 이다.
상기 수소 첨가를 실시할 때에, 기질인 식 (1) 화합물 이외의 필수 성분은 실질적으로 촉매와 용매 및 수소뿐이고, 촉매 활성에 영향을 주는, 즉, 식 (2) 체의 수율을 올리거나 식 (2) 화합물 중의 시스체 비를 높이기 위해서 통상 필요하게 되는 제 3 성분은 불필요하다. 특히, 용매에 가용인 제 3 성분을 첨가할 필요가 없다. 이러한 제 3 성분에는 알루미늄알코올레이트나 인산염, 아세트산염, 니 좌 디 포스핀 배위자 등의 보조촉매 등을 들 수 있다. 따라서, 반응 종료 후에는 촉매를 여과 분별하는 것만으로, 식 (2) 와 촉매를 간단하게 분리할 수 있고, 촉매도 그대로 재사용이 가능하다. 이것은 공업적으로 식 (2) 화합물을 제조하는 경우에는 매우 큰 장점이고, 종래 기술에 대한 큰 진보이다. 다른 목적으로 이러한 제 3 성분을 추가하는 경우에는 0.01 내지 0.5배몰이라는 매우 소량이면, 반응계에 영향을 주지 않고 첨가할 수 있다. 또한 상기 제 3 성분에는 식 (2) 화합물과 여과 분별이 용이한 물질이나, 용매 및 식 (1) 화합물, 식 (2) 화합물의 이성체 비나 수율에 실질적으로 영향을 주지 않는 물질은 함유되지 않는다. 이러한 물질은 목적에 따라 예를 들어 촉매에 대해 0.01 내지 2배몰의 범위에서 첨가할 수 있다.
수소 첨가 반응 종료 후에는 촉매를 여과 분별하고, 공지된 방법으로 정제 하여, 목적하는 식 (2) 를 얻을 수 있다.
＜제 2 발명＞
본 발명의 제 2 는 상기 식 (3) 화합물과 염기를, 비프로톤성 극성 용매 중에서 가열함으로써 고리화시켜 1,3-시클로펜탄디온류를 제조하는 방법이다. 상기 제조 방법에 있어서는 비프로톤성 극성 용매를 10wt% 이상 100wt% 이하 함유하는 용매 중에서 식 (3) 화합물과 염기성 물질을 반응시키는 것이 필수 요건이다. 이 요건을 만족함으로써, 1,3-시클로펜탄디온류를 고수율로 얻을 수 있다.
본 발명에서 얻어지는 식 (4) 로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온류는 상기 식 (2) 화합물을 제조할 때의 전구체로도 사용할 수 있는 것이다. 본 발명의 요건을 만족함으로써, 1,3-시클로펜탄디온류를 고수율로 얻을 수 있다.
상기 식 (3) 에 있어서, R5 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R5 의 구체예로 는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다.
상기 식 (3) 에 있어서, R6 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R6 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다. R5 와 R6 은 동일해도 된다.
상기 식 (4) 에 있어서, R7 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R7 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다. R7 은 R5 와 동일해도 된다.
비프로톤성 극성 용매의 함유량은 더욱 바람직하게는 20wt% 이상 100wt% 이하이며, 가장 바람직하게는 50wt% 이상 100wt% 이하이다.
상기 비프로톤성 극성 용매란, 디메틸술폭사이드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC), 헥사메틸포스포로트리아미드(HMPT), N-메틸피롤리돈(NMP) 등이고, 이들을 단독으로, 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 이들의 비프로톤성 극성 용매 중 가장 바람직한 것은 염기의 용해도가 높고 또한 염기에 의해 변질되기 어려운 디메틸술폭사이드(DMSO) 이다.
상기 제조에 사용되는 용매에는 비프로톤성 극성 용매 이외의 성분을 포함해도 상관없다. 예를 들어, 탄화수소계 용매로는 톨루엔, 자일렌, 알코올계 용매로는 메탄올, 에탄올 등을 들 수 있다. 당해 용매 중의 비프로톤성 극성 용매 이외의 성분의 함유량의 범위는 0wt% 이상 90wt% 미만이며, 더욱 바람직하게는 0wt% 이상 80% 미만이며, 가장 바람직하게는 0wt% 이상 50wt% 미만이다.
상기 식 (3) 으로 표시되는 화합물의 반응 용액 중의 농도는 예를 들어, 0.01 내지 10mol/L 의 범위이면 되지만, 0.01 내지 5mol/L 의 비교적 희박한 계로 반응시키면, 보다 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다. 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1mol/L 이다.
상기 제조 방법으로 사용하는 염기에는 범용의 것을 사용하면 된다. 예를 들어, 금속 알콕사이드로는 나트륨메톡사이드, 나트륨에톡사이드, 칼륨메톡사이드, 칼륨에톡사이드, 칼륨 t-부톡사이드, 금속 아미드로는 리튬디이소프로필아미드, 리튬헥사메틸디실라잔 등을 들 수 있는데, 바람직하게는 금속 알콕사이드이고, 가장 바람직하게는 나트륨메톡사이드이다. 이 염기는 식 (3) 화합물에 대해서 1.0몰 이상 10몰 이하 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5몰 이상 10몰 이하이다.
또한, 가열 온도에 제한은 없지만, 실용적인 반응 속도가 얻어지는 것 및 디메틸술폭사이드의 열안정성을 고려하면, 바람직하게는 50 내지 150℃ 이며, 가장 바람직하게는 60 내지 120℃ 이다.
본 발명의 1,3-시클로펜탄디온의 제조 방법은 이하의 2개의 요건을 만족함으로써, 보다 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다.
1.비프로톤성 극성 용매와 염기성 물질의 혼합물에 대해, 상기 식 (3) 으로 표시되는 화합물을 적하한다. 이 때, 상기 식 (3) 으로 표시되는 화합물을 상기 서술한 용매나 그 외의 용매로 미리 희석한 것을 적하해도 된다. 희석하는 농도는 예를 들어 0.01mol/L ∼ 10mol/L 이다. 또 적하 시간에 제한은 없지만, 바람직하게는 10분 내지 5시간이며, 가장 바람직하게는 30분 내지 3시간이다.
2.감압하에 용매를 증류 제거하면서 고리화시킨다. 감압도는 발포가 문제가 되지 않는 범위에서 적절하게 설정하면 되는데, 300mmHg 이하 0.1mmHg 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200mmHg 이하 0.1mmHg 이상이다. 또, 감압했을 때에 발포가 격렬할 때에는 소포제를 적절하게 첨가해도 된다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (3) 화합물을 얻을 수 있다.
＜제 3 발명＞
본 발명의 제 3 은 상기 식 (5) 로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 상기 식 (6) 으로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열시키는 것을 특징으로 하는 상기 식 (7) 의 γ-케토에스테르의 제조 방법이다. 구체적으로는 식 (5) 의 푸르푸릴알코올과 식 (6) 의 알코올 및 염화 수소를 포함한 반응액을 가열함으로써 제조할 수 있다. 식 (7) 의 화합물은 상기 식 (2) 로 표시되는 치환 시클로펜타논이나 상기 식 (4) 로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온을 제조할 때의 전구체이어도 유용하다. 본 발명의 요건을 만족함으로써, 1,3-펜탄디온류를 고수율로 얻을 수 있다.
또한, 상기 식 (5) 에 있어서, R8 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R8 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다.
상기 식 (6) 에 있어서, R9 는 탄소수 3 이상의 탄화수소기를 나타낸다. R9 의 구체예로는 알킬기로는 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐 기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 반응 후처리에 있어서의 증류 제거의 용이성, 안전성이나 가격 등을 고려하면, 알킬기가 바람직하고, 그 중에서도 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 n-부틸기, 이소부틸기이다.
상기 식 (7) 에 있어서, R10 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R10 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다. R10 은 R8 과 동일해도 된다.
상기 식 (7) 에 있어서, R11 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R11 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 메틸기가 가장 바람직하다. R11 은 R9 와 동일해도 되고, R10 과 R11 은 동일해도 된다.
상기 식 (6) 으로 표시되는 알코올은 상기 식 (5) 로 표시되는 푸르푸릴알코 올에 대해서 등몰 이상 100배몰 이하 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5배몰 이상 80배몰 이하이다.
상기 제조 방법으로 사용하는 반응액에는 식 (6) 의 알코올 이외에, 메탄올, 에탄올, 에테르, 테트라히드로푸란, 톨루엔, 자일렌이라는 그 외의 성분이 존재하고 있어도 상관없지만, 그 비율은 반응액의 0.01wt% ∼ 50wt% 정도가 된다.
염화 수소를 반응액 중에 공급하는 방법에는 염화 수소 가스를 불어 넣는 방법, 염산 (염화 수소의 수용액) 을 첨가하는 방법, 염화 아세틸 등의 염화 아실 화합물을 첨가하고, 상기 식 (6) 의 알코올 등과 반응시켜, 반응계 중에서 염화 수소를 발생시키는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 염화 수소 가스를 불어 넣는 방법을 취했을 경우에 의해 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다.
염화 수소는 상기 식 (5) 의 푸르푸릴알코올 1.0몰에 대해, 0.01몰 내지 5몰 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.01몰 내지 2몰이다.
상기 가열 온도는 실용적인 반응 속도가 얻어지는 것을 고려하면, 30 내지 150℃ 이다. 더욱 바람직하게는 40 내지 120℃ 이며, 가장 바람직하게는 50 내지 100℃ 이다.
또한, 상기 식 (5) 의 푸르푸릴알코올을 상기 식 (6) 의 알코올과 염화 수소의 혼합물에 첨가할 때, 적하함으로써 첨가하면, 높은 수율로 γ-케토에스테르가 얻어지는 경우가 많다. 그 경우, 상기 식 (5) 의 화합물을 미리 상기 식 (6) 의 알코올이나 그 외의 용매 등으로 희석한 것을 적하해도 된다. 희석하는 농도는 예를 들어 0.01mol/L ∼ 10mol/L 이다. 적하 시간에 제한은 없지만, 바람직하게 는 10분 내지 5시간이며, 가장 바람직하게는 30분 내지 3시간이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (7) 의 γ-케토에스테르를 얻을 수 있다.
＜제 4 발명＞
본 발명의 제 4 는 다음의 6 공정으로 이루어지는 치환 시클로펜테논의 제조법이다.
［1］제 1 공정 ： 상기 식 (8) 로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 하기 식 (9) 로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하고, 하기 식 (10) 으로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조하는 공정.
［2］제 2 공정 ： 상기 식 (10) 으로 표시되는 γ-케토에스테르의 에스테르를 가수 분해하고, 하기 식 (11) 로 표시되는 γ-케토카르복실산을 제조함과 함께, 부생물을 제거하는 공정.
［3］제 3 공정 ： 상기 식 (11) 로 표시되는 카르복실산을 에스테르화하고, 하기 식 (12) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조하는 공정.
［4］제 4 공정 ： 상기 식 (12) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 고리화시키고, 하기 식 (13) 으로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온을 제조하는 공정.
［5］제 ５ 공정 ： 상기 식 (13) 으로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온을 에테르화하고, 하기 식 (14) 로 표시되는 에논을 제조하는 공정.
［6］제 6 공정 ： 상기 식 (14) 로 표시되는 에논에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시키고, 하기 식 (15) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을 얻는 공정.
이들의 요건을 만족함으로써, 상기 식 (15) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을, 범용의 장치를 사용하고 짧은 공정에서 또한 유해한 폐기물도 배출하지 않고 공업적으로 제조할 수 있다. 식 (15) 로 표시되는 치환 시클로펜테논은 상기 식 (2) 로 표시되는 치환 시클로펜타논을 제조할 때의 전구체로도 유용하다.
이하 각 공정에 대해 설명한다.
［제 1 공정］
먼저, 상기 식 (8) 로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 하기 식 (9) 로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하고, 하기 식 (10) 으로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조한다. 구체적으로는 염화 수소 및 상기 식 (9) 로 표시되는 알코올의 존재하, 상기 식 (8) 로 표시되는 화합물을 가열함으로써 달성할 수 있다. 이 공정은 상기 서술한 제 3 발명과 동일한 방법에 따라 실시하면 된다.
상기 식 (8) 에 있어서, R12 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 헤테로 원자를 함유해도 된다. R12 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2- 펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다.
상기 식 (9) 에 있어서, R13 은 탄소수 1 이상의 탄화수소기를 나타낸다. R13 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 반응 후처리에 있어서의 증류 제거의 용이성, 안전성이나 가격 등을 고려하면, 알킬기가 바람직하고, 그 중에서도 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 n-부틸기, 이소부틸기이다.
상기 식 (10) 에 있어서, R14 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 헤테로 원자를 함유해도 된다. R12 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R14 는 R12 와 동일해도 된다.
상기 식 (10) 에 있어서, R15 는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R15 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 그 중에서도 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 n-부틸기, 이소부틸기이다. R15 는 R13 과 동일해도 되고, R14 와 R15 는 동일해도 된다.
