JP2000355588A - α−アセチル−γ−ブチロラクトンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温和な条件で、高い効率でα−アセチル−γ
−ブチロラクトンを製造できる方法を提供する。 【解決手段】 アセト酢酸エステル（アセト酢酸メチル
など）と酸化エチレンとを、アルカリ金属成分（水酸化
ナトリウムなど）の存在下、アルコール（メタノールな
ど）中で反応させ、反応混合物中の残存メタノール濃度
が０．１〜２０重量％になるまでアルコールを留去し、
温度１０℃以上３０℃未満で硫酸水溶液で中和処理し、
層分離後の有機層からα−アセチル−γ−ブチロラクト
ンを得る。アルカリ金属成分は、アセト酢酸エステルに
対して、０．７〜１．１当量程度である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビタミンＢ１など
の医薬品や、有機工業薬品の中間体として使用され、工
業的に有用なα−アセチル−γ−ブチロラクトンの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】α−アセチル−γ−ブチロラクトンを得
る方法としては、例えば、アルコール溶媒中、アルカリ
アルコラート、アルカリ金属又はその水酸化物などのア
ルカリ成分の存在下、γ−ブチロラクトンと酢酸エステ
ルとを反応させ反応混合物を酢酸で中和する方法が知ら
れている（特公昭３１−８２７１号公報）。しかし、こ
の方法によると、中和液が、酢酸ナトリウムなどの有機
酸塩を多量に含む水層とアセチルブチロラクトンを主と
する有機層とに層分離しにくく、分離性が悪い。また、
水層への有機物の溶解損失が大きいため、収率が低下す
る。また、酢酸は、工業的に使用するには高価な酸であ
り、α−アセチル−γ−ブチロラクトンを低い製造コス
トで製造するのは困難である。

【０００３】一方、特公昭４２−１２６６２号公報に
は、アセト酢酸エステルと酸化エチレンとを、１当量以
上（アセト酢酸エステル基準）のアルカリ成分の存在下
で反応させ、反応混合物からメタノールを減圧留去した
後、３０〜５０℃で、１３〜２５重量％の硫酸水溶液で
中和することにより、α−アセチル−γ−ブチロラクト
ンが収率７６％で得られることが記載されている。ま
た、メタノール留去は、中和処理後であってもよいとさ
れている。また、この文献には、特別な条件下では、解
離定数、溶解損失の低減、コストなどの点から、酢酸の
代わりに硫酸を用いることが有用であると記載されてい
る。さらに、この文献には、固相（硫酸ナトリウムな
ど）を析出させないためには、温度範囲を限定する必要
があることが記載されている。しかし、この方法によっ
ても、高価なアセト酢酸メチルの２４％は分解する。こ
のため、α−アセチル−γ−ブチロラクトンを低い製造
コストで製造するのは困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、温和な条件で、高い効率でα−アセチル−γ−ブチ
ロラクトンを製造する方法を提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、α−アセチル−γ−
ブチロラクトンを低い製造コストで製造する方法を提供
することにある。

【０００６】本発明の別の目的は、高い収率でα−アセ
チル−γ−ブチロラクトンを製造する方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を達成するため鋭意検討した結果、反応混合物を硫酸を
用いて中和処理する前に、反応混合物中のアルコール濃
度を予め濃縮により特定濃度に調整しておくと、比較的
低温の温和な条件でも固相を析出させることなく中和処
理できること、中和処理を低温で行っても、水層と有機
層との高い層分離性を維持でき、また、高温時よりもα
−アセチル−γ−ブチロラクトンの抽出効率及び収率が
向上することを見いだし本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明のα−アセチル−γ−ブ
チロラクトンの製造方法では、アセト酢酸エステルと酸
化エチレンとを、アルカリ金属成分の存在下、アルコー
ル中で反応させた反応混合物から、残存アルコール濃度
０．１〜２０重量％になるまでアルコールを留去し、温
度１０℃以上３０℃未満で硫酸水溶液で中和処理し、層
分離して有機層からα−アセチル−γ−ブチロラクトン
を得る。アセト酢酸エステルと酸化エチレンとの反応工
程、アルコールの留去工程、及び中和処理工程は、温度
１０〜２８℃程度で行ってもよい。アルカリ金属成分
は、アセト酢酸エステルに対して、０．７〜１．１当量
程度であってもよい。アセト酢酸エステルは、例えば、
アセト酢酸Ｃ_1-4アルキルエステルである。また、層分
離後の水層から、さらにα−アセチル−γ−ブチロラク
トンを抽出してもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】［反応工程］本発明では、アセト
酢酸エステルと酸化エチレンとを、アルコール溶媒中、
アルカリ金属成分存在下で反応させる。

