JP2004217619A - シクロアルカノン誘導体の製造法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 収率及び選択率の良好な２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノンの製造法、並びにそれを用いた香料素材や生理活性物質として有用なシクロアルカノン誘導体の製造法の提供。
【解決手段】 シクロアルカノンと、アルデヒド（２）とを、水及び塩基触媒存在下でアルドール縮合して、化合物（３）を製造する方法であって、塩基触媒の添加量（単位モル；以下Ａという）が、アルデヒド（２）中に含まれるカルボン酸（１）の量（単位モル；以下Ｂという）以上で、かつＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下である化合物（３）の製造法、並びにこの製造法で得られた化合物（３）を用いた化合物（７）及び（８）の製造法。
【化１】
【化２】
【化３】
（ｎは１又は２、Ｒ1はＨ、Ｃ1-8のアルキル基等、Ｒ2はＣ1-3のアルキル基を示す。）
【選択図】 なし
【解決手段】 シクロアルカノンと、アルデヒド（２）とを、水及び塩基触媒存在下でアルドール縮合して、化合物（３）を製造する方法であって、塩基触媒の添加量（単位モル；以下Ａという）が、アルデヒド（２）中に含まれるカルボン酸（１）の量（単位モル；以下Ｂという）以上で、かつＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下である化合物（３）の製造法、並びにこの製造法で得られた化合物（３）を用いた化合物（７）及び（８）の製造法。
【化１】
【化２】
【化３】
（ｎは１又は２、Ｒ1はＨ、Ｃ1-8のアルキル基等、Ｒ2はＣ1-3のアルキル基を示す。）
【選択図】 なし
Description
本発明は、生理活性物質や香料の合成中間体として有用な２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノンの製造法、並びにそれを用いた、香料素材や生理活性物質として有用なアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び／又はアルキル（３−オキソ−２−アリールシクロアルキル）アセテート、並びに５−アルキル−５−アルカノリド及び／又は５−アリール−５−アルカノリドの製造法に関する。
２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノンの製造法として、特許文献１には、シクロアルカノンとアルキルアルデヒドとを、アルキルアルデヒド１モルに対して、塩基触媒を約０．０５〜０．１モル用いてアルドール縮合する方法が、また、特許文献２には、アルキルアルデヒド１モルに対して、塩基触媒を０．０４モル以下用いてアルドール縮合する方法が記載されている。
しかしながら、アルキルアルデヒドは容易に酸化してアルキルカルボン酸となる性質があり、このアルキルカルボン酸がアルドール縮合中に塩基触媒と反応し、活性を大きく低下させるため、収率及び選択率の低下を招くことが多い。このような酸化を防ぐため、アルキルアルデヒドを窒素シール等で貯蔵、使用する方法が取られるが、酸化は少しずつ進行するため、アルキルカルボン酸の混入は避けられない。
また、特許文献１及び２に記載の方法では、アルキルアルデヒドに対してシクロアルカノンを過剰に使用するため、反応後に未反応のシクロアルカノンが残存する。反応に使用する水層部はシクロアルカノンを多量に溶解するため、一回の反応で廃棄すると未反応で残存しているシクロアルカノンを大量に損失することになり、環境負荷が増大する。
特開昭５６−１４７７４０号公報
特開２００１−３３５５２９号公報
本発明の課題は、アルデヒド中のカルボン酸含有量に関わらず、安定して高収率、高選択率で２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノンを製造し、さらに、シクロアルカノンを効率的に使用して、環境負荷を低減することのできる２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノンの製造法、並びにそれを用いた香料素材や生理活性物質として有用なシクロアルカノン誘導体の製造法を提供することにある。
本発明者らは、塩基触媒の添加量を、アルデヒドに含まれるカルボン酸と等モル以上で、かつアルデヒドに対し特定量以下に制御して反応を行うことにより、アルデヒドのカルボン酸含有量に関わらず、安定して高収率、高選択率で２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノンが得られることを見いだした。
さらに、反応に使用する水層部を繰り返し再使用することにより、シクロアルカノンを効率的に使用でき、かつ排水を低減し環境負荷低減につながることを見いだした。その中で、酸によるｐＨ調整及び分層後の水層部を再使用する場合、多量の中和塩が蓄積すると反応収率が低下するものの、一回の反応で使用する塩基触媒量を反応が進行する最低限に抑えることによって、その低下を抑えることが可能であることを見いだした。
本発明は、シクロアルカノンと、式（２）で表されるアルデヒド（以下アルデヒド（２）という）とを、水及び塩基触媒存在下でアルドール縮合して、式（３）で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノン（以下化合物（３）という）を製造する方法であって、塩基触媒の添加量（単位モル；以下Ａという）が、アルデヒド（２）中に含まれる式（１）で表されるカルボン酸（以下カルボン酸（１）という）の量（単位モル；以下Ｂという）以上で、かつＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下である、化合物（３）の製造法、及びこのアルドール縮合反応後に得られる水層部を再使用する、化合物（３）の製造法を提供する。