상기 식 (8) 로 표시되는 화합물은 공지된 방법으로 합성할 수 있다. 예를 들어, 푸란의 2-위치의 수소를 알킬리튬 등의 강염기로 제거하여 생성하는 음이온을, 하기 식 (40)
R12-CHO (40)
(식 중, R12 는 상기 의미를 나타낸다.) 로 표시되는 알데히드에 부가하는 방법이나, 푸르푸랄에 대해 하기 식 (41)
R12MgX (41)
(식 중, R12 는 상기 의미를 나타내고, X 는 Cl 혹은 Br 를 나타낸다.)
로 표시되는 유기 마그네슘 화합물 혹은 하기 식 (42)
R12Li (42)
*(식 중, R1 은 상기 의미를 나타낸다.) 로 표시되는 유기 리튬 화합물 등을 부가시키는 방법 등, 다양한 방법을 들 수 있는데, 간편함에 있어서는 유기 마그네슘 화합물을 사용하는 방법이 바람직하다.
상기 식 (9) 로 표시되는 알코올의 존재량은 상기 식 (8) 로 표시되는 푸르푸릴알코올에 대해서 등몰 이상 100배몰 이하 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5배몰 이상 80배몰 이하이다.
염화 수소를 반응액 중에 공급하는 방법은 상기 제 3 발명과 동일하게, 염화 수소 가스를 불어 넣는 방법, 염산 (염화 수소의 수용액) 을 첨가하는 방법, 염화 아세틸 등의 염화 아실 화합물을 첨가하고, 상기 식 (9) 의 알코올 등과 반응시켜, 반응계 중에서 염화 수소를 발생시키는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 염화 수소 가스를 불어 넣는 방법을 취했을 경우에 의해 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다.
염화 수소는 상기 식 (8) 의 푸르푸릴알코올 1.0몰에 대해, 0.01몰 내지 5몰 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.01몰 내지 2몰이다.
반응 온도는 실용적인 반응 속도가 얻어지는 것을 고려하면, 30 내지 150℃ 가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 40 내지 120℃ 이며, 가장 바람직하게는 50 내지 100℃ 이다.
또한, 상기 식 (8) 의 푸르푸릴알코올을 상기 식 (9) 의 알코올과 염화 수소의 혼합물에 첨가할 때, 적하함으로써 첨가하면, 높은 수율로 γ-케토에스테르가 얻어지는 경우가 많다. 그 경우, 상기 식 (8) 의 화합물을 미리 상기 식 (9) 의 알코올이나 그 외의 용매 등으로 희석한 것을 적하해도 된다. 희석하는 농도는 예를 들어 0.01mol/L ∼ 10mol/L 이다. 적하 시간에 제한은 없지만, 바람직하게는 10분 내지 5시간이며, 가장 바람직하게는 30분 내지 3시간이다.
［제 2 공정］
다음으로, 상기 식 (10) 으로 표시되는 γ-케토에스테르를 가수 분해하고, 상기 식 (11) 로 표시되는 γ-케토카르복실산을 제조함과 함께 부생물을 제거한다. 본 공정에 의해, 제 1 공정의 개열 반응에서 발생한 부생물을 간편 또한 효율적으로 제거할 수 있고, 증류 등의 통상의 정제 수단에 비해, 조작성과 제품 수율의 양면에 있어서 현격히 우수하다.
상기 식 (11) 에 있어서, R16 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 헤테로 원자를 함유해도 된다. R12 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2- 펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R16 은 R14 와 동일해도 된다.
본 공정는 이하의 3 단계로 이루어진다. 어느 단계도 혼합 혹은 상분리라는 간단한 조작만으로 이루어지고, 모든 단계를 동일한 용기내에서 실시할 수 있다.
1.상기 식 (10) 으로 표시되는 γ-케토에스테르를 당해 케토에스테르에 대해 1 내지 10배몰, 바람직하게는 1 내지 5배몰의 알칼리 금속 수산화물을 함유하는 수용액으로 가수 분해하고, 대응하는 γ-케토카르복실산의 알칼리 금속염으로 하는 단계.
2.당해 가수 분해물을 비수용성 유기 용매와 혼합하여, 유기 용매상에 부생물을 추출한 후, 상분리에 의해 당해 유기 용매층을 제거하는 단계.
3.γ-케토카르복실산의 알칼리 금속염을 산으로 중화하여, 식 (11) 의 γ-케토카르복실산으로 하는 단계.
상기 1.에서 사용하는 알칼리 금속 수산화물에는 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등 범용의 것을 사용할 수 있다. 가수 분해 조건도 공지된 방법을 채용하면 되고, 예를 들어, 알칼리 금속 수산화물의 수용액과 10 ∼ 40℃ 에서 혼합하는 것만으로 된다. 상기 1.의 알칼리 금속 수산화물의 수용액에는 반응물의 상용성을 향상시키는 것 등을 목적으로 하여, 메탄올이나 에탄올 등의 수용성 용매를 함유시켜도 된다. 이 경우, 당해 알칼리 금속 수산화물의 수용액에 있어서의 알칼리 금속 수산화물의 농도는 0.1 ∼ 40wt% 로 하면 된다. 당해 알칼리 금속의 수산화물의 수용액에 있어서의 수용성 용매의 함유량은 10 ∼ 95wt% 로 하면 된다.
상기 2.에서 사용하는 비수용성 유기 용매로는 예를 들어, 탄화수소계 용매인 펜탄, 헥산, 톨루엔, 자일렌；에테르계 용매인 디에틸에테르 등을 들 수 있다. 상기 비수용성 유기 용매는 예를 들어, γ-케토카르복실산의 알칼리 금속염 1 중량부에 대해 1 ∼ 10 중량부 첨가하면 된다.
상기 3.에서 사용하는 산에는 염산이나 황산 등 범용의 것을 사용할 수 있다.
［제 3 공정］
다음으로, 상기 식 (11) 로 표시되는 γ-케토카르복실산을 공지된 방법을 사용하여 에스테르화하고 상기 식 (12) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 제조한다.
상기 식 (12) 에 있어서, R17 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 헤테로 원자를 함유해도 된다. R17 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2- 펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R17 은 R16 과 동일해도 된다.
상기 식 (12) 에 있어서, R18 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R18 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 그 중에서도 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 n-부틸기, 이소부틸기이다. R18 은 R15 와 동일해도 되고, R17 과 R18 은 동일해도 된다.
상기 에스테르화의 방법으로는 예를 들어, 1) 당해 카르복실산과 당해 카르복실산에 대해 0.01 내지 10배몰의 산촉매 및 당해 카르복실산에 대해 1 내지 100배몰의 알코올과의 혼합물을 50 내지 120℃ 로 가열시키는 방법, 2) 당해 카르복실산과 당해 카르복실산에 대해 1 내지 10배몰의 알코올을, 당해 카르복실산에 대해 0.01 내지 10배몰의 산촉매 존재하에 벤젠이나 톨루엔 중에서 가열하여, 부생하는 물을 공비적으로 제거하는 방법 등을 들 수 있다.
여기서 사용하는 산촉매로는 염화 수소, 황산, 인산 등의 광산； p-톨루엔술폰산 등의 유기산, 4염화 티탄 등의 금속계 촉매 등을 들 수 있는데, 수율과 가격 의 관점에서, 염화 수소 혹은 황산이 바람직하다.
［제 4 공정］
다음으로, 상기 식 (12) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 고리화시키고, 하기 식 (13) 으로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온을 제조한다. 구체적으로는 염기의 존재하, 상기 식 (12) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 가열함으로써 달성할 수 있다.
상기 식 (13) 에 있어서, R19 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R19 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다. R19 는 R17 과 동일해도 된다.
상기 염기에는 예를 들어, 나트륨메톡사이드, 나트륨에톡사이드, 칼륨메톡사이드, 칼륨에톡사이드, 칼륨 t-부톡사이드 등의 금속 알콕사이드； 리튬디이소프로필아미드, 리튬헥사메틸디실라잔 등의 금속 아미드 등을 들 수 있는데, 바람직하게는 금속 알콕사이드이고, 가장 바람직하게는 나트륨메톡사이드이다. 염기의 사용량에 특별히 제한은 없지만, 식 (12) 의 케토에스테르에 대해, 등몰 이상 10배몰 이하 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5배몰 이상 10배몰 이하 이다.
상기 용매로는 예를 들어, 탄화수소계 용매로는 톨루엔, 자일렌；알코올계 용매로는 메탄올, 에탄올；비프로톤성 극성 용매로는 디메틸술폭사이드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAC), 헥사메틸포스포로트리아미드(HMPT), N-메틸피롤리돈(NMP) 등을 예시할 수 있다. 그 중에서도 비프로톤성 극성 용매가 바람직하고, 보다 바람직하게는 디메틸술폭사이드(DMSO) 이다. 이들의 용매는 단독으로, 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 양은 당해 케토에스테르 1 중량부에 대해, 0.1 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 500 중량부 미만이다.
당해 용매 중의 비프로톤성 극성 용매 이외의 성분의 함유량의 범위는 0wt% 이상 90wt% 미만이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0wt% 이상 80% 미만이며, 가장 바람직하게는 0wt% 이상 50wt% 미만이다.
상기 식 (12) 로 표시되는 화합물의 반응 용액 중의 농도는 예를 들어, 0.01 내지 10mol/L 의 범위이면 되는데, 0.01 내지 5mol/L 의 비교적 희박한 계로 반응시키면, 보다 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다. 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1mol/L 이다.
반응 온도는 실용적인 반응 속도가 얻어지는 것을 고려하면, 50 내지 150℃ 가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 60 내지 120℃ 이다.
이 제 4 공정은 이하의 2개의 요건을 만족함으로써, 보다 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다.
1. 용매와 염기의 혼합물에 대해, 상기 식 (12) 로 표시되는 화합물을 적하 한다. 이 때, 상기 식 (12) 로 표시되는 화합물을 상기 서술한 용매나 그 외의 용매로 미리 희석한 것을 적하해도 된다. 희석하는 농도는 예를 들어 0.01mol/l ∼ 10mol/l 이다. 또 적하 시간에 제한은 없지만, 바람직하게는 10분 내지 5시간이며, 가장 바람직하게는 30분 내지 3시간이다.
2. 감압하에 용매를 증류 제거하면서 고리화시킨다. 이 때, 감압도에 특별히 제한은 없고, 발포가 문제가 되지 않는 범위에서 적절하게 설정하면 되는데, 300mmHg 이하 0.1mmHg 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200mmHg 이하 0.1mmHg 이상이다. 또, 발포가 격렬할 때에는 소포제를 적절하게 첨가해도 된다.
［제 ５ 공정］
이어서, 상기 식 (13) 으로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온을 에테르화하고, 하기 식 (14) 로 표시되는 에논을 제조한다.
상기 식 (14) 에 있어서, R20 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R20 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다. R20 은 R19 와 동일해도 된다.
상기 식 (14) 에 있어서, R21 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R21 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R20 과 R21 은 동일해도 된다.
상기 식 (13) 으로 표시되는 화합물의 에테르화의 방법에 제한은 없지만, 안전성이나 간편성 면에서는 산촉매 존재하에, 식 (13) 화합물에 대응하는 치환기를 갖는 알코올을 첨가하여 가열시키는 방법이 바람직하다. 산촉매에는 광산으로서 염화 수소, 황산, 인산；유기산으로서 p-톨루엔술폰산；금속계 촉매로는 4염화 티탄 등을 들 수 있는데, 수율과 가격의 관점에서, 염화 수소 혹은 황산이 바람직하다. 산촉매의 양은 식 (13) 화합물에 대해 0.01 내지 10배몰이 바람직하다.
대응하는 치환기를 갖는 알코올 (R21-OH) 의 양은 식 (13) 화합물에 대해 1 내지 100배몰이 바람직하다.
반응 온도는 공업적 실시의 용이성의 관점에서, 50℃ 내지 120℃ 의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 60℃ 내지 90℃ 이다.
［제 6 공정］
또한, 상기 식 (14) 로 표시되는 에논에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시키고, 하기 식 (15) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을 얻는다.
상기 식 (15) 에 있어서, R22 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R22 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기 등이 바람직하다. R22 는 R20 과 동일해도 된다.
상기 식 (15) 에 있어서, R23 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R23 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R23 은 R21 과 동일해도 되고, R22 와 R23 은 동일해도 된다.
이 공정은 상기 식 (14) 의 에논에 대한 말론산 에스테르의 공액 부가 반응 을 발단으로 하고, 그것에 이어서 알콕시기의 이탈과 탈탄산이 발생하는 반응이다. 이 반응 조작은 공지된 방법에 준하면 된다. 예를 들어, 알칼리 금속의 알콕사이드를 말론산 에스테르에 미리 작용시켜, 말론산 에스테르의 활성 수소를 제거하여 음이온을 생성시키고, 그것에 상기 식 (14) 의 화합물을 첨가하여 가열시키는 방법이 간편하다.
말론산 에스테르의 양은 상기 식 (14) 의 에논에 대해, 1 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 5배몰이다. 알칼리 금속 알콕사이드의 양은 말론산 에스테르에 대해, 1 내지 5배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 2배몰이다.