【００１０】アセト酢酸エステルとしては、アセト酢酸
メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸ブチル、アセト
酢酸ブチルなどのアセト酢酸Ｃ_1-4アルキルエステルが
使用できる。好ましいアセト酢酸エステルはアセト酢酸
メチルである。

【００１１】酸化エチレンの割合は、アセト酢酸エステ
ル１モルに対して、例えば、１〜３モル程度、好ましく
は１〜２モル程度、さらに好ましくは１．３〜１．７モ
ル程度である。

【００１２】アルカリ金属成分としては、ナトリウム、
カリウムなどのアルカリ金属、これらの水酸化物、又は
これらのアルコラート（メチラート、エチラートなどの
Ｃ_{1- 4}アルコラートなど）などが挙げられる。なお、ア
ルコラートは、例えば、アルカリ金属又はその水酸化物
と反応溶媒であるアルコールとから系中で生じる成分で
あってもよい。好ましいアルカリ金属成分は、ナトリウ
ム、水酸化ナトリウム、ナトリウムアルコキシド（特
に、ナトリウムメトキシド）などのナトリウム成分であ
る。

【００１３】アルカリ金属成分の割合は、特に限定され
ず、例えば、０．７〜２当量（アセト酢酸エステル基
準）程度、好ましくは０．７〜１．１当量程度、さらに
好ましくは０．７〜１当量程度であってもよい。また、
アルカリ金属成分の割合は、１当量未満、例えば、０．
７〜０．９９当量程度（アセト酢酸エステル基準）、好
ましくは、０．８〜０．９５当量程度、さらに好ましく
は０．９〜０．９５当量程度であってもよい。本発明で
は、アルカリ金属成分が比較的少量であっても、有効に
α−アセチル−γ−ブチロラクトンを得ることができ
る。

【００１４】反応溶媒であるアルコールとしは、メタノ
ール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのＣ
_1-4アルコールが使用できる。好ましいアルコールは、
メタノール、エタノール、特にメタノールである。な
お、反応溶媒と、前記アセト酢酸アルキルエステルのア
ルコール成分とは同一種類のアルコールを用いる場合が
多い。

【００１５】アセト酢酸エステルと酸化エチレンとの反
応は、室温付近、例えば、０〜５０℃程度、好ましくは
１０〜３５℃程度、さらに好ましくは１５〜３５℃程度
（特に、２２〜２８℃程度）で行うことができる。

【００１６】［アルコール留去工程］本発明では、反応
混合物からアルコールを留去する。なお、α−アセチル
−γ−ブチロラクトンの製造において、一般には、アル
コール留去は、後述の中和処理の前であっても後であっ
てもよいが、本発明では中和処理の前にアルコールを留
去する。反応前にアルコールを留去することにより、後
述するように、温和な条件で中和処理を行うことがで
き、効率的にα−アセチル−γ−ブチロラクトンを得る
ことができる。

【００１７】アルコールの留去は、低温で行うのが好ま
しく、留去温度は、例えば、１０〜４０℃程度、好まし
くは１０〜３５℃程度、さらに好ましくは１０〜２８℃
程度（特に、２０〜２８℃程度）である。低温でアルコ
ール留去することにより、α−アセチル−γ−ブチロラ
クトン及びアセト酢酸エステルの分解を低減できる。

【００１８】なお、低温でアルコール留去する場合、減
圧下で留去することが多い。減圧度は、例えば、５０〜
３００ｍｍＨｇ、好ましくは１００〜２８０ｍｍＨｇ、
さらに好ましくは１５０〜２５０ｍｍＨｇ程度である。