（式中、ｎは１又は２の整数、Ｒ1は水素原子又は炭素数１〜８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基、あるいは置換もしくは無置換のアリール基を示す。）
本発明は、また、上記製造法で得られた化合物（３）を脱水反応させて、式（４）
本発明は、また、上記製造法で得られた化合物（３）を脱水反応させて、式（４）
（式中、ｎ及びＲ1は前記の意味を有する。）
で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン及び／又は２−（アリーレン）シクロアルカノン（以下化合物（４）という）を得、次いで異性化反応させて、式（５）
で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン及び／又は２−（アリーレン）シクロアルカノン（以下化合物（４）という）を得、次いで異性化反応させて、式（５）
（式中、ｎ及びＲ1は前記の意味を有する。）
で表される２−（アルキル）シクロアルケノン及び／又は２−（アリール）シクロアルケノン（以下化合物（５）という）とし、次いで式（６）
で表される２−（アルキル）シクロアルケノン及び／又は２−（アリール）シクロアルケノン（以下化合物（５）という）とし、次いで式（６）
（式中、Ｒ2は炭素数１〜３の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示し、２個のＲ2は同一でも異なっていてもよい。）
で表されるマロン酸ジエステル（以下化合物（６）という）と反応させ、次いで水を反応させる、式（７）
で表されるマロン酸ジエステル（以下化合物（６）という）と反応させ、次いで水を反応させる、式（７）
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を有する。）
で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び／又はアルキル（３−オキソ−２−アリールシクロアルキル）アセテート（以下化合物（７）という）の製造法、並びに化合物（３）を脱水反応させて、化合物（４）を得、次いで異性化反応させて、化合物（５）とし、次いで水素還元させた後、バイヤービリガー酸化させる、式（８）で表される５−アルキル−５−アルカノリド及び／又は５−アリール−５−アルカノリド（以下化合物（８）という）の製造法を提供する。
で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び／又はアルキル（３−オキソ−２−アリールシクロアルキル）アセテート（以下化合物（７）という）の製造法、並びに化合物（３）を脱水反応させて、化合物（４）を得、次いで異性化反応させて、化合物（５）とし、次いで水素還元させた後、バイヤービリガー酸化させる、式（８）で表される５−アルキル−５−アルカノリド及び／又は５−アリール−５−アルカノリド（以下化合物（８）という）の製造法を提供する。
（式中、ｎ及びＲ1は前記の意味を示す。）
本発明の方法によれば、シクロアルカノンと、アルデヒド（２）を原料として、アルデヒド（２）中に含まれるカルボン酸（１）の含有量に関わらず、安定して高収率、高選択率で化合物（３）を製造するとともに、シクロアルカノンを効率的に使用でき、排水の低減により環境負荷を低減することができる。更に、得られた化合物（３）を用い、香料素材や生理活性物質として有用な化合物（７）及び化合物（８）を効率的に製造することができる。
［化合物（３）の製造法］
本発明の化合物（３）の製造法に用いられるシクロアルカノンは、シクロペンタノン又はシクロヘキサノンであり、シクロペンタノンが好ましい。また、アルデヒド（２）としては、Ｒ1が炭素数１〜８のアルキル基であるものが好ましく、炭素数３〜５のアルキルアルデヒドが更に好ましく、炭素数４の直鎖アルキル基を有するアルデヒド（バレルアルデヒド）が特に好ましい。
本発明の化合物（３）の製造法に用いられるシクロアルカノンは、シクロペンタノン又はシクロヘキサノンであり、シクロペンタノンが好ましい。また、アルデヒド（２）としては、Ｒ1が炭素数１〜８のアルキル基であるものが好ましく、炭素数３〜５のアルキルアルデヒドが更に好ましく、炭素数４の直鎖アルキル基を有するアルデヒド（バレルアルデヒド）が特に好ましい。
本発明に用いられるアルデヒド（２）中には、その酸化物であるカルボン酸（１）が含まれている。アルデヒド（２）中のカルボン酸（１）の定量法としては、例えば液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、滴定等が挙げられるが、簡便性を考慮すると滴定によって求められる酸価を利用するのが望ましい。
本発明に用いられる塩基触媒としては、式（９）で表される化合物が好ましい。
Ｍ(ＯＨ)m （９）
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、又はＭｇ、Ｃａ、Ｂａ等のアルカリ土類金属であり、好ましくはアルカリ金属である。ｍは１又は２の整数である。）
本発明において、塩基触媒の添加量（Ａ）は、良好な反応速度や収率を得る観点から、アルデヒド（２）中に含まれるカルボン酸（１）の量（Ｂ）以上、即ち等モル以上で、かつＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下、好ましくは０〜０．０２モル、更に好ましくは０．００１〜０．００５モルである。