알칼리 금속의 알콕사이드의 예로는 나트륨메톡사이드, 나트륨에톡사이드, 칼륨메톡사이드, 칼륨에톡사이드, 칼륨 t-부톡사이드 등을 들 수 있고, 바람직하게는 나트륨메톡사이드이다.
반응 온도는 공업적으로 실시할 때 용이하다는 점에서, 50℃ 내지 100℃ 의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 60℃ 내지 90℃ 이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (15) 화합물을 얻을 수 있다.
＜제 5 발명＞
본 발명의 제 5 는 하기 식 (16) 으로 표시되는 화합물을 전위시킴으로써, 하기 식 (17) 로 표시되는 1,3-시클로펜탄디온류를 제조하는 방법이다. 이 요건을 만족함으로써, 측사슬 이중결합의 위치 및 입체 배치를 제어하면서 또한 간편하 게 상기 식 (17) 화합물을 제조할 수 있다. 식 (17) 의 1,3-시클로펜탄디온류는 측사슬에 트랜스형 이중결합을 갖는 것을 하나의 특징으로 하고 있고, 자스민계 향료 등이 유용한 상기 식 (2) 의 치환 시클로펜타논 합성에 있어서의 중간체 등으로서 매우 유용한 화합물이며, 본 발명이 처음으로 제공을 가능하게 하는 것이다. 식 (17) 화합물은 그 외 프로스타글란딘이나 스테로이드의 합성을 위한 전구체로서 사용할 수도 있다.
상기 식 (16) 에 있어서, R24 는 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R24 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다.
상기 식 (17) 에 있어서, R25 는 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R25 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐 기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R25 는 R24 와 동일해도 된다.
상기 식 (16) 으로 표시되는 화합물을 전위시키는 방법에 제한은 없지만, 예를 들어, 간단하게 상기 식 (16) 화합물을 가열하는 것만으로 달성할 수 있다. 가열은 용매 중 혹은 무용매로, 50 내지 250℃ 로 가열하면 된다. 바람직하게는 80 내지 200℃ 이며, 가장 바람직하게는 120 내지 160℃ 이다. 용매의 구체예로는 탄화수소계 용매로서 톨루엔, 자일렌, 아민계 용매로는 콜리딘 등을 들 수 있는데, 자일렌이 바람직하다. 용매의 사용량은 상기 식 (16) 으로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해 0.1 내지 500 중량부가 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 200 중량부이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (17) 화합물을 얻을 수 있다.
*＜제 6 발명＞
본 발명의 제 6 은 하기 식 (18) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 측사슬의 이중결합을 선택적으로 산화하고, 하기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을 제조하는 방법이다. 이 요건을 만족함으로써, 측사슬 이중결합의 입체 배치를 유지하면서, 또한 간편하게 상기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을 제조하는 것이 가능해진다.
식 (18) 의 치환 시클로펜테논은 측사슬에 트랜스형 이중결합을 갖는 것을 하나의 특징으로 하고 있고, 또, 상기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논은 측사슬에 옥시란 고리를 갖는 것을 하나의 특징으로 하고 있다. 모두, 자스민계 향료 등에 유용한 치환 시클로펜타논을 합성할 때의 중간체 등으로서 매우 유용한 화합물이다. 이들은 본 발명이 처음으로 제공을 가능하게 하는 것이다. 또, 이들의 화합물은 예를 들어 프로스타글란딘이나 스테로이드를 합성하기 위한 전구체로도 유용하다.
상기 식 (18) 에 있어서, R26 은 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R26 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R26 은 R25 이어도 된다.
상기 식 (18) 에 있어서, R27 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬 형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R27 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R26 과 R27 은 동일해도 된다.
상기 식 (19) 에 있어서, R28 은 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R28 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R28 은 R26 과 동일해도 된다.
상기 식 (19) 에 있어서, R29 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R29 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐 기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R29 와 R27 은 동일해도 되고, R28 과 R29 는 동일해도 된다.
상기 식 (18) 화합물의 측사슬의 트랜스형 이중결합만을 선택적으로 산화하기 위해서는 과산화물을 사용함으로써 간편하게 달성할 수 있다. 과산화물의 구체예로는 과산으로는 과포름산, 과아세트산, 과벤조산, m-클로로과벤조산 (m-CPBA), 히드로퍼옥사이드로는 과산화수소, t-부틸히드로퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드 등을 들 수 있다. 바람직하게는 과산이며, 가장 바람직하게는 m-클로로과벤조산 (m-CPBA) 이다. 과산화물의 사용량은 상기 식 (18) 로 표시되는 치환 시클로펜테논에 대해, 1 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 2배몰이다.
필요에 따라, 바나듐계, 몰리브덴계, 망간계 등의 촉매를 사용해도 된다. 촉매의 사용량은 과산화물에 대해 0.01 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 5배몰이다.
또한, 당해 산화에 있어서는 필요에 따라 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소계 용매로는 헥산, 톨루엔, 자일렌, 염소화 탄화수소계 용매로는 클로로포름, 디클로로메탄 등을 들 수 있다. 바람직하게는 염소화 탄화수소계 용매이며, 가장 바람직하게는 디클로로메탄이다. 용매의 사용량에 제한은 없지만, 상기 식 (18) 로 표시되는 치환 시클로펜테논 1 중량부에 대해, 0.1 내지 500 중량부가 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 200 중량부이다.
당해 산화 반응의 온도는 0 내지 50℃ 가 바람직하고, 가장 바람직하게는 0 내지 30℃ 이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (19) 화합물을 얻을 수 있다.
＜제 7 발명＞
본 발명의 제 7 은 상기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 옥시란 고리를 가수 분해하는 것을 특징으로 하는 상기 식 (20) 의 디올의 제조 방법이다. 이 요건을 만족함으로써, 자스민계 향료의 합성에 있어서 특히 중요한, 시스형 이중결합을 측사슬에 도입하는 계기가 되는 디올을 입체 선택적으로 도입하는 것이 가능해진다.
상기 식 (20) 으로 표시되는 디올은 측사슬에 디올을 갖는 것을 하나의 특징으로 하고 있고, 자스민계 향료 등에 유용한 치환 시클로펜타논을 합성할 때의 중간체로서 가질 수 있다. 식 (20) 화합물은 본 발명이 처음으로 제공을 가능하게 하는 것이다.
상기 식 (20) 에 있어서, R30 은 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R30 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R30 은 R28 과 동일해도 된다.
상기 식 (20) 에 있어서, R31 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R31 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R31 과 R29 는 동일해도 되고, R30 과 R31 은 동일해도 된다.
가수 분해에는 산촉매 혹은 염기 촉매를 사용하는 공지된 방법을 채용하면 된다. 산촉매의 구체예로는 염산, 황산, 과염소산이, 염기 촉매로는 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등을 들 수 있는데, 산촉매가 바람직하고, 가장 바람직하게는 과염소산이다. 촉매의 사용량은 상기 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논에 대해 0.01 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.05 내지 10배몰이다.
상기 가수 분해를 실시할 때, 반응물의 상용성을 향상시키는 것 등을 목적으 로 하고, 친수성 용매를 함유시켜도 된다. 친수성 용매에는 예를 들어, 알코올계 용매로서 메탄올, 에탄올, n-부탄올, t-부탄올, 에테르계 용매로는 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 알코올계 용매에서는 t-부탄올이 바람직하고, 에테르계 용매에서는 테트라히드로푸란이 바람직하고, 가장 바람직하게는 테트라히드로푸란이다. 친수성 용매는 물 1 중량부에 대해 0.01 내지 20 중량부가 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부이다. 또, 식 (19) 로 표시되는 치환 시클로펜테논 1 중량부에 대해서 0.1 내지 500 중량부가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 ∼ 200 중량부이다.
가수 분해의 온도는 통상 0℃ 내지 50℃ 정도가 바람직하고, 가장 바람직하게는 10 내지 40℃ 이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (20) 화합물을 얻을 수 있다.
＜제 8 발명＞
본 발명은 하기의 9 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 식 (29) 로 표시되는 치환 시클로펜타논의 제조 방법이다. 이 요건을 만족함으로써, 상기 식 (29) 로 표시되는 치환 시클로펜타논을, 범용의 장치를 사용하고, 또한 고입체 선택적으로 제조하는 것이 가능해진다. 상기 식 (29) 의 치환 시클로펜타논은 상기 식 (2) 로 표시되는 치환 시클로펜타논의 하나의 형태이며, 자스민계 향료로서 특히 유용한 구조이다.
［1］제 1 공정 ： 1,3-시클로펜탄디온을 에테르화하고, 상기 식 (21) 로 표 시되는 화합물을 제조하는 공정.
［2］제 2 공정 ： 상기 식 (21) 로 표시되는 화합물을 전위시켜, 상기 식 (22) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
［3］제 3 공정 ： 상기 식 (22) 로 표시되는 화합물을 에테르화하고, 상기 식 (23) 에서 표현되는 에논을 제조하는 공정.
［4］제 4 공정 ： 상기 식 (23) 으로 표시되는 에논에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시키고, 상기 식 (24) 로 표시되는 치환 시클로펜테논을 제조하는 공정.
［5］제 ５ 공정 ： 상기 식 (24) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 측사슬의 이중결합을 선택적으로 산화하고, 상기 식 (25) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
［6］제 6 공정 ： 상기 식 (25) 로 표시되는 화합물의 옥시란 고리를 가수 분해하고, 상기 식 (26) 으로 표시되는 디올을 제조하는 공정.
［7］제 7 공정 ： 상기 식 (26) 의 5원자 고리 내 이중결합에 수소 첨가하고, 상기 식 (27) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
［8］제 8 공정 ： 상기 식 (27) 로 표시되는 화합물의 디올을 디옥소란화하고, 상기 식 (28) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
［9］제 9 공정 ： 상기 식 (28) 로 표시되는 화합물을 카르복실산 무수물의 존재하에 분해하고, 상기 식 (29) 로 표시되는 치환 시클로펜타논을 제조하는 공정.
이하 각 공정에 대해 설명한다.
［제 1 공정］
먼저, 1,3-시클로펜탄디온을 에테르화하고, 상기 식 (21) 로 표시되는 화합물을 제조한다.
상기 식 (21) 에 있어서, R32 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R32 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다.
에테르화의 방법은 일반적인 방법에 준하면 된다. 예를 들어 하기 식 (43)
[화학식 48]
Figure 112009080708680-pat00050
(식 중, R32 는 상기 의미를 나타낸다.)
로 표시되는 알코올과 1,3-시클로펜탄디온을 산촉매 존재하에 벤젠이나 톨루엔 중에서 가열 환류하고, 부생하는 물을 공비적으로 제거하는 방법이나, 하기 식 (44)
[화학식 49]
Figure 112009080708680-pat00051
(식 중, R32 는 상기 의미를 나타내고, X 는 할로겐 원자를 나타낸다.)
로 표시되는 할로겐화 알릴과 시클로펜탄디온을 염기 존재하에 50 ∼ 120℃ 에서 반응시키는 방법 등을 들 수 있는데, 전자의 방법이 바람직하다.
전자의 방법을 채용하는 경우, 상기 식 (43) 으로 표시되는 알코올의 양은 1,3-시클로펜탄디온에 대해 1 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1.1 내지 5배몰이다. 산촉매의 사용량으로는 1,3-시클로펜탄디온에 대해 0.01 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10배몰이다. 벤젠, 혹은 톨루엔의 사용량은 1,3-시클로펜탄디온에 1 중량부 대해 0.05 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1 중량부 이상 500 중량부 미만, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 200 중량부 미만이다. 가열 환류 및 부생하는 물을 공비적으로 제거하는 방법은 공지된 방법에 따르면 된다.
한편, 후자의 방법을 채용하는 경우, 상기 식 (44) 로 표시되는 할로겐화 알릴의 양은 1,3-시클로펜탄디온에 대해 1 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하 게는 1.1 내지 5배몰이다. 염기의 양은 1,3-시클로펜탄디온에 대해 1 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1.1 내지 10배몰이다.
［제 2 공정］
다음으로, 상기 식 (21) 로 표시되는 화합물을 전위시켜, 상기 식 (22) 로 표시되는 화합물을 제조한다.
상기 식 (22) 에 있어서, R33 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R33 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R33 은 R32 와 동일해도 된다.
전위는 통상 간단하게 가열하는 것만으로 달성할 수 있다. 예를 들어, 용매 중 혹은 무용매로, 50 내지 250℃ 로 가열하면 된다. 바람직하게는 80 내지 200℃ 이며, 가장 바람직하게는 120 내지 160℃ 이다.
용매의 구체예로는 탄화수소계 용매로는 톨루엔, 자일렌, 아민 용매로는 콜리딘 등을 들 수 있는데, 탄화수소계 용매가 바람직하고, 그 중에서도 자일렌이 바람직하다. 용매의 사용량은 상기 식 (21) 로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해, 0.1 내지 500 중량부가 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 200 중량부이다.