【００１９】なお、留去したアルコールは、必要に応じ
て脱水した後、反応溶媒として再利用してもよい。

【００２０】アルコール留去後の反応混合物中の残存ア
ルコール濃度は、例えば、０．１〜２０重量％程度、好
ましくは０．５〜１０重量％程度、さらに好ましくは
０．５〜５重量％程度である。アルコール濃度が２０重
量％を超えると、後述の中和処理時に、水層にアルコ
ールが大量に溶解し、水層中のα−アセチル−γ−ブチ
ロラクトンやアセト酢酸エステルの濃度も増加するた
め、抽出効率が低下する。また、水層中のα−アセチ
ル−γ−ブチロラクトンやアセト酢酸エステルの濃度が
増加すると、α−アセチル−γ−ブチロラクトンやアセ
ト酢酸エステルの加水分解速度が増加する。さらに、
水層にアルコールが大量に溶解するため、硫酸塩（硫酸
ナトリウム塩など）が析出し易くなり、中和処理を低温
で行うことができなくなる。高温で中和処理すると、α
−アセチル−γ−ブチロラクトンやアセト酢酸エステル
が加水分解しやすくなる。すなわち、アルコール濃度が
２０重量％を超えると、抽出効率の低下、水層濃度上昇
による加水分解速度の増大、中和処理温度上昇による加
水分解速度の増大などの相乗効果により、得られるα−
アセチル−γ−ブチロラクトンの量が予想外に低下す
る。一方、アルコール濃度０．１重量％未満までアルコ
ールを留去すると、生産効率が低下する。

【００２１】［中和処理］アルコール留去後の反応混合
物は、硫酸水溶液で中和する。硫酸水溶液の濃度は、例
えば、５〜３０重量％程度、好ましくは、１０〜２０重
量％程度、さらに好ましくは１３〜１８重量％程度であ
る。希薄硫酸水溶液（５重量％未満濃度）を用いると、
生産効率が低下する。また、３０重量％を超える硫酸水
溶液を用いると、α−アセチル−γ−ブチロラクトンが
分解するためか、収率が低下する。

【００２２】そして、本発明では、反応混合物中のアル
コール量を所定量まで低減しているため、中和を比較的
低い温度で行うことができる。中和処理の温度は、１０
℃以上３０℃未満、好ましくは１０〜２９℃程度（例え
ば、１０〜２８℃程度）、さらに好ましくは２０〜２９
℃程度（例えば、２０〜２８℃程度）である。中和処理
温度が、３０℃以上の場合、α−アセチル−γ−ブチロ
ラクトンやアセト酢酸エステルが、加水分解しやすくな
り、抽出効率が低下する。

【００２３】なお、本発明において、アセト酢酸エステ
ルと酸化エチレンとの反応工程、アルコールの留去工
程、及び中和処理工程を、温度１０〜２９℃程度（例え
ば、１０〜２８℃程度）、好ましくは２０〜２９℃程度
（例えば、２０〜２８℃程度）で行ってもよい。全ての
工程を１０〜２９℃で行うと、簡便にα−アセチル−γ
−ヒドロキシブチロラクトンを製造できる。

【００２４】中和処理液のｐＨは、例えば、２〜６程
度、好ましくは２〜４程度である。

【００２５】このようにして得られた中和処理液は、α
−アセチル−γ−ブチロラクトンとアセト酢酸エステル
を主として有機層に含有している。このため、有機層と
水層とを分離することにより、有機層からα−アセチル
−γ−ブチロラクトンを得ることができる。なお、中和
処理液の水層にも少量のα−アセチル−γ−ブチロラク
トンとアセト酢酸エステルとを含有しているものの、本
発明では、予めアルコールを留去しているため、水層へ
のロス量は小さい。

【００２６】水層中と有機層中のα−アセチル−γ−ブ
チロラクトンの総量に対する、有機層中のα−アセチル
−γ−ブチロラクトンの割合（有機層中の量／（水層中
の量＋有機層中の量）は、例えば、８０〜９９％（重量
基準）程度、好ましくは９２〜９９％（重量基準）程度
である。

【００２７】また、水層中と有機層中のアセト酢酸エス
テルの総量に対する、有機層中のアセト酢酸エステルの
割合は、例えば、８０〜９９％（重量基準）程度、好ま
しくは９２〜９９％（重量基準）程度である。