（式中、Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、又はＭｇ、Ｃａ、Ｂａ等のアルカリ土類金属であり、好ましくはアルカリ金属である。ｍは１又は２の整数である。）
本発明において、塩基触媒の添加量（Ａ）は、良好な反応速度や収率を得る観点から、アルデヒド（２）中に含まれるカルボン酸（１）の量（Ｂ）以上、即ち等モル以上で、かつＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下、好ましくは０〜０．０２モル、更に好ましくは０．００１〜０．００５モルである。
アルデヒド（２）中に含まれるカルボン酸（１）の量（Ｂ）は、アルデヒド（２）の酸価（ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）のＫＯＨ量のモル数に相当する。つまり、アルデヒド（２）の酸価（ｍｇ−ＫＯＨ／ｇ）とアルデヒド（２）の量からＫＯＨ必要モル数を求め、それと等モル量以上の塩基触媒を添加することにより、収率や選択率の低下を抑えることができる。また、ＡとＢの差（Ａ−Ｂ）は、塩基触媒の添加量（Ａ）から、カルボン酸（１）と反応する塩基触媒の量（Ｂに相当する）を差し引いた、反応を進行させるための有効塩基触媒量であり、この（Ａ−Ｂ）を、アルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下とすることにより、シクロアルカノンダイマー等の副生物の生成を抑えることができる。更に水層部を繰り返し再使用しても高い収率を維持できる。
また、本発明の製造法において、水の添加量は、アルデヒド（２）のダイマー、シクロアルカノンのダイマー、高沸成分等の副生成物を抑える観点から、シクロアルカノンに対し０．２〜１．２重量倍が好ましく、０．４〜１．２重量倍が更に好ましく、０．４〜０．６重量倍が特に好ましい。
シクロアルカノンとアルデヒド（２）とは、良好な収率を得る観点から、アルデヒド（２）１モルに対し、シクロアルカノンを１モル以上反応させることが好ましく、過剰分のシクロアルカノン回収等の生産性を考慮すると１．２〜４．０モルが好ましく、１．２〜３．０モルがより好ましく、１．５〜２．７モルが更に好ましい。
アルドール縮合の反応温度は、水層部が凝固するのを防止し、シクロアルカノンの２量体等の生成を抑える観点から、−５〜４０℃が好ましく、−５〜３０℃が更に好ましい。
本発明の製造法は、シクロアルカノン、水及び塩基触媒を反応槽に仕込み、前記の反応温度に制御しながら、アルデヒド（２）を滴下するのが望ましい。滴下時間は反応槽の温度制御能力に応じて変化させればよく収率に影響しない。滴下終了後、転化率を高めるため必要に応じて熟成反応を行ってもよい。熟成時間も特に限定されないが、長くなると少しずつ副生成物が増加していく。生産性を考慮すると、アルデヒド（２）の滴下時間は１〜８時間程度、熟成時間は１〜６時間程度が望ましい。また、この反応は、不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。
アルドール縮合反応の圧力は、絶対圧で１０ｋＰａ〜１ＭＰａが好ましく、５０〜３００ｋＰａが更に好ましく、１００ｋＰａ前後が特に好ましい。
アルドール縮合反応は、シクロアルカノンと水の２層系の反応であるから、これを破壊するような溶媒を用いるのは好ましくない。本発明で用いられる溶媒は、反応系において不活性で、生成物の分離精製を阻害しないものであれば特に制限されず、例えば、沸点範囲が１４０〜２１０℃程度の、芳香族炭化水素系溶媒（ベンゼン、トルエン等）、脂肪族炭化水素系溶媒（ノナン、デカン、ウンデカン等）等が挙げられる。
アルドール縮合反応で使用した水層部はシクロアルカノンを多量に含むため、分層して水層部を繰り返し再使用することが望ましい。油層部に水層部のいくらかが分配するため、再使用して反応を行う際はその量の水や塩基触媒を追加してもよい。必要なら、さらに追加してもよい。
塩基触媒の存在下では、分層に時間を要することがある。この場合は、酸の添加によって分層しやすいｐＨまで調整し、分層して再使用することも可能である。分層後の油層部からもシクロアルカノンを蒸留回収する必要がある場合は、化合物（３）の分解を抑えるため、酸性側、好ましくはｐＨを４〜７に調整するのが望ましい。
ここで用いられる酸は特に制限されず、一般的な有機酸、無機酸が使用できるが、取り扱いやすさ、価格等の面から、硫酸、リン酸、縮合リン酸が望ましい。
酸を添加した場合は、水層部を再使用して反応を行う際に、前記の塩基触媒量に加え、水層部を中性からアルカリ側（ｐＨ７以上）に調整するだけの塩基触媒を合わせて添加するのが望ましい。
［化合物（７）の製造法］
上記製造法で得られた化合物（３）を原料とし、例えば特開昭５６−１４７７４０号公報に記載の方法により香料素材や生理活性剤として有用な化合物（７）を得ることができる。
上記製造法で得られた化合物（３）を原料とし、例えば特開昭５６−１４７７４０号公報に記載の方法により香料素材や生理活性剤として有用な化合物（７）を得ることができる。
具体的には、まず化合物（３）をシュウ酸等による脱水反応で化合物（４）を得、次いで、還流ｎ−ブタノール中、水性酸（塩酸又は臭化水素酸等）存在下で異性化反応させ、化合物（５）を得る。次いで、この化合物（５）と化合物（６）とを塩基性触媒存在下に反応させ、式（１０）で表される化合物（以下化合物（１０）という）を得る。
（式中、ｎ、Ｒ1及びＲ2は前記の意味を示す。）
化合物（５）に対して化合物（６）を、好ましくは１〜５モル倍、更に好ましくは１．２〜２モル倍の割合で反応させる。