［제 3 공정］
다음으로, 상기 식 (22) 로 표시되는 화합물을 에테르화하여 상기 식 (23) 에서 표현되는 에논을 제조한다. 여기서 얻어지는 상기 식 (23) 의 화합물은 측사슬에 트랜스형 이중결합을 갖는 것을 하나의 특징으로 하고 있고, 자스민계 향료 등이 유용한 치환 시클로펜타논 합성에 있어서의 중간체 등으로서 매우 유용한 화합물로서, 본 발명이 처음으로 제공을 가능하게 하는 것이다.
상기 식 (23) 에 있어서, R34 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R33 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R34 는 R33 과 동일해도 된다.
상기 식 (23) 에 있어서, R35 는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R35 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R34 와 R35 는 동일해도 된다.
에테르화의 방법에 제한은 없지만, 안전성이나 간편성의 관점에서는 산촉매 존재하에, 식 (22) 화합물에 대응하는 치환기를 갖는 알코올을 첨가하여 가열시키는 방법이 바람직하다.
산촉매의 예에는 광산으로서 염화 수소, 황산, 인산, 유기산으로서 p-톨루엔술폰산, 금속계 촉매로서 4염화 티탄 등을 들 수 있다. 수율과 가격의 관점에서, 염화 수소 혹은 황산이 바람직하다. 산촉매의 양은 식 (22) 화합물에 대해 0.01 내지 10배몰이 바람직하다.
대응하는 치환기를 갖는 알코올 (R35-OH) 의 양은 식 (22) 화합물에 대해 1 내지 100배몰이 바람직하다. 또 가열 온도는 50 내지 120℃ 가 바람직하다. 보다 바람직하게는 50 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 60℃ 내지 90℃ 이다.
［제 4 공정］
다음으로, 상기 식 (23) 의 에논에 대해서 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산 반응을 실시함으로써 상기 식 (24) 의 치환 시클로펜테논을 제조한다. 이 반응은 상기 식 (23) 의 에논에 대한 말론산 에스테르의 공액 부가 반응을 발단으로 하고, 그것에 이어서 알콕시기의 이탈 반응과 탈탄산 반응이 발생하는 반응이다.
상기 식 (24) 에 있어서, R36 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R36 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R36 은 R34 와 동일해도 된다.
상기 식 (24) 에 있어서, R37 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R37 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R36 과 R37 은 동일해도 된다.
이 공정의 조작은 공지된 방법에 준하면 된다. 예를 들어, 알칼리 금속의 알콕사이드를 말론산 에스테르에 미리 작용시키고, 말론산 에스테르의 활성 수소를 제거하여 음이온을 생성시키고, 그것에 상기 식 (23) 의 에논을 첨가하여 가열시키는 방법이 간편하다.
말론산 에스테르의 양은 당해 에논에 대해, 1 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 5배몰이다. 알칼리 금속 알콕사이드의 양은 말론산 에스테르에 대해, 1 내지 5배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 2배몰이다. 알칼리 금속의 알콕사이드의 예로는 나트륨메톡사이드, 나트륨에톡사이드, 칼륨메톡사이드, 칼륨에톡사이드, 칼륨 t-부톡사이드 등을 들 수 있고, 바람직하게는 나트륨메톡사이드이다.
반응 온도는 공업적으로 실시할 때 용이하다는 점에서, 50℃ 내지 100℃ 의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 60℃ 내지 90℃ 이다.
［제 ５ 공정］
다음으로, 상기 식 (24) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 측사슬의 트랜스형 이중결합을 선택적으로 산화하고, 측사슬 이중결합의 입체 배치를 유지하면서, 옥시란 고리를 도입함으로써 상기 식 (25) 의 화합물을 제조한다.
상기 식 (25) 에 있어서, R38 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R38 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5- 히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R38 은 R36 과 동일해도 된다.
상기 식 (25) 에 있어서, R39 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R39 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R39 는 R37 과 동일해도 되고, R38 과 R39 는 동일해도 된다.
상기 식 (24) 의 치환 시클로펜테논의 측사슬의 트랜스형 이중결합만을 선택적으로 산화하기 위해서는 예를 들어, 과산화물을 사용하는 것으로 간편하게 달성할 수 있다. 과산화물의 구체예로는 과산으로서 과포름산, 과아세트산, 과벤조산, m-클로로과벤조산 (m-CPBA) 이, 히드로퍼옥사이드로는 과산화수소, t-부틸히드로퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드 등을 들 수 있다. 바람직하게는 과산이며, 가장 바람직하게는 m-클로로과벤조산 (m-CPBA) 이다. 과산화물의 사용량은 상기 식 (24) 의 치환 시클로펜테논에 대해, 1 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 2배몰이다.
필요에 따라, 바나듐계, 몰리브덴계, 망간계 등의 촉매를 사용해도 된다. 촉매의 사용량에 제한은 없지만, 과산화물에 대해, 0.01 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 5배몰이다.
당해 산화에 있어서는 필요에 따라 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 탄화수소계 용매로는 헥산, 톨루엔, 자일렌이, 염소화 탄화수소계 용매로는 클로로포름, 디클로로메탄 등을 들 수 있다. 바람직하게는 염소화 탄화수소계 용매이며, 가장 바람직하게는 디클로로메탄이다. 용매의 사용량에 제한은 없지만, 상기 식 (24) 로 표시되는 치환 시클로펜테논 1 중량부에 대해, 0.1 내지 500 중량부가 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 200 중량부이다. 당해 산화 반응의 온도에 제한은 없지만, 0 내지 50℃ 가 바람직하고, 가장 바람직하게는 0 내지 30℃ 이다.
［제 6 공정］
다음으로, 상기 식 (25) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 옥시란 고리를 가수 분해함으로써 상기 식 (26) 으로 표시되는 디올을 제조한다.
상기 식 (26) 에 있어서, R40 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R40 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5- 히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R40 은 R38 과 동일해도 된다.
상기 식 (26) 에 있어서, R41 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R41 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R41 은 R39 와 동일해도 되고, R40 과 R41 은 동일해도 된다.
가수 분해로는 산촉매 혹은 염기 촉매를 사용하는 공지된 방법을 채용하면 된다. 산촉매의 구체예로는 염산, 황산, 과염소산을 들 수 있고 염기 촉매로는 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 등을 들 수 있다. 그 중에서도 산촉매가 바람직하고, 가장 바람직하게는 과염소산이다. 촉매의 사용량에 제한은 없지만, 상기 식 (25) 의 치환 시클로펜테논에 대해 0.01 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.05 내지 10배몰이다.
가수 분해에 있어서는 반응물의 상용성을 향상시키는 것 등을 목적으로 하고, 친수성 용매를 함유시켜도 된다. 친수성 용매로는 알코올계 용매로서 메탄 올, 에탄올, n-부탄올, t-부탄올이, 에테르계 용매로는 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 알코올계 용매에서는 t-부탄올이 바람직하고, 에테르계 용매에서는 테트라히드로푸란이 바람직하다. 무엇보다 바람직하게는 테트라히드로푸란이다. 친수성 용매의 사용량은 물 1 중량부에 대해, 0.01 내지 20 중량부가 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부이다.
가수 분해의 온도는 0 내지 50℃ 정도가 바람직하고, 가장 바람직하게는 10 내지 40℃ 이다.
[제 7 공정]
또한, 상기 식 (26) 으로 표시되는 디올의 5원자 고리 내 이중결합에 수소 첨가 함으로써, 상기 식 (27) 의 화합물을 제조한다.
상기 식 (27) 에 있어서, R42 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R42 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R42 는 R40 과 동일해도 된다.
상기 식 (27) 에 있어서, R43 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R43 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R43 은 R41 과 동일해도 되고, R42 와 R43 은 동일해도 된다.
수소 첨가 방법으로는 예를 들어, 촉매를 사용한 방법이 용이한 예로서 들고 있다. 촉매를 사용한 수소 첨가에서는 일반적으로 이중결합의 형성하는 면에 대해 동일 방향으로부터 수소가 결합되므로, 본 발명이 목적으로 하는 시스-2,3-디치환 시클로펜타논을 선택적으로 합성하는 것이 가능하다.
촉매로는 범용의 것을 사용할 수 있지만, 활성의 높이에 있어서 전이 금속 촉매가 바람직하다. 불균일계 촉매의 예로는 탄소 담지계 촉매로서 Pd-탄소, Rh-탄소, Ru-탄소；무기물 담지계 촉매로는 Pd-Al2O3, Rh-Al2O3, Ru-Al2O3；, 산화물계 촉매로는 PtO2；금속계 촉매로는 Pt；합금계 촉매로는 라니 Ni；단백질 담지계 촉매로는 비단-Pd 등을 들 수 있다. 균일계 촉매의 예로는 Wilkinson 착물 (RhCl(PPh3)3) 등을 들 수 있는데, 반응 후의 분리의 용이함에 있어서 불균일계 촉매가 바람직하고, 그 중에서도 탄소 담지계가 바람직하고, 가장 바람직하게는 Pd- 탄소이다. 촉매의 사용량은 예를 들어, 식 (26) 화합물 1 중량부에 대해, 0.01 ∼ 100 중량부 몰이 바람직하다. 또한, 탄소 담지계 촉매의 탄소에는 활성탄도 포함된다. 불균일계 촉매인 탄소 담지계 용매나 무기물 담지계 용매에 있어서, 전이 금속의 담지량에 제한은 없지만, 바람직하게는 0.1 내지 50wt% 이며, 가장 바람직하게는 1 내지 20wt% 이다.
상기 식 (26) 으로 표시되는 화합물의 수소 첨가는 상압하에서도 용이하게 진행하지만, 반응 속도가 더욱 향상되는 것 등을 목적으로 하고, 예를 들어 1 내지 10kg/㎠ 정도의 가압하에서 실시하는 것도 가능하다.
용매의 종류도 제한은 없고, 알코올계 용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, t-부탄올；에테르계 용매로는 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산；탄화수소계 용매로는 벤젠, 톨루엔, 자일렌；카르복실산계 용매로는 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 말론산, 락트산；에스테르계 용매로는 상기 카르복실산의 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르, 부틸에스테르；케톤계 용매로는 아세톤, 메틸에틸케톤；무기계 용매로는 물, 초임계 CO2 등을 예시할 수 있고, 이들을 단독으로, 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 카르복실산계 용매 혹은 에스테르계 용매이며, 가장 바람직하게는 아세트산 혹은 아세트산 에틸이다. 용매의 사용량에 제한은 없지만, 상기 식 (26) 으로 표시되는 디올 1 중량부에 대해, 0.1 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 500 중량부 미만이다.
반응 온도에 특별히 제한은 없지만, 실용적 관점에서, -30℃ 내지 100℃ 가 바람직하고, -20℃ 내지 50℃ 가 더욱 바람직하다. 무엇보다 바람직하게는 -10 내지 50℃ 이다.
[제 8 공정]
이어서, 상기 식 (27) 로 표시되는 화합물의 디올을 디옥소란화함으로써 상기 식 (28) 의 화합물을 제조한다.
상기 식 (28) 에 있어서, R44 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R44 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R44 는 R42 와 동일해도 된다.
상기 식 (28) 에 있어서, R45 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R45 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5- 히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R45 는 R43 과 동일해도 되고, R44 와 R45 는 동일해도 된다.
상기 식 (28) 에 있어서, Z 는 탄소수 1 내지 6 의 알콕시기 혹은 아미노기를 나타낸다. Z 의 구체예로는 알콕시기로는 메톡시기, 에톡시기, 부톡시기, 아미노기로는 디메틸아미노기, 디에틸 아미노기, 디부틸 아미노기 등을 들 수 있는데, 바람직하게는 알콕시기이며, 가장 바람직하게는 메톡시기이다.
디옥소란화하는 방법은 공지된 방법에 준하면 된다. 예를 들어, 산촉매 존재하에 오르토포름산 메틸 등의 오르토포름산 알킬과 반응시키는 방법이나, p-톨루엔술폰산 등의 산촉매 존재하에 N,N-디메틸포름아미드 디메틸아세탈 등의 N,N-디알킬포름아미드 디알킬 아세탈을 반응시키는 방법을 들 수 있다. 바람직하게는 오르토포름산 알킬과 반응시키는 방법이며, 가장 바람직하게는 오르토포름산 메틸을 사용하는 방법이다. 오르토포름산 알킬의 양은 상기 (27) 로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해, 0.05 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1 중량부 이상 500 중량부 미만, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 200 중량부 미만이다.
산촉매의 예로는 광산으로서 염화 수소, 황산, 인산；유기산으로는 p-톨루엔술폰산；금속계 촉매로는 4염화 티탄 등을 들 수 있는데, 수율과 가격의 관점에서, p-톨루엔술폰산이 바람직하다. 산촉매의 양은 상기 식 (27) 로 표시되는 화합물 에 대해 0.01 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10배몰이다.
반응 온도는 예를 들어 20℃ 내지 150℃ 가 바람직하고, 가장 바람직하게는 50 내지 120℃ 이다.