【００２８】水層中のα−アセチル−γ−ブチロラクト
ンとアセト酢酸エステルは、必要に応じて、さらに有機
溶媒により抽出できる。

【００２９】有機溶媒としては、芳香族炭化水素系溶媒
（例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなど）、エス
テル系溶媒（例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブ
チルなど）、エーテル系溶媒（例えば、ジエチルエーテ
ル、メチルｔ−ブチルエーテルなど）、ハロゲン系溶媒
（例えば、塩化メチレン、クロロホルムなど）などを挙
げることができる。溶媒は単独で又は二種以上組み合わ
せて使用してもよい。

【００３０】有機溶媒の使用量は、水層の重量１００重
量部に対して、例えば、１０〜３００重量部程度、好ま
しくは４０〜１００重量部程度である。

【００３１】抽出温度は、例えば、１０〜４０℃程度、
好ましくは１０〜３５℃程度、さらに好ましくは１０〜
２８℃程度（特に、２０〜２８℃程度）であってもよ
い。なお、前記反応工程、アルコール留去工程、中和処
理工程を同じ温度範囲で行う場合、抽出工程も同じ温度
範囲で行ってもよい。

【００３２】抽出液と前記有機層とを合わせた場合のα
−アセチル−γ−ブチルラクトンの割合［抽出効率（回
収率）］は、有機層中と水層中とのα−アセチル−γ−
ブチロラクトンの総重量に対して、例えば、９１〜９９
％（重量基準）、好ましくは９３〜９９％（重量基準）
である。また、アセト酢酸エステルの抽出効率（回収
率）は、有機層中と水層中のアセト酢酸エステルの総量
に対して、例えば、９１〜９９％（重量基準）、好まし
くは９３〜９９％（重量基準）である。

【００３３】有機層又は有機層と抽出液とから得られる
α−アセチル−γ−ブチロラクトンの収率は、例えば、
８２〜１００モル％程度、好ましくは８５〜９５モル％
程度（消費したアセト酢酸エステル基準）である。な
お、消費したアセト酢酸エステルとは、用いたアセト酢
酸エステル量（モル）から回収したアセト酢酸エステル
量（モル）を差し引いた残りのアセト酢酸エステル量
（モル）のことをいう。

【００３４】なお、有機層や抽出液は、必要に応じて、
濃縮、精留などにより精製してもい。

【００３５】このようにして得られたα−アセチル−γ
−ブチロラクトンは、ビタミンＢ１などの医薬品や、有
機工業薬品の中間体として使用できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明では、アルコールを０．１〜２０
重量％程度に濃縮しているため、温和な条件で効率よく
α−アセチル−γ−ブチロラクトンを製造できる。例え
ば、中中和処理の温度を１０〜２９℃程度に下げること
ができる。このため、高い収率で、α−アセチル−γ−
ヒドロキシブチロラクトンを得ることができ、α−アセ
チル−γ−ブチロラクトンの製造コストを低減できる。

【００３７】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。

【００３８】実施例１ メタノール２８４ｇに水酸化ナトリウム３１．５ｇを溶
解し、アセト酢酸メチル９９ｇ、酸化エチレン４１ｇを
加えた後、２５℃で１３時間反応した。薄膜蒸発機によ
り、反応液から、減圧下（２００ｍｍＨｇ）でメタノー
ルを留去し（薄膜蒸発機の缶出温度７５℃）、回収し
た。メタノール留去後の混合物中のメタノール濃度は、
約１０重量％であった。混合物に、攪拌下、２８℃で１
５重量％硫酸水溶液２７３ｇを添加して、ｐＨ＝２．５
に調整し、静置した。なお、この操作に４５分を要し
た。静置後、２層分離した上層（有機層）と下層（水
層）とからサンプリングして高速液体クロマトグラフィ
ーで分析すると、上層（有機層）には、α−アセチル−
γ−ブチロラクトンが５２．５重量％（６１．９ｇ）、
アセト酢酸メチルが２７．４重量％（３２．３ｇ）、メ
タノール濃度が２．２重量％溶解していた。下層（水
層）には、α−アセチル−γ−ブチロラクトンが１．５
重量％（４．８ｇ）、アセト酢酸メチルが０．９重量％
（１．１ｇ）、メタノールが４．２重量％溶解してい
た。有機層と水層とを分離した後、水層を２８℃で、ト
ルエン４００ｇで抽出した。有機層と抽出液とから、α
−アセチル−γ−ブチロラクトンを６４．０ｇ得た。な
お、収率及び抽出効率は以下の通りであった。