化合物（５）に対して化合物（６）を、好ましくは１〜５モル倍、更に好ましくは１．２〜２モル倍の割合で反応させる。
塩基性触媒としては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド等のアルカリ金属アルコキシド等が挙げられる。触媒の使用量は化合物（５）に対して０．００５〜０．２モル倍が好ましい。溶媒としてはアルコール類等の極性溶媒が好ましい。反応温度は−１０〜３０℃の範囲が好ましく、０〜２０℃の範囲が更に好ましい。
次に、得られた化合物（１０）と水とを反応させることにより、化合物（７）を製造することができる。水は、化合物（１０）に対して１〜３モル倍量を反応系中に滴下しながら反応させることが好ましい。反応温度は１５０〜２５０℃の範囲が好ましい。
［化合物（８）の製造法］
上記製造法で得られた化合物（３）を原料とし、既知の一般的な方法により、香料素材や生理活性剤として有用な化合物（８）を得ることができる。
上記製造法で得られた化合物（３）を原料とし、既知の一般的な方法により、香料素材や生理活性剤として有用な化合物（８）を得ることができる。
例えば、化合物（７）の製造法と同様に、化合物（３）を脱水反応させて化合物（４）を得、化合物（４）を同様に異性化反応させ、化合物（５）を得る。次いで、Ｐｄ／Ｃ等の触媒存在下で水素還元させ、式（１１）で表される化合物（以下、化合物（１１）という）を得る。
（式中、ｎ及びＲ1は前記の意味を示す。）
得られた化合物（１１）を、例えば特開平９−１０４６８１号公報に記載されているように、過酢酸等を酸化剤として用い、バイヤービリガー（Baeyer-Villiger）酸化させて、化合物（８）を得る。
得られた化合物（１１）を、例えば特開平９−１０４６８１号公報に記載されているように、過酢酸等を酸化剤として用い、バイヤービリガー（Baeyer-Villiger）酸化させて、化合物（８）を得る。
実施例１
酸価３．４ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１１７．６ｇ（１．４モル）、水１２５．２ｇ、４８％ＮａＯＨ２．８ｇ（０．０３３モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら０℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド７２．４ｇ（０．８４モル）を４時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で４時間撹拌した。反応終了後、１０％硫酸１７．４ｇで中和し、有機層をガスクロマトグラフィーで分析を行った。分析はメチルシリコンカラムを用い、標準物質としてジエチレングリコールモノエチルエーテル（カルビトール）を加えて行った。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１２４．４ｇ（０．７３モル、収率８７．４％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．５ｇ（０．０１６モル）含まれていることがわかった。
酸価３．４ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１１７．６ｇ（１．４モル）、水１２５．２ｇ、４８％ＮａＯＨ２．８ｇ（０．０３３モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら０℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド７２．４ｇ（０．８４モル）を４時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で４時間撹拌した。反応終了後、１０％硫酸１７．４ｇで中和し、有機層をガスクロマトグラフィーで分析を行った。分析はメチルシリコンカラムを用い、標準物質としてジエチレングリコールモノエチルエーテル（カルビトール）を加えて行った。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１２４．４ｇ（０．７３モル、収率８７．４％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．５ｇ（０．０１６モル）含まれていることがわかった。
実施例２
酸価４．２ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン７１９ｇ（８．５５モル）、水３２０ｇ、４８％ＮａＯＨ３．５ｇ（０．０４２モル）を２Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド３１９ｇ（３．７０モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが５５７ｇ（３．２７モル、収率８９．０％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが６．８ｇ（０．０４４モル）含まれていることがわかった。
酸価４．２ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン７１９ｇ（８．５５モル）、水３２０ｇ、４８％ＮａＯＨ３．５ｇ（０．０４２モル）を２Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド３１９ｇ（３．７０モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが５５７ｇ（３．２７モル、収率８９．０％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが６．８ｇ（０．０４４モル）含まれていることがわかった。