[제 9 공정]
마지막으로, 상기 식 (28) 로 표시되는 화합물을 카르복실산 무수물의 존재하에 분해함으로써 상기 식 (29) 의 치환 시클로펜타논을 제조한다.
상기 식 (29) 에 있어서, R46 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R46 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R46 은 R44 와 동일해도 된다.
상기 식 (29) 에 있어서, R47 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R47 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5- 히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R47 은 R45 와 동일해도 되고, R46 과 R47 은 동일해도 된다.
카르복실산 무수물의 종류로는 저급 카르복실산 무수물이 바람직하고, 가장 바람직하게는 무수아세트산이다. 카르복실산 무수물의 사용량에 제한은 없지만, 상기 식 (28) 로 표시되는 화합물 1중량부에 대해, 0.1 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 500 중량부 미만이다.
분해 온도 조건은 공지된 방법에 준하면 되지만, 50 내지 200℃ 가 바람직하고, 가장 바람직하게는 80 내지 180℃ 이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (29) 의 치환 시클로펜타논을 얻을 수 있다.
＜제 9 발명＞
본 발명의 제 9 는 하기 3 공정으로 이루어지는 상기 식 (33) 으로 표시되는 화합물의 제조 방법이다. 이 요건을 만족함으로써, 상기 식 (33) 으로 표시되는 화합물을, 범용의 장치를 사용하고, 또한 효율적으로 제조하는 것이 가능해진다. 상기 식 (33) 으로 표시되는 화합물은 상기 식 (2) 로 표시되는 치환 시클로펜타논을 제조할 때의 전구체로도 유용하다.
［1］제 1 공정 ： 1,3-시클로펜탄디온과 하기 식 (30) 으로 표시되는 화합물을 염기 존재하에 반응시키고, 하기 식 (31) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공 정.
［2］제 2 공정 ： 상기 식 (31) 로 표시되는 화합물을 에테르화하여, 하기 식 (32) 로 표시되는 에논을 제조하는 공정.
［3］제 3 공정 ： 상기 식 (32) 로 표시되는 에논에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시켜, 하기 식 (33) 으로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
이하 각 공정에 대해 설명한다.
［제 1 공정］
먼저, 1,3-시클로펜탄디온과 상기 식 (30) 으로 표시되는 화합물을 염기 존재하에 반응시킨다.
상기 식 (30) 에 있어서, R48 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R48 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. 상기 식 (30) 에 있어서, X 는 이탈기를 나타낸다. 이탈기의 종류에 제한은 없고, 예를 들어, 할로겐 원자로는 염소, 브롬, 요오드가 들 수 있고, 술포네이트기로는 p-톨루엔술포네이트기나 메탄술포네이트기를 들 수 있다. 상기 식 (30) 에 있어서, 점선은 결합이 있어도 되고 없어도 되는 것을 나타낸다. 즉, 3중 결합 혹은 이중결합인 것을 나타낸다.
상기 식 (31) 에 있어서, R49 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R49 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R49 는 R48 과 동일해도 된다. 상기 식 (31) 에 있어서, 점선은 결합이 있어도 되고 없어도 되는 것을 나타낸다. 즉, 3중 결합 혹은 이중결합인 것을 나타낸다.
염기는 범용의 것을 사용하면 된다. 예를 들어, 금속 수산화물로는 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 칼슘；탄산염으로는 탄산나트륨, 탄산 수소 나트륨, 탄산 칼륨, 탄산 수소 칼륨；금속 알콕사이드로는 나트륨메톡사이드, 나트륨에톡사이드, 칼륨메톡사이드, 칼륨에톡사이드, 칼륨 t-부톡사이드；금속 아미드로는 리튬디이소프로필아미드, 리튬헥사메틸디실라잔 등을 들 수 있다. 바람직하게는 금속 수산화물 혹은 탄산염이며, 가장 바람직하게는 수산화 칼륨 또는 탄산 칼륨이다.
염기의 사용량은 1,3-시클로펜탄디온에 대해, 1 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 5배몰이다.
상기 식 (30) 으로 표시되는 화합물의 양은 1,3-시클로펜탄디온에 대해, 1 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 5배몰이다.
용매로는 알코올계 용매로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, t-부탄올；에테르계 용매로는 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 디옥산；탄화수소계 용매로는 벤젠, 톨루엔, 자일렌；무기계 용매로는 물, 초임계 CO2 등을 예시할 수 있고, 이들을 단독으로, 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 알코올계 용매 혹은 무기계 용매이며, 가장 바람직하게는 물이다. 용매의 사용량에 제한은 없지만, 1,3-시클로펜탄디온 1 중량부에 대해, 0.1 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 500 중량부 미만이다. 반응 온도는 바람직하게는 25℃ 내지 150℃ 이며, 가장 바람직하게는 40 내지 120℃ 이다.
［제 2 공정］
다음으로, 상기 식 (31) 로 표시되는 화합물을 에테르화하고, 상기 식 (32) 의 에논을 제조한다.
상기 식 (32) 에 있어서, R50 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R50 의 구체예 로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R50 은 R49 와 동일해도 된다. 상기 식 (32) 에 있어서, 점선은 결합이 있어도 되고 없어도 되는 것을 나타낸다. 즉, 3중 결합 혹은 이중결합인 것을 나타낸다.
상기 식 (32) 에 있어서, R51 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R51 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R50 과 R51 은 동일해도 된다.
상기 식 (31) 로 표시되는 화합물의 에테르화의 방법에 제한은 없지만, 안전성이나 간편성 면에서는 산촉매 존재하에, 식 (31) 화합물에 대응하는 치환기를 갖는 알코올을 첨가하여 가열시키는 방법이 바람직하다.
산촉매에는 광산으로서 염화 수소, 황산, 인산；유기산으로서 p-톨루엔술폰산；금속계 촉매로는 4염화 티탄 등을 들 수 있는데, 수율과 가격의 관점에서, 염 화 수소 혹은 황산이 바람직하다. 산촉매의 양은 식 (13) 화합물에 대해 0.01 내지 10배몰이 바람직하다.
대응하는 치환기를 갖는 알코올 (R51-OH) 의 양은 식 (31) 화합물에 대해, 1 내지 100배몰이 바람직하다.
반응 온도는 공업적 실시의 용이성의 관점에서, 50℃ 내지 120℃ 의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 60℃ 내지 90℃ 이다.
［제 3 공정］
또한, 상기 식 (32) 의 에논에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산 반응을 실시함으로써 상기 식 (33) 으로 표시되는 화합물을 제조한다.
상기 식 (33) 에 있어서, R52 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R52 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R52 는 R50 과 동일해도 된다. 상기 식 (33) 에 있어서, 점선은 결합 이 있어도 되고 없어도 되는 것을 나타낸다. 즉, 3중 결합 혹은 이중결합인 것을 나타낸다.]
상기 식 (33) 에 있어서, R53 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R53 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R52 와 R53 은 동일해도 된다.
이 반응은 상기 식 (32) 의 에논에 대한 말론산 에스테르의 공액 부가 반응을 발단으로 하고, 그것에 이어서 알콕시기의 이탈 반응과 탈탄산 반응이 발생하는 반응이다. 이 반응 조작은 공지된 방법에 준하면 된다. 예를 들어, 알칼리 금속의 알콕사이드를 말론산 에스테르에 미리 작용시켜 말론산 에스테르의 활성 수소를 제거하여 음이온을 생성시키고, 그것에 상기 식 (32) 의 화합물을 첨가하여 가열시키는 방법이 간편하다.
말론산 에스테르의 사용량은 당해 에논에 대해, 1 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 5배몰이다. 알칼리 금속 알콕사이드의 사용량에 제한은 없지만, 말론산 에스테르에 대해, 1 내지 5배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 내지 2배몰이다. 알칼리 금속의 알콕사이드의 예로는 나트륨메톡사이드, 나트륨에톡사이드, 칼륨메톡사이드, 칼륨에톡사이드, 칼륨 t-부톡사이드 등을 들 수 있고, 바람직하게는 나트륨메톡사이드이다.
*반응 온도는 공업적으로 실시할 때 용이하다는 점에서, 50℃ 내지 100℃ 의 범위가 바람직하다. 보다 바람직하게는 60℃ 내지 90℃ 이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (33) 화합물을 얻을 수 있다.
＜제 10 발명＞
본 발명의 제 10 은 상기 식 (34) 로 표시되는 화합물을 탈탄산하는 것을 특징으로 하고, 상기 식 (35) 로 표시되는 메틸시클로펜테논류의 제조 방법이다.
상기 식 (34) 로 표시되는 화합물은 자스몬산 에스테르류의 원료로서 널리 알려져 있는 물질로서, 5원자 고리 내의 이중결합에 수소 첨가를 실시하는 것만으로 자스몬산 에스테르류를 간편하게 얻어지는 유용한 물질이다. 즉, 당해 화합물을 출발 물질로 함으로써, 본 발명에 의해 자스민계 향료 등으로서 유용한 메틸시클로펜테논류를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 역시 자스민계 향료 등으로서 매우 유용하고 수요가 큰 자스몬산 에스테르류를 파생적으로 제조할 수 있다. 향료 업계에 있어서는 다품종의 향료를 기동적으로 제조할 수 있는 것이 불가결하고, 이와 같이 동일한 출발 물질로부터 복수의 유용 향료가 파생적으로 제조할 수 있는 것은 원재료나 설비의 조달 등에 관하여 큰 장점이다. 또 상기 식 (35) 의 메틸시클로펜테논류는 그것 자체가 유용한 자스민계 향료의 골격일 뿐만 아니라, 동일한 자스민계 향료 등으로서 유용한 상기 식 (2) 화합물을 얻기 위한 전구체로도 유용하다. 상기 식 (35) 의 화합물은 그 외 프로스타글란딘이나 스테로이드의 합성을 위한 전구체로서 사용할 수도 있다.
상기 식 (34) 에 있어서, R54 는 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R54 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다.
상기 식 (34) 에 있어서, R55 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R55 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R54 와 R55 는 동일해도 된다.
상기 식 (35) 에 있어서, R56 은 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R56 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R56 은 R54 와 동일해도 된다.
상기 탈탄산에는 공지된 방법을 사용하면 된다. 예를 들어, R55 가 수소 원자의 경우에는 메탄올, 에탄올이나 테트라히드로푸란 등 범용의 용매를 사용하여 산 또는 염기의 존재하에 가열함으로써 달성할 수 있다. 또, R55 가 알킬기의 경우에는 디메틸술폭사이드를 용매로 하고, 염화 나트륨의 존재하에 가열함으로써 달성할 수 있다.
산 또는 염기의 양은 상기 식 (34) 로 표시되는 화합물에 대해 0.01 내지 20배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10배몰이다.
용매의 양은 상기 식 (34) 로 표시되는 화합물 1 중량부에 대해, 0.1 중량부 이상 1000 중량부 미만이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1 중량부 이상 500 중량 부 미만이다. 또, 가열 온도는 통상 40℃ 내지 200℃ 이다. 보다 바람직하게는 50℃ 내지 180℃ 이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (35) 의 치환 시클로펜타논을 얻을 수 있다.
＜제 11 발명＞
본 발명의 제 11 발명은 하기 2 공정으로 이루어지는 상기 식 (39) 로 표시되는 γ-락톤류의 제조 방법이다. 이 요건을 만족함으로써, 목적으로 하는 γ-락톤류를 안전하고 간편하게 제조할 수 있다.
［1］제 1 공정 ： 상기 식 (36) 으로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 상기 식 (37) 로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하고, 상기 식 (38) 의 γ-케토에스테르를 제조하는 공정.
［2］제 2 공정 ： 상기 식 (38) 의 γ-케토에스테르를 환원하여, 하기 식 (39) 로 표시되는 γ-락톤류를 제조하는 방법.
이하 각 공정에 대해 설명한다.
［제 1 공정］
먼저, 상기 식 (36) 으로 표시되는 푸르푸릴알코올을, 상기 식 (37) 로 표시되는 알코올의 존재하, 염화 수소에 의해 개열하고, 상기 식 (38) 의 γ-케토에스테르를 제조한다. 구체적으로는 상기 식 (36) 으로 표시되는 푸르푸릴알코올과 식 (37) 의 알코올 및 염화 수소를 포함한 반응액을 가열함으로써 제조한다.
상기 식 (36) 에 있어서, R57 은 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 12 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R57 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다.
상기 식 (37) 에 있어서, R58 은 탄소수 1 이상의 탄화수소기를 나타낸다. R58 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 반응 후처리에 있어서의 증류 제거의 용이성, 안전성이나 가격 등을 고려하면, 알킬기가 바람직하고, 그 중에서도 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 n-부틸기, 이소부틸기이다.
상기 식 (38) 에 있어서, R59 는 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 12 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R59 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R59 는 R57 과 동일해도 된다.