【００３９】収率： α−アセチル−γ−ブチロラクトン ８８．０モル％
（消費したアセト酢酸エステル基準） 抽出効率： α−アセチル−γ−ブチロラクトン ９６％ アセト酢酸メチル ９５％ 比較例１ メタノール２８４ｇに水酸化ナトリウム３１．５ｇを溶
解し、アセト酢酸メチル９９ｇ、酸化エチレン４１ｇを
加えた後、２５℃で１３時間反応した。薄膜蒸発機によ
り、反応液から、減圧下（３００ｍｍＨｇ）でメタノー
ルを留去し（薄膜蒸発機の缶出温度８５℃）、回収し
た。メタノール留去後の混合物中のメタノール濃度は、
約２３重量％であった。混合物に、攪拌下、５５℃で１
５重量％硫酸水溶液２７３ｇを添加して、ｐＨ＝２．５
に調整し、静置した。なお、この操作に４５分を要し
た。静置後、２層分離した上層（有機層）と下層（水
層）とからサンプリングして高速液体クロマトグラフィ
ーで分析すると、上層（有機層）には、α−アセチル−
γ−ブチロラクトンが４９．８重量％（５６．３ｇ）、
アセト酢酸メチルが２６．１重量％（２９．５ｇ）、メ
タノール濃度が５．０重量％溶解していた。下層（水
層）には、α−アセチル−γ−ブチロラクトンが２．１
重量％（６．９ｇ）、アセト酢酸メチルが１．５重量％
（１．１ｇ）、メタノールが１０．２重量％溶解してい
た。有機層と水層とを分離した後、水層を、５５℃で、
トルエン４００ｇで抽出した。有機層と抽出液とから、
α−アセチル−γ−ブチロラクトン６０．１ｇを得た。
なお、収率及び抽出効率は以下の通りであった。

【００４０】収率： α−アセチル−γ−ブチロラクトン ７８．８モル％
（消費したアセト酢酸エステル基準） 抽出効率： α−アセチル−γ−ブチロラクトン ９４％ アセト酢酸メチル ９２％

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルコール溶媒中、アセト酢酸エステル
   と酸化エチレンとをアルカリ金属成分の存在下で反応さ
   せた混合物を硫酸水溶液で中和処理し、層分離した有機
   層からα−アセチル−γ−ブチロラクトンを得る方法に
   おいて、中和処理前にアルコールを留去し、反応混合物
   中の残存アルコール濃度を０．１〜２０重量％にした
   後、温度１０℃以上３０℃未満で硫酸水溶液で中和処理
   するα−アセチル−γ−ブチロラクトンの製造方法。
2. 【請求項２】 アセト酢酸エステルと酸化エチレンとの
   反応工程、アルコールの留去工程、及び中和処理工程
   を、温度１０〜２８℃で行う請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 アセト酢酸エステルに対して、０．７〜
   １．１当量のアルカリ金属成分を用いる請求項１記載の
   製造方法。
4. 【請求項４】 アセト酢酸エステルが、アセト酢酸Ｃ
   _1-4アルキルエステルである請求項１記載の製造方法。
5. 【請求項５】 層分離後の水層から、さらにα−アセチ
   ル−γ−ブチロラクトンを抽出する請求項１記載の製造
   方法。
6. 【請求項６】 アセト酢酸メチルと酸化エチレンとを、
   ０．８〜０．９５当量（アセト酢酸メチル基準）の水酸
   化ナトリウムの存在下、メタノール中で反応させ、反応
   混合物中の残存メタノール濃度が０．５〜５重量％にな
   るまでメタノールを留去し、１３〜１８重量％硫酸水溶
   液で中和処理し、層分離後の有機層からα−アセチル−
   γ−ブチロラクトンを得る方法であって、反応工程、メ
   タノール留去工程、及び中和処理工程を２０〜２８℃で
   行う請求項１記載の製造方法。