実施例３
酸価３．４ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン７１９ｇ（８．５５モル）、水３２５ｇ、４８％ＮａＯＨ２．８ｇ（０．０３４モル）を２Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド３３７ｇ（３．９１モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で３時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが５６２ｇ（３．３０モル、収率８５．０％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが９．５ｇ（０．０６３モル）含まれていることがわかった。
酸価３．４ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン７１９ｇ（８．５５モル）、水３２５ｇ、４８％ＮａＯＨ２．８ｇ（０．０３４モル）を２Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド３３７ｇ（３．９１モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で３時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが５６２ｇ（３．３０モル、収率８５．０％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが９．５ｇ（０．０６３モル）含まれていることがわかった。
実施例４
酸価２．１ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１９９ｇ（２．３７モル）、水６０ｇ、４８％ＮａＯＨ１．２ｇ（０．０１４モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド６０ｇ（０．７０モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１０７ｇ（０．６３モル、収率９０．５％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．０ｇ（０．０１３モル）含まれていることがわかった。
酸価２．１ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１９９ｇ（２．３７モル）、水６０ｇ、４８％ＮａＯＨ１．２ｇ（０．０１４モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド６０ｇ（０．７０モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１０７ｇ（０．６３モル、収率９０．５％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．０ｇ（０．０１３モル）含まれていることがわかった。
実施例５
酸価８．６ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン７１９ｇ（８．５５モル）、水３２６ｇ、４８％ＮａＯＨ１０．０ｇ（０．０４６モル）を２Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド３１９ｇ（３．７０モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で４時間撹拌したが、未転化のバレルアルデヒドが残存し、収率が６５．３％であった。
酸価８．６ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン７１９ｇ（８．５５モル）、水３２６ｇ、４８％ＮａＯＨ１０．０ｇ（０．０４６モル）を２Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド３１９ｇ（３．７０モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で４時間撹拌したが、未転化のバレルアルデヒドが残存し、収率が６５．３％であった。
そこで、４８％ＮａＯＨをさらに１５．８ｇ（０．１９モル）添加し、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが５２１ｇ（３．０６モル、収率８３．８％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが１８．２ｇ（０．１１９モル）含まれていることがわかった。
比較例１
酸価７．３ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１７８ｇ（２．１４モル）、水８０ｇ、４８％ＮａＯＨ０．６２ｇ（０．００７モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド８０．４ｇ（０．９３モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で３時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが６２．９ｇ（０．３７モル、収率４０．０％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが０．５５ｇ（０．００４モル）含まれていることがわかった。