상기 식 (38) 에 있어서, R60 은 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기를 나타낸다. R60 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 시클로헥실기, 벤질기, 알케닐기로는 알릴기, 메탈릴기 등을 들 수 있는데, 알킬기가 바람직하고, 가장 바람직하게는 메틸기 혹은 에틸기이다. R60 은 R58 과 동일해도 되고, R59 와 R60 은 동일해도 된다. 상기 식 (36) 의 화합물은 공지된 방법으로 합성할 수 있다.
상기 식 (37) 로 표시되는 알코올은 상기 식 (36) 으로 표시되는 푸르푸릴알코올에 대해서 등몰 이상 100배몰 이하 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5배몰 이상 80배몰 이하이다.
상기 제조 방법으로 사용하는 반응액에는 식 (37) 의 알코올 이외에, 메탄 올, 에탄올, 에테르, 테트라히드로푸란, 톨루엔, 자일렌이라는 그 외의 성분이 존재하고 있어도 상관없지만, 그 비율은 반응액의 0.01wt% ∼ 50wt% 정도가 된다.
염화 수소를 반응액 중에 공급하는 방법에는 염화 수소 가스를 불어 넣는 방법, 염산 (염화 수소의 수용액) 을 첨가하는 방법, 염화 아세틸 등의 염화 아실 화합물을 첨가하고, 상기 식 (37) 의 알코올 등과 반응시켜, 반응계 중에서 염화 수소를 발생시키는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서도 염화 수소 가스를 불어 넣는 방법을 취했을 경우에 의해 바람직한 결과가 얻어지는 경우가 많다.
염화 수소는 상기 식 (36) 의 푸르푸릴알코올 1.0몰에 대해, 0.01몰 내지 5몰 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.01몰 내지 2몰이다.
상기 가열 온도는 실용적인 반응 속도가 얻어지는 것을 고려하면, 30 내지 150℃ 이다. 더욱 바람직하게는 40 내지 120℃ 이며, 가장 바람직하게는 50 내지 100℃ 이다.
또한, 상기 식 (36) 의 푸르푸릴알코올을 상기 식 (37) 의 알코올과 염화 수소의 혼합물에 첨가할 때, 적하함으로써 첨가하면, 높은 수율로 γ-케토에스테르가 얻어지는 경우가 많다. 그 경우, 상기 식 (36) 의 화합물을 미리 상기 식 (37) 의 알코올이나 그 외의 용매 등으로 희석한 것을 적하해도 된다. 희석하는 농도는 예를 들어 0.01mol/L ∼ 10mol/L 이다. 적하 시간에 제한은 없지만, 바람직하게는 10분 내지 5시간이며, 가장 바람직하게는 30분 내지 3시간이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (38) 의 γ-케토에스테르를 얻을 수 있다.
［제 2 공정］
다음으로, 상기 식 (38) 로 표시되는 γ-케토에스테르를 환원하여 상기 식 (39) 의 γ-락톤을 제조한다. 구체적으로는 γ-케토에스테르의 케톤을 수산기에 환원함으로써 달성할 수 있다.
상기 식 (39) 에 있어서, R61 은 수소 원자 또는 탄소수 1 ∼ 12 의 사슬형 혹은 분기형기, 알케닐기, 알키닐기를 나타내고, 이들의 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철, 코발트 등의 헤테로 원자를 함유해도 된다. R61 의 구체예로는 알킬기로는 메틸기, 에틸기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 알케닐기로는 펜테닐기, 알키닐기로는 펜티닐기 등을 들 수 있다. 펜테닐기로는 cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기가, 펜티닐기로는 2-펜티닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등을 들 수 있다. 자스민계 향료에 대한 응용을 고려했을 경우에는 펜틸기 외에, cis-2-펜테닐기, 2-펜티닐기, 5-히드록시-cis-2-펜테닐기, 5-히드록시-2-펜티닐기 등이 바람직하다. R61 은 R59 와 동일해도 된다.
상기 식 (38) 로 표시되는 γ-케토에스테르의 케톤을 환원하는 방법은 공지된 방법에 준하면 된다. 예를 들어, 수소화 붕소 나트륨 등의 수소화물을 사용하는 방법이나 전이 금속 촉매를 사용한 수소 첨가 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 조작의 간편성에 있어서, 전자가 바람직하다. 수소화 붕소 나트륨의 양은 당해 케토에스테르에 대해, 0.25 내지 10배몰이 바람직하고, 가장 바람직하게는 0.5 내지 5배몰이다.
γ-케토에스테르의 케톤을 환원하면 4-히드록시 에스테르가 생성되지만, 많은 경우 그것과 동시에 5원자 고리 형성이 발생하여, γ-락톤이 생성된다. 5원자 고리 형성이 불완전한 경우에는 산촉매 등을 사용한 공지된 고리화 처리를 실시하면 된다.
예를 들어, 당해 히드록시 에스테르에 대해 0.01 내지 10배몰의 산촉매를 첨가하여 50 내지 100℃ 로 가열하면 된다. 산촉매의 예로는 광산으로는 염화 수소, 황산, 인산；유기산으로는 p-톨루엔술폰산；금속계로는 4염화 티탄 등을 들 수 있는데, 수율과 가격의 관점에서, p-톨루엔술폰산이 바람직하다.
그런데, 광학 활성 γ-락톤은 향 강도나 향 특성에 있어서 큰 장점을 갖는다는 것이 알려져 있다. 당해 공정에 있어서 부제 수소화를 달성할 수 있으면, 제품에 큰 부가 가치를 부여할 수 있다. 부제 수소화를 위해서는 부제 배위자를 갖는 전이 금속 촉매나, 빵 효모나 효소 등의 생체 촉매를 사용하는 것이 유효하다. 이와 같이, 광학 활성체를 제조할 수 있는 것도 본 발명의 큰 특징의 하나이다.
상기 반응 종료 후에는 공지된 방법으로 정제하여, 목적하는 식 (39) 의 γ-락톤을 얻을 수 있다.
실시예
본 발명을 실시예에 따라 설명한다.
또한, 실시예에 있어서의 조건은 하기와 같다.
ㆍ반응 용기 ： 특별히 기재가 없는 경우, 마그네틱스터러를 장비한 것을 사용
ㆍ촉매 여과 분별 ： 폴리테트라폴리테트라플루오로에틸렌제의 막을 사용하고 가압 여과로 여과 분별
ㆍ가스크로마토그래피
칼럼 ： J＆W 사이엔티픽사 제조 DB-1(0.25mm×30m, 액상 막두께 0.25㎛)
칼럼 온도 ： 100℃ × 2분→250℃ (10℃ ／분 )
주입부 온도 ： 250℃
검출부 온도 ： 300℃
ㆍ액체 크로마토그래프
칼럼 ： 디엘 사이언스 (주) 제조 Inertsil C4
전개 용매 ： 10mM-KH2PO4, 1mM-EDTAㆍ2 Na/CH3CN=60/40
유속 ： 1.0ml/min
［실시예 1 ∼ 7, 비교예 1 ∼ 6］
메틸(2-펜틸-3-케토-1-시클로펜테닐)아세테이트 (상기 식 (1) 에 있어서 R1 이 n-펜틸기에, R2 가 메틸기에 상당하는 화합물) 1g (4.5mmol) 과 표 1 에 기재된 각 촉매 0.2g 을 각각 반응기 (용적 50ml) 에 넣었다. 이것에 표 1 에 기재된 용매 10ml 를 각각 첨가한 후, 표 1 에 기재된 온도에서 유지했다. 이것을 교반하면서, 감압과 수소 도입을 반복, 반응기 내의 공기를 상압의 수소로 치환했다. 그 상태에서 4시간 동안 계속 교반했다. 그 후, 여과에 따라 반응액으로부터 촉매를 제거한 후, 물 30ml 와 톨루엔 30ml 를 첨가하여 교반함으로써, 생성물을 톨루엔상으로 추출시켰다. 이 톨루엔상으로부터 톨루엔을 증류 제거하여, 디히드로자스몬산 메틸 (상기 식 (2) 에 있어서 R3 이 n-펜틸기에, R4 가 메틸기에 상당하는 화합물) 을 얻었다. 얻어진 디히드로자스몬산 메틸의 수율과 이성체 비 (시스체/트랜스체) 를 가스크로마토그래피 분석에 의해 구했다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
　 촉매
　		 용매 온도 (℃) 수율
(%)		 이성체비
(시스체/트랜스체)
실시예1 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) 포름산 25 94 75/25
실시예2 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) 아세트산 25 95 78/22
실시예3 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) 프로피온산 25 94 78/22
실시예4 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) L-락트산(90% 수용액) 25 96 88/12
실시예5 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) L-락트산(90% 수용액) 0 95 92/8
실시예6 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) 에틸 아세트산 25 88 58/42
실시예7 Rh-탄소(Rh 함유량 5%) 아세트산 25 89 70/30
비교예1 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) - 25 48 44/56
비교예2 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) MeOH 25 54 37/63
비교예3 Rh-탄소(Rh 함유량 5%) MeOH 주: 1) 25 63 26/74
비교예4 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) EtOH 25 28 39/61
비교예5 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) 아세톤 25 15 46/54
비교예6 Pd-탄소(Pd 함유량 10%) 아세토니트릴 25 13 39/61
주 1) 10 ml중에 인산제1나트륨 35 mg 및 인산제2칼륨 35 mg을 함유한다.
［실시예 8］
3장의 날개의 교반기를 장비한 반응기 내 (용적 5L) 의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 나트륨메톡사이드 22.7g (0.42mol) 과 디메틸술폭사이드 3L 를 넣었다. 당해 용액을 약 90℃ 로 가열하고, 교반하면서 반응기 내를 약 25mmHg 에 감압했다. 이 상태에서 디메틸술폭사이드를 12ml/min 의 속도로 반응기 내로부터 유출시키면서, 미리 디메틸술폭사이드 1.5L 에 용해시킨 메틸 4-옥소데카노에이트 (상기 식 (3) 에서 R5 가 n-펜틸기에, R6 이 메틸기에 상당하는 화합물) 42.0g (0.21mol) 을, 2시간 걸쳐 적하했다.
적하 종료 후, 반응기 내의 압력을 약 15mmHg 으로 올리고, 이어서 디메틸술폭사이드를 증류 제거한 후, 약 40℃ 로 냉각했다. 이것에 물 1L, 진한 염산 46g 과 이소부틸알코올 0.8L 를 첨가하여 교반한 후 정치하여, 얻어진 유기상을 분취했다. 이 유기상을 액체 크로마토그래프에 따라 분석한 결과, 2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (4) 에서 R7 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 이 생성되어 있고, 그 수율은 92% 이었다.
［실시예 9］
반응기 (용적 5L) 내의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 나트륨메톡사이드 3.8g (0.07mol) 과 디메틸술폭사이드 0.5L 를 넣었다. 당해 용액을 100℃ 로 가열하고, 교반하면서, 미리 디메틸술폭사이드 0.5L 에 용해시킨 메틸 4-옥소데카노에이트 (상기 식 (3) 에서 R5 가 n-펜틸기에, R6 이 메틸기에 상당하는 화합물) 7.0g (0.035mol) 을, 8ml/min 의 속도로 적하했다. 적하 종료 후, 추가로 20분간, 동일 온도에서 가열하면서 교반했다. 이것을 25℃ 로 냉각하고, 물 100g 과 진한 염산 8.0g 을 첨가하여 교반했다. 반응액을 액체 크로마토그래프로 분석한 결과, 2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (4) 에서 R7 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 이 생성되어 있고, 그 수율은 86% 이었다.
［비교예 7］
반응기 (용적 2L) 내의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하여, 나트륨메톡사이드 3.8g (0.07mol) 과 자일렌 0.5L 를 넣었다. 당해 용액을 140℃ 로 가열하여, 자일렌을 8ml/min 의 속도로 반응기 내로부터 유출시키면서, 미리 자일렌 0.5L 에 용해시킨 메틸 4-옥소데카노에이트 (상기 식 (3) 에서 R5 가 n-펜틸기에, R6 이 메틸기에 상당하는 화합물) 7.0g (0.035mol) 을, 8ml/min 의 속도에서 적하했다. 적하 종료 후, 자일렌을 더욱 유출시키면서, 추가로 10분간, 가열ㆍ교반했다. 이것을 25℃ 로 냉각하고, 물 100g 을 첨가하여 교반한 후 정치(靜置)하여, 수상을 분취했다. 분취된 수상에 진한 염산 8.0g 과 이소부틸알코올 100ml 를 첨가하여 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 이 유기상을 액체 크로마토그래프에 따라 분석한 결과, 2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (4) 에서 R7 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 을 얻을 수 있고, 그 수율은 29% 이었다.
［실시예 10］
반응기 (용적 2L) 내의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 나트륨메톡사이드 3.8g (0.07mol) 과 디메틸술폭사이드 0.8L 를 넣었다. 당해 용액을 약 107℃ 로 가열하여 교반하면서 반응기 내를 약 50mmHg 에 감압했다. 이 상태에서, 디메틸술폭사이드를 14ml/min 의 속도로 반응기 내로부터 유출시키면서, 미리 디메틸술폭사이드 0.5L 에 용해시킨 레블린산 메틸 (상기 식 (3) 에서 R5 가 수소 원자에, R6 이 메틸기에 상당하는 화합물) 4.6g (0.035mol) 을, 8ml/min 의 속도에서 적하했다.