酸価７．３ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１７８ｇ（２．１４モル）、水８０ｇ、４８％ＮａＯＨ０．６２ｇ（０．００７モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド８０．４ｇ（０．９３モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で３時間撹拌した。反応終了後、中和し、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが６２．９ｇ（０．３７モル、収率４０．０％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが０．５５ｇ（０．００４モル）含まれていることがわかった。
実施例１〜５及び比較例１の反応条件及び結果をまとめて表１に示す。
実施例６
（ａ）酸価１．０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１１２．３ｇ（１．３４モル）、水５０．０ｇ、４８％ＮａＯＨ０．２４ｇ（０．００２９モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド５０．０ｇ（０．５８モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸０．２３ｇ（０．００２５モル）で中和し、４０℃で分層した。有機層は１７０．４ｇ、水層は４２．４ｇ得られた。水層のｐＨは５．５であった。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが８６．０ｇ（０．５０５モル、収率８７．２％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．２９ｇ（０．０１５モル）、シクロペンタノンダイマーが１．９ｇ（０．０１１モル、含量１．１％）含まれており、水層部には２．８ｇのシクロペンタノンが含まれていることがわかった。さらに、有機層から蒸留によって５８．３ｇのシクロペンタノンと８ｇの水が回収できた。また、水層部に含まれるリン酸をリン酸３ナトリウムにするためのＮａＯＨ量を滴定によって求めると、０．００６２モルであった。
（ａ）酸価１．０ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン１１２．３ｇ（１．３４モル）、水５０．０ｇ、４８％ＮａＯＨ０．２４ｇ（０．００２９モル）を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド５０．０ｇ（０．５８モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸０．２３ｇ（０．００２５モル）で中和し、４０℃で分層した。有機層は１７０．４ｇ、水層は４２．４ｇ得られた。水層のｐＨは５．５であった。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが８６．０ｇ（０．５０５モル、収率８７．２％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．２９ｇ（０．０１５モル）、シクロペンタノンダイマーが１．９ｇ（０．０１１モル、含量１．１％）含まれており、水層部には２．８ｇのシクロペンタノンが含まれていることがわかった。さらに、有機層から蒸留によって５８．３ｇのシクロペンタノンと８ｇの水が回収できた。また、水層部に含まれるリン酸をリン酸３ナトリウムにするためのＮａＯＨ量を滴定によって求めると、０．００６２モルであった。
（ｂ）次に、（ａ）の水層部と蒸留留分を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、さらにここに、シクロペンタノン５１．１ｇ（再使用分を含め１．３４モル）と、添加したリン酸をリン酸３ナトリウムにするための分を含めて、４８％ＮａＯＨ０．８７ｇ（０．０１０５モル）を仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド５０．０ｇ（０．５８モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸０．８４ｇ（０．００９モル）で中和し、４０℃で分層した。水層のｐＨは５．５であった。有機層は１７１．２ｇ、水層は４．３３ｇ得られた。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが８３．５ｇ（０．４９０モル、収率８４．６％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．２８ｇ（０．０１５モル）含まれていることがわかった。さらに、有機層から蒸留によって６１．７ｇのシクロペンタノンと８．５ｇの水が回収できた。また、水層部に含まれるリン酸をリン酸３ナトリウムにするためのＮａＯＨ量を滴定によって求めると、０．０２８モルであった。
（ｃ）さらに、（ｂ）の水層部と蒸留留分を５００ｍＬ４つ口フラスコに仕込み、さらにここに、シクロペンタノン４８．２ｇ（再使用分を含め１．３４モル）と、添加したリン酸をリン酸３ナトリウムにするための分を含めて、４８％ＮａＯＨ１．９６ｇ（０．０２３６モル）を仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド５０．０ｇ（０．５８モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸１．８９ｇ（０．０２０３モル）で中和し、４０℃で分層した。水層のｐＨは５．５であった。有機層は１７０．７ｇ、水層は４．７２ｇ得られた。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが８２．４ｇ（０．４８４モル、収率８３．５％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが２．２５ｇ（０．０１５モル）含まれていることがわかった。
比較例２
（ａ）酸価７．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン２２４．６ｇ（２．６７モル）、水１００ｇ、４８％ＮａＯＨ９．７ｇ（０．１１６モル）を１Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド１００ｇ（１．１６モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸９．３ｇ（０．１００モル）で中和し、４０℃で分層した。有機層は３４３．７ｇ、水層は９９．９ｇ得られた。水層のｐＨは５．５であった。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１６５．８ｇ（０．９７４モル、収率８４．９％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが４．５８ｇ（０．０３０モル）、シクロペンタノンダイマーが１０．１ｇ（０．０６０モル、含量２．９％）含まれており、水層部には６．７ｇのシクロペンタノンが含まれていることがわかった。さらに、有機層から蒸留によって１１６．７ｇのシクロペンタノンと１６ｇの水が回収できた。また、水層部に含まれるリン酸をリン酸３ナトリウムにするためのＮａＯＨ量を滴定によって求めると、０．２５１モルであった。
（ａ）酸価７．５ｍｇ−ＫＯＨ／ｇのバレルアルデヒドを原料として用い、シクロペンタノン２２４．６ｇ（２．６７モル）、水１００ｇ、４８％ＮａＯＨ９．７ｇ（０．１１６モル）を１Ｌ４つ口フラスコに仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド１００ｇ（１．１６モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸９．３ｇ（０．１００モル）で中和し、４０℃で分層した。有機層は３４３．７ｇ、水層は９９．９ｇ得られた。水層のｐＨは５．５であった。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１６５．８ｇ（０．９７４モル、収率８４．９％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが４．５８ｇ（０．０３０モル）、シクロペンタノンダイマーが１０．１ｇ（０．０６０モル、含量２．９％）含まれており、水層部には６．７ｇのシクロペンタノンが含まれていることがわかった。さらに、有機層から蒸留によって１１６．７ｇのシクロペンタノンと１６ｇの水が回収できた。また、水層部に含まれるリン酸をリン酸３ナトリウムにするためのＮａＯＨ量を滴定によって求めると、０．２５１モルであった。
（ｂ）次に、（ａ）の水層部と蒸留留分を１Ｌ４つ口フラスコに仕込み、さらにここに、シクロペンタノン２２４．６ｇ（再使用分を含め２．６７モル）と、添加したリン酸をリン酸３ナトリウムにするための分を含めて、４８％ＮａＯＨ２２．６ｇ（０．２７１モル）を仕込み、撹拌しながら１５℃に冷却した後、同温度でバレルアルデヒド１００ｇ（１．１６モル）を５時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で２時間撹拌した。反応終了後、１０５％縮合リン酸２１．７ｇ（０．２３３モル）で中和し、４０℃で分層した。水層のｐＨは５．５であった。有機層は３４８．８ｇ、水層は１２３．２ｇ得られた。有機層について、実施例１と同様に分析した。その結果、反応終了品中には、２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノンが１１３．５ｇ（０．６６７モル、収率５８．１％）、２−ペンチリデンシクロペンタノンが４．５６ｇ（０．０３０モル）含まれていることがわかった。
実施例６及び比較例２の反応条件及び結果をまとめて表２に示す。
表２から明らかなように、実施例６及び比較例２の（ａ）工程におけるＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド１モルに対し、実施例６では０．０６モル以下であるが、比較例２では０．０６モルより大きい。従って、比較例２の（ａ）工程ではシクロペンタノンダイマー含量が多く、水層部を再使用した（ｂ）工程では実施例６に比べて収率が低下している。
実施例７
実施例１の反応を２回行って得たものを蒸留してシクロペンタノンと水を回収し、そのうち２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノン１．０１モル及び２−ペンチリデンシクロペンタノン０．０２２モルにシュウ酸を０．０２０６モル添加して１２０℃にて反応した。この中に含まれる２−ペンチリデンシクロペンタノンは１４１ｇ（０．９３ｍｏｌ）であった。この濾過終了物をｎ−ブタノール１５３ｇに溶かし、１３０℃に昇温した後、同温度で３−ピコリン１４．５ｇ（０．１５ｍｏｌ）と３５％塩酸１０．５ｇ（０．１ｍｏｌ）の混合液を３０分で滴下した。滴下終了後、同温度で３．５時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、有機層を分析した結果、反応終了品中には、２−ペンチル−２−シクロペンテノンが１１８ｇ含まれていることがわかった。この異性化反応の収率は８３％であった。