적하 종료 후, 디메틸술폭사이드를 증류 제거하면서, 추가로 10분간 가열ㆍ교반한 후, 25℃ 로 냉각했다. 이것에 물 200g 과 진한 염산 8.0g 을 첨가하여 교반했다. 얻어진 반응액을 액체 크로마토그래프에 따라 분석한 결과, 1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (4) 에서 R7 이 수소 원자에 상당하는 화합물) 이 생성되어 있고, 그 수율은 65% 이었다.
［비교예 8］
반응기 (용적 2L) 내의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 나트륨메톡사이드 3.8g (0.07mol) 과 톨루엔 0.8L 를 넣었다. 당해 용액을 110℃ 로 가열하고, 교반하면서 톨루엔을 13ml/min 의 속도로 반응기로부터 유출시키면서, 미리 톨루엔 0.5L 에 용해시킨 레블린산 메틸 (상기 식 (3) 에서 R5 가 수소 원자에, R6 이 메틸기에 상당하는 화합물) 4.6g (0.035mol) 을, 7ml/min 의 속도에서 적하했다. 적하 종료 후, 톨루엔을 유출하면서, 추가로 10분간, 가열ㆍ교반했다. 톨루엔을 감압 증류 제거한 후, 이것을 25℃ 로 냉각하고, 물 200g 과 진한 염산 8.0g 을 첨가하여 교반했다. 반응액을 액체 크로마토그래프에 따라 분석한 결과, 1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (4) 에서 R7 이 수소 원자에 상당하는 화합물) 이 생성되어 있고, 그 수율은 7% 이었다.
［실시예 11］
반응기 (용적 2L) 내의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 염화 수소 0.7wt% 함유 이소부탄올 (미리 염화 수소 가스를 불어 넣어 조제된 것) 1.1L 를 넣었다. 당해 염화 수소 용액을 80℃ 로 가열하여 교반한 후, n-펜틸푸릴카르비놀 (상기 식 (5) 에서 R8 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 264g (1.57mol) 을 3시간 걸쳐 적하했다. 적하 종료 후, 동일 온도에서 추가로 10분간 교반했다. 이소부탄올을 감압 증류 제거하여, 25℃ 로 냉각했다. 반응기 내의 액을 가스크로마토그래피로 분석한 결과, 이소부틸 4-데카노에이트 (상기 식 (7) 에서, R10 이 n-펜틸기에, R11 이 이소부틸기에 상당하는 화합물) 이 생성되어 있고, 그 수율은 85% 이었다.
［실시예 12］
이소부탄올 대신에 n-펜탄올을 사용한 것 이외에는 실시예 11 과 동일한 조건으로 반응시켰는데, n-펜틸 4-데카노에이트 (상기 식 (7) 에서, R10, R11 이 모두 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 를 82% 의 수율로 얻었다.
［비교예 9］
이소부탄올 대신에 메탄올을 사용하여, 반응 온도를 64℃ 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 조건으로 반응시켰다. 그 결과, 메틸 4-데카노에이트 (상기 식 (7) 에서, R10 이 n-펜틸기에, R11 이 메틸기에 상당하는 화합물) 이 생성되어 있고, 그 수율은 26% 이었다.
［비교예 10］
이소부탄올 대신에 에탄올을 사용하여, 반응 온도를 78℃ 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 조건으로 반응시켰다. 그 결과, 에틸 4-데카노에이트 (상기 식 (7) 에서, R10 이 n-펜틸기에, R11 이 에틸기에 상당하는 화합물) 가 생성되어 있고, 그 수율은 31% 이었다.
［실시예 13］
반응기 (용적 2L) 내의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 염화 수소 0.7wt% 함유 이소부탄올 (미리 염화 수소 가스를 불어 넣어 조제된 것) 1.1L 를 넣었다. 당해 수소 용액을 80℃ 로 가열하고, 교반한 후 n-펜틸푸릴카르비놀 (상기 식 (8) 에서 R12 가 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 264g (1.57mol) 을 3시간 걸쳐 적하했다. 적하 종료 후, 동일 온도에서 추가로 10분간 교반했다. 이소부탄올을 감압 증류 제거하여, 이소부틸 4-옥소데카노에이트 (상기 식 (10) 에서, R14 가 n-펜틸기에, R15 가 이소부틸기에 상당하는 화합물) 을 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 이소부틸 4-옥소데카노에이트의 수율은 86% 이었다.
얻어진 이소부틸 4-옥소데카노에이트에 메탄올 1L 와 25% 수산화 나트륨 250g 을 첨가하여 25℃ 에서 1시간 교반했다. 메탄올을 감압 증류 제거한 후, 물 2L 와 톨루엔 1L 를 첨가하여 실온에서 1시간 교반한 후 정치하여, 수상을 분취했다. 그 수상에 빙냉 하 진한 염산 175g 과 톨루엔 1.8L 를 첨가하여 10분간 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 그 유기상의 톨루엔을 감압 증류 제거하여, 메탄올 1L 와 진한 황산 47.5ml 를 첨가하여 1시간 가열 환류시켰다. 이것을 25℃ 로 냉각 후, 탄산 수소 나트륨 155g 을 천천히 첨가하여 25℃ 에서 10분간 교반했다. 메탄올을 감압 증류 제거한 후, 물 3L 와 톨루엔 1.8L 를 첨가하여 실온에서 10분간 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 그 유기상의 톨루엔을 증류 제거하여, 메틸 4-옥소데카노에이트 (상기 식 (12) 에서, R17 이 n-펜틸기에, R18 이 메틸기에 상당하는 화합물) 를 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 메틸 4-옥소데카노에이트의 이소부틸 4-옥소데카노에이트에 대한 수율은 95% 이었다.
반응기 내 (용적 5L) 의 공기를 상압의 질소 가스로 치환하고, 나트륨메톡사이드 22.7g (0.42mol) 과 디메틸술폭사이드 3L 를 넣었다. 당해 용액을 약 90℃ 로 가열하고, 교반하면서 반응기 내를 약 25mmHg 에 감압했다. 이 상태에서 디메틸술폭사이드를 12ml/min 의 속도로 반응기 내로부터 유출시키면서, 미리 디메틸술폭사이드 1.5L 에 용해시킨 메틸 4-옥소데카노에이트 42.0g (0.21mol) 을, 12ml/min 의 속도에서 적하했다.
적하 종료 후, 감압도를 약 15mmHg 으로 올리고, 81℃ 에서 디메틸술폭사이드를 증류 제거한 후, 약 40℃ 로 냉각했다. 물 1L, 진한 염산 46g 과 이소부탄올 0.8L 를 첨가하고, 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 그 유기상의 이소부탄올을 감압 증류 제거하여, 2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (13) 에서 R19 가 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 을 얻었다. 액체 크로마토그래프에 따라 분석한 결과, 2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온의 메틸 4-옥소데카노에이트에 대한 수율은 93% 이었다.
2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온 32.5g (0.19mol) 에 염화 수소 1wt% 함유 메탄올 (미리 염화 수소 가스를 불어 넣어 조제된 것) 650ml 를 첨가하여 5시간 가열 환류했다. 25℃ 로 냉각 후, 탄산 수소 나트륨 15.4g 을 천천히 첨가하여 25℃ 에서 30분간 교반했다. 메탄올을 감압 증류 제거한 후, 물 200ml 와 이소부탄올 200ml 를 첨가하여 25℃ 에서 10분간 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 그 유기상의 이소부탄올을 증류 제거하고, 2-펜틸-3-메톡시-2-시클로펜테논 (상기 식 (14) 에서 R20 이 n-펜틸기에, R21 이 메틸기에 상당하는 화합물) 을 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 2-펜틸-3-메톡시-2-시클로펜테논의 2-n-펜틸-1,3-시클로펜탄디온에 대한 수율은 80% 이었다.
미리 상압의 질소 치환한 반응기 (용적 0.3L) 에 나트륨메톡사이드의 28% 메탄올 용액 13.5g (70mmol) 과 무수 메탄올 140ml 를 넣었다. 말론산 디메틸 6.6g (50mmol) 을 첨가하여 25℃ 에서 30분간 교반했다. 2-펜틸-3-메톡시-2-시클로펜테논 6.6g (36mmol) 을 첨가하고, 질소 분위기 하에 24시간 가열 환류했다. 이것을 빙냉 후, 진한 염산 6.1ml 를 천천히 첨가하여 중화하여, 메탄올을 증류 제거했다. 물 50ml 와 톨루엔 100ml 를 첨가하여 충분히 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 그 유기상의 톨루엔을 감압하에 증류 제거한 후, 감압 증류를 실시하여, 메틸(2-펜틸-3-케토-1-시클로펜테닐)아세테이트 (상기 식 (15) 에 있어서 R22 가 n-펜틸기에, R23 이 메틸기에 상당하는 화합물) 를 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 메틸(2-펜틸-3-케토-1-시클로펜테닐)아세테이트의 2-펜틸-3-메톡시-2-시클로펜테논에 대한 수율은 90% 이었다.
［비교예 11］
용적 0.1L 의 용기에, 무수 AlCl3 32g (0.24mol) 의 무수 니트로메탄 (30ml) 용액에 대해 25℃ 숙신산 12g (0.1mol) 을 소량씩 첨가하여 25℃ 에서 교반했다. 강부식성의 HCl 가스가 격렬하게 발생하고, 그 제해(除害)로 고생했다. 또한, AlCl3 은 발연성 (HCl 가스) 이기 때문에, 칭량시에는 주변 환경의 부식 대책에 고생했다. 또 용매인 니트로메탄은 폭발성 때문에 방폭 설비내에서 세심의 주위를 기울이면서 취급했다.
숙신산 투입 후, HCl 가스의 발생이 종료하는 것을 기다리고, 헵타노일클로라이드 60g (0.4mol) 을 첨가하여 80℃ 에서 8시간 가열했다. 헵타노일클로라이드도 발연성 (HCl 가스) 이기 때문에, 칭량시에는 주변 환경의 부식 대책에 고생했다. 냉각 후, 얼음 60g 에 붓고, -10℃ 에서 10시간 유지하면 생성물이 고체로서 석출했다. 흡인 여과 후, 10% NaCl 물과 톨루엔 (20ml×3회) 으로 세정한 후 건조시켜, 2-펜틸-1,3-시클로펜탄디온 (상기 식 (3) 에 있어서 R1 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 8.4g (0.05mol) 을 얻었다. 수율은 AlCl3, 숙신산, 헵타노일클로라이드에 대해, 각각 20.8%, 50.0%, 12.5% 이었다. 동시에, 알루미늄계 및 염소계 화합물을 다량으로 함유하는 폐수 부생했다.
［실시예 14］
용적 1.0L 의 반응기로, 1,3-시클로펜탄디온 10.0g (0.10mol), 1-펜텐-3-올 17.6g (0.20mol) 및 p-톨루엔술폰산 1.0g 을 톨루엔 500ml 와 혼합하여, 4시간 가열 환류했다. 그 동안, 부생하는 물을 공비적으로 계 외로 제거했다. 이어서, 탄산 수소 나트륨의 포화 수용액과 혼합한 후 정치하여, 얻어진 유기상을 분취했다. 그 유기상의 톨루엔을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (21) 에서 R32 가 에틸기에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 80%).
당해 화합물 10.0g 을 자일렌 500mL 에 용해하고, 4시간 가열 환류했다. 자일렌을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (22) 에서 R33 이 에틸기에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 85%). 당해 화합물 5.0g 을, 염화 수소를 1% 함유하는 무수 메탄올 100mL 에 용해하여, 4시간 가열 환류했다. 탄산 수소 나트륨을 첨가하여 염화 수소를 중화한 후, 메탄올을 감압 증류 제거했다. 그 후, 물 50ml 와 이소부탄올 250ml 를 첨가하여 교반한 후 정치하여, 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 이소부탄올을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (23) 에서 R34 가 에틸기, R35 가 메틸기에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 86%).
당해 화합물 1.0g 을 무수 메탄올 5mL 에 용해했다 (식 (23) 의 무수 메탄올 용액). 다음으로 말론산 디메틸 1.29g, 나트륨메톡사이드 0.59g 및 무수 메탄올 5ml 를 25℃ 에서 15분간 혼합했다. 이 용액에 식 (23) 의 무수 메탄올 용액에 첨가하여 22시간 가열 환류했다. 1N 염산과 디에틸에테르를 첨가하여 혼합한 후 분상하여, 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 용매를 감압 증류 제거하고, 상기 식 (24) 에서 R36 이 에틸기, R37 이 메틸기에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 91%).