実施例１の反応を２回行って得たものを蒸留してシクロペンタノンと水を回収し、そのうち２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノン１．０１モル及び２−ペンチリデンシクロペンタノン０．０２２モルにシュウ酸を０．０２０６モル添加して１２０℃にて反応した。この中に含まれる２−ペンチリデンシクロペンタノンは１４１ｇ（０．９３ｍｏｌ）であった。この濾過終了物をｎ−ブタノール１５３ｇに溶かし、１３０℃に昇温した後、同温度で３−ピコリン１４．５ｇ（０．１５ｍｏｌ）と３５％塩酸１０．５ｇ（０．１ｍｏｌ）の混合液を３０分で滴下した。滴下終了後、同温度で３．５時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水酸化ナトリウム水溶液で中和した後、有機層を分析した結果、反応終了品中には、２−ペンチル−２−シクロペンテノンが１１８ｇ含まれていることがわかった。この異性化反応の収率は８３％であった。
この反応終了品から、２−ペンチル−２−シクロペンテノンを９５ｇ（０．６ｍｏｌ）精製した。さらに、窒素雰囲気下にてマロン酸ジメチル１１８ｇ（０．９ｍｏｌ）を無水メタノール３８ｇに溶解し、０℃に冷却して、ナトリウムメトキシド（３０％メタノール溶液）６．５ｇ（０．０３６ｍｏｌ）を添加したものに、上記で得られた２−ペンチル−２−シクロペンテノン９５ｇ（０．６ｍｏｌ）を０℃で、２時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で３時間撹拌した。未反応のマロン酸ジメチルを減圧留去し、１６０ｇのマイケル付加物を得た。
蒸留留出管をつけた反応装置に、上記で得られたマイケル付加物を加え、２１５℃に加熱し、水を３．２ｇ／ｈ（２％／ｈ）の速度で滴下した。発生する二酸化炭素とメタノールを留出させながら、２１５℃で、４時間滴下反応を行った。反応終了後、粗生成物１２６ｇ中に、３−オキソ−２−ペンチルシクロペンチル酢酸メチル１２３ｇを得た。全工程収率は６０％であった。
粗生成物を精留して得られた３−オキソ−２−ペンチルシクロペンチル酢酸メチルは、フルーティでジャスミン様の香気を有しており、香料素材としても優れたものであった。
比較例３
比較例１の反応を３回行って得たものを蒸留してシクロペンタノンと水を回収し、そのうち２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノン１．１１モル及び２−ペンチリデンシクロペンタノン０．０１２モルにシュウ酸を０．０２０６モル添加して１２０℃にて反応した。その後、実施例７と同様に反応を行って３−オキソ−２−ペンチルシクロペンチル酢酸メチルを得た。その結果、全工程収率は２８％であった。
比較例１の反応を３回行って得たものを蒸留してシクロペンタノンと水を回収し、そのうち２−（１−ヒドロキシ−ｎ−ペンチル）シクロペンタノン１．１１モル及び２−ペンチリデンシクロペンタノン０．０１２モルにシュウ酸を０．０２０６モル添加して１２０℃にて反応した。その後、実施例７と同様に反応を行って３−オキソ−２−ペンチルシクロペンチル酢酸メチルを得た。その結果、全工程収率は２８％であった。
Claims (7)
- シクロアルカノンと、式（２）で表されるアルデヒド（以下アルデヒド（２）という）とを、水及び塩基触媒存在下でアルドール縮合して、式（３）で表される２−（１−ヒドロキシアルキル）シクロアルカノン及び／又は２−（１−ヒドロキシアリール）シクロアルカノン（以下化合物（３）という）を製造する方法であって、塩基触媒の添加量（単位モル；以下Ａという）が、アルデヒド（２）中に含まれる式（１）で表されるカルボン酸（以下カルボン酸（１）という）の量（単位モル；以下Ｂという）以上で、かつＡとＢの差（Ａ−Ｂ）がアルデヒド（２）１モルに対し０．０６モル以下である、化合物（３）の製造法。
- 水の量が、シクロアルカノンに対し０．２〜１．２重量倍である請求項１記載の製造法。
- アルドール縮合反応後に得られる水層部を再使用する、請求項１又は２記載の製造法。
- 水層部が、アルドール縮合反応後、酸添加によるｐＨ調整、分層工程を経て回収されるものである、請求項３記載の製造法。
- 水層部を再使用する際、水層部を中性もしくはアルカリ側（ｐＨ７以上）に調整するだけの塩基触媒を請求項１記載の量に加えて添加する、請求項４記載の製造法。
- 請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造法で得られた化合物（３）を脱水反応させて、式（４）
で表される２−（アルキリデン）シクロアルカノン及び／又は２−（アリーレン）シクロアルカノン（以下化合物（４）という）を得、次いで異性化反応させて、式（５）
で表される２−（アルキル）シクロアルケノン及び／又は２−（アリール）シクロアルケノン（以下化合物（５）という）とし、次いで式（６）
で表されるマロン酸ジエステルと反応させ、次いで水を反応させる、式（７）
で表されるアルキル（３−オキソ−２−アルキルシクロアルキル）アセテート及び／又はアルキル（３−オキソ−２−アリールシクロアルキル）アセテートの製造法。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造法で得られた化合物（３）を脱水反応させて、化合物（４）を得、次いで異性化反応させて、化合物（５）とし、次いで水素還元させた後、バイヤービリガー酸化させる、式（８）で表される５−アルキル−５−アルカノリド及び／又は５−アリール−５−アルカノリドの製造法。
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