당해 화합물 1.0g 을 디클로로메탄 100mL 에 용해하고, 빙냉 하에 m-클로로과벤조산 1.08g 을 첨가한 후, 25℃ 에서 4시간 교반했다. 1N 티오 황산 나트륨 8ml 와 탄산 수소 나트륨 포화 수용액 2ml 와 혼합한 후 정치하여, 얻어진 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 용매를 감압 증류 제거하고, 상기 식 (25) 에서 R38 이 에틸기, R39 가 메틸기에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 88%).
당해 화합물 0.7g 을 테트라히드로푸란 40ml, 물 10ml 의 혼합 용매에 용해하고, 70% 과염소산 수용액 1.1g 을 첨가하여 25℃ 에서 1시간 교반했다. 탄산 수소 나트륨으로 중화한 후, 테트라히드로푸란을 감압 증류 제거했다. 아세트산 에틸을 첨가하여 교반한 후 정치하여, 얻어진 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 아세트산 에틸을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (26) 에서 R40 이 에틸, R41 이 메틸에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 82%).
당해 화합물 0.5g 과 팔라듐-활성 탄소 (팔라듐 함유량 10%) 0.1g 을 반응기에 넣었다. 아세트산 에틸 5ml 를 첨가한 후, 교반하면서, 감압과 수소 도입을 반복, 반응기 내를 상압의 수소로 치환했다. 그 상태에서 6시간 교반했다. 촉매를 여과에 따라 반응액으로부터 제거한 후, 아세트산 에틸을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (27) 에서 R42 가 에틸 R43 이 메틸에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 90%).
당해 화합물 0.3g 에 오르토포름산 메틸 10ml 와 촉매량의 p-톨루엔술폰산을 첨가하여 1시간 가열 환류했다. 탄산 수소 나트륨으로 중화 한 후, 오르토포름산 메틸을 감압 증류 제거했다. 이어서 물과 디에틸에테르를 첨가하여 교반한 후 정치하여, 얻어진 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 용매를 감압 증류 제거하고, 상기 식 (28) 에서 R44 가 에틸 R45 가 메틸에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 95%).
당해 화합물 0.2g 을 무수아세트산 5mL 에 용해하고, 미리 가열 환류해 놓은 무수아세트산 5mL 에 1시간 걸쳐 적하했다. 이것을 20분간 가열 환류한 후, 무수아세트산을 감압 증류 제거하여, 탄산 수소 나트륨의 포화 수용액과 디에틸에테르를 첨가하여 교반한 후 정치하여, 얻어진 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 용매를 증류 제거하고, 상기 식 (29) 에서 R46 이 에틸 R47 이 메틸에 상당하는 2,3-디치환 시클로펜타논을 얻었다 (수율 88%). 당해 화합물의 2,3-디치환기의 입체 배치의 비율은 시스체 ： 트랜스체=55 ： 45 이었다.
［실시예 15］
용적 0.1L 의 반응기로, 1,3-시클로펜탄디온 4.0g, 탄산 칼륨 6.0g, 1-브로모-2-펜틴 6.6g 을 물 40mL 에 첨가하여 60℃ 에서 6시간 가열했다. 5N 수산화 나트륨 2g 과 톨루엔 30ml 를 첨가하여 25℃ 에서 교반한 후 분상(分相)하여, 수상을 분취했다. 당해 수상에 염산을 첨가하여 pH=1 로 했다. 당해 수상을 50℃ 의 톨루엔으로 2회 추출하고, 톨루엔을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (31) 에서 R49 가 에틸기에 상당하여, 점선부에 결합이 있는 화합물을 얻었다 (수율 40%). 당해 화합물 2.0g 을, 염화 수소를 1% 함유하는 무수 메탄올 20mL 에 용해하고, 5시간 가열 환류했다. 탄산 수소 나트륨으로 염화 수소를 중화한 후, 메탄올을 감압 증류 제거하여, 물 20ml 와 톨루엔 20ml 를 첨가하여 교반한 후 분상하여, 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 톨루엔을 감압 증류 제거하고, 상기 식 (32) 에서 R50 이 에틸기, R51 이 메틸기에 상당하는 화합물을 얻었다 (수율 83%). 당해 화합물 1.0g 을 무수 메탄올 5mL 에 용해한 것을, 말론산 디메틸 1.33g, 나트륨메톡사이드 0.61g 및 무수 메탄올 5ml 를 미리 25℃ 에서 15분간 혼합한 용액에 첨가하여 20시간 가열 환류했다. 1N 염산과 디에틸에테르를 첨가하여 혼합한 후 분상하여, 유기상을 분취했다. 당해 유기상의 용매를 감압 증류 제거하고, 상기 식 (33) 에서 R52 가 에틸기, R53 이 메틸기에 상당하여, 점선부에 결합이 있는 화합물을 얻었다 (수율 89%).
［실시예 16］
용적 10ml 의 반응기로, 메틸(2-펜틸-3-케토-1-시클로펜테닐)아세테이트 (상기 식 (34) 에 있어서 R54 가 n-펜틸기에, R55 가 메틸기에 상당하는 화합물) 1g (4.5mmol), 염화 나트륨 0.5g (8.5mmol), 물 0.2g 및 디메틸술폭사이드 3ml 의 혼합물을, 질소 분위기 하, 160℃ 에서 3시간 가열했다. 25℃ 로 냉각 후, 물 10ml 와 아세트산 에틸을 20ml 첨가하여 교반함으로써, 생성물을 아세트산 에틸 상으로 추출시켰다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 2-n-펜틸-3-메틸-2-시클로펜테논의 수율은 82% 이었다.
［비교예 12］
용적 0.1L 의 반응기로, 운데칸-7,10-디온［CH3COCH2CH2COCH2(CH2)4CH3］1g, 에탄올 7ml 및 0.5N 수산화 나트륨 25ml 를 혼합하여, 질소 분위기 하에서 5시간 가열 환류했다. 당해 혼합물을 25℃ 로 냉각 후, 디에틸에테르 20ml 를 첨가하여 교반함으로써, 생성물을 디에틸에테르상으로 추출시켰다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 2-n-펜틸-3-메틸-2-시클로펜테논의 수율은 52% 이었다.
［실시예 17］
상압의 질소 가스로 치환한 반응기 (용적 2L) 에, 염화 수소 0.7wt% 함유 이소부탄올 (미리 염화 수소 가스를 불어 넣어 조제된 것) 1.1L 를 넣었다. 당해 염화 수소 용액을 80℃ 로 가열하고, 교반한 결과, n-펜틸푸릴카르비놀 (상기 식 (36) 에서 R57 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 264g (1.57mol) 을 3시간 걸쳐 적하했다.
적하 종료 후, 동일 온도에서 추가로 10분간 교반했다. 이소부탄올을 감압 증류 제거하여, 이소부틸 4-옥소데카노에이트 (상기 식 (38) 에서, R59 가 n-펜틸기에, R60 이 이소부틸기에 상당하는 화합물) 을 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, 이소부틸 4-옥소데카노에이트의 수율은 88% 이었다.
*이소부틸 4-옥소데카노에이트 24.2g (0.10mol) 을 99.5% 에탄올 200mL 에 용해했다. 수소화 붕소 나트륨 4.2g (0.11mol) 을 소량씩 첨가한 후, 25℃ 에서 10분간 교반했다. 그 용액을 물 1L 중에 넣어, 추가로 아세트산 에틸 1L 를 첨가하여 교반함으로써, 생성물을 아세트산 에틸상으로 추출시켰다. 아세트산 에틸을 증류 제거한 후 감압 증류하여, γ-데카락톤 (상기 식 (39) 에서 R61 이 n-펜틸기에 상당하는 화합물) 을 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, γ-데카락톤의 이소부틸 4-옥소데카노에이트에 대한 수율은 93% 이었다. 얻어진γ-데카락톤에는 플라스틱형의 향미나 산미는 전혀 확인되지 않고, 양호한 피치형의 향기를 가지고 있었다.
［비교예 13］
오토클레이브 (용적 1L) 에 n-헵탄올 349g (3.0mol) 과 브롬화 아연 0.06g (0.27mmol) 을 넣었다. 그 혼합물을 165℃ 로 가열 교반한 상태에서, 그 혼합물 중에 아크릴산 메틸 57g (0.66mol) 과 디-t-부틸퍼옥사이드 9.9g (0.068mol) 의 혼합액을 6시간 걸쳐 압입했다. 동일 온도에서 추가로 1시간 교반했다. 이어서 미반응의 n-헵탄올을 증류 제거한 후 감압 증류하여, γ-데카락톤을 얻었다. 가스크로마토그래피 분석의 결과, γ-데카락톤의 수율은 69% 이었다. 얻어진γ-데카락톤은 플라스틱형의 향기나 산미를 수반하고 있어 향기의 품위가 떨어지는 것이었다.
본 발명에 따라, 자스민계 향료나 그 중간체 등으로서 유용한 시스-2,3-디치환 시클로펜타논의 입체 선택적 제조 방법의 제공, 그리고, 당해 치환 시클로펜타논 제조를 위한 유용 중간체 및 당해 중간체의 제조 방법의 제공이 가능해진다.
도 1 은 당업자가 예상하는 산성 조건하에서의 2,3-디치환 시클로펜타논의 에놀화의 진행도이다.

Claims (2)

  1. 하기의 9 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 치환 시클로펜타논의 제조 방법.
    (제 1 공정) 1,3-시클로펜탄디온을 에테르화하고, 하기 식 (21)
    [화학식 23]
    Figure 112011024944593-pat00052
    (식 중, R32 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
    (제 2 공정) 상기 식 (21) 로 표시되는 화합물을 전위시키고, 하기 식 (22)
    [화학식 24]
    Figure 112011024944593-pat00053
    (식 중, R33 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R33 는 R32 와 동일해도 된다.)
    로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
    (제 3 공정) 상기 식 (22) 로 표시되는 화합물을 에테르화하고, 하기 식 (23)
    [화학식 25]
    Figure 112011024944593-pat00054
    (식 중, R34 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R34 는 R33 과 동일해도 된다. 또한, R35 는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R34 와 R35 는 동일해도 된다.) 로 표현되는 화합물을 제조하는 공정.
    (제 4 공정) 상기 식 (23) 으로 표시되는 화합물에 말론산 에스테르를 부가시킴과 함께 탈탄산시키고, 하기 식 (24)
    [화학식 26]
    Figure 112011024944593-pat00055
    (식 중, R36 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R36 은 R34 와 동일해도 된다. 또한, R37 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R36 과 R37 은 동일해도 된다.)
    로 표시되는 치환 시클로펜테논을 제조하는 공정.
    (제 ５ 공정) 상기 식 (24) 로 표시되는 치환 시클로펜테논의 측사슬의 이중결합을 선택적으로 산화하고, 하기 식 (25)
    [화학식 27]
    Figure 112011024944593-pat00056
    (식 중, R38 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R38 은 R36 과 동일해도 된다. 또한, R39 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R37 과 동일해도 되고, R38 과 R39 는 동일해도 된다.)
    로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
    (제 6 공정) 상기 식 (25) 로 표시되는 화합물의 옥시란 고리를 가수 분해하고, 하기 식 (26)
    [화학식 28]
    Figure 112011024944593-pat00057
    (식 중, R40 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R40 은 R38 과 동일해도 된다. 또한, R41 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R39 와 동일해도 되고, R40 과 R41 은 동일해도 된다.)
    로 표시되는 디올을 제조하는 공정.
    (제 7 공정) 상기 식 (26) 의 5원자 고리 내 이중결합에 수소 첨가하고, 하기 식 (27)
    [화학식 29]
    Figure 112011024944593-pat00058
    (식 중, R42 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R42 는 R40 과 동일해도 된다. 또한, R43 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R41 과 동일해도 되고, R42 와 R43 은 동일해도 된다.)
    로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
    (제 8 공정) 상기 식 (27) 로 표시되는 화합물의 디올을 디옥소란화하고, 하기 식 (28)
    [화학식 30]
    Figure 112011024944593-pat00059
    (식 중, R44 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R44 는 R42 와 동일해도 된다. 또한, R45 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R43 과 동일해도 되고, R44 와 R45 는 동일해도 된다. Z 는 탄소수 1 내지 6 의 알콕시기 혹은 아미노기를 나타낸다.) 로 표시되는 화합물을 제조하는 공정.
    (제 9 공정) 상기 식 (28) 로 표시되는 화합물을 카르복실산 무수물의 존재하에 분해하고, 하기 식 (29)
    [화학식 31]
    Figure 112011024944593-pat00060
    (식 중, R46 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R46 은 R44 와 동일해도 된다. 또한, R47 은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R45 와 동일해도 되고, R46 과 R47 은 동일해도 된다.)
    로 표시되는 치환 시클로펜타논을 제조하는 공정.
  2. 하기 식 (23) 으로 표시되는 화합물.
    Figure 112011024944593-pat00062
    (식 중, R34 는 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, 이들 기는 염소, 브롬, 질소, 산소, 황, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 헤테로 원자를 함유할 수 있다. 또한, R35 는 탄소수 1 내지 8 의 사슬형, 분기형 혹은 고리형의 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내고, R34 와 R35 는 동일해도 된다.)